JPH0728388A - 車両用ドライブシミュレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】提示画像そのものに立体感があって十分な評価
を行なうことの出来る車両用ドライブシミュレータを提
供する。 【構成】操作入力手段３２０と操作者姿勢計測手段４１
０の信号から車両の位置および車両の揺動情報を演算
し、それに対応した車室内画像と近景画像と遠景画像と
を画像生成装置６００で生成し、上記画像生成装置で生
成した遠景画像を外周スクリーン５００に投影し、ま
た、上記画像生成装置で生成した車室内画像と近景画像
との合成画像を三次元画像として頭部搭載型画像提示装
置４００で提示し、車室内画像と近景画像の三次元画像
を二次元の遠景画像に重ね合わせて操作者に提示する車
両用ドライブシミュレータ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、開発時における車両
の評価や車両操縦の模擬訓練等を行なうための車両用ド
ライブシミュレータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の車両用ドライブシミュレータとし
ては、例えば図６および図７に示すようなものがある。
図６はブロック図、図７は全体の斜視図を示す。図６お
よび図７において、１００は車両のモックアップであ
り、実物大の車体１０１と操作者が操作する操作入力装
置１０２から成っている。この車両モックアップ１００
は、車両揺動装置１１０の上に固定されている。そして
車体１０１に乗り込んだ操作者が操作入力装置１０２を
操作すると、車両運動計算手段１２０によって車両の運
動が計算され、その結果に応じて車両揺動装置１１０が
車両モックアップ１００を模擬動作させる。また、操作
入力装置１０２の信号は、画像生成装置１３０にも送ら
れ、位置および方向の情報から車両の周囲の風景が計算
されて画像が合成される。この合成された画像は画像投
影装置１４０によって外周スクリーン１５０に投影さ
れ、操作者に提示される。操作者は、上記の画像を見な
がら実際の車両操作と同様の操作を行ない、それに応じ
て車両モックアップの動作や提示画像が変化するので、
実際の車両を操縦しているのに極めて類似した感覚で模
擬操縦を行なうことが出来る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記ような従来の車両
用ドライブシミュレータにおいては、操作者に対する画
像の提示方法が車両モックアップ周囲の車外に設置され
たスクリーンに画像を投影するという方法であり、近景
から遠景までの画像が全てスクリーンに投影された二次
元画像であるため、画像自体に立体感が乏しい。そのた
め近景画像の先行車両が急にブレーキをかけた状態、後
方車両が追い越しをかけた状態、或いは先行車両に所定
車間距離で追従走行する状態等のような各種の運転操作
時における予防安全の視覚的効果を加味した模擬実験で
は、十分な評価が行えないとか、目が疲れる等の問題が
あった。

【０００４】本発明は上記のごとき従来技術の問題を解
決するためになされたものであり、提示画像そのものに
立体感があって十分な評価を行なうことの出来る車両用
ドライブシミュレータを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては、特許請求の範囲に記載するよう
に構成している。すなわち、請求項１に記載の発明は、
操作入力手段を備えた車両モックアップと、操作者姿勢
計測手段と、画像生成装置と、外周スクリーンと、画像
投影装置と、頭部搭載型画像提示装置と、を有し、操作
入力手段と操作者姿勢計測手段の信号から車両の位置お
よび車両の揺動情報を演算し、それに対応した車室内画
像と近景画像と遠景画像とを画像生成装置で生成し、上
記画像生成装置で生成した遠景画像を上記外周スクリー
ンに投影し、また、上記画像生成装置で生成した車室内
画像と近景画像との合成画像を三次元画像として頭部搭
載型画像提示装置で提示し、車室内画像と近景画像の三
次元画像を二次元の遠景画像に重ね合わせて操作者に提
示するように構成したものである。なお、上記車室内画
像とは、例えば車室内で操作者の前方にあるインストル
メンタルパネル等であり、近景画像とは先行車両や障害
物等であり、遠景画像とは道路上の車線や周辺の風景等
である。また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記
載の車両用ドライブシミュレータに、車両運動計算手段
と、車両揺動装置とを追加し、操作者の操作に応じた車
両動作を模擬して車両モックアップを動かすように構成
したものである。

【０００６】

【作用】上記のように、本発明においては、操作者の操
作と姿勢（目の位置および視線方向）に応じて車室内画
像と近景画像と遠景画像とを生成し、そのうちの遠景画
像は外周スクリーンに投影し、車室内画像と近景画像と
の合成画像は三次元画像として頭部搭載型画像提示装置
で提示し、車室内画像と近景画像の三次元画像を二次元
の遠景画像に重ね合わせて操作者に提示するものであ
る。したがって操作者の近距離にあるインストルメンタ
ルパネル等の車室内画像と先行車両や障害物等の近景画
像は三次元画像として提示されるので、先行車両等の近
景画像を十分な立体感のある画像として提示することが
出来る。そのため近景画像の先行車両が急にブレーキを
かけた状態や後方車両が追い越しをかけた状態等のよう
な各種の運転操作時における予防安全の視覚的効果を加
味した模擬実験においても、模擬実験の画像そのものに
立体感があるので、十分な評価が行なえる。また、先行
車両に所定車間距離で追従走行するような模擬実験の場
合でも、先行車両との距離を直感的に容易に判断するこ
とが出来るので、操作者の目の疲労を軽減することが出
来る。

【０００７】

【実施例】以下、この発明を図面に基づいて説明する。
図１は、この発明の一実施例を示すブロック図である。
図１において、３００は車両のモックアップであり、車
体３１０と操作入力手段３２０とからなっている。そし
て頭部搭載型画像提示装置（以下ＨＭＤと呼ぶ）４００
と操作者姿勢計測手段４１０とを装着した操作者が車体
３１０の中に乗り込み、操作入力手段３２０を操作する
ことによって車両動作のシミュレーションを行なう。操
作入力手段３２０は、走行速度入力手段３２１と、走行
方向入力手段３２２とを有する。また、ＨＭＤ４００は
操作者の頭部に装着して操作者に画像を提示するもので
あり、操作者姿勢計測手段４１０は、操作者の目の位置
と視線方向を検出するものである。また、画像生成装置
６００は、提示座標計算部６１０と提示画像の画像記憶
部６２０と画像合成部６３０、６３１とを備えている。
また、画像投影装置５１０は遠景の画像を外周スクリー
ン５００に投影するための装置である。なお、上記のＨ
ＭＤ４００は、画像生成装置６００で得られたＨＭＤ用
の提示画像（主として近景の画像）を３次元提示し、画
像投影装置５１０は、画像生成装置６００で得られた遠
景の画像を投影する。また、車両揺動計算手段７１０
は、車両モデル７００に基づき、かつ車両モックアップ
３００の操作入力手段３２０から得られる車両の運動の
情報に基づいて車両運動を計算する手段であり、前後、
左右、上下方向の揺れと傾きを計算する。また、車両揺
動装置３００は、車両揺動計算手段７１０で計算された
車両の運動にしたがって車体３１０を模擬動作させる装
置である。なお、上記の構成においては、ＨＭＤ用画像
と外周スクリーン用画像とを分離して別個に提示する場
合について説明したが、一般には、画像合成器を利用し
て外周画像も合わせた全ての合成画像をＨＭＤ４００で
提示させるように構成することも出来る。しかし、その
場合にはＨＭＤ４００の視野角を大きく取る必要があ
り、提示画像に荒さが目立つこともある。そのため本実
施例においては、ＨＭＤ４００と外周スクリーン５００
との併用して画像を合成提示するものについて説明す
る。

【０００８】次に作用を説明する。まず、画像生成装置
６００の入力信号を与える操作入力手段３２０、車両揺
動計算手段７１０、操作者姿勢計測手段４１０について
述べる。車両モックアップ３００内に設けられた操作入
力手段３２０において、走行速度入力手段３２１は操作
者の操作に応じて現在の走行速度Ｖを取り込み、走行方
向入力手段３２２は走行方向Ｄを取り込む。この走行速
度入力手段３２１は、例えば速度計、アクセルペダルの
踏み角センサ、ブレーキセンサ等の信号から車両の走行
速度Ｖを検出する。また、走行方向入力手段３２２は、
例えば磁気式または光式の舵角センサであり、ステアリ
ングの舵角から走行方向Ｄを検出する。

【０００９】次に、車両揺動計算手段７１０において
は、上記の走行速度Ｖと走行方向Ｄとを用い、車両モデ
ル７００（車両の運動力学モデル）に基づいて車両の運
動を計算し、前後、左右、上下方向の揺れ、傾き等の車
両運動量を計算する。そしてそれに応じた揺動情報Ｕを
車両揺動装置３３０に送る。車両揺動装置３３０では、
上記の揺動情報Ｕに応じて車体３１０を模擬動作させ、
実際の動作をシミュレーションする。上記の車両モデル
７００の例としては、例えば、「“車両運動シミュレー
ションシステムの開発”自動車技術会前刷集 Ｎo.28
0，1990」に示されている方法が挙げられる。なお、上
記のように車体を揺動させる部分を設けず、提示された
画像のみによる視覚のみのシミュレーションによっても
模擬訓練や安全実験等を行なうことが可能である。

【００１０】次に、操作者姿勢計測手段４１０は、操作
者の目の位置と視線方向Ｈｐ（ｘ，ｙ，ｚ，α，β，
γ）を計測するものある。なお、（ｘ，ｙ，ｚ）は所定
の基準点（例えばステアリングコラムの中心点）を基準
としたｘｙｚ三次元座標における目の位置の座標であ
り、（α，β，γ）は上記ｘｙｚ三次元座標における
ｘ、ｙ、ｚの各軸からの視線の角度である。上記の３次
元位置を検出するセンサとしては、たとえば特開昭５９
−２１８５３９号公報に記載のごときＨＭＤ４００に装
着した磁気センサによって求める磁気変換方式、ＬＥＤ
を３点に装着し、その作る平面の状況に基づいて計測す
る光学式、スウェーデンのＳelcom ＡＢ社による商用追
跡装置Ｓelspotに見られる光学式センサ、ＨＭＤ４００
を機械式保持機構で吊り、その機械のリンクの角度計測
から頭部位置と方向を求めるものなどがある。そして頭
の位置と角度から目の位置と視線方向を推定することに
よって上記Ｈｐが得られる。

【００１１】次に、図３は、ＨＭＤ４００の構成例を示
す図である。図３に示す透過型頭部搭載ディスプレー装
置は、「第６回ヒューマン・インターフェイス・シンポ
ジューム論文集１／８、1990」に記載されているもので
ある。これはビューファインダ４０１、レンズ４０２、
ハーフミラー４０３から構成される。なお、４０４は操
作者の頭部、４０５は操作者の右目、４０６は左目であ
る。そして、三次元画像生成手段４０７において、人間
の視差、網膜上の大きさ等を考慮して仮想的な三次元映
像を生じるように右目用画像と左目用画像とを生成し、
それをビューファインダ４０１に送る。ビューファイン
ダ４０１から映し出された映像はレンズ４０２を介して
ハーフミラー４０３に送られる。ハーフミラー４０３
は、４５°の角度を付けて設置され、上記の三次元画像
と前方の画像とを重ね合わせて操作者に提示する。な
お、上記文献に記載されたシステムは、或る限られた作
業空間内の現実の光景と三次元仮想画像との合成を行な
うものであり、本発明で提案するような外周スクリーン
に投影された遠景のシミュレーション画像と近景の三次
元シミュレーション画像との合成を行なうものではな
い。本実施例においては、自車両のインストルメンタル
パネルやボンネット等の車室内画像を操作者（運転者）
から見た三次元コンピュータ・グラフィックスとして生
成し、予め三次元データとして記憶しておき、それと先
行車両等の近景画像とを合成してＨＭＤ４００で立体画
像として提示し、また、広い外周の遠景画像は外周スク
リーン５００に映し出されたものをハーフミラー４０３
を介して上記立体画像と合成して提示する。なお、上記
の三次元画像生成手段４０７は、画像生成装置６００の
外部に独立して設けても良いし、或いは後記図２の画像
生成装置６００内（例えば画像合成部６３１内もしくは
その後段）に設けても良い。

【００１２】次に、画像生成装置６００について説明す
る。図２は、画像生成装置６００のブロック図である。
図２において、６１０番台の符号を付したブロックは提
示座標計算部６１０の内部ブロックであり、６２０番台
の符号を付したブロックは画像記憶部６２０の内部ブロ
ックである。まず、自車両のインストルメンタルパネル
やボンネット等の車室内画像と先行車両等の近景画像と
について考える。これらの画像は、ＨＭＤ４００によっ
て提示する。車室内画像については、操作者と車の位置
関係は一定に保たれており、車両の動きは直接操作者に
影響を与えないため、それを考慮せずに操作者の目の動
きのみを考慮した画像を提示すればよい。まず、車両の
或る基準点を車両座標原点とする。例えばステアリング
センタ（ステアリングコラムの中心点）を原点とし、視
線座標原点計算手段６１５では操作者姿勢計測手段４１
０で求められた頭部位置に基づき、車両の操作者の右目
の位置と視線方向Ｉ_R（ｘ，ｙ，ｚ，α，β，γ）およ
び左目の位置と視線方向Ｉ_L（ｘ，ｙ，ｚ，α，β，
γ）を求める。これによってＨＭＤ４００の右目および
左目相当の表示領域の原点となる視線座標系を作る。ま
た、車室内の画像については、コンピュータ・グラフィ
ックスを用いて三次元データとして予め作成し、ＨＭＤ
用車室内画像記憶装置６２１に記憶しておき、その記憶
しておいた自車両のインストルメンタルパネルやボンネ
ット等の情報を読み出し、提示座標計算手段６１６にお
いて透視変換することにより、頭部位置の変化による視
点移動に伴う提示画像を求める。また、先行車両等の近
景画像については、まず、車両モックアップ３００内の
操作者から見て、頭部の変動に加えて車両が動いた分
と、車両の揺動分についても考慮して画像が変化するよ
うにしなければならない。そのため、まず、車両位置Ｖ
p計算手段６１１と車両位置Ｖc計算手段６１３において
車両の移動分を求める。すなわち、車両位置Ｖp計算手
段６１１では、前記座標原点に対して、車両揺動計算手
段７１０から与えられる走行速度Ｖと走行方向Ｄからな
る車速ベクトル情報を積分することによって新たな車両
位置Ｖp（ｘ、ｙ）を計算する。そして操作入力手段３
２０から与えられる前後、左右、上下方向の揺れ、傾き
等の各種車両運動量Ｕと上記車両位置Ｖp（ｘ、ｙ）と
に基づき、シミュレータ車両の実際の車両位置Ｖc
（ｘ，ｙ，ｚ，α，β，γ）を車両位置Ｖc計算手段６
１３で求めることができる。そして、この車両の移動を
考慮し、原点計算手段６１７で車両位置Ｖｃに対する新
しい車両座標原点を求める。次に、コンピュータ・グラ
フィックスを用いて三次元データとして予め作成し、近
景画像記憶装置６２２に記憶してある情報を上記の座標
変換結果に基づいてスキャナ６１８で読み出し、提示座
標計算手段６１４で、視線座標の変化による視点移動に
伴う透視変換を行なうことにより、近景画像を求める。
次に、このようにして求めた車室内画像と近景画像とを
画像合成部６３１で重ね合わせて提示する。なお、車室
内画像（最近景）と近景画像とが重さなる部分がある場
合には、車室内画像に重なる部分に相当する近景の画像
を切り出す（重なる部分の近景画像を消去する）ことに
より、より良好な画像が得られる。この場合には、画像
合成部６３１で、対応する部分の切り出しを行なうこと
で対応できる。また、上記の車室内画像と近景画像は三
次元画像として提示するので、上記画像合成部６３１内
もしくはその後段に、人間の視差、網膜上の大きさ等を
考慮して仮想的な三次元映像を生じるように右目用画像
と左目用画像とを生成する三次元画像生成手段を設け
る。なお、上記三次元画像生成手段は、画像生成装置６
００の外部に独立して設けても良い。次に、高速道路や
一般道路等の遠景画像は、近景画像と同様に、車両の移
動分と揺動分から求まる車両座標系の変換に加えて、操
作者の視線座標系として変換し、目の動きを考慮した画
像を提示する必要がある。この画像は、遠景であること
から三次元情報として提示せずに二次元情報として提示
することにする。そしてこの遠景画像をプロジェクタテ
レビなどを用いた画像投影装置５１０でスクリーン５０
０に投影する。従って、原点計算手段６１７で求めた車
両移動分の新しい原点に基づき、外周スクリーン用画像
記憶装置６２３に予め記憶してある画像を、スキャナー
６１９によって読み出し、または座標変換する。そし
て、座標計算手段６１２で視線移動を加えた提示画像と
して透視変換をする。また、遠景画像と前記の近景画像
とが重なる部分がある場合については、近景の画像が重
なる部分に相当する遠景の画像を切り出すことにより、
より良好な画像が得られる。この場合には、画像合成部
６３０で対応する部分の切り出しを行なうことで対応で
きる。上記のごとき制御は、マイクロコンピュータによ
ってプログラムで実行されるのが一般的である。図４は
その場合の流れを示す図である。図４において、図１お
よび図２に記載のブロックと同符号を付したパートは、
同じ内容の部分を示している。

【００１３】次に、図５は、上記のごとき処理によって
形成された画像例を示す図である。図５において、
（ａ）は遠景画像、（ｂ）は車室内画像（ステアリング
コラムの一部とインストルメンタルパネル）と近景画像
（先行車両）との合成された画像、（ｃ）は全体の合成
画像である。また、（ｄ）は（ａ）の遠景画像におい
て、（ｂ）と重なる部分を切り出した画像である。上記
の重なり部分を切り出された遠景画像（ｄ）が画像投影
装置５１０でスクリーン５００に投影され、車室内画像
と近景画像（ｂ）は三次元画像としてＨＭＤ４００で提
示され、両者の重ね合わされた画像（ｃ）が操作者に提
示される。

【００１４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、遠景画像は車両モックアップのまわりを取り巻く外
周スクリーンに投影し、車室内画像と近景画像は三次元
画像として頭部搭載型画像提示装置で提示し、両者を重
ね合わせた画像を操作者に提示するように構成したこと
により、先行車両等の近景画像を十分な立体感のある画
像として提示することが出来る。そのため近景画像の先
行車両が急にブレーキをかけた状態、後方車両が追い越
しをかけた状態、或いは先行車両に所定車間距離で追従
走行する状態等のような各種の運転操作時における予防
安全の視覚的効果を加味した模擬実験においても、模擬
実験の画像そのものに立体感があるので、十分な評価が
行なえると共に、目の疲労も軽減することが出来る、と
いう効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のブロック図。

【図２】画像生成装置６００のブロック図。

【図３】頭部搭載型画像提示装置（ＨＭＤ）４００の一
例のブロック図。

【図４】図１の実施例における処理内容を示すフローチ
ャート。

【図５】提示画像の一例図。

【図６】従来装置の一例のブロック図。

【図７】従来装置の一例の斜視図。

【符号の説明】

３００…車両モックアップ ５１０…画像
投影装置 ３１０…車体 ６００…画像
生成装置 ３２０…操作入力手段 ６１０…提示
座標計算部 ３２１…走行速度入力手段 ６２０…画像
記憶部 ３２２…走行方向入力手段 ６３０、６３
１…画像合成部 ４００…頭部搭載型画像提示装置（ＨＭＤ） ４１０…操作者姿勢計測手段 ７００…車両
モデル ５００…外周スクリーン ７１０…車両
揺動計算手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 舘 ▲すすむ▼ 茨城県つくば市梅園２−31−14

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車両モックアップと、操作者姿勢計測手段
   と、画像生成装置と、外周スクリーンと、画像投影装置
   と、頭部搭載型画像提示装置と、を有し、 上記車両モックアップは、操作者が搭乗する模擬車両で
   あって、操作者の操作に応じた車両の状態信号を入力す
   る操作入力手段を備えたものであり、 上記操作者姿勢計測手段は、操作者の目の位置と視線方
   向を検出するものであり、 上記画像生成装置は、上記操作入力手段と上記操作者姿
   勢計測手段の信号から車両の位置および車両の揺動情報
   を演算し、それに対応した車室内画像と近景画像と遠景
   画像とを生成するものであり、 上記外周スクリーンは、上記車両モックアップの外周に
   設けられた画像投影用のスクリーンであり、 上記画像投影装置は、上記画像生成装置で生成した遠景
   画像を上記外周スクリーンに投影するものであり、 上記頭部搭載型画像提示装置は、操作者の頭部に搭載さ
   れ、上記画像生成装置によって生成された車室内画像と
   近景画像との合成画像を三次元画像として提示し、か
   つ、上記外周スクリーンに投影された遠景画像を上記三
   次元画像と重ね合わせて操作者に提示するものであり、 車室内画像と近景画像の三次元画像を二次元の遠景画像
   と重ね合わせて操作者に提示することを特徴とする車両
   用ドライブシミュレータ。
2. 【請求項２】請求項１に記載の車両用ドライブシミュレ
   ータにおいて、 車両運動計算手段と、車両揺動装置とを有し、 上記車両運動計算手段は、上記操作入力手段の信号から
   車両の運動を計算するものであり、 上記車両揺動装置は、上記車両運動計算手段によって計
   算された車両の運動にしたがって車両モックアップを揺
   動させる装置であり、 操作者の操作に応じた車両動作を模擬して上記車両モッ
   クアップを動かすことを特徴とする車両用ドライブシミ
   ュレータ。