JP6342619B2 - 動的イベントのためのハプティック効果の生成 - Google Patents

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Description

一実施形態は、一般的にハプティック効果に関するものであり、特に、動的イベントに応じてハプティック効果を生成する装置に関する。
電子装置製造業者は、ユーザにとってリッチなインターフェースを製造することを追求している。従来の装置は、ユーザへフィードバックを提供するために視覚的及び聴覚的なキューを用いている。いくつかのインターフェース装置では、運動感覚フィードバック(例えば、アクティブかつ抵抗フォースフィードバック)及び/又は触覚フィードバック(例えば、振動、テクスチャ及び熱)もまたユーザへ提供され、より一般的には“ハプティックフィードバック”又は“ハプティック効果”として知られている。ハプティックフィードバックは、ユーザインターフェースを向上させ、かつ簡素にするキューを提供することができる。具体的には、振動効果又は振動触覚効果は、ユーザに特定のイベントを知らせるために電子装置のユーザへキューを提供する際に有益である、又はシミュレートされた又は仮想的な環境内での深い知覚の没頭を生成するためにリアルなフィードバックを提供する際に有益である。
ハプティックフィードバックは、また、携帯電話機、パーソナルデジタルアシスタント(“PDA”s)、スマートフォン及び携帯ゲーム機のような“ハンドヘルドデバイス”又は“ポータブルデバイス”と呼ばれる携帯電子機器にますます組み込まれている。例えば、いくつかの携帯ゲームアプリケーションは、ハプティックフィードバックを提供するように構成される、ラージスケールのゲームシステムで使用されるコントロールデバイス(例えば、ジョイスティック等)と同様の手法で振動することが可能である。また、携帯電話機及びスマートフォンのような装置は、振動によりユーザへ様々なアラートを提供可能である。例えば、携帯電話機は、振動により着呼をユーザへ知らせることができる。同様に、スマートフォンは、スケジュールされたカレンダーアイテムをユーザへ知らせる、又は“to do”リストアイテム又はカレンダーアポイントメントへのリマインダーをユーザへ提供することができる。さらに、ハプティック効果は、ビデオゲームにおいてボールが弾む感触のような“実世界”の動的イベントをシミュレートするために用いることができる。
一実施形態は、動的イベントのために動的ハプティック効果を生成するシステムである。システムは、動的イベントのために第1のエンドポイント及び第2のエンドポイントを受信する。第1のエンドポイントは、第1のエンドポイント値及び対応する第1のハプティック効果を含み、第2のエンドポイントは、第2のエンドポイント値及び対応する第2のハプティック効果を含む。システムは、動的イベントのために動的な値を受信する。動的な値は、第1のエンドポイント値と第2のエンドポイント値との間にある。システムは、第1のハプティック効果及び第2のハプティック効果から動的ハプティック効果を補間することにより動的な値から動的ハプティック効果を決定する。
図1は、本発明の一実施形態に係るハプティックイネーブルドシステムのブロック図を示す。 図2は、ハプティック効果が生成されるための力を生成する動的イベントの一例を示す。 図3は、一実施形態に係る、図2の壁に対するボールの衝突又は他の動的イベントを反映するハプティック効果を生成するときのハプティック効果デザイナーとハプティック効果プログラマーとの典型的な相互作用を示す。 図4は、一実施形態に係る動的イベントのためにハプティック効果を自動的に生成するために補間を用いるときの図1のハプティック効果生成モジュールの機能のフロー図を示す。
一実施形態は、シミュレートされた弾むボールのような“動的イベント”のためのハプティック効果を生成するシステムである。システムは、所望のハプティック効果のために、ボールが壁に接触した時の最小及び最大の力のような動的イベントの“エンドポイント”を受信する。システムは、その後、エンドポイント間で降下する動的イベントのためにハプティック効果を自動的に生成するための補間を用いる。
ハプティック効果を組み込む装置は、一般的に、ハプティック効果がどのように“感じ”られるかを決定するハプティック効果デザイナーと、設計されたハプティック効果を実装するためのソフトウェアコードを開発するハプティック効果プログラマーとの両者の協働で開発される。多くのシステムでは、アプリケーションプログラミングインターフェース“API”は、デザイナーが所望のハプティック効果を名称により呼び出すようなデザイナーの仕事をプログラマーとは分けており、APIは、所望のハプティック効果を実装するために対応するコード又はルーチンを検索する。ハプティック効果のための一例は、イマージョン コーポレーションの“VibeTonz” APIである。
ハプティック効果は、しばしば“動的”実世界のイベントをシミュレートするために用いられる。例えば、ビデオゲームは、壁のボールの弾みを特徴とする。壁に対するボールの速度/力に応じて、弾みの衝突をシミュレートするハプティック効果は、実世界の衝突により生成された力を反映するように変化されなければならない。ハプティック効果は、パラメータを変更することにより変化されうる。別の例として、スマートフォンは、接触のスクロールリストを表示してもよい。リストをスクロールする際に、ハプティック効果は、接触と接触との間の“カチカチするような感覚(ティック;tick)”のハプティック効果を生成してもよい。スクロールの速度が増加すると、ティックは、増加した速度を反映するためにより強くなり、その逆もまた同様である。一実施形態では、ハプティック効果が振動であり、アクチュエータにより生成されたときに、ハプティック効果は、振動パラメータの大きさ、周波数及び持続期間の任意の組み合わせにより動的ハプティックイベントをシミュレートするよう変化されうる。対応するハプティック効果を生成しうる動的イベントの他の例は、人間がボクシンググローブを打つ力、バットでボールを打つ力、車に他の物体が衝突する力等を含む。
多くのシミュレーションに対して、対応するハプティック効果が生成されるための動的イベントの数は、極めて多い。例えば、壁に対するボールのバウンドに対して、ビデオゲームは、ボールの速度に応じて壁に対するボールにより生成される10又はそれ以上の異なる力を特定してもよい。多くのデザイナーは、これらの力に対するハプティック効果の設計において、エンドポイント(つまり、最小の力と最大の力)に対するパラメータを単に特定するだけである。プログラマーは、その後、リニアマッピング又はいくつかの他の方法を用いてエンドポイント間での全てのパラメータをプログラムしなければならない。中間点の数に応じて、これは、プログラマーの担当する部分に大きな労力が必要となる。一方で、本発明の実施形態は、補間を用いるエンドポイントに基づいて中間段階のハプティック効果を自動的に生成する。
図1は、本発明の一実施形態に係るハプティックイネーブルドシステム10のブロック図を示す。一実施形態では、システム10は、モバイル装置の一部分であり、システム10は、モバイル装置のためにハプティック効果の生成を提供する。図では単一のシステムを示したが、システム10の機能は、分散されたシステムとして実装されることができ、システム10自体でハプティック効果を生成することができる、又はハプティック効果信号又はデータを、ハプティック効果を生成する別の装置に送信することができる。
システム10は、情報を伝達するためのバス12又は他の通信機構と、情報を処理するために、バス12に接続されるプロセッサ22と、を含む。プロセッサ22は、任意のタイプの一般的な又は特殊用途のプロセッサであってもよい。システム10は、プロセッサ22により実行される情報及び命令を記憶するメモリ14をさらに含む。メモリ14は、ランダムアクセスメモリ(“RAM”)、リードオンリーメモリ(“ROM”)、磁気又は光ディスクのようなスタティックストレージ、又は任意のタイプのコンピュータ可読媒体の任意の組み合わせを含みうる。
コンピュータ可読媒体は、プロセッサ22によりアクセス可能であり、揮発性及び不揮発性媒体の両方、リムーバブル及びノンリムーバブル媒体、通信媒体、及びストレージ媒体を含む任意の取得可能な媒体であってもよい。通信媒体は、搬送波又は他の伝送機構のような変調されたデータ信号におけるコンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール又は他のデータを含んでもよく、既存の技術の情報伝達媒体の任意の形態を含んでもよい。ストレージ媒体は、RAM、フラッシュメモリ、ROM、erasable programmable read−only memory(“EPROM”)、electrically erasable programmable read−only memory(“EEPROM”)、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、コンパクトディスクリードオンリーメモリ(“CD−ROM”)、又は既存の技術の任意の他のストレージ媒体の形態を含んでもよい。
一実施形態では、メモリ14は、プロセッサ22により実行されたときに、機能を提供するソフトウェアモジュールを記憶する。モジュールは、一実施形態のモバイル装置の他の部分と同様に、システム10にオペレーティングシステム機能を提供するオペレーティングシステム15を含む。モジュールは、以下に詳細を記載するように、補間を用いてハプティック効果を生成するハプティック効果生成モジュール16を含む。システム10は、通常、スマートフォン関連のアプリケーション(システム10がスマートフォンの場合)、APIs、物理システム等のような追加機能を含むための一又はそれ以上の追加のアプリケーションモジュール18を含む。システム10は、モジュール16及び18により用いられるデータを記憶するデータベース30に接続されてもよい。
システム10は、リモートソースからデータを送信及び/又は受信する実施形態において、赤外線、無線、Wi−Fi又はセルラーネットワーク通信のようなモバイル無線通信を提供するために、ネットワークインターフェースカードのような通信装置20をさらに含む。他の実施形態では、通信装置20は、イーサネット(登録商標)接続又はモデムのような有線通信を提供する。
プロセッサ22は、バス12を介して、グラフィック描写又はユーザインターフェースをユーザへ表示する液晶ディスプレイ(“LCD”)のようなディスプレイ24にさらに接続される。ディスプレイ24は、タッチスクリーンのような、プロセッサ22から信号を送受信するように構成される接触検知入力装置であってもよく、マルチタッチスクリーンであってもよい。プロセッサ22は、さらに、キーボード又はマウスのようなカーソルコントロール28に接続され、ユーザがシステム10とやりとりすることを可能にする。
システム10は、一実施形態では、アクチュエータ26をさらに含む。プロセッサ22は、生成されたハプティック効果に関連付けられるハプティック信号をアクチュエータ26へ送信し、次に、振動触覚効果のようなハプティック効果を出力する。アクチュエータ26は、アクチュエータ駆動回路を含む。アクチュエータ26は、例えば、電気モータ、電磁気アクチュエータ、ボイスコイル、形状記憶合金、電気活性ポリマー、ソレノイド、偏心モータ(eccentric rotating mass motor(“ERM”))、リニア共振アクチュエータ(inear resonant actuator(“LRA”))、圧電アクチュエータ、高帯域幅アクチュエータ、電気活性ポリマー(electroactive polymer(“EAP”))アクチュエータ、静電触覚ディスプレイ、又は超音波振動発生器であってもよい。他の実施形態では、システム10から離れた装置は、ハプティック効果を生成するアクチュエータを含み、システム10は、通信装置20を通じて当該装置へ生成したハプティック効果信号を送信する。
図2は、ハプティック効果が生成されるための力を生成する動的イベントの一例を示す。図2では、ボールは4つの壁の1つに当たる。壁による各衝突は、ボールの速度に応じて変化する“力”を生成する。図2の“ボール”及び“壁”は、一例における図1のシステム10のディスプレイ24に示されるビデオゲームの一部でありうる。“物理システム”は、動的イベントの一部であり、動的イベントに関連付けられる速度等の実世界と同等な力を決定する。物理システムは、剛体力学(衝突検出を含む)、軟体力学及び流体力学のような特定の物理システムの近似シミュレーションを提供するコンピュータソフトウェアでありうる。別の実施形態では、動的イベントに基づいて物理システムを生成するのではなく、入力は、例えば、力が時間の関数として変化するアニメーションにおける時間であってもよい。
図3は、一実施形態に係る、図2の壁に対するボールの衝突又は他の動的イベントを反映するハプティック効果を生成するときのハプティック効果デザイナー32とハプティック効果プログラマー44との典型的な相互作用を示す。デザイナー32は、各衝突に対応するハプティック効果の“感覚”を設計する。デザイナー32は、対象となる装置の感覚の知識に基づいて振動パラメータのエンドポイント範囲(例えば、強度及び周期性のための最小値Vmin 35及び最大値Vmax 37)を特定する。振動限界36は、範囲のエンドポイントを反映し、最小の力のハプティック効果及び最大の力のハプティック効果を生成するためにアクチュエータ26のために信号を特定する。エンドポイントは、範囲の“絶対値”エンドポイントでなくてもよい。それに替えて、“エンドポイント”は、エンドポイントとみなされる2つの追加の値の間での中間エンドポイントであってもよい。例えば、1−10の範囲に対しては、選択されるエンドポイントは、3及び7であってもよい。
プログラマー44は、ハプティック効果信号が生成されるように図1のプロセッサ22をプログラムする。プログラマー44は、物理システム又はシミュレーションからの標準的な値の範囲(例えば、最小値Fmin 45及び最大値Fmax 47))の知識に基づいて、力の入力の範囲を特定する。衝突限界46は、壁にぶつかるボールにより生成される最小及び最大の力を反映する。
演算において、実施形態は、エンドポイント間で降下する(つまり、最小の力ではなく、最大の力でもない)特定の動的イベントの衝突力を算出する。アクチュエータ26への出力は、プログラマーの衝突限界46からデザイナーの振動限界36へ補間される。
図4は、一実施形態に係る動的イベントのためにハプティック効果を自動的に生成するために補間を用いるときの図1のハプティック効果生成モジュール16の機能のフロー図を示す。一実施形態では、図4のフロー図の機能は、メモリ又は他のコンピュータ可読媒体若しくは有形的表現媒体に記憶されるソフトウェアにより実装され、プロセッサにより実行される。他の実施形態では、当該機能は、(例えば、特定用途向け集積回路 (“ASIC”)、プログラマブルゲートアレイ(“PGA”)、フィールドプログラマブルゲートアレイ (“FPGA”)等の使用により)ハードウェアにより行われてもよく、又はハードウェア及びソフトウェアの任意の組み合わせにより行われてもよい。
402では、次の動的イベントが検出される。図4の機能は、動的イベントが常に検出されるような、連続的なループとして実行される。
404では、動的イベント(例えば、壁へのボールの衝突)が発生したかどうかが判定される。404でNoの場合には、機能は402へ移る。404でYesの場合には、物理システムは、動的イベント値を提供する。図2の例では、イベントは、衝突であり、動的イベント値は、衝突力(例えば、1−10のスケールで8)である。動的イベント値は、“playDynamicEffect”と一実施形態で呼ばれるルーチンへパスされる。一実施形態では、動的イベント値は、以下のルーチンへパスされる。
ここで‘collision”はハプティックイベントであり、力はハプティックイベントの値である。
例えば、以下の効果が効果ファイルにおいて定義されると仮定する。
この例では、ハプティック効果は、持続期間(duration)、大きさ(magnitude)及び周期(period)の3つのパラメータにより定義される。
406では、動的イベント値に最も近い効果定義のセットは、効果ファイルから検索される。一実施形態では、線形補間は、少なくとも2つの定義を要求する。上記の例では、これらの効果は、共通の名称(name)“collision”により見つけられ、“collision 1”及び“collision 10”を含む。2以上の効果は、定義され、効果ファイルから検索される。例えば、以下の3つの効果は、効果ファイルに定義されてもよい。
408及び410では、動的イベント値が2つの定義値間で降下するかどうかの判断がなされる。例えば、モジュール16は、定義値の名称でエンコードされる“8”が“1”と“10”の間であるかどうかを判定する。
一実施形態では、動的イベント値が最も小さいセット定義値(the lowest set definition value)よりも大きい場合には、効果がプレイされず、機能は410へ移る。これは、入力した力が無視される“デッドバンド”を提供する。別の実施形態では、セットにおける最も小さい効果定義値が使用され、その後、機能は402へ移る。
408でYesの場合には、動的イベント値が410における最も大きいセット定義値(the greatest set definition value)よりも大きい場合に、412において、セットにおける最も大きいハプティック効果定義(the highest effect definition in the set)が使用され(例えば、10)、機能は402へ戻る。
410でYesの場合には、414において、ハプティック効果定義は、414の補間により決定され、機能は402へ戻る。
414における補間によりハプティック効果を決定するために、一実施形態では、補間変数“t”は、以下の式により求められる。
t=(動的イベント値−最も小さい値の動的イベント)/(最も大きい値の動的イベント−最も小さい値の動的イベント)
上記の例では、
t=(8−1)/(10−1),よって、tは約0.78となる。
最も大きい値の動的イベントが最も小さい値の動的イベントと等しいという特別な場合には、ゼロで割ることを避けるためにt=1とする。
一実施形態では、各補間されたハプティック効果パラメータを算出するために、tは以下の線形補間関数で用いられる。
ここで、“A”は最小値の動的イベントであり、“B”は最大値の動的イベントのためのパラメータ値である。上記の2つの効果のために、パラメータは、以下のように求められる。
したがって、414の後、補間されたハプティックパラメータ値(すなわち、41msの持続期間、7778の大きさ、5msの周期)は、図1のアクチュエータ26又は他のアクチュエータに間接的又は直接的に出力され、ハプティック効果を生成させる。機能は別のイベントが発生することを待機するために402へ戻る。
別の実施形態では、2つのハプティック効果定義(すなわち、2つのエンドポイント)に替えて、3つのハプティック効果定義が上述したように用いられる。この実施形態では、補間のために以下の二次方程式が用いられる。
ここで、Cは3つ目の定義(third definition)である。
上述したように、実施形態は、所望のハプティック効果エンドポイントを特定することにより、ハプティック効果デザイナーがリッチなハプティック効果をより容易に実装できる。実施形態は、その後、補間により補間ステージのハプティック効果を自動的に生成する。
いくつかの実施形態が本明細書に具体的に図示及び/又は説明される。しかし、開示された実施形態の修正及び変更は、本発明の趣旨及び意図する範囲から逸脱しない限り、上記の教示及び添付の特許請求の範囲の範囲内に及ぶことが理解される。

Claims (13)

  1. 動的イベントに対する動的ハプティック効果を生成するコンピュータ実装方法であって、
    前記動的イベントに対する第1のエンドポイント及び第2のエンドポイントを受信するステップであって前記第1のエンドポイント及び前記第2のエンドポイントは特定された振動限界の範囲を示し、前記第1のエンドポイントは、第1のエンドポイント値及び対応する第1のハプティック効果を含第2のエンドポイントは、第2のエンドポイント値及び対応する第2のハプティック効果を含み、前記第1のハプティック効果は、複数の第1のパラメータを含み、前記第2のハプティック効果は、複数の第2のパラメータを含むステップと、
    前記動的イベントに対する動的イベント値を受信するステップであって、前記動的イベント値は、前記第1のエンドポイント値と前記第2のエンドポイント値との間にあるステップと、
    前記動的イベント値から前記動的ハプティック効果を決定するステップであって
    前記決定するステップは、前記第1のハプティック効果及び前記第2のハプティック効果から前記動的ハプティック効果を補間するステップを含
    前記補間するステップは、
    前記第1のエンドポイント値及び前記第2のエンドポイント値によって示される範囲における動的イベント値の位置に基づいて、補間変数tを生成するステップと、
    前記補間変数t、複数の前記第1のパラメータ、及び複数の前記第2のパラメータに基づいて、前記動的ハプティック効果のそれぞれのパラメータに対応する補間されたハプティックパラメータ値を算出するステップと、を含む方法。
  2. 複数の前記第1のパラメータ及び複数の前記第2のパラメータのそれぞれは、持続期間、大きさ及び周期を含む、請求項に記載の方法。
  3. 振動ハプティック効果は、アクチュエータにより生成される、請求項1に記載の方法。
  4. 前記動的イベントは、力を生成する、請求項1に記載の方法。
  5. 前記力は、他のシミュレートされた物体に接触するシミュレートされた物体によって生成される、請求項に記載の方法。
  6. 前記力は、物理システムにより決定される、請求項に記載の方法。
  7. 前記補間変数tを生成するステップは、(動的イベント値−第1のエンドポイント値)/(第2のエンドポイント値−第1のエンドポイント値)を算出することを含み、
    前記第1のエンドポイント値は、最も小さいエンドポイント値であり、前記第2のエンドポイント値は、最も大きいエンドポイント値である、請求項1に記載の方法。
  8. 算出するするステップは、前記動的ハプティック効果の各パラメータに対して(1−t)*A+t*Bを算出することを含み、ここでAは対応する第1のハプティック効果パラメータを含み、Bは対応する第2のハプティック効果パラメータを含む、請求項に記載の方法。
  9. プロセッサにより実行されたときに、前記プロセッサに前記動的イベントのために前記動的ハプティック効果を生成させ、前記動的ハプティック効果の生成は、請求項1からのいずれか一項に記載の方法を含み、請求項1からのいずれか一項に記載の方法を実行させる命令を有するコンピュータ可読媒体。
  10. 動的イベントに対する動的ハプティック効果を生成するシステムであって、
    プロセッサと、
    前記プロセッサに接続され、ハプティック効果生成モジュールを記憶するメモリと、を備え、
    前記ハプティック効果生成モジュールによる前記動的イベントに対する第1のエンドポイント及び第2のエンドポイントの受信であって、前記第1のエンドポイント及び前記第2のエンドポイントは、特定された振動限界の範囲を示し前記第1のエンドポイントは、第1のエンドポイント値及び対応する第1のハプティック効果を含第2のエンドポイントは、第2のエンドポイント値及び対応する第2のハプティック効果を含み、前記第1のハプティック効果は、複数の第1のパラメータを含み、前記第2のハプティック効果は、複数の第2のパラメータを含み、
    前記ハプティック効果生成モジュールによる前記動的イベントに対する動的イベント値の受信であって、前記動的イベント値は、前記第1のエンドポイント値と前記第2のエンドポイント値との間にあり
    前記ハプティック効果生成モジュールによ前記動的イベント値から前記動的ハプティック効果決定であって、前記決定は、前記第1のハプティック効果及び前記第2のハプティック効果から前記動的ハプティック効果を補間することを含
    前記補間することは、
    前記第1のエンドポイント値及び前記第2のエンドポイント値によって示される範囲における動的イベント値の位置に基づいて、補間変数tを生成することと、
    前記補間変数t、複数の前記第1のパラメータ、及び複数の前記第2のパラメータに基づいて、前記動的ハプティック効果のそれぞれのパラメータに対応する補間されたハプティックパラメータ値を算出することと、を含むシステム。
  11. 前記プロセッサに接続されるアクチュエータをさらに備え、
    前記アクチュエータは、前記動的ハプティック効果の受信に応じてハプティック効果を出力する、請求項10に記載のシステム。
  12. 前記補間変数tは、(動的イベント値−第1のエンドポイント値)/(第2のエンドポイント値−第1のエンドポイント値)を算出することにより生成され
    前記第1のエンドポイント値は、最も小さいエンドポイント値であり、前記第2のエンドポイント値は、最も大きいエンドポイント値である、請求項10に記載のシステム。
  13. 算出することは、前記動的ハプティック効果の各パラメータに対して(1−t)*A+t*Bを算出することを含み、ここでAは対応する第1のハプティック効果パラメータを含み、Bは対応する第2のハプティック効果パラメータを含む、請求項12に記載のシステム。
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