JPH11513157A - バーチャル環境の対話式ナビゲーション装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 バーチャル環境に関するモデリング及び対話のために設けられた装置である。当該環境のイメージ、及びその内部におけるユーザーの存在についての表示は、メモリ（１４，１６）からのデータに基づいてＣＰＵ（１２）によって生成され、立体的なディスプレイ（１０）によってユーザーに提供される。ユーザーは、単一の制御ボタン（２０）を有するハンドヘルド・ユニット（１８）を装備される。ボタン（２０）が押されていないとき、制御装置（１８）のユーザーの運動は、モデリングされるアイコン（バーチャル・ハンドのような）によって前記バーチャル環境内において複製され、対話を可能にする。ボタン（２０）が作動されているとき、制御装置（１８）のユーザーの運動は、その代わりに、ナビゲーション指令に変換され、バーチャル環境におけるユーザーの存在の位置をシフトさせることになるのである。

Description

【発明の詳細な説明】 バーチャル環境の対話式ナビゲーション装置 技術分野 本発明は、仮想的なボディ又はボディ部分が、コンピュータ生成されるバーチ ャル環境内における人間、動物又は機械的な形態を表現しているコンピュータ・ ベースのモデルであるように成した、仮想的なボディ又はボディ部分の運動を制 御する装置に関するものである。 背景技術 バーチャル環境によって採用される形態は、システムの用途に依存することに なる。それは、例えば、建築学的なモデリングのアプリケーションのための建物 の内部、或いは、ゲーム又はその他のアプリケーションのための都会的又は超現 実的な風景から構成されることが可能であり、ユーザーによって制御されるバー チャル・ボディがその環境を移動されるのである。バーチャル・ボディの形態は 、そのようなモデルを再現するための利用可能なプロセッサ出力に関する制約を 受けながらも、アプリケーションによって要求されたように、単純なカーソル程 度のものからヒューマノイド又は動物のボディに関する詳細なモデル又は様式化 されたモデルへと変化することが可能である。以下において、「バーチャル環境 」という用語は、そのような仮想的な風景又は状況に関して使用されることにな る。また、「物理的な環境」という用語は、ユーザーの「現実的な世界」の環境 を示すために使用されることになるものであり、それは、例えば、バーチャル環 境へのインターフェースを提供するヘッド・マウンテッド・ディスプレイ（ＨＭ Ｄ）のような様々なハードウェア装置に対してユーザーがその内部において接触 することになる部屋である。「バーチャル・ボディ」及び「物理的なボディ」と いう用語は、それに従って解釈されるべきである。 触覚型のグローブの形態を採るバーチャル・ボディ制御装置の１つの具体例が 、国際特許出願ＷＯ９２／１８９２５号(Ｗ．Ｉndustries)において説明されて いる。バーチャル環境の内部（例えばＨＭＤを介して観察される）では、ユーザ ー の手は、ユーザーの手の運動及び曲げに対応する変化を経験することになるカー ソルとして出現する。バーチャル環境内におけるカーソルと目標物との間におけ る接触は、グローブの膨張するクッション部分によってシミュレーションされ、 触った感覚を付与するのである。触覚型のグローブは、目標物が触覚フィードバ ックを介してユーザーに現実的な感覚を提供するように成したバーチャル・ワー ルド内の比較的局在的な技術（実践的な分子モデリングのような）に関しては、 高価ではあっても有益であるが、グローブがボディスーツ及び／又はトレッド・ ミルのような補助的な装置と組み合わされて更なる運動を可能にしない限り、バ ーチャル環境におけるその運動は、ユーザーの腕の運動に限定されてしまうこと になる。そこで生まれる１つの問題は、異なった装置の制御に関する複雑性の問 題であり、バーチャル環境の中にユーザーが没頭している状態を達成することと は相違して、異なった操作上の指令即ちオペレーションを記憶しなければならな いという要求事項を生じることになるのである。 発明の開示 従って、本発明の目的は、ユーザーの運動の範囲によって限定されないように 成した、モデリング式のバーチャル・ボディを操作するための手段を提供するこ とである。 本発明の更なる目的は、操作を覚えることが比較的簡単であるように成した、 バーチャル環境内における比較的簡単なナビゲーション手段を提供することであ る。 本発明に拠れば、バーチャル環境内におけるボディの表示をユーザーの指示の 下で生成して活動させるべく機能し得るバーチャル・ボディ・モデリング装置が 提供されている。当該装置は： バーチャル環境を形成するデータを保持する第 １のデータ記憶装置と； バーチャル・ボディ表示の特徴に関するデータを保持 する第２のデータ記憶装置と； ユーザー操作可能な制御装置と； 第１のデー タ記憶装置及び第１の観点からのデータに基づいてバーチャル環境の表示を生成 し、第２のデータ記憶装置からのデータに基づいてバーチャル環境内におけるボ ディ表示を生成し、更に当該生成されたボディ表示をユーザー操作可能な制御手 段から受信される信号に応じて周期的に修正するようにして準備されるプロセッ サ手段とを含む装置において、所定の基準位置に対する前記制御装置の位置を検 出するようにして準備される位置測定手段をも更に含み、前記制御装置は、単一 のユーザー操作可能な制御装置をも更に含み、前記プロセッサ手段は、前記生成 されたボディ表示を周期的に修正し、或いは、前記第１の観点の位置を周期的に 修正し、更にそこからの表示をユーザー操作可能な制御装置の操作に依存して再 生させるようにして準備されるように成したことを特徴とする、バーチャル・ボ ディ・モデリング装置である。 簡単な押しボタンのような単一のユーザー操作可能な制御装置のみを有するこ とにより、ユーザーが操作上の指図に関して覚えておくことはほとんどなく、（ 例えば）ボタンが押し込まれていない場合には、バーチャル・ボディは、制御装 置の運動に追随するが、それが押し込まれている場合には、バーチャル「ユーザ ー」は、総括して、同じ制御装置を使用してバーチャル環境をナビゲーションす ることが可能であるということだけである。 第２のデータ記憶装置は、プロセッサが、前記シーケンス・データを呼び出し 、更にユーザー操作可能な制御装置からの１つ又はそれ以上の所定の信号の検出 に応じて当該運動のシーケンスに追随させるなどのために当該生成されたボディ 表示を修正するように準備されて、ボディ運動の少なくとも１つのシーケンスを 形成するデータを保持してもよい。 ユーザー操作可能な制御装置は、ユーザーの手の中に保持されるべきユニット を含んでもよく（単一の制御装置が手の親指又はその他の指によって適切に作動 され得る）、更に、位置検出手段は、当該ハンドヘルド・ユニットに位置決めデ ータを送信する固定式位置の位置決めデータ供給源を含んでもよく、当該ハンド ヘルド・ユニットは、受信した位置決めデータからその位置を測定し、その表示 をプロセッサに出力するように準備される。代替的には、当該位置測定手段は、 ユーザー操作可能な入力装置の作動領域に隣接して配置され、且つ前記基準位置 に対する当該装置の相対的な位置を測定するように準備される固定式の位置セン サを含んでもよい。 適切には、当該プロセッサは、例えば、異なったユーザーのためのフレキシビ リティを許容し、夫々に彼ら自身の快適な「レスト」位置を選択し得るようにし て、ユーザーの入力に応じて前記所定の基準位置を修正できてもよい。代替的に は、当該プロセッサは、位置測定手段の作動に続く所定期間ユーザー操作可能な 入力装置の時間平均的位置読取りによってその基準位置を測定するように準備さ れてもよい。 本発明の更なる特徴及び利点は、添付図面を参照して、単なる例証のためのも のである本発明の好適な実施例に関する以下の説明を理解すれば、明らかになる であろう。 図面の簡単な説明 第１図は、本発明を具現するバーチャル環境に関する対話装置の概略的な平面 図である。 第２図は、ユーザーに提供される第１図の装置の典型的な画像を示している。 第３図及び第４図は、第１図のハンドセットに関する位置データをバーチャル 環境内におけるナビゲーション・データに変換することを示している。 発明を実施するための最良の形態 以下の説明は、詳細には、バーチャル・ハンド又はバーチャル・クローの運動 を制御するための機構で、ユーザーによって操作されるハンドヘルド装置の測定 された運動によって指示され、バーチャル・ワールド内におけるユーザー即ち参 加者が制御できるバーチャル・ヒューマノイド・ボディの一部としてであるか又 はそれから独立して、バーチャル・ハンド又はバーチャル・クローをモデリング し制御することに関するものである。容易に理解され得るように、説明された多 くの技術は、バーチャル・ボディのその他の部分の運動を制御するために使用さ れることもまた可能である。 ユーザーの手の運動を測定するための構成は、ハンドヘルド制御装置の現在の 物理的な位置をデータ・プロセッサに入力するための適当な計測値に変換するよ うに成した装置を介するものである。そのような装置の実施例は、可動的な観点 からのバーチャル環境の画像を表示すべくＣＰＵ１２によって駆動される立体的 なＨＭＤユニット１０を含んで成る平面図を示す第１図に示されている。当該環 境の画像は、環境データ記憶ＲＡＭ１４からのデータに基づくものであるが、環 境内におけるバーチャル・ボディ（ユーザーによって運動されることが可能であ り、バーチャル環境内で目標物を操作するために使用されるバーチャル・ハンド 又はバーチャル・クローのような）の画像は、これもまたＣＰＵ１２と結合され る読出し専用メモリ１６内のデータに基づくものである。 ハンドヘルド・ユーザー制御装置１８は、ＣＰＵ１２と結合されて設けられる ものであり、その制御装置は、それを把持する手の親指又はその他の指によって 適切に操作されることが可能である単一の作動押しボタン２０を有している。 ユーザーが位置決めされることになる領域の縁の固定位置に、追跡信号の供給 源２２が設けられる。この供給源２２は、双極電磁場の形態を採る原始座標軸デ ータを適切に出力するものであり、その電磁場は、ＨＭＤ１０及び制御装置１８ の両者によって検出される。それは、受信されてＣＰＵにフィードバックされた 座標データに基づき、ＨＭＤ１０及び制御装置１８の両者が供給源２２からの出 力で指定された３次元座標集合に関連するものである場合に所定の時間に測定さ れることが可能である。 これ以降明らかになるであろう理由のため、制御装置１８には「レスト」位置 が存在することが必要であり、定着させるための第１の技術は、初めにヘッドセ ットをかぶって制御装置を身に付けるとき、ユーザーのために快適な位置を表示 することである。ＨＭＤ１０及び制御装置１８の夫々の座標は、その後に登録さ れる。自動的な代替例では、夫々の位置は、例えば初めの２０秒であるシステム のパワーアップに続く所定の期間計測され、その後、これらの位置に関する時間 平均値がレスト位置として選択されることも可能である。 一旦、対話型セッションが開始されると、ユーザーは、バーチャル環境内を自 由に動き廻るバーチャル・ハンド又はバーチャル・クローの、第２図で示された ような画像をＨＭＤ１０を介して提供される。制御装置１８のボタン２０が押し 込まれていない場合には、制御装置１８を伴ってユーザーが行う３次元運動は、 バーチャル環境内におけるバーチャル・ハンド２６の運動によって模写される。 ＨＭＤ１０の運動もまた、バーチャル環境の画像がそこから再現される観点の位 置に関する変化として模写されるが、この運動は、物理的な運動が当該装置によ る制約を受けるので限定されることが理解されるであろう。 バーチャル環境をナビゲーションするためのより大きな運動に関しては、当該 システムは、制御装置１８のボタン２０が押し込まれている場合に、制御装置１ ８のユーザーの運動がハンド・ボディの部分を操作する代わりにバーチャル環境 におけるユーザーの仮想的な存在の位置をシフトさせるようにして構成される。 第３図及び第４図は、バーチャル環境をナビゲーションするために装置１８の 位置変化を使用する２つの二者択一的な方法を示している。各々の場合、夫々の 円の中心が、上述のように定着された装置１８のレスト位置を表わしている。第 ３図の実施例に関して言えば、Ｘ及びＹの方向におけるオフセットが、方向付け 及び速度を夫々に指図している。例えば、Ｙの値が高くなればなるほど、バーチ ャル環境を介する運動の速度もまた大きくなり（Ｙの負の値によれば逆のことも また可能であり）、Ｘの正又は負の設定値は、その運動が左右のいずれに向かっ て回転しているのかを決定する。 類似の様式において、図４で示された半径Ｒ及び角度θが、その代わりに、速 度及び方向付けを制御するために使用されてもよい。十分に理解されるように、 速度及び方向付けに関するこれらの変化は、恐らくはユーザーの要求事項又は希 望に応じて、増分又は絶対値のいずれかでよい。 このアプローチを改良するために、ＣＰＵに対する位置測定値入力のための適 応可能な機構が包含されてもよい。そのような機構は、ハンドセット及び／又は ＨＭＤからの飛行中の位置測定値に対して適切に適合するものであり、ユーザー の不安定且つ変動的な測定値を安定した運動に変換するのである。適応可能なフ ィルタ及びニューラル・ネットワークのような多数の適応可能な機構のいずれか のものが使用されてもよい。加えて、所定の物理的な運動又はユーザーの入力は 、シーケンスが再生している間にユーザーが為し得る運動にも関わらず、生成さ れ或いはモデリングされたバーチャル・ボディの運動のシーケンスが起動される ための引き金として使用されてもよい。 本件開示を読めば、当業者には、その他の修正案及びバリエーションが明白で あろう。そのような修正案及びバリエーションは、当該分野において既に周知で あり、本文において既に説明された特徴の代わりに使用され或いはそれに加えて 使用され得るものであるその他の特徴を包含するものであってもよい。本件の出 願では、請求項が特定の特徴の組合せに関して定式化されることになったが、本 願の開示の範囲は、いずれかの請求項において現在請求されている同じ発明に関 するものであるか否かに関わらず、更には、現在請求されている発明が関係して いるものと同じ技術的問題のいずれか或いはすべてを軽減するものであるか否か に関わらず、本文において明示的に又は暗示的に開示されたいずれの新規な特徴 又は特徴の組合せをも包含するものであると理解されるべきである。本件出願人 は、そのような特徴及び／又はそのような特徴の組合せに関しては、本願の遂行 、或いはそこから導出される何らかの更なる出願の遂行の間に、新たな請求項が 定式化されることも可能であると、ここに注意を喚起しておくものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．バーチャル環境内におけるボディ表示をユーザーの指示の下で生成して活動 させるべく機能し得るバーチャル・ボディ・モデリング装置であって： 前記バーチャル環境を形成するデータを保持する第１のデータ記憶装置と； 前記バーチャルのボディ表示の特徴に関するデータを保持する第２のデータ記 憶装置と； ユーザー操作可能な制御装置と； 前記第１のデータ記憶装置及び第１の観点からのデータに基づいて前記バーチ ャル環境の表示を生成し、第２のデータ記憶装置からのデータに基づいて前記バ ーチャル環境内における前記ボディ表示を生成し、更に当該生成されたボディ表 示を前記ユーザー操作可能な制御手段から受信される信号に応じて周期的に修正 するようにして準備されるプロセッサ手段とを含むバーチャル・ボディ・モデリ ング装置において； 所定の基準位置に対する前記制御装置の位置を検出するように準備される位置 測定手段をも更に含み、前記制御装置は、単一のユーザー操作可能な制御装置を も更に含み、前記プロセッサ手段は、前記生成されたボディ表示を周期的に修正 し、或いは、前記第１の観点の前記位置を周期的に修正し、更にそこからの前記 表示を前記ユーザー操作可能な制御装置の操作に依存して再生させるように準備 されることを特徴とする： バーチャル・ボディ・モデリング装置。 ２．前記第２のデータ記憶装置は、ボディ運動の少なくとも１つのシーケンスを 形成するデータを保持し、当該プロセッサは、前記シーケンス・データを呼び出 し、更に前記ユーザー操作可能な制御装置からの１つ又はそれ以上の所定の信号 の検出に応じて当該運動のシーケンスに追随させるなどのために当該生成された ボディ表示を修正するように準備されることを特徴とする請求項１に記載の装置 。 ３．前記ユーザー操作可能な制御装置は、ユーザーの手の中に保持されるべきユ ニットを含み、当該ユーザー制御装置が、手の親指又はその他の指によって作 動され得ることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の装置。 ４．前記位置検出手段は、前記ユーザー操作可能な制御装置に対して位置決めデ ータを送信する固定式位置の位置決めデータ供給源を含み、当該ユーザー操作可 能な制御装置は、受信した前記位置決めデータから前記所定の基準位置に対する 当該装置の位置を測定し、且つその表示を前記プロセッサに出力するように機能 し得る手段を包むことを特徴とする請求項３に記載の装置。 ５．前記位置測定手段は、前記ユーザー操作可能な制御装置の作動領域に隣接し て配置され、且つ前記所定の基準位置に対する当該装置の相対的な位置を測定す るように準備される固定式の位置センサを含むことを特徴とする請求項３に記載 の装置。 ６．当該プロセッサ手段は、ユーザーの入力に応じて前記所定の基準位置を修正 し得ることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の装置。 ７．当該プロセッサ手段は、前記位置測定手段の作動に続く所定期間前記ユーザ ー操作可能な制御装置の時間平均的位置読取りによって前記所定の基準位置を測 定することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の装置。