JPH11288211A - 実時間運動シミュレーション表示装置及びプログラムを記録した機械読み取り可能な記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 実時間運動シミュレーション表示装置に於い
て、衝突が頻繁に発生する運動についても、実時間でリ
アルなＣＧ映像を表示できるようにする。 【解決手段】 衝突検出処理装置４０が、衝突検出用簡
易形状モデルを包含する衝突予測用簡易形状モデルの形
状を示す簡易形状データ４３と運動データ５３とに基づ
いて、上記衝突検出用簡易形状モデルによって近似され
たオブジェクトが衝突する可能性があるか否かを判断
し、拘束運動生成部３６が、衝突検出処理装置４０で衝
突する可能性があると判断されたオブジェクトの運動に
関して、動力学運動生成部３５で計算された速度或いは
移動量が予め定められている最大速度或いは最大移動量
を越えている場合、動力学運動生成部３５で運動計算さ
れた速度或いは移動量を前記最大速度或いは最大移動量
に置き換える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、訓練用シミュレー
タ，ＶＲシステム，ゲーム，アニメーション作成等にお
いて、オペレータの操作に応じて実時間で３次元の動き
をコンピュータ映像（ＣＧ映像）として表示する技術に
関する。

【０００２】

【従来の技術】これまで、アニメーション，ＶＲシステ
ム，ゲーム等に用いられる３次元空間での動きを伴うＣ
Ｇ映像生成に関しては、オペレータの操作に対して予め
定義された動作パターンを組み合わせて動きを生成する
ものが多かった。動作パターンは、モーションキャプチ
ャ装置等を用いて実際の人や機械の動きを計測し、デー
タとして取り込むという方法や、試行錯誤的な方法によ
って生成されるため、システム開発に非常に多くの時間
と労力がかかってしまう。

【０００３】一方、訓練用シミュレータのＣＧ映像生成
に関しては飛行機のフライトシミュレータや自動車のド
ライビングシミュレータ等に於いて、オペレータの操作
に応じてリアルな動きを生成するための力学計算をベー
スに運動計算されるものが開発されてきた。しかしなが
ら、これらの訓練用シミュレータは、接触する部分や駆
動する部分が少なく、衝突検出や運動計算の負荷が比較
的小さいものにしか適用できないという問題があると共
に、衝突後の動きはがなり限定されるという問題があっ
た。

【０００４】また、弾性膜のような柔軟要素を有する物
体の動きや変形をリアルに生成するために大型計算機を
援用し、力学計算を厳密に行って運動を求め、それをア
ニメーション表示するものも見られる。しかし、これら
の厳密な計算結果をＣＧ映像で表現するのは、想定した
物理現象を可視化し、解析評価やプレゼンテーションに
利用するためのものである。訓練用シミュレータのよう
に、多少の誤差はあっても実際の作業を訓練可能なＣＧ
映像を生成するのとは目的が異なっており、構成される
システムもかなり大規模になってしまう。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】建設機械や、農業，林
業，漁業に於ける作業機械等の訓練を行うためのシミュ
レータのように、３次元空間に於ける複雑な衝突を伴
い、複数のリンクから構成される多自由度機構の運動生
成が必要なＶＲシステム等に於いては、オペレータの操
作に応じて複雑な衝突現象が発生し、機械や作業対象物
の動きが非常に複雑なものになる。操作訓練を有効なも
のとするためには、なるべくこれらの動きを忠実に再現
する必要があり、機械や対象物体の自然な動きを生成す
る手段として、物理法則に従った運動計算するものが望
まれていた。

【０００６】しかしながら、このような複雑な衝突現象
を含む厳密な運動解析は、一般に非常に難しく、処理自
体も計算負荷が大きいため、実時間処理には大規模なシ
ステム環境が必要であった。ここで対象としている訓練
用シミュレータ等のＶＲシステムは、操作機械設計のた
めの性能評価や現象解析が目的でないため、高精度の運
動計算は必要なく、適切なモデル化や処理の高速化，効
率化によってシステムをコンパクトにした上で自然な動
きを実時間計算できることが望まれていた。

【０００７】これまで衝突現象による運動挙動への影響
については、衝突物体同士の衝突の大きさを指標に衝突
反力として運動計算に反映させるモデルが一般的であっ
た。このモデルでは、本来時刻刻み幅が十分に小さく衝
突発生から１サイクル後に急激な衝突の増大がないこと
が仮定されているが、実時間処理ではいきなり急激な衝
突が発生することがある。このとき衝突の大きさとその
方向を衝突物体の幾何学的位置関係のみで決定すると、
実際には発生しえない大きな反力が発生したり、不自然
な運動が発生する場合があった。

【０００８】衝突検出の対象物の速度がかなり大きい場
合には、実時間処理の制約から運動計算の１サイクルで
移動する距離が大きくなり、対象物体同士の衝突が検出
されないというような問題があった。これは、１サイク
ルで物体と衝突してすり抜けてしまうためであり、従来
の方式では衝突が検出されず、動きに変化が起こらなか
った。また、対象物体の速度が大きくなくても、対象物
体の形状が小さかったり、細かったりすれば容易に上述
の現象が起こり得た。これらの課題は、衝突検出結果を
利用して実時間で運動生成する場合には大きな制約事項
となっていた。

【０００９】一方、複雑な衝突状態では、実際には移動
方向によっては動きが拘束されることがあるが、単なる
力学計算による力の釣り合いによって運動を決めると、
振動，すり抜け等の不自然な動きが発生していた。

【００１０】計算処理は、作業シーンや運動物体の数に
よって処理負荷が異なり、作業が進展するにつれて１サ
イクル当たりの所要時間が変化する。描画処理に於いて
も同様のことが発生し、計算で仮定した１サイクル当た
りの経過時間が変動することにより、生成される運動の
映像表現が実際の運動と異なって見える（時間方向の軸
が伸び縮みする）という問題があった。

【００１１】そこで、本発明の目的は、接触，衝突が頻
繁に発生する運動についても、実時間で自然な動きをす
るＣＧ映像を生成できるようにすることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、オペレータの操作に応じた操作入力データを
生成する操作入出力装置と、処理対象空間に存在するオ
ブジェクトの形状を近似した衝突検出用簡易形状モデル
の形状を示す簡易形状データと、オブジェクトの運動デ
ータとに基づいて衝突状態を示す衝突状態データを生成
する衝突検出処理装置と、該衝突検出処理装置で生成さ
れた衝突状態データと、前記操作入出力装置で生成され
た操作入力データと、オブジェクトの物理特性データと
に基づいてオブジェクトの運動データを生成する運動生
成装置と、該運動生成装置で生成された運動データに従
った描画処理を行う描画処理装置とを備えている。

【００１３】この構成に於いては、操作入出力装置が、
オペレータの操作に応じた操作入力データを生成し、衝
突検出処理装置が、処理対象空間に存在するオブジェク
トの形状を近似した衝突検出用簡易形状モデルの形状を
示す簡易形状データと、オブジェクトの運動データとに
基づいて衝突状態を示す衝突状態データを生成する。そ
して、運動生成装置が、衝突検出処理装置で生成された
衝突状態データと、操作入出力装置から出力された操作
入力データとに基づいてオブジェクトの運動データを生
成し、描画処理装置が、運動生成装置で生成された運動
データに従った描画処理を行う。

【００１４】また、本発明は上記目的を達成するため、
前記運動生成装置は、オブジェクトの物理特性データを
管理する物理データ管理部と、前記操作入力データと前
記物理特性データとに基づいて操作トルクを計算する操
作トルク生成部と、前記衝突状態データと前記物理特性
データとに基づいて衝突反力を計算する衝突反力生成部
と、前記操作トルクと前記物理特性データと前記衝突反
力とを用いて物理法則に従った運動計算を行う動力学運
動生成部と、該動力学運動生成部の運動計算結果に対し
て運動が拘束される方向を考慮した修正を行い、修正後
の運動計算結果を運動データとして出力する拘束運動生
成部とを備えている。

【００１５】この構成に於いては、物理データ管理部
が、各オブジェクトの物理特性データを管理し、操作ト
ルク生成部が、物理特性データと操作入力データとに基
づいて操作トルクを計算し、衝突反力生成部が、衝突状
態データと物理特性データとに基づいて衝突反力を計算
し、動力学運動生成部が、操作トルクと物理特性データ
と衝突反力を用いて物理法則に従った運動計算を行い、
拘束運動生成部が、動力学運動生成部の運動計算結果に
対して運動が拘束される方向を考慮した修正を行い、修
正後の運動計算結果を運動データとして出力する。

【００１６】また、本発明は、衝突検出の対象オブジェ
クトの速度が速い場合や、サイズが小さい場合であって
も、すり抜け等の不自然な動きが発生しないようにする
ため、前記衝突検出処理装置は、前記衝突検出用簡易形
状モデルを包含する衝突予測用簡易形状モデルの形状を
示す簡易形状データと前記運動データとに基づいて、前
記衝突検出用簡易形状モデルによって近似されたオブジ
ェクトが衝突する可能性があるか否かを判断する構成を
備え、前記拘束運動生成部は、前記衝突検出処理装置で
衝突する可能性があると判断されたオブジェクトの運動
に関して、前記動力学運動生成部で計算された速度或い
は移動量が予め定められている最大速度或いは最大移動
量を越えている場合、前記動力学運動生成部で運動計算
された速度或いは移動量を前記最大速度或いは最大移動
量に置き換える構成を備えている。

【００１７】この構成に於いては、衝突検出処理装置
が、衝突検出用簡易形状モデルを包含する衝突予測用簡
易形状モデルの形状を示す簡易形状データと運動データ
とに基づいて、衝突検出用簡易形状モデルによって近似
されたオブジェクトが衝突する可能性があるか否かを判
断し、拘束運動生成部が、衝突検出処理装置で衝突する
可能性があると判断されたオブジェクトの運動に関し
て、動力学運動生成部で計算された速度或いは移動量が
予め定められている最大速度或いは最大移動量を越えて
いる場合、動力学運動生成部で運動計算された速度或い
は移動量を前記最大速度或いは最大移動量に置き換え
る。

【００１８】また、本発明は、衝突により動きが拘束さ
れる方向が発生した場合、運動を拘束できるようにする
ため、前記衝突検出処理装置は、前記衝突検出用簡易形
状モデルによって包含される衝突限界検出用簡易形状モ
デルの形状を示す簡易形状データと前記運動データとに
基づいて、各オブジェクトについて衝突の発生した衝突
限界検出用簡易形状モデルの数を検出し、その個数が増
加する方向の運動を拘束するように、前記動力学運動生
成部の運動計算結果を修正する構成を備えている。

【００１９】この構成に於いては、衝突検出処理装置
が、衝突検出用簡易形状モデルによって包含される衝突
限界検出用簡易形状モデルの形状を示す簡易形状データ
と運動データとに基づいて、各オブジェクトについて衝
突の発生した衝突限界検出用簡易形状モデルの数を検出
し、その個数が増加する方向の運動を拘束するように、
動力学運動生成部の運動計算結果を修正する。

【００２０】更に、本発明は、急激な衝突が発生した場
合や、円筒が転がるような運動の場合でも、自然な動き
を生成できるようにするため、前記衝突検出処理装置
は、衝突点の座標値，衝突方向ベクトル，衝突量を含む
衝突状態データを生成する際、衝突が継続している限
り、前記衝突方向ベクトルを、衝突発生時の速度ベクト
ルから求まる単位方向ベクトルと前記衝突点の幾何学的
位置のみにより決定する単位方向ベクトルとをそれぞれ
に重みを掛けた上で合成したベクトルとする構成を備え
ている。

【００２１】この構成に於いては、衝突検出処理装置
が、衝突点の座標値，衝突方向ベクトル，衝突量を含む
衝突状態データを生成する際、衝突が継続している限
り、上記衝突方向ベクトルを、衝突発生時の速度ベクト
ルから求まる単位方向ベクトルと衝突点の幾何学的位置
のみにより決定する単位方向ベクトルとをそれぞれに重
みを掛けた上で合成したベクトルとする。

【００２２】更に、本発明は、映像表示時の時間方向の
軸の伸び縮みを低減するため、描画処理及び運動計算処
理に要した１サイクル当たりの処理時間に基づいて計算
負荷データを生成する計算負荷データ生成部を備え、前
記動力学運動生成部は、前記計算負荷データによって示
される時間を運動計算に用いる時間刻みに反映する構成
を備えている。

【００２３】この構成に於いては、計算負荷データ生成
部が、運動計算処理，描画処理に要した１サイクル当た
りの処理時間に基づいて計算負荷データを生成し、動力
学運動生成部が、計算負荷データによって示される時間
を運動計算に用いる時間刻みに反映する。

【００２４】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態について
図面を参照して詳細に説明する。

【００２５】先ず、本発明の実時間運動シミュレーショ
ン表示装置の実施例を図１のブロック図に示す。図１に
示す実時間運動シミュレーション表示装置は、機能的に
大別すると、操作入出力装置１０，描画処理装置２０，
運動生成装置３０，衝突検出処理装置４０，データ管理
装置５０に分別できる。

【００２６】操作入出力装置１０は、オペレータの操作
に応じたディジタル信号を操作入力データとして出力す
る機能を有する。

【００２７】描画処理装置２０は、運動データ５３に従
って３次元ＣＧ映像を生成し、映像表示装置（図示せ
ず）に信号を出力する。

【００２８】運動生成装置３０は、運動生成処理を行う
装置で、物理データ管理部３１，物理特性データ３２，
操作トルク生成部３３，衝突反力生成部３４，動力学運
動生成部３５，拘束運動生成部３６および計算負荷デー
タ生成部３７を含む。

【００２９】衝突検出処理装置４０は、衝突検出部４
１，簡易形状モデル更新処理部４２，簡易形状データ４
３を含む。

【００３０】データ管理装置５０は、各装置で共通に使
用される操作入力データ５１，計算負荷データ５２，運
動データ５３，衝突状態データ５４を管理する。

【００３１】図２は図１に示した実時間運動シミュレー
ション表示装置を作業機械の訓練用シミュレータに応用
した場合のシステム構成を示したブロック図である。

【００３２】図２に示した作業機械の訓練用シミュレー
タは、図１に示した実時間運動シミュレーション表示装
置の構成に、音響発生装置６０と、実際の作業機械の機
械運転台７１と、立体プロジェクタ７２と、表示用のス
クリーン７３と、スピーカー７４とを付加した構成にな
っている。この訓練用シミュレータでは、作業訓練者の
操作に応じた立体映像を力学計算によりリアルな動きで
表現し、更に、衝突時の音響効果を加えることにより臨
場感ある作業訓練を実現できるようにしている。

【００３３】操作入出力装置１０は、運転台７１に乗っ
た作業訓練者の操作に応じたディジタル信号を操作入力
データ５１として出力する。

【００３４】描画処理装置２０は、運動データ５３に従
って３次元ＣＧ映像を作成し、その３次元ＣＧ映像をス
クリーン７３に表示させるための信号を立体プロジェク
タ７２に出力する。

【００３５】音響発生装置６０は、衝突状態データ５４
に基づいて、衝突した物体や、衝突の大きさに応じた音
色，音量の効果音をスピーカー７４から出力させるため
の信号を生成する。

【００３６】データ管理装置５０は、各装置とネットワ
ーク或いは専用ケーブル等で接続されており、各装置か
らのデータを受信し、最新のものに変更する。

【００３７】衝突検出処理装置４０内の簡易形状データ
４３には、衝突検出用簡易形状モデル，衝突予測用簡易
形状モデル，衝突限界検出用簡易形状モデルの形状を示
すデータが設定される。

【００３８】衝突検出用簡易形状モデルは、実際の衝突
反力を計算するために用いる簡易形状モデルである。図
３に作業機械に対する衝突検出用簡易形状モデルの設定
例を示す。同図に示すように、この作業機械は、地面を
移動するためのクローラー８０と、運転者が乗り込むキ
ャビン８１と、先端部を移動するためのブーム８２，ア
ーム８３と、先端で作業をするためのツール８４の５個
の剛体オブジェクトから構成されている。図３を見て分
かるように、例えば１つの剛体オブジェクトであるクロ
ーラー８０は、５個の円筒プリミティブ（衝突検出用簡
易形状モデル）で形状を近似されている。実際の作業機
械の形状は複雑であるが、上記したように簡易形状で近
似することにより、衝突検出処理が簡略化される。

【００３９】衝突予測用簡易形状モデルは、単一或いは
複数の衝突検出用簡易形状モデルを包含する、衝突予測
用簡易形状モデルの上位に位置する簡易形状モデルであ
り、衝突予測を行うために使用される。図４（ａ）に円
筒プリミティブを簡易形状モデルとした場合の衝突検出
用簡易形状モデルと衝突予測用簡易形状モデルとの関係
の一例を示す。図４（ａ）に示すように、衝突予測用簡
易形状モデル１０２は、衝突検出用簡易形状モデル１０
１に比べて数倍の大きさを有している。このような衝突
予測用簡易形状モデル１０２と他の衝突予測用簡易形状
モデル１０３との衝突が検出された場合には、数サイク
ル内に図４（ｂ）に示すように、衝突予測用簡易形状モ
デル１０２に包含される衝突検出用簡易形状モデル１０
１と衝突予測用簡易形状モデル１０３に包含される衝突
検出用簡易形状モデル１０４とが衝突する可能性が高
い。

【００４０】衝突限界検出用簡易形状モデルは、単一の
衝突検出用簡易形状モデルによって包含される、衝突検
出用簡易形状モデルの下位に位置する簡易形状モデルで
ある。図５に円筒プリミティブを簡易形状モデルとした
場合の衝突検出用簡易形状モデルと衝突限界検出用簡易
形状モデルとの関係の一例を示す。同図に示すように、
衝突限界検出用簡易形状モデル１０６は、衝突検出用簡
易形状モデル１０５よりも小さく、その内部に収まって
いる。

【００４１】簡易形状データ４３には、作業機械の形状
を近似するために使用した各衝突検出用簡易形状モデル
の形状を示すデータ（例えば、衝突検出用簡易形状モデ
ルが円筒プリミティブであれば、高さと底面の半径とか
らなる）及び仮想作業環境内に存在する他の物体を近似
するために使用した各衝突検出用簡易形状モデルの形状
を示すデータと、上記各衝突検出用簡易形状モデルの上
位，下位に位置する衝突予測用簡易形状モデル，衝突限
界検出用簡易形状モデルの形状を示すデータとが含まれ
る。尚、或る衝突検出用簡易形状モデルの上位，下位に
位置する衝突予測用簡易形状モデル，衝突限界用簡易形
状モデルの形状を示すデータは、上記或る衝突検出用簡
易形状モデルの形状を示すデータと関連付けられてい
る。また、簡易形状データ４３中の各データは、そのデ
ータがどの剛体オブジェクトについてのものであるかが
分かる形になっている。

【００４２】次に作業機械の作業訓練用シミュレータの
動作を説明する。

【００４３】作業訓練者が、機械運転台７１に於いて操
作レバーを操作すると、その操作に応じた電気信号が操
作入出力装置１０に与えられる。操作入出力装置１０
は、一定のサンプル間隔で運転台７１からの電気信号を
取り込み、取り込んだ電気信号に対してＤ／Ａ変換処理
及び正規化処理を行い、±１範囲内のディジタルデータ
を生成する。

【００４４】このディジタルデータは、操作入力データ
５１としてデータ管理装置５０に格納され、運動生成装
置３０内の操作トルク生成部３３が操作トルクを計算す
る際に使用される。

【００４５】衝突検出処理装置４０内の衝突検出部４１
は、簡易形状データ４３と、作業機械や仮想作業環境に
存在する他の物体の位置や速度情報等を含む運動データ
５３とを用いて、衝突点の位置，衝突方向ベクトル，衝
突量を算出し、それらを衝突状態データ５４として出力
する。

【００４６】図６，図７は、衝突検出部４１の処理例を
示す流れ図であり、以下、図６を参照して衝突検出部４
１で行う処理を詳細に説明する。

【００４７】先ず、衝突検出部４１は、簡易形状データ
４３と運動データ５３とを読み込む（図６，Ｓ１）。次
いで、運動計算を行うことが必要な剛体オブジェクト
（作業機械を構成する各オブジェクトや、外力によって
運動計算を行うことが必要になった岩，コンクリートブ
ロック等の物体に対応する剛体オブジェクト）の１つに
注目し、衝突予測用簡易形状モデルを用いた衝突予測処
理を行う（Ｓ２）。つまり、現在注目している剛体オブ
ジェクトについての衝突予測用簡易形状モデルの中に、
他の衝突予測用簡易形状モデルと衝突するものが存在す
るか否かを簡易形状データ４３，運動データ５３に基づ
いて調べ、１個でも存在する場合は、剛体オブジェクト
が衝突する可能性があると判断し、１個も存在しない場
合は、衝突する可能性がないと判断する。

【００４８】そして、衝突する可能性がないと判断した
場合（Ｓ３がＮｏ）は、現在注目している剛体オブジェ
クトの全ての衝突検出用簡易形状モデルについて、衝突
点の座標値をｎｕｌｌ，衝突方向ベクトルをゼロベクト
ル，衝突量をスカラ値０にした衝突状態データ５４を出
力する（図７，Ｓ１５ａ）。

【００４９】これに対して、衝突する可能性があると判
断した場合（図６，Ｓ３がＹｅｓ）は、現在注目してい
る剛体オブジェクトが衝突する可能性があることを示す
衝突予測フラグを立てた後（Ｓ４）、上記剛体オブジェ
クトについての衝突検出用簡易モデルを用いた衝突検出
処理を行う（Ｓ５）。つまり、上記剛体オブジェクトに
ついての衝突検出用簡易形状モデルの中に、他の衝突検
出用簡易形状モデルと衝突するものが存在するか否かを
簡易形状データ４３，運動データ５３に基づいて調べ、
１つでも存在する場合は衝突ありと判断し、他の衝突検
出用簡易形状モデルと衝突するものが１つも存在しない
場合は、衝突なしと判断する。

【００５０】そして、衝突なしと判断した場合（Ｓ６が
Ｎｏ）は、注目している剛体オブジェクトの全ての衝突
検出用簡易形状モデルについて、衝突点の座標値をｎｕ
ｌｌ，衝突方向ベクトルをゼロベクトル，衝突量をスカ
ラ値０とした衝突状態データ５４を出力すると共に、注
目中の剛体オブジェクトが数サイクル内に衝突する可能
性が高いことを示す衝突予測フラグを、衝突状態データ
５４に付加した形で出力する（図７，Ｓ１５ｂ）。

【００５１】これに対して、衝突ありと判断した場合
（図６，Ｓ６がＹｅｓ）は、注目中の剛体オブジェクト
の衝突検出用簡易形状モデルについて衝突点の座標値，
衝突方向ベクトル，衝突量を算出する（Ｓ７）。尚、衝
突が発生していない衝突検出用簡易形状モデルについて
は、衝突点の座標値，衝突方向ベクトル，衝突量をそれ
ぞれｎｕｌｌ，ゼロベクトル，スカラ値の０とする。

【００５２】衝突方向ベクトルは、衝突反力の方向を決
定するための重要な要素であり、この衝突方向ベクトル
の決定方法として、従来、幾何学的な位置関係により決
定する方法が考えられていた。図８（ａ）にその一例を
示す。

【００５３】この図８（ａ）に示す方法は、物体の衝突
検出用形状モデルである円筒プリミティブ１０７，１０
８同士を衝突させた場合の、円筒プリミティブ１０７の
衝突点を例えば円筒プリミティブ１０８にめり込んだ最
も深い位置Ｐ１とし、衝突方向ベクトルを円筒プリミテ
ィブ１０８の中心軸と衝突点を結ぶ外向きのベクトルＶ
ｅｃ１とし、衝突量をΔｘ１とするものである。

【００５４】しかしながら実時間処理に於いては、図８
（ｂ）のように衝突量が円筒プリミティブ１０８の中心
線を越え、いきなりΔｘ２となる場合がある。このよう
な場合に、単に幾何学的な位置関係により衝突方向ベク
トル，衝突量を求めると、求めた衝突方向ベクトルＶｅ
ｃ３，衝突量Δｘ３が、正しい衝突方向ベクトルＶｅｃ
２，衝突量Δｘ２と異なるものになってしまうという問
題点がある。

【００５５】そこで、このような問題を解決するため
に、衝突点の速度ベクトルを利用することを考える。こ
の例として、凹凸のある地面を平面パッチとした場合
の、円筒プリミティブとの衝突方向ベクトルの決定方法
を考える。

【００５６】図９（ａ）に示すように最初に衝突が生じ
たときの衝突点の速度ベクトルをＶ１とする。この速度
ベクトルＶ１と逆方向を衝突方向ベクトルとすると、地
面から押し出される方向に力が働く。次のサイクルで、
図９（ａ）で受けた反力の結果、図９（ｂ）に示すよう
に、運動方向がＶ２に変化すると、今度は地面にめり込
む方向に力が働くことになってしまう。そこで、一旦衝
突が発生した場合は、衝突状態から解放されるまで、衝
突方向ベクトルを最初の衝突発生時の方向のままにして
おくということを考える。

【００５７】この方法に従うと、図９（ｃ）に示すよう
に最初の衝突方向が保持され、地面から跳ね返る方向Ｖ
３に力が作用することになる。しかしながら、速度ベク
トルのみを用いて衝突方向ベクトルを決定すると、まだ
次のような問題が残る。即ち、円筒プリミティブが地面
上を転がるときを考えると、衝突点は回転しているの
で、接地面に平行な速度となり、接地面に垂直方向の反
力が生成されない。そこで、重力により鉛直方向に沈ん
でいくと、始めて鉛直方向に浮き上がるように力が生成
されるが、その挙動は極めて不安定なものになる。

【００５８】以上の問題点を考慮し、本実施例では、速
度成分による方向ベクトルｖ_vel と、接地面に対する垂
直方向ベクトルｖ_pos （衝突点の幾何学的位置のみによ
り決定される単位ベクトル）との２つのベクトルを用い
て、衝突ベクトルｖ_col を求める。即ち、 ｖ_col ＝α・ｖ_pos ＋β・ｖ_vel である。但し、α，βは、オブジェクトやプリミティブ
によって異なる重み係数である。

【００５９】Ｓ７に於いて、注目中の剛体オブジェクト
の各衝突検出用簡易形状モデルについて衝突点の座標
値，衝突方向ベクトル，衝突量を求めると、衝突検出部
４１は、衝突の発生した衝突検出用簡易形状モデルの内
の１つに注目し、新規の衝突であるか否かを判断する
（Ｓ８）。

【００６０】そして、新規の衝突であると判断した場合
（Ｓ８がＹｅｓ）は、衝突検出部４１は、その内部に設
けられているレジスタ（図示せず）に、Ｓ７で求めた衝
突方向ベクトルと注目している衝突検出用簡易形状モデ
ルを示す情報とを関連付けて格納する（Ｓ１０）。これ
に対して、新規の衝突でないと判断した場合（Ｓ８がＮ
ｏ）は、Ｓ７で算出された現在注目している衝突検出用
簡易形状モデルについての衝突方向ベクトルを、レジス
タに格納されている該当する衝突方向ベクトル（最初の
衝突方向ベクトル）で置き換える（Ｓ９）。

【００６１】Ｓ８〜Ｓ１０の処理を、現在注目している
対象剛体オブジェクトの衝突検出用簡易形状モデルの内
の、衝突の発生した全ての衝突検出用簡易形状モデルに
対して行うと（Ｓ１１がＮｏ）、衝突検出部４１は、Ｓ
１２の衝突限界検出処理を行う。

【００６２】Ｓ１２の衝突限界検出処理に於いては、現
在注目している剛体オブジェクトの衝突限界検出用簡易
形状モデルの内の何個が、他の衝突限界検出用簡易形状
モデルと衝突しているかを調べる。

【００６３】そして、衝突の発生している衝突限界検出
用簡易形状モデルの数（衝突限界検出数）が「０」の場
合は（Ｓ１３がＮｏ）は、Ｓ７で算出された各衝突検出
用簡易形状モデルの衝突点の座標値，衝突方向ベクトル
（但し、Ｓ９で修正されている場合は、修正後の衝突方
向ベクトル），衝突量を含む衝突状態データ５４を出力
する（図７，Ｓ１５ｃ）。

【００６４】これに対して、衝突限界検出数が「０」で
ない場合（Ｓ１３がＹｅｓ）は、衝突限界検出数を更新
する（Ｓ１４）と共に、Ｓ７で算出された各衝突検出用
簡易形状モデルの衝突点の座標値，衝突方向ベクトル
（但し、Ｓ９で修正が行われている場合は、修正後の衝
突方向ベクトル），衝突量を含む衝突状態データ５４を
出力すると共に、現在注目している剛体オブジェクトに
ついての衝突限界検出数を、衝突状態データ５４に付加
した形で出力する（図７，Ｓ１５ｄ）。

【００６５】衝突検出部４１は、運動計算を行うことが
必要な全ての剛体オブジェクトについて、上記したＳ２
〜Ｓ１５の処理を行うと（Ｓ１６がＹｅｓ）、その処理
を終了する。そして、運動生成装置３０によって運動デ
ータ５３が更新されると、再び、図６，図７の流れ図に
示す処理を行う。

【００６６】簡易形状モデル更新処理部４２は、衝突に
より切断，分割等の形状変化が起こった物体に対応する
簡易形状データ４３を変更する。形状変化の起こった物
体は、物理データ管理部３１が衝突状態データ５４，物
理特性データ３２（物理特性データ３２中に設定されて
いるオブジェクトが刃物であるか等を示す属性情報）に
基づいて判断し、簡易形状モデル更新処理部４２に通知
する。簡易形状モデル更新処理部４２では、通知された
物体について、衝突状態データに基づいて簡易形状デー
タ４３を更新する。

【００６７】次に、運動生成装置３０の動作を説明す
る。

【００６８】物理データ管理部３１は、作業機械の構成
部品の接続状態や、各構成部品および環境にある物体の
重さ，寸法形状，衝突時のバネ定数，粘性係数や摩擦係
数，属性情報等の物理特性データ３２を管理し、衝突に
より切断，分割等の形状変化が起こった物体に対応する
物理特性データ３２を更新する。

【００６９】操作トルク生成部３３は、操作入力データ
５１と物理特性データ３２から操作トルクを算出する。

【００７０】衝突反力生成部３４では、物理特性データ
３２と衝突状態データ５４とから衝突反力を生成する。
例えば、衝突状態データ５４に含まれる衝突点の座標
値，衝突量，衝突方向ベクトルを用いた衝突反力の計算
例としては、衝突するｉ番目の衝突検出用簡易形状モデ
ルでの一つの衝突点ｊの衝突反力ｆ_ijは、衝突量Δｘ_ij
と衝突点の速度ｘ_ij・ｄｘ／ｄｔにより、 ｆ_ij＝−Ｋ_s ・Δｘ_ij＋Ｂ_s ・ｘ_ij・ｄｘ／ｄｔ となる。但し、Ｋ_s は弾性係数，Ｂ_s は粘性係数であ
る。

【００７１】各リンクや木の衝突反力は、設定された複
数の簡易形状_, 複数の衝突点の力の総和である。衝突相
手により反力の大きさに重み付けし、実時間処理上急激
に大きな衝突が発生する場合、必要により最大値を制約
する。

【００７２】動力学運動生成部３５では、計算された操
作トルクや、衝突反力，物理特性データ３２，計算負荷
データ５２によって示される時間を用いて力学に基づき
作業機械や作業対象物の運動計算を行う。例として、作
業機械のシリアルリンク部についての運動計算の例を示
す。

【００７３】リンク部の回転角の一般化座標をｑ＝（ｑ
_1,ｑ_2,…_, ｑ₈ ）^T とし（Ｔは転置ベクトルを示す）、
アクチュエータトルクをτ_act 、リンク機構慣性マトリ
クスをＭ（ｑ）、重心や遠心力・コリオリ力のトルクを
τ_c （ｑ，ｑ・ｄｑ／ｄｔ）、粘性摩擦トルクをτ
_d （ｑ・ｄｑ／ｄｔ）、操作入力ゼロ時の制御トルクを
τ_s （τ_act,ｑ）、関節動作範囲外の反発力によるトル
クをτ_1im （ｑ，ｑ・ｄｑ／ｄｔ）とおくと、 τ_act ＝Ｍ（ｑ）・Δ² ｑ／Δｔ² ＋τ_c （ｑ，ｑ・ｄ
ｑ／ｄｔ）＋τ_d （ｑ・ｄｑ／ｄｔ）＋τ_s （τ
_act,ｑ）＋τ_1im （ｑ，ｑ・ｄｑ／ｄｔ） より、数値積分して時刻ｔ後の各関節の一般座標ベクト
ルｑを求め、運動後の座標を計算する。

【００７４】上記した積分時間は、計算負荷データ５２
によって示される時間とする。計算負荷データ５２は、
計算負荷データ生成部３７によって算出されるものであ
り、例えば、前回の運動計算サイクルに於ける計算時間
に所定の重みを掛けた値と前回の描画サイクルに於ける
描画時間に所定の重みを掛けた値との和とすることがで
きる。このように、動力学運動生成部３５で行う運動計
算の積分時間に計算負荷データ５２によって示される時
間を使用することにより、時間方向の軸の伸び縮みを低
減することができる。つまり、今回の運動計算サイク
ル，描画サイクルに於ける計算時間，描画時間は、前回
の運動計算サイクル，描画サイクルに於ける計算時間，
描画時間とほぼ等しくなるので、今回の運動計算サイク
ルに於ける積分時間を前回の計算時間，描画時間に応じ
た時間にすれば、運動計算，描画処理に要する時間と積
分時間とが釣り合うものになり、時間軸方向の伸び縮み
を低減することができる。

【００７５】拘束運動生成部３６は、動力学運動生成部
３５に於いて、新たな運動計算結果が生成されると、図
１０の流れ図に示すように、データ管理装置５０中の衝
突状態データ５４を取り込み（Ｓ２１）、運動計算を行
うことが必要な剛体オブジェクトの内の１つに注目にす
る（Ｓ２２）。

【００７６】その後、注目している剛体オブジェクトに
衝突予測フラグが付加されているか否かを判断する（Ｓ
２３）。

【００７７】そして、衝突予測フラグが付加されている
と判断した場合（Ｓ２３がＹｅｓ）は、速度制限処理を
行う（Ｓ２４）。Ｓ２４の速度制限処理に於いては、動
力学運動生成部３５で生成された、現在注目している剛
体オブジェクトの速度と、予め定められているその剛体
オブジェクトの最大速度とを比較し、最大速度より剛体
オブジェクトの速度の方が大きい場合は、動力学運動生
成部３５から出力された上記剛体オブジェクトの速度を
上記最大速度に置き換える処理を行う。尚、Ｓ２４で行
う速度制限処理の代わりに、動力学運動生成部３５で生
成された、現在注目している剛体オブジェクトの移動量
と、予め定められているその剛体オブジェクトの最大移
動量を比較し、最大移動量より剛体オブジェクトの移動
量の方が大きい場合は、動力学運動生成部３５から出力
された上記剛体オブジェクトの移動量を上記最大移動量
に置き換える処理を行うようにしても良い。

【００７８】Ｓ２４の速度制限処理が終了すると、拘束
運動生成部３６は、運動計算を行うことが必要な剛体オ
ブジェクトの中に、未処理の剛体オブジェクトが存在す
るか否かを判断し（Ｓ２７）、存在すると判断した場合
は、再びＳ２２の処理を行う。

【００７９】これに対して、Ｓ２３で衝突予測フラグが
付加されていないと判断した場合は、現在注目している
剛体オブジェクトに衝突限界検出数が付加されているか
否かを判断する（Ｓ２５）。そして、衝突限界検出数が
付加されていないと判断した場合（Ｓ２５がＮｏ）はＳ
２７の処理を行い、付加されていると判断した場合（Ｓ
２５がＹｅｓ）は運動拘束処理を行う（Ｓ２６）。

【００８０】Ｓ２６の運動拘束処理に於いては、衝突限
界検出数の増減により現状の運動方向に対する拘束条件
を設定する。基本的には衝突限界を越えている簡易形状
モデルの個数が増加する方向の運動は拘束する。但し、
リンク機構のように、拘束した動きが他のリンクに影響
を及ぼす場合には、衝突限界を越えている簡易形状モデ
ルの個数が増加したリンク以下のリンク全てについて運
動拘束の影響を反映させる。極端な例では、該当リンク
以下の全てのリンクの運動を停止させる。拘束状態から
の復帰方法としては、衝突限界を越えている簡易形状モ
デルの個数が増加したときのアクチュエータの操作方向
を記録し、アクチュエータの操作方向が異なれば拘束条
件を解除することで復帰できる。Ｓ２６の処理が終了す
ると、拘束運動生成部３６は、Ｓ２７の処理を行う。

【００８１】そして、運動計算を行うことが必要になる
全ての剛体オブジェクトに対して上記した処理を行うと
（Ｓ２７がＮｏ）、Ｓ２４の速度制限処理，Ｓ２６の運
動拘束処理によって修正が行われた後の、動力学運動生
成部３５の運動計算結果を運動データ５３として出力す
る（Ｓ２８）。尚、剛体オブジェクトの何れにも衝突予
測フラグ，衝突限界検出数が付加されていない場合は、
動力学運動生成部３５の運動計算結果がそのまま運動デ
ータ５３となる。

【００８２】以上の処理より最終的な各リンクの３次元
空間内での座標値や速度が求められて運動データ５３と
される。

【００８３】描画処理装置２０では運動データ５３に基
づいて３次元ＣＧ画像信号を作成し、それを立体プロジ
ェクタ７２に出力する。

【００８４】音響発生装置６０では、衝突状態データ５
４と運動データ５３により衝突音の発生タイミングと音
の大きさを決定し、音響信号をスピーカー７４に出力す
る。操作入出力装置１０は、運動データ５３に基づいて
作業機械の移動速度等を表示部（図示せず）に表示す
る。

【００８５】以上説明したように、本実施例によれば、
オペレータの操作に応じて自然な動きをする、力学計算
によるＣＧ画像が得られる。また、衝突が生じた際にも
衝突反力を反映した自然な動きが生成され、同時に衝突
音も得られる。更に、立体プロジェクタ７２により奥行
き感がある映像が得られる。これら映像，音の臨場感に
より効果的な作業訓練が実施可能となる。更に、作業機
械が移動する場合に、加速感があると臨場感が向上す
る。加速感を体感させる場合には、機械運転台７１に揺
動装置を設置し、データ管理装置５０から運動データ５
３に従って運転台７１を揺動させれば良い。

【００８６】また、運動生成処理，描画処理等を別装置
化することにより並列処理が可能となり、処理高速化が
図れる。また、描画処理装置２０に、３Ｄ画像ばかりで
なく２次元のグラフ化による表示を行わせるようにして
も良い。例えば、運動の座標値を時間とある自由度方向
の運動とすれば、時間に応じて動作軌跡が表示できる。
また、これらの結果である運動データを保存する装置を
データ管理装置５０に接続することにより、操作結果や
運動履歴が再現可能となり、作業機械の操作訓練の評価
に役立てることができる。これらの改造は、本システム
の拡張例であり、これらの改造を可能としているのも本
装置の特徴である。

【００８７】図１１は、操作入出力装置１０，描画処理
装置２０，運動生成装置３０，衝突検出処理装置４０を
実現するためのハードウェア構成の一例を示すブロック
図であり、コンピュータ１１０と、記録媒体１１１とか
ら構成されている。記録媒体１１１は、ディスク，半導
体メモリ，その他の記録媒体である。

【００８８】図１１に示したハードウェアにより操作入
出力装置１０を実現する場合は、記録媒体１１１に操作
入出力装置用プログラムを記録しておく。そして、この
操作入出力装置用プログラムは、コンピュータ１１０に
よって読み取られ、コンピュータ１１０の動作を制御す
ることで、コンピュータ１１０を、オペレータの操作に
応じた操作入力データを出力する操作入出力装置として
機能させる。

【００８９】また、図１１に示したハードウェアにより
描画処理装置２０を実現する場合は、記録媒体１１１に
描画処理装置用プログラムを記録しておく。そして、こ
の描画処理装置用プログラムは、コンピュータ１１０に
よって読み取られ、コンピュータ１１０の動作を制御す
ることで、コンピュータ１１０を、運動データに従った
描画処理を行う描画処理装置として機能させる。

【００９０】更に、図１１に示したハードウェアにより
運動生成装置３０を実現する場合は、記録媒体１１１に
運動生成装置用プログラムを記録しておく。そして、こ
の運動生成装置用プログラムは、コンピュータ１１０に
よって読み取られ、コンピュータ１１０の動作を制御す
ることで、コンピュータ１１０上に、物理データ管理部
３１，物理特性データ３２，操作トルク生成部３３，衝
突反力生成部３４，動力学運動生成部３５，拘束運動生
成部３６及び計算負荷データ生成部３７を実現する。

【００９１】また、図１１に示したハードウェアにより
衝突検出処理装置４０を実現する場合は、記録媒体１１
１に衝突検出処理装置用プログラムを記録しておく。こ
の衝突検出処理装置用プログラムは、コンピュータ１１
０によって読み取られ、コンピュータ１１０の動作を制
御することでコンピュータ１１０上に衝突検出部４１，
簡易形状モデル更新処理部４２，簡易形状データ４３を
実現する。

【００９２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
接触，衝突が頻繁に発生する運動についても、実時間で
リアルなＣＧ映像を生成することができる。従って、本
発明を訓練用シミュレータに適用すれば、従来はリアル
なＣＧ映像を用いて訓練を行うことが不可能であった、
接触，衝突が頻繁に発生する建設機械，農業機械，林業
機械等の作業機械の訓練を行うことが可能になる。

【００９３】本発明では、作業機械を剛体リンクをベー
スにしたリンク機械としてモデル化し、剛体の形状を円
筒のような形状プリミティブを組み合わせて近似するこ
とにより、自然な動きを生成するために必要となる衝突
検出処理等に要する計算量を現実的な計算量に抑えた。

【００９４】操作入出力装置，描画処理装置，運動生成
装置，衝突検出処理装置を分離独立させ、各装置に処理
を分散させるようにしたので、計算時間を短縮すること
が可能になると共に、小規模の計算機の組み合わせで
も、実時間で力学モデルをベースとした運動計算が可能
になった。また、処理の分散化に応じて運動データや衝
突検出処理結果等を一括管理することにより、容易に音
響発生装置や揺動発生装置と組み合わせて臨場感を高め
ることが可能になった。

【００９５】衝突検出の対象物の速度が大きい場合や対
象物の寸法が小さい場合には、実時間処理の制約から計
算の１サイクルで移動する相対距離が大きくなり、実際
には発生しない大きな反力が発生して不自然な運動が発
生したり、条件によっては対象物体同士の衝突が検出さ
れないという問題があった。本発明では、これらの対象
物体の衝突検出を行う簡易形状モデルを階層化し、実際
の形状より大きい衝突予測用簡易形状モデルを利用して
数サイクルで衝突の起こる可能性を予測し、予測結果に
応じて移動量や速度を制限することにより１サイクルで
衝突が検出されないという問題を解決した。また、移動
量や速度を制約することで、極端な挙動の発生も押さえ
ることができる。

【００９６】また、複雑な衝突状態では、実際には動き
が拘束される方向が発生することがあるが、単なる力学
計算による力の釣り合いによって運動を決めると、運動
が拘束されずに振動したり、すり抜け等の不自然な動き
が発生していた。この課題に対して、衝突限界を検出す
る衝突限界検出用簡易形状モデルを設け、衝突限界を検
出したモデルの数に応じて運動の拘束状態を決定するこ
とで解決した。本処理により、振動，すり抜け等の不自
然な動きを抑制し、自然な運動が生成できるようになっ
た。

【００９７】衝突反力の生成については、衝突の大きさ
とその方向を衝突物体の幾何学的位置関係のみで決定す
ると、実際には発生しえない大きな反力が発生したり、
発生方向が逆になったり不自然な運動が発生する場合が
あった。そこで、本発明では、衝突が継続している限
り、衝突方向ベクトルを、衝突発生時の速度ベクトルか
ら求まる単位方向ベクトルと衝突点の幾何学的位置のみ
により決定する単位方向ベクトルとをそれぞれに重みを
掛けた上で合成したベクトルとするようにした。このよ
うにすることにより、急激な衝突が発生した場合に於い
ても、自然な反力方向が計算できる。

【００９８】最終的な映像生成，表示に於いては、描画
に要する時間が運動物体の数や表示シーンに依存するた
め、運動計算に用いる積分時間刻み幅を一定にしたり、
実際に運動計算に要した時間を適用すると、映像生成処
理の影響により計算結果と同じ運動が映像として再現さ
れないという課題があった。本発明では、運動計算に要
した時間の他に、これらの描画時間および運動物体数を
考慮して１サイクルの運動計算を行う時間幅を離散的に
調整することにより、挙動の安定化と映像表示処理に伴
う表示映像の時間方向の伸び縮みを軽減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる実時間運動シミュレーション表
示装置の実施例を示すブロック図である。

【図２】図１に示した実時間運動シミュレーション表示
装置を作業機械の訓練用シミュレータに適用した場合の
システムの構成例を示すブロック図である。

【図３】作業機械に円筒プリミティブによる衝突検出用
簡易形状モデルを設定した例を示す図である。

【図４】衝突検出用簡易形状モデルと衝突予測用簡易形
状モデルとの関係を示す図である。

【図５】衝突検出用簡易形状モデルと衝突限界検出用簡
易形状モデルとの関係を示す図である。

【図６】衝突検出部４１の処理例を示す流れ図である。

【図７】衝突検出部４１の処理例を示す流れ図である。

【図８】幾何学的位置関係により衝突方向を決定する方
法の問題点を説明するための図である。

【図９】衝突点の速度を利用して衝突方向ベクトルを決
定する方法の問題点を説明するための図である。

【図１０】拘束運動生成部３６の処理例を示す流れ図で
ある。

【図１１】操作入出力装置１０，描画処理装置２０，運
動生成装置３０，衝突検出処理装置４０を実現するハー
ドウェア構成の一例を示すブロック図である。

【符号の説明】

１０…操作入出力装置 ２０…描画処理装置 ３０…運動生成装置 ３１…物理データ管理部 ３２…物理特性データ ３３…操作トルク生成部 ３４…衝突反力生成部 ３５…動力学運動生成部 ３６…拘束運動生成部 ３７…計算負荷データ生成部 ４０…衝突検出処理装置 ４１…衝突検出部 ４２…簡易形状モデル更新処理部 ４３…簡易形状データ ５０…データ管理装置 ５１…操作入力データ ５２…計算負荷データ ５３…運動データ ５４…衝突状態データ ６０…音響発生装置 ７１…機械運転台 ７２…立体プロジェクタ ７３…スクリーン ７４…スピーカー １１０…コンピュータ １１１…記録媒体

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 オペレータの操作に応じた操作入力デー
   タを生成する操作入出力装置と、 処理対象空間に存在するオブジェクトの形状を近似した
   衝突検出用簡易形状モデルの形状を示す簡易形状データ
   と、オブジェクトの運動データとに基づいて衝突状態を
   示す衝突状態データを生成する衝突検出処理装置と、 該衝突検出処理装置で生成された衝突状態データと、前
   記操作入出力装置で生成された操作入力データと、オブ
   ジェクトの物理特性データとに基づいてオブジェクトの
   運動データを生成する運動生成装置と、 該運動生成装置で生成された運動データに従った描画処
   理を行う描画処理装置とを備えたことを特徴する実時間
   運動シミュレーション表示装置。
2. 【請求項２】 前記運動生成装置は、 オブジェクトの物理特性データを管理する物理データ管
   理部と、 前記操作入力データと前記物理特性データとに基づいて
   操作トルクを計算する操作トルク生成部と、 前記衝突状態データと前記物理特性データとに基づいて
   衝突反力を計算する衝突反力生成部と、 前記操作トルクと前記物理特性データと前記衝突反力と
   を用いて物理法則に従った運動計算を行う動力学運動生
   成部と、 該動力学運動生成部の運動計算結果に対して運動が拘束
   される方向を考慮した修正を行い、修正後の運動計算結
   果を運動データとして出力する拘束運動生成部とを備え
   たことを特徴とする請求項１記載の実時間運動シミュレ
   ーション表示装置。
3. 【請求項３】 前記衝突検出処理装置は、前記衝突検出
   用簡易形状モデルを包含する衝突予測用簡易形状モデル
   の形状を示す簡易形状データと前記運動データとに基づ
   いて、前記衝突検出用簡易形状モデルによって近似され
   たオブジェクトが衝突する可能性があるか否かを判断す
   る構成を備え、 前記拘束運動生成部は、前記衝突検出処理装置で衝突す
   る可能性があると判断されたオブジェクトの運動に関し
   て、前記動力学運動生成部で計算された速度或いは移動
   量が予め定められている最大速度或いは最大移動量を越
   えている場合、前記動力学運動生成部で運動計算された
   速度或いは移動量を前記最大速度或いは最大移動量に置
   き換える構成を備えたことを特徴とする請求項２記載の
   実時間運動シミュレーション表示装置。
4. 【請求項４】 前記衝突検出処理装置は、前記衝突検出
   用簡易形状モデルによって包含される衝突限界検出用簡
   易形状モデルの形状を示す簡易形状データと前記運動デ
   ータとに基づいて、各オブジェクトについて衝突の発生
   した衝突限界検出用簡易形状モデルの数を検出し、その
   個数が増加する方向の運動を拘束するように、前記動力
   学運動生成部の運動計算結果を修正する構成を備えたこ
   とを特徴とする請求項３記載の実時間運動シミュレーシ
   ョン表示装置。
5. 【請求項５】 前記衝突検出処理装置は、衝突点の座標
   値，衝突方向ベクトル，衝突量を含む衝突状態データを
   生成する際、衝突が継続している限り、前記衝突方向ベ
   クトルを、衝突発生時の速度ベクトルから求まる単位方
   向ベクトルと前記衝突点の幾何学的位置のみにより決定
   する単位方向ベクトルとをそれぞれに重みを掛けた上で
   合成したベクトルとする構成を備えたことを特徴とする
   請求項４記載の実時間運動シミュレーション表示装置。
6. 【請求項６】 描画処理及び運動計算処理に要した１サ
   イクル当たりの処理時間に基づいて計算負荷データを生
   成する計算負荷データ生成部を備え、 前記動力学運動生成部は、前記計算負荷データによって
   示される時間を運動計算に用いる時間刻みに反映する構
   成を備えたことを特徴とする請求項５記載の実時間運動
   シミュレーション表示装置。
7. 【請求項７】 コンピュータを、オペレータの操作に応
   じた操作入力データを生成する操作入出力装置として機
   能させるための操作入出力装置用プログラムと、 コンピュータを、処理対象空間に存在するオブジェクト
   の形状を近似した衝突検出用簡易形状モデルの形状を示
   す簡易形状データと、前記オブジェクトについての運動
   データとに基づいて衝突状態を示す衝突状態データを生
   成する衝突検出処理装置として機能させるための衝突検
   出処理装置用プログラムと、 コンピュータを、前記衝突検出処理装置で生成された衝
   突状態データと、前記操作入出力装置で生成された操作
   入力データと、前記オブジェクトの物理特性データとに
   基づいて前記オブジェクトの運動データを生成する運動
   生成装置として機能させるための運動生成装置用プログ
   ラムと、 コンピュータを、前記運動生成装置で生成された運動デ
   ータに従った描画処理を行う描画処理装置として機能さ
   せるための描画処理装置用プログラムとを記録した、プ
   ログラムを記録した機械読み取り可能な記録媒体。