JP7174337B2 - 錯触力覚デバイス - Google Patents
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Description
図1において、錯触力覚デバイス10は、錯触力覚誘起装置12を備え、錯触力覚誘起装置12は、ハプティクスCPU14と、錯触力覚誘起関数を生成するプログラムを備える記憶素子16と、プログラムに従ってCPU14を駆動して非線形特性を備える誘起された錯触力覚を生成する錯触力覚誘起生成装置18と、アクティブタッチ(触力覚活動)装置19を備える。錯触力覚を生成するための情報を備える信号は、入力装置20から入力される。錯触力覚デバイスは、触力覚デバイスであってもよい。錯触力覚誘起装置は、触力覚誘起装置であってもよい。錯蝕力覚アクチュエータ24は、触力覚アクチュエータ24であってもよい。
入力情報;▲1▼コマンドplay、Stop、Pause▲2▼サンプリング情報(波形等)、▲3▼感覚情報(パラメータ等)-圧覚情報;硬さ~軟かさ(抵抗、応力)、触覚情報;粗さ~滑らかさ(振動)、力覚情報;湿り感~乾き感(摩擦、せん断)、プリセット情報、▲4▼状態情報;音声・意志情報、動作・視線・操作情報、脳波、筋電、生体情報、筋肉緊張、呼吸、血圧、▲5▼制御情報;同期トリガー、位置情報、外部クロック。
▲1▼サンプリング波形の読み込み、
▲2▼アナログ入力、デジタル入力、外部メモリ、データベースからの入力・読み込み、
▲3▼基本波形生成;正弦波、三角波、矩形波、錯触力覚誘起要素波形、
▲4▼アクティブタッチ制御、
▲5▼錯触力覚波形の変調・加工、
▲6▼編集、合成編集、
▲7▼フィルタリング、
▲8▼シーケンサー、
▲9▼イコライズ・補正機能、
▲10▼増幅・位相調整、
▲11▼誘起駆動波形の生成、
▲12▼誘起駆動波形の出力、
▲13▼アナログ入力、デジタル入力、外部メモリ、データベースからの入力・書き出し。
入力された基本波形は、提示したい感覚情報の圧覚情報、触覚情報、力覚情報の少なくとも1の情報である信号を基に変調され及び又は編集されることが好ましい。
人間の感覚の分類としては、大きく、体性感覚、内臓感覚、特殊感覚といった分類の仕方がある。その中で、体性感覚が、ここで扱っているハプティクスに関連した感覚であり、体性感覚は、皮膚感覚と深部感覚に分類されている。
皮膚感覚は、触れるという指先などの皮膚表面における触感に関連した感覚であり、接触を知覚する痛覚・温覚・冷覚・圧覚といった接触・圧感覚に関する圧覚、テクスチャなどの静的表面形状を知覚する触覚に関連している。
深部感覚は、てごたえなどといった筋肉などの深部における感触に関連した感覚であり、位置覚によって自己の動きを認識しながら、運動覚、抵抗覚、重量覚、振動覚といった与えた力や動きに対する感覚のフィードバックを得ることで対象物体の動的変化(応答特性)を知覚する力覚に関連している。
人は「身体性」を求め、プレゼンスを確認しようとする。それは、目の前に見えているものは触って確認したいという幼児期の衝動に似たものがあり、触ろうとするときの距離感や空間的な認知などにおいて、自分の身体的なモノさしを通して、相対的な位置関係、インタラクションによる自分との関係性や物性・材質等の探索的理解といった、対象物や外環境の直観的・感覚感性的な理解が重要だからである。
触るという動作において、▲1▼触れた、リーチしたという接触・圧力感覚、▲2▼表面形状や状態を理解するための位置情報と触覚情報、▲3▼物体の存在感や運動・動き、粘性・弾力感といった物体内部の状態を理解するための力覚情報が重要である。このように、加えた力によって生じた動き(位置)や物理的特質を理解するためには、▲1▼圧覚、▲2▼触覚、▲3▼力覚に関する情報提示が不可欠である。また、金属などの熱伝導率といった素材の特質を知覚するためには、温覚、冷覚に関する情報も必要となる。これらは、プレゼンスや形状などの対象物の物理的な特質を知覚する行為である。物体のプレゼンスを表現するためには、触ったり、押し込んだりして、重さや堅さを確認しようとする行為が関わっており、サイバー空間、情報空間、VR空間においては、ヒトの身体性が実現される必要がある。
三原触である、触覚、圧覚、力覚は、錯触力覚において振動波形パターンによる時間的な変化によって誘起できる感覚であるが、周波数的な特質も持ち合わせている。概念的・相対的な見方でいえば、触覚は高い周波数成分を、圧覚は低い周波数成分を含んでおり、力覚は周波数がゼロのような一定の力感覚を含んでいる。
このように、力覚・圧覚・触覚、温冷覚、痛覚といった感覚が、振動を媒介にして、誘起・知覚させる。
感覚量は、振動の波形パターン及び又は振動の周波数の制御によって、一元的に誘起・知覚させることが可能となる。
一定の力とは、周波数ゼロの振動と考えることもできる。表面の弾力感は、弾性特性による応力の変化であり、周波数が低い時は、振動というよりは、指の動きに合わせた反力の変化、弾力感と考えることができる。
振動などの物理刺激が、力覚、圧覚、触覚(振動覚)の誘起・知覚に関係しており、これは、力・応力・加速度的な効果としての粒子性、共鳴効果としての振動・波動性の両面の特性を有していることを意味する。
アルゴリズムは、ソフトウェアで実装されても、ハードウェアで実装されてもよい。
ハプティック・センサーは、赤外線やレーザー等からなる光学センサー、加速度センサー、画像カメラ・センサーなどの物理量計測器、干渉計などの物理現象計測器、脳波計・筋電計などの生理量計測器などから構成され、物体表面の形状、粗さ、弾力、粘性、変形、などのハプティック特性(例えば、触感・感触、感覚要素、三原触、振動、振動感、などの物理的特性、感覚的特性、主観的特性、生理的特性)にかかわる物理量および物理量の変化、感覚量および感覚量の変化を計測し、アナログデータやデジタルデータなどのデータ情報が変換・編集・記録される。合成部へのデータは、記憶装置に記憶されたデータを用いてもよい。
ここで、サンプリング部では、実物体以外に、仮想物体も対象となる。仮想物体のデジタルデータから、上記に該当する、物理量および物理量の変化、感覚量および感覚量の変化が得られる。また、生理・心理・物理計測による、主観量や生理量の計測を通して、仮想物体から人がイメージした、想像した、印象を受けた感覚量および感覚量の変化が用いられてもよい。自然現象、人の生活・行動、計算機上の現象、情報空間上の変化からサンプリングされたデータでも良い。多様な波形パターンを入手できるのならば、対象を問わない。
選択スクリーニング部は、評価をもとに、その波形と感覚・感覚量との関係を数値化し、分類する。感覚要素や三原触に関する感覚強度として、データ、データベース化される。感覚強度が不十分や不要と判断されたものは、データとしては排除される。残ったデータは、錯触力覚誘起アルゴリズムを構成するデータとなる。
波形パターンの特徴を示すパラメタと錯触力覚の感覚強度の関係が対応づけられる。この対応付けにもとづいて、手動、もしくは、計算機が自動で、合成演算の方法やパラメタを変化(摂動法、パラメタの全域で変化させる全域スキャン方法)させて、合成波形を生成し、その時の感覚の変化を評価する。これにより得られたデータにより、錯触力覚を誘起するパラメタが同定、錯触力覚モデルが推定、錯触力覚誘起アルゴリズムが導出される。
なお、フィードバック部がない、フィードバック部を使用しないアルゴリズムもある。
同様に、アルゴリズムにおいて、他の上記の部がない、使用しないは、問わない。
基本波形、サンプリング波形、フィードバックされた波形との合成により、本来の感覚とは異なる感覚、置換・編集された感覚、よりリアリティが増した強調感覚、リアリティをぼかした抑制感覚、今までの現実空間では体験できなかった感覚、物理法則に従わない感覚を知覚・体験させることができる。
すべての波形パターンについて、錯触力覚の誘起強度(誘起率)や感覚が評価・検討され、数値化、アルゴリズム化される。錯触力覚の感覚が検出された波形について、フィルタリングや、何らかの演算を行って、基本波形の成分が抽出されたならば、誘起波形生成アルゴリズムの波形パターンとみとめられる。
感覚をデザインするモデラーは、実際のハードおよびコンテンツの開発現場での使い勝手を考慮し、物理刺激層、知覚・感覚層、認知層、デザイン層に分けて、システム・アーキテクチャーが構成できる。
各層は、モジュール化が可能である。
これらは一例であり、システムとしてモジュール化され、他のモジュール構成からなる階層構造のアーキテクチャ―でもよい。
知覚・感覚層は、その刺激(例えば、振動波形パターン)と、人が誘起・知覚する感覚との対応関係を表わす、情報空間である。その情報空間は、データ・テーブルで表わされていても、関数や、物質や情報空間、人の記憶・身体や、そのほかの方法でも、対応関係が表現されるものならば特に問わない。
認知層は、意識と無意識の両方及び又は片方において、素材や物質、コンテンツ、コンテクストとしての特徴・属性の理解や情動的・感情的な心理的な情報へと影響・関係する。情動的な気持ちや精神状態ともインタラクティブに関係する。
多体インタラクションでは、複数のデバイス、例えば、左右両手に持ったデバイスでの異なる波形パターン制御によって、左手経由および右手経由で誘起された感覚・錯覚が、脳・神経において融合・合成され、新たな感覚が誘起されるように制御される。また、左右の両手に関わらず、身体の異なる部位においても同様である。空間的な融合に加えて、同じ部位の異なる時間における感覚の融合も、マスキング・前後効果・順序効果などの時間にかかわる効果を介して制御される。
以下に、デザイン層における、三原触モデルを用いたハプティック・デザイン・モジュールについて説明する。
強度は、振幅の大きさに加え、波形パターンによって誘起される感覚量に対する主観評価の評価強度によって、数量化される。
触相、彩度、強度は、生理・心理・物理実験による、主観的評価実験、生理的評価実験により、数値化され、三原触モデルが数値テーブル化(データベース化)、もしくは、関数化される。
力覚・圧覚・触覚は、対象の感覚要素に関する主成分・因子などの分析やモデリング、仮説をもとに抽出・命名される物であり、別の因子や命名でもよい。
錯触力覚誘起装置12
ハプティクスCPU14
記憶素子16
錯触力覚誘起生成装置18
アクティブタッチ装置19
入力装置20
出力装置22
触力覚アクチュエータ24
Claims (5)
- 外部からの情報を入力する入力装置と、錯触力覚誘起装置を備え、該錯触力覚誘起装置は、ハプティクスCPUと、錯触力覚を誘起するためのモジュールを、力覚、圧覚、及び触覚を含む感覚因子ごとに有するプログラムであって、錯触力覚誘起関数を生成するプログラムを備える記憶素子と、前記プログラムに従って前記ハプティクスCPUを駆動して非線形特性を備える誘起された錯触力覚を生成する錯触力覚誘起生成装置とを備え、前記生成された錯触力覚を備える情報を出力する出力装置とを備え、前記錯触力覚誘起生成装置は、基本波形生成を基に錯触力覚誘起要素波形を生成し、該錯触力覚誘起要素波形を変調、加工、及び編集して錯触力覚誘起駆動波形を生成し、
前記入力装置は、サンプリング波形、圧覚情報、触覚情報、力覚情報、プリセット情報、状態情報、及びフィードバック情報を入力し、
前記錯触力覚誘起生成装置は、前記プログラムに従って、前記入力装置を介した入力に応じて、ヒステリシス効果を利用した前記非線形特性を備える錯触力覚を生成する、
錯触力覚デバイス。 - 前記錯触力覚デバイスは、CMOS構造及び又はBiCMOS構造を備えることを特徴とする請求項1記載の錯触力覚デバイス。
- 前記出力装置は、1チャネル当たり1自由度以上の駆動波形を出力することを特徴とする請求項1記載の錯触力覚デバイス。
- 前記錯触力覚デバイスは、感覚量を提示することを特徴とする請求項1記載の錯触力覚デバイス。
- 前記感覚量は、振動の波形パターン及び又は振動の周波数の制御によって提示されることを特徴とする請求項4記載の錯触力覚デバイス。
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