JPH11316646A - Virtual presence feeling method and system device - Google Patents

Virtual presence feeling method and system device

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Publication number
JPH11316646A
JPH11316646A JP12197498A JP12197498A JPH11316646A JP H11316646 A JPH11316646 A JP H11316646A JP 12197498 A JP12197498 A JP 12197498A JP 12197498 A JP12197498 A JP 12197498A JP H11316646 A JPH11316646 A JP H11316646A
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JP
Japan
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virtual
virtual environment
sensation
environment
virtual reality
Prior art date
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Application number
JP12197498A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshimasa Yanagihara
義正 柳原
Takao Kakizaki
隆夫 柿崎
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the presence perception of virtual reality in a virtual experience by completely providing an interaction such as feedback in the sense of power to sight and touch in the interaction with the virtual reality. SOLUTION: This device is provided with a virtual environment presenting means 1 for presenting a virtual environment to perform the virtual experience, operating power generating means 2 for generating operating power to stimulate the touch of a hand while being mounted on the specified part of a human body, operating power generation control means 3 for controlling the generation of the relevant operating power to the operating power generating means 2 and virtual environment control means 4 for generating a virtual environment model, providing it for the virtual environment generating means 1, operating timing to generate an operating signal in response to the provided virtual environment, transferring the relevant operating signal to the operating power generating means 2, converting and generating the relevant operating signal at the operating power generating means 3 while monitoring the said timing.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、VR(Virtual Re
ality )環境を利用する分野において、現実空間におけ
る人間の特定部分の位置・姿勢をリアルタイムで計測す
る技術と仮想空間とのインタラクションとして少なくと
も視覚と触覚に対する作用力をフィードバックさせる刺
激技術を組み合わせることによって、仮想世界との臨場
感を増大させることのできる仮想臨場体感方法及びその
実施に直接使用するシステム装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a VR (Virtual Re
quality) In the field of environment, by combining technology that measures the position and orientation of a specific part of a person in real space in real time and stimulation technology that feeds back at least the visual and tactile force as an interaction with virtual space, The present invention relates to a virtual reality experience method capable of increasing a sense of realism with a virtual world, and a system device directly used for implementing the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、VR技術では映像表示用のヘッド
マウントディスプレイ(HMD)、操作用として3次元
位置センサを装着したデータグローブを用いて仮想空間
との対話を実行することが主流である。
2. Description of the Related Art Conventionally, in VR technology, conversation with a virtual space is mainly performed using a head mounted display (HMD) for displaying images and a data glove equipped with a three-dimensional position sensor for operation.

【0003】例えば、この適用例として、仮想ラケット
ボールがある(トッパン,シリコン・ミラージュ仮想現
実の科学と芸術,P221−222 ,1994)。これは、ヘッド
マウントディスプレイHMDとデータグローブの組み合
わせにより、コンピュータ合成の3次元のラケットボー
ルのコートと、ポヒマス磁気位置検出システム付の実際
のラケットにより仮想空間を体験するシステムである。
[0003] An example of this application is a virtual racket ball (Toppan, Silicon Mirage Science and Art of Virtual Reality, P221-222, 1994). This is a system in which a virtual space is experienced by using a combination of a head-mounted display HMD and a data glove, a three-dimensional racket ball court synthesized by a computer, and an actual racket with a Pohimas magnetic position detection system.

【0004】具体的には、このラケットを振ると仮想空
間のなかでのコンピュータ合成ラケットが同一の動きを
し、仮想的なラケットでボールを打ち返すものである。
さらに、市販装置としてファントム(PHANToM TM:Sens
Able Technologies ,Inc .)のような操作機器として
ジョイスティックを用い、操作範囲は限定されるが反力
を操作者の手に感じさせる機器もある。
[0004] Specifically, when this racket is shaken, the computer-composed racket moves in the same manner in the virtual space, and the ball is hit back with the virtual racket.
Furthermore, a phantom (PHANToM : Sens) is commercially available.
Able Technologies, Inc. ), A joystick is used as an operating device, and there are devices in which the operation range is limited, but the reaction force is felt by the operator's hand.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来技術
では、仮想現実とのインタラクションは視覚が主であ
り、触覚に対する力覚のフィードバックのようなインタ
ラクションが不備であるため、また操作者が機器に拘束
され自由な動きを制約されるという欠点があるため、仮
想現実の臨場感を高めるためには不十分であった。
In the above prior art, interaction with virtual reality is mainly visual, and interaction such as feedback of tactile haptics is inadequate. However, it is not sufficient to enhance the sense of reality of virtual reality.

【0006】ここにおいて、本発明の解決すべき主要な
目的は、次の通りである。即ち、本発明の第1の目的
は、仮想体験における仮想現実の臨場的実体感を増大し
て高めるための仮想臨場体感方法及びシステム装置を提
供せんとするものである。
Here, the main objects to be solved by the present invention are as follows. That is, a first object of the present invention is to provide a virtual reality experience method and a system apparatus for increasing and increasing the physical reality of virtual reality in a virtual experience.

【0007】本発明の第2の目的は、仮想現実とのイン
タラクションにおける視覚と触覚に対する力覚のフィー
ドバックのようなインタラクションを完備させた仮想臨
場体感方法及びシステム装置を提供せんとするものであ
る。
A second object of the present invention is to provide a virtual realistic sensation method and a system device which complete interaction such as haptic feedback for vision and touch in interaction with virtual reality.

【0008】本発明の第3の目的は、操作者が機器の操
作に拘束されず自由な動きを制約されない仮想臨場体感
方法及びシステム装置を提供せんとするものである。
[0008] A third object of the present invention is to provide a virtual reality experience method and system apparatus in which the operator is not restricted by the operation of the device and free movement is not restricted.

【0009】本発明のその他の目的は、明細書、図面、
特に特許請求の範囲の各請求項の記載から自ずと明らか
となろう。
Another object of the present invention is to provide a specification, drawings,
In particular, it will be obvious from the description of each claim in the claims.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の方法は、前記課
題の解決に当り、人体の特定部分に装着可能な小型の触
覚刺激手段を用い、この触覚刺激手段に触覚刺激の作用
力を発生させるとともに、これを装着した人体の特定部
分の位置・姿勢を実時間でトラックできる3次元トラッ
カの情報を組み合わせることにより仮想世界とのインタ
ラクションとして違和感のない力フィードバックを作用
させる手法を講じる。
In order to solve the above-mentioned problems, the method of the present invention uses a small-sized tactile stimulus which can be attached to a specific part of a human body, and generates a tactile stimulus acting force on the haptic stimulus. At the same time, a method of applying force feedback without discomfort as an interaction with the virtual world by combining information of a three-dimensional tracker that can track the position and orientation of a specific part of a human body wearing the same in real time is taken.

【0011】本発明の装置は、任意の触覚刺激の作用力
を発生できる小型触覚刺激手段たる作動力発生手段と実
時間3次元トラッカの3次元位置・姿勢検出手段により
仮想現実の臨場感を向上させるシステム手段を講じる。
The apparatus of the present invention enhances the sense of reality of virtual reality by means of an actuation force generating means as a small tactile stimulation means capable of generating an acting force of an arbitrary tactile stimulation and a three-dimensional position / posture detection means of a real-time three-dimensional tracker. Take system measures that cause

【0012】更に、具体的に述べると、当該課題の解決
では本発明が次に列挙するそれぞれの新規な特徴的構成
手法又は手段を採用することにより、前記目的を達成す
るようなされる。
[0012] More specifically, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention achieves the above object by adopting each of the novel characteristic constitution techniques or means described below.

【0013】即ち、本発明方法の第1の特徴は、提示さ
れた仮想環境中での仮想体験を現実環境において五感の
内少なくとも視覚と触覚を刺激して実体感を通して臨場
感を味わうに当り、触覚刺激手段に対する気体の衝撃力
により起生する当該触覚刺激手段に付与される衝撃振動
を力覚として体感してなる仮想臨場体感方法の構成採用
にある。
That is, a first feature of the method of the present invention is that, when a virtual experience in a presented virtual environment is stimulated in at least one of the five senses in a real environment, the sense of sight and touch is stimulated to give a sense of reality through a sense of reality. Another object of the present invention is to adopt a configuration of a virtual reality sensation method in which an impact vibration generated by a gas impact force on a tactile stimulation means and applied to the tactile stimulation means is sensed as a force sense.

【0014】本発明方法の第2の特徴は、提示された仮
想環境中での仮想体験を現実環境において五感の内少な
くとも視覚、聴覚、触覚を刺激して実体感を通して臨場
感を味わうに当り、触覚刺激手段に対する気体の衝撃力
により起生する当該触覚刺激手段に付与される衝撃振動
を力覚として体感してなる仮想臨場体感方法の構成採用
にある。
A second feature of the method of the present invention is that the virtual experience in the presented virtual environment is used to stimulate at least the visual, auditory and tactile senses of the five senses in the real environment to enjoy a sense of realism through the sense of reality. Another object of the present invention is to adopt a configuration of a virtual reality sensation method in which an impact vibration generated by a gas impact force on a tactile stimulation means and applied to the tactile stimulation means is sensed as a force sense.

【0015】本発明方法の第3の特徴は、提示された仮
想環境中での仮想体験に現実環境の挙動を反映して提示
した仮想体験を現実環境における五感の内少なくとも視
覚、触覚を刺激して実体感を通して仮想行動と現実行動
を融合した臨場感を味わうに当り、触覚刺激手段に対す
る気体の衝撃力により起生する当該触覚刺激手段に付与
される衝撃振動を力覚として体感してなる仮想臨場体感
方法の構成採用にある。
A third feature of the method of the present invention is that the virtual experience presented in the virtual environment presented in the virtual environment reflecting the behavior of the real environment stimulates at least the visual and tactile senses of the five senses in the real environment. In order to enjoy a sense of realism that combines virtual behavior and real behavior through realism, a virtual vibration that is sensed as a force sensation is generated by the impact vibration applied to the tactile stimulation means generated by the impact force of the gas on the tactile stimulation means. It is in the adoption of the configuration of the physical experience method.

【0016】本発明方法の第4の特徴は、提示された仮
想環境中での仮想体感に現実環境中の挙動を反映して提
示した仮想体験を現実環境における五感の内少なくとも
視覚、聴覚、触覚を刺激して実体感を通して仮想行動と
現実行動を融合した臨場感を味わうに当り、触覚刺激手
段に対する気体の衝撃力により起生する触覚刺激手段に
付与される衝撃振動を力覚として体感してなる仮想臨場
体感方法の構成採用にある。
A fourth feature of the method of the present invention is that the virtual experience presented by reflecting the behavior in the real environment to the virtual experience in the presented virtual environment is at least visual, auditory, or tactile sensation among the five senses in the real environment. Stimulating the sensation and experiencing the realism that combines virtual and real behaviors through the sense of reality, by experiencing the impact vibration applied to the haptic stimulus generated by the gas impact force on the haptic stimulus as a force sense The configuration of the virtual reality experience method is adopted.

【0017】本発明方法の第5の特徴は、上記本発明方
法の第1、第2、第3又は第4の特徴における前記仮想
体験を実体感を通して臨場感を味わうのが、コンピュー
タを介して実現されてなる仮想臨場体感方法の構成採用
にある。
A fifth feature of the method of the present invention is that the virtual experience in the first, second, third or fourth feature of the above-described method of the present invention gives a sense of realism through realism through a computer. The present invention resides in the adoption of the configuration of the realized virtual reality experience method.

【0018】本発明方法の第6の特徴は、上記本発明方
法の第1、第2、第3、第4又は第5の特徴における前
記仮想環境の提示が、五感の内の視覚を刺激する画面表
示である仮想臨場体感方法の構成採用にある。
According to a sixth aspect of the method of the present invention, the presentation of the virtual environment in the first, second, third, fourth or fifth aspect of the method of the present invention stimulates the sight among the five senses. The present invention resides in adoption of a configuration of a virtual reality experience method which is a screen display.

【0019】本発明方法の第7の特徴は、上記本発明方
法の第5又は第6の特徴における前記仮想環境の提示
が、コンピュータモデルあるいは当該コンピュータモデ
ルとある仮想物体の位置・姿勢データとの関係に基づい
て行われてなる仮想臨場体感方法の構成採用にある。
According to a seventh feature of the method of the present invention, the presentation of the virtual environment in the fifth or sixth feature of the method of the present invention is characterized in that the presentation of the virtual environment includes a computer model or the position and orientation data of a certain virtual object. The present invention resides in adopting a configuration of a virtual reality experience method performed based on the relationship.

【0020】本発明方法の第8の特徴は、上記本発明方
法の第5、第6又は第7の特徴における前記触覚の刺激
が、少なくとも一つ以上の前記触覚刺激手段を人体の特
定部分に装着した上で、コンピュータモデルあるいは、
当該コンピュータモデルとある仮想物体の位置・姿勢デ
ータとの関係に基づいて作動信号を発生させることによ
り与えられてなる仮想臨場体感方法の構成採用にある。
According to an eighth aspect of the method of the present invention, the haptic stimulus according to the fifth, sixth or seventh aspect of the present invention is characterized in that at least one or more of the haptic stimulating means is applied to a specific part of a human body. After wearing, computer model or
The present invention is to adopt a configuration of a virtual reality experience method provided by generating an operation signal based on a relationship between the computer model and position / posture data of a certain virtual object.

【0021】本発明方法の第9の特徴は、上記本発明方
法の第1、第2、第3、第4、第5、第6、第7又は第
8の特徴における前記衝撃振動が、前記仮想環境モデル
における動く仮想物体と現実環境における人体部分又は
前記触覚刺激手段との相対的な動きに応じて変化させて
なる仮想臨場体感方法の構成採用にある。
According to a ninth feature of the method of the present invention, the impact vibration in the first, second, third, fourth, fifth, sixth, seventh or eighth feature of the method of the present invention is as described above. Another object of the present invention is to adopt a configuration of a virtual reality sensation method that is changed in accordance with a relative movement between a moving virtual object in a virtual environment model and a human body part or the tactile stimulation unit in a real environment.

【0022】本発明方法の第10の特徴は、上記本発明
方法の第1、第2、第3、第4、第5、第6、第7、第
8又は第9の特徴における前記触覚の刺激が、少なくと
も1つ以上の前記触覚刺激手段を操作者の特定部分に装
着した上で、当該操作者の位置・姿勢データに基づいて
作動信号を発生させることにより与えられてなる仮想臨
場体感方法の構成採用にある。
A tenth feature of the method of the present invention is that the tactile sensation in the first, second, third, fourth, fifth, sixth, seventh, eighth or ninth feature of the above-described method of the present invention. A virtual realistic sensation method in which a stimulus is provided by attaching at least one or more of the tactile stimulus means to a specific portion of an operator and generating an activation signal based on position / posture data of the operator. Configuration adoption.

【0023】本発明方法の第11の特徴は、上記本発明
方法の第7又は第8の特徴における前記コンピュータモ
デルが、動きをステレオ映像として画面表示されてなる
仮想臨場体感方法の構成採用にある。
An eleventh feature of the method of the present invention resides in adoption of a configuration of a virtual reality sensation method in which the computer model according to the seventh or eighth feature of the present invention is displayed on a screen as a stereo image of a motion. .

【0024】本発明方法の第12の特徴は、上記本発明
方法の第10の特徴における前記触覚刺激手段の操作者
の特定部分への装着が、当該触覚刺激手段を手首部近傍
の下腕に装着して手にて把持してなる仮想臨場体感方法
の構成採用にある。
According to a twelfth aspect of the method of the present invention, in the tenth aspect of the method of the present invention, when the tactile stimulation means is attached to a specific part of the operator, the tactile stimulation means is attached to the lower arm near the wrist. The present invention resides in adopting a configuration of a virtual real-world sensation method of mounting and holding by hand.

【0025】本発明方法の第13の特徴は、上記本発明
方法の第6、第7、第8、第9、第10、第11又は第
12の特徴における前記画面表示が、CRTディスププ
レイ、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ等の大
型プロジェクタやヘッドマウントディスプレイのいずれ
かを用いてなる仮想臨場体感方法の構成採用にある。
A thirteenth feature of the method of the present invention is that the screen display in the sixth, seventh, eighth, ninth, tenth, eleventh, or twelfth feature of the method of the present invention is such that a CRT display is used. The present invention is to adopt a configuration of a virtual reality experience method using any of a large projector such as a liquid crystal display and a plasma display and a head mounted display.

【0026】本発明方法の第14の特徴は、上記本発明
方法の第8又は第10の特徴における前記作動信号が、
発生と同時並行して音響に変換出力されてなる仮想臨場
体感方法の構成採用にある。
A fourteenth feature of the method of the present invention is that the activation signal in the eighth or tenth feature of the method of the present invention is as follows.
The present invention resides in adopting a configuration of a virtual reality experience method in which sound is converted and output in parallel with generation.

【0027】本発明方法の第15の特徴は、上記本発明
方法の第14の特徴における前記音響が、前記作動信号
の情報に応じて可変変換出力されてなる仮想臨場体感方
法の構成採用にある。
A fifteenth feature of the method of the present invention resides in the adoption of a configuration of a virtual reality sensation method in which the sound according to the fourteenth feature of the present invention is variably converted and output according to the information of the operation signal. .

【0028】本発明方法の第16の特徴は、上記本発明
方法の第12の特徴における前記触覚の刺激が、前記触
覚刺激手段を装着把持する手腕の触覚に対して与えられ
てなる仮想臨場体感方法の構成採用にある。
According to a sixteenth feature of the method of the present invention, in the twelfth feature of the method of the present invention, the tactile stimulus is given to a tactile sensation of a hand or arm holding and holding the tactile stimulation means. It consists in adopting the configuration of the method.

【0029】本発明方法の第17の特徴は、上記本発明
方法の第3、第4、第5、第6、第7、第9、第10、
第11、第12、第13、第14、第15又は第16の
特徴における前記現実環境の挙動の反映が、当該挙動対
象の撮影を通して行われてなる仮想臨場体感方法の構成
採用にある。
A seventeenth feature of the method of the present invention is that the third, fourth, fifth, sixth, seventh, ninth, tenth, and tenth aspects of the method of the present invention are described above.
The reflection of the behavior of the real environment in the eleventh, twelfth, thirteenth, fourteenth, fifteenth, or sixteenth characteristics is based on the adoption of a configuration of a virtual reality experience method performed through imaging of the behavior target.

【0030】本発明方法の第18の特徴は、上記本発明
方法の第17の特徴における前記挙動対象の撮影が、装
着する前記触覚刺激手段又は把持する手の動きの撮影で
ある仮想臨場体感方法の構成採用にある。
According to an eighteenth feature of the method of the present invention, in the seventeenth feature of the present invention, the shooting of the behavior target is a shooting of the tactile stimulation means to be worn or the movement of a hand to be gripped. Configuration adoption.

【0031】本発明方法の第19の特徴は、上記本発明
方法の第17又は第18の特徴における前記挙動対象の
撮影が、当該挙動対象の3次元位置・姿勢の検出に資し
てなる仮想臨場体感方法の構成採用にある。
A nineteenth feature of the method of the present invention resides in that the photographing of the behavior object in the seventeenth or eighteenth feature of the method of the present invention contributes to detection of a three-dimensional position / posture of the behavior object. It is in the adoption of the configuration of the physical experience method.

【0032】本発明方法の第20の特徴は、上記本発明
方法の第17、第18又は第19の特徴における前記挙
動対象の撮影が、前記提示された仮想環境に対応する当
該挙動対象の3次元位置・姿勢の解析演算に供されてな
る仮想臨場体感方法の構成採用にある。
A twentieth feature of the method of the present invention resides in that, in the seventeenth, eighteenth, or nineteenth feature of the above-described method of the present invention, the photographing of the behavior object corresponds to the behavior object corresponding to the presented virtual environment. Another object of the present invention is to employ a configuration of a virtual reality experience method used for analysis calculation of a three-dimensional position / posture.

【0033】本発明システム装置の第1の特徴は、仮想
体験を行う仮想環境を提示する仮想環境提示手段と、人
体の特定部分に装着して触覚を刺激する作動力を発生す
る作動力発生手段と、当該作動力発生力手段へ当該作動
力の発生を制御する作動力発生制御手段と、仮想環境モ
デルを生成して前記仮想環境提示手段に提供するととも
に提示された前記仮想環境に呼応して生成した作動信号
を発生するタイミングを演算し、前記作動力発生制御手
段に当該作動信号を変換発生する仮想環境制御手段と、
を備えてなる仮想臨場体感システム装置の構成採用にあ
る。
The first feature of the system device of the present invention is that a virtual environment presenting means for presenting a virtual environment for performing a virtual experience, and an operating force generating means for generating an operating force for stimulating a tactile sensation when worn on a specific part of a human body In response to the virtual environment presented, the operating force generation control means controls the generation of the operating force to the operating force generating force means, and the virtual environment model is generated and provided to the virtual environment presenting means. Virtual environment control means for calculating the timing of generating the generated operation signal, and converting and generating the operation signal to the operation force generation control means;
The configuration of a virtual real-world sensation system device comprising:

【0034】本発明システム装置の第2の特徴は、上記
本発明システム装置の第1の特徴における前記仮想環境
制御手段が、前記仮想環境モデルを生成する仮想環境モ
デル生成手段と、当該仮想環境モデルの提供に呼応して
生成した作動信号を発生するタイミングを演算する作動
信号発生タイミング演算手段と、当該演算されたタイミ
ングを計って作動信号を変換発生する作動信号発生手段
と、を有してなる仮想臨場体感システム装置の構成採用
にある。
According to a second feature of the system device of the present invention, the virtual environment control means in the first feature of the system device of the present invention includes a virtual environment model generating means for generating the virtual environment model; Operating signal generating timing calculating means for calculating the timing of generating the operating signal generated in response to the provision of the above, and operating signal generating means for converting and generating the operating signal based on the calculated timing. The configuration of the virtual reality system is employed.

【0035】本発明システム装置の第3の特徴は、上記
本発明システム装置の第1又は第2の特徴における前記
仮想環境制御手段が、前記仮想環境モデル生成時の動き
に反映させるため、前記作動力発生手段又は人体特定部
分の3次元位置・姿勢を検出出力する3次元位置・姿勢
検出手段を付帯接続してなる仮想臨場体感システム装置
の構成採用にある。
A third feature of the system device of the present invention is that the virtual environment control means in the first or second feature of the above-mentioned system device of the present invention reflects the above-mentioned operation in the movement at the time of generating the virtual environment model. Another object of the present invention is to adopt a configuration of a virtual reality experience system apparatus in which a power generation unit or a three-dimensional position / posture detection unit that detects and outputs a three-dimensional position / posture of a human body specific portion is connected.

【0036】本発明システム装置の第4の特徴は、上記
本発明システム装置の第1、第2又は第3の特徴におけ
る前記仮想環境制御手段が、作動信号発生と同時に当該
作動信号を音響変換出力する音響発生手段を付帯接続し
てなる仮想臨場体感システム装置の構成採用にある。
A fourth feature of the system device of the present invention is that the virtual environment control means in the first, second or third feature of the above-described system device of the present invention outputs an operation signal and outputs the sound signal at the same time as the generation of the operation signal. The present invention is to adopt a configuration of a virtual real-world sensation system device in which sound generating means are connected to each other.

【0037】本発明システム装置の第5の特徴は、上記
本発明システム装置の第1、第2、第3又は第4の特徴
における前記作動力発生制御手段が、前記作動信号の情
報に応じ作動力を可変自在な作動力可変制御手段と置き
換えてなる仮想臨場体感システム装置の構成採用にあ
る。
A fifth feature of the system device of the present invention is that the operating force generation control means in the first, second, third or fourth feature of the system device of the present invention operates according to the information of the operating signal. The present invention resides in the adoption of a configuration of a virtual real-world sensation system device in which the power is replaced with an operating force variable control means.

【0038】本発明システム装置の第6の特徴は、上記
本発明システム装置の第1、第2、第3、第4又は第5
の特徴における前記仮想環境制御手段が、コンピュータ
で構成してなる仮想臨場体感システム装置の構成採用に
ある。
A sixth feature of the system device of the present invention is that the first, second, third, fourth or fifth of the above-described system device of the present invention.
The virtual environment control means according to the above feature is characterized in that a virtual reality system apparatus constituted by a computer is employed.

【0039】本発明システム装置の第7の特徴は、上記
本発明システム装置の第4、第5又は第6の特徴におけ
る前記音響発生手段が、前記作動信号の情報に応じ発生
音響を可変自在としてなる仮想臨場体感システム装置の
構成採用にある。
A seventh feature of the system device of the present invention is that the sound generating means in the fourth, fifth, or sixth feature of the above-described system device of the present invention makes the generated sound variable according to the information of the operation signal. In the configuration of a virtual reality experience system apparatus.

【0040】本発明システム装置の第8の特徴は、上記
本発明システム装置の第1、第2、第3、第4、第5、
第6又は第7の特徴における前記仮想環境提示手段が、
CRTディスプレイ、液晶ディスプレイ、プラズマディ
スプレイ等の大型プロジェクタやヘッドマウントディス
プレイのいずれかである仮想臨場体感システム装置の構
成採用にある。
An eighth feature of the system device of the present invention is that the first, second, third, fourth, fifth, and fifth features of the system device of the present invention described above.
The virtual environment presentation means according to the sixth or seventh aspect,
The present invention is to adopt a configuration of a virtual real-world sensation system device which is any of a large projector such as a CRT display, a liquid crystal display, and a plasma display, and a head mounted display.

【0041】本発明システム装置の第9の特徴は、上記
本発明システム装置の第4、第5、第6、第7又は第8
の特徴における前記音響発生手段が、ステレオスピーカ
ーである仮想臨場体感システム装置の構成採用にある。
A ninth feature of the system device of the present invention is that the fourth, fifth, sixth, seventh or eighth of the system device of the present invention described above.
The sound generating means according to the above aspect is characterized by adopting a configuration of a virtual reality system apparatus which is a stereo speaker.

【0042】本発明システム装置の第10の特徴は、上
記本発明システム装置の第3、第4、第5、第6、第
7、第8又は第9の特徴における前記3次元位置・姿勢
検出手段が、CCDステレオカメラ、ステレオ撮像管等
である仮想臨場体感システム装置の構成採用にある。
A tenth feature of the system device of the present invention is that the three-dimensional position / posture detection in the third, fourth, fifth, sixth, seventh, eighth, or ninth feature of the system device of the present invention described above. The means lies in the configuration and adoption of a virtual real-world sensation system device such as a CCD stereo camera or a stereo imaging tube.

【0043】本発明システム装置の第11の特徴は、上
記本発明システム装置の第1、第2、第3、第4、第
5、第6、第7、第8、第9又は第10の特徴における
前記作動力発生制御手段が、コンプレッサーと直結する
制御ボックスである仮想臨場体感システム装置の構成採
用にある。
An eleventh feature of the system device of the present invention is that the system device of the present invention is characterized in that the first, second, third, fourth, fifth, sixth, seventh, eighth, ninth or tenth of the system device of the present invention. A feature of the present invention resides in that the operating force generation control means is a virtual reality experience system device which is a control box directly connected to a compressor.

【0044】本発明システム装置の第12の特徴は、上
記本発明システム装置の第1、第2、第3、第4、第
5、第6、第7、第8、第9、第10又は第11の特徴
における前記作動力発生手段が、手にて把持し、衝撃振
動を触覚に伝えるグリッパと、一端を前記制御ボックス
に接続し、他端を当該グリッパ先端一側に放出口を開口
する気体放出管と、基部を手首部近傍の下腕に装着する
とともに、先部を当該放出口に臨ませて気体放出を受け
た際の衝撃力を前記グリッパに対し反力として前記衝撃
振動を起生する気体反射板と、を有するアクチュエータ
である仮想臨場体感システム装置の構成採用にある。
A twelfth feature of the system device of the present invention is that the first, second, third, fourth, fifth, sixth, seventh, eighth, ninth, tenth, or tenth of the above-described system device of the present invention. The operating force generating means according to the eleventh aspect, wherein the gripper that grips with hand and transmits impact vibration to the touch is connected, one end is connected to the control box, and the other end is opened to one side of the gripper tip. The gas discharge pipe and the base are attached to the lower arm near the wrist, and the impact vibration when the tip is exposed to the discharge port and the gas is discharged is used as a reaction force to the gripper to generate the shock vibration. The present invention resides in the configuration and adoption of a virtual reality sensation system device which is an actuator having a generated gas reflection plate.

【0045】本発明システム装置の第13の特徴は、上
記本発明システム装置の第12の特徴における前記アク
チュエータが、前記グリッパのそれぞれ所要箇所にジャ
イロ等の姿勢センサと赤外線LEDを取り付けてなる仮
想臨場体感システム装置の構成採用にある。
A thirteenth feature of the system device of the present invention is that, in the twelfth feature of the system device of the present invention, the actuator is a virtual environment in which a posture sensor such as a gyro and an infrared LED are attached to required portions of the gripper. The configuration of the sensation system device is adopted.

【0046】本発明システム装置の第14の特徴は、上
記本発明システム装置の第5、第6、第7、第8、第
9、第10、第11、第12又は第13の特徴における
前記作動力可変制御手段が、仮想環境モデルにおける動
く仮想物体と現実環境におけるアクチュエータ又は人体
の部位との相対的動きに応じて衝撃振動を変化させるた
め気体放出圧を可変制御自在としてなる仮想臨場体感シ
ステム装置の構成採用にある。
The fourteenth feature of the system device of the present invention is the same as that of the fifth, sixth, seventh, eighth, ninth, tenth, eleventh, twelfth, or thirteenth feature of the system device of the present invention. A virtual realistic sensation system in which the variable actuation force control means is capable of variably controlling the gas discharge pressure to change the shock vibration in accordance with the relative movement between the moving virtual object in the virtual environment model and the actuator or the human body part in the real environment. The configuration of the device is adopted.

【0047】本発明システム装置の第15の特徴は、上
記本発明システム装置の第6、第7、第8、第9、第1
0、第11、第12、第13又は第14の特徴における
前記仮想環境制御手段が、相互の作動力と仮想環境モデ
ルを共有して遠隔地での相互利用自在にネットワークに
接続する機能を有してなる仮想臨場体感システム装置の
構成採用にある。
The fifteenth feature of the system device of the present invention is that the sixth, seventh, eighth, ninth, and first features of the system device of the present invention described above.
The virtual environment control means according to the zeroth, eleventh, twelfth, thirteenth, or fourteenth feature has a function of sharing a mutual operating force and a virtual environment model and connecting to a network in a remote place so that they can be used interchangeably. The present invention is to adopt the configuration of the virtual reality experience system device.

【0048】[0048]

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の実施形態をその装置例、方法例及び実施例に基づい
て説明する。なお、本実施形態例では触覚刺激手段であ
る作動力発生手段の人体装着を手首部近傍の下腕として
手にて把持するアクチュエータを想定して専ら説明する
がこれに限定されない。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings based on an apparatus example, a method example, and an example. In the present embodiment, an explanation will be given exclusively on the assumption that the human body of the operating force generating means, which is the tactile stimulation means, is gripped by the hand as the lower arm near the wrist, but the present invention is not limited to this.

【0049】(装置例1)図1は本装置例のシステム構
成ブロック図である。本装置例の仮想臨場体感システム
装置Aは、仮想体験を行う仮想環境を提示する仮想環境
提示手段1と、人体の特定部分に装着して触覚を刺激す
る作動力を発生する作動力発生手段2と、作動力発生手
段2へ前記作動力の発生を制御する作動力発生制御手段
3と、仮想環境モデルを生成して仮想環境提示手段1に
提供するとともに、提示された前記仮想環境に呼応して
生成した作動信号を発生するタイミングを演算し、作動
力発生制御手段3に当該作動信号を変換発生する仮想環
境制御手段4とでシステム構成される。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a block diagram showing the system configuration of this embodiment. The virtual reality sensation system device A of the present device example is a virtual environment presentation means 1 for presenting a virtual environment for performing a virtual experience, and an operation force generation means 2 for mounting on a specific part of a human body to generate an operation force for stimulating tactile sensation. An operating force generation control unit 3 for controlling the generation of the operating force to the operating force generating unit 2, and a virtual environment model generated and provided to the virtual environment presentation unit 1, in response to the presented virtual environment. The virtual environment control means 4 which calculates the timing of generating the generated operation signal and converts the operation signal to the operation force generation control means 3 is configured.

【0050】前記仮想環境制御手段4は、仮想環境モデ
ルを生成する仮想環境モデル生成手段4aと、仮想環境
モデルの提供に呼応して生成した作動信号を発生するタ
イミングを演算する作動信号発生タイミング演算手段4
bと、当該演算されたタイミングを計って発生した作動
信号を変換発生する作動信号発信手段4cとを機能とし
て有する。前記仮想環境提示手段1は、CTRディスプ
レイ、LCDディスプレイ、PDPディスプレイ等の大
型プロジェクタやヘッドマウントディスプレイを採用す
ることができる。
The virtual environment control means 4 includes a virtual environment model generation means 4a for generating a virtual environment model, and an operation signal generation timing calculation for calculating a timing for generating an operation signal generated in response to the provision of the virtual environment model. Means 4
b and an operation signal transmitting means 4c for converting and generating an operation signal generated by measuring the calculated timing. The virtual environment presentation means 1 can employ a large projector such as a CTR display, an LCD display, a PDP display, or a head mounted display.

【0051】(方法例1)当該装置例1に適用した本実
施形態の方法例1の処理手順を図1につき説明する。ま
ず、仮想環境制御手段4では、仮想環境モデル生成手段
4aにおいて、2次元あるいは3次元の仮想環境モデル
を生成しこれを仮想環境提示手段1により提示する。さ
らに、仮想環境制御手段4では作動信号発生タイミング
演算手段4bにより仮想環境モデルの動作と呼応連携し
て作動信号発生手段4cに転送する必要な作動信号の発
生タイミングを演算する。これを用い、作動信号発生手
段4cは、作動力制御手段3を制御するために変換した
作動信号を生成する。この変換作動信号により作動力発
生制御手段3を介して作動力発生手段2は瞬間的な作動
力を発生させる。
(Method Example 1) The processing procedure of the method example 1 of the present embodiment applied to the apparatus example 1 will be described with reference to FIG. First, in the virtual environment control means 4, the virtual environment model generation means 4 a generates a two-dimensional or three-dimensional virtual environment model, and presents it by the virtual environment presentation means 1. Further, in the virtual environment control means 4, the operation signal generation timing calculation means 4b calculates the generation timing of the necessary operation signal to be transferred to the operation signal generation means 4c in cooperation with the operation of the virtual environment model. Using this, the operation signal generation means 4c generates an operation signal converted to control the operation force control means 3. The operating force generating means 2 generates an instantaneous operating force through the operating force generation control means 3 according to the conversion operation signal.

【0052】(実施例1)前記装置例1及び前記方法例
1を応用した本実施形態の具体的実施例1を図面につい
て詳説する。図2は、仮想体験としてスカッシュ競技を
例にとり前記装置例1の実施例である。作動力発生手段
2に対応して作動力を発生するアクチュエータ2′は気
体反射板5、気体放出管6、グリップ7、作動力発生制
御手段3に対応する制御ボックス8及びコンプレッサ9
から構成されている。
(Example 1) A specific example 1 of the present embodiment to which the apparatus example 1 and the method example 1 are applied will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 2 shows an example of the device example 1 taking a squash competition as an example of a virtual experience. An actuator 2 'for generating an operating force corresponding to the operating force generating means 2 includes a gas reflecting plate 5, a gas discharge tube 6, a grip 7, a control box 8 corresponding to the operating force generating control means 3, and a compressor 9.
It is composed of

【0053】仮想環境制御手段4に対応するパーソナル
コンピュータ10はアクチュエータ2′制御用の作動信
号を発生するとともに仮想環境モデルを仮想環境提示手
段1に対応する大型プロジェクタ11に提示する。ま
ず、パーソナルコンピュータ10においてスカッシュの
コート及びボールの仮想環境モデル12を生成する。こ
の仮想環境モデル12内でボール13が壁から打ち出さ
れる。このモデルを生成しているパーソナルコンピュー
タ10では、モデル内の移動するボール13の位置情報
をモニタリングする。
The personal computer 10 corresponding to the virtual environment control means 4 generates an operation signal for controlling the actuator 2 ′ and presents the virtual environment model to the large projector 11 corresponding to the virtual environment presentation means 1. First, a virtual environment model 12 of a squash court and a ball is generated in the personal computer 10. In this virtual environment model 12, a ball 13 is launched from a wall. The personal computer 10 generating this model monitors the position information of the moving ball 13 in the model.

【0054】一方、アクチュエータ2′は人間の手αに
て把持する作動力発生手段2として作動力に気体である
エアーを用いる。エアーはコンプレッサ9から常時供給
されており、制御ボックス8内のエアー開閉用のソレノ
イドバルブのオン・オフにより放出される。放出された
エアーは気体放出管6を通り、エアーが瞬時に放出口6
aから基部を手首部近傍の下腕α1に装着した気体反射
板5の閉鎖ブロック5aに放出されることにより、グリ
ップ7を把持している手αに瞬間的な反力として衝撃振
動が加わる。
On the other hand, the actuator 2 'uses air as a working force as the working force generating means 2 to be gripped by the human hand α. The air is constantly supplied from the compressor 9 and is released by turning on and off a solenoid valve for opening and closing the air in the control box 8. The discharged air passes through the gas discharge pipe 6, and the air is instantaneously discharged to the discharge port 6.
By releasing the base from a to the closing block 5a of the gas reflecting plate 5 attached to the lower arm α1 near the wrist, impact vibration is applied to the hand α holding the grip 7 as an instantaneous reaction force.

【0055】パーソナルコンピュータ10では、仮想環
境モデル12内のボール13の中心位置がライン14と
一致したときに制御ボックス8にソレノイドバルブのオ
ン・オフ信号を発生させる。これにより、グリップ7を
握った手αには反力が加わるとともにボール13は仮想
的な力で打ち返される。
In the personal computer 10, when the center position of the ball 13 in the virtual environment model 12 coincides with the line 14, the control box 8 generates an on / off signal of the solenoid valve. As a result, a reaction force is applied to the hand α gripping the grip 7 and the ball 13 is hit back by a virtual force.

【0056】ボール13は壁に向かって打ち返され、壁
で跳ね返って再び戻り同じ動作が繰り返される。この一
連の仮想体験動作によりグリップ7をもつ人間は大型プ
ロジェクタ11に写しだされた仮想環境モデル12のグ
ラフィックスとともにフォースフィードバックを実感し
ながら仮想環境でのスカッシュを体験することができ
る。
The ball 13 is hit against the wall, bounces off the wall, returns again, and the same operation is repeated. By this series of virtual experience operations, the person having the grip 7 can experience squash in the virtual environment while realizing force feedback together with the graphics of the virtual environment model 12 projected on the large projector 11.

【0057】(装置例2)図3は、本装置例のシステム
構成ブロック図である。本装置例の仮想臨場体感システ
ム装置Bは、前記装置例1の仮想臨場体感システム装置
Aを示す図1中の仮想環境制御手段4と同一に構成さ
れ、同一符号を付して説明の重複を避けた。
(Example 2 of Apparatus) FIG. 3 is a block diagram of the system configuration of an example of this apparatus. The virtual reality sensation system device B of this device example has the same configuration as the virtual environment control means 4 in FIG. 1 showing the virtual reality sensation system device A of the device example 1, and the same reference numerals are used to duplicate the description. avoided.

【0058】本装置例は、仮想環境提示手段15と作動
力発生手段16と作動力可変制御手段17と、仮想環境
制御手段4と3次元位置・姿勢検出手段18と音響発生
手段19とでシステム構成される。前記仮想環境提示手
段15は、前記大型プロジェクタやヘッドマウントディ
スプレイを採用できる。
This example of the apparatus comprises a virtual environment presenting means 15, an operating force generating means 16, an operating force variable control means 17, a virtual environment controlling means 4, a three-dimensional position / posture detecting means 18, and a sound generating means 19. Be composed. The virtual environment presentation means 15 can employ the large projector or the head mounted display.

【0059】前記仮想環境制御手段4は、仮想環境モデ
ルの生成時の動きに反映させるため、作動力発生手段1
6又は人体特定部分の3次元位置・姿勢を検出出力する
3次元位置・姿勢検出手段18と、作動信号変換発生と
同時に当該作動信号の情報に応じ音響変換出力を可変す
る音響発生手段19をそれぞれ付帯接続する。
The virtual environment control means 4 operates the operating force generation means 1 in order to reflect the movement when the virtual environment model is generated.
6 or a three-dimensional position / posture detecting means 18 for detecting and outputting a three-dimensional position / posture of the human body specific portion, and a sound generating means 19 for varying the acoustic conversion output according to the information of the operation signal simultaneously with the generation of the operation signal conversion. Connect to the connection.

【0060】前記作動力可変制御手段17は、仮想環境
制御手段4からの作動信号の情報に応じ作動力を可変自
在な機能を有している。前記作動力発生手段16は、所
要部位に姿勢センサを有する。
The actuation force variable control means 17 has a function of changing the actuation force according to the information of the actuation signal from the virtual environment control means 4. The operating force generating means 16 has a posture sensor at a required portion.

【0061】(方法例2)当該装置例2に適用する本実
施形態の方法例2の処理手順を図3について説明する。
まず、仮想環境モデル生成手段4aでは、例えば、右目
用と左目用の各3次元モデルを作成し、例えばヘッドマ
ウントディスプレイで立体視を表示する。3次元位置・
姿勢検出手段18では利用者の手αの位置姿勢を逐次検
出し、この情報を作動信号発生タイミング演算手段4b
に送信する。
(Method 2) The processing procedure of the method 2 of the present embodiment applied to the apparatus 2 will be described with reference to FIG.
First, the virtual environment model generation means 4a creates, for example, three-dimensional models for the right eye and the left eye, and displays stereoscopic vision on, for example, a head-mounted display. 3D position
The posture detecting means 18 sequentially detects the position and posture of the user's hand α and uses this information as the operation signal generation timing calculating means 4b.
Send to

【0062】この位置姿勢情報に基づいて作動信号発生
タイミング演算手段4bでは作動信号発生タイミングを
演算し、これを作動信号発生手段4cに転送するととも
に、音響発生手段14に信号を送り適切な音を発生させ
る。また、作動信号発生手段4cから作動力可変制御手
段17に制御のために変換した作動信号が送られ、この
制御により作動力発生手段16から作動力が発生する。
なお、作動力可変制御手段17では作動力の大きさを数
段階に変化させることができる。
The operation signal generation timing calculating means 4b calculates the operation signal generation timing based on the position and orientation information, transfers the calculated operation signal timing to the operation signal generation means 4c, and sends a signal to the sound generation means 14 to generate an appropriate sound. generate. The operating signal converted for control is sent from the operating signal generating means 4c to the operating force variable control means 17, and the operating force is generated from the operating force generating means 16 by this control.
The operating force variable control means 17 can change the magnitude of the operating force in several steps.

【0063】(実施例2)前記装置例2及び方法例2を
応用した本実施形態の具体的実施例2を図面について説
明する。図4は、仮想環境体験の例としてテニス競技に
利用した場合の実施例について説明する。
(Example 2) A specific example 2 of this embodiment to which the above-described apparatus example 2 and method example 2 are applied will be described with reference to the drawings. FIG. 4 illustrates an example in which the virtual environment experience is used for a tennis competition.

【0064】仮想環境制御手段4に対応するパーソナル
コンピュータ10では、テニス用仮想環境モデル20の
右目用モデル及び左目用モデルを生成し、仮想環境提示
手段15に対応するヘッドマウントディスプレイ(HM
D)21に表示する。
The personal computer 10 corresponding to the virtual environment control means 4 generates a right-eye model and a left-eye model of the tennis virtual environment model 20 and a head-mounted display (HM) corresponding to the virtual environment presentation means 15.
D) Display at 21.

【0065】また、手αに握られたグリップ7の位置・
姿勢を求めるために例えば、特願平9−237370号
にあるようにグリップ7に赤外線LED22と姿勢セン
サの小型ジャイロ23をつけ、3次元位置を赤外線透過
フィルターをレンズにつけたCCDカメラ24、25や
一対の撮像管でのステレオ処理によって、また3自由度
の姿勢情報をジャイロ23で計測する。
The position of the grip 7 held by the hand α
In order to determine the attitude, for example, as described in Japanese Patent Application No. 9-237370, CCD cameras 24 and 25 in which an infrared LED 22 and a small gyro 23 of an attitude sensor are attached to the grip 7 and a three-dimensional position is attached to a lens with an infrared transmission filter are provided. The gyro 23 measures posture information having three degrees of freedom by stereo processing using a pair of image pickup tubes.

【0066】仮想テニスプレイを開始すると、HMD2
1をかけた利用者はHMD21に表示されたテニス環境
モデル20内を移動するボール26に合わせてグリップ
7を振る。このとき、CCDカメラ24、25でステレ
オ処理した位置情報及びジャイロからの姿勢情報がパー
ソナルコンピュータ10に取得される。
When virtual tennis play starts, HMD2
The user who applies 1 shakes the grip 7 in accordance with the ball 26 moving in the tennis environment model 20 displayed on the HMD 21. At this time, the personal computer 10 acquires the position information subjected to the stereo processing by the CCD cameras 24 and 25 and the posture information from the gyro.

【0067】仮想環境モデル20内のボール26の位置
と手αの位置が一致したときに、制御ボックス27にエ
アーの制御信号を送る。これによりソレノイドバルブが
開閉し、エアーが気体放出管6に供給され、エアーが瞬
時に送出されて手αに反力が発生する。また、同時に、
パーソナルコンピュータ10から、音響発生手段19に
対応するステレオスピーカー28、29に適切な効果音
を発生するような信号が送られる。
When the position of the ball 26 in the virtual environment model 20 matches the position of the hand α, an air control signal is sent to the control box 27. As a result, the solenoid valve opens and closes, air is supplied to the gas discharge pipe 6, the air is instantaneously sent out, and a reaction force is generated in the hand α. At the same time,
From the personal computer 10, a signal for generating an appropriate sound effect is sent to the stereo speakers 28 and 29 corresponding to the sound generating means 19.

【0068】あるいは、HMD21のヘッドホーンに効
果音を送ることにより仮想体験をリアルなものにするこ
とができる。さらに、あらかじめグリップ7の回転角度
に応じた作動力を設定しておく。パーソナルコンピュー
タ10はジャイロ23から計測される姿勢情報と一致す
る作動力を発生するように制御ボックス27に作動信号
を送る。制御ボックス27では、この作動信号の各情報
に応じてソレノイドバルブの開の割合つまり流量を制御
することにより、手αに伝わる反力の衝撃振動を変化さ
せることもできる。
Alternatively, by sending a sound effect to the headphone of the HMD 21, the virtual experience can be made real. Further, an operating force according to the rotation angle of the grip 7 is set in advance. The personal computer 10 sends an operation signal to the control box 27 so as to generate an operation force that matches the posture information measured from the gyro 23. In the control box 27, the impact vibration of the reaction force transmitted to the hand α can be changed by controlling the rate of opening of the solenoid valve, that is, the flow rate in accordance with each information of the operation signal.

【0069】なお、この実施例にネットワークに接続す
る機能をもたせれば、ネットワークを介した相互の作動
力と仮想環境モデル20を共有することにより遠隔地で
の相互利用が可能である。
If this embodiment is provided with a function of connecting to a network, it is possible to use the remote environment remotely by sharing the mutual operating force and the virtual environment model 20 via the network.

【0070】[0070]

【発明の効果】本発明により、従来仮想環境とのインタ
ラクション手段として視覚を主に用いていたが、これに
力覚のフィードバックを付加したことにより仮想現実の
臨場感を高める効果が期待される。
According to the present invention, the visual sense has been mainly used as a means for interacting with the virtual environment, but the effect of enhancing the sense of reality of the virtual reality can be expected by adding force feedback to this.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態を示す装置例1のシステム
構成ブロック図である。
FIG. 1 is a system configuration block diagram of an apparatus example 1 showing an embodiment of the present invention.

【図2】同上実施例のシステム模式図である。FIG. 2 is a system schematic diagram of the embodiment.

【図3】本発明の実施の形態を示す装置例2のシステム
構成ブロック図である。
FIG. 3 is a system configuration block diagram of an apparatus example 2 showing an embodiment of the present invention.

【図4】同上、実施例のシステム模式図である。FIG. 4 is a system schematic diagram of the embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A,B…仮想臨場体感システム装置 1,15…仮想環境提示手段 2,16…作動力発生手段 2′,16′…アクチュエータ 3…作動力発生制御手段 4…仮想環境制御手段 4a…仮想環境モデル生成手段 4b…作動信号発生タイミング演算手段 4c…作動信号発生手段 5…気体反射板 5a…閉鎖ブロック 6…気体放出管 6a…気体放出口 7…グリップ 8,27…制御ボックス 9…コンプレッサ 10…パーソナルコンピュータ 11…大型プロジェクタ 12,20…仮想環境モデル 13,26…ボール 14…ライン 17…作動力可変制御手段 18…3次元位置・姿勢検出手段 19…音響発生手段 21…ヘッドマウントディスプレイ(HMD) 22…赤外線LED 23…小型ジャイロ 24,25…CCDカメラ 28,29…ステレオスピーカー α…手 α1…下腕 A, B: virtual realistic sensation system device 1, 15: virtual environment presentation means 2, 16 ... actuation force generation means 2 ', 16' ... actuator 3: actuation force generation control means 4: virtual environment control means 4a: virtual environment model Generating means 4b Operating signal generation timing calculating means 4c Operating signal generating means 5 Gas reflecting plate 5a Closing block 6 Gas discharging pipe 6a Gas discharging port 7 Grip 8, 27 Control box 9 Compressor 10 Personal Computer 11 Large projector 12, 20 Virtual environment model 13, 26 Ball 14 Line 17 Operating force variable control unit 18 Three-dimensional position / posture detection unit 19 Sound generation unit 21 Head-mounted display (HMD) 22 ... infrared LED 23 ... small gyro 24, 25 ... CCD camera 28, 29 ... stereo Ospeaker α: Hand α1: Lower arm

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI G09B 9/00 G09B 9/00 Z ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI G09B 9/00 G09B 9/00 Z

Claims (35)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】提示された仮想環境中での仮想体験を現実
環境において五感の内少なくとも視覚と触覚を刺激して
実体感を通して臨場感を味わうに当り、 触覚刺激手段に対する気体の衝撃力により起生する当該
触覚刺激手段に付与される衝撃振動を力覚として体感す
る、 ことを特徴とする仮想臨場体感方法。
1. A virtual experience in a presented virtual environment is stimulated by at least the senses and sensations of the five senses in a real environment to give a sense of realism through a sense of reality, and is caused by the impact force of gas on the tactile stimulation means. A virtual real-world sensation method, characterized in that an impact vibration applied to the generated tactile stimulation means is sensed as a force sense.
【請求項2】提示された仮想環境中での仮想体験を現実
環境において五感の内少なくとも視覚、聴覚、触覚を刺
激して実体感を通して臨場感を味わうに当り、 触覚刺激手段に対する気体の衝撃力により起生する当該
触覚刺激手段に付与される衝撃振動を力覚として体感す
る、 ことを特徴とする仮想臨場体感方法。
2. A method for stimulating at least visual, auditory, and tactile sensations among the five senses in a real environment to provide a sense of realism through a sense of reality in a virtual environment presented in a virtual environment. A virtual realistic sensation method, characterized in that the user senses the impact vibration applied to the tactile stimulus means caused by the force sense as a force sense.
【請求項3】提示された仮想環境中での仮想体験に現実
環境の挙動を反映して提示した仮想体験を現実環境にお
ける五感の内少なくとも視覚、触覚を刺激して実体感を
通して仮想行動と現実行動を融合した臨場感を味わうに
当り、 触覚刺激手段に対する気体の衝撃力により起生する当該
触覚刺激手段に付与される衝撃振動を力覚として体感す
る、 ことを特徴とする仮想臨場体感方法。
3. The virtual experience presented in the virtual environment in which the behavior of the real environment is reflected by reflecting the behavior of the real environment to stimulate at least the visual and tactile sensations of the five senses in the real environment to realize the virtual behavior and the reality through the sense of reality. A virtual reality sensation method, characterized in that, in order to enjoy a realistic sensation that fuses actions, a shock sensed by a tactile stimulation means generated by an impact force of gas on the tactile stimulation means is sensed as a force sense.
【請求項4】提示された仮想環境中での仮想体感に現実
環境中の挙動を反映して提示した仮想体験を現実環境に
おける五感の内少なくとも視覚、聴覚、触覚を刺激して
実体感を通して仮想行動と現実行動を融合した臨場感を
味わうに当り、 触覚刺激手段に対する気体の衝撃力により起生する触覚
刺激手段に付与される衝撃振動を力覚として体感する、 ことを特徴とする仮想臨場体感方法。
4. A virtual experience presented by reflecting a behavior in a real environment to a presented virtual bodily sensation in a virtual environment, and stimulates at least visual, auditory, and tactile sensations among the five senses in the real environment to virtualize through the real sensation. A virtual immersive experience characterized in that, in order to enjoy a realistic sensation that combines action and real action, the impact vibration applied to the tactile stimulus generated by the impact force of the gas on the tactile stimulus is sensed as a force sense. Method.
【請求項5】前記仮想体験を実体感を通して臨場感を味
わうのは、 コンピュータを介して実現される、 ことを特徴とする請求項1、2、3又は4に記載の仮想
臨場体感方法。
5. The virtual reality sensation method according to claim 1, wherein the realization of the virtual experience through the realism is realized via a computer.
【請求項6】前記仮想環境の提示は、 五感の内の視覚を刺激する画面表示である、 ことを特徴とする請求項1、2、3、4又は5に記載の
仮想臨場体感方法。
6. The virtual reality sensation method according to claim 1, wherein the presentation of the virtual environment is a screen display that stimulates the sense of sight among the five senses.
【請求項7】前記仮想環境の提示は、 コンピュータモデルあるいは当該コンピュータモデルと
ある仮想物体の位置・姿勢データとの関係に基づいて行
われる、 ことを特徴とする請求項5又は6に記載の仮想臨場体感
方法。
7. The virtual environment according to claim 5, wherein the presentation of the virtual environment is performed based on a computer model or a relationship between the computer model and position / posture data of a certain virtual object. Realistic experience method.
【請求項8】前記触覚の刺激は、 少なくとも一つ以上の前記触覚刺激手段を人体の特定部
分に装着した上で、 コンピュータモデルあるいは、当該コンピュータモデル
とある仮想物体の位置・姿勢データとの関係に基づいて
作動信号を発生させることにより与えられる、 ことを特徴とする請求項5、6又は7に記載の仮想臨場
体感方法。
8. The tactile stimulus according to claim 1, wherein at least one of said haptic stimulus means is attached to a specific part of a human body, and a computer model or a relation between said computer model and position / posture data of a certain virtual object is provided. The virtual reality experience method according to claim 5, 6 or 7, wherein the method is provided by generating an activation signal based on:
【請求項9】前記衝撃振動は、 前記仮想環境モデルにおける動く仮想物体と現実環境に
おける人体部分又は前記触覚刺激手段との相対的な動き
に応じて変化させる、 ことを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6、7又
は8に記載の仮想臨場体感方法。
9. The method according to claim 1, wherein the impact vibration is changed in accordance with a relative movement between a moving virtual object in the virtual environment model and a human body part or the tactile stimulus means in a real environment. The virtual reality experience method according to 2, 3, 4, 5, 6, 7, or 8.
【請求項10】前記触覚の刺激は、 少なくとも1つ以上の前記触覚刺激手段を操作者の特定
部分に装着した上で、 当該操作者の位置・姿勢データに基づいて作動信号を発
生させることにより与えられる、 ことを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6、7、
8又は9に記載の仮想臨場体感方法。
10. The haptic stimulus is obtained by attaching at least one or more of the haptic stimulating means to a specific part of an operator and generating an operation signal based on position / posture data of the operator. , Wherein: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,
10. The virtual reality experience method according to 8 or 9.
【請求項11】前記コンピュータモデルは、 動きをステレオ映像として画面表示される、 ことを特徴とする請求項7又は8に記載の仮想臨場体感
方法。
11. The virtual realistic sensation method according to claim 7, wherein the computer model displays a motion as a stereo image on a screen.
【請求項12】前記触覚刺激手段の操作者の特定部分へ
の装着は、 当該触覚刺激手段を手首部近傍の下腕に装着して手にて
把持する、 ことを特徴とする請求項10に記載の仮想臨場体感方
法。
12. The apparatus according to claim 10, wherein said tactile stimulus means is mounted on a specific part of an operator, and said tactile stimulus means is mounted on a lower arm near a wrist and gripped by hand. The virtual reality experience method described.
【請求項13】前記画面表示は、 CRTディスププレイ、液晶ディスプレイ、プラズマデ
ィスプレイ等の大型プロジェクタやヘッドマウントディ
スプレイのいずれかを用いる、 ことを特徴とする請求項6、7、8、9、10、11又
は12に記載の仮想臨場体感方法。
13. The screen display according to claim 6, wherein one of a large projector such as a CRT display, a liquid crystal display, and a plasma display and a head mounted display is used. The virtual reality experience method according to 11 or 12.
【請求項14】前記作動信号は、 発生と同時並行して音響に変換出力される、 ことを特徴とする請求項8又は10に記載の仮想臨場体
感方法。
14. The virtual reality sensation method according to claim 8, wherein the operation signal is converted into sound and output in parallel with the generation.
【請求項15】前記音響は、 前記作動信号の情報に応じて可変変換出力される、 ことを特徴とする請求項14の仮想臨場体感方法。15. The virtual realistic sensation method according to claim 14, wherein the sound is variably converted and output according to information of the operation signal. 【請求項16】前記触覚の刺激は、 前記触覚刺激手段を装着把持する手腕の触覚に対して与
えられる、 ことを特徴とする請求項12に記載の仮想臨場体感方
法。
16. The virtual reality sensation method according to claim 12, wherein the tactile stimulus is given to a tactile sensation of a hand or arm holding and holding the tactile stimulus means.
【請求項17】前記現実環境の挙動の反映は、 当該挙動対象の撮影を通して行われる、 ことを特徴とする請求項3、4、5、6、7、9、1
0、11、12、13、14、15又は16に記載の仮
想臨場体感方法。
17. The method according to claim 3, wherein the reflection of the behavior of the real environment is performed through photographing of the behavior target.
The virtual reality sensation method according to 0, 11, 12, 13, 14, 15, or 16.
【請求項18】前記挙動対象の撮影は、 装着する前記触覚刺激手段又は把持する手の動きの撮影
である、 ことを特徴とする請求項17に記載の仮想臨場体感方
法。
18. The virtual realistic sensation method according to claim 17, wherein the photographing of the behavior target is a photograph of a movement of the tactile stimulation unit to be worn or a hand to be gripped.
【請求項19】前記挙動対象の撮影は、 当該挙動対象の3次元位置・姿勢の検出に資する、 ことを特徴とする請求項17又は18に記載の仮想臨場
体感方法。
19. The virtual reality experience method according to claim 17, wherein the photographing of the behavior object contributes to detection of a three-dimensional position / posture of the behavior object.
【請求項20】前記挙動対象の撮影は、 前記提示された仮想環境に対応する当該挙動対象の3次
元位置・姿勢の解析演算に供される、 ことを特徴とする請求項17、18又は19に記載の仮
想臨場体感方法。
20. The imaging of the behavior object, wherein the imaging of the behavior object is provided for an analysis operation of a three-dimensional position / posture of the behavior object corresponding to the presented virtual environment. The virtual reality experience method described in 4.
【請求項21】仮想体験を行う仮想環境を提示する仮想
環境提示手段と、 人体の特定部分に装着して触覚を刺激する作動力を発生
する作動力発生手段と、 当該作動力発生力手段へ当該作動力の発生を制御する作
動力発生制御手段と、 仮想環境モデルを生成して前記仮想環境提示手段に提供
するとともに提示された前記仮想環境に呼応して生成し
た作動信号を発生するタイミングを演算し、前記作動力
発生制御手段に当該作動信号を変換発生する仮想環境制
御手段と、を備える、 ことを特徴とする仮想臨場体感システム装置。
21. A virtual environment presenting means for presenting a virtual environment for providing a virtual experience, an operating force generating means mounted on a specific part of a human body to generate an operating force for stimulating tactile sensation, and Operating force generation control means for controlling generation of the operating force; anda timing for generating a virtual environment model and providing the virtual environment model to the virtual environment presentation means and generating an operation signal generated in response to the presented virtual environment. A virtual environment control means for calculating and converting and generating the operation signal to the operation force generation control means.
【請求項22】前記仮想環境制御手段は、 前記仮想環境モデルを生成する仮想環境モデル生成手段
と、 当該仮想環境モデルの提供に呼応して生成した作動信号
を発生するタイミングを演算する作動信号発生タイミン
グ演算手段と、 当該演算されたタイミングを計って作動信号を変換発生
する作動信号発生手段と、を有する、 ことを特徴とする請求項21に記載の仮想臨場体感シス
テム装置。
22. The virtual environment control means, comprising: a virtual environment model generation means for generating the virtual environment model; and an operation signal generation for calculating a timing of generating an operation signal generated in response to provision of the virtual environment model. 22. The virtual real-world sensation system device according to claim 21, comprising: timing operation means; and operation signal generation means for converting and generating an operation signal based on the calculated timing.
【請求項23】前記仮想環境制御手段は、 前記仮想環境モデル生成時の動きに反映させるため、前
記作動力発生手段又は人体特定部分の3次元位置・姿勢
を検出出力する3次元位置・姿勢検出手段を付帯接続す
る、 ことを特徴とする請求項21又は22に記載の仮想臨場
体感システム装置。
23. A three-dimensional position / posture detection unit for detecting and outputting a three-dimensional position / posture of the operating force generating unit or the human body specific portion in order to reflect the motion in generating the virtual environment model. 23. The virtual reality system according to claim 21, wherein the means is connected to the virtual reality system.
【請求項24】前記仮想環境制御手段は、 作動信号発生と同時に当該作動信号を音響変換出力する
音響発生手段を付帯接続する、 ことを特徴とする請求項21、22又は23に記載の仮
想臨場体感システム装置。
24. The virtual environment according to claim 21, 22 or 23, wherein said virtual environment control means is connected to a sound generation means for sound-converting and outputting said operation signal simultaneously with generation of said operation signal. Experience system device.
【請求項25】前記作動力発生制御手段は、 前記作動信号の情報に応じ作動力を可変自在な作動力可
変制御手段と置き換える、 ことを特徴とする請求項21、22、23又は24に記
載の仮想臨場体感システム装置。
25. The operating force generation control means according to claim 21, 22, 23, or 24, wherein said operating force generation control means is replaced with an operating force variable control means capable of changing an operating force according to information of said operation signal. Virtual reality experience system device.
【請求項26】前記仮想環境制御手段は、 コンピュータで構成する、 ことを特徴とする請求項21、22、23、24又は2
5に記載の仮想臨場体感システム装置。
26. The virtual environment control means according to claim 21, wherein the virtual environment control means comprises a computer.
6. The virtual reality sensation system device according to 5.
【請求項27】前記音響発生手段は、 前記作動信号の情報に応じ発生音響を可変自在とする、 ことを特徴とする請求項24、25又は26に記載の仮
想臨場体感システム装置。
27. The virtual reality sensation system according to claim 24, wherein the sound generating means changes a generated sound in accordance with information of the operation signal.
【請求項28】前記仮想環境提示手段は、 CRTディスプレイ、液晶ディスプレイ、プラズマディ
スプレイ等の大型プロジェクタやヘッドマウントディス
プレイのいずれかである、 ことを特徴とする請求項21、22、23、24、2
5、26又は27に記載の仮想臨場体感システム装置。
28. The virtual environment presenting means is one of a large projector such as a CRT display, a liquid crystal display, and a plasma display and a head mounted display.
28. The virtual reality sensation system device according to 5, 26 or 27.
【請求項29】前記音響発生手段は、 ステレオスピーカーである、 ことを特徴とする請求項24、25、26、27又は2
8に記載の仮想臨場体感システム装置。
29. The sound generator according to claim 24, wherein said sound generator is a stereo speaker.
8. The virtual reality sensation system device according to 8.
【請求項30】前記3次元位置・姿勢検出手段は、 CCDステレオカメラ、ステレオ撮像管等である、 ことを特徴とする請求項23、24、25、26、2
7、28又は29に記載の仮想臨場体感システム装置。
30. The three-dimensional position / posture detecting means is a CCD stereo camera, a stereo imaging tube, or the like.
30. The virtual reality sensation system device according to 7, 28 or 29.
【請求項31】前記作動力発生制御手段は、 コンプレッサーと直結する制御ボックスである、 ことを特徴とする請求項21、22、23、24、2
5、26、27、28、29又は30に記載の仮想臨場
体感システム装置。
31. The operating force generation control means is a control box directly connected to a compressor.
The virtual reality sensation system device according to 5, 26, 27, 28, 29 or 30.
【請求項32】前記作動力発生手段は、 手にて把持し、衝撃振動を触覚に伝えるグリッパと、 一端を前記制御ボックスに接続し、他端を当該グリッパ
先端一側に放出口を開口する気体放出管と、 基部を手首部近傍の下腕に装着するとともに、先部を当
該放出口に臨ませて気体放出を受けた際の衝撃力を前記
グリッパに対し反力として前記衝撃振動を起生する気体
反射板と、を有するアクチュエータである、 ことを特徴とする請求項21、22、23、24、2
5、26、27、28、29、30又は31に記載の仮
想臨場体感システム装置。
32. The operating force generating means, comprising: a gripper which is gripped by hand and transmits an impact vibration to a tactile sensation; one end of which is connected to the control box, and the other end of which is opened at one end of the gripper. A gas discharge tube and a base are attached to the lower arm near the wrist, and the impact vibration when the tip is exposed to the discharge port and the gas is discharged is used as a reaction force to the gripper to generate the shock vibration. And a gas reflecting plate that is generated.
The virtual reality sensation system device according to 5, 26, 27, 28, 29, 30 or 31.
【請求項33】前記アクチュエータは、 前記グリッパのそれぞれ所要箇所にジャイロ等の姿勢セ
ンサと赤外線LEDを取り付けてなる、 ことを特徴とする請求項32に記載の仮想臨場体感シス
テム装置。
33. The virtual real-world sensation system device according to claim 32, wherein the actuator is provided with a posture sensor such as a gyro and an infrared LED at required positions of the gripper.
【請求項34】前記作動力可変制御手段は、 仮想環境モデルにおける動く仮想物体と現実環境におけ
るアクチュエータ又は人体の部位との相対的動きに応じ
て衝撃振動を変化させるため気体放出圧を可変制御自在
とする、 ことを特徴とする請求項25、26、27、28、2
9、30、31、32又は33に記載の仮想臨場体感シ
ステム装置。
34. The variable operating force control means is capable of variably controlling the gas discharge pressure in order to change impact vibration in accordance with the relative movement between a moving virtual object in a virtual environment model and an actuator or a human body part in a real environment. 25, 26, 27, 28, 2 characterized by the following.
The virtual reality sensation system device according to 9, 30, 31, 32, or 33.
【請求項35】前記仮想環境制御手段は、 相互の作動力と仮想環境モデルを共有して遠隔地での相
互利用自在にネットワークに接続する機能を有する、 ことを特徴とする請求項26、27、28、29、3
0、31、32、33又は34に記載の仮想臨場体感シ
ステム装置。
35. The virtual environment control means according to claim 26, wherein the virtual environment control means has a function of sharing a mutual operating force and a virtual environment model and connecting to a network so as to be freely used at a remote place. , 28, 29, 3
The virtual reality sensation system device according to 0, 31, 32, 33 or 34.
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