JP7442778B2 - Haptic presentation system, tactile presentation device, controller, and method for presenting tactile sensations in a virtual world to a user in the real world - Google Patents
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Description
特許法第30条第2項適用 公開の事実1:平成31年2月8日、立命館大学大学院2018年度メディア情報学科系 修士論文公聴会 公開の事実2-1:平成31年2月27日、http://www.interaction-ipsj.org/proceedings/2019/data/interactive.html http://www.interaction-ipsj.org/proceedings/2019/data/pdf/1B-48.pdf http://www.interaction-ipsj.org/proceedings/2019/data/bib/1B-48.html (情報処理学会インタラクション2019論文集) 公開の事実2-2:平成31年3月6日、情報処理学会インタラクション2019 公開の事実3-1:平成31年3月23日、IEEE VR 2019 On-Site Temporally Proceedings 公開の事実3-2:平成31年3月25日-27日、IEEE VR 2019: the 26th IEEE Conference on Virtual Reality and 3D User InterfacesApplication of
本開示は、触覚提示システム、触覚提示装置、コントローラ、及び仮想世界における触覚を実世界においてユーザに提示する方法に関する。 The present disclosure relates to a tactile presentation system, a tactile presentation device, a controller, and a method for presenting a tactile sensation in a virtual world to a user in the real world.
触覚の提示は、例えば特許文献1に示すように、実世界において位置固定的に設置された装置によって行われる場合がある。また、触覚の提示は、例えば特許文献2に示すように、実世界においてユーザによって保持されて位置移動自在である装置によって行われる場合もある。 As shown in Patent Document 1, for example, a tactile sensation may be presented by a device installed in a fixed position in the real world. Furthermore, as shown in Patent Document 2, for example, the tactile sensation may be presented by a device that is held by a user and is movable in the real world.
前者の装置は、位置固定的に設置されているため仮想物体への接触感を提示するのが容易である一方、位置固定的に設置されているためユーザの動きが制約される。後者の装置は、ユーザによって保持されるためユーザの動きの制約が前者の装置に比べて少ない一方、仮想物体への接触感を、実物体からの反力によって提示することが困難である。 The former device is installed in a fixed position, so it is easy to present a feeling of contact with a virtual object, but the former device is installed in a fixed position, so the movement of the user is restricted. The latter device is held by the user, so there are fewer restrictions on the user's movement than the former device, but it is difficult to present the feeling of contact with the virtual object by the reaction force from the real object.
ユーザの動きの制約を少なくしつつも、仮想物体への接触感を、実物体からの反力を利用して提示することが望まれる。 It is desirable to present the sensation of contact with a virtual object by using the reaction force from the real object while reducing restrictions on the user's movement.
本開示のある側面は、触覚提示システムである。実施形態に係る触覚提示システムは、ユーザによって保持される本体部、及び、前記本体部に対する相対位置が変更自在になるように前記本体部に設けられた接触子を有する触覚提示装置と、仮想世界において第1仮想物体への接触が生じると前記接触子が実物体に接触するように前記本体部に対する前記接触子の相対位置を変化させるコントローラと、を備える。 One aspect of the present disclosure is a tactile presentation system. A tactile presentation system according to an embodiment includes a tactile presentation device having a main body held by a user, a contact provided on the main body so that a relative position with respect to the main body can be changed, and a virtual world. a controller that changes the relative position of the contact with respect to the main body so that when contact with the first virtual object occurs, the contact comes into contact with the real object.
本開示の他の側面は、前記コントローラによって制御される触覚提示装置である。本開示の更に他の側面は、前記触覚提示装置を制御するコントローラである。本開示の更に他の側面は、仮想世界における触覚を実世界においてユーザに提示する方法である。 Another aspect of the present disclosure is a tactile presentation device controlled by the controller. Yet another aspect of the present disclosure is a controller that controls the tactile presentation device. Yet another aspect of the present disclosure is a method of presenting tactile sensations in a virtual world to a user in the real world.
更なる詳細は、後述の実施形態として説明される。 Further details are described in the embodiments below.
<1.触覚提示システム、触覚提示装置、コントローラ、及び仮想世界における触覚を実世界においてユーザに提示する方法の概要> <1. Overview of tactile presentation system, tactile presentation device, controller, and method for presenting tactile sensations in the virtual world to users in the real world>
(1)実施形態に係る触覚提示システムは、ユーザによって保持される本体部、及び、前記本体部に対する相対位置が変更自在になるように前記本体部に設けられた接触子を有する触覚提示装置を備える。ユーザによる保持は、例えば、ユーザの手による把持である。実施形態に係る触覚提示システムは、仮想世界において第1仮想物体への接触が生じると前記接触子が実物体に接触するように前記本体部に対する前記接触子の相対位置を変化させるコントローラを備える。接触子が実物体に接触することにより、ユーザは、実物体からの反力を知覚することができる。接触子は、本体部に対する相対位置を変化させることができるため、接触子が接触する実物体は、本体部に非連結でもよい。反力を生じさせる実物体と本体部とが非連結であることにより、ユーザの動きの制約は少なくなる。 (1) A tactile presentation system according to an embodiment includes a tactile presentation device having a main body held by a user and a contact provided on the main body so that the relative position with respect to the main body can be changed. Be prepared. The holding by the user is, for example, grasping by the user's hand. The tactile presentation system according to the embodiment includes a controller that changes the relative position of the contact with respect to the main body so that when contact with a first virtual object occurs in the virtual world, the contact comes into contact with a real object. When the contactor contacts the real object, the user can perceive a reaction force from the real object. Since the contact can change its relative position with respect to the main body, the real object that the contact comes into contact with may not be connected to the main body. Since the real object that generates the reaction force and the main body are not connected, there are fewer restrictions on the user's movement.
(2)前記コントローラは、前記実物体において前記接触子が接触する被接触面の向きを制御するよう構成されているのが好ましい。 (2) Preferably, the controller is configured to control the direction of a contacted surface of the real object that the contactor contacts.
(3)前記被接触面の向きを制御することは、前記接触子と前記実物体との接触角の調整のためであるのが好ましい。 (3) Preferably, controlling the direction of the contacted surface is for adjusting the contact angle between the contactor and the real object.
(4)前記被接触面の向きを制御することは、変形可能に構成された前記実物体の変形制御を含むことができる。 (4) Controlling the orientation of the contacted surface may include controlling the deformation of the real object that is configured to be deformable.
(5)前記触覚提示装置は、前記第1仮想物体の硬軟感を前記ユーザに提示する硬軟感提示部を更に備えることができる。 (5) The tactile presentation device may further include a hardness/softness presentation unit that presents the user with a hardness/softness sensation of the first virtual object.
(6)前記触覚提示装置は、前記第1仮想物体の表面粗さを前記ユーザに提示する粗さ提示部を更に備えることができる。 (6) The tactile presentation device may further include a roughness presentation section that presents the surface roughness of the first virtual object to the user.
(7)前記実物体は、前記第1仮想物体の表面粗さを前記ユーザに提示する粗さ提示部を備えることができる。 (7) The real object may include a roughness presenting unit that presents the user with the surface roughness of the first virtual object.
(8)前記コントローラは、前記仮想世界において、前記本体部に対する前記接触子の相対位置の変化を前記ユーザに提示することなく、前記触覚提示装置に対応する第2仮想物体をユーザに提示するよう構成されているのが好ましい。 (8) The controller is configured to present a second virtual object corresponding to the tactile presentation device to the user in the virtual world without presenting the user with a change in the relative position of the contact with respect to the main body. Preferably, it is configured.
(9)前記コントローラは、前記第1仮想物体へ非接触であるときには、前記接触子が前記実物体に非接触になるよう前記接触子を位置させることができる。 (9) When the controller is not in contact with the first virtual object, the controller may position the contact so that the contact is not in contact with the real object.
(10)前記触覚提示装置は、前記ユーザから離れて存在する前記実物体に前記接触子が接触することで生じる反力を、前記第1仮想物体への接触感として、前記本体部を保持するユーザに提示することができる。 (10) The tactile presentation device holds the main body using a reaction force generated when the contactor contacts the real object that is located away from the user as a feeling of contact with the first virtual object. can be presented to the user.
(11)実施形態に係る触覚提示装置は、ユーザによって保持される本体部と、前記本体部に対する相対位置が変更自在になるように前記本体部に設けられ、仮想世界において第1仮想物体への接触が生じると実物体に接触するように前記本体部に対する相対位置が制御される接触子と、を備える。 (11) The tactile presentation device according to the embodiment includes a main body held by a user, and a tactile presentation device provided on the main body so that a relative position with respect to the main body can be changed, and a tactile presentation device that provides a tactile sensation to a first virtual object in a virtual world. and a contact whose relative position with respect to the main body is controlled so that it comes into contact with the real object when contact occurs.
(12)実施形態に係るコントローラは、仮想世界における第1仮想物体への接触が生じると、実世界においてユーザに保持される本体部に設けられた接触子が実物体に接触するように、前記本体部に対する前記接触子の相対位置を制御するよう構成されている。 (12) The controller according to the embodiment may control the first virtual object in the virtual world so that when the first virtual object comes into contact with the first virtual object, the contact provided on the main body held by the user comes into contact with the real object in the real world. The contactor is configured to control the relative position of the contact with respect to the main body.
(13)実施形態に係る方法は、仮想世界における触覚を実世界においてユーザに提示する方法である。方法は、前記仮想世界における第1仮想物体への接触が生じると、前記実世界においてユーザに保持される本体部に設けられた接触子が実物体に接触するように、前記接触子が前記本体部に対して移動することを含む。 (13) The method according to the embodiment is a method of presenting a tactile sensation in a virtual world to a user in the real world. The method is such that when a contact with a first virtual object in the virtual world occurs, a contact provided on a main body held by a user in the real world comes into contact with the real object. Including moving relative to the part.
<2.触覚提示システム、触覚提示装置、コントローラ、及び仮想世界における触覚を実世界においてユーザに提示する方法の詳細> <2. Details of the tactile presentation system, tactile presentation device, controller, and method for presenting the tactile sensation in the virtual world to the user in the real world>
図1は、実施形態に係る触覚提示システム100を示している。触覚提示システム100は、触覚提示装置200を備える。実施形態の触覚提示装置200によって提示される触覚は、力覚を含む。実施形態の触覚提示装置200は、ペンを模擬した細長い棒状の部材として構成されており、ユーザの手によって保持される。触覚提示装置200は伸縮自在に構成されている。触覚提示装置200は、伸縮によって、実物体300への接触/非接触を切替可能である。
FIG. 1 shows a
実施形態の触覚提示装置200は、仮想空間(VR空間)において、仮想デバイス(後述の第2仮想物体420)が、仮想物体(後述の第1仮想物体410)に接触した際に、実世界において伸長又は収縮することで、実物体300へ接触する。ユーザは、触覚提示装置200が実物体300に接触することで生じる反力を、仮想物体への接触感として知覚することができる。ユーザは、触覚提示装置200とユーザとの接触位置である手だけでなく、腕全体で反力を知覚することができる。
The
仮想空間(VR空間)において、仮想デバイス(後述の第2仮想物体420)が、仮想物体(後述の第1仮想物体410)に接触していないときには、触覚提示装置200が実物体300へ接触しないように、伸縮量が調整される。触覚提示装置200が実物体300へ非接触となることで、ユーザは、仮想物体への非接触感が得られる。触覚提示装置200についての詳細は、後述する。
In the virtual space (VR space), when the virtual device (second
触覚提示システム100は、コントローラ10と、表示装置50と、を備える。触覚提示システム100は、更に、触覚提示装置200が接触するための実物体300を含むことができる。コントローラ10は、触覚提示装置200による触覚提示を制御する。また、コントローラ10は、ユーザに提示されるVR空間を管理する。VR空間は、表示装置50によって視覚的にユーザに提示される。
The
実施形態の表示装置50は、一例として、ヘッドマウントディスプレイである。コントローラ10は、実世界における表示装置50の位置及び姿勢を、例えば図示しない赤外線センサによって、トラッキングする。位置及び姿勢を検出するセンサは、磁気センサ、超音波センサ、慣性センサ、光学式センサ等であってもよい。コントローラ10は、表示装置50の位置及び姿勢に応じて、ユーザに提示される仮想世界を変化させる。
The
コントローラ10は、触覚提示装置200の位置及び姿勢のトラッキングも行う。触覚提示装置200の位置及び姿勢を検出するセンサは、前述の赤外線センサであってもよいし、磁気センサ、超音波センサ、慣性センサ、光学式センサ等であってもよい。触覚提示装置200の位置及び姿勢を検出するセンサの種類は、表示装置50を検出するセンサの種類とは異なっていてもよい。コントローラ10は、触覚提示装置200に対応した仮想デバイス(後述の第2仮想物体420)を仮想世界において表示させる。コントローラ10は、触覚提示装置200の位置及び姿勢に応じて、仮想世界における仮想デバイスの位置及び姿勢を変化させる。なお、コントローラ10は、トラッキングにより、現実世界における絶対座標系における、表示装置50及び触覚提示装置200の位置及び姿勢を把握する。ただし、コントローラ10は、表示装置50及び触覚提示装置200の相対位置及び姿勢を把握するだけもよい。
The
実施形態のコントローラ10は、コンピュータを備える。図1に示すように、コンピュータは、プロセッサ20及びプロセッサ20に接続されたメモリ30を備える。メモリ30には、コンピュータをコントローラ10として機能させるコンピュータプログラム35が格納されている。プロセッサ20は、メモリ30に格納されたコンピュータプログラム35を読み出して実行する。コンピュータプログラム35は、プロセッサ20に、VR空間管理処理25を実行させる。VR空間管理処理25は、触覚提示装置200の制御処理を含む。触覚提示装置200の制御処理は、触覚提示装置200の伸縮制御を含む。なお、実施形態のメモリ30は、一次記憶装置及び二次記憶装置を含むことができる。
The
コントローラ10は、触覚提示装置200及び表示装置50との間で通信を行うインタフェース40を備える。通信は、無線でもよいし、有線でもよい。
The
図1に示す触覚提示装置200は、本体部210を備える。本体部210は、ユーザによって保持される。より具体的には、本体部210は、ユーザの手によって保持される。本体部210は、位置固定的に設置された器具による拘束がない手持ち式である。このため、ユーザは、実世界において、本体部210を手にもって、触覚提示装置200を自由に移動させることができる。
The
実施形態において、本体部210は、筒状に形成されている。なお、本体部の形状は筒状に限られない。例えば、本体部210は、筒状部材に対して、手によって保持されるグリップが取り付けられたものであってもよい。また、本体部210は、全体としてT字状又はL字状であってもよい。触覚提示装置200を、杖を模擬した形状にする場合、T字状又はL字状の本体部210は、杖のグリップとして機能するため好適である。
In the embodiment, the
触覚提示装置200は、本体部210に設けられた接触子220を備える。接触子220は、実世界における実物体300に接触する役割を持つ。接触子220が実物体300に接触することで、本体部210を保持するユーザの手は、ユーザから離れて存在する実物体300からの反力を受けることができる。
The
触覚提示装置200は、接触子220の移動により、全体が伸縮するよう構成されている。このため、接触子220は、本体部210の長手方向Lへ移動可能に、本体部210内に設けられている。より詳細には、接触子220は、本体部210の長手方向一端に形成された開口部210Aからの突出量が変更自在となるように本体部210内に挿入されている。接触子220が、長手方向Lへ移動することで、本体部210に対する接触子220の相対位置が変化する。
The
本体部210から実物体300までの距離が大きい場合には、接触子220が本体部210から大きく突出することで、接触子220の先端220Aが実物体300に接触する。本体部210から実物体300までの距離が小さい場合には、接触子220が本体部210からわずかに突出することで先端220Aが実物体300に接触する。また、実物体300からの反力が不要な場合には、接触子220の突出量は、先端220Aが実物体300に接触しない程度になる。
When the distance from the
触覚提示装置200は、接触子220を移動させるためのアクチュエータ230を備える。実施形態のアクチュエータ230は、接触子220を直線移動させるリニアアクチュエータである。アクチュエータは、例えば、モータにより駆動される。アクチュエータは、空気又は油圧などの流体圧により駆動されてもよい。アクチュエータ230は、接触子220を長手方向Lに移動させるよう、本体部210内に設けられている。なお、接触子220の移動は、直線移動に限られない。
アクチュエータ230は、コントローラ10から、位置指令の信号を受けて、接触子220を長手方向Lに移動させるよう動作する。位置指令は、接触子220の突出量を規定する指令である。また、コントローラ10は、アクチュエータ230から、接触子220の先端220Aの現在の位置情報を取得する。コントローラ10は、取得した位置情報に基づいて、先端220Aが目標とする位置へ移動するように位置指令の信号を生成する。なお、コントローラ10は、接触子220の移動速度を制御することもできる。
The
触覚提示装置200は、コントローラ10との通信のため、インタフェース240を有する。インタフェース240は、コントローラ10から位置指令を受信して、アクチュエータ230に与える。また、インタフェース240は、先端220Aの位置情報を、アクチュエータ230から取得して、コントローラ10へ送信する。
The
図2に示すように、コントローラ10は、複数の仮想物体410,420を表示装置50に表示させる。ユーザに提示される複数の仮想物体は、仮想空間においてユーザによって接触される第1仮想物体410と、触覚提示装置200に似た形状の仮想デバイスである第2仮想物体420と、を含む。図2において、第1仮想物体410は、半球状の物体として描かれ、第2仮想物体420は、ペン状の物体として描かれている。実世界において、第2仮想物体420に対応する実物体は存在しない。ただし、実世界においては、触覚提示装置200が接触可能な実物体300が存在する。ここでは、実物体300の位置は、固定であり、コントローラ10に予め設定されている。実物体300は、例えば、机である。
As shown in FIG. 2, the
図1及び図2に示す実物体300は、触覚提示装置200によって接触される面(被接触面)を有する。被接触面は、図示のように水平面であってもよいし、垂直面であってもよいし、傾斜面であってもよい。被接触面は、平面であってもよいし、曲面であってもよい。
The
実世界において、ユーザが触覚提示装置200の位置又は姿勢を変化させると、その変化に同期して、仮想世界における第2仮想物体420の位置又は姿勢が変化する。図2に示すように、仮想世界において、第2仮想物体420は、第1仮想物体410に接触することができる。ただし、第2仮想物体420は、実世界に存在しないため、触覚提示装置200の位置又は姿勢が変化するだけでは、実世界においては接触が生じないことがある。そこで、仮想世界において発生した接触に同期して実世界においても接触を生じさせるため、コントローラ10は、触覚提示装置200が実物体300に接触するように、触覚提示装置200の伸縮制御をする。なお、仮想世界において接触が発生していない場合には、コントローラ10は、実世界において、触覚提示装置200が実物体300に非接触である状態を保つ。
When the user changes the position or orientation of the
伸縮制御の手順は次のとおりである。まず、コントローラ10は、仮想世界において、第2仮想物体420の先端Ptipが、第1仮想物体410に接触したことを検出すると、先端Ptipと第1仮想物体410との第1接触点Pvirtualの位置を算出する。ここでは、第2仮想物体420の後端Pendから先端Ptipを通る方向ベクトルVと、第1仮想物体410と、の交点の位置座標が、第1接触点Pvirtualの位置として算出される。
The expansion/contraction control procedure is as follows. First, when the
次に、コントローラ10は、第3仮想物体430と方向ベクトルVとの交点の位置座標を、第2接触点Prealとして算出する。第3仮想物体430は、仮想世界において、実世界における実物体300と同じ位置に配置されている。なお、第3仮想物体430は、仮想世界において表示されていてもよいし、表示されていなくてもよい。
Next, the
このとき、第3仮想物体430と方向ベクトルVとの交点がなければ、コントローラ10は、接触感提示不能と判定する。接触感提示不能と判定された場合、触覚提示装置200の伸縮は行われない。なお、接触感提示不能と判定されたことを、触覚提示装置200に設けられたバイブレータ又は音などの適宜の報知手段によって、ユーザに報知してもよい。
At this time, if there is no intersection between the third
第3仮想物体430と方向ベクトルVとの交点が存在する場合、コントローラ10は、第1接触点Pvirtualと第2接触点Prealとの間の距離dを算出する。距離dは、仮想世界における距離であるため、コントローラ10は、距離dを、実世界のスケールに応じた距離Dに変換する。なお、第1接触点Pvirtualと第2接触点Prealとの間の距離が、触覚提示装置200の伸縮可能範囲(接触子220の可動域)を超える場合には、コントローラ10は、接触感提示不能と判断する。接触感提示不能と判定された場合、触覚提示装置200の伸縮は行われない。なお、接触感提示不能と判定されたことを、触覚提示装置200に設けられたバイブレータ又は音などの適宜の報知手段によって、ユーザに報知してもよい。
If there is an intersection between the third
接触感提示可能である場合、コントローラ10は、接触子220の先端220Aを距離Dほど移動させる位置指令の信号を、触覚提示装置200へ送信する。位置指令を受けた触覚提示装置200は、接触子220を移動させ、先端220Aが実物体300の被接触面に接触する。ユーザは、実物体300への接触により生じる反力を、仮想物体への接触感として知覚することができる。
If the touch sensation can be presented, the
なお、コントローラ10は、距離dに応じて、触覚提示装置200の伸縮速度を変化させてもよい。例えば、距離dが大きい場合には、伸縮速度を大きくし、距離dが小さい場合には伸縮速度を小さくすることで、距離dに応じた適切な伸縮速度が得られる。
Note that the
実世界においては、触覚提示装置200は、伸縮により長手方向長さが変化するが、仮想世界においては、触覚提示装置200の長手方向長さが変化しても第2仮想物体420の長手方向長さは変化しない。このため、ユーザは、触覚提示装置200の長手方向長さの変化を意識しなくてもよい。
In the real world, the longitudinal length of the
<第1変形例:実物体の向き変化> <First modification: Change in orientation of real object>
図3及び図4は、実物体300の第1変形例を示している。図1及び図2に示す実物体300の位置及び姿勢は、固定であったが、実物体300の位置又は姿勢は可変であってもよい。図3及び図4に示す実物体300は、被接触面310Aの向きが変化するように姿勢が変化する。なお、図3及び図4においては、水平面をXY平面とし、垂直方向をZ方向とする。
3 and 4 show a first modification of the
被接触面310Aの向きが可変であることで、被接触面310Aの向きを適切に調整できる。被接触面310Aの向きが可変であることで、触覚提示装置200の姿勢が変化しても、被接触面310Aに対する触覚提示装置200の接触角を所定の角度(例えば、直角)に調整することができる。被接触面310Aに対して触覚提示装置200が直角であると、反力を知覚しやすい。また、被接触面310Aの向きが可変であることで、仮想世界における第1仮想物体410の接触点における被接触面の向きを再現することもできる。
Since the orientation of the contacted
図3及び図4に示す実物体300は、傾斜した被接触面300Aを有する可動板310と、可動板310を互いに直交する2軸周りに回転可能にする回転機構320と、回転機構320の支持部330と、を備える。
The
回転機構320は、可動板310をX方向軸回りに回転させる駆動部(図示省略)と、可動板310をZ軸方向回りに回転させる駆動部(図示省略)と、を有する。駆動部は、例えば、モータである。可動板310の回転量は、コントローラ10により制御される。コントローラ10は、可動板310の角度(姿勢)のトラッキングも行う。
The
可動板310の制御のため、コントローラ10は、触覚提示装置200の姿勢を検出し、方向ベクトルVを求める。コントローラ10は、被接触面310Aが、方向ベクトルVに直交するように、可動板310を回転させる。可動板310の回転により、被接触面310Aに対して触覚提示装置200を直角に保つことができる。なお、接触子220の伸縮量は、回転後の可動板310(被接触面)の位置(角度情報)に基づいて算出される。
In order to control the
<第2変形例:実物体の変形> <Second modification example: Transformation of real object>
図5は、実物体300の第2変形例を示している。第1変形例では、回転により被接触面の向きを変更していたが、第2変形例では、変形により被接触面の向きを変更する。
FIG. 5 shows a second modification of the
図5に示す実物体300は、球面を有する変形部350を備える。変形部350は、表面形状を変化させる機構を有する。変形部350の変形により、変形部350の表面(被接触面)350Aの曲率が変化する。曲率の変更により、被接触面350Aに対する触覚提示装置200の角度を調整できる。なお、変形部350は、変形だけでなく、移動してもよい。
The
変形部350の変形及び移動は、コントローラ10によって制御される。コントローラ10は、変形部350の表面形状のトラッキングも行う。
The deformation and movement of the
変形部350の制御のため、コントローラ10は、触覚提示装置200の姿勢を検出し、方向ベクトルVを求める。コントローラ10は、被接触面350Aが、方向ベクトルVに直交するように、形状変化量の指令を触覚提示装置200へ送信し、変形部350を変形させる。
In order to control the
変形部350の変形により、被接触面350Aに対して触覚提示装置200を直角に保つことができる。なお、接触子220の伸縮量は、変形後の被接触面350Aの位置に基づいて算出される。
By deforming the deforming
<第3変形例:硬柔度提示(方式1)> <Third modification: hardness/softness presentation (method 1)>
触覚提示装置200は、硬軟度提示部を備えてもよい。硬軟度提示部は、接触による反力を調整することにより仮想物体410の硬軟度を提示する。硬軟度提示部は、例えば、接触子220を実物体300へ接触させるために接触子220を移動させるアクチュエータ230とは別に設けられたアクチュエータによって構成される。
The
コントローラ10は、仮想物体410の硬軟度を、仮想物体410の表面属性値として有する。コントローラ10は、接触が生じた仮想物体410の硬軟度に応じて、硬軟度を提示するためのアクチュエータを動作させ、接触感とともに硬軟度をユーザに提示する。例えば、接触が生じた仮想物体410が柔らかい場合、アクチュエータ230によって接触子220を実物体300へ接触させつつも、硬軟度を提示するためのアクチュエータを動作させて、実物体300からの反力が弱まる方向に接触子220を移動させる。これにより、反力が弱まって、柔らかさがユーザに提示される。一方、接触が生じた仮想物体が硬い場合、アクチュエータ230によって接触子220を実物体300へ接触させたときの反力を、ほぼそのままユーザに提示することで、硬さがユーザに提示される。
The
<第4変形例:硬柔度提示(方式2)> <Fourth variation: hardness/softness presentation (method 2)>
図6は、硬軟度提示部250として流体ダンパを備えた触覚提示装置200を示している。硬軟度提示部250は、例えば、接触子220に設けられる。硬軟度提示部250は本体部210に設けられてもよいし、本体部210と接触子220との接合部に設けられてもよい。
FIG. 6 shows a
流体ダンパは、内部に圧縮空気、油性液体、磁性流体などの作動流体が充填されて構成されている。流体ダンパによって、反力を減衰させることで、仮想物体410にめり込むような柔らかさをユーザに提示することができる。反力の減衰量が少なければ、仮想物体410の硬さをユーザに提示することができる。流体ダンパの減衰特性は、コントローラ10によって調整される。コントローラ10は、接触が生じた仮想物体410の硬軟度に応じて、減衰特性の調整値を決定する。減衰特性の調整値は、コントローラ10から硬軟度提示部250に与えられる。
The fluid damper is configured such that the inside thereof is filled with a working fluid such as compressed air, oil-based liquid, or magnetic fluid. By attenuating the reaction force using the fluid damper, it is possible to present the user with a softness that makes the user sink into the
なお、硬軟度提示に際しては、硬軟度提示に関する方式1及び方式2を組み合わせてもよい。 Note that when presenting the hardness/softness, methods 1 and 2 regarding hardness/softness presentation may be combined.
<第5変形例:表面粗さ提示(方式1)> <Fifth modification: Surface roughness presentation (method 1)>
図7に示すように、触覚提示装置200は、粗さ提示部260を備えてもよい。粗さ提示部260は、仮想物体410の表面の粗さ(ざらざら感)を提示する。図7に示す粗さ提示部260は、振動を発生する。振動は、例えば、機械式のバイブレータ又は低周波音源により発生させることができる。粗さ提示部260は、接触子220に設けてもよいし、本体部210に設けてもよい。
As shown in FIG. 7, the
コントローラ10は、仮想物体410の表面の粗さを、仮想物体410の表面属性値として有する。コントローラ10は、接触が生じた仮想物体410の粗さに応じて、粗さ提示部260により発生する振動の強度及び周波数の少なくとも一方を調整する。
The
<第6変形例:表面粗さ提示(方式2)> <Sixth variation: Surface roughness presentation (method 2)>
図8に示すように、粗さ提示部は、実物体300が備えていてもよい。図8に示す実物体300は、異なる粗さをユーザに提示するため、表面の粗さが異なる複数の可動板370A,370B,370C,370D,370E,370Fを備える。コントローラ10は、仮想世界において接触が生じた第1仮想物体410の表面粗さに応じて、実世界において触覚提示装置200が接触する可動板を切り替える。
As shown in FIG. 8, the
図8に示す複数の可動板370A,370B,370C,370D,370E,370Fは、回転盤380の周縁に設けられている。回転盤380は、図示しない駆動部により回転駆動される。回転盤380の回転は、コントローラ10により制御される。コントローラ10は、仮想物体410の表面の粗さを、仮想物体410の表面属性値として有する。コントローラ10は、接触が生じた仮想物体410の粗さに応じて、触覚提示装置200が接触するための一の可動板を選択する。選択される可動板は、仮想世界において接触が生じた仮想物体410の粗さと同じ又は近似する粗さを持つ。
A plurality of
例えば、可動板370Cが選択されると、コントローラ10は、可動板370Cが、触覚提示装置200に対向する位置へ移動するように回転盤380を回転させる。これにより、触覚提示装置200の接触子220は、選択された可動板370Cに接触することができる。触覚提示装置200が可動板370Cに接触することで、可動板370Cの表面粗さを、仮想物体410の表面粗さとしてユーザに提示することができる。
For example, when the
なお、表面粗さ提示に際しては、表面粗さ提示に関する方式1及び方式2を組み合わせてもよい。方式2の可動板と、方式1の振動と、を組み合わせることで、有限数の可動板では提示しきれない多様な粗さ感をユーザに提示することができる。また、粗さ提示の補助として、仮想世界における仮想物体の表面表現を、視覚的に粗さを示すものとすることにより、粗さの視覚的誘導が可能となる。視覚的誘導により、ユーザに対して粗さに関する錯覚を与えて、ユーザが知覚する粗さを補正することができる。 Note that when presenting the surface roughness, method 1 and method 2 regarding surface roughness presentation may be combined. By combining the movable plate of method 2 and the vibration of method 1, it is possible to present a variety of roughness sensations to the user that cannot be presented with a finite number of movable plates. Furthermore, as an aid to presentation of roughness, visual guidance of roughness becomes possible by making the surface representation of a virtual object in the virtual world visually indicate roughness. Visual guidance can provide the user with an illusion of roughness to compensate for the roughness that the user perceives.
粗さ提示の補助として、聴覚誘導を用いてもよい。聴覚誘導は、仮想世界における仮想物体の表面の粗さを、聴覚的に示す。例えば、第2仮想物体420が第1仮想物体410の表面上を移動した場合、第1仮想物体410の表面粗さが大きい場合には、強い摩擦音(ガリガリ音等を)をユーザに提示し、第1仮想物体410の表面粗さが小さい場合には、弱い摩擦音をユーザに提示することができる。ユーザに提示される音の出力装置(スピーカ等)は、触覚提示装置200に設けられていてもよいし、触覚提示装置200が接触する実物体300(可動板310,370A,370B,370C,370D,370E,370F等)に設けられてもよいし、実物体300の付近に設置されてもよい。聴覚誘導は、前述の視覚誘導と併用してもよい。
Auditory guidance may be used to aid in roughness presentation. Auditory guidance auditorily indicates the roughness of the surface of a virtual object in the virtual world. For example, when the second
<3.付記>
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
<3. Additional notes>
The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications are possible.
10 :コントローラ
20 :プロセッサ
25 :VR空間管理処理
30 :メモリ
35 :コンピュータプログラム
40 :インタフェース
50 :表示装置
100 :触覚提示システム
200 :触覚提示装置
210 :本体部
210A :開口部
220 :接触子
220A :先端
230 :アクチュエータ
240 :インタフェース
250 :硬軟度提示部
260 :粗さ提示部
300 :実物体
300A :被接触面
310 :可動板
310A :被接触面
320 :回転機構
330 :支持部
350 :変形部
350A :被接触面
370A :可動板
370B :可動板
370C :可動板
370D :可動板
370E :可動板
370F :可動板
380 :回転盤
410 :第1仮想物体
420 :第2仮想物体
430 :第3仮想物体
D :距離
d :距離
L :長手方向
Pvirtual :第1接触点
Pend :後端
Preal :第2接触点
Ptip :先端
V :方向ベクトル
10: Controller 20: Processor 25: VR space management processing 30: Memory 35: Computer program 40: Interface 50: Display device 100: Tactile presentation system 200: Tactile presentation device 210:
Claims (13)
前記触覚提示装置とは別であって、前記本体部とは非連結に設けられた実物体と、
仮想世界において第1仮想物体への接触が生じると前記接触子が前記実物体に接触するように前記本体部に対する前記接触子の相対位置を変化させるコントローラと、
を備える触覚提示システム。 a tactile presentation device having a main body held by a user; and a contact provided on the main body so that a relative position with respect to the main body can be changed;
a real object that is separate from the tactile presentation device and that is not connected to the main body ;
a controller that changes the relative position of the contact with respect to the main body so that when contact with a first virtual object occurs in the virtual world, the contact comes into contact with the real object;
A tactile presentation system equipped with
仮想世界において第1仮想物体への接触が生じると前記接触子が実物体に接触するように前記本体部に対する前記接触子の相対位置を変化させるコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、前記実物体において前記接触子が接触する被接触面の向きを制御するよう構成されている
触覚提示システム。 a tactile presentation device having a main body held by a user; and a contact provided on the main body so that a relative position with respect to the main body can be changed;
a controller that changes the relative position of the contact with respect to the main body so that the contact comes into contact with a real object when contact with a first virtual object occurs in the virtual world;
Equipped with
The controller is configured to control the direction of a touched surface of the real object that the contactor contacts. The tactile presentation system.
請求項2に記載の触覚提示システム。 The tactile presentation system according to claim 2, wherein controlling the direction of the contacted surface is for adjusting the contact angle between the contactor and the real object.
請求項2又は3に記載の触覚提示システム。 The tactile presentation system according to claim 2 or 3, wherein controlling the orientation of the contacted surface includes controlling the deformation of the real object configured to be deformable.
請求項1から4のいずれか1項に記載の触覚提示システム。 The tactile presentation system according to any one of claims 1 to 4, wherein the tactile presentation device further includes a hard/soft sensation presentation unit that presents the user with a hard/soft sensation of the first virtual object.
請求項1から5のいずれか1項に記載の触覚提示システム。 The tactile presentation system according to any one of claims 1 to 5, wherein the tactile presentation device further includes a roughness presentation section that presents the surface roughness of the first virtual object to the user.
請求項1から6のいずれか1項に記載の触覚提示システム。 The tactile presentation system according to any one of claims 1 to 6, wherein the real object includes a roughness presenting section that presents the surface roughness of the first virtual object to the user.
請求項1から7のいずれか1項に記載の触覚提示システム。 The controller is configured to present a second virtual object corresponding to the tactile presentation device to the user in the virtual world without presenting to the user a change in the relative position of the contact with respect to the main body. The tactile presentation system according to any one of claims 1 to 7.
請求項1から8のいずれか1項に記載の触覚提示システム。 The tactile presentation according to any one of claims 1 to 8, wherein the controller positions the contactor so that the contactor is not in contact with the real object when the first virtual object is not in contact with the first virtual object. system.
請求項1から9のいずれか1項に記載の触覚提示システム。 The tactile presentation device presents a reaction force generated when the contact comes into contact with the real object that is located away from the user as a feeling of contact with the first virtual object to the user holding the main body. The tactile presentation system according to any one of claims 1 to 9.
ユーザによって保持される本体部と、
前記本体部に対する相対位置が変更自在になるように前記本体部に設けられ、仮想世界において第1仮想物体への接触が生じると、前記触覚提示装置とは別であって、前記本体部とは非連結に設けられた実物体に接触するように前記本体部に対する相対位置が制御される接触子と、
を備える触覚提示装置。 A tactile presentation device,
a main body held by a user;
The tactile sense presentation device is provided in the main body so that its relative position with respect to the main body can be changed freely, and when a contact with the first virtual object occurs in the virtual world, the tactile sense presentation device is separate from the main body. a contact whose relative position with respect to the main body is controlled so as to contact an unconnected real object;
A tactile presentation device comprising:
仮想世界における第1仮想物体への接触が生じると、実世界においてユーザに保持される前記本体部に設けられた前記接触子が前記触覚提示装置とは別であって、前記本体部とは非連結に設けられた実物体に接触するように、前記本体部に対する前記接触子の相対位置を制御するよう構成されているコントローラ。 A controller for a tactile presentation device comprising a main body and a contact,
When a contact occurs with the first virtual object in the virtual world, the contact provided on the main body held by the user in the real world is separate from the tactile presentation device and non-contact with the main body. A controller configured to control the relative position of the contact with respect to the main body so as to contact a real object provided at the connection .
前記仮想世界における第1仮想物体への接触が生じると、前記実世界においてユーザに保持される前記本体部に設けられた前記接触子が前記触覚提示装置とは別であって、前記本体部とは非連結に設けられた実物体に接触するように、前記接触子が前記本体部に対して移動することを含む、
仮想世界における触覚を実世界においてユーザに提示する方法。 A method for presenting a tactile sensation in a virtual world to a user in the real world using a tactile sensation presentation device including a main body and a contact, the method comprising:
When a contact occurs with the first virtual object in the virtual world, the contact provided on the main body held by the user in the real world is different from the tactile presentation device and contacts the main body. includes moving the contact with respect to the main body so as to come into contact with a real object provided in an uncoupled manner ;
A method for presenting tactile sensations in a virtual world to a user in the real world.
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