JPH1115595A - 三次元入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンピュータ画面上で表される仮想三次元空
間における位置及び方向の入力を、操作者が直感的に行
うことができる三次元入力装置を提供することにある。 【解決手段】 基台１と、前後左右に傾倒可能に基台に
立設されたアーム２と、該アームに対して上下動可能に
アームに取着されたグリップ３と、アームの前後左右の
傾倒を検出して前後左右の移動信号を出力しグリップの
上下動を検出して上下の移動信号を出力する検知出力部
５とを有して構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータ画面
上で表される仮想三次元空間における位置及び方向を入
力する三次元入力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータ内部で構築される仮想三次
元空間は、該仮想三次元空間における所定の視点位置か
ら所定の視線方向を見た場合の景色として、コンピュー
タ画面上に映し出される。この視点位置及び視線方向を
変更することにより、該仮想三次元空間を様々な位置の
様々な角度から見ることが可能となる。

【０００３】そこで、従来よりこの視点位置及び視線方
向を変更する三次元入力装置として、マウスやいわゆる
ジョイスティックが用いられている。

【０００４】このマウス等は二次元の位置入力装置であ
るから、コンピュータ上に表現される三次元空間内の視
点の位置Ｐの指定にあっては、マウス等を前後左右に移
動させる操作をすることにより、まず前記三次元空間の
例えばＸＹ平面内の所望の位置Ｑを特定する。次にマウ
スボタンやキーボード上の特定のキーを押下しつつマウ
ス等を操作することにより、前記三次元空間の前記所望
の位置Ｑを含むＸＺ平面内の所望の位置Ｐを特定する。
以上により、マウス等の二次元の位置入力装置を用いて
仮想三次元空間内における所望の位置Ｐを指定すること
ができる。

【０００５】また、このものによる前記三次元空間内の
視線方向の指定にあっては、Ｙ軸回りのロール角、Ｘ軸
回りのピッチ角、Ｚ軸回りのヨー角の何れの回転角を変
更するのかを予め指定しておいて、その後にマウスやジ
ョイスティックを左右又は前後に操作することにより、
該変更の対象となっている回転角の角度を増減させて行
う。たとえば、具体的には、予めヨー角を指定しておい
て、マウスを左方又は右方に移動させる操作を行うと、
コンピュータ画面上の仮想三次元空間のＺ軸回りに左方
又は右方に回転した状態が表示される。

【０００６】以上のようにして、従来の技術の三次元入
力装置にあっては、マウス等を用いて、仮想三次元空間
における視点の位置及び視線方向の入力が行われてい
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような三次元入力装置にあっては、視点位置の指定を行
う際には、ＸＹ平面内での位置を決定するときも、ＸＺ
平面内での位置を決定するときも、マウス等を前後左右
に動作させており、マウスボタンやキーボードの特定の
キーの押下の有無が異なるだけである。従って、操作者
は、常にどの平面内で位置を決めているのか、というこ
とを意識しながら操作しなければならず、直感的な操作
を行うことができないという問題点があった。また、視
点位置の指定を行うためには、二段階の操作が必要であ
り、この点においても、操作者は直感的な操作を行うこ
とが出来ないという問題点があった。

【０００８】また、視線方向の指定を行う場合、ロール
角、ピッチ角、ヨー角の何れの回転角を変更する場合で
あっても、マウス等を左右に移動させる操作を行うので
あるから、操作者は現在変更しようとしている回転角が
何であるかを把握していなければならず、直感的に視線
方向を指定することができないという問題点があった。

【０００９】本発明は、上記問題点を改善するために成
されたもので、その目的とするところは、コンピュータ
画面上で表される仮想三次元空間における位置及び方向
の入力を、操作者が直感的に行うことができる三次元入
力装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の問題を解
決するために、請求項１記載の発明にあっては、基台
と、前後左右に傾倒可能に基台に立設されたアームと、
該アームに対して上下動可能にアームに取着されたグリ
ップと、アームの前後左右の傾倒を検出して前後左右の
移動信号を出力しグリップの上下動を検出して上下の移
動信号を出力する検知出力部と、を有することを特徴と
するものである。

【００１１】請求項２記載の発明にあっては、前記検出
部は、グリップが所定のしきい値を超えて上下動した場
合に上下の移動信号を出力することを特徴とするもので
ある。

【００１２】請求項３記載の発明にあっては、前記グリ
ップはアームに対して長手方向軸回りに回転可能に取着
されており、前記検知出力部は該グリップの回転を検出
して時計回り又は反時計回りの回転信号を出力すること
を特徴とするものである。

【００１３】請求項４記載の発明にあっては、前記検出
部は、グリップが所定のしきい値の角度を超えて回転し
た場合に時計回り又は反時計回りの回転信号を出力する
ことを特徴とするものである。

【００１４】請求項５記載の発明にあっては、前後左右
の入力を行う副入力部をグリップに有し、前記検知部は
該副入力部の操作を検出して前後左右の回転信号を出力
することを特徴とするものである。

【００１５】請求項６記載の発明にあっては、前記副入
力部は、グリップに対して前後左右に回転自在に取付さ
れたトラックボールであって、前記検知出力部は該トラ
ックボールの回転を検出して前後左右の回転信号を出力
することを特徴とするものである。

【００１６】請求項７記載の発明にあっては、前記基台
は、基台を被固定面に固着する固着部を有することを特
徴とするものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図１〜図３
を用いて説明する。図１は三次元入力装置の外観を示す
斜視図である。図２は三次元入力装置の使用状態の説明
図である。図３は三次元入力装置の外観を斜め下方から
見た状態を示す斜視図である。

【００１８】図１において、三次元入力装置Ａは、基台
１、アーム２、グリップ３、トラックボール４、検知出
力部５、ボタン６，７を有して構成してある。該三次元
入力装置は、図２に示すように仮想三次元空間をモニタ
画面に表示するコンピュータＢに接続されている。

【００１９】基台１は、直方体形状の筐体を有してお
り、アーム２等の変位を検出して外部にデータとして出
力する後述の検知出力部５を実装したプリント基板が内
設されている。図３に示すように、基台１の底面１ａに
は、四隅に固着部に相当する吸盤１ｂ，１ｂ，１ｂ，１
ｂが配されており、底面１ａが机などの被固定面に臨む
ようにして基台１を配置し、被固定面に基台１を押圧す
ることにより、吸盤１ｂ，１ｂ，１ｂ，１ｂが基台１を
被固定面に強固に固定されるようになされている。

【００２０】アーム２は、基台１の上面１ｃの大略中央
部分に立設されている棒状部材であって、アーム２を前
後左右に傾倒させることにより、仮想三次元空間におけ
るＸ軸方向の位置の入力及びＹ軸方向の移動の入力を行
うものである。つまり、アーム２が前後左右に傾倒され
ると、検知出力部５が該傾倒を検知して、前方移動信
号、後方移動信号、左方移動信号、右方移動信号をコン
ピュータＢに出力する。

【００２１】そして、例えばアーム２を前方に傾倒させ
ると、コンピュータＢに前方移動信号が出力されて、コ
ンピュータＢにおける視点位置は仮想三次元空間内おい
て前方に移動する。即ち、操作者が目視する仮想三次元
空間を表示する画面では、あたかも操作者が前方に移動
しているような画像が映し出されることになる。また、
例えば、アーム２を右方に傾倒させると、コンピュータ
Ｂに右方移動信号が出力されて、視点位置は仮想三次元
空間内おいて右方に移動する。即ち、操作者が目視する
仮想三次元空間を表示する画面では、あたかも操作者が
前方を向いたままで右方に移動しているような画像が映
し出されることになる。なお、アーム２は、操作者等に
よる外力が加えられていない状態にあっては、基台１に
対して垂直となる状態に復帰するように成されている。

【００２２】グリップ３は、アーム２の上部に取り付け
て有り上部が拡径されて成る柱状部材であって、アーム
２に対して相対的に上下動することにより、仮想三次元
空間におけるＺ軸方向の位置の入力を行うものである。
つまり、グリップ３が上下に移動させられると、検知出
力部５が該移動を検知して、上方移動信号、下方移動信
号をコンピュータＢに出力する。このグリップ３の上下
動には、いわゆるあそびが上方及び下方の各々の移動に
対して設定されており、所定のしきい値に相当するあそ
び距離を超える上下動があった場合に、検知出力部５が
上方移動信号、下方移動信号をコンピュータＢに出力す
るようになされている。このあそび距離は、検知出力部
５において設定されており、操作者の感覚に応じて調整
可能なものとなされている。また、グリップ３の外側面
は操作者が握りよいように、人間の手にフィットする形
状に適宜凹凸が付されている。

【００２３】そして、例えば、グリップ３を基台１から
遠ざかる方向（図１中において上方）に移動させれば、
コンピュータＢに上方移動信号が出力されて、視点位置
は仮想三次元空間内おいて上方に移動する。即ち、操作
者が目視する仮想三次元空間を表示する画面では、あた
かも操作者が前方を向いたまま上方に移動しているよう
な画像が映し出されることになる。また、例えば、グリ
ップ３を基台１に近づく方向（図１中において下方）に
移動させれば、コンピュータＢに下方移動信号が出力さ
れて、視点位置は仮想三次元空間内おいて下方に移動す
る。即ち、操作者が目視する仮想三次元空間を表示する
画面では、あたかも操作者が前方を向いたまま下方に移
動しているような画像が映し出されることになる。

【００２４】またグリップ３は、アーム２の軸回りに回
転可能に成されており、アーム２に対して回転すること
により、仮想三次元空間におけるＺ軸回りのヨー角につ
いての視線方向の入力を行うものである。つまり、グリ
ップ３がアーム２に対して回転させられると、検知出力
部５が該回転を検知して、時計回り回転信号、反時計回
り回転信号をコンピュータＢに出力する。このグリップ
３の回転には、時計回り及び反時計回りの各々につい
て、しきい値に相当する所定の角度だけいわゆるあそび
角が設定されており、該あそび角を超えた大きさの回転
が与えられたときに、回転の操作が加えられたものとし
て扱われるようになされている。よって、アーム２を傾
倒させる操作が行われたときに生じる多少のグリップ３
の回転によっては、時計回り回転信号、反時計回り回転
信号は出力されないようになされる。なお、前記あそび
角は、検知出力部５において設定されており、操作者の
感覚に応じて調整可能なものとなされている。

【００２５】そして、例えば、グリップ３をアーム２に
対して時計回り方向（図１中矢線Ｃ方向）にあそび角を
超えて回転させると、コンピュータＢに時計回り回転信
号が出力されて、視線方向は仮想三次元空間内おいて時
計回り方向に回転する。即ち、操作者が目視する仮想三
次元空間を表示する画面では、あたかも操作者が一箇所
に立って視線を時計回り方向に回転させているような画
像が映し出されることになる。

【００２６】なお、グリップ３は、操作者等による外力
が加えられていない状態にあっては、アーム２に対して
の所定の角度となる状態に復帰するように成されてい
る。

【００２７】トラックボール４は、グリップ３の上面で
あって、操作者が親指でグリップ３上面を押さえるよう
にしてグリップ３を把持した場合に親指の腹の部分が触
れるような位置に配設されている。トラックボール４は
前後左右に回転自在にグリップ３に保持されており、該
トラックボール４がグリップ３に対して相対的に前後左
右に回転することにより、仮想三次元空間におけるＸ軸
回りのピッチ角及びＹ軸回りのロール角についての視線
方向の入力を行うものである。つまり、トラックボール
４がグリップ３に対して回転させられると、検知出力部
５が該回転を検知して、前方回転信号、後方回転信号、
右方回転信号、左方回転信号をコンピュータＢに出力す
る。

【００２８】そして、トラックボール４をグリップ３に
対して後方に回転させると、コンピュータＢに後方回転
信号が出力されて、視線方向は仮想三次元空間内おいて
Ｙ軸回りに回転する。即ち、操作者が目視する仮想三次
元空間を表示する画面では、あたかも操作者が一箇所に
立って首を徐々に上方に向けていくような画像が映し出
されることになる。トラックボール４をグリップ３に対
して前方に回転させると、コンピュータＢに前方回転信
号が出力されて、視線方向は仮想三次元空間内おいてＹ
軸回りに回転する。即ち、操作者が目視する仮想三次元
空間を表示する画面では、あたかも操作者が一箇所に立
って首を徐々に下方に向けていくような画像が映し出さ
れることになる。

【００２９】また、例えばトラックボール４をグリップ
３に対して右方に回転させると、コンピュータＢに右方
回転信号が出力されて、視線方向は仮想三次元空間内お
いてＸ軸回りに回転する。即ち、操作者が目視する仮想
三次元空間を表示する画面では、あたかも操作者が一箇
所に立って首を徐々に右方に傾けていくような画像が映
し出されることになる。例えばトラックボール４をグリ
ップ３に対して左方に回転させると、コンピュータＢに
左方回転信号が出力されて、視線方向は仮想三次元空間
内おいてＸ軸回りに回転する。即ち、操作者が目視する
仮想三次元空間を表示する画面では、あたかも操作者が
一箇所に立って首を徐々に左方に傾けていくような画像
が映し出されることになる。

【００３０】ボタン６，７は、グリップ３の上面に配設
されており、押下されることにより、コンピュータＢ上
のアプリケーションにおいて何らかの指示を行うもので
ある。この指示は、例えばマウスカーソルをアイコン上
に位置させてクリックする指示に類似のものであっても
よいし、またポップアップメニューを開く指示等であっ
てもよい。ボタン６，７が押下されると、検知出力部５
が該回転を検知して、押下信号をコンピュータＢに出力
する。

【００３１】以上のようにして構成した三次元入力装置
にあっては、操作者がグリップ３を片手で把持して、ア
ーム２を前後左右に傾倒することにより、コンピュータ
Ｂ内の仮想三次元空間における視点位置を前後左右に移
動させる前方移動信号、後方移動信号、右方移動信号、
左方移動信号を出力し、グリップ３を上下させることに
より前記視点位置を上下に移動させる上方移動信号、下
方移動信号を出力する。また、操作者３がグリップ３を
時計回り又は反時計回りに回転させることにより、仮想
三次元空間の所定の視点位置における視線方向を時計回
り又は反時計回りにＺ軸回りに回転させる時計回り回転
信号、反時計回り回転信号を出力し、トラックボール４
のトラックボール４を前後左右に回転させることによ
り、前記視線をＸ軸回り又はＹ軸回りに回転させる前方
回転信号、後方回転信号、右方回転信号、左方回転信号
を出力する。

【００３２】従って、本三次元入力装置を用いることに
より、操作者は視点位置の移動及び視線方向の変更を行
う際に、モードを切り替えるような操作を必要とせず、
また片手でグリップ３を把持して直感的に操作すること
ができる。

【００３３】また、グリップ３の上下動及び回転にはあ
そびを設けているから、グリップ３を把持した操作者
が、前方移動信号等が出力されるようにグリップ３及び
アーム２を前後左右に傾倒した際に、グリップ３にわず
かな上下動や回転が生じても、上方移動信号等を出力し
ない。よって、操作者の意図しない信号は出力しにくい
ものとなっている。

【００３４】なお、本実施の形態では三次元入力装置
は、仮想三次元空間内の視点位置と視線方向を指定する
として説明しているが、視点及び視線に限られるもので
はなく、仮想三次元空間内の位置と方向を指定すること
ができるものである。従って、例えば仮想三次元空間内
に立体を配置するような動作を行うアプリケーションに
おいて立体の位置と向きを指示する等も可能である。

【００３５】また、本実施の形態では、副入力部をトラ
ックボールとして説明しているが、トラックボールに限
られるものではなく、グリップ３の上面に位置してグリ
ップ３を把持した状態で操作できるものであればよい。
従って、例えば、親指で操作可能な小型のジョイスティ
ックや、四方を示すように配列したボタンであってもよ
い。

【００３６】

【発明の効果】本発明の三次元入力装置は上述のように
構成してあるから、請求項１記載の発明にあっては、前
後左右に傾倒可能に基台に立設されたアームと、該アー
ムに対して上下動可能にアームに取着されたグリップと
を有し、検知出力部がアームの前後左右の傾倒を検出し
て前後左右の移動信号を出力しグリップの上下動を検出
して上下の移動信号を出力するので、操作者はグリップ
を把持した状態で三次元の位置を指示することが可能で
あって、仮想三次元空間における位置の入力を、直感的
に行うことができる三次元入力装置を提供できるという
効果を奏する。

【００３７】請求項２記載の発明にあっては、前記検出
部は、グリップが所定のしきい値を超えて上下動した場
合に上下の移動信号を出力するので、操作者がグリップ
を把持してアームを傾倒させた場合、それにともなって
僅かにグリップが上下動しても前記上下の移動信号が出
力されることがなく、よって、操作者の意図しない信号
は出力しにくい三次元入力装置を提供できるという効果
を奏する。

【００３８】請求項３記載の発明にあっては、請求項１
又は請求項２記載の発明の効果に加えて、前記グリップ
はアームに対して長手方向軸回りに回転可能に取着され
ており、前記検知出力部が該グリップの回転を検出して
時計回り又は反時計回りの回転信号を出力するので、操
作者はグリップを回転させることにより仮想三次元空間
における一軸の方向を指示することが可能であって、仮
想三次元空間における方向の入力を直感的に行うことが
できる三次元入力装置を提供できるという効果を奏す
る。

【００３９】請求項４記載の発明にあっては、請求項３
記載の発明の効果に加えて、前記検出部がグリップが所
定のしきい値の角度以上回転した場合に時計回り又は反
時計回りの回転信号を出力するので、操作者がグリップ
を把持してアームを傾倒させた場合、それにともなって
僅かにグリップが回転しても前記回転信号が出力される
ことがなく、よって、操作者の意図しない信号は出力し
にくい三次元入力装置を提供できるという効果を奏す
る。

【００４０】請求項５記載の発明にあっては、請求項１
乃至請求項４記載の発明の効果に加えて、前後左右の入
力を行う副入力部をグリップに有し、前記検知部は該副
入力部の操作を検出して前後左右の回転信号を出力する
ので、操作者はグリップを把持したままで該副入力部を
操作することにより仮想三次元空間における二軸の方向
を指示することが可能であって、仮想三次元空間におけ
る方向の入力を直感的に行うことができる三次元入力装
置を提供できるという効果を奏する。

【００４１】請求項６記載の発明にあっては、請求項５
記載の発明の効果に加えて、前記副入力部をグリップに
対して回転自在に回転自在に取付されたトラックボール
とし、前記検知出力部は該トラックボールの回転を検出
して前後左右の回転信号を出力するので、より操作感覚
のよい三次元入力装置を提供できるという効果を奏す
る。

【００４２】請求項７記載の発明にあっては、請求項１
乃至請求項６記載の発明の効果に加えて、前記基台は、
基台を被固定面に固着する固着部を有するので、グリッ
プを上方に移動させる操作を行っても、基台が被固定面
から浮き上がることなく、よって操作感覚のよい三次元
入力装置を提供できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の三次元入力装置の外観を示す斜視図で
ある。

【図２】本発明の三次元入力装置の使用状態の説明図で
ある。

【図３】三次元入力装置の外観を下方から見た状態を示
す斜視図である。

【符号の説明】

１ 基台 １ｂ 固着部 ２ アーム ３ グリップ ４ トラックボール ５ 検知出力部

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基台と、前後左右に傾倒可能に基台に立
   設されたアームと、該アームに対して上下動可能にアー
   ムに取着されたグリップと、アームの前後左右の傾倒を
   検出して前後左右の移動信号を出力しグリップの上下動
   を検出して上下の移動信号を出力する検知出力部と、を
   有することを特徴とする三次元入力装置。
2. 【請求項２】 前記検出部は、グリップが所定のしきい
   値を超えて上下動した場合に上下の移動信号を出力する
   ことを特徴とする請求項１記載の三次元入力装置。
3. 【請求項３】 前記グリップはアームに対して長手方向
   軸回りに回転可能に取着されており、前記検知出力部は
   該グリップの回転を検出して時計回り又は反時計回りの
   回転信号を出力することを特徴とする請求項１又は請求
   項２のいずれかに記載の三次元入力装置。
4. 【請求項４】 前記検出部は、グリップが所定のしきい
   値の角度を超えて回転した場合に時計回り又は反時計回
   りの回転信号を出力することを特徴とする請求項３記載
   の三次元入力装置。
5. 【請求項５】 前後左右の入力を行う副入力部をグリッ
   プに有し、前記検知部は該副入力部の操作を検出して前
   後左右の回転信号を出力することを特徴とする請求項１
   乃至請求項４のいずれかに記載の三次元入力装置。
6. 【請求項６】 前記副入力部は、グリップに対して前後
   左右に回転自在に取付されたトラックボールであって、
   前記検知出力部は該トラックボールの回転を検出して前
   後左右の回転信号を出力することを特徴とする請求項５
   記載の三次元入力装置。
7. 【請求項７】 前記基台は、基台を被固定面に固着する
   固着部を有することを特徴とする請求項１乃至請求項６
   のいずれかに記載の三次元入力装置。