JPH08131659A - 疑似現実感発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】装置の限られた運動を恰も自由な３次元運動と
錯誤させる疑似現実感を発生する安価で小規模な映像シ
ステムを得る。 【構成】模擬操縦席１の正面に操縦者の視野の大部分を
カバーする小形のドームスクリーン５を設け、映像音響
信号生成手段７と操縦位置姿勢制御手段９によって操縦
位置姿勢制御と連動させた映像信号と音響信号を生成す
ることにより、装置の運動制限を補う映像を表示して自
由な３次元運動と錯誤させるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ゲーム機器や各種のシ
ミュレータ等に用いられる疑似現実感発生装置に関し、
特に、体験者の制限された運動を恰も自由な３次元運動
と錯誤させるようにした小規模な疑似現実感発生装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】疑似現実感を発生するシステムは種々の
形態で実用化されており、代表的なシステムは、飛行訓
練等に利用されるフライトシミュレータである。

【０００３】図８は、従来のフライトシミュレータの例
を示している。図において、８１は飛行機の操縦に供す
る操縦捍やスロットルなどの操縦デバイス（図示せず）
を備えた模擬操縦席であり、機体運動の体感を与える動
揺台８２に載置されている。８３はドームスクリ−ン
で、５台のプロジェクタ８４から投射される映像を表示
する。８５は、操縦者により操作される操縦デバイスの
操作量に対応した機体や装備品の動作や運動を実時間に
計算して、動揺台８２による模擬操縦席８１の動きを制
御すると共に窓外風景をプロジェクタ８４によりドーム
スクリーン８３に表示し、更に、スピーカ８６ａ，８６
ｂや振動発生手段（図示せず）によるエンジン音や機体
振動などの音響発生を制御する制御計算装置である。

【０００４】このように構成された従来のフライトシミ
ュレータは、操縦者が模擬操縦席８１で操縦デバイスを
操作することにより、その操作に相応した疑似体験を操
縦者に与える。操縦者が自らの操縦により受ける知覚
は、動揺台８２に駆動される模擬操縦席８１の動揺によ
る機体や装備品の動作や運動あるいは機体振動に関する
体感，模擬操縦席８１の窓外の風景の変化による自分の
位置や姿勢に関する視覚，エンジン音による機体の状態
に関する聴覚である。

【０００５】このような知覚が実体験に近いものとなる
ように、制御計算装置８５は、精度の高いフライトシミ
ュレーションを行い、運動力学モデルを用いた実時間処
理を行っている。動揺台８２は、フライトシミュレーシ
ョンの結果に基づいて制御され、模擬操縦席８１を上下
方向に３ｍ程度，左右方向に２ｍ程度の範囲で動揺させ
るように構成されている。

【０００６】ドームスクリーン８３に表示する窓外光景
は、フライトシミュレーションの高度，位置，姿勢など
のデータと予め入力されている地上の地形データなどか
ら生成して投写される遠景の２次元映像である。ドーム
スクリーン８３は、動揺台８２と該動揺台８２による模
擬操縦席８１の動揺範囲の大きさから、直径が７ｍ程度
のものが用いられている。

【０００７】エンジン音などの擬音や機体振動は、スピ
ーカ８６と模擬操縦席８１に設置された振動体（図示せ
ず）によって発生して操縦者に伝えることで、現実感を
高めるようにしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の疑似
現実感を発生するシステムは、前述のように、運動力学
の厳密性と忠実性を追究しているために、装置が大規模
になって設置面積が大きくなると共に高価になるという
問題があった。

【０００９】また、動揺台８２の駆動範囲内での模擬操
縦席８１の運動に限られたシミュレーションであるの
で、大きな動きを体験させるためには、動揺台８２の駆
動範囲を大きくして対応しなければならないが、このよ
うな対応策は、装置を一層大規模化することになって、
設置場所が限られてしまうという問題がある。

【００１０】従って、従来のシミュレーションシステム
は、手軽に疑似現実感を発生して臨場感溢れる演出を行
なう装置には不向きであり、簡便なシミュレータやアミ
ューズメントに適した自由な３次元運動と錯誤させる疑
似現実感を発生する小規模で安価な疑似現実感発生装置
を実現することが困難であった。

【００１１】本発明の目的は、駆動範囲が限られた体験
席と小形の映像装置によって恰も自由な３次元運動と錯
誤させる疑似現実感を発生することができる小規模な疑
似現実感発生装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の１つの特徴は、
映像を提供する映像表示手段と、音響を提供する音響発
生手段と、前記映像表示手段及び音響発生手段に与える
映像信号及び音響信号を発生する映像音響信号生成手段
と、体験位置姿勢制御手段とを備えた擬似現実感発生装
置において、前記映像音響信号生成手段は、体験位置姿
勢制御手段による体験位置姿勢制御の限界を補う映像制
御を実行するようにしたことにある。

【００１３】本発明の他の特徴は、映像を提供する映像
表示手段と、音響を提供する音響発生手段と、前記映像
表示手段及び音響発生手段に与える映像信号及び音響信
号を発生する映像音響信号生成手段と、体験位置姿勢制
御手段と、これらを制御する主制御装置を備えた擬似現
実感発生装置において、前記映像音響信号生成手段は、
前記主制御装置からの制御信号に従って前記体験置姿勢
制御手段による体験位置姿勢制御の限界を補った映像信
号の生成あるいは信号変換及び音場を生成あるいは信号
変換を実行して前記映像表示手段と音響発生手段に信号
を送るようにしたことにある。

【００１４】本発明の更に他の特徴は、映像を提供する
映像表示手段と、音響を提供する音響発生手段と、前記
映像表示手段及び音響発生手段に与える映像信号及び音
響信号を発生する映像音響信号生成手段と、体験者の位
置姿勢に関する体験位置姿勢情報を入力する入力手段
と、前記体験位置姿勢情報を参照して動作する体験位置
姿勢制御手段とを備えた擬似現実感発生装置において、
前記映像音響信号生成手段は、前記入力手段から入力さ
れる体験位置姿勢情報に従う前記体験位置姿勢制御手段
による体験位置姿勢制御の限界を補う映像制御を実行す
るようにしたことにある。

【００１５】そして前記映像表示手段は、視聴位置に対
して曲率をもち且つ該視聴位置との間に３０ｃｍ〜３ｍ
の距離をおいて位置して該視聴位置の前方に上下方向に
３０°〜、好ましくは４０°〜２１０°、左右方向に７
０°〜、好ましくは１００°〜２１０°の視野の映像表
示画面を提供するスクリーンを備える。

【００１６】または、前記映像表示手段は、映像表示画
面を提供するスクリーンと該スクリーンに表示された映
像を視聴位置に向けて反射する凹面鏡を備え、前記スク
リーンと視聴位置との間の光学的距離を６０ｃｍ〜４．
５ｍにして視聴位置の前方に上下方向に３５°、左右方
向に５０°以上の視角の映像領域とその外側の低明度領
域を提供することを特徴とする。

【００１７】

【作用】人間は、前面に左右方向に１００°以上の視野
角で映像を写しだすとその視覚のほぼ全部が画面に集中
すること、全視野は２１０°程度であること、また、明
視の距離より遠い位置に映像を発生させると映像に対す
る距離の違和感が少ないこと、更に、人間の目の焦点調
節機能が数ｍの距離でほぼ無限遠と等しくなる、等の現
象を考慮すると、小規模で且つ大視野角を与える小形の
スクリーンあるいは小形の凹面鏡は、視聴位置の正面に
体験者の視野の大部分をカバーする映像を提供する。

【００１８】そして、制御範囲を越える位置姿勢の回転
あるいは移動が必要なときに、必要な絶対位置姿勢制御
量の一部を映像及び音場の相対位置姿勢制御量に変換し
て映像及び音場を回転または移動することにより、体験
者に位置姿勢の制御範囲を越えた回転または移動の錯誤
を与える。

【００１９】

【実施例】本発明を図面を参照してフライトシミュレー
タの実施例で説明する。

【００２０】体験者である操縦者に認識させたい角度を
認識期待角度、体験席である模擬操縦席の回転する角度
を座席回転角、映像表示手段が模擬操縦席の移動と同一
に移動しない場合の映像の回転あるいは移動により得ら
れる角度を映像回転（垂直水平移動）角度とすると、映
像については、次の関係で示される。

【００２１】ローリング時には、正面方向を回転軸とす
ると、 認識期待角度＝座席回転角−映像回転角 ……（数１） ピッチング時には、左右方向を回転軸とすると、 認識期待角度＝座席回転角−映像垂直方向移動角 ……（数２） ヨーイング時には、垂直方向を回転軸とすると、 認識期待角度＝座席回転角−映像水平方向移動角 ……（数３） 従って、座席回転角が位置姿勢制御範囲を越えるような
制御が必要なときは、必要な絶対位置姿勢制御量の一部
を映像画面の相対位置姿勢制御量に変換でき、 映像回転（移動）角＝−（認識期待角度−座席回転角） ……（数４） となる。

【００２２】一方、音場は、次の関係で示される。 認識期待角度＝座席回転角−音場回転角 ……（数５） 従って、座席回転角が位置姿勢制御範囲を越えるような
制御が必要なときは、必要な絶対位置姿勢制御量の一部
を音場の相対位置姿勢制御量に変換でき、 音場回転角＝−（認識期待角度−座席回転角） ……（数６） となる。

【００２３】以上のように、運動の範囲が制限された安
価な位置姿勢制御装置を用いても、映像及び音響を操縦
者の体験位置姿勢制御と関連させて制御することにより
該装置の運動を恰も自由な３次元運動と錯誤させる疑似
現実感を発生する小規模で臨場感溢れ且つ安価な疑似現
実感発生装置を実現することができる。

【００２４】（第１の実施例）図１は、本発明になるフ
ライトシミュレータの構造図を示している。図１におい
て、１は体験者である操縦者が搭乗する模擬操縦席であ
り、その背もたれ部の裏側には機体振動を発生して体感
させる振動体２が設けられ、前方には操縦操作に供する
操縦捍やスロットルなどの操縦デバイス３が設けられ、
機体運動の体感を与える動揺台４に載置されて操縦席装
置の機構部を構成している。映像装置は、１．５ｍの曲
率半径となるように湾曲させた直径が２ｍの大きさのド
ームスクリ−ン５とプロジェクタ６からなる映像表示手
段と前記プロジェクタ６に映像信号を与える映像音響信
号生成手段７で構成され、映像信号に基づいてプロジェ
クタ６で生成した映像をドームスクリ−ン５に投写して
表示する。ドームスクリ−ン５は、球（湾曲）の略中心
が模擬操縦席１に搭乗した操縦者の視聴位置と略一致す
るように該模擬操縦席１の前方に設置される。

【００２５】音響装置は、４つのスピーカ８ａ，８ｂと
模擬操縦席１に設置された前記振動体２からなる音響発
生手段と前記映像音響信号生成手段７で構成され、エン
ジン音などの擬音と機体振動を生成する。

【００２６】前記映像音響信号生成手段７は、前記映像
表示手段と音響発生手段に映像信号と音響信号を供給す
る手段であり、映像情報と音源情報を蓄積する計算機を
主体にして構成される。

【００２７】９は操縦（体験）位置姿勢制御手段であ
り、前記動揺台４の動きを制御する制御信号を生成する
計算機で構成され、前記操縦席装置の制御部を構成す
る。

【００２８】１０は、前記映像装置，音響装置及び操縦
席装置を関連付けて制御する主制御装置であり、前記操
縦デバイス３，映像音響信号生成手段７及び操縦位置姿
勢制御手段９に接続され、前記操縦デバイス３による操
縦者の操縦操作及び位置姿勢に関する情報を入力し、予
め決められた関係及び手順に従ったフライトシミュレー
ションを行なって操縦位置姿勢と連動した映像及び音響
信号と操縦位置姿勢制御信号を発生するように前記映像
音響信号生成手段７と操縦位置姿勢制御手段９を制御す
るように動作する計算機などで構成される。

【００２９】なお、１１は支柱であり、前記ドームスク
リ−ン５，プロジェクタ６及びスピーカ８ａ，８ｂなど
を所定の位置に支持する。

【００３０】動揺台４は、フライトシミュレーションの
結果に基づいて前記模擬操縦席１を上下，左右及び前後
方向に各４０ｃｍの範囲内で動揺させる駆動源を備え
る。この駆動源は、６本の油圧シリンダに加える油圧を
電気制御の油圧弁により制御することで、模擬操縦席１
の動揺の大きさと方向を制御するように構成した。油圧
弁の制御は電気信号で行なうために色々な制御方法をと
れるが、この実施例では、操縦位置姿勢制御手段９の計
算機から出力されるデジタル制御信号をＤ／Ａ変換によ
ってアナログ制御信号に変換して油圧弁に与える方法を
採用した。なお、動揺台４の３軸における駆動回転角
は、各±２０°である。

【００３１】映像装置における映像表示画面は、視聴
（体験）者の前面に左右方向に１００°以上の視野角で
映像を写して提供すると該視聴者の視覚のほぼ全部が画
面に集中すること、人間の全視野は２１０°程度である
こと、また、明視距離より遠い位置に映像を発生させる
と該映像に対する距離の違和感が少ないこと、更に、人
間の目の焦点調節機能が数ｍの距離でほぼ無限遠と等し
くなることなどを考慮し、小規模で且つ大きな視野角を
与えるための映像表示手段におけるドームスクリーン５
は、視聴者の前面に上下方向に３０°〜、好ましくは４
０°〜２１０°、左右方向には７０°〜、好ましくは１
００°〜２１０°の視角となるような表示画面を提供で
きる構成とすることが望ましい。なお、視角が上下方向
に３０°未満，左右方向に７０°未満となった場合に
は、映像範囲以外の領域も視界に大きく入り込み、映像
の移動に関して違和感を発生する。

【００３２】このため、ドームスクリーン（映像表示画
面）５は、搭乗する操縦者の視聴位置に対して曲率をも
たせており、その位置は、映像表示画面と操縦者の間の
距離が３０ｃｍ〜３ｍの範囲となるように設置される。
これは、この範囲より遠く離れた相対関係となるような
設置状態では、必要以上に広がった視野に相応する大き
なドームスクリーン５が必要になって設備が大規模化す
る問題があり、また、この範囲より近くすると視点調節
が困難になることを考慮して、実験的に決めた最適範囲
である。この実施例のようにすると、直径２ｍのドーム
スクリ−ン５にプロジェクタ６で投写した縦横比が３対
４の矩形の映像は、視点がドームスクリ−ン５の中心に
設定してあるので、小さい映像表示画面にも拘らず、上
下方向に４８°，左右方向に１１５°の十分な視角が得
られた。

【００３３】音響装置は、映像及び操縦位置姿勢と連動
して臨場感を演出する音場を形成するために操縦者を水
平方向及び垂直方向に取り囲む複数個のスピーカを設置
することが望ましく、この実施例では、ドームスクリー
ン５を中心にして上下左右の４角に４個のスピーカ８
ａ，８ｂを設置した。そして、この各スピーカ８ａ，８
ｂは、主制御装置１０によって制御される映像音響信号
生成手段７で生成した音響信号によって映像及び操縦位
置姿勢制御と連動するように制御される。また、模擬操
縦席１を介して操縦者に振動を与えて体感させる振動体
２も同様に制御される。

【００３４】図２は、このようなフライトシミュレータ
の制御系の制御機能を制御信号の流れに沿ってブロック
化したブロック図である。

【００３５】図２において、１２は前記映像表示手段で
あり、前記ドームスクリ−ン５とプロジェクタ６によっ
て構成されている。また、１３は前記音響発生手段であ
り、前記振動体２とスピーカ８ａ，８ｂによって構成さ
れている。

【００３６】映像音響信号生成手段７は、主制御装置１
０からの制御信号に従って映像信号の生成あるいは信号
変換，音場及び振動を発生する音響信号の生成あるいは
信号変換を実行し、これらの信号を映像表示手段１２と
音響発生手段１３に与える。

【００３７】また、操縦位置姿勢制御手段９は、主制御
装置１０からの制御信号に従って動揺台４の動揺を制御
する制御信号の生成あるいは信号変換を実行する。

【００３８】模擬操縦席１に搭乗して映像と音響を視聴
し、且つ、該模擬操縦席１の動揺によって位置姿勢を変
更させられる操縦者は、自らの意志で位置姿勢を変更す
るために操縦デバイス３を操作する。主制御装置１０
は、この操縦者により操作される操縦デバイス３からの
操縦及び位置姿勢に関する位置姿勢情報を入力し、入力
の状況に応じて予め定めた関係の処理、この実施例で
は、飛行機のフライトシミュレーションを行い、運動力
学モデルを用いた実時間処理を行ない、その結果から、
３次元的に操縦者や飛行機の位置または姿勢の変更状態
を求め、あるいは、位置と姿勢の変更状態を求め、その
結果に基づいて映像音響信号生成手段７と操縦位置姿勢
制御手段９を制御する１つの制御ループを構成する。

【００３９】ここで、主制御装置１０は、操縦者に該操
縦者や飛行機の位置または姿勢の変更あるいは位置と姿
勢の変更を認識させる制御を行なうことが必要である。
具体的には、操縦者がどの方向に動いたかを認識するた
めには、角度や位置の変化を認識させる必要がある。角
度と位置の変化を認識させるために、主制御装置１０
は、模擬操縦席１を動揺させると共に表示映像を変化さ
せる制御を行なう。認識させたい角度の変化量（認識期
待角度）が動揺台４による最大動揺量（最大動揺角度）
を越えている場合には、この変化量を模擬操縦席１の動
揺によって認識させることができない。移動量について
も同様である。

【００４０】本発明は、認識期待角度や移動量が動揺台
４による動揺範囲を越えるときには、表示映像を反対方
向に揺動（回転）させて補うことによって、操縦者に対
して、恰も認識期待角度や移動量に等しい量の動揺が行
なわれたような錯誤を与えるものである。

【００４１】例えば、この実施例において、認識期待角
度（例えばヨー角）が３５°である場合、動揺台４によ
る模擬操縦席１の最大回転角度は２０°であるから、１
５°の回転角不足量になる。主制御装置１０は、この不
足量を補うために、表示映像を（数４）に従って水平方
向に−１５°回転するように映像音響信号生成手段７を
制御する。音響を伴う映像表示である場合には、音場も
同様に回転させる制御を行なう。そして、このような回
転及び移動制御を実行することにより、認識期待角度及
び移動量に相応する疑似現実感を知覚させることがで
る。他の認識期待角度や移動についても同様である。

【００４２】このように、認識期待角度や移動量が、動
揺台４による模擬操縦席１の位置姿勢の動揺範囲を越え
る場合には、必要な絶対位置姿勢制御量の一部を映像や
音場の相対的な位置姿勢制御量に変換して補うことによ
り、運動の範囲が制限された操縦席装置を用いて、該装
置の運動を恰も自由な３次元運動と錯誤させることがで
きる疑似現実感を発生する小規模で臨場感溢れ且つ安価
な疑似現実感発生装置を実現することができる。

【００４３】このように、動揺台４による模擬操縦席１
の回転限度（不足量）を補うために表示映像及び音場を
回転させるが、この回転は、映像音響信号生成手段７
に、表示画面内の１点を中心にして映像を回転表示する
映像変換手段及び音場を操縦者を中心に任意の方向にし
て回転させるための音場変換手段を設けることで迅速に
行なえるため、操縦者に違和感を与えることがない。

【００４４】また、映像領域以外の範囲が視界に入り込
んで映像の移動に対して違和感が生じることにより疑似
現実感が低下するのを防止するために、表示画面に対す
る操縦者の位置情報を主制御装置１０に伝達し、該操縦
者の正面位置が常に表示画面の内側となるようにその位
置姿勢制御を行なうことにより、高い疑似現実感が得ら
れる。

【００４５】（第２の実施例）前述した第１の実施例
は、動揺台４の回転量の限度を補うために必要な映像及
び音場の回転条件を、操縦デバイス３から得られる位置
姿勢情報を参照して主制御装置１０が決めている。しか
し、映像と音場の回転制御機能は、以下に述べる第２の
実施例のような形態で付与することもできる。

【００４６】図３は、本発明になるフライトシミュレー
タの第２の実施例における制御機能をブロック化して示
したもので、矢印方向は制御処理の流れの方向を表して
いる。なお、前述した第１の実施例と共通する構成手段
は、図示を省略し、あるいは同一の参照符号を付して重
複する説明を省略する。

【００４７】この実施例は、操縦デバイス３により操縦
者の位置姿勢情報が入力された主制御装置１０ａは、こ
の入力情報に応じて予め定めた関係に従って飛行機のフ
ライトシミュレーションを行い、運動力学モデルを用い
た実時間処理を行なうまでは第１の実施例の主制御装置
１０ａと同じであるが、実時間処理の結果に基づいて、
３次元的に操縦者や飛行機の位置あるいは姿勢を変更
し、あるいは位置と姿勢を変更する制御情報を操縦位置
姿勢制御手段９ａに伝達し、この操縦位置姿勢制御手段
９ａにおいて（数４）の演算を行ない、その結果から動
揺台４の制御と映像音響信号生成手段７ａを制御する１
つの制御ループを構成することが新しい。そして、映像
音響信号生成手段７ａは、操縦位置姿勢制御手段９ａか
ら得られる位置姿勢の情報に基づいてコンピュータグラ
フィックスの映像信号と音響信号を生成する。

【００４８】この実施例も、第１の実施例と同様に、認
識期待角度が動揺台４による模擬操縦席１の操縦位置姿
勢の動揺制御範囲を越えるときは、必要な絶対位置姿勢
制御量の一部を映像の相対的な位置姿勢制御量に予め変
換するように設定しておくことにより、第１の実施例と
同様の作用効果を得ることができる。そして、コンピュ
ータグラフィックスは予め定める範囲において行動の自
由が増すために、操縦者に違和感を与えることがない。

【００４９】（第３の実施例）操縦位置姿勢制御手段９
ａから与えられる位置姿勢の情報に基づいて映像信号及
び音響信号を生成する構成は、映像の精細度を高くした
り表示範囲を大きくすると、簡単な処理手段では映像信
号の生成に多大の時間が必要となり、操縦者に違和感を
与える場合もある。このような問題は、次に説明する第
３の実施例のように構成することによって解決できる。

【００５０】図４は、本発明になるフライトシミュレー
タの第３の実施例における制御機能をブロック化して示
したもので、矢印方向は制御処理の流れの方向を表して
いる。なお、第１及び第２の実施例と共通する構成手段
は、図示を省略し、あるいは同一の参照符号を付して重
複する説明を省略する。

【００５１】この実施例は、操縦者が操作する操縦デバ
イス３を省略して操縦者による位置姿勢の情報の入力を
なくし、更に、主制御装置１０ａも省略している。そし
て、映像音響信号生成手段７ａは、予め決められた手順
に従ったフライトシミュレーションにより操縦位置姿勢
制御手段９ｂに設定された操縦者の位置姿勢の情報に基
づいてコンピュータグラフィックスにより映像及び音響
信号を生成して保存し、これを再生して出力する構成で
ある。

【００５２】この実施例も、第１の実施例と同様に、認
識期待角度が動揺台４による模擬操縦席１の位置姿勢の
動揺制御範囲を越えるときには、必要な絶対位置姿勢制
御量の一部を映像の相対的な位置姿勢制御量に予め変換
するように設定しておくことにより、第１の実施例と同
様の作用効果が得られる。また、コンピュータグラフィ
ックスにより精細度の高い高品質の映像を提供すること
ができる。しかも、映像及び音響信号は、予め設定され
た操縦位置姿勢の情報に基づいて予め生成して光ディス
クなどに保存しておいて再生して発生することにより、
簡単な手段で迅速に提供できるので、操縦者に違和感を
与えることがない。

【００５３】（第４の実施例）第１の実施例において、
操縦デバイス３により与えられる操縦者の位置姿勢に関
する情報に基づいて、映像，音響，操縦位置姿勢を予め
決めた関係や手順でシミュレーション処理する場合、単
純な制御は、例示した基本的な数式に従って実行するこ
とができる。しかし、例えば、動揺台４の可動限界に対
応した処理を行うとか、動作に緩急を付けるために例示
した数式に別の関数も付加するような複雑な制御処理を
行う場合には、該処理を行う手段の追加が必要となる。
このような制御処理に好適な実施例を次に示す。

【００５４】図５は、本発明になるフライトシミュレー
タの第４の実施例における制御機能をブロック化して示
したもので、矢印方向は制御処理の流れの方向を表して
いる。なお、第１の実施例と共通する構成手段は、図示
を省略し、あるいは同一の参照符号を付して重複する説
明を省略する。

【００５５】図５において、映像表示手段１２と音響発
生手段１３と映像音響信号生成手段７と操縦位置姿勢制
御手段９を制御する主制御装置１０ｂは、操縦者からの
位置姿勢に関する情報を入力する操縦デバイス３と、映
像，音響，操縦位置姿勢の予め決められた関係及び手順
を記憶する記憶手段を有して操縦位置姿勢とその運動状
態と映像及び音響との関係をその記憶手段に蓄えた情報
を加味して計算する補助の演算手段１４に接続され、こ
の演算結果を前記映像音響信号生成手段７と操縦位置姿
勢制御手段９に伝達する手段を備え、前記映像音響信号
生成手段７と操縦位置姿勢制御手段９を制御する構成で
ある。

【００５６】このような構成にすると、映像及び音響と
操縦位置姿勢の予め決められた関係及び手順は、前述し
た数式に別の関数を付加した複雑な制御処理にも迅速に
対応できるようになる。

【００５７】主制御装置１０ｂは、演算手段１４と協働
して、操縦位置姿勢制御手段９からの位置姿勢運動情報
と操縦デバイス３からの位置姿勢制御入力情報を参照し
て映像音響信号生成手段７を制御し、あるいは、映像音
響信号生成手段７で生成した映像及び音響情報を参照し
て操縦位置姿勢制御手段９を制御することなどができる
ため、緻密な制御ができるようになり、より強く疑似実
態感を知覚させることができるようになる。

【００５８】なお、演算手段１４は、第１の実施例と同
様に、認識期待角度が動揺台４による模擬操縦席１の位
置姿勢の動揺制御範囲を越えるときは、必要な絶対位置
姿勢制御量の一部を映像の相対的な位置姿勢制御量に予
め変換するような演算処理を行うように設定しておく。

【００５９】（第５の実施例）図６は、本発明になるフ
ライトシミュレータの第５の実施例を示す構造図であ
る。第１の実施例と異なる構成は映像装置であり、その
他の構成手段は共通しているので同一の参照符号を付し
て重複する説明を省略する。

【００６０】この実施例における映像装置は、映像表示
手段として、直径が２ｍの凹面鏡１５，映像光が透過す
る小型のドームスクリ−ン５ａ及びプロジェクタ６を備
える。凹面鏡１５は１．５ｍの曲率半径で湾曲し、該曲
率半径の中心点が模擬操縦席１に着座した操縦者の視聴
位置と一致するように設置される。ドームスクリ−ン５
ａは０．７５ｍの曲率半径で湾曲し、該曲率半径の中心
点がプロジェクタ６の放映位置と一致するように設置さ
れる。ドームスクリ−ン５ａの映像表示画面と操縦者の
視聴位置の間の光学的距離は、凹面鏡１５を介して６０
ｃｍ〜４．５ｍの範囲になるように設定する。これは、
この範囲より遠く離れた相対関係となるような設置状態
では、必要以上に広がった視野に相応する大きなドーム
スクリーン５ａと凹面鏡１５が必要になって設備が大規
模化する問題が発生し、また、この範囲より近くすると
視点調節が困難になることを考慮して、実験的に決めた
最適範囲である。ドームスクリーン５ａと視聴位置の間
の光学的距離を２．２５ｍに設定した装置では、上下方
向に３５°，左右方向に６０°の視角の映像を表示する
ことができ、映像領域の外側の領域の明度を下げる工夫
を施すことにより、違和感を少なくすることができた。
このような実施例における左右方向の望ましい視角は５
０°以上である。

【００６１】この映像装置は、ドームスクリ−ン５ａ上
の映像を凹面鏡１５に反射させて操縦者に提供している
ため、操縦者は、ドームスクリ−ン５ａ上の映像は虚像
として観視することになる。この結果、操縦者は、奥行
きに広がりをもった映像を見ることになるため、実像を
観視する第１の実施例に比べて疑似現実感が増加する。
その他の動作などは第１の実施例と同じである。

【００６２】そして、これまでの実施例と同様に、認識
期待角度が動揺台４による模擬操縦席１の操縦姿勢の動
揺制御範囲を越えるときは、必要な絶対位置姿勢制御量
の一部を映像の相対的な位置姿勢制御量に予め変換する
ように設定した制御を行うことにより、前記第１の実施
例と同様の作用効果を得ることができる。

【００６３】（第６の実施例）図７は、本発明になるフ
ライトシミュレータの第６の実施例を示す構造図であ
る。この第６の実施例で第５の実施例と異なる構成は、
映像装置及び音響装置が模擬操縦席１と一体的に動く構
造となっている点であり、その他の共通した構成手段に
は同一の参照符号を付して重複する説明を省略する。

【００６４】図７において、支柱１１ａは、模擬操縦席
１と一体的に構成して動揺台４に載置され、ドームスク
リーン５ａ，プロジェクタ６，スピーカ８ａ，８ｂ及び
凹面鏡１５を支持する。従って、ドームスクリーン５ａ
と凹面鏡１５は、模擬操縦席１の正面に該模擬操縦席１
と常に一定の相対関係で位置する映像表示画面を提供す
ることになるので、該模擬操縦席１の回転に伴う操縦者
の視野の移動に追従して移動する映像を提供することが
でき、操縦者の視野に応じた大きさの映像を比較的小さ
いドームスクリーン５ａと凹面鏡１５によって提供でき
る。

【００６５】このような映像装置と音響装置によるフラ
イトシミュレータでは、操縦者は、映像の動き（回転）
によって該映像の移動と反対方向に自分が動いたと錯誤
（認識）するので、映像音響信号生成手段７は、表示映
像が常に認識期待角度及び移動量に相応して回転または
移動するように映像信号を制御することにより、操縦者
は、映像による疑似現実感を受ける。このとき、操縦位
置姿勢制御手段９は、映像の変化による認識を補助する
程度の体感を与えるように模擬操縦席１を回転または移
動させるために動揺台４の動きを制御する。従って、模
擬操縦席１の位置姿勢動揺制御範囲は、これまでの実施
例に比べて小さくすることができるので装置を小型化で
きる。この実施例では、動揺台４は、フライトシミュレ
ーションの結果から、模擬操縦席１を上下，左右，前後
方向に各２０ｃｍの範囲で動揺させる構成であり、６本
の油圧シリンダによる駆動機構を用いた。動揺の大きさ
と方向は、油圧シリンダに加える油圧を電気制御の油圧
弁により変えることで制御する構成にした。油圧弁の制
御は電気信号で行なうために色々な制御方法をとれる
が、この実施例では、操縦位置姿勢制御手段９の計算機
から出力されるデジタル制御信号をＤ／Ａ変換によって
アナログ制御信号に変換して油圧弁に与える方法を採用
した。なお、動揺台４の３軸における回転角は、各±１
０°とした。

【００６６】そして、この実施例によっても第５の実施
例と同様の疑似的な現実感を知覚させることができた。
また、このような映像装置及び音響装置の変形は、第１
の実施例に対しても同様に行なうことができる。

【００６７】前述した各実施例において、操縦者の位置
姿勢に関する位置姿勢情報は、模擬操縦席１に設けた操
縦捍やスロットルなどの操縦に供する操縦デバイス３で
発生する例で説明したが、この限りになく、操縦者の位
置姿勢に関する位置姿勢情報を出力する他の手段を採用
することもできる。例えば、操縦者の頭部にセットされ
る磁気あるいは赤外線等の信号発生源を設け、スクリ−
ン側でその信号を受けて操縦者の頭部の向きや視線の方
向を検出するようにして情報信号を発生するようにして
もよい。この場合は、操縦者の頭部位置あるいは視線の
方向の検出手段からの情報と連動させて、予め決められ
た関係と手順に従ったフライトシミュレーションに基づ
いて映像音響信号と位置姿勢制御信号を制御すれば、こ
れまでの実施例と同様に疑似現実感を知覚させることが
できる。

【００６８】また、本発明は、大視野角化させた小型の
映像表示手段と、それに連動した動揺台の制御手段によ
り疑似現実感を知覚させるものであるため、映像装置を
３次元立体映像装置とすることも容易である。３次元立
体映像の場合には、表示映像を立体視させるために右目
用，左目用の映像を操縦位置姿勢制御と連動して表示す
るように映像音響信号生成手段７を構成し、これを立体
眼鏡を使用して観察するようにすればよい。また、その
他の立体映像方式の採用も可能である。

【００６９】また、視野角と曲率半径がこの程度の映像
は、スクリ−ンの大きさやプロジェクタの種類などの仕
様を自由に選んで提供することができる。

【００７０】また、動揺台４は６本の油圧シリンダを駆
動源とするように構成したが、油圧でなく電気動力を用
いても良く、また、６軸に限られるものでもない。

【００７１】更に、前述した各実施例は、映像音響信号
生成手段７，操縦位置姿勢制御手段９，主制御装置１０
及び演算手段１４をそれぞれ独立した構成手段として説
明したが、これらの各手段は、計算処理装置における情
報処理や制御処理のプログラムの一部として構成するこ
とができる。これらの構成手段を小型計算処理装置（例
えばマイクロコンピュータ）における情報処理や制御処
理のプログラムで実現する場合には、該計算処理装置の
処理能力（処理量／処理時間）と要求される即応性を考
慮すると、映像音響信号生成手段７（７ａ）と主制御装
置１０（１０ａ）を１つの小型計算処理装置で分担し、
操縦位置姿勢制御手段９を他の小型計算処理装置で分担
するように置き換え、この２つの小型計算処理装置を連
動させる構成が望ましい。

【００７２】以上、飛行操縦者を対象にしたフライトシ
ミュレータの実施例で説明したが、本発明は、例えば、
自動車のドライブシミュレータのように座席（体験席）
の回転や移動制御によって体験者の視聴位置や姿勢を変
化させる位置姿勢制御装置を備えた各種の疑似体験装置
に適用することができる。

【００７３】

【発明の効果】以上のように、本発明になるゲーム機器
やシミュレータ等に用いられる疑似現実感発生装置によ
れば、運動範囲が制限された小形で簡便な位置姿勢制御
装置と小形の映像表示装置を用いて該装置の制限された
運動を恰も自由な３次元運動と錯誤させる疑似現実感を
発生することができる安価で小規模な疑似現実感発生装
置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になるフライトシミュレータの第１の実
施例を示す構造図である。

【図２】図１に示す第１の実施例における制御機能をブ
ロック化して示した制御処理ブロック図である。

【図３】本発明になるフライトシミュレータの第２の実
施例における制御機能をブロック化して示した制御処理
ブロック図である。

【図４】本発明になるフライトシミュレータの第３の実
施例における制御機能をブロック化して示した制御処理
ブロック図である。

【図５】本発明になるフライトシミュレータの第４の実
施例における制御機能をブロック化して示した制御処理
ブロック図である。

【図６】本発明になるフライトシミュレータの第５の実
施例を示す構造図である。

【図７】本発明になるフライトシミュレータの第６の実
施例を示す構造図である。

【図８】従来のフライトシミュレータの構造図である。

【符号の説明】

１…模擬操縦席、２…動揺台、３…ドームスクリ−ン、
４…プロジェクタ、５…スピーカ、６…振動体、７…映
像音響信号生成手段、８…操縦位置姿勢制御手段、９…
操縦デバイス、１０…主制御装置、１１…支柱、１２…
映像表示手段、１３…音響発生手段、１４…凹面鏡。

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】映像を提供する映像表示手段と、音響を提
   供する音響発生手段と、前記映像表示手段及び音響発生
   手段に与える映像信号及び音響信号を発生する映像音響
   信号生成手段と、体験位置姿勢制御手段とを備えた擬似
   現実感発生装置において、 前記映像音響信号生成手段は、体験位置姿勢制御手段に
   よる体験位置姿勢制御の限界を補う映像制御を実行する
   ことを特徴とする疑似現実感発生装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記映像表示手段は、
   視聴位置の前方に上下方向に３０°〜、好ましくは４０
   °〜２１０°、左右方向に７０°〜、好ましくは１００
   °〜２１０°の視野の映像表示画面を提供するスクリー
   ンを備えたことを特徴とする疑似現実感発生装置。
3. 【請求項３】請求項１または２において、前記映像表示
   手段は、視聴位置に対して曲率をもち且つ該視聴位置と
   の間に３０ｃｍ〜３ｍの距離をおいて位置する映像表示
   画面を提供するスクリーンを備えたことを特徴とする疑
   似現実感発生装置。
4. 【請求項４】請求項１において、前記映像表示手段は、
   映像表示画面を提供するスクリーンと該スクリーンに表
   示された映像を視聴位置に向けて反射する凹面鏡を備
   え、前記スクリーンと視聴位置との間の光学的距離を６
   ０ｃｍ〜４．５ｍとしたことを特徴とする疑似現実感発
   生装置。
5. 【請求項５】請求項４において、前記映像表示手段は、
   視聴位置の前方に上下方向に３５°、左右方向に５０°
   以上の視角の映像領域とその外側の低明度領域を提供す
   ることを特徴とする疑似現実感発生装置。
6. 【請求項６】請求項１〜４の１項において、前記映像音
   響信号生成手段は、３次元立体映像表示のために右目用
   の映像信号と左目用の映像信号を生成することを特徴と
   する疑似現実感発生装置。
7. 【請求項７】請求項１において、前記音響発生手段は、
   映像音響信号生成手段が生成した音響信号が供給される
   複数のスピーカーを備えたことを特徴とする疑似現実感
   発生装置。
8. 【請求項８】請求項７において、前記音響発生手段は、
   視聴位置を水平方向並びに垂直方向に取り囲んで配置さ
   れた少なくとも４個のスピーカーを備えたことを特徴と
   する疑似現実感発生装置。
9. 【請求項９】請求項１〜８の１項において、前記音響発
   生手段は、体感振動を発生する振動手段を備えたことを
   特徴とする疑似現実感発生装置。
10. 【請求項１０】映像を提供する映像表示手段と、音響を
    提供する音響発生手段と、前記映像表示手段及び音響発
    生手段に与える映像信号及び音響信号を発生する映像音
    響信号生成手段と、体験位置姿勢制御手段と、これらを
    制御する主制御装置を備えた擬似現実感発生装置におい
    て、 前記映像音響信号生成手段は、前記主制御装置からの制
    御信号に従って前記体験置姿勢制御手段による体験位置
    姿勢制御の限界を補った映像信号の生成あるいは信号変
    換及び音場を生成あるいは信号変換を実行して前記映像
    表示手段と音響発生手段に信号を送ることを特徴とする
    疑似現実感発生装置。
11. 【請求項１１】請求項１０において、前記映像音響信号
    生成手段は、表示映像を表示画面内の１点を中心にして
    回転させる映像変換手段を備えたことを特徴とする疑似
    現実感発生装置。
12. 【請求項１２】請求項１０において、前記映像音響信号
    生成手段は、音場を視聴位置を中心にして任意の方向に
    回転させる音場変換手段を備えたことを特徴とする疑似
    現実感発生装置。
13. 【請求項１３】請求項１０において、前記映像音響信号
    生成手段は、体験位置姿勢情報を参照してコンピュータ
    グラフィックスによる映像信号を生成することを特徴と
    する疑似現実感発生装置。
14. 【請求項１４】請求項１０において、前記映像音響信号
    生成手段は、体験位置姿勢情報を参照してコンピュータ
    グラフィックスによる映像信号を生成することを特徴と
    する疑似現実感発生装置。
15. 【請求項１５】請求項１０において、前記映像音響信号
    生成手段は、予め記憶した映像情報及び音響情報を再生
    して映像及び音響信号を生成することを特徴とする疑似
    現実感発生装置。
16. 【請求項１６】請求項１０〜１５の１項において、前記
    映像音響信号生成手段は、前記主制御装置からの制御信
    号に従って体験位置姿勢制御手段と連動して３次元立体
    映像のための右目用映像信号と左目用映像信号を生成あ
    るいは信号変換を行なうと共に３次元立体音場の生成あ
    るいは信号変換を行なうことを特徴とする疑似現実感発
    生装置。
17. 【請求項１７】映像を提供する映像表示手段と、音響を
    提供する音響発生手段と、前記映像表示手段及び音響発
    生手段に与える映像信号及び音響信号を発生する映像音
    響信号生成手段と、体験者の位置姿勢に関する体験位置
    姿勢情報を入力する入力手段と、前記体験位置姿勢情報
    を参照して動作する体験位置姿勢制御手段とを備えた擬
    似現実感発生装置において、 前記映像音響信号生成手段は、前記入力手段から入力さ
    れる体験位置姿勢情報に従う前記体験位置姿勢制御手段
    による体験位置姿勢制御の限界を補う映像制御を実行す
    ることを特徴とする疑似現実感発生装置。
18. 【請求項１８】請求項１６において、前記体験位置姿勢
    制御手段は、体験者の正面位置が常に映像表示画面の内
    側となる範囲で位置姿勢制御を行なうことを特徴とする
    疑似現実感発生装置。
19. 【請求項１９】請求項１７において、前記入力手段は、
    体験者の頭部の位置と方向を検出する検出手段を備え、
    前記映像音響信号生成手段は、前記検出手段から入力さ
    れる検出情報に従う前記体験位置姿勢制御手段による体
    験位置姿勢制御の限界を補う映像制御を実行することを
    特徴とする疑似現実感発生装置。
20. 【請求項２０】請求項１０において、前記主制御装置
    は、体験者の位置姿勢に関する情報と映像及び音響の間
    の予め決められた関係を記憶する記憶手段と該位置姿勢
    とその運動状態と映像及び音響との関係を前記記憶手段
    に蓄えられた情報を加味して計算する演算手段を備えた
    ことを特徴とする疑似現実感発生装置。
21. 【請求項２１】請求項２２において、前記演算手段は、
    位置姿勢運動情報をもとにして映像音響信号生成手段を
    制御することを特徴とする疑似現実感発生装置。
22. 【請求項２２】請求項２２において、前記演算手段は、
    位置姿勢入力情報をもとにして映像音響信号生成手段を
    制御することを特徴とする疑似現実感発生装置。
23. 【請求項２３】請求項２２において、前記演算手段は、
    体験者の位置姿勢情報をもとにして体験位置姿勢制御手
    段を制御することを特徴とする疑似現実感発生装置。
24. 【請求項２４】請求項２２において、前記演算手段は、
    位置姿勢制御を映像音響信号生成との連動において、絶
    対的位置姿勢制御量の一部を映像及び音響の相対的位置
    制御量に変換た制御を実現することを特徴とする疑似現
    実感発生装置。
25. 【請求項２５】請求項１において、前記映像表示手段
    は、体験者の位置姿勢と一定の相対関係で動くスクリー
    ンを備えたことを特徴とする疑似現実感発生装置。
26. 【請求項２６】請求項１において、前記映像表示手段と
    音響発生手段は、体験者の位置姿勢と一定の相対関係で
    動くスクリーンとスピーカを備えたことを特徴とする疑
    似現実感発生装置。