JP2003066825A

JP2003066825A - 擬似体感装置

Info

Publication number: JP2003066825A
Application number: JP2001255104A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Kajii; 紳一郎梶井; Chiaki Yasuda; 千秋安田; Akihiro Maekawa; 明寛前川; Koichi Morimura; 弘一森村; Makoto Sakuno; 誠作野
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-08-24
Filing date: 2001-08-24
Publication date: 2003-03-05

Abstract

(57)【要約】【課題】様々な環境を再現できるとともに、より一層
現実に近い体感が可能な擬似体感装置を提供する。【解決手段】仮想現実空間を実現する仮想現実部３０
と、実空間での挙動を再現する入力波等の揺動データ、
該挙動に伴い発生する音響、映像をデータ化して記憶す
る記憶部１１と、再現する場所、自然現象等の環境条件
を選択する環境条件選択部１２と、前記選択された環境
条件に応じて前記各種データから各種制御信号を算出す
る揺動制御信号算出部１３、音響発生信号算出部１４、
映像制御信号算出部１５と、を備え、前記仮想現実部３
０が、多自由度動作可能な揺動制御装置２０及び６軸揺
動再現装置２１と、音響装置１７と、プロジェクター１
８、３Ｄディスプレイ１９と、を有し、前記揺動、音
響、映像を同期させて仮想現実空間を再現することを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、実空間における外
部よりの振動、うねり等の揺動、音、視覚等を仮想現実
空間にて再現する擬似体感装置において、さらに詳しく
は、地震で揺れている建物の中や橋の上、ロープウェ
イ、船の中などの乗り物の中、またロケット発射基地近
傍の現場事務所など、一般の人が立ち入れない場所等を
再現して擬似的に体感できる装置、若しくは娯楽施設に
設置されるバーチャルリアリティ等の仮想現実を擬似的
に体感できる装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、非現実空間における現実空間の再
現が様々な分野で試みられている。これは、例えば、地
震、台風等の自然災害を擬似的に体感してこれらの災害
が実際に起った場合に備える防災訓練や、直接現場で訓
練を行うことが困難な場合の模擬訓練、また、架空の物
事を擬似的に具現化するバーチャルリアリティのような
娯楽設備等に使用されている。このような擬似体験を行
う際には、仮想現実空間を現実空間に近づけることで災
害時の心理状態、行動挙動が正確に現れてより実際に近
い訓練を行うことが出来、また、娯楽施設においてはよ
り臨場感の高い装置が実現できるため、現実空間とほぼ
同様の挙動、映像、音響等を再現することが重要であ
る。

【０００３】しかしながら、従来の装置では、例えば地
震の模擬体感装置であれば、通常起振機を用い、この上
に立つと振動の揺れは体感できるが、映像や音響までは
体感できない。また、遊戯施設には、映像と同期した挙
動を再現可能な装置があるが、映像は２次元であり、挙
動は１次元若しくは２次元程度までであるため現実感に
欠ける。特開平１０−５４５４０号では、発電所の保守
作業を模擬体感できるように、施設内の風景、作業時の
音響、手の動きをデータに変更するグローブ保守員の移
動距離をデータにするセンサ、保守員の動作データを処
理し、立体音響システムを備えた施設保守員向け体感シ
ミュレータを提案している。しかし、かかる発明は、映
像、立体音響システム、作業員の動作状態の処理で構成
されているが、施設の保守作業の模擬に限定されてい
る。また、実用新案登録第３０４１９９０号ではスキー
ジャンプの擬似体験が可能な装置を提案している。これ
は、映像装置と空中挙動を模擬する加振装置、および送
風機を備えた装置であるが、かかる装置はスキージャン
プに限定されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように、前記した
ような擬似体感装置は、目的が限定されたものが多く利
用範囲が限られており、要求される仮想空間を正確に提
供することは困難である。また、映像、挙動等が２次元
までのものが殆どであるため現実空間との差異が大き
く、リアリティにかける。また、前記したように、夫々
の従来技術は、位置情報に基づいて装置を制御する点に
置かれていて、該装置自体の現実感は追求されていな
い。そこで、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、様
々な環境、状況を再現できるとともに、より一層現実に
近い体感が可能な擬似体感装置を提供する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明はかかる
課題を解決するため、請求項１記載の発明は、外部より
地震等の振動、うねりを受ける場所における挙動を仮想
現実空間にてシミュレートする擬似体感装置において、
仮想現実空間を実現する仮想現実部と、実空間での挙動
を再現する入力波等の揺動データ、該挙動に伴い発生す
る音響、映像をデータ化して記憶する記憶装置と、再現
する場所、自然現象等の環境条件を選択する選択手段
と、前記選択された環境条件に応じて前記各種データか
ら前記揺動制御信号、音響発生信号及び映像制御信号を
算出する計算手段と、を備え、前記仮想現実部が、前記
揺動制御信号に基づき該仮想現実部を揺動させる多自由
度動作可能な揺動手段と、前記音響発生信号に基づき音
響を発生させる音響手段と、前記映像制御信号に基づき
映像を出力する映像手段と、を有し、前記揺動、音響、
映像を同期させて仮想現実空間を再現することを特徴と
する。

【０００６】かかる発明は、被験者が擬似体感したい場
所を選択することが出来る構成としているため利用範囲
が広く、様々な状況、条件に応じた仮想現実空間を実現
することが出来る。尚、本発明において好ましくは、音
響手段は３次元立体音響を、映像手段は３次元立体映像
を出力できるように構成すると良い。このように、環境
条件選択部により様々な設定を詳細に行うことができる
ように構成され、該設定に基づき映像、音響、及び多自
由度可能な揺動を同期させて再現することにより、仮想
現実空間を現実空間により一層近づけることができ、災
害時の心理状態、行動挙動が正確に現れて効果的な模擬
訓練、防災訓練ができる。また、娯楽施設においては、
被験者の要望に沿った擬似体験が提供できるとともに、
より臨場感の高い装置が実現できる。

【０００７】また、請求項２記載の発明は、前記揺動手
段は、前記揺動データが該揺動手段の動作限界を超える
場合には、並進成分に回転成分を付加して生成される入
力波に基づき揺動させることを特徴とする。このよう
に、多自由度動作可能な装置を用いることで、並進成分
以外の複雑な揺動が可能となるとともに、前記揺動デー
タが該揺動手段の動作限界を超えた場合にも、該揺動デ
ータに基づき略正確に揺動を体感させることが出来る。

【０００８】請求項３記載の発明は、前記選択手段は、
地震、台風等の自然現象、建物内若しくは橋の上等の場
所、さらに建物、構造物、乗り物等の種類／規模、を少
なくとも選択できるように構成されることを特徴とす
る。かかる発明によれば、例えば、地震中の建物、嵐の
中の船、強風中のロープウェイ、ロケット発射基地の事
務所、さらには木造建築の平屋の壁際、５０００ｔ級の
船の甲板等の被験者が擬似体感したい場所を詳細に選択
することが出来るような構成としており、よりリアルな
擬似体感が可能となるとともに様々な用途でかかる装置
を利用することが出来る。

【０００９】さらに、請求項４記載の発明前記仮想現実
部が、前記揺動、音響、映像に同期させ、被験者の体に
衝撃を与える加振手段、匂いを発生させる嗅覚刺激手
段、埃を発生させる埃発生手段、水しぶき等を発生させ
る触覚刺激手段のうち少なくとも一の手段を備えたこと
を特徴とする。このように、必要に応じて匂い、埃を発
生させたり、被験者の体へ軽い衝撃を与えることによ
り、仮想現実空間がより一層現実味を帯びるとともに、
被験者の体への衝撃による効果、つまり地震時挙動を再
現した場合などには落下物の擬似衝撃体験からくる恐怖
感までリアルに再現することが出来る。

【００１０】さらにまた、請求項５記載の発明のよう
に、前記仮想現実空間にて地震時挙動を再現可能に構成
するとよい。本発明は、多自由度動作を有する揺動手段
を用いているために地震の揺れを正確に再現でき、かつ
地震時に起る様々な外部からの影響をリアルに再現でき
るため、地震が発生した際の防災訓練等に非常に適して
いる。また、地震が発生したときの詳細なデータを基に
各種データを生成することで、より実際の地震に近い体
感を得ることが出来る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例
に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相
対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明
の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に
過ぎない。図１は本発明の第１実施形態にかかる模擬体
感装置の全体構成図、図２は本発明の第２実施形態にか
かる模擬体感装置の全体構成図、図３は本実施形態に用
いられる６軸揺動再現装置の揺動方向を示したグラフ
（ａ）及び該６軸揺動再現装置の概略構成図（ｂ）、図
４は６軸揺動再現装置の揺動加速度を示したグラフであ
る。

【００１２】本実施形態では、主として地震体感用に用
いられる場合につき説明するが、擬似環境が、外部から
揺動、その他刺激を受ける環境であれば特に限定されな
い。図１に基づいて本発明の第１実施形態を説明する。
図１において、図中１０は本実施形態の模擬体感装置演
算部分を担うシステム制御用計算機で、該システム制御
計算機１０は、記憶部１１、環境条件選択部１２、揺動
制御信号算出部１３、音響発生信号算出部１４、映像制
御信号算出部１５、同期化処理部１６を備える。

【００１３】前記記憶部１１には、揺動データ、音響デ
ータ、映像データ等の各種データが記憶されており、こ
れらのデータは必要に応じて入力部２３から入力した
り、予め記憶させておき選択したり出来るようにする。
前記各種データは、耐震実験から得られたデータ、若し
くは自然現象を測定して得られたデータを分析し、デー
タ化したものであり、様々な状況を再現可能とするため
環境条件毎に複数種類のデータを記憶させておくとよ
い。例えば、実際に耐震実験で得られた建屋室内の映
像、同室内の柱などが軋む音、同室内床の６軸挙動等を
分析してデータ化する。尚、環境条件とは、再現する場
所、自然現象等を意味し、さらに詳しくは、地震、台風
等の自然現象、建物内若しくは橋の上等の場所、さらに
建物、構造物、乗り物等の種類／規模などの条件とす
る。

【００１４】前記環境条件選択部１２は、前記記憶部１
１に格納されている各種データから被験者が指定した環
境条件に応じたデータを夫々選択する構成となってい
る。前記揺動制御信号算出部１３、音響発生信号算出部
１４、映像制御信号算出部１５は前記各種データの計算
機能であり、環境条件に応じて選択された各種データか
ら、夫々のデータを出力する際に必要となる揺動制御信
号、音響発生信号、映像制御信号を算出する機能であ
る。また、前記同期化処理部１６は、制御信号に変換さ
れた各種データを同期化させ、実際にこれらのデータを
再現した際にずれが生じないように処理を施す機能を有
する。

【００１５】そして、実際に仮想現実空間を再現する仮
想現実部３０は、音響装置１７、プロジェクター１８、
３Ｄディスプレイ１９、揺動制御装置２０、６軸揺動再
現装置２１とからなり、夫々前記システム制御用計算機
から送信される制御用信号に基づいて作動する構成とな
っている。１７は、前記音響発生信号算出部１４にて変
換された音響発生信号を受けて３次元立体音響を作り出
す音響装置で、該音響装置１７は３次元立体音響を出力
するスピーカを含む。１８は、前記映像制御信号算出部
１５にて変換された映像制御信号を受けて３次元立体映
像を作り出すプロジェクターで、１９は該プロジェクタ
ーで作り出された映像を映し出す３Ｄディスプレイであ
る。尚、これらの映像、音響は２次元で出力することも
可能である。

【００１６】また、２０は前記揺動制御信号算出部１３
で算出された揺動制御信号に基づき油圧や電動のシリン
ダーを駆動し、６軸揺動再現装置２１を揺動させる制御
を行う揺動制御装置で、コントローラ、油圧（電動）サ
ーボ装置などからなる。前記６軸揺動再現装置２１は、
図３（ｂ）に示されるように６本の加振機Ｐ_１〜Ｐ
_６と、該加振機の上部側に位置する上部板２１ａと、下
部側に位置するベース板２１ｂとで構成され、図３
（ａ）に示されるようにＸ、Ｙ、Ｚ軸平行運動、Ｘ、
Ｙ、Ｚ軸周り回転運動により６自由度にて揺動するモー
ションベースとなっている。

【００１７】このような構成であるため、図４の６軸揺
動再現装置２１の揺動加速度を示したグラフに表される
ように、並進成分加速度３１と回転成分加速度３２とを
同時に動作させることにより擬似的に再現可能加速度３
３のグラフに見られるような加速度を体感させることが
出来る。このように、多自由度動作可能な装置を用いる
ことで、並進成分以外の複雑な揺動が可能となるととも
に、前記揺動データが該揺動手段動作限界を超えた場合
にも、該揺動データに基づき略正確に揺動を実現するこ
とが出来る。

【００１８】また、被験者の位置情報を位置センサ（不
図示）で検知し、前記システム制御用計算機１０にて位
置情報に基づいた挙動を行うように各制御装置を動作さ
せることも可能である。これは、予め設定してある基本
画像から被験者の位置情報に基づき画像処理して被験者
の目から見た３次元立体映像を提供したり、前記位置情
報に基づき揺動データを処理し、例えば被験者がビルの
一室にて壁際に立っている場合と中心に立っている場合
と、揺動動作に差を持たせたりすることによって、より
現実に近い擬似体験が可能となる。

【００１９】このように、環境条件選択部１２により様
々な設定を詳細に行うことができるように構成され、か
つ３次元立体映像、３次元立体音響、及び多自由度動作
可能な揺動を与えることにより、仮想現実空間をより一
層現実空間に近づけることができ、災害時の心理状態、
行動挙動が正確に現れて効果的な模擬訓練、防災訓練が
できる。また、娯楽施設においては、被験者の要望に沿
った擬似体験が提供できるとともに、より臨場感の高い
装置が実現できる。

【００２０】図２は、本発明の第２実施形態の全体構成
図を示しており、前記した第１実施形態に加えてより現
実感を高める手段を備えた構成としている。本第２実施
形態の主要構成は、前記した第１実施形態と略同様の構
成であるため省略し、付加機能のみ説明する。かかる実
施形態は、仮想現実空間にて擬似空間を再現する要素と
して、揺動、音響、映像に加えて、におい、埃、被験者
の体への衝撃を付加させたもので、前記システム制御用
計算機１０に匂い、埃発生制御信号算出部２４、加振制
御信号算出部２５を付加させ、耐震実験等により測定さ
れ、記憶部１１に格納されたデータを基に制御信号を生
成する。

【００２１】さらに、仮想現実部３０には匂い、埃発生
装置２６及び加振装置２７を設け、前記揺動制御信号、
音響発生信号、映像制御信号に同期させた該匂い、埃発
生制御信号及び加振制御信号に基づき動作するようにす
る。このように、必要に応じて匂い、埃を発生させた
り、被験者の体へ軽い衝撃を与えることにより、仮想現
実空間がより一層現実味を帯びるとともに、被験者の体
への衝撃による効果、つまり地震時挙動を再現した場合
などには落下物の擬似衝撃体験からくる恐怖感までリア
ルに再現することが出来る。そして、このように現実に
非常に近い仮想現実空間をつくることで、例えば、地震
時に確実に安全操作が必要な原子力発電所などの中央制
御操作における行動学科学の研究、模擬訓練等の、人間
の思考、行動挙動への影響を研究する施設にも適用する
ことが可能である。

【００２２】次に、かかる実施形態を備えた模擬体感装
置における環境条件選択の手順を図５のフロー図に基づ
き説明する。まず、被験者は環境条件の設定をするか否
かの選択をし（Ｓ１）、選択しない場合には基本設定の
ままシミュレートを開始し（Ｓ６）、選択する場合には
被験者の希望場所を選択する（Ｓ２）。希望場所の選択
は、例えば、地震中の建物の中、地震中の橋の上、
強風中のロープウェイの中、嵐の中を航行する船の
中、ロケット発射基地の事務所、のように予め前記記
憶部１１に格納されたデータにより再現可能な複数の場
所の中から選択する。

【００２３】そして、場所を選択した後、建物・構造物
・乗物の種類／規模の選択を行う（Ｓ３）。これは、例
えば建物を選択した場合、次に木造、鉄構造、ＲＣ構
造から一を選択し、さらに平屋、２階、３階、…のよう
に詳細な設定を選択できるように構成する。次に構造諸
元の詳細を入力するか否かの選択をし（Ｓ４）、選択し
ない場合には前記した設定にてシミュレートを開始し
（Ｓ６）、選択した場合には構造諸元の詳細入力を行っ
た（Ｓ５）後に、シミュレートを開始する（Ｓ６）。ま
た、必要に応じて、地震波、風、波、発射時衝撃波等の
中から体感する入力波の選択を行う。このように、詳細
な設定が可能な構造とすることにより様々な用途で利用
することが出来、さらに、仮想現実空間をよりリアルに
再現することが出来る。

【００２４】図６はかかる実施形態における模擬体感装
置の動作をフロー図で表したもので、耐震実験にて測定
されたデータを基に各種挙動を再現している。これは、
複数の環境条件の基に耐震実験を行い得られたデータを
前記システム制御計算機１０に入力し（Ｓ７）、このデ
ータを分析して（Ｓ８）、揺動データ、音響データ、映
像データとして前記記憶部１１に記憶させる（Ｓ９）。
そして、図５に示した環境設定に基づき、被験者が擬似
体感する環境条件を設定し（Ｓ１０）、該設定された環
境条件に基づき各種データの制御信号を算出する（Ｓ１
１）。算出された夫々の制御信号は同期化処理され（Ｓ
１２）、各出力装置へ送信される。

【００２５】前記揺動制御信号は揺動制御装置２０に送
信され（Ｓ１３）、該信号に基づき６軸揺動再現装置２
１を動作させ（Ｓ１４）、前記音響発生信号は音響装置
１７に送信され（Ｓ１５）該音響装置１７から３次元立
体音響を出力し（Ｓ１６）、前記映像制御信号はプロジ
ェクター１８に送信され（Ｓ１７）３Ｄディスプレイ１
９に３次元立体映像を映写する（Ｓ１８）。このよう
に、実際に測定したデータを基に各装置を制御している
ため、現実に起る挙動を正確に再現することができると
ともに、夫々のデータを同期化させて処理しているため
ずれのないリアルな仮想現実空間が実現できる。

【００２６】

【発明の効果】以上記載のごとく本発明によれば、環境
条件選択部により様々な設定を詳細に行うことができる
ように構成され、かつ３次元立体映像、３次元立体音
響、及び多自由度動作可能な揺動を与えることにより、
仮想現実空間をより一層現実空間に近づけることがで
き、災害時の心理状態、行動挙動が正確に現れて効果的
な模擬訓練、防災訓練ができる。また、娯楽施設におい
ては、被験者の要望に沿った擬似体験が提供できるとと
もに、より臨場感の高い装置が実現できる。また、多自
由度動作可能な装置を用いることで、並進成分以外の複
雑な揺動が可能となるとともに、前記揺動データが該揺
動手段動作限界を超えた場合にも、該揺動データに基づ
き略正確に揺動を実現することが出来る。

【００２７】また、必要に応じて匂い、埃を発生させた
り、被験者の体へ軽い衝撃を与えることにより、仮想現
実空間がより一層現実味を帯びるとともに、被験者の体
への衝撃による効果、つまり地震時挙動を再現した場合
などには落下物の擬似衝撃体験からくる恐怖感までリア
ルに再現することが出来る。さらに、詳細な設定が可能
である構造をとることにより、様々な用途で利用するこ
とが出来、さらに、仮想現実空間をよりリアルに再現す
ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態にかかる模擬体感装置
の全体構成図である。

【図２】本発明の第２実施形態にかかる模擬体感装置
の全体構成図である。

【図３】本実施形態に用いられる６軸揺動再現装置の
揺動方向を示したグラフ（ａ）及び該６軸揺動再現装置
の概略構成図（ｂ）である。

【図４】６軸揺動再現装置の揺動加速度を示したグラ
フである。

【図５】本発明の実施形態にかかる環境条件選択の手
順を示すフロー図である。

【図６】本発明の実施形態にかかるシミュレートの手
順を示すフロー図である。

【符号の説明】

１０システム制御用計算機１１記憶部１２環境条件選択部１３揺動制御信号算出部１４音響発生信号算出部１５映像制御信号算出部１６同期化処理部１７音響装置１８映像装置（プロジェクター）１９３Ｄディスプレイ２０揺動制御装置２１６軸揺動再現装置２２被験者３０仮想現実部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ０６Ｂ 1/18 Ｂ０６Ｂ 1/18 Ａ (72)発明者前川明寛兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者森村弘一兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者作野誠下関市彦島江の浦町六丁目16番１号三菱重工業株式会社下関造船所内Ｆターム(参考） 5B050 AA01 BA08 BA09 BA11 CA06 EA24 FA02 FA06 FA10 5D107 AA20 BB08 CC09 EE01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外部より地震等の振動、うねりを受ける
場所における挙動を仮想現実空間にてシミュレートする
擬似体感装置において、仮想現実空間を実現する仮想現実部と、実空間での挙動を再現する入力波等の揺動データ、該挙
動に伴い発生する音響、映像をデータ化して記憶する記
憶装置と、再現する場所、自然現象等の環境条件を選択する選択手
段と、前記選択された環境条件に応じて前記各種データから前
記揺動制御信号、音響発生信号及び映像制御信号を算出
する計算手段と、を備え、前記仮想現実部が、前記揺動制御信号に基づき該仮想現
実部を揺動させる多自由度動作可能な揺動手段と、前記音響発生信号に基づき音響を発生させる音響手段
と、前記映像制御信号に基づき映像を出力する映像手段と、
を有し、前記揺動、音響、映像を同期させて仮想現実空間を再現
することを特徴とする擬似体感装置。
【請求項２】前記揺動手段は、前記揺動データが該揺
動手段の動作限界を超える場合には、並進成分に回転成
分を付加して生成される入力波に基づき揺動させること
を特徴とする請求項１記載の擬似体感装置。
【請求項３】前記選択手段は、地震、台風等の自然現
象、建物内若しくは橋の上等の場所、さらに建物、構造
物、乗り物等の種類／規模、を少なくとも選択できるよ
うに構成されることを特徴とする請求項１記載の擬似体
感装置。
【請求項４】前記仮想現実部が、前記揺動、音響、映
像に同期させ、被験者の体に衝撃を与える加振手段、匂
いを発生させる嗅覚刺激手段、埃を発生させる埃発生手
段、水しぶき等を発生させる触覚刺激手段のうち少なく
とも一の手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の
擬似体感装置。
【請求項５】前記仮想現実空間が、地震時挙動を再現
することを特徴とする請求項１記載の擬似体感装置。