JPH096526A - ３次元ポインティング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ディスプレイによって提示された仮想３次元空
間内の位置を指示するときや、提示されている物体への
働きかけを行うときなどにおいて用いるのに適した３次
元ポインティング装置を提供する。 【構成】オペレータによって操作されるポインタ１５
と、このポインタ１５に搭載されて該ポインタにおける
指示点１８の位置の算出に必要な信号を出力するセンサ
１７と、このセンサ１７の出力に基づいて指示点１８の
位置を示す指示点像１９を仮想３次元空間１１内に出現
させる画像処理手段１３と、ポインタ１５に搭載された
加振手段２３，２４，２５と、仮想３次元空間１１内に
おいて指示点像１９と物体２９との接触を検出して加振
手段２３，２４，２５を動作させる接触感覚処理手段１
３とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表示手段（ディスプレ
イ）によって提示された仮想３次元空間内の位置を指示
するときや、提示されている物体への働きかけを行うと
きなどにおいて用いられる３次元ポインティング装置
（３次元マウス装置）に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、最近では各種の分野にお
いて、コンピュータで作られた仮想の３次元空間をディ
スプレイに表示して人工的な現実感を得る技術が利用さ
れている。

【０００３】このような仮想現実空間を提供する装置
は、基礎データを格納した記憶装置と、この記憶装置か
ら読み出されたデータを使って仮想の３次元空間を構築
するコンピュータと、生成された仮想の３次元空間を表
示する表示手段（以下、ディスプレイ装置と称す。）と
を主体にして構成されている。そして最近では、装置と
しての応用性を高めるために、ディスプレイによって提
示された仮想３次元空間内の位置指示や、提示されてい
る物体への働きかけをも可能とした３次元ポインティン
グ装置（３次元マウス装置）を組合せたものが多い。

【０００４】３次元ポインティング装置は、通常、指定
された３次元場内でオペレータによって操作されるポイ
ンタを備えている。このポインタには、該ポインタにお
ける指示点位置の算出に必要な信号を出力するセンサが
搭載されている。センサの出力は画像処理系に導かれ、
この画像処理系において指示点位置を示す像を仮想３次
元空間内に出現させる画像処理が行われる。

【０００５】図７(a) にはディスプレイによって提示さ
れた仮想３次元空間内に３次元ポインティング装置の指
示点像が映し出された様子が示されている。すなわち、
図７(a) において、１はコンピュータによって作られた
仮想３次元空間を映し出すディスプレイ装置を示し、２
は仮想３次元空間に映し出された物体を示し、３は映し
出された３次元ポインティング装置の指示点像を示して
いる。制限された３次元場内でポインタを移動させる
と、これに応じて指示点像３も仮想３次元空間内を移動
する。

【０００６】このような３次元ポインティング装置は、
種々の目的に用いられる。たとえば、物体２の重心位置
４を中心にして物体２を反時計方向に所望の角度だけ回
転させるには、回転モードに切替えた後にポインタを操
作して指示点像３で物体２の図中右側面上部を押す。こ
の操作を行うと、図７(b) に示すように、ポインタの操
作に応動して別の画像処理系が動作して物体２を操作量
だけ回転させる。

【０００７】モードを切替えることによって、ポインタ
の操作で物体２を上下、左右、斜めに移動させたり、物
体２を回転させたり、指示点像３を物体２に突き刺こと
もできる。すなわち、３次元ポインティング装置は、オ
ペレータと仮想３次元空間との対話を可能としている。

【０００８】しかしながら、上記のように構成された３
次元ポインティング装置にあっても次のような問題があ
った。すなわち、３次元ポインティング装置を使って仮
想３次元空間に表示されている物体に対して何らかの働
きかけ、たとえば物体２を移動させたり、回転させたり
するように働きかける場合、操作性を向上させるにはデ
ィスプレイ装置１に映し出された仮想３次元空間内にお
いて物体２に指示点像３が接触したときに、接触した旨
の何らかの応答がオペレータにフィードバックされるこ
とが望ましい。

【０００９】しかし、従来の３次元ポインティング装置
にあっては、触覚のフィードバックまで考慮しているも
のが少なく、また考慮していてもポインタに対する操作
条件が多く、使い勝手が悪いという問題があった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来の３
次元ポインティング装置にあっては、触覚のフィードバ
ックが考慮されていなかったり、また考慮されていても
操作に対する制限が多いため、使い勝手が悪いという問
題があった。そこで本発明は、上述した不具合を解消で
き、使い易い３次元ポインティング装置を提供すること
を目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、表示手段によって提示された仮想３次元
空間内の位置指示や物体への働きかけに供される３次元
ポインティング装置において、オペレータによって操作
されるポインタと、このポインタに搭載されて該ポイン
タにおける指示点の位置の算出に必要な信号を出力する
センサと、このセンサの出力に基づいて前記指示点の位
置を示す像を前記仮想３次元空間内に出現させる画像処
理手段と、前記ポインタに搭載された加振手段と、前記
仮想３次元空間内において前記指示点の前記像と物体と
の接触を検出して前記加振手段を動作させる接触感覚処
理手段とを備えている。なお、加振手段は、ポインタの
把持部に露出状態に設けられて圧電素子によって駆動さ
れる振動板を備えていることが望ましい。

【００１２】

【作用】表示手段によって提示された仮想３次元空間内
において、指示点像と物体とが接触すると、ポインタに
搭載されている加振手段が動作してオペレータに接触感
覚をフィードバックする。したがって、オペレータは、
指示点像と物体とが接触したことを知ることができるの
で、使い易さの向上が可能となる。なお、圧電素子を主
体にして加振手段を構成すると、加振手段全体が大型化
するのを抑制できるので、ポインタが大型化するのを防
止することができる。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。図１には本発明の一実施例に係る３次元ポインティ
ング装置を組込んだ仮想現実空間提供装置が示されてい
る。

【００１４】すなわち、図中１０はディスプレイ装置を
示し、１１はディスプレイ装置１０によって呈示された
仮想３次元空間を示している。この仮想３次元空間１１
を構成する画像情報は、記憶装置１２から読み出された
もので、コンピュータ１３による制御のもとにディスプ
レイ装置１０に与えられる。なお、コンピュータ１３に
は、記憶装置１２からの画像情報の読み出しやモード切
換え等に供されるキーボード１４が接続されている。

【００１５】図中１５は３次元ポインティング装置の主
要部を構成しているポインタを示している。このポイン
タ１５は、たとえば鉛筆状に形成されており、オペレー
タによって仮想３次元空間１１に対応する直角座標領域
１６内で操作される。ポインタ１５には、図示しない磁
場発生器によって印加された位置検出用の磁場に感応し
て信号を出力するセンサ１７が搭載されている。このセ
ンサ１７の出力はコンピュータ１３に導入される。コン
ピュータ１３はセンサ１７の出力に基づいて直角座標領
域１６内でのポインタ１５の指示点１８の位置を算出
し、この位置に相当する仮想３次元空間１１内の位置に
指示点１８を示す指示点像１９を出現させる。この例で
は、コンピュータが指示点像１９を仮想３次元空間１１
内に出現させるための画像処理手段を兼ねている。

【００１６】一方、ポインタ５には、図２および図３に
示すように、オペレータの親指２０、人差し指２１、中
指２２がそれぞれ接触する位置に加振器２３，２４，２
５が装着されている。これら加振器２３，２４，２５
は、図３に示すように、圧電素子２６と、一端側が圧電
素子２６に接続されたバネ２７と、ポインタ１５の把持
部表面に露出するように設けられるとともにバネ２７の
他端側に接続された振動板を兼ねる重り２８とで構成さ
れている。

【００１７】各加振器２３，２４，２５の圧電素子２６
は、コンピュータ１３に接続されている。コンピュータ
１３は、ディスプレイ装置１０によって提示されている
仮想３次元空間１１内の物体２９に対してポインタ１５
の指示点像１９で何らかの働きかけを行うモードが選択
されたとき、物体２９と指示点像１９との接触（干渉）
を後述する手法で検出し、接触したときには各加振器２
３，２４，２５の圧電素子２６を人間（オペレータ）の
指先が最も敏感な５０〜３５０ヘルツの周波数で駆動す
る。すなわち、コンピュータ１３は、接触感覚処理系も
兼ねている。なお、図１および図２中、３１はクリック
ボタンを示している。

【００１８】このような構成であると、ディスプレイ装
置１０によって提示されている仮想３次元空間１１内の
物体２９に対してポインタ１５の指示点像１９で何らか
の働きかけを行うモードが選択されたとき、コンピュー
タ１３は物体２９と指示点像１９との接触（干渉）をた
とえば次のような手法で検出し、接触したときには各加
振器２３，２４，２５の圧電素子２６を駆動する。

【００１９】すなわち、予め、図４(a) に示すように仮
想３次元空間１１全体を座標軸に平行な線で囲まれた一
定の大きさのキューブに分割し、図４(b) に示すように
分割したキューブが含む物体の面（ａ₀ ，ａ₁ ）、（ｂ
₀ ，ｂ₁ ）と、その物体の識別名Ａ，Ｂとをリストアッ
プしておく。なお、物体の境界（面）が含まれないキュ
ーブについては物体の識別名だけを登録しておく。

【００２０】次に、指示点像１９との干渉は、まず図４
(c) に示すようように、指示点像１９の包らく直方体３
０を求め、包らく直方体３０が上で求めたキューブのど
こにあるかを求める。

【００２１】次に、包らく直方体３０と干渉するキュー
ブが物体を含むかどうか調べる。キューブが物体を含む
場合、 (1) 面がリストアップされている場合には、これらの面
と指示点像１９の綾線またはこれらの面が含む綾線と指
示点像１９の面とが干渉するかどうか逐次調べる。

【００２２】(2) 面がリストアップされていない場合に
は、この物体と干渉していると判定する。このようにし
て、物体２９と指示点像１９との接触を検出する。そし
て、接触を検出したとき、つまり接触している間中、各
加振器２３，２４，２５の圧電素子２６を駆動する。

【００２３】したがって、上記構成であると、指示点像
１９と物体２９とが接触したことをオペレータが体感的
に知ることができるので、使い易さの向上を図ることが
できる。

【００２４】なお、加振器の構成に関しては、図５に示
すように、圧電素子２６と板バネ３３とを組合せたもの
や、図６に示すように小型の電磁加振器３４を用いても
よい。

【００２５】また、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。すなわち、上述した実施例では、位置
検出用磁場をポインタに搭載されたセンサ１７で検出し
て、位置および姿勢を検出しているが、ポインタ上の異
なる２点の位置をセンサで検出して位置および姿勢を計
測するなどの非接触で検出できるものであればどのよう
なものを使用してもよい。また、物体と指示点像との接
触を検出する手法も実施例の手法に限定されるものでは
ない。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
簡単な構成であるにも拘らず物体との接触感覚を得なが
らポインタを操作できるので、使い易さを向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る３次元ポインティング
装置を組込んだ仮想現実空間提供装置の概略構成図

【図２】同３次元ポインティング装置の主要部であるポ
インタの拡大図

【図３】同ポインタに装着された加振器の構成説明図

【図４】同３次元ポインティング装置での接触検出処理
を説明するための図

【図５】ポインタに装着される加振器の構成の変形例を
示す説明図

【図６】ポインタに装着される加振器の構成の他の変形
例を示す説明図

【図７】３次元ポインティング装置の一使用例を説明す
るための図

【符号の説明】

１０…ディスプレイ装置 １１…提示された仮想３次元空間 １２…記憶装置 １３…コンピュータ １４…キーボード １５…ポインタ １６…直角座標領域 １７…センサ １８…指示点 １９…指示点像 ２３，２４，２５…加振器 ２６…圧電素子 ２７…バネ ２８…振動板を兼ねた重り ２９…物体 ３１…クリックボタン ３４…電磁加振器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表示手段によって提示された仮想３次元空
   間内の位置指示や物体への働きかけに供される３次元ポ
   インティング装置において、オペレータによって操作さ
   れるポインタと、このポインタに搭載されて該ポインタ
   における指示点の位置の算出に必要な信号を出力するセ
   ンサと、このセンサの出力に基づいて前記指示点の位置
   を示す像を前記仮想３次元空間内に出現させる画像処理
   手段と、前記ポインタに搭載された加振手段と、前記仮
   想３次元空間内において前記指示点を示す前記像と物体
   との接触を検出して前記加振手段を動作させる接触感覚
   処理手段とを具備してなることを特徴とする３次元ポイ
   ンティング装置。
2. 【請求項２】前記加振手段は、前記ポインタの把持部に
   露出状態に設けられて圧電素子によって駆動される振動
   板を備えていることを特徴とする請求項１に記載の３次
   元ポインティング装置。