JPH10148788A - 水膜ディスプレイを用いたバーチャルリアリティシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 噴水に対し仮想的にコンピューターグラフィ
ックで映像を補うことにより、水と映像を組み合わせ、
被験者とのインタラクションを図る。 【解決手段】 水槽１からの揚水を平面衝突物体２に衝
突させ該物体を中心にして開散放射方向へ拡散させ再度
水槽１へ薄膜曲面状に落下させることにより循環持続的
に水膜スクリーン４を形成させるように水膜スクリーン
形成装置Ｐを構成する。目の直前に装着された小型ディ
スプレイ５と頭部や手の甲に装着された空間位置センサ
６，７を有し、前記空間位置センサ６，７からの情報に
基づいて頭部や手の方向を感知しそれに応じた仮想空間
としてのコンピューターグラフィックス映像情報を小型
ディスプレイ５に常時供給させ、該コンピューターグラ
フィックス映像と前記水膜スクリーン形成装置Ｐにより
形成される現実の視界とを三次元的に融合することがで
きるようにシースルー型ＨＭＤシステムＱを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アミューズメント
施設、各種展示会、博覧会、庭園、屋内ロビー、レスト
ラン、結婚式場、プラネタリウム、遊園地等における水
のアメニティ性、うるおい、安らぎが求められる空間で
且つ映像と水の提示が可能な空間で利用され、また通信
機器の機能が備わった機能拡張空間で利用される水膜デ
ィスプレイを用いたバーチャルリアリティシステムに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の噴水は、水をノズル等で噴射して
霧状、滝状に提示する場合が多い。そのため、水が広範
囲に拡散してもよい海上、庭園中心に設置されることが
多かった。また、広い空間と多くの水量を必要とするた
め、人の手の届く範囲に置かれることは少なかった。さ
らに、従来の水膜は平面の集合で造られたものであり、
造形的な新規性が見られないものであった。特に、夜間
にはライトアップを行うが、昼間は水の吹き上げ、吹き
下げといった一定の動きが中心で、人が手を触れて楽し
むインタラクションは備えられていない。さらに近年に
おいて、人間とマシンとのインタフェースの新しい方式
として、人間の感覚を利用して臨場感を高める仮想現実
感である所謂バーチャルリアリティシステム（以下ＶＲ
システムと略称す）が話題となりつつある。このＶＲシ
ステムとは、人間の外界認識を司る視覚、聴覚、触覚等
の器官に対してコンピユーターによる合成情報を提示
し、それにより人間周囲に仮想的な世界を作り上げるた
めの技術であり、それによって作られるシステムには、
特に臨場感、対話性、自律性の３要素が重要視されてい
るにも拘らず、現在ではこれらの要素を全て満足してい
るシステムは作られていないのが現状である。そしてま
た、上記した有機的な水にこのＶＲシステムを加えるこ
とにより映像情報が付加された体験駆動型の噴水にした
ものは未だ開発さていないのが実状である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
噴水では、人が手を延ばして触れられる設計にはなって
おらず、たとえ触れたとしても水膜自体の形が変わるこ
とはなく、変化性に乏しいという問題点を有していた。
さらに、映像と噴水の組み合わせにしても、夜のライト
アップが中心で、映像を投影するスクリーンとしての装
置の常設は少なく、また水に人が手を触れたとき、その
行動によって映像が変化するというインタラクションは
未だ開発されていないという問題点を有していた。特
に、水はその透明度、反射率により完全にスクリーンと
しての機能を果たすことは難しく、水とＶＲシステムを
組み合わせたものは少ないのが実状である。

【０００４】そこで本発明は、叙上のような従来存した
問題点に鑑み創出されたもので、仮想的にコンピュータ
ーグラフィック（以下ＣＧと略称する）で映像を補うこ
とにより、水と映像を組み合わせ、被験者とのインタラ
クションを図ることにより人工現実感のある体験駆動型
噴水を付与することができる水膜ディスプレイを用いた
バーチャルリアリティシステムを提供することを目的と
したものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ため、本発明にあっては、水槽からの揚水を物体に衝突
させ該物体を中心にして開散放射方向へ拡散させ再度水
槽へ薄膜曲面状に落下させることにより循環持続的に水
膜スクリーンを形成させる水膜スクリーン形成装置と、
目の直前にレンズ系を介して装着された小型ディスプレ
イと体の一部に装着されその位置と方向を検出すること
のできる空間位置センサを有し、前記空間位置センサか
らの情報に基づいてそれに応じた仮想空間としてのコン
ピューターグラフィックス映像情報を小型ディスプレイ
に常時供給させ、且つハーフミラーを利用して小型ディ
スプレイのコンピューターグラフィックス映像と現実の
視界とを三次元的に融合することができるシースルー型
ＨＭＤシステムとから成り、該シースルー型ＨＭＤシス
テムを介して前記水膜スクリーンを視覗させることによ
り該水膜スクリーンに三次元的映像情報を付加させたこ
とを特徴とする。

【０００６】また、前記水膜スクリーン形成装置は、水
膜球面スクリーンを形成させるものであって、該水膜球
面スクリーンに地球儀をコンピューターグラフィックス
映像として提示させると共に、前記空間位置センサを介
して水膜球面スクリーンへの接触時に生じる現実空間で
の水膜の局部的な造形変化に追従して仮想空間での前記
コンピューターグラフィックス映像を接触部分より変化
させる構成とすることができる。

【０００７】さらに、前記コンピューターグラフィック
ス映像情報に対しＣＣＤカメラによる現実空間映像情報
を重合付加させ、コンバーターを介してテレビ信号情報
へ変換した後に、ＮＴＳＣ方式に基づきプロジェクター
に画像表示させる構成とすることもできる。

【０００８】そして、前記水膜スクリーン形成装置に
は、シースルー型ＨＭＤシステムによる映像のための輝
度調整手段を付与したり、水の粘性を可変させる粘性変
更手段を付与したり、水に色素を混入させる着色手段を
付与したり、水に気泡を混入させる発泡手段を付与した
りすることができる。

【０００９】本発明に係る水膜ディスプレイを用いたバ
ーチャルリアリティシステムにあって、噴水による水膜
スクリーンに対しシースルー型ＨＭＤシステムを組み合
わせたので、透明な噴水でも映像の彩りを付与すること
ができ、また仮想空間のＣＧ世界に対し現実世界での三
次元的な接触を同化させることができ、人が手を触れて
楽しむインタラクションを備えた人工現実感のある体験
駆動型の噴水として機能させることができる。また、地
球儀をコンピューターグラフィックス映像として提示さ
せるための球形スクリーンを構成したので通常の平面画
像寸法３対４にとらわれずプラネタリウムやアイマック
スシアターのような３６０度天球型映像の表示が可能と
なる。さらに、ＮＴＳＣ方式に基づくプロジェクターに
よる画像表示の設置により、第三者に対し被験者が何を
しているのかをＣＣＤカメラとＣＧのディゾルブ映像で
容易に状況説明することができる。また、前記水膜スク
リーン形成装置に水の粘性を可変させる粘性変更手段を
付与することにより傘型、半球型、釣鐘型、裾つぼみ型
等の水膜スクリーンとして水ディスプレイの各種形状を
相互に変更することにより、融合させる各種のコンピュ
ーターグラフィックス映像に対応させることができる。
さらに、前記水膜スクリーン形成装置には、輝度調整手
段を付与したり水に色素を混入させる着色手段を付与し
ているので、映像スクリーンとしての水膜面の光反射性
と輝度を高めて、映像の鮮明度を高めることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の一形態を説明するに、図１は、例えば、アミューズ
メント施設、各種展示会、博覧会、庭園、屋内ロビー、
レストラン、結婚式場、プラネタリウム、遊園地等にお
ける水のアメニティ性、うるおい、安らぎが求められる
空間で且つ映像と水の提示が可能な空間で利用され、ま
た通信機器の機能が備わった機能拡張空間で利用される
水膜ディスプレイを用いたバーチャルリアリティシステ
ムの構成を示すものであって、該システム構成は、図１
に示すように、水膜スクリーン形成装置Ｐとシースルー
型ＨＭＤシステムＱとから構成されており、該水膜スク
リーン形成装置Ｐは、浅瀬の水槽１内上方に配された例
えば円形等の平面部を有するアクリル製等の柱状または
薄板状の平面衝突物２の上面へ水槽１から揚水ポンプ３
で揚水させた水をノズルを介して落下衝突させ、平面衝
突物２から開散放射方向へ水を拡散させ連続した薄膜曲
面状に落下する水膜スクリーン４を循環流的に形成させ
るものであり、またシースルー型ＨＭＤシステムＱは、
被験者Ｓの目の直前にレンズ系を介して装着された小型
ディスプレイ５と、体の一部である例えば頭部および手
の甲に装着され頭部および手の位置と方向を検出するこ
とのできる空間位置センサ６、７とを有し、前記空間位
置センサ６からの情報信号に基づいて頭部や手の位置と
方向を感知し、該方向感知情報をプログラム実行可能な
バージョンを作るためのソース８を介してパーソナルコ
ンピユーター（ＰＣ：Ｄｏｓ／ｖ）９へ送り、それらに
応じた仮想空間としてのコンピューターグラフィックス
映像情報をパーソナルコンピユーター（ＰＣ：Ｄｏｓ／
ｖ）９より小型ディスプレイ５へ常時供給させると共
に、ハーフミラー（図示せず）を利用して小型ディスプ
レイ５のコンピューターグラフィックス映像と現実の視
界とを三次元的に融合することができるようにされてい
る。例えば液晶シャッターメガネを着用することで２枚
の画像を３次元的に立体視させる原理を応用させたもの
としている。このとき、被験者Ｓの手てによる水膜スク
リーンとの接触感知はプログラムの中で行ない、手に装
着した方の空間位置センサ７を接触感知の役割にふりあ
てるものとされている。尚、本実施の形態においてはコ
ンピューターグラフィックス映像情報をパーソナルコン
ピユーター（ＰＣ：Ｄｏｓ／ｖ）９により供給させてい
るが、その他のワークステーション等を採用することも
できる。

【００１１】また、例えば、具体的な水膜スクリーンと
しては、図５に示すように、水膜スクリーン形成装置Ｐ
により球体状の水膜スクリーン４を形成させて、該水膜
スクリーン４に地球儀をコンピューターグラフィックス
映像として提示させ、次に磁気センサを用いて仮想世界
の軸と現実の噴水の軸を合致させ、ＣＧで作成した地球
儀表面のテクスチャを噴水の球体に重ねたものとし、被
験者Ｓは前記シースルー型ＨＭＤシステムＱを介して噴
水を地球儀として認識させるものとしている。そして、
手の甲に装着されている前記空間位置センサ７を介して
水膜スクリーン４への接触時に生じる現実空間での水膜
の局部的な造形変化に追従して仮想空間での前記コンピ
ューターグラフィックス映像を接触部分より変化させる
構成とされている。このとき、図３、図４、図５に示す
ように、通常の地球儀操作と同様に、被験者Ｓは任意の
地点を一本指でなぞることができ、指が水膜スクリーン
４に触れると接触部分の水は左右に拡開分離し、同時に
地球表面も接触部分より分割されるものとなり、その任
意の地点内部から新規の物体が飛び出してくる様子をＣ
Ｇで表現することで水に手で触れながら水の動きの変化
と仮想空間のインタラクションを楽しむことができる感
覚拡張ＶＲを構成できるようにしている。尚、小型の球
形噴水にＧアルゴリズムを付与し、人工生命型仮想生物
としてペット化させたり、その他生理学、心理学、感性
工学、シミュレーション、ロボット工学、人間の認知行
動特性に訴える入出力デバイスの設計に応用できること
は勿論である。

【００１２】さらに、図２に示すように、被験者ＳにＣ
ＣＤカメラ１０を装着させて前記コンピューターグラフ
ィックス映像情報のＲＢＧ映像信号に対し該ＣＣＤカメ
ラ１０による現実空間映像情報を映像編集機１１を介し
て重合付加させ、さらにコンバーター１２を介してテレ
ビ信号情報に変換した後に、ＮＴＳＣ方式に基づきプロ
ジェクター１３に画像表示させる構成とすることによ
り、第三者に対し被験者Ｓが何をしているのかをＣＣＤ
カメラ１０とパーソナルコンピユーター（ＰＣ：Ｄｏｓ
／ｖ）９または各種ワークステーションによるＣＧのデ
ィゾルブ映像で容易に状況を説明することができるよう
にしている。

【００１３】そして、前記水膜スクリーン形成装置Ｐに
は、シースルー型ＨＭＤシステムＱによる映像をより鮮
明にするための輝度調整手段を付与したり、噴水の周囲
に遮光部材等を設置しても良い。また、水の粘性を可変
させる粘性変更手段を付与することにより傘型、半球
型、釣鐘型、裾つぼみ型等の水膜スクリーンとして水デ
ィスプレイの各種形状を相互に変更することができ、融
合させる各種のコンピューターグラフィックス映像に対
応させることができる。さらに、水に着色顔料や絵の具
等の色素を混入させる着色手段を付与したり、水に気泡
を混入させる発泡手段を付与することにより、従来の透
明な水の場合に比べて水膜スクリーン４の光反射性と輝
度を高めて映像の鮮明さを向上させることができるよう
にされている。

【００１４】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されており、
特に、噴水に対し仮想的にコンピューターグラフィック
（以下ＣＧと略称する）で映像を補うことにより、水と
映像を組み合わせ、被験者とのインタラクションを図る
ことにより人工現実感のある体験駆動型噴水を付与する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る水膜ディスプレイを用いたバーチ
ャルリアリティシステムの構成を示す概略説明図であ
る。

【図２】同じくシステム構成の他例を示す概略説明図で
ある。

【図３】同じく使用状態を示す斜視図である。

【図４】同じく使用状態を示す斜視図である。

【図５】同じく現実世界と仮想世界とのインタラクショ
ンを示す説明図である。

【符号の説明】

Ｐ…水膜スクリーン形成装置 Ｑ…シースルー
型ＨＭＤシステム １…水槽 ２…平面衝突物
体 ３…揚水ポンプ ４…水膜スクリ
ーン ５…小型ディスプレイ ６，７…空間位
置センサ ８…ソース ９…パーソナル
コンピユーター １０…ＣＣＤカメラ １１…映像編集
機 １２…コンバーター １３…プロジェ
クター

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水槽からの揚水を物体に衝突させ該物体
   を中心にして開散放射方向へ拡散させ再度水槽へ薄膜曲
   面状に落下させることにより循環持続的に水膜スクリー
   ンを形成させる水膜スクリーン形成装置と、目の直前に
   レンズ系を介して装着された小型ディスプレイと体の一
   部に装着されその位置と方向を検出することのできる空
   間位置センサを有し、前記空間位置センサからの情報に
   基づいてそれに応じた仮想空間としてのコンピューター
   グラフィックス映像情報を小型ディスプレイに常時供給
   させ、且つハーフミラーを利用して小型ディスプレイの
   コンピューターグラフィックス映像と現実の視界とを三
   次元的に融合することができるシースルー型ＨＭＤシス
   テムとから成り、該シースルー型ＨＭＤシステムを介し
   て前記水膜スクリーンを視覗させることにより該水膜ス
   クリーンに三次元的映像情報を付加させたことを特徴と
   する水膜ディスプレイを用いたバーチャルリアリティシ
   ステム。
2. 【請求項２】 前記水膜スクリーン形成装置は、水膜球
   面スクリーンを形成させるものであって、該水膜球面ス
   クリーンに地球儀をコンピューターグラフィックス映像
   として提示させると共に、前記空間位置センサを介して
   水膜球面スクリーンへの接触時に生じる現実空間での水
   膜の局部的な造形変化に追従して仮想空間での前記コン
   ピューターグラフィックス映像を接触部分より変化させ
   たことを特徴とする請求項１記載の水膜ディスプレイを
   用いたバーチャルリアリティシステム。
3. 【請求項３】 前記コンピューターグラフィックス映像
   情報に対しＣＣＤカメラによる現実空間映像情報を重合
   付加させ、コンバーターを介してテレビ信号情報へ変換
   した後に、ＮＴＳＣ方式に基づきプロジェクターに画像
   表示させたことを特徴とする請求項１または２記載の水
   膜ディスプレイを用いたバーチャルリアリティシステ
   ム。
4. 【請求項４】 前記水膜スクリーン形成装置には、シー
   スルー型ＨＭＤシステムによる映像のための輝度調整手
   段を付与したことを特徴とする請求項１または２記載の
   水膜ディスプレイを用いたバーチャルリアリティシステ
   ム。
5. 【請求項５】 前記水膜スクリーン形成装置には、水の
   粘性を可変させる粘性変更手段を付与したことを特徴と
   する請求項１乃至４いずれかに記載の水膜ディスプレイ
   を用いたバーチャルリアリティシステム。
6. 【請求項６】 前記水膜スクリーン形成装置には、水に
   色素を混入させる着色手段を付与したことを特徴とする
   請求項１乃至４いずれかに記載の水膜ディスプレイを用
   いたバーチャルリアリティシステム。
7. 【請求項７】 前記水膜スクリーン形成装置には、水に
   気泡を混入させる発泡手段を付与したことを特徴とする
   請求項１乃至６いずれかに記載の水膜ディスプレイを用
   いたバーチャルリアリティシステム。