エンタテインメントのための 力覚提示 東京工業大学 精密工学研究所 長谷川晶一

Contents 力覚とは？ 力覚という感覚 力覚提示の原理 力覚提示デバイスの紹介 エンタテインメントへの応用

力覚とは 物を触ったとき・動かしたときに，手に加わる力の感覚 皮膚の変形の感覚 腱や筋肉の長さ 運動の感覚

力覚とは 皮膚からの情報 関節からの情報 筋肉への指令 力覚 ＝人が物を触るときに生じる これらが統合された感覚 接触の時間・空間的情報 手・腕の位置・運動の情報 筋肉への指令 手・腕が出している力 力覚 ＝人が物を触るときに生じる これらが統合された感覚

力覚と触覚 触覚 力覚 接触部分の皮膚の感覚 物体の形・テクスチャ・材質感 物体が手に与える力の感覚 皮膚・筋肉・関節の感覚 Forschungszentrum Karlsruhe PHANToM(Sensable technology Inc.)

力覚提示の原理 力覚提示とは 力覚インタフェース 指位置の計測 バーチャル世界 力の計算 力の提示

力覚モデル 形状の提示 指を元に戻す力を提示

力覚モデル 動きの提示 物体を運動の法則にしたがって動かす 剛体の運動方程式 f 質量m，慣性I 速度v，角速度w p

高速な力覚 グラフィックス 力覚提示 更新速度 30枚／秒程度 更新速度 300回～1000回／秒程度必要 指位置の計測 力の計算 力の提示 更新速度 30枚／秒程度 力覚提示 更新速度 300回～1000回／秒程度必要 バーチャル世界 力覚インタフェース 力の計算 指位置の計測 力の提示

高速な力覚提示の必要性 もし,更新がゆっくりだと 指位置 時間 仮想物体の外 仮想物体の中 処理 1 2 3 1:位置計測 2:力の計算 3:力の提示

高速な力覚提示の必要性 指位置 物体の外 安定な接触 物体の中 時間 処理 123123123123123123123123123

力覚提示装置 地面や机に接地するタイプ 体に装着するタイプ 接地しないタイプ

Sensable technology Inc. 接地するタイプ 外部に接地して力を出す． 体全体に対して力を提示 Haptic Master 筑波大岩田研 PHANToM Sensable technology Inc.

接地するタイプ 大きな作業域には大きな装置が必要． SPIDAR 東工大佐藤研 Grope 1967-80s UNC

体に装着するタイプ 小さい装置で大きな作業領域 体に反力がかかる 装着が面倒 CyverGrasp Haptic Gear Immersion Corp. Haptic Gear 東大 廣瀬研

接地しないタイプ１ 空気ジェットを利用するもの 任意の力を提示可能 騒音，空気ジェットの危険性 UofUtah Hollerbach

接地しないタイプ２ 慣性力を利用するもの ジャイロモーメントを利用するもの 錘を回転させ，突然止めることによる衝撃力 連続した力を出すことはできない． ジャイロモーメントを利用するもの ジャイロの向きを変えたときの力を利用 古賀・板垣 IVRC2000 筑波大岩田研

エンタテインメントへの応用 ゲームコントローラ フォースフィードバック ジョイスティック フォースフィードバック ハンドル ができること

ゲームコントローラの力覚(DirectInput) 効果音的な力覚 振動・衝撃の提示 MIDI的に設定 ハンドル・操縦桿の抵抗力 バネ係数，ダンパ係数，慣性の係数を設定 ジョイスティックなどのデバイスが ローカルに制御 物体の提示はできない 位置情報 PC コントローラ FFデバイス 力覚設定

ゲームコントローラの力覚 ハンドル，ジョイスティック 車・飛行機などの操縦桿との位置付け 直接バーチャル世界とインタラクションできない． 簡単な力覚で済んでしまう．

体を使ったインタラクション 直接仮想世界とインタラクション 体全体を動かす 仮想物体の提示 大きな可動域 安全性 体と提示装置が衝突しかねない

Virtual Basket SPIDAR 糸8本（４＋４）を使用 3自由度×2点 バスケットのフリースローを再現 力覚＋大画面によるエンタテインメントシステムの実現可能性を示した． 1997 東工大佐藤研

Virtual Basket システム グラフィックPC(30Hz) 映像提示（Direct3D） 音響提示（DirectSound） TCP/IP 力覚計算PC(1kHz) ボールの挙動の計算 力覚提示

Virtual Basket

Penguin Hockey 子供向けVRイベント 大阪 福崎 2001 安全性＋自由度 子供が参加しやすい VRを使う意味がある 戦闘的でない 複数人で参加できる 2001 東工大佐藤研

Penguin Hockey システム構成 ユーザ 1台のPC SPIDAR 3D位置入力 力覚提示 ジャッジ ゲーム システム サウンド 衝突情報 リアルタイム物理シミュレータ(1kHz) 得点等 描画位置情報 位置/行動 ３D描画エンジン(30Hz) AIエンジン 1台のPC

Penguin Hockey

Penguin Hockey

Penguin Hockey

Virtual Chanbara 古賀・板垣ら（東京大学） SIGGRAPH2002 IVRC2000 慣性力を利用したデバイス チャンバラのつばぜり合いを 表現

Virtual Chanbara

まとめ 力覚 力覚提示 エンタテインメント 物に触れるときの力の感覚 形状の提示： 侵入を防ぐ力 運動の提示： バーチャル物体を運動 形状の提示： 侵入を防ぐ力 運動の提示： バーチャル物体を運動 エンタテインメント バーチャル世界との直接的インタラクション 体全体を使った大きな動き 安全性 機構を柔軟に SPIDAR 慣性力を利用 Virtual Chanbara