WO2021019599A1 - 訓練コンテンツ作成制御装置、訓練コンテンツ作成制御方法、および訓練コンテンツ作成制御プログラム - Google Patents

訓練コンテンツ作成制御装置、訓練コンテンツ作成制御方法、および訓練コンテンツ作成制御プログラム Download PDF

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WO2021019599A1
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WO
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tool
display
training
parts
virtual space
Prior art date
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PCT/JP2019/029415
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English (en)
French (fr)
Inventor
貴之 藤原
慎太郎 土屋
健太郎 大西
克朗 菊地
賀仁 成田
Original Assignee
株式会社日立システムズ
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T19/00—Manipulating 3D models or images for computer graphics

Definitions

  • the present invention is a training content creation control device and training content that controls operation when creating training content used in a maintenance work training system for training maintenance work of a target device in a virtual space displayed on a display.
  • the creation control method and the training content creation control program More specifically, the training content creation control device and the training content creation control, which have one function included in the training content creation device which is an authoring tool capable of creating the training content and control the operation at the time of training content creation.
  • methods and training content creation control programs are examples of training content creation control programs.
  • the user can confirm the shape of the target device from multiple viewpoints, and further, the maintenance work training can be carried out interactively. It is easy to understand the structure and work procedure, and improvement in learning efficiency can be expected.
  • an authoring tool for creating training contents using 3DCG is used.
  • the authoring tool has a function to create an animation in a virtual space, and by expressing the structure and work procedure of the target device with an animation, the user can intuitively understand it. There is.
  • Patent Document 1 discloses an animation creation device and method for creating an animation in a virtual space, and can create an animation in which a plurality of parts such as gears are linked. ..
  • the animation creation device disclosed in Patent Document 1 includes an animation basic shape setting means for setting parameters of the basic shape type attribute of a virtual object, and parameters of a scale attribute and a coordinate value attribute of the virtual object.
  • Virtual object shape setting means for setting, animation operation instruction means for setting parameters of displacement attribute of virtual object and instructing various operations, and virtual object that contacts and interlocks with virtual object for which operation instruction is given.
  • the amount of change in the animation of the virtual object after a predetermined time is updated based on the virtual object contact determination processing means for determining the object and setting the contact object attribute and the displacement attribute, and the displacement attribute set for each virtual object.
  • Complex animation definition / that has an animation update processing means for drawing an animation drawing processing means for drawing a virtual object based on the updated coordinate values, and the motion propagates between a plurality of virtual objects.
  • the settings can be made with a simple operation.
  • Patent Document 1 it is necessary to manually arrange a plurality of objects at appropriate positions as an initial state in which a plurality of objects are arranged in the virtual space. It is not easy to place an object in an appropriate position in the initial state, and the disclosure technique of Patent Document 1 has a problem that a position shift that cannot be placed in an appropriate position occurs and a desired animation cannot be created. There is a problem that it takes time to arrange it in an appropriate position.
  • Patent Document 1 when creating an animation, it is necessary to perform a contact determination every ⁇ t and calculate an interlocking operation for the objects in contact.
  • the contact determination involves a complicated calculation process, and there is a problem that the disclosure technique of Patent Document 1 needs to incorporate a contact determination function for executing a complicated calculation process, and a calculation related to the contact determination is performed for each ⁇ t. Therefore, there is a problem that the load of calculation processing becomes high and the calculation time becomes long.
  • the present invention makes it possible to arrange a plurality of objects at desired positions when creating training contents used in a maintenance work training system, and by an operation that is easy to grasp intuitively. It is an object of the present invention to provide a training content creation control device, a training content creation control method, and a training content creation control program that enable efficient creation of training content in a shorter time than before.
  • the training content creation control device of the present invention (1) provides training content used in the maintenance work training system for training the maintenance work of the target device in the virtual space displayed on the display. It is a training content creation control device that controls the operation when creating.
  • a 3DCG object database that stores 3D object data of the parts of the target device and tools used when handling the parts, and A local coordinate system setting unit that presets a reference point and a rotation axis for the three-dimensional object data of parts and tools that perform rotational motion, and
  • a display data output unit that arranges the three-dimensional object data in the virtual space and displays the parts and the tools on the display.
  • a display position changing unit that displays the part and the tool on the display so that the rotation axes of the selected part and the tool are matched with each other. It is characterized by having.
  • the position of the part and the tool is set by setting the local coordinate system for the three-dimensional object data of the part and the tool and further setting the origin of the local coordinate system as a reference point in advance. Can be easily matched. Furthermore, by presetting one axis (for example, the Y axis) of the local coordinate system as the rotation axis, it becomes possible to easily match the rotation axes of the parts and the tool that can rotate as one. .. As a result, when creating training content using the training content creation control device including the training content creation control device of the present invention, the operator can operate the training content in an intuitively easy-to-understand manner in a shorter time and more efficiently than before. Will be able to create.
  • the display position changing unit in the virtual space of the selected tool while maintaining the position coordinates and the rotation axis of the selected part in the virtual space.
  • the position coordinates and the axis of rotation may be made to match the position coordinates and the axis of rotation of the selected component in the virtual space.
  • the training content creation control device of the present invention (3) aligns the position coordinates and rotation axis of the selected tool in the virtual space with the position coordinates and rotation axis of the selected part in the virtual space.
  • a movement animation creating unit may be provided that creates an animation showing the movement of the tool with respect to the part by moving the tool with respect to the part. According to this configuration, it is possible to create an animation that reproduces the operation of moving the tool with respect to the part and aligning the parts, similar to the actual feeling of use.
  • this animation as training content, the user of the maintenance work training system can experience the feeling of actually using parts and tools in the virtual space.
  • the three-dimensional object data may include at least attribute information capable of distinguishing between a part and a tool.
  • the attributes of objects in the virtual space including parts, tools, etc. can be identified by the attribute information, and objects with appropriate attributes can be arranged at appropriate positions.
  • the training content creation control device of the present invention (5) parts and tools whose reference point and rotation axis are aligned by the display position changing unit are rotated about the rotation axis in the virtual space, and the above-mentioned It may have a rotation animation creation unit that creates an animation representing the rotational movement of parts and tools. With this configuration, it is possible to create an animation that reproduces the motion of rotating parts and tools as a unit, similar to the actual feeling of use. By using this animation as training content, the user of the maintenance work training system can experience the feeling of actually using the parts and tools.
  • the training content creation control method of the present invention provides (6) training content used in the maintenance work training system for training the maintenance work of the target device in the virtual space displayed on the display.
  • This is a training content creation control method that controls the operation when creating.
  • An object data storage step for storing the three-dimensional object data of the part of the target device and the tool used when handling the part, and
  • a local coordinate system setting step for presetting a reference point and a rotation axis for the three-dimensional object data of parts and tools that perform rotational motion
  • a display data output step in which the three-dimensional object data is arranged in the virtual space and the parts and the tools are displayed on the display.
  • the position of the part and the tool is set by setting the local coordinate system in the three-dimensional object data of the part and the tool and further setting the origin of the local coordinate system as a reference point in advance. Can be easily matched. Furthermore, by presetting one axis (for example, the Y axis) of the local coordinate system as the rotation axis, it becomes possible to easily match the rotation axes of the parts and the tool that can rotate as one. .. As a result, when creating training content using the training content creation control device including the training content creation control device of the present invention, the operator can operate the training content in an intuitively easy-to-understand manner in a shorter time and more efficiently than before. Will be able to create.
  • one axis for example, the Y axis
  • the training content creation control program of the present invention provides training content used in the maintenance work training system for training the maintenance work of the target device in the virtual space displayed on the display.
  • a training content creation control program that controls the operation when creating An object data storage function that stores three-dimensional object data of the parts of the target device and tools used when handling the parts, and A local coordinate system setting function that presets the reference point and rotation axis for the three-dimensional object data of parts and tools that perform rotational movement, and A display data output function that arranges the three-dimensional object data in the virtual space and displays the parts and the tools on the display.
  • the reference points of the selected part and the tool are arranged at the same position coordinates in the virtual space, and the reference points are arranged at the same position coordinates in the virtual space.
  • a display position change function for displaying the part and the tool on the display so that the rotation axes of the selected part and the tool are matched with each other. Is realized by a computer.
  • the position of the part and the tool is set by setting the local coordinate system in the three-dimensional object data of the part and the tool and further setting the origin of the local coordinate system as a reference point in advance. Can be easily matched. Furthermore, by presetting one axis (for example, the Y axis) of the local coordinate system as the rotation axis, it becomes possible to easily match the rotation axes of the parts and the tool that can rotate as one. .. As a result, when creating training content using the training content creation control device including the training content creation control device of the present invention, the operator can operate the training content in an intuitively easy-to-understand manner in a shorter time and more efficiently than before. Will be able to create.
  • one axis for example, the Y axis
  • the training content used in the maintenance work training system is created by the training content creation device, a plurality of objects can be arranged at a desired position, and the operation is intuitively easy to grasp. Will be able to efficiently create training content in a short time.
  • the present invention it is a figure which shows an example of the local coordinate system set in 3DCG object, and is the figure which shows the state which the local coordinate system is set in the spanner which is a tool.
  • it is a figure which shows an example of the local coordinate system set in 3DCG object, and is the figure which shows the state which the local coordinate system is set in the nut which is a component.
  • it is a figure which shows an example of the local coordinate system set in 3DCG object, and is the figure which shows the state which the local coordinate system is set in the screw which is a component.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of the training teaching material presentation system according to the embodiment of the present invention.
  • the training material presentation system shown in FIG. 1 has a configuration in which a training material creation / presentation server 1 and a training material execution terminal 2 are connected via a communication network 3.
  • the training material creation / provision server 1 functions as a training content creation device for creating training materials including training contents, and training created so that the training material execution terminal 2 can be trained for maintenance work in a virtual space. It has a function as a training content providing device that provides the teaching material to the training teaching material execution terminal 2 via the communication network 3.
  • the training teaching material creation / providing server 1 has an authoring function for generating training content including, for example, 3DCG, as a function of creating training teaching materials.
  • the creator of the training content on the training teaching material creation / providing server 1 is referred to as an operator.
  • the training teaching material execution terminal 2 is an information terminal operated by the trainee.
  • the trainee can train the maintenance work of the target device using the displayed training material while checking the training material provided from the training material creation / providing server 1 in the virtual space displayed on the display. It has become.
  • a trainer who trains maintenance work on the training teaching material execution terminal 2 is referred to as a user.
  • the training teaching material creation / providing server 1 and the training teaching material execution terminal 2 are composed of, for example, an information processing device such as a PC (personal computer).
  • the training teaching material execution terminal 2 may be configured by, for example, a mobile terminal such as a smartphone or a tablet.
  • the communication network 3 is not particularly limited, and is an arbitrary communication medium that enables the training material creation / providing server 1 and the training material execution terminal 2 to communicate with each other.
  • the communication network 3 may be a local area network, a global network such as the Internet, short-range wireless communication, or the like.
  • the training teaching material creation / providing server 1 and the training teaching material execution terminal 2 may be connected to the communication network 3 either by wire or wirelessly.
  • the training material creation / provision server 1 has a function of creating and executing training material.
  • the training teaching material execution terminal 2 may have a function of reproducing the provided training teaching material. For example, by creating training materials so that they can be played in a general-purpose browser environment, the user can perform maintenance work using the training materials played on the browser without installing a special application on the training material execution terminal 2. You may be able to do the training.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the training teaching material creation / providing server according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 shows a detailed configuration of the training teaching material creation / providing server 1 shown in FIG.
  • the training teaching material creation / providing server 1 shown in FIG. 2 includes an operation unit 10, a communication unit 20, a display unit 30, a display memory 40, a control unit 50, a power supply unit 60, a memory 70, and a storage 80. Is connected by bus 90.
  • the operation unit 10 is an input interface such as a keyboard and a mouse.
  • the operator of the training material creation / provision server 1 can input the execution instruction of the desired operation to the training material creation / provision server 1 by operating the training teaching material creation / provision server 1 using the operation unit 10. You can do it.
  • the communication unit 20 has a function of communicating with the training teaching material execution terminal 2 via the communication network 3.
  • the display unit 30 is a display that visually displays various information, and is composed of, for example, an LCD (liquid crystal display: Liquid Crystal Display) or the like.
  • the operation unit 10 and the display unit 30 may be configured by an integrated touch panel.
  • the display memory 40 is a memory for temporarily storing information to be displayed on the display unit 30.
  • the display memory 40 has a role as, for example, a work area in image processing of the control unit 50 and a buffer of data output to the display unit 30.
  • the display memory 40 may be configured by a dedicated VRAM, or may be configured by the same RAM (for example, DRAM or SRAM) as the main memory (memory 70).
  • the control unit 50 is composed of a CPU (Central Processing Unit: Central Processing Unit) that controls the entire training teaching material creation / providing server 1 and a GPU (Graphics Processing Unit) that performs image processing.
  • the control unit 50 can realize various functions described in the program by executing various programs stored and expanded in the memory 70 described later.
  • the power supply unit 60 supplies the power necessary for the operation of the training teaching material creation / provision server 1.
  • the memory 70 includes, for example, a ROM, a RAM, and the like, and has a function of storing and expanding a program for realizing various functions and storing various information.
  • the memory 70 is a 3DCG object selection reception program 71, a 3DCG object local coordinate system setting program 72, and a 3DCG object display control program 73 as a program for realizing the function according to the embodiment of the present invention.
  • the animation creation program 77 is stored. In each of these programs, the processing to be executed by the training teaching material creation / providing server 1 is described in advance, and the control unit 50 reads each program from the memory 70 and executes the program in the training teaching material creation / providing server 1. Each predetermined function is realized.
  • the storage 80 is an auxiliary storage device capable of holding stored information even in a non-powered state.
  • the storage 80 is not particularly limited, but for example, a flash memory such as an SSD (Solid State Drive), a magnetic storage device such as an HDD (Hard Disk Drive), an optical storage device, an optical magnetic storage device, or the like. Consists of.
  • the storage 80 stores the 3DCG object database 81 and the attribute database 82 as databases for storing the data used in the embodiment of the present invention. Further, the storage 80 also has a function as a training content storage unit 83 for storing the training content created by the training teaching material creation / providing server 1.
  • the 3DCG object database 81 is a database that stores 3DCG object data.
  • the 3DCG object data is data created in advance by the creator of the 3DCG object data by CAD (Computer Aided Design) or the like, and is data representing the shape of the 3DCG object in a three-dimensional virtual space.
  • CAD Computer Aided Design
  • the 3DCG object data is, for example, CAD data of parts, mounting parts, tools, etc. that constitute the target device for maintenance work. If there is CAD data used in product design, etc., it can be used by converting this CAD data into a usable format.
  • Mounting parts are parts required when assembling and fixing the parts that make up the target device, and mean screws (for example, Phillips screws, slotted screws, Torx (registered trademark) screws), nuts, bolts, and the like.
  • the tool is a tool used when attaching or detaching an attachment part to or from the target device, and means a driver, a spanner, a wrench, or the like.
  • parts such as screws, nuts and bolts, and tools such as drivers, spanners and wrenches used for these parts perform rotational movements around a predetermined rotation axis.
  • the attribute database 82 is a database that stores attribute information of 3DCG objects.
  • the attribute database 82 is a database that manages the attributes of each 3DCG object, that is, whether each 3DCG object has an attribute of a part, a mounting part, or a tool.
  • the association between each 3DCG object and the attribute information is registered in advance by the operator.
  • the 3DCG object database 81 and the attribute database 82 are represented by separate databases. For example, in the 3DCG object database 81, by storing the attribute information together with each 3DCG object data, the 3DCG object database 81 and the attribute database 82 May be integrated.
  • FIG. 3 is a block diagram showing an example of the configuration of the training content creation control device according to the embodiment of the present invention.
  • the training teaching material creation / providing server 1 shown in FIG. 2 has a function as a training content creation device, and FIG. 3 shows a detailed configuration of a training content creation control device that constitutes a part of the training content creation device. Is illustrated.
  • the training content creation control device 100 shown in FIG. 3 has an operation unit 10, a display unit 30, a display memory 40, a control unit 50, and a storage 80. Each of these units corresponds to the operation unit 10, the display unit 30, the display memory 40, the control unit 50, and the storage 80 of the training teaching material creation / providing server 1 shown in FIG.
  • the control unit 50 shown in FIG. 3 has a 3DCG object selection reception unit 51, a 3DCG object local coordinate system setting unit 52, a 3DCG object display control unit 53, and an animation creation unit 57.
  • the 3DCG object selection reception unit 51 is a functional unit realized by the control unit 50 executing the 3DCG object selection reception program 71.
  • the 3DCG object selection reception unit 51 receives various instructions related to the 3DCG object input from the operation unit 10 and can supply the instructions to the functional unit that can appropriately process the instructions.
  • the 3DCG object local coordinate system setting unit 52 is a functional unit realized by the control unit 50 executing the 3DCG object local coordinate system setting program 72.
  • the 3DCG object local coordinate system setting unit 52 has a function of setting a reference point and a rotation axis of the local coordinate system for the selected 3DCG object based on the setting information of the local coordinate system for the selected 3D object. doing.
  • the 3DCG object display control unit 53 is a functional unit realized by the control unit 50 executing the 3DCG object display control program 73.
  • the 3DCG object display control unit 53 has a function of reading the 3DCG object data stored in the 3DCG object database 81, creating display contents, and displaying the display contents on the display unit 30.
  • the 3DCG object display control unit 53 has a 3DCG object attribute confirmation unit 54, a 3DCG object display position change unit 55, and a 3DCG object display data output unit 56.
  • the 3DCG object attribute confirmation unit 54 has a function of acquiring the attributes of the 3DCG object selected by the operator.
  • the 3DCG object display position changing unit 55 has a function of changing the display position of the 3DCG object selected by the operator.
  • the 3DCG object display data output unit 56 has a function of outputting visual information through the display unit 30 by writing the 3DCG object and other display information to the display memory 40 in cooperation with the display memory 40.
  • the 3DCG object (tool) coordinate data storage unit 41 shown in FIG. 3 shows a state in which the data of the 3DCG object (tool) displayed on the display unit 30 is temporarily stored in the display memory 40, and the 3DCG object (part) is shown.
  • the coordinate data storage unit 42 indicates a state in which the data of the 3DCG object (part) displayed on the display unit 30 is temporarily stored in the display memory 40.
  • the animation creation unit 57 is a functional unit realized by the control unit 50 executing the animation creation program 77.
  • the animation creation unit 57 has a function of creating an animation by using the display contents created by the 3DCG object display control unit 53.
  • the animation creation unit 57 can acquire a plurality of keyframes created by the 3DCG object display control unit 53 and create an animation that continuously reproduces these keyframes.
  • the animation creation unit 57 may create an animation that reproduces a smoother movement by performing a process of complementing the images between the keyframes.
  • the rotation speed input receiving unit 58 has a function of receiving an input from the operation unit 10 regarding the rotation speed of the 3DCG object when the animation creating unit 57 creates the object.
  • the 3DCG object local coordinate system setting unit 52 sets a local coordinate system in which a reference point and a rotation axis are determined with respect to 3DCG object data of parts and tools that perform rotational movement.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an example of an operation of setting a reference point and a rotation axis on a 3DCG object by using the training content creation control device according to the embodiment of the present invention.
  • the operator first uses the operation unit 10 to select a 3DCG object to be set in the local coordinate system (step S11).
  • the 3DCG object selection reception unit 51 supplies the input information to the 3DCG object display control unit 53.
  • the 3DCG object display control unit 53 reads the selected 3DCG object data from the 3DCG object database 81, and displays the 3DCG object on the display of the display unit 30 (step S13).
  • the operator uses the operation unit 10 to set the local coordinate system for the 3DCG object displayed on the display (step S15).
  • This setting of the local coordinate system as an example, superimposes the origin and three axes of the local coordinate system on the 3DCG object displayed on the display, and the operator checks the display while checking the position and orientation of the local coordinate system. It is done by adjusting to the desired state.
  • the local coordinate system is a coordinate system that can be set for each 3DCG object independently of the coordinate system (global coordinate system) in the virtual space where the 3DCG objects are arranged.
  • the local coordinate system is defined by, for example, the origin O and the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis.
  • the 3DCG object includes parts, mounting parts, tools, etc., of which parts such as screws, nuts, and bolts, and tools such as drivers, spanners, and wrenches used for these parts. Is to perform a rotational movement around a predetermined rotation axis.
  • the present invention is characterized in that the position and orientation of the local coordinate system are set according to the rotational movement performed by such a 3DCG object.
  • the origin O is determined based on the contact point with the tool that abuts when the component is attached or detached, and the rotation axis when the component is rotated is set.
  • a local coordinate system with a predetermined axis (for example, the Y axis) is set.
  • the origin O is determined with reference to the contact point with the parts that come into contact when attaching or detaching the parts, and the rotation axis when performing rotational movement is a predetermined axis (hereinafter referred to as).
  • the predetermined axis will be described as the Y axis).
  • FIG. 5A to 5D are diagrams showing an example of a local coordinate system set in a 3DCG object in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5A illustrates a state in which the local coordinate system is set for the driver which is a tool.
  • the driver inserts the tip end portion in the longitudinal direction into the head of the screw and performs a rotational motion with the longitudinal direction as the rotation axis.
  • a local coordinate system is set in the driver with the origin O at the tip in the longitudinal direction, which is the contact point with the screw, and the Y-axis in the longitudinal direction.
  • FIG. 5B shows a state in which the local coordinate system is set for the spanner which is a tool.
  • the spanner When installing or removing a bolt or nut, the spanner has an opening inserted into the head of the bolt or nut from the side, and rotates around the head of the bolt or nut in a direction substantially perpendicular to the rotation axis.
  • a local coordinate system is set in which the center of the opening, which is the contact point with the bolt or nut, is set as the origin O, and the direction substantially perpendicular to the head of the bolt or nut is the Y axis.
  • FIG. 5C shows a state in which the local coordinate system is set for the nut, which is a component.
  • the nut When the nut is attached or detached, its side surface is surrounded by an opening of a spanner or a wrench, and the nut rotates around the through hole direction inside the nut as a rotation axis.
  • a local coordinate system is set in which the center of the through hole inside the nut is the origin O and the direction of the through hole inside the nut is the Y axis.
  • FIG. 5D shows a state in which the local coordinate system is set for the screw, which is a component.
  • the screw When the screw is attached or detached, its head comes into contact with the tip of the driver, and the screw performs a rotational movement with the rotation axis substantially perpendicular to the head.
  • a local coordinate system is set in which the head of the screw is the origin O and the direction substantially perpendicular to the head of the screw is the Y axis.
  • the direction of one axis (for example, the Y axis) of the local coordinate system to be matched with the rotation axis is appropriately set according to the combination of tools and parts.
  • the Y-axis positive direction is set from the tip end side to the base end side of the driver, and a screw to be attached or detached using this driver (for example, a screw shown in FIG. 5D). Is set in the positive Y-axis direction upward from the head of the screw.
  • the driver's reference point and the screw's reference point are aligned, and the driver's Y-axis and the screw's Y-axis are aligned so that they are in the same direction. Is realized to be inserted vertically into the head of the screw.
  • the 3DCG object local coordinate system setting unit 52 associates the set local coordinate system information with the 3DCG object and stores it in the 3DCG object database 81 (step S17). ..
  • the local coordinate system may be set by the operator writing directly to the 3DCG object database without displaying the 3DCG object in. That is, the local coordinate system may be set for the 3DCG object by any method, and finally, the origin O is based on the contact point with the tool for the part and the contact point with the part for the tool. It suffices to set a local coordinate system with the rotation axis as the Y axis when performing the rotational movement.
  • FIG. 6 is a flowchart showing an example of an operation of aligning a part and a tool using the training content creation control device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 As shown in the upper part of FIG. 7 (before position adjustment), the initial state is that the screw attaching the right side cover of the fitness bike and the screwdriver, which is a tool for removing the part, are displayed on the display. It is explained as.
  • FIG. 8 schematically shows an example of a data structure of 3DCG object data expanded in the display memory 40.
  • the 3DCG object data has attribute information associated with the operator in advance in addition to coordinate information such as position and orientation.
  • the name (File name) of each 3DCG object is information that identifies a shape or a feature, such as "screw” or "driver".
  • An attribute (Attribute) is information that identifies a function of a part (mounting part), a tool, a part, or the like by the 3DCG object.
  • the position (Position / Origin) is information indicating at which position in the coordinate system (global coordinate system) of the virtual space the origin O of the local coordinate system set in each 3DCG object is located.
  • the orientation is information indicating the deviation (rotation angle) of the three axes of the local coordinate system with respect to the three axes of the global coordinate system.
  • the magnification (Scale) is the display magnification of each 3DCG object on the display.
  • the mounting parts such as screws may be deformed and enlarged about 10 times compared to the actual parts.
  • Many of the mounting parts are originally small in size, and by displaying them at a larger magnification than the parts, the user can surely confirm the mounting parts in the training of maintenance work related to the replacement or repair of the target parts.
  • the driver and the screw are arranged at separate positions.
  • the operator first selects a driver (tool) and a screw (part) using the operation unit 10 (step S21). This selection is made, for example, by clicking the driver and screw displayed on the display with the mouse.
  • the 3DCG object selection reception unit 51 supplies the input information to the 3DCG object display control unit 53.
  • the 3DCG object display control unit 53 identifies the data of the selected driver and the screw from the data expanded in the display memory 40 (step S23).
  • step S25 the operator inputs the alignment execution instruction using the operation unit 10 (step S25).
  • This execution instruction is given, for example, by clicking a predetermined execution instruction button (not shown in FIG. 7) displayed on the display with the mouse.
  • the 3DCG object selection reception unit 51 supplies the execution instruction to the 3DCG object display control unit 53.
  • the 3DCG object display control unit 53 confirms the attribute information of the driver and the screw specified in step S23 in the 3DCG object attribute confirmation unit 54.
  • a driver whose attribute is a tool is set as a movement target
  • a screw whose attribute is a part is set as a movement destination
  • the 3DCG object display position change unit 55 screwes the driver reference point (origin of the driver's local coordinate system). Overwrite with the reference point (origin of the local coordinate system of the screw) of (step S27).
  • the 3DCG object display position change unit 55 changes the rotation axis of the driver (Y axis of the driver's local coordinate system) so as to match the rotation axis of the screw (Y axis of the screw's local coordinate system) (step).
  • the changed state is displayed on the display (step S29).
  • step S28 when the Y axis of the driver's local coordinate system and the Y axis of the screw's local coordinate system are matched, the Y axes are arranged so as to face the same direction.
  • the driver shown in FIG. 7 has a positive Y-axis direction set from the base end side to the tip side of the driver, and the screw shown in FIG. 7 has a positive Y-axis direction set downward from the head of the screw. Has been done.
  • the reference point of the driver and the reference point of the screw are aligned, and the Y-axis of the driver and the Y-axis of the screw are aligned so that they are in the same direction, so that the tip of the driver is perpendicular to the head of the screw.
  • the state of being plugged into is realized.
  • the reference point (origin O) is set in advance at an appropriate position for the part and the tool, and the local coordinate system in which the rotation axis coincides with the Y axis is set.
  • the 3DCG object attribute confirmation unit 54 confirms the attribute information of the selected 3DCG object and identifies the tool and the part so that the driver to be moved and the screw to be moved can be determined.
  • the movement target and the movement destination may be determined without referring to the attribute information.
  • the animation creation unit 57 further determines the state before and after the driver has moved (that is, the state before the position adjustment shown in the upper part of FIG. 7).
  • An image that complements the position-adjusted state shown in the lower part of FIG. 7 may be created.
  • the animation creation unit 57 can create a movement animation expressing how the driver moves from the state before the movement to the state after the movement by using the created complementary image, and the training content storage unit 83 can be used as the animation to be used as the training content. It may be stored in.
  • FIG. 9 is a flowchart showing an example of an animation creation operation using the training content creation control device according to the embodiment of the present invention.
  • the operator first uses the operation unit 10 to select a driver (tool) and a screw (part) whose reference point and rotation axis match (step S31). This selection is made, for example, by clicking the driver and screw displayed on the display with the mouse.
  • This rotation speed is the rotation speed when one rotation is 360 °.
  • step S35 the operator uses the operation unit 10 to input an animation creation instruction (step S35).
  • This creation instruction is given, for example, by clicking a predetermined execution instruction button (not shown in FIG. 7) displayed on the display with the mouse.
  • the 3DCG object selection reception unit 51 supplies the creation instruction to the 3DCG object display control unit 53.
  • the 3DCG object display control unit 53 rotates the driver and the screw selected in step S31 by the 3DCG object position change unit 55 to generate keyframes at predetermined angles (step S35). ..
  • the method of calculating the position coordinates when the driver and the screw rotate is not particularly limited, but since the rotation axes of the driver and the screw are the same due to the above-mentioned alignment, for example, the driver and the screw It is useful to use quaternions to calculate the integrated rotation.
  • the quaternion is an existing technique capable of analytically obtaining the position coordinates after rotating by the angle ⁇ if the rotation angle ⁇ and the direction r of the rotation axis are known. Since the rotation axes of the driver and the screw are the same, it is possible to regard the driver and the screw as the same rotating body and perform the calculation by the same formula.
  • the rotation angle ⁇ of the quaternion corresponds to a predetermined angle for generating keyframes, and is preset to a value such as 20 °.
  • the keyframes created by the 3DCG object display control unit 53 are output to the animation creation unit 57, and the animation creation unit 57 creates an animation for continuously playing back a plurality of keyframes, and the training content storage unit 83 is used as training content.
  • This animation is a rotation animation that reproduces how the driver and the screw rotate around the rotation axis as a unit.
  • the animation in which the tip of the screwdriver is inserted into the head of the screw and rotates accurately represents the movement of removing the screw using the screwdriver, and by using this animation as training content, the maintenance work training system The user will be able to experience the feeling of actually using the parts and tools.
  • the training content creation control device 100 uses the 3DCG object local coordinate system setting unit 52 to set a reference point and a rotation axis for three-dimensional object data of parts and tools that perform rotational movement. Is set in advance, and when a combination of parts and tools is selected, the 3DCG object display position changing unit 55 sets the reference points of the selected parts and tools to the same position coordinates in the virtual space. It is configured to be arranged and to display the parts and tools on the display so that the respective axes of rotation of the selected parts and tools are aligned.
  • the display position changing unit 55 maintains the position coordinates and the rotation axis of the selected parts in the virtual space, and the virtual space of the selected tool.
  • the position coordinates and rotation axis in the selected parts may be configured to match the position coordinates and rotation axis in the virtual space of the selected part.
  • the tool can be placed at an appropriate position with respect to the part while the display position of the part is fixed.
  • the training content it becomes possible to reproduce the operation of moving the tool with respect to the part and aligning the parts in the same manner as the actual feeling of use.
  • the animation creation unit 57 sets the position coordinates and the rotation axis of the selected tool in the virtual space to the position coordinates of the selected component in the virtual space. And by moving the tool relative to the part when aligning with the axis of rotation, it may be configured to create an animation showing the movement of the tool relative to the part. Further, the animation creation unit 57 may be configured to create an animation showing the movement of parts and tools by performing complementary processing between the keyframes using images before and after the movement of the tool as keyframes. ..
  • the three-dimensional object data may include at least attribute information capable of distinguishing between a part and a tool.
  • the attributes of objects in the virtual space including parts and tools can be identified by the attribute information, and objects with appropriate attributes, such as a combination of parts and tools, are placed at appropriate positions. become able to.
  • the training content creation control device 100 may be provided with a 3DCG object selection reception unit 51 to receive selection input of a combination of parts and tools by an operator.
  • This configuration allows the operator to select the combination of the part and the tool, and for the desired combination of the part and the tool selected by the operator, the processing related to the placement in the appropriate position and the matching of the rotation axes. You will be able to do it.
  • the display position changing unit 55 rotates the parts and tools whose reference point and rotation axis are aligned with each other around the rotation axis in the virtual space.
  • the animation creation unit 57 may be configured to create an animation representing the rotational movement of parts and tools.
  • the animation creation unit 57 draws a key frame for drawing a state in which parts and tools are rotated by a predetermined angle about a rotation axis in the virtual space. It may be configured to be created at predetermined angles. Further, the animation creation unit 57 may be configured to create an animation representing the rotational movement of parts and tools by performing complementary processing between a plurality of keyframes created at predetermined angles. ..
  • keyframes can be easily created by simply rotating the parts and tools by a predetermined angle around the rotation axis, and by performing complementary processing between the keyframes, the parts and tools are integrated. It will be possible to easily and quickly create an animation that reproduces the motion of rotating.
  • the present invention describes the training content creation control method for executing each process in the above-mentioned training content creation control device and the training content creation control method as program instructions, and the training content can be executed by the training content creation control device.
  • a creation control program can be provided.
  • the present invention intuitively grasps the effect that a plurality of objects can be arranged at a desired position when the training content used in the maintenance work training system is created by the training content creation device.
  • a maintenance work training system for training the maintenance work of the target device in the virtual space displayed on the display which has the effect of making it possible to efficiently create training content in a shorter time than before by easy operation. It is useful for all techniques for creating training content used in.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications and design changes within the range that does not deviate from the technical idea of the present invention.

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Abstract

保守作業訓練システムで用いられる訓練コンテンツを作成する際に、複数の３ＤＣＧオブジェクトを所望の位置に配置できるようにするとともに、短時間で効率良く作成できるようにするため、訓練コンテンツ作成制御装置１００は、対象機器の部品および部品の取り扱い時に使用する工具の３次元オブジェクトデータを格納する３ＤＣＧオブジェクトデータベース８１と、回転運動を行う部品および工具の３次元オブジェクトデータに対して、基準点および回転軸をあらかじめ設定するローカル座標系設定部５２と、基準点および回転軸がそれぞれ設定された部品および工具の組み合わせが選択された場合、選択された部品および工具のそれぞれの基準点を仮想空間内の同一位置座標に配置するとともに、選択された部品および工具のそれぞれの回転軸を一致させるように、部品および工具をディスプレイ上に表示する表示位置変更部５５とを有する。

Description

訓練コンテンツ作成制御装置、訓練コンテンツ作成制御方法、および訓練コンテンツ作成制御プログラム
　本発明は、ディスプレイに表示された仮想空間内で対象機器の保守作業の訓練を行うための保守作業訓練システムで用いられる訓練コンテンツを作成する際の動作制御を行う訓練コンテンツ作成制御装置、訓練コンテンツ作成制御方法、および訓練コンテンツ作成制御プログラムに関する。より詳細には、当該訓練コンテンツを作成することが可能なオーサリングツールである訓練コンテンツ作成装置に含まれる一機能を担い、訓練コンテンツ作成時の動作を制御する訓練コンテンツ作成制御装置、訓練コンテンツ作成制御方法、および訓練コンテンツ作成制御プログラムに関する。
　従来、機器の保守作業を行う現場において、保守作業の事前訓練を３ＤＣＧ（３次元コンピュータグラフィックス：３－Ｄｉｍｅｎｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｇｒａｐｈｉｃｓ）化し、ＡＲ（拡張現実：Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ　Ｒｅａｌｉｔｙ）やＶＲ（仮想現実：Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｒｅａｌｉｔｙ）を用いて、対象機器の構造や対象機器の組み立てまたは分解等の作業手順を説明する保守作業訓練システムが知られている。なお、本明細書における保守作業とは、対象機器の部品を交換または修理する作業全般を意味している。
　上記のような保守作業訓練システムでは、機器の画像に３ＤＣＧを用いることでユーザは多視点から対象機器の形状を確認でき、さらにはインタラクティブに保守作業の訓練を進めることができるため、対象機器の構造や作業手順等を理解しやすく、学習効率の向上が期待できる。
　一方、保守作業訓練システムの開発には、３ＤＣＧを用いた訓練コンテンツの作成を行うためのオーサリングツールが用いられる。オーサリングツールは例えば仮想空間内でアニメーションを作成する機能を有し、対象機器の構造や作業手順等をアニメーションで表現することで、ユーザが直感的に把握できるようにすることができるようになっている。
　下記の特許文献１には、仮想空間内でアニメーションを作成するアニメーション作成装置および方法が開示されており、例えば歯車等の複数の部品が連動したアニメーションの作成を行うことができるようになっている。具体的には、特許文献１に開示されているアニメーション作成装置は、仮想物体の基本形状タイプ属性のパラメータを設定するためのアニメーション基本形状設定手段と、仮想物体のスケール属性および座標値属性のパラメータを設定するための仮想物体形状設定手段と、仮想物体の変位属性のパラメータを設定し、各種動作を指示するためのアニメーション動作指示手段と、動作指示がされた仮想物体に接触し、連動する仮想物体を判定するとともに、接触物体属性および変位属性を設定するための仮想物体接触判定処理手段と、仮想物体毎に設定された変位属性に基づいて、仮想物体の所定時間後のアニメーション変化量を更新するアニメーション更新処理手段と、更新された座標値に基づいて、仮想物体の描画を行うためのアニメーション描画処理手段とを有し、複数の仮想物体間に動作が伝播するような複雑なアニメーション定義／設定を、簡単な操作にて行うことができるようになっている。
特開２０００－１８７７４１号公報
　しかしながら、特許文献１の開示技術によれば、複数のオブジェクトが仮想空間に配置された初期状態として、複数のオブジェクトを適切な位置に手動で配置する必要がある。初期状態でオブジェクトを適切な位置に配置することは容易ではなく、特許文献１の開示技術には、適切な位置に配置できない位置ずれが起こって所望のアニメーションを作成することができないという問題や、適切な位置に配置するまでに時間がかかるという問題等がある。
　また、特許文献１の開示技術によれば、アニメーション作成時に、Δｔ毎に接触判定を行って接触しているオブジェクトについて連動した動作を計算する必要がある。接触判定は複雑な計算処理を伴うものであり、特許文献１の開示技術には、複雑な計算処理を実行する接触判定機能を組み込む必要があるという問題、Δｔ毎に接触判定に係る計算を行うため計算処理の負荷が高くなり、計算時間が長くなるという問題等がある。
　本発明は、上記問題を解決するために、保守作業訓練システムで用いられる訓練コンテンツを作成する際に、複数のオブジェクトを所望の位置に配置できるようにするとともに、直感的に把握しやすい操作によって従来よりも短時間で効率良く訓練コンテンツを作成できるようにする訓練コンテンツ作成制御装置、訓練コンテンツ作成制御方法、および訓練コンテンツ作成制御プログラムを提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明の訓練コンテンツ作成制御装置は、（１）ディスプレイに表示された仮想空間内で対象機器の保守作業の訓練を行うための保守作業訓練システムで用いられる訓練コンテンツを作成する際の動作制御を行う訓練コンテンツ作成制御装置であって、
　前記対象機器の部品および前記部品の取り扱い時に使用する工具の３次元オブジェクトデータを格納する３ＤＣＧオブジェクトデータベースと、
　回転運動を行う部品および工具の前記３次元オブジェクトデータに対して、基準点および回転軸をあらかじめ設定するローカル座標系設定部と、
　前記３次元オブジェクトデータを前記仮想空間内に配置して、前記部品および前記工具を前記ディスプレイ上に表示する表示データ出力部と、
　前記基準点および前記回転軸がそれぞれ設定された前記部品および前記工具の組み合わせが選択された場合、選択された部品および工具のそれぞれの基準点を前記仮想空間内の同一位置座標に配置するとともに、選択された部品および工具のそれぞれの回転軸を一致させるように、前記部品および前記工具を前記ディスプレイ上に表示する表示位置変更部と、
　を有することを特徴とする。
　本発明の訓練コンテンツ作成制御装置によれば、部品および工具の３次元オブジェクトデータにローカル座標系を設定し、さらに、ローカル座標系の原点を基準点としてあらかじめ設定することで、部品と工具の位置を容易に一致させることができるようになる。さらに、ローカル座標系の１軸（例えばＹ軸）を回転軸としてあらかじめ設定することで、一体となって回転運動し得る部品と工具のそれぞれの回転軸を容易に一致させることができるようになる。その結果、本発明の訓練コンテンツ作成制御装置を含む訓練コンテンツ作成制御装置を用いて訓練コンテンツを作成する際、オペレータは、直感的に把握しやすい操作により、従来よりも短時間で効率良く訓練コンテンツを作成できるようになる。
　本発明の訓練コンテンツ作成制御装置において、（２）前記表示位置変更部は、選択された部品の前記仮想空間内の位置座標および回転軸を維持したまま、選択された工具の前記仮想空間内の位置座標および回転軸を、選択された部品の前記仮想空間内の位置座標および回転軸に一致させるようにしてもよい。この構成によれば、部品の表示位置を固定した状態で、部品に対して工具を適切な位置に配置できるようになる。これにより、訓練コンテンツにおいて、実際の使用感と同様に、部品に対して工具を移動させて位置合わせを行う動作が再現できるようになる。
　本発明の訓練コンテンツ作成制御装置は、（３）選択された工具の前記仮想空間内の位置座標および回転軸を、選択された部品の前記仮想空間内の位置座標および回転軸に一致させる際に前記部品に対して前記工具を移動させることで、前記部品に対する工具の移動を表すアニメーションを作成する移動アニメーション作成部を有してもよい。この構成によれば、実際の使用感と同様に、部品に対して工具を移動させて位置合わせを行う動作を再現したアニメーションを作成できるようになる。このアニメーションを訓練コンテンツとして使用することで、保守作業訓練システムのユーザは、仮想空間において部品および工具を実際に使用している感覚を体感できるようになる。
　本発明の訓練コンテンツ作成制御装置において、（４）前記３次元オブジェクトデータは、少なくとも部品と工具との識別が可能な属性情報を含んでもよい。この構成により、部品や工具等を含む仮想空間内のオブジェクトの属性を属性情報により識別できるようになり、適切な属性のオブジェクト同士を適切な位置に配置できるようになる。
　本発明の訓練コンテンツ作成制御装置は、（５）前記表示位置変更部により前記基準点および前記回転軸を一致させた部品および工具を前記仮想空間内の前記回転軸を中心として回転させて、前記部品および工具の回転運動を表すアニメーションを作成する回転アニメーション作成部を有してもよい。この構成により、実際の使用感と同様に、部品と工具とが一体となって回転する動作を再現したアニメーションを作成できるようになる。このアニメーションを訓練コンテンツとして使用することで、保守作業訓練システムのユーザは、部品および工具を実際に使用している感覚を体感できるようになる。
　上記目的を達成するため、本発明の訓練コンテンツ作成制御方法は、（６）ディスプレイに表示された仮想空間内で対象機器の保守作業の訓練を行うための保守作業訓練システムで用いられる訓練コンテンツを作成する際の動作制御を行う訓練コンテンツ作成制御方法であって、
　前記対象機器の部品および前記部品の取り扱い時に使用する工具の３次元オブジェクトデータを格納するオブジェクトデータ格納ステップと、
　回転運動を行う部品および工具の前記３次元オブジェクトデータに対して、基準点および回転軸をあらかじめ設定するローカル座標系設定ステップと、
　前記３次元オブジェクトデータを前記仮想空間内に配置して、前記部品および前記工具を前記ディスプレイ上に表示する表示データ出力ステップと、
　前記基準点および前記回転軸がそれぞれ設定された前記部品および前記工具の組み合わせが選択された場合、選択された部品および工具のそれぞれの基準点を前記仮想空間内の同一位置座標に配置するとともに、選択された部品および工具のそれぞれの回転軸を一致させるように、前記部品および前記工具を前記ディスプレイ上に表示する表示位置変更ステップと、
　を有することを特徴とする。
　本発明の訓練コンテンツ作成制御方法によれば、部品および工具の３次元オブジェクトデータにローカル座標系を設定し、さらに、ローカル座標系の原点を基準点としてあらかじめ設定することで、部品と工具の位置を容易に一致させることができるようになる。さらに、ローカル座標系の１軸（例えばＹ軸）を回転軸としてあらかじめ設定することで、一体となって回転運動し得る部品と工具のそれぞれの回転軸を容易に一致させることができるようになる。その結果、本発明の訓練コンテンツ作成制御装置を含む訓練コンテンツ作成制御装置を用いて訓練コンテンツを作成する際、オペレータは、直感的に把握しやすい操作により、従来よりも短時間で効率良く訓練コンテンツを作成することができるようになる。
　上記目的を達成するため、本発明の訓練コンテンツ作成制御プログラムは、（７）ディスプレイに表示された仮想空間内で対象機器の保守作業の訓練を行うための保守作業訓練システムで用いられる訓練コンテンツを作成する際の動作制御を行う訓練コンテンツ作成制御プログラムであって、
　前記対象機器の部品および前記部品の取り扱い時に使用する工具の３次元オブジェクトデータを格納するオブジェクトデータ格納機能と、
　回転運動を行う部品および工具の前記３次元オブジェクトデータに対して、基準点および回転軸をあらかじめ設定するローカル座標系設定機能と、
　前記３次元オブジェクトデータを前記仮想空間内に配置して、前記部品および前記工具を前記ディスプレイ上に表示する表示データ出力機能と、
　前記基準点および前記回転軸がそれぞれ設定された前記部品および前記工具の組み合わせが選択された場合、選択された部品および工具のそれぞれの基準点を前記仮想空間内の同一位置座標に配置するとともに、選択された部品および工具のそれぞれの回転軸を一致させるように、前記部品および前記工具を前記ディスプレイ上に表示する表示位置変更機能と、
　をコンピュータにより実現させることを特徴とする。
　本発明の訓練コンテンツ作成制御プログラムによれば、部品および工具の３次元オブジェクトデータにローカル座標系を設定し、さらに、ローカル座標系の原点を基準点としてあらかじめ設定することで、部品と工具の位置を容易に一致させることができるようになる。さらに、ローカル座標系の１軸（例えばＹ軸）を回転軸としてあらかじめ設定することで、一体となって回転運動し得る部品と工具のそれぞれの回転軸を容易に一致させることができるようになる。その結果、本発明の訓練コンテンツ作成制御装置を含む訓練コンテンツ作成制御装置を用いて訓練コンテンツを作成する際、オペレータは、直感的に把握しやすい操作により、従来よりも短時間で効率良く訓練コンテンツを作成することができるようになる。
　本発明によれば、保守作業訓練システムで用いられる訓練コンテンツを訓練コンテンツ作成装置により作成する際に、複数のオブジェクトを所望の位置に配置できるようになり、直感的に把握しやすい操作によって従来よりも短時間で効率良く訓練コンテンツを作成できるようになる。
本発明の実施の形態における訓練教材提示システムの一例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態における訓練教材作成・提供サーバの構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態における訓練コンテンツ作成制御装置の構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態における訓練コンテンツ作成制御装置を用いて、３ＤＣＧオブジェクトに基準点および回転軸を設定する動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態において、３ＤＣＧオブジェクトに設定されるローカル座標系の一例を示す図であり、工具であるドライバにローカル座標系が設定された状態を示す図である。 本発明の実施の形態において、３ＤＣＧオブジェクトに設定されるローカル座標系の一例を示す図であり、工具であるスパナにローカル座標系が設定された状態を示す図である。 本発明の実施の形態において、３ＤＣＧオブジェクトに設定されるローカル座標系の一例を示す図であり、部品であるナットにローカル座標系が設定された状態を示す図である。 本発明の実施の形態において、３ＤＣＧオブジェクトに設定されるローカル座標系の一例を示す図であり、部品であるネジにローカル座標系が設定された状態を示す図である。 本発明の実施の形態における訓練コンテンツ作成制御装置を用いた部品と工具との位置合わせの動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態において、位置調整前後のディスプレイ上の表示画面の一例を示す図である。 本発明の実施の形態において、表示メモリに展開されている３ＤＣＧオブジェクトデータのデータ構造例を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態における訓練コンテンツ作成制御装置を用いたアニメーション作成の動作の一例を示すフローチャートである。
　以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。
　図１は、本発明の実施の形態における訓練教材提示システムの構成の一例を示すブロック図である。図１に示す訓練教材提示システムは、訓練教材作成・提示サーバ１と訓練教材実行端末２とが、通信ネットワーク３を介して接続された構成を有している。
　訓練教材作成・提供サーバ１は、訓練コンテンツを含む訓練教材を作成する訓練コンテンツ作成装置としての機能と、訓練教材実行端末２において仮想空間内で保守作業の訓練が可能となるよう、作成した訓練教材を通信ネットワーク３を介して訓練教材実行端末２へ提供する訓練コンテンツ提供装置としての機能とを有している。訓練教材作成・提供サーバ１は、訓練教材を作成する機能として、例えば３ＤＣＧを含む訓練コンテンツを生成するオーサリング（Authoring）機能を有している。なお、本明細書では、訓練教材作成・提供サーバ１における訓練コンテンツの作成者をオペレータと呼ぶ。
　訓練教材実行端末２は、訓練者が操作する情報端末である。訓練者は、訓練教材作成・提供サーバ１から提供される訓練教材を、ディスプレイに表示された仮想空間内で確認しながら、表示された訓練教材を用いた対象機器の保守作業の訓練を行えるようになっている。なお、本明細書では、訓練教材実行端末２において保守作業の訓練を行う訓練者をユーザと呼ぶ。
　訓練教材作成・提供サーバ１および訓練教材実行端末２は、例えば、ＰＣ（パーソナル・コンピュータ）等の情報処理装置により構成される。特に、訓練教材実行端末２については、例えば、スマートフォンやタブレット等の携帯端末で構成されてもよい。
　通信ネットワーク３は、特に限定されるものではなく、訓練教材作成・提供サーバ１と訓練教材実行端末２とが相互に通信可能となる任意の通信媒体である。一例として、通信ネットワーク３は、ローカルエリアネットワークやインターネット等のグローバルネットワーク、近距離無線通信等であってもよい。訓練教材作成・提供サーバ１および訓練教材実行端末２は、通信ネットワーク３に有線または無線のどちらで接続してもよい。
　訓練教材作成・提供サーバ１は、訓練教材を作成および実行する機能を有している。一方、訓練教材実行端末２は、提供された訓練教材を再生する機能を有していればよい。例えば、汎用のブラウザ環境で再生可能となるよう訓練教材を作成することで、訓練教材実行端末２に特別なアプリケーションをインストールすることなく、ブラウザ上で再生された訓練教材を用いてユーザが保守作業の訓練を行えるようにしてもよい。
　図２は、本発明の実施の形態における訓練教材作成・提供サーバの構成の一例を示すブロック図である。図２には、図１に示す訓練教材作成・提供サーバ１の詳細な構成が図示されている。
　図２に示す訓練教材作成・提供サーバ１は、操作部１０、通信部２０、表示部３０、表示メモリ４０、制御部５０、電源供給部６０、メモリ７０、ストレージ８０を有しており、各部がバス９０により接続されている。
　操作部１０は、キーボードやマウス等の入力インタフェースである。訓練教材作成・提供サーバ１のオペレータは、操作部１０を用いて訓練教材作成・提供サーバ１の操作を行うことで、所望の動作の実行指示を訓練教材作成・提供サーバ１へ入力することができるようになっている。
　通信部２０は、通信ネットワーク３を介して訓練教材実行端末２との間で通信を行う機能を有している。
　表示部３０は、各種情報を視覚的に表示するディスプレイであり、例えばＬＣＤ（液晶ディスプレイ：Liquid Crystal Display）等により構成される。操作部１０および表示部３０は、一体となったタッチパネルにより構成されてもよい。
　表示メモリ４０は、表示部３０に表示する情報を一時的に格納するメモリである。表示メモリ４０は、例えば制御部５０の画像処理における作業領域や、表示部３０に出力されるデータのバッファとしての役割を有している。表示メモリ４０は、専用のＶＲＡＭにより構成されてもよく、メインメモリ（メモリ７０）と同じＲＡＭ（例えば、ＤＲＡＭやＳＲＡＭ）等により構成されてもよい。
　制御部５０は、訓練教材作成・提供サーバ１全体の制御を行うＣＰＵ（中央演算処理装置：Central Processing Unit）や、画像処理を行うＧＰＵ（グラフィックス処理装置：Graphics Processing Unit）により構成される。制御部５０は、後述するメモリ７０に格納および展開されている種々のプログラムを実行することで、プログラムに記述された様々な機能を実現することができる。
　電源供給部６０は、訓練教材作成・提供サーバ１の動作に必要な電源を供給する。
　メモリ７０は、例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含み、各種機能を実現するためのプログラムを格納および展開したり、各種情報を記憶したりする機能を有している。図２に示す一例では、メモリ７０は、本発明の実施の形態に係る機能を実現するためのプログラムとして、３ＤＣＧオブジェクト選択受付プログラム７１、３ＤＣＧオブジェクトローカル座標系設定プログラム７２、３ＤＣＧオブジェクト表示制御プログラム７３、アニメーション作成プログラム７７を記憶している。これらの各プログラムには、訓練教材作成・提供サーバ１で実行する処理があらかじめ記述されており、制御部５０が各プログラムをメモリ７０から読み出して実行することにより、訓練教材作成・提供サーバ１において所定の各機能が実現されるようになっている。
　ストレージ８０は、無給電状態においても記憶した情報を保持することができる補助記憶装置である。ストレージ８０は、特に限定されないが、例えば、ＳＳＤ（ソリッドステートドライブ：Solid State Drive）等のフラッシュメモリやＨＤＤ（ハードディスクドライブ：Hard Disk Drive）等の磁気記憶装置、光記憶装置、光磁気記憶装置等により構成される。図２に示す一例では、ストレージ８０は、本発明の実施の形態で用いられるデータを格納するデータベースとして、３ＤＣＧオブジェクトデータベース８１および属性データベース８２を記憶している。また、ストレージ８０は、訓練教材作成・提供サーバ１で作成された訓練コンテンツを格納する訓練コンテンツ格納部８３としての機能も有している。
　３ＤＣＧオブジェクトデータベース８１は、３ＤＣＧオブジェクトデータを格納するデータベースである。３ＤＣＧオブジェクトデータは、３ＤＣＧオブジェクトデータの作成者がＣＡＤ（コンピュータ支援設計：Computer Aided Design）等によってあらかじめ作成したデータであり、３次元の仮想空間内で３ＤＣＧオブジェクトの形状を表すデータである。
　本発明の実施の形態において、３ＤＣＧオブジェクトデータは、例えば、保守作業の対象機器を構成するパーツや取り付け部品、工具等のＣＡＤデータである。製品設計等で使用されるＣＡＤデータがある場合、このＣＡＤデータを利用可能な形式に変換することで使用可能である。
　取り付け部品とは、対象機器を構成するパーツを組み立てて固定する際に必要な部品であり、ネジ（例えば、プラスネジ、マイナスネジ、トルクス（登録商標）ネジ）、ナット、ボルト等を意味する。また、工具とは、取り付け部品を対象機器に取り付ける際または取り外す際に使用される道具であり、ドライバ、スパナ、レンチ等を意味する。本発明では、ネジ、ナット、ボルト等の部品や、これらの部品に対して使用されるドライバ、スパナ、レンチ等の工具が、所定の回転軸を中心とした回転運動を行うことに着目し、後述するようにローカル座標系を設定することで部品と工具との位置合わせやアニメーションの作成が容易に行えるようになる。
　また、属性データベース８２は、３ＤＣＧオブジェクトの属性情報を格納するデータベースである。属性データベース８２は、各３ＤＣＧオブジェクトの属性、すなわち各３ＤＣＧオブジェクトがパーツ、取り付け部品、工具のいずれの属性を有しているかを管理するデータベースである。各３ＤＣＧオブジェクトと属性情報との関連付けは、あらかじめオペレータによって登録される。ここでは、３ＤＣＧオブジェクトデータベース８１および属性データベース８２を別々のデータベースで表しているが、例えば３ＤＣＧオブジェクトデータベース８１において、各３ＤＣＧオブジェクトデータとともにその属性情報を格納することで、３ＤＣＧオブジェクトデータベース８１および属性データベース８２を統合してもよい。
　次に、訓練教材作成・提供サーバ１に含まれる訓練コンテンツ作成制御装置について説明する。図３は、本発明の実施の形態における訓練コンテンツ作成制御装置の構成の一例を示すブロック図である。図２に示す訓練教材作成・提供サーバ１は、訓練コンテンツ作成装置としての機能を有しており、図３には、訓練コンテンツ作成装置の一部を構成する訓練コンテンツ作成制御装置の詳細な構成が図示されている。
　図３に示す訓練コンテンツ作成制御装置１００は、操作部１０、表示部３０、表示メモリ４０、制御部５０、ストレージ８０を有している。これらの各部は、図２に示す訓練教材作成・提供サーバ１の操作部１０、表示部３０、表示メモリ４０、制御部５０、ストレージ８０にそれぞれ対応するものである。
　図３に示す制御部５０は、３ＤＣＧオブジェクト選択受付部５１、３ＤＣＧオブジェクトローカル座標系設定部５２、３ＤＣＧオブジェクト表示制御部５３、アニメーション作成部５７を有している。
　３ＤＣＧオブジェクト選択受付部５１は、制御部５０が３ＤＣＧオブジェクト選択受付プログラム７１を実行することで実現される機能部である。３ＤＣＧオブジェクト選択受付部５１は、操作部１０から入力された３ＤＣＧオブジェクトに係る様々な指示を受け、適切に処理できる機能部へその指示を供給できるようになっている。
　３ＤＣＧオブジェクトローカル座標系設定部５２は、制御部５０が３ＤＣＧオブジェクトローカル座標系設定プログラム７２を実行することで実現される機能部である。３ＤＣＧオブジェクトローカル座標系設定部５２は、選択された３Ｄオブジェクトに対するローカル座標系の設定情報に基づいて、当該選択された３ＤＣＧオブジェクトに対してローカル座標系の基準点および回転軸を設定する機能を有している。
　３ＤＣＧオブジェクト表示制御部５３は、制御部５０が３ＤＣＧオブジェクト表示制御プログラム７３を実行することで実現される機能部である。３ＤＣＧオブジェクト表示制御部５３は、３ＤＣＧオブジェクトデータベース８１に格納されている３ＤＣＧオブジェクトデータを読み出して表示コンテンツを作成し、表示部３０に表示する機能を有している。３ＤＣＧオブジェクト表示制御部５３は、３ＤＣＧオブジェクト属性確認部５４、３ＤＣＧオブジェクト表示位置変更部５５、３ＤＣＧオブジェクト表示データ出力部５６を有している。
　３ＤＣＧオブジェクト属性確認部５４は、オペレータによって選択された３ＤＣＧオブジェクトの属性を取得する機能を有している。３ＤＣＧオブジェクト表示位置変更部５５は、オペレータによって選択された３ＤＣＧオブジェクトの表示位置を変更する機能を有している。３ＤＣＧオブジェクト表示データ出力部５６は、表示メモリ４０と連携して３ＤＣＧオブジェクトやその他の表示情報を表示メモリ４０に書き込むことで、表示部３０を通じて視覚的な情報を出力する機能を有している。図３に示す３ＤＣＧオブジェクト（工具）座標データ格納部４１は表示部３０に表示されている３ＤＣＧオブジェクト（工具）のデータが表示メモリ４０に一時的に記憶されている状態を示し、３ＤＣＧオブジェクト（部品）座標データ格納部４２は表示部３０に表示されている３ＤＣＧオブジェクト（部品）のデータが表示メモリ４０に一時的に記憶されている状態を示している。
　アニメーション作成部５７は、制御部５０がアニメーション作成プログラム７７を実行することで実現される機能部である。アニメーション作成部５７は、３ＤＣＧオブジェクト表示制御部５３で作成された表示コンテンツを用いて、アニメーションを作成する機能を有している。一例として、アニメーション作成部５７は、３ＤＣＧオブジェクト表示制御部５３で作成された複数のキーフレームを取得し、これらのキーフレームを連続して再生するアニメーションを作成することができるようになっている。アニメーション作成部５７は、キーフレーム間の画像を補完する処理を行うことで、より滑らかな動きを再現するアニメーションを作成してもよい。また、回転数入力受付部５８は、アニメーション作成部５７で作成する際の３ＤＣＧオブジェクトの回転数について、操作部１０からの入力を受け付ける機能を有している。
　以下、図３に示す訓練コンテンツ作成制御装置１００の構成に基づいて、本発明の実施の形態における動作について説明する。
（ローカル座標系の設定）
　本発明の実施の形態では、３ＤＣＧオブジェクトローカル座標系設定部５２により、回転運動を行う部品および工具の３ＤＣＧオブジェクトデータに対して基準点および回転軸を定めたローカル座標系を設定する。図４は、本発明の実施の形態における訓練コンテンツ作成制御装置を用いて、３ＤＣＧオブジェクトに基準点および回転軸を設定する動作の一例を示すフローチャートである。
　図４において、まずオペレータは、操作部１０を用いて、ローカル座標系の設定対象である３ＤＣＧオブジェクトを選択する（ステップＳ１１）。３ＤＣＤオブジェクトの選択指示が３ＤＣＧオブジェクト選択受付部５１に入力されると、３ＤＣＧオブジェクト選択受付部５１は、その入力情報を３ＤＣＧオブジェクト表示制御部５３へ供給する。３ＤＣＧオブジェクト表示制御部５３は、選択された３ＤＣＧオブジェクトデータを３ＤＣＧオブジェクトデータベース８１から読み出し、表示部３０のディスプレイ上にその３ＤＣＧオブジェクトを表示する（ステップＳ１３）。
　次に、オペレータは、操作部１０を用いて、ディスプレイ上に表示されている３ＤＣＧオブジェクトに対してローカル座標系を設定する（ステップＳ１５）。このローカル座標系の設定は、一例として、ディスプレイ上に表示されている３ＤＣＧオブジェクトにローカル座標系の原点および３軸を重畳表示し、オペレータがディスプレイを確認しながら、ローカル座標系の位置および向きを所望の状態に合わせることで行われる。
　ローカル座標系は、３ＤＣＧオブジェクトが配置された仮想空間の座標系（グローバル座標系）から独立して、個々の３ＤＣＧオブジェクトに対して設定可能な座標系である。ローカル座標系は、例えば、原点ＯおよびＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸によって規定される。
　上述したように、３ＤＣＧオブジェクトはパーツや取り付け部品、工具等を含んでおり、このうち、ネジ、ナット、ボルト等の部品や、これらの部品に対して使用されるドライバ、スパナ、レンチ等の工具は、所定の回転軸を中心とした回転運動を行うものである。本発明は、このような３ＤＣＧオブジェクトが行う回転運動に合わせて、このローカル座標系の位置および向きを設定することを特徴とする。
　具体的には、３ＤＣＧオブジェクトが回転運動を行う部品である場合、部品の取り付けまたは取り外しを行う際に当接する工具との当接点を基準として原点Ｏを定め、回転運動を行う際の回転軸を所定の軸（例えばＹ軸）としたローカル座標系を設定する。３ＤＣＧオブジェクトが回転運動を行う工具である場合、部品の取り付けまたは取り外しを行う際に当接する部品との当接点を基準として原点Ｏを定め、回転運動を行う際の回転軸を所定の軸（以下、所定の軸をＹ軸として説明する）としたローカル座標系を設定する。
　図５Ａ～図５Ｄは、本発明の実施の形態において、３ＤＣＧオブジェクトに設定されるローカル座標系の一例を示す図である。図５Ａには、工具であるドライバにローカル座標系が設定された状態が図示されている。ドライバは、ネジの取り付けまたは取り外し時には、長手方向先端部がネジの頭部に差し込まれ、長手方向を回転軸として回転運動を行う。ドライバには、例えばネジとの当接点である長手方向先端部を原点Ｏとし、長手方向をＹ軸としたローカル座標系が設定される。
　図５Ｂには、工具であるスパナにローカル座標系が設定された状態が図示されている。スパナは、ボルトやナットの取り付けまたは取り外し時には、開口部がボルトやナットの頭部に横から差し込まれ、ボルトやナットの頭部に対して略垂直方向を回転軸として回転運動を行う。スパナには、例えばボルトやナットとの当接点である開口部の中心を原点Ｏとし、ボルトやナットの頭部に対して略垂直方向をＹ軸としたローカル座標系が設定される。
　図５Ｃには、部品であるナットにローカル座標系が設定された状態が図示されている。ナットは、取り付けまたは取り外し時にはその側面がスパナやレンチの開口部で囲まれ、ナット内部の貫通孔方向を回転軸として回転運動を行う。ナットには、例えばナット内部の貫通孔の中心を原点Ｏとし、ナット内部の貫通孔方向をＹ軸としたローカル座標系が設定される。
　図５Ｄには、部品であるネジにローカル座標系が設定された状態が図示されている。ネジは、取り付けまたは取り外し時にはその頭部がドライバの先端部と当接し、頭部に略垂直方向を回転軸として回転運動を行う。ネジには、例えばネジの頭部を原点Ｏとし、ネジの頭部に対して略垂直方向をＹ軸としたローカル座標系が設定される。
　なお、回転軸と一致させるローカル座標系の一軸（例えばＹ軸）の方向は、工具および部品の組み合わせに応じて適宜設定されることが望ましい。例えば、図５Ａに示すドライバは、ドライバの先端側から基端側に向けてＹ軸正方向が設定されており、このドライバを用いて取り付けまたは取り外しを行うネジ（例えば、図５Ｄに示すネジ）は、ネジの頭部から上方に向けてＹ軸正方向が設定されている。後述する工具と部品の位置合わせでは、ドライバの基準点とネジの基準点を一致させるとともに、ドライバのＹ軸とネジのＹ軸とが同一方向となるように一致させることで、ドライバの先端部がネジの頭部に垂直に差し込まれた状態が実現される。
　３ＤＣＧオブジェクトに対してローカル座標系が設定されると、３ＤＣＧオブジェクトローカル座標系設定部５２は、設定されたローカル座標系の情報を３ＤＣＧオブジェクトと関連付けて、３ＤＣＧオブジェクトデータベース８１に格納する（ステップＳ１７）。
　なお、ここでは、３ＤＣＧオブジェクトをディスプレイ上に表示させた状態で、オペレータが、ディスプレイに表示された３ＤＣＧオブジェクトを見ながらインタラクティブにローカル座標系を設定する場合を一例に挙げて説明したが、ディスプレイ上に３ＤＣＧオブジェクトを表示することなく、オペレータが３ＤＣＧオブジェクトデータベースに直接書き込むことでローカル座標系を設定してもよい。すなわち、３ＤＣＧオブジェクトに対するローカル座標系の設定はどのような方法で行われてもよく、最終的に、部品であれば工具との当接点、工具であれば部品との当接点を基準として原点Ｏを定め、回転運動を行う際の回転軸をＹ軸とするローカル座標系が設定されればよい。
（部品と工具との位置合わせ）
　本発明の実施の形態では、上述したようにローカル座標系を設定することで、ローカル座標系の原点Ｏを基準点として使用し、ローカル座標系のＹ軸を回転軸として使用することで、部品と工具との位置合わせを適切に行うことができるようになる。図６は、本発明の実施の形態における訓練コンテンツ作成制御装置を用いた部品と工具との位置合わせの動作の一例を示すフローチャートである。
　ここでは、図６に示す動作を説明するために、図７を参照する。図７の上部（位置調整前）に示すように、フィットネスバイクの右側カバーを取り付けているネジと、その部品を取り外すための工具であるドライバとが、ディスプレイ上に表示されている状態を初期状態として説明する。
　図７の上部に示すように対象機器がディスプレイ上の仮想空間内に配置されている場合、３ＤＣＧオブジェクト（工具）座標データ格納部４１および３ＤＣＧオブジェクト（部品）座標データ格納部４２を含む表示メモリ４０には、仮想空間内に配置されている３ＤＣＧオブジェクトに関するデータが展開されている。図８に、表示メモリ４０に展開されている３ＤＣＧオブジェクトデータのデータ構造例を模式的に示す。
　図８には、仮想空間内に配置されている各３ＤＣＧオブジェクトに関連して、各３ＤＣＧオブジェクトの名前（Ｆｉｌｅ　ｎａｍｅ）、属性（Ａｔｔｒｉｂｕｔｅ）、各３ＤＣＧオブジェクトの位置（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ／Ｏｒｉｇｉｎ）、各３ＤＣＧオブジェクトの向き（Ｒｏｔａｔｉｏｎ）、拡大率（Ｓｃａｌｅ）が示されている。本発明では、３ＤＣＧオブジェクトデータは、位置や向き等の座標情報に加えて、あらかじめオペレータによって関連付けられた属性情報を有している。
　図８のデータ構造例において、各３ＤＣＧオブジェクトの名前（Ｆｉｌｅ　ｎａｍｅ）は、例えば「ネジ」、「ドライバ」等のように、形状や特徴を識別する情報である。属性（Ａｔｔｒｉｂｕｔｅ）は、その３ＤＣＧオブジェクトが部品（取り付け部品）、工具、パーツ等の機能を識別する情報である。位置（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ／Ｏｒｉｇｉｎ）は、各３ＤＣＧオブジェクトに設定されたローカル座標系の原点Ｏが仮想空間の座標系（グローバル座標系）のどの位置に配置されているかを示す情報である。向き（Ｒｏｔａｔｉｏｎ）は、グローバル座標系の３軸に対するローカル座標系の３軸のずれ（回転角度）を示す情報である。拡大率（Ｓｃａｌｅ）は、各３ＤＣＧオブジェクトのディスプレイ上における表示拡大率である。
　なお、対象機器の各パーツは実際のパーツと同じ比率で３ＤＣＧオブジェクトデータ化する一方、ネジ等の取り付け部品については、デフォルメして実際よりも１０倍程度拡大してもよい。取り付け部品は元々サイズが小さいものが多く、パーツよりも拡大率を上げて表示することで、対象部品の交換や修理に係る保守作業の訓練においてユーザが取り付け部品を確実に確認できるようになる。
　図７の上部（位置調整前）に示す状態では、ドライバとネジは離れた位置に配置されている。例えばドライバでネジを取り外すアニメーションを作成するためには、ドライバの先端部がネジの頭部に対して垂直に差し込まれた位置となるようにドライバを移動する必要がある。
　図６において、まずオペレータは、操作部１０を用いて、ドライバ（工具）およびネジ（部品）を選択する（ステップＳ２１）。この選択は、例えば、ディスプレイ上に表示されているドライバおよびネジをマウスによりクリックすることで行われる。ドライバおよびネジの選択指示が３ＤＣＧオブジェクト選択受付部５１に入力されると、３ＤＣＧオブジェクト選択受付部５１は、その入力情報を３ＤＣＧオブジェクト表示制御部５３へ供給する。３ＤＣＧオブジェクト表示制御部５３は、表示メモリ４０に展開されているデータの中から、選択されたドライバおよびネジのデータを特定する（ステップＳ２３）。
　次にオペレータは、操作部１０を用いて、位置合わせ実行指示を入力する（ステップＳ２５）。この実行指示は、例えば、ディスプレイ上に表示された所定の実行指示ボタン（図７には不図示）をマウスによりクリックすることで行われる。３ＤＣＧオブジェクト選択受付部５１はこの実行指示を受けると、実行指示を３ＤＣＧオブジェクト表示制御部５３へ供給する。３ＤＣＧオブジェクト表示制御部５３は実行指示に応答して、３ＤＣＧオブジェクト属性確認部５４において、ステップＳ２３で特定したドライバおよびネジのそれぞれの属性情報を確認する。
　そして、属性が工具であるドライバを移動対象として、属性が部品であるネジを移動先として設定し、３ＤＣＧオブジェクト表示位置変更部５５は、ドライバの基準点（ドライバのローカル座標系の原点）をネジの基準点（ネジのローカル座標系の原点）で上書きする（ステップＳ２７）。さらに、３ＤＣＧオブジェクト表示位置変更部５５は、ドライバの回転軸（ドライバのローカル座標系のＹ軸）を、ネジの回転軸（ネジのローカル座標系のＹ軸）と一致するように変更し（ステップＳ２８）、変更後の状態をディスプレイ上に表示する（ステップＳ２９）。この一連の動作によって、図７の下部（位置調整後）に示すように、ドライバは移動して、その先端部がネジの頭部に対して垂直に差し込まれた位置に配置される。
　なお、ステップＳ２８において、ドライバのローカル座標系のＹ軸とネジのローカル座標系のＹ軸とを一致させる際には、Ｙ軸同士が同一方向を向くように配置される。図７に示すドライバは、ドライバの基端側から先端側に向かってＹ軸正方向が設定されており、図７に示すネジは、ネジの頭部から下方に向けてＹ軸正方向が設定されている。これにより、ドライバの基準点とネジの基準点を一致させるとともに、ドライバのＹ軸とネジのＹ軸とが同一方向となるように一致させることで、ドライバの先端部がネジの頭部に垂直に差し込まれた状態が実現される。
　以上のように本発明の実施の形態では、あらかじめ部品および工具に対して、適切な位置に基準点（原点Ｏ）を定めるとともに、回転軸をＹ軸と一致させたローカル座標系を設定したことで、部品および工具の基準点および回転軸を一致させる処理によって、部品および工具の位置合わせが瞬時に完了できるようになる。
　なお、３ＤＣＧオブジェクトには、工具、取り付け部品、パーツの３種類が存在するため、移動対象と移動先の組み合わせは３×３＝９通りある。しかし、この組み合わせを多くしておくと、オペレータが３ＤＣＧに不慣れな場合、混乱を招く懸念がある。そこで、固定された部品に対して工具を当接させる実際の使用例に近い組み合わせ、すなわち移動対象を工具、移動先を取り付け部品に限定するようにしてもよい。
　また、上記の動作例では、３ＤＣＧオブジェクト属性確認部５４が選択された３ＤＣＧオブジェクトの属性情報を確認して工具および部品を識別することで、移動対象のドライバと移動先のネジを判別できるようにしているが、例えば、オペレータに移動対象および移動先の順に選択させることで、属性情報を参照せずに移動対象および移動先を決定してもよい。
　また、ドライバが移動した後の状態をディスプレイ上に表示することに加えて、さらに、アニメーション作成部５７が、ドライバの移動前後の状態（すなわち、図７の上部に示す位置調整前の状態と、図７の下部に示す位置調整後の状態）を補完する画像を作成してもよい。アニメーション作成部５７は、作成した補完画像を用いて、移動前の状態から移動後の状態にドライバが移動する様子を表現した移動アニメーションを作成でき、訓練コンテンツとして使用するアニメーションとして訓練コンテンツ格納部８３に格納してもよい。
（位置合わせ後のアニメーション作成）
　本発明の実施の形態では、上述したように、基準点および回転軸を一致させることで、部品と工具との位置合わせを適切かつ瞬時に行うことができる。さらに、位置合わせにおいて部品と工具の回転軸が一致していることから、部品および工具が回転する回転アニメーションの作成も容易となる。図９は、本発明の実施の形態における訓練コンテンツ作成制御装置を用いたアニメーション作成の動作の一例を示すフローチャートである。
　ここでは、上述した位置合わせをあらかじめ行い、ドライバ（工具）およびネジ（部品）の基準点および回転軸が一致した状態（例えば、図７の下部に示す状態）で、アニメーションの作成を行う場合について説明する。
　図９において、まずオペレータは、操作部１０を用いて、基準点および回転軸が一致したドライバ（工具）およびネジ（部品）を選択する（ステップＳ３１）。この選択は、例えば、ディスプレイ上に表示されているドライバおよびネジをマウスによりクリックすることで行われる。
　次にオペレータは、操作部１０を用いて、アニメーションにおける回転数を入力する（ステップＳ３３）。この回転数は、１回転を３６０°とした場合の回転数である。３ＤＣＧオブジェクト選択受付部５１は、入力された回転数に係る情報を３ＤＣＧオブジェクト表示制御部５３へ供給する。例えばオペレータが回転数として「２」を入力した場合には、３ＤＣＧオブジェクト表示制御部５３において、２回転＝７２０°が設定される。
　続いてオペレータは、操作部１０を用いて、アニメーション作成指示を入力する（ステップＳ３５）。この作成指示は、例えば、ディスプレイ上に表示された所定の実行指示ボタン（図７には不図示）をマウスによりクリックすることで行われる。３ＤＣＧオブジェクト選択受付部５１はこの作成指示を受けると、作成指示を３ＤＣＧオブジェクト表示制御部５３へ供給する。３ＤＣＧオブジェクト表示制御部５３は作成指示に応答して、３ＤＣＧオブジェクト位置変更部５５により、ステップＳ３１で選択されたドライバおよびネジを回転させて、所定の角度毎にキーフレームを生成する（ステップＳ３５）。
　ドライバおよびネジが回転する際の位置座標の計算方法は、特に限定されるものではないが、上述した位置合わせによりドライバおよびネジの回転軸が同一となっていることから、例えば、ドライバおよびネジが一体化した回転の計算にクォータニオンを使用することが有効である。クォータニオンは、回転角度θと回転軸の方向ｒが既知であれば、角度θだけ回転した後の位置座標を解析的に求めることができる既存技術である。ドライバおよびネジの回転軸は同一となっていることから、ドライバおよびネジを同一の回転体として捉えて、同一の式によって計算を行うことが可能である。
　クォータニオンの回転角度θは、キーフレームを生成する所定の角度に対応しており、例えば２０°等の値にあらかじめ設定される。キーフレームの枚数は、この所定の角度とオペレータによって入力された回転数とにより決定され、例えば、オペレータが２回転＝７２０°を入力し、キーフレームを生成する所定の角度が２０°の場合には、０°～７２０°まで２０°刻みで合計３７枚のキーフレームが生成される。
　３ＤＣＧオブジェクト表示制御部５３で作成されたキーフレームはアニメーション作成部５７へ出力され、アニメーション作成部５７は複数のキーフレームを連続して再生するアニメーションを作成して、訓練コンテンツとして訓練コンテンツ格納部８３へ格納する（ステップＳ３７）。このアニメーションは、ドライバおよびネジが一体となって回転軸を中心として回転する様子を再現した回転アニメーションである。ドライバの先端部がネジの頭部に挿入されて回転するアニメーションは、ドライバを使用してネジを取り外す動きを的確に表しており、このアニメーションを訓練コンテンツとして使用することで、保守作業訓練システムのユーザは、部品および工具を実際に使用している感覚を体感できるようになる。
　次に、本発明の作用・効果について説明する。
　上述したように、本発明の実施の形態における訓練コンテンツ作成制御装置１００は、３ＤＣＧオブジェクトローカル座標系設定部５２により、回転運動を行う部品および工具の３次元オブジェクトデータに対して基準点および回転軸をあらかじめ設定しておき、部品および工具の組み合わせが選択された場合には、３ＤＣＧオブジェクト表示位置変更部５５により、選択された部品および工具のそれぞれの基準点を前記仮想空間内の同一位置座標に配置するとともに、選択された部品および工具のそれぞれの回転軸を一致させるように部品および工具をディスプレイ上に表示するように構成されている。
　この構成により、部品および工具の位置合わせを適切かつ容易に行うことができ、さらに、回転体である部品および工具のそれぞれの回転軸の位置合わせも適切かつ容易に行うことができるようになる。その結果、保守作業訓練システムで用いられる訓練コンテンツを作成する際に、部品および工具が一体化した回転を表すアニメーションの作成に適した所望の位置に部品および工具を配置できるようになり、部品および工具の選択等の簡単な操作によって従来よりも短時間で効率良く訓練コンテンツで用いられるアニメーションを作成できるようになる。
　また、本発明の実施の形態における訓練コンテンツ作成制御装置１００では、表示位置変更部５５が、選択された部品の仮想空間内の位置座標および回転軸を維持したまま、選択された工具の仮想空間内の位置座標および回転軸を、選択された部品の仮想空間内の位置座標および回転軸に一致させるように構成されていてもよい。
　この構成により、部品の表示位置を固定した状態で、部品に対して工具を適切な位置に配置できるようになる。その結果、訓練コンテンツにおいて、実際の使用感と同様に、部品に対して工具を移動させて位置合わせを行う動作が再現できるようになる。
　また、本発明の実施の形態における訓練コンテンツ作成制御装置１００において、アニメーション作成部５７が、選択された工具の仮想空間内の位置座標および回転軸を、選択された部品の仮想空間内の位置座標および回転軸に一致させる際に部品に対して工具を移動させることで、部品に対する工具の移動を表すアニメーションを作成するように構成されていてもよい。さらには、アニメーション作成部５７が、工具の移動前後の画像をキーフレームとして、キーフレーム間の補完処理を行うことで、部品および工具の移動を表すアニメーションを作成するように構成されていてもよい。
　この構成により、実際の使用感と同様に、部品に対して工具を移動させて位置合わせを行う動作を再現したアニメーションを作成できるようになる。このアニメーションを訓練コンテンツとして使用することで、保守作業訓練システムのユーザは、部品および工具を実際に使用している感覚を体感できるようになる。
　また、本発明の実施の形態における訓練コンテンツ作成制御装置１００において、３次元オブジェクトデータは、少なくとも部品と工具との識別が可能な属性情報を含んでいてもよい。
　この構成により、部品や工具等を含む仮想空間内のオブジェクトの属性を属性情報により識別できるようになり、例えば部品および工具の組み合わせ等のように、適切な属性のオブジェクト同士を適切な位置に配置できるようになる。
　また、本発明の実施の形態における訓練コンテンツ作成制御装置１００に３ＤＣＧオブジェクト選択受付部５１を設けて、オペレータによる部品および工具の組み合わせの選択入力を受け付けるようにしてもよい。
　この構成により、オペレータが、部品と工具との組み合わせを選択できるようになり、オペレータにより選択された部品と工具との所望の組み合わせに関して、適切な位置への配置および回転軸の一致に係る処理を行うことができるようになる。
　また、本発明の実施の形態における訓練コンテンツ作成制御装置１００において、表示位置変更部５５により基準点および回転軸を一致させた部品および工具を仮想空間内の回転軸を中心として回転させることで、アニメーション作成部５７が、部品および工具の回転運動を表すアニメーションを作成するように構成されていてもよい。
　この構成により、実際の使用感と同様に、部品と工具とが一体となって回転する動作を再現したアニメーションを作成できるようになる。このアニメーションを訓練コンテンツとして使用することで、保守作業訓練システムのユーザは、部品および工具を実際に使用している感覚を体感できるようになる。
　また、本発明の実施の形態における訓練コンテンツ作成制御装置１００において、アニメーション作成部５７が、部品および工具を仮想空間内の回転軸を中心として所定の角度ずつ回転させた状態を描画するキーフレームを所定の角度毎に作成するように構成されていてもよい。さらには、アニメーション作成部５７が、所定の角度毎に作成された複数のキーフレーム間の補完処理を行うことで、部品および工具の回転運動を表すアニメーションを作成するように構成されていてもよい。
　この構成により、部品および工具を回転軸周りに所定の角度ずつ回転させるだけでキーフレームを容易に作成できるようになり、キーフレーム間の補完処理を行うことで、部品と工具とが一体となって回転する動作を再現したアニメーションを容易かつ短時間で作成できるようになる。
　また、本発明は、上述した訓練コンテンツ作成制御装置における各処理を実行する訓練コンテンツ作成制御方法や、訓練コンテンツ作成制御方法をプログラム命令として記述し、訓練コンテンツ作成制御装置により実行可能とした訓練コンテンツ作成制御プログラムを提供することができる。
　以上説明したように、本発明は、保守作業訓練システムで用いられる訓練コンテンツを訓練コンテンツ作成装置により作成する際に、複数のオブジェクトを所望の位置に配置できるようになるという効果、直感的に把握しやすい操作によって従来よりも短時間で効率良く訓練コンテンツを作成できるようになるという効果を有し、ディスプレイに表示された仮想空間内で対象機器の保守作業の訓練を行うための保守作業訓練システムで用いられる訓練コンテンツを作成する技術全般に有用である。
　なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種々の変形例および設計変更等をその技術的範囲に包含するものである。
　１　訓練教材作成・提供サーバ
　２　訓練教材実行端末
　３　通信ネットワーク
　１０　操作部
　２０　通信部
　３０　表示部
　４０　表示メモリ
　４１　３ＤＣＧオブジェクト（工具）座標データ格納部
　４２　３ＤＣＧオブジェクト（部品）座標データ格納部
　５０　制御部
　５１　３ＤＣＧオブジェクト選択受付部
　５２　３ＤＣＧオブジェクトローカル座標系設定部（ローカル座標系設定部）
　５３　３ＤＣＧオブジェクト表示制御部
　５４　３ＤＣＧオブジェクト属性確認部
　５５　３ＤＣＧオブジェクト表示位置変更部（表示位置変更部）
　５６　３ＤＣＧオブジェクト表示データ出力部（表示データ出力部）
　５７　アニメーション作成部（移動アニメーション作成部、回転アニメーション作成部）
　５８　回転数入力受付部
　６０　電源供給部
　７０　メモリ
　７１　３ＤＣＧオブジェクト選択受付プログラム
　７２　３ＤＣＧオブジェクトローカル座標系設定プログラム
　７３　３ＤＣＧオブジェクト表示制御プログラム
　７７　アニメーション作成プログラム
　８０　ストレージ
　８１　３ＤＣＧオブジェクトデータベース
　８２　属性データベース
　８３　訓練コンテンツ格納部
　９０　バス
　１００　訓練コンテンツ作成制御装置
 

Claims (7)

  1. 　ディスプレイに表示された仮想空間内で対象機器の保守作業の訓練を行うための保守作業訓練システムで用いられる訓練コンテンツを作成する際の動作制御を行う訓練コンテンツ作成制御装置であって、
    　前記対象機器の部品および前記部品の取り扱い時に使用する工具の３次元オブジェクトデータを格納する３ＤＣＧオブジェクトデータベースと、
    　回転運動を行う部品および工具の前記３次元オブジェクトデータに対して、基準点および回転軸をあらかじめ設定するローカル座標系設定部と、
    　前記３次元オブジェクトデータを前記仮想空間内に配置して、前記部品および前記工具を前記ディスプレイ上に表示する表示データ出力部と、
    　前記基準点および前記回転軸がそれぞれ設定された前記部品および前記工具の組み合わせが選択された場合、選択された部品および工具のそれぞれの基準点を前記仮想空間内の同一位置座標に配置するとともに、選択された部品および工具のそれぞれの回転軸を一致させるように、前記部品および前記工具を前記ディスプレイ上に表示する表示位置変更部と、
    　を有することを特徴とする訓練コンテンツ作成制御装置。
  2. 　前記表示位置変更部は、選択された部品の前記仮想空間内の位置座標および回転軸を維持したまま、選択された工具の前記仮想空間内の位置座標および回転軸を、選択された部品の前記仮想空間内の位置座標および回転軸に一致させることを特徴とする請求項１に記載の訓練コンテンツ作成制御装置。
  3. 　選択された工具の前記仮想空間内の位置座標および回転軸を、選択された部品の前記仮想空間内の位置座標および回転軸に一致させる際に前記部品に対して前記工具を移動させることで、前記部品に対する工具の移動を表すアニメーションを作成する移動アニメーション作成部を有することを特徴とする請求項２に記載の訓練コンテンツ作成制御装置。
  4. 　前記３次元オブジェクトデータは、少なくとも部品と工具との識別が可能な属性情報を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の訓練コンテンツ作成制御装置。
  5. 　前記表示位置変更部により前記基準点および前記回転軸を一致させた部品および工具を前記仮想空間内の前記回転軸を中心として回転させて、前記部品および工具の回転運動を表すアニメーションを作成する回転アニメーション作成部を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の訓練コンテンツ作成制御装置。
  6. 　ディスプレイに表示された仮想空間内で対象機器の保守作業の訓練を行うための保守作業訓練システムで用いられる訓練コンテンツを作成する際の動作制御を行う訓練コンテンツ作成制御方法であって、
    　前記対象機器の部品および前記部品の取り扱い時に使用する工具の３次元オブジェクトデータを格納するオブジェクトデータ格納ステップと、
    　回転運動を行う部品および工具の前記３次元オブジェクトデータに対して、基準点および回転軸をあらかじめ設定するローカル座標系設定ステップと、
    　前記３次元オブジェクトデータを前記仮想空間内に配置して、前記部品および前記工具を前記ディスプレイ上に表示する表示データ出力ステップと、
    　前記基準点および前記回転軸がそれぞれ設定された前記部品および前記工具の組み合わせが選択された場合、選択された部品および工具のそれぞれの基準点を前記仮想空間内の同一位置座標に配置するとともに、選択された部品および工具のそれぞれの回転軸を一致させるように、前記部品および前記工具を前記ディスプレイ上に表示する表示位置変更ステップと、
    　を有することを特徴とする訓練コンテンツ作成制御方法。
  7. 　ディスプレイに表示された仮想空間内で対象機器の保守作業の訓練を行うための保守作業訓練システムで用いられる訓練コンテンツを作成する際の動作制御を行う訓練コンテンツ作成制御プログラムであって、
    　前記対象機器の部品および前記部品の取り扱い時に使用する工具の３次元オブジェクトデータを格納するオブジェクトデータ格納機能と、
    　回転運動を行う部品および工具の前記３次元オブジェクトデータに対して、基準点および回転軸をあらかじめ設定するローカル座標系設定機能と、
    　前記３次元オブジェクトデータを前記仮想空間内に配置して、前記部品および前記工具を前記ディスプレイ上に表示する表示データ出力機能と、
    　前記基準点および前記回転軸がそれぞれ設定された前記部品および前記工具の組み合わせが選択された場合、選択された部品および工具のそれぞれの基準点を前記仮想空間内の同一位置座標に配置するとともに、選択された部品および工具のそれぞれの回転軸を一致させるように、前記部品および前記工具を前記ディスプレイ上に表示する表示位置変更機能と、
    　をコンピュータにより実現させることを特徴とする訓練コンテンツ作成制御プログラム。
     
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