JP6888959B2 - 振動制御システム、振動制御方法および振動制御プログラム - Google Patents
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Description
まず、本実施の形態に従うゲームシステムに係る装置構成について説明する。
図1は、本実施の形態に従うゲームシステム1の使用形態の一例を示す模式図である。図1を参照して、ゲームシステム1は、処理装置100と、処理装置100と無線通信可能なコントローラ200とを含む。説明の便宜上、1つのコントローラ200が処理装置100と無線通信を行なう例を示すが、複数のコントローラ200が処理装置100と無線通信を行なうようにしてもよいし、コントローラ200に加えて、別の種類のコントローラが処理装置100と通信を行なうようにしてもよい。処理装置100とコントローラとの間の通信手段については、無線通信を採用してもよいし、有線通信を採用してもよい。さらに、専用のコントローラ200に代えて、携帯型ゲーム装置またはスマートフォンなどをコントローラとして用いるようにしてもよい。
図2は、本実施の形態のゲームシステム1に含まれる処理装置100の構成例を示す模式図である。図2を参照して、処理装置100は、一種のコンピュータであり、システムLSI(Large Scale Integration)110と、フラッシュメモリ116と、外部メモリ118と、コントローラインターフェイス120と、同期ボタン122と、ネットワーク無線通信モジュール130と、近距離無線通信モジュール140と、ディスクドライブ150と、映像音声出力ドライバ160とを含むコンピュータである。
図3は、本実施の形態のゲームシステム1に含まれるコントローラ200の構成例を示す模式図である。図3を参照して、コントローラ200は、コントローラ制御部202と、ボタン類210と、アナログスティック212L,212Rと、振動部220と、センサ類230と、近距離無線通信モジュール240とを含む。
本実施の形態に従うゲームシステム1は、ゲーム処理の進行に応じた振動による知覚刺激をユーザに対して効果的に与える機能を有している。以下、この振動による知覚刺激を与える機能について説明する。
まず、本実施の形態に従うゲームシステム1における振動波形の指定方法について説明する。振動波形の各々は、振動部220の振動子214(図3参照)の各時間における変位を示す。振動波形を指定する方法としては、典型的に、時間領域での指定および周波数領域での指定が挙げられる。以下、それぞれの指定方法について説明する。
図6は、本実施の形態に従うゲームシステム1において振動波形を時間領域で指定する方法を説明するための図である。図6を参照して、任意の振動波形が指定されると、その振動波形のサンプリング周期(例えば、数十μsec〜数千μsec)毎の変位(振動モータまたは振動子の基準位置からの移動量)に対応する値(例えば、電圧値)の時間変化を、例えば、データ集合(A1,A2,A3,…,An)として指定することができる。このデータ集合に基づいて、変位を時間的に変化させることで、目的の振動波形の振動を提供できる。このデータ集合は、指定された振動の振動波形を示す振動データに相当する。
図7は、本実施の形態に従うゲームシステム1において振動波形を周波数領域で指定する方法を説明するための図である。図7を参照して、任意の振動波形が指定されると、その振動波形を所定時間幅(例えば、5msec〜数10msec)の単位期間(すなわち、サンプリング区間)T1,T2,T3,…に区切り、各単位期間の振動波形を周波数分解する。周波数分解の結果に含まれる、周波数および振幅の組み合わせのうち、主たる成分を抽出して各単位期間を代表する値とすることができる。
次に、本実施の形態に従うゲームシステム1における振動パターンの合成方法について説明する。振動パターンを合成する方法として、典型的には、選択方式および加算方式が挙げられる。以下、それぞれの合成方法について説明する。
本実施の形態に従う振動パターンの合成方法の選択方式においては、入力された複数の振動パターンについて、所定期間毎にいずれか1つを選択して出力する。一実施態様として、一方の振動パターンが示す振幅および他方の振動パターンが示す他方の振幅に基づいて、所定期間毎に、2つの振動パターンのうちいずれか一方を選択的に出力する。より具体的には、振動源から発生された第1の振動データ(振動パターン)および第2の振動データ(振動パターン)が入力された場合に、第1の振動データの振幅と第2の振動データの振幅とに基づいて、所定期間毎に、振幅が大きい方の振動データを選択する。
図11は、本実施の形態に従う選択方式に従う合成方法の別の実装例を示す模式図である。図11には、振動パターン3および4の各々を2つの主成分(低周波数帯および高周波数帯)の組み合わせで指定する場合の実装例を示す。すなわち、振動パターン3および4の各々は、低周波数帯の周波数および振幅の組み合わせと、高周波数の周波数および振幅の組み合わせとにより定義される。具体的には、振動パターン3は、低周波数帯の周波数f3Lおよび振幅α3L、ならびに、高周波数帯の周波数f3Hおよび振幅α3Hで指定される。また、振動パターン4は、低周波数帯の周波数f4Lおよび振幅α4L、ならびに、高周波数帯の周波数f4Hおよび振幅α4Hで指定される。
図12は、本実施の形態に従う加算方式に従う振動パターンの合成方法を説明するための図である。図12には、例えば、振動パターン5と振動パターン6とが入力された場合を示す。振動パターン5および6は、互いに類似した時間的変化の特徴を有している。
(1)振幅に依存させて周波数を決定する方式
まず、入力される振動パターンの振幅間の関係に基づいて、入力されるそれぞれの振動パターンの周波数から合成パターンの周波数を決定してもよい。すなわち、合成モジュールは、入力された第1の振動パターンの振幅と入力された第2の振動パターンの振幅との関係に基づいて、第1の振動パターンの周波数および第2の振動パターンの周波数から合成パターンの周波数を決定する。
このような振幅に依存させて周波数を決定する方式の一例として重み付け相加平均を用いることができる。すなわち、合成モジュールは、第1の振動パターンの振幅および第2の振動パターンの振幅に依存する重み係数を用いた、第1の振動パターンの周波数および第2の振動パターンの周波数の相加平均を、合成パターンの周波数として決定する。具体的には、合成パターンの周波数fは、入力される振動パターン7(振幅α7,周波数f7)および入力される振動パターン8(振幅α8,周波数f8)について、以下のような数式に従って算出できる。
このような重み付け相加平均を用いることで、算出される合成パターンの周波数には、振幅がより大きな振動データほど、その周波数の影響がより強く反映されることになる。
振幅に依存させて周波数を決定する方式の別の一例として重み付け相乗平均を用いることができる。すなわち、合成モジュールは、第1の振動パターンの振幅および第2の振動パターンの振幅に依存する重み係数を用いた、第1の振動パターンの周波数および第2の振動パターンの周波数の相乗平均を、合成パターンの周波数として決定する。具体的には、合成パターンの周波数fは、入力される振動パターン7(振幅α7,周波数f7)および入力される振動パターン8(振幅α8,周波数f8)について、以下のような数式に従って算出できる。
すなわち、周波数f7および周波数f8をそれぞれ重み付けしたべき乗することで、相乗平均された周波数を決定できる。この重み付けした相乗平均と同様に、周波数の対数を用いても算出することができる。この場合には、以下のような数式に沿って、合成パターンの周波数fを算出できる。
(1−3)重み付けした他の方法
上述した重み付け相加平均および重み付け相乗平均に加えて、入力された振動パターンのそれぞれの振幅に基づく重み係数を用いた任意の関数を用いることができる。
入力される振動パターンの振幅間の関係に基づいて、入力されるそれぞれの振動パターンの周波数から合成パターンの周波数を決定する別の方式として、振幅が最も大きい振動パターンの周波数を採用するようにしてもよい。すなわち、合成モジュールは、第1の振動パターンおよび第2の振動パターンのうち、振幅が大きい方の振動パターンの周波数を、合成パターンの周波数として決定する。
入力されるそれぞれの振動パターンの周波数の平均値を合成パターンの周波数として決定するようにしてもよい。このような平均値として、典型的には、相加平均を用いることができる。すなわち、第1の振動パターンの周波数と第2の振動パターンの周波数との間の中央値を、合成パターンの周波数として決定してもよい。この場合には、以下のような数式に沿って、合成パターンの周波数fを算出できる。
あるいは、相乗平均(幾何平均)を用いることもできる。すなわち、第1の振動パターンの周波数と第2の振動パターンの周波数との相乗平均を、合成パターンの周波数として決定してもよい。この場合には、以下のような数式に沿って、合成パターンの周波数fを算出できる。
あるいは、累乗平均を用いることもできる。この場合には、以下のような数式に沿って、合成パターンの周波数fを算出できる(但し、nは正の整数)。
上述した各種の平均値を算出する方法に加えて、任意の平均値の算出方法を採用することができる。
図15は、本実施の形態に従う加算方式に従う合成方法の別の実装例を示す模式図である。図15には、振動パターン9および10の各々を2つの主成分(低周波数帯および高周波数帯)の組み合わせで指定する場合の実装例を示す。すなわち、振動パターン9および10の各々は、低周波数帯の周波数および振幅の組み合わせと、高周波数の周波数および振幅の組み合わせとにより定義される。具体的には、振動パターン9は、低周波数帯の周波数f9Lおよび振幅α9L、ならびに、高周波数帯の周波数f9Hおよび振幅α9Hで指定される。また、振動パターン10は、低周波数帯の周波数f10Lおよび振幅α10L、ならびに、高周波数帯の周波数f10Hおよび振幅α10Hで指定される。これらの振動パターンを指定する周波数および振幅については、所定周期毎に更新されることが想定されている。
入力される振動パターンに含まれる周波数帯毎の振幅間の関係に基づいて、入力される振動パターンに含まれる周波数帯毎のそれぞれ周波数から合成パターンの周波数を決定してもよい。すなわち、合成モジュールは、入力された第1の振動パターンの振幅と入力された第2の振動パターンの振幅との関係に基づいて、第1の振動パターンの周波数および第2の振動パターンの周波数から合成パターンの周波数を決定する。
このような振幅に依存させて周波数を決定する方式の一例として重み付け相加平均を用いることができる。すなわち、合成モジュールは、第1の振動パターンの振幅および第2の振動パターンの振幅に依存する重み係数を用いた、第1の振動パターンの周波数および第2の振動パターンの周波数の相加平均を、合成パターンの周波数として決定する。具体的には、合成パターンの周波数は、入力される振動パターン9(振幅αL9,周波数fL9および振幅αH9,周波数fH9)ならびに入力される振動パターン10(振幅αL10,周波数fL10および振幅αH10,周波数fH10)について、以下のような数式に従って算出できる。
合成パターンの高周波数帯の周波数fH=(α9H・f9H+α10H・f10H)/(α9H+α10H)
このような重み付け相加平均を用いることで、算出される合成パターンの周波数には、振幅がより大きいものほど、その周波数の影響がより強く反映されることになる。
振幅に依存させて周波数を決定する方式の別の一例として重み付け相乗平均を用いることができる。すなわち、合成モジュールは、第1の振動パターンの振幅および第2の振動パターンの振幅に依存する重み係数を用いた、第1の振動パターンの周波数および第2の振動パターンの周波数の相乗平均を、合成パターンの周波数として決定する。具体的には、合成パターンの周波数は、入力される振動パターン9(振幅αL9,周波数fL9および振幅αH9,周波数fH9)ならびに入力される振動パターン10(振幅αL10,周波数fL10および振幅αH10,周波数fH10)について、以下のような数式に従って算出できる。
合成パターンの高周波数帯の周波数fH=f9^{α9/(α9+α10)}×f10^{α10/(α9+α10)}
すなわち、周波数fL9および周波数fL10ならびに周波数fH9および周波数fH10をそれぞれ重み付けしたべき乗することで、相乗平均された周波数を決定できる。この重み付けした相乗平均と同様に、周波数の対数を用いても算出することができる。この場合には、以下のような数式に沿って、合成パターンの周波数fを算出できる。
合成パターンの高周波数帯の周波数fH=exp^{αH9/(αH9+αH10)×log(fH9)+αH10/(αH9+αH10)×log(fH10)}
(1−3)重み付けした他の方法
上述した重み付け相加平均および重み付け相乗平均に加えて、入力された振動パターンのそれぞれの振幅に基づく重み係数を用いた任意の関数を用いることができる。
入力される振動パターンの振幅間の関係に基づいて、入力されるそれぞれの振動パターンの周波数から合成パターンの周波数を決定する別の方式として、振幅が最も大きい振動パターンの周波数を採用するようにしてもよい。すなわち、合成モジュールは、第1の振動パターンおよび第2の振動パターンのうち、振幅が大きい方の振動パターンの周波数を、合成パターンの周波数として決定する。
入力されるそれぞれの振動パターンの周波数の平均値を合成パターンの周波数として決定するようにしてもよい。このような平均値として、典型的には、相加平均を用いることができる。すなわち、対応する2つの振動パターンの周波数の間の中央値を、合成パターンの周波数として決定してもよい。この場合には、以下のような数式に沿って、合成パターンの周波数を算出できる。
合成パターンの低周波数帯の周波数fH=(fH9+fL10)/2
あるいは、相乗平均(幾何平均)を用いることもできる。すなわち、2つ振動パターンの周波数についての相乗平均を、合成パターンの周波数として決定してもよい。この場合には、以下のような数式に沿って、合成パターンの周波数fを算出できる。
合成パターンの高周波数帯の周波数fH=√(fH9×fH10)
あるいは、累乗平均を用いることもできる。この場合には、以下のような数式に沿って、合成パターンの周波数fを算出できる(但し、nは正の整数)。
合成パターンの高周波数帯の周波数fH=((fH9^n+fH10^n)/n)^(1/n)
上述した各種の平均値を算出する方法に加えて、任意の平均値の算出方法を採用することができる。
上述の選択方式および加算方式を組み合わせたハイブリッド方式を採用してもよい。このハイブリッド方式においては、例えば、出力される合成パターンの振幅については選択方式により決定し、出力される合成パターンの周波数については加算方式によって決定してもよい。
図9、13、15および16に示す合成モジュールをプログラムモジュール(あるいは、ライブラリ)として実装する場合を考えると、同一のインターフェイスを有するプログラムモジュールとして構成するとともに、任意のオプションスイッチやコマンドなどで、処理を適宜切り替えできるようにしてもよい。
図9、13、15および16に示す合成モジュール同士を接続してもよい。図17は、本実施の形態に従う合成モジュールを多段接続した場合の構成例を示す模式図である。図17を参照して、例えば、4つの振動パターン13〜16を入力して、1つの合成パターンを出力するような処理系を想定する。このような場合、前段に2つの合成モジュールを配置し、一方の合成モジュール(合成モジュール1)に2つの振動パターン13および14を入力し、他方の合成モジュール(合成モジュール2)に2つの振動パターン15および16を入力する。すなわち、合成モジュールは、別の合成モジュールから出力される振動データを入力として受け付け可能に構成されている。
上述したように、本実施の形態に従う振動パターンの合成手法を採用することで、任意のアプリケーションにおいて、互いに異なる種類の振動パターンを当該アプリケーションの趣旨に沿って、ユーザに対して振動刺激を与えることができる。
選択基準として振幅を採用する例について説明したが、波形の変位(瞬時値)に基づいて選択を行なってもよい。振幅が大きいほど大きい変位を示すので、変位(瞬時値)に基づいて振動パターンを選択することで、間接的に、振幅の大きなものを選択することができる。
本実施の形態に従うゲームシステム1においては、コントローラ200を把持するユーザに対して、アプリケーション開発者が意図した振動による知覚刺激を与えることを目的とする。ユーザに対して知覚刺激を与える場合には、振動部220の振動子214の振動特性の周波数依存性およびユーザの知覚刺激を感じる周波数依存性が存在し得る。
次に、本実施の形態に従うゲームシステムに実装される機能的構成の要部について説明する。図19は、本実施の形態に従うゲームシステム1に実装される機能的構成の要部を示すブロック図である。
次に、周波数領域の情報(周波数および振幅)で指定される合成パターンから時間領域の駆動信号を生成する処理について説明する。
図20は、本実施の形態に従うゲームシステム1における駆動信号の生成処理を説明するための模式図である。図20には、一例として、コントローラ200のコントローラ制御部202(より正確には、駆動信号生成モジュール2021)が駆動信号を生成する場合を示す。
図20および図21に示すような位相成分を算出する処理は、算術的な手法を用いて実現することが可能である。より具体的には、三角関数およびその逆関数を用いることで、位相成分を順次算出できる。このような算出方法を採用してもよいが、算出処理が複雑化し得るため、以下に例示するようなテーブルを利用する算出方法を採用してもよい。
上述の図21には、説明の便宜上、合成パターンの周波数がfaからfbにステップ的に変化する例を示す。本実施の形態に従うゲームシステム1においては、合成パターンの周波数がステップ的に変化した場合であっても、上述のような処理方法を採用することで、駆動信号の時間波形の連続性は保たれる。但し、ステップ的な変化の前後で、時間波形が大きく歪む可能性もあるので、このような時間波形に生じ得る変化量を緩和するような処理を採用してもよい。
次に、本実施の形態に従うゲームシステム1において合成パターンを生成するために用いる合成モジュールを含むプログラムの配布形態について説明する。
次に、本実施の形態に従うゲームシステム1において実行される処理について説明する。図26は、本実施の形態に従うゲームシステム1において実行される処理手順を示すフローチャートである。図26に示す各ステップは、典型的には、処理装置100のCPU102がシステムプログラムやアプリケーションプログラムなどを実行することで実現される。すなわち、本実施の形態に従う振動制御プログラムは、システムプログラムおよびアプリケーションプログラムの一方または両方に相当する。
本実施の形態に従うゲームシステムにおいては、合成モジュールを任意のアプリケーションで利用することができる。この合成モジュールによれば、複数の振動データを用意しておくとともに、ゲーム進行(ユーザ操作に伴なるイベント発生)に応じた種類の振動データを発生させるようなアプリケーションを作成する際の自由度を高めることができる。すなわち、合成モジュールを選択方式で動作させる場合に、より振幅の大きな振動データを優先して出力することで、ゲーム進行に応じて、アプリケーション開発者の意図に最も沿った振動データに従う振動刺激をユーザにあたることができる。また、合成モジュールを加算方式で動作させることで、複数の振動データを組み合わせた振動刺激をユーザに対して与えたいようなシーンにも適用できる。
Claims (18)
- 第1の周波数および第1の振幅の組み合わせで定義される第1の振動データを発生する第1の振動指令発生手段と、
第2の周波数および第2の振幅の組み合わせで定義される第2の振動データを発生する第2の振動指令発生手段と、
前記第1の振動データおよび前記第2の振動データが入力されると、第3の周波数および第3の振幅の組み合わせで定義される第3の振動データを出力する振動データ合成手段と、
前記第3の振動データに基づいて端末を振動させる振動制御手段とを備え、
前記振動データ合成手段は、
前記第1の振幅と前記第2の振幅とを加算して前記第3の振幅を決定する第1の振幅決定手段と、
前記第1の周波数から前記第2の周波数までの範囲にある周波数を前記第3の周波数として決定する周波数決定手段とを含み、
前記周波数決定手段は、前記第1の振幅と前記第2の振幅との関係に基づいて、前記第1の周波数および前記第2の周波数から前記第3の周波数を決定する、振動制御システム。 - 前記周波数決定手段は、前記第1の振幅および前記第2の振幅に依存する重み係数を用いた、前記第1の周波数および前記第2の周波数の相加平均を、前記第3の周波数として決定する、請求項1に記載の振動制御システム。
- 前記周波数決定手段は、前記第1の振幅および前記第2の振幅に依存する重み係数を用いた、前記第1の周波数および前記第2の周波数の相乗平均を、前記第3の周波数として決定する、請求項1に記載の振動制御システム。
- 前記周波数決定手段は、前記第1の振動データおよび前記第2の振動データのうち、振幅が大きい方の振動データの周波数を、前記第3の周波数として決定する、請求項1に記載の振動制御システム。
- 前記周波数決定手段は、前記第1の周波数と前記第2の周波数との間の中央値を前記第3の周波数として決定する、請求項1に記載の振動制御システム。
- 前記周波数決定手段は、前記第1の周波数と前記第2の周波数との相乗平均を前記第3の周波数として決定する、請求項1に記載の振動制御システム。
- 前記振動データ合成手段は、
前記第1の振幅と前記第2の振幅とのうちいずれか一方を前記第3の振幅として決定する第2の振幅決定手段と、
選択指示に従って、前記第1の振幅決定手段および前記第2の振幅決定手段のうちいずれか一方を有効化する選択手段とをさらに含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載の振動制御システム。 - 前記第1および第2の振動指令発生手段は、前記端末を振動させるべき振動波形の単位期間毎の変化に応じて、振動データを更新する、請求項1〜7のいずれか1項に記載の振動制御システム。
- 前記第1の振動指令発生手段は、前記第1の振動データに加えて、第4の周波数および第4の振幅の組み合わせで定義される第4の振動データを発生し、
前記第2の振動指令発生手段は、前記第2の振動データに加えて、第5の周波数および第5の振幅の組み合わせで定義される第5の振動データを発生し、
前記振動データ合成手段は、前記第1の振動データおよび前記第2の振動データに加えて、前記第4の振動データおよび前記第5の振動データが入力されると、前記第3の振動データに加えて、第6の周波数および第6の振幅の組み合わせで定義される第6の振動データを出力する、請求項7または8に記載の振動制御システム。 - 前記振動データ合成手段は、入力される振動データの周波数に応じて、前記第1の振動データ、前記第2の振動データ、前記第4の振動データ、前記第5の振動データのうち2つの振動データから前記第3の振動データを出力するとともに、残りの2つの振動データから前記第6の振動データを出力する、請求項9に記載の振動制御システム。
- 前記振動データ合成手段は、別の振動データ合成手段から出力される振動データを入力として受け付け可能に構成される、請求項1〜10のいずれか1項に記載の振動制御システム。
- ゲームアプリケーションを実行するゲーム進行手段をさらに備え、
前記第1および第2の振動指令発生手段は、前記ゲーム進行手段が発生するイベントに応じて振動データを発生する、請求項1〜11のいずれか1項に記載の振動制御システム。 - 前記第1の振動指令発生手段は、前記ゲーム進行手段が発生する第1のイベントに応じて、前記第1の振動データを発生し、
前記第2の振動指令発生手段は、前記第1のイベントとは異なる第2のイベントに応じて、前記第2の振動データを発生する、請求項12に記載の振動制御システム。 - 前記ゲーム進行手段は、ユーザ操作に応じて、前記イベントを発生する、請求項12または13に記載の振動制御システム。
- 前記第1の振動データは、前記第2の振動データが示す振動に比較して、弱く継続的な振動を示すものであり、
前記第2の振動データは、前記第1の振動データが示す振動に比較して、強く短い振動を示すものである、請求項1〜14のいずれか1項に記載の振動制御システム。 - 前記端末は、複数の共振周波数を有する振動子を含み、
前記第1の周波数および前記第2の周波数は、前記振動子の共振周波数に応じて設定される、請求項1〜15のいずれか1項に記載の振動制御システム。 - コンピュータで実行される方法であり、前記コンピュータが実行する処理は、
第1の周波数および第1の振幅の組み合わせで定義される第1の振動データを発生するステップと、
第2の周波数および第2の振幅の組み合わせで定義される第2の振動データを発生するステップと、
前記第1の振動データおよび前記第2の振動データが入力されると、第3の周波数および第3の振幅の組み合わせで定義される第3の振動データを出力するステップと、
前記第3の振動データに基づいて端末を振動させるステップとを備え、
前記第3の振動データを出力するステップは、
前記第1の振幅と前記第2の振幅とを加算して前記第3の振幅を決定するステップと、
前記第1の周波数から前記第2の周波数までの範囲にある周波数を前記第3の周波数として決定するステップとを含み、
前記第3の周波数として決定するステップは、前記第1の振幅と前記第2の振幅との関係に基づいて、前記第1の周波数および前記第2の周波数から前記第3の周波数を決定するステップを含む、振動制御方法。 - 端末のコンピュータで実行される振動制御プログラムであって、前記コンピュータに
第1の周波数および第1の振幅の組み合わせで定義される第1の振動データを発生するステップと、
第2の周波数および第2の振幅の組み合わせで定義される第2の振動データを発生するステップと、
前記第1の振動データおよび前記第2の振動データが入力されると、第3の周波数および第3の振幅の組み合わせで定義される第3の振動データを出力するステップと、
前記第3の振動データに基づいて端末を振動させるステップとを実行させ、
前記第3の振動データを出力するステップは、
前記第1の振幅と前記第2の振幅とを加算して前記第3の振幅を決定するステップと、
前記第1の周波数から前記第2の周波数までの範囲にある周波数を前記第3の周波数として決定するステップとを含み、
前記第3の周波数として決定するステップは、前記第1の振幅と前記第2の振幅との関係に基づいて、前記第1の周波数および前記第2の周波数から前記第3の周波数を決定するステップを含む、振動制御プログラム。
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