(57)【要約】【課題】空間内の接地面の感触を環境変化に合わせて再現する足裏感触提示装置、足裏感触提示方法及び仮想現実システムを提供する。【解決手段】ユーザに対して仮想現実空間内の接地面の足裏感触を再現する足裏感触提示装置であって、仮想現実空間におけるユーザの足の状態を検出する状態検出手段と、ユーザの足裏側に収容空間を形成する１つ以上の柔軟性袋体と該袋体に収容される充填材を有し感触を再現する感触提示手段と、ユーザの足裏に感触提示手段を装着する足裏装着手段と、状態検出手段が検出した足の状態データと、仮想現実空間内の接地面の状態データとから得られる足裏感触データに応じて収容空間内の圧力を制御する圧力制御手段を備え、ユーザの足裏と袋体とにおける直接的又は間接的な接触状態下で、足裏感触データに応じて圧力制御手段が仮想現実空間内の接地面の状態及びユーザの足の状態に合わせ、収容空間内の圧力を変化させる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザに対して仮想現実空間内の接地面の足裏感触を再現する足裏感触提示装置であって、
仮想現実空間におけるユーザの足の状態を検出する状態検出手段と、
ユーザの足裏側に収容空間を形成する１つ以上の柔軟性袋体と該袋体に収容される充填材を有し前記感触を再現する感触提示手段と、
ユーザの足裏に前記感触提示手段を装着する足裏装着手段と、
前記状態検出手段が検出した足の状態データと、仮想現実空間内の接地面の状態データとから得られる足裏感触データに応じて、前記収容空間内の圧力を制御する圧力制御手段、を備え、
ユーザの足裏と前記袋体とにおける直接的又は間接的な接触状態下で、前記足裏感触データに応じて、前記圧力制御手段が、仮想現実空間内の接地面の状態、及び、ユーザの足の状態に合わせ、前記収容空間内の圧力を変化させることを特徴とする足裏感触提示装置。
【請求項２】
前記状態検出手段は、加速度センサを用いて、足の接地面に当接する前の状態を検出することを特徴とする請求項１に記載の足裏感触提示装置。
【請求項３】
前記足裏感触提示装置は、少なくともアッパー部とソール部を備えた靴型の形状を呈し、
前記袋体は、前記ソール部に設けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載の足裏感触提示装置。
【請求項４】
前記袋体は、ユーザの足裏側において、水平方向に複数設けられ、又は、水平方向に区切られた領域に設けられたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の足裏感触提示装置。
【請求項５】
前記袋体は、ユーザの足裏側において、垂直方向に区切られた領域に複数積層されたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の足裏感触提示装置。
【請求項６】
前記袋体は、ユーザの足裏側において、垂直方向に区切られた領域に複数積層された少なくとも１層の領域内で、水平方向に複数設けられ、又は、水平方向に区切られた領域に設けられたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の足裏感触提示装置。
【請求項７】
前記袋体は、ユーザの足裏側において、水平方向に、足指部及び足踵部の２つの領域に設けられたことを特徴とする請求項１〜４，６の何れかに記載の足裏感触提示装置。
【請求項８】
前記袋体は、ユーザの足裏側において、水平方向に、足指部、足踵部、土踏まず部、外側縦アーチ部、内側縦アーチ部の５つの領域に設けられたことを特徴とする請求項１〜４，６の何れかに記載の足裏感触提示装置。
【請求項９】
前記感触提示手段には、前記袋体又は前記ユーザの足の少なくとも何れかを振動させる振動モジュールが設けられたことを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の足裏感触提示装置。
【請求項１０】
前記充填材は、流動可能な粒状充填材であることを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の足裏感触提示装置。
【請求項１１】
前記袋体とユーザの足が間接的に接触する場合には、前記袋体とユーザの足の間に設けられる部材の素材は、薄板状エラストマー材料であることを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載の足裏感触提示装置。
【請求項１２】
ユーザに対して仮想現実空間内の接地面の足裏感触を再現する足裏感触提示方法であって、
仮想現実空間におけるユーザの足の状態を検出する状態検出ステップと、
ユーザの足裏と前記袋体とにおける直接的又は間接的な接触状態下で、前記足の状態データと、仮想現実空間内の接地面の状態データとから得られる足裏感触データに応じて、前記収容空間内の圧力を制御する圧力制御ステップ、
を備えたことを特徴とする足裏感触提示方法。
【請求項１３】
ユーザに対して仮想現実空間内の接地面の足裏感触を再現する仮想現実システムであって、
仮想現実空間におけるユーザの足の状態を検出する状態検出手段と、
ユーザの足裏側に収容空間を形成する１つ以上の柔軟性袋体と該袋体に収容される充填材を有し前記感触を再現する感触提示手段と、
ユーザの足裏に前記感触提示手段を装着する足裏装着手段と、
前記状態検出手段において検出した足の状態データを受信し、該状態データを仮想現実サービス提供サーバへ送信し、かつ、仮想現実サービス提供サーバから足裏感触データを受信するデータ送受信手段と、
前記足裏感触データに応じて前記収容空間内の圧力を制御する圧力制御手段と、
ユーザが仮想現実空間内を視覚的に認識し得る映像提示手段と、
ユーザが仮想現実空間内を聴覚的に認識し得る音声提示手段と、
前記データ送受信手段、前記映像提示手段、及び前記音声提示手段と有線又は無線で接続された仮想現実サービス提供サーバと、を備え、
前記感触提示手段は、少なくとも、内部に収容空間が形成された柔軟性を有する１つ以上の袋体と、前記収容空間に収容された充填材と、を備え、
ユーザの足裏と前記袋体とにおける直接的又は間接的な接触状態下で、前記足裏感触データを元に、前記圧力制御手段が、仮想現実空間内の接地面の状態、及び、ユーザの足の状態に合わせ、前記収容空間内の圧力を変化させると共に、
前記映像提示手段及び前記音声提示手段により、前記仮想現実空間内を視覚的及び聴覚的に再現することを特徴とする仮想現実システム。
【請求項１４】
請求項１２の足裏感触提示方法の各ステップを、コンピュータに実行させるための足裏感触提示プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力制御による充填材料の状態変化現象を利用した仮想現実用の靴型デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
仮想現実世界の情報をユーザに提示する方法として、映像や音声、手への感覚提示などが提案されてきた。これにより、ユーザは視覚や聴覚だけではなく、触覚についても、目の前にある物体があたかも存在するかのような感触を味わうことができるようになっている。
このような人への感覚提示技術は、仮想現実を用いたゲーム等だけではなく、例えば、テーマパークにおける体感型のアトラクションや、医療施設や介護施設などにおけるリハビリテーション等、様々な分野で必要とされている。
そのため、更なる没入感を向上させるために足へ感覚提示を行うことが求められている。
【０００３】
足への感覚提示を行う技術としては、株式会社Ｃｅｒｅｖｏ（登録商標）製の“Taclim Shoes”が知られている（非特許文献１を参照）。これは、ＶＲ（virtual reality；仮想現実）空間内の地面の感触をフィードバックするＶＲシューズであり、靴に取り付けられた３つの振動モジュールを用いて感覚提示を行うものである。
“Taclim Shoes”によれば、砂漠や草原、水辺といった空間内の地面の感触を再現できるため、ＶＲの世界をより深く体感することが可能となっている。
しかしながら、上記非特許文献１の“Taclim Shoes”では、振動を用いた感覚提示を行うため、表現できる感覚の幅が狭いという問題がある。例えば、床面の反発力の表現や、砂利と床の相互作用といった複雑な環境再現は困難である。
【０００４】
一方、内部に収容空間が形成された柔軟性を有する袋体と、上記収容空間に収容された多数の粒状体と、上記収容空間に負圧を作用させる吸引手段とを備えたハンド装置が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。これは、所謂ジャミング転移現象を用いることで、各粒状体を１つの塊体にして対象物を把持するものであり、これによれば、対象物の形状や大きさが変わっても１つのハンド装置で把持することができ、しかも、対象物に傷をつけることなく把持することが可能である。
しかしながら、ジャミング転移現象を利用したハンド装置は、あくまでも物体を把持するためのものであり、ヒトの足への感覚提示を行うものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２４０８５３号公報
【０００６】
【非特許文献１】Taclim  ＶＲの世界へさらなる没入をもたらすＶＲ触感フィードバックシステム（https://taclim.cerevo.com/ja/）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した“Taclim Shoes”では、振動による感覚提示を行うが、振動パターンは限られているため、表現できる感覚の幅が狭いという問題がある。
そこで、本発明者らは、ジャミング転移現象に注目した。これは粉体の密度変化が流動特性へ影響を与える現象である。この現象を利用することで、粉体の流動特性を任意に変化させることが可能である。
しかしながら、ジャミング転移現象を利用した技術は、物体を把持するハンド装置においては用いられてきたものの、足への感覚提示を行うことには用いられていないのが現状である。
かかる状況に鑑みて、本発明は、ジャミング転移現象を利用して、空間内の接地面の感触を環境変化に合わせて再現する足裏感触提示装置、足裏感触提示方法及び仮想現実システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決すべく、本発明の足裏感触提示装置は、ユーザに対して仮想現実空間内の接地面の足裏感触を再現する足裏感触提示装置であって、仮想現実空間におけるユーザの足の状態を検出する状態検出手段と、ユーザの足裏側に収容空間を形成する１つ以上の柔軟性袋体と該袋体に収容される充填材を有し感触を再現する感触提示手段と、ユーザの足裏に感触提示手段を装着する足裏装着手段と、状態検出手段が検出した足の状態データと、仮想現実空間内の接地面の状態データとから得られる足裏感触データに応じて、収容空間内の圧力を制御する圧力制御手段を備え、ユーザの足裏と袋体とにおける直接的又は間接的な接触状態下で、足裏感触データに応じて、圧力制御手段が、仮想現実空間内の接地面の状態、及び、ユーザの足の状態に合わせ、収容空間内の圧力を変化させる。
【０００９】
袋体の収容空間に充填材を収容し、圧力制御手段により収容空間内の圧力を変化させることで、袋体の硬度、密度、体積を変更し、感覚提示を行う。これにより、仮想現実空間内の接地面の感触をリアルに再現することが可能である。
ここで接地面とは、土、砂地、アスファルトなどの地面だけではなく、沼地、マット、草原、雲のように様々な硬度や弾力性を有するもの、坂道や壁面のように傾斜のあるものも含む趣旨で用いている。
また、接地面の足裏感触とは、厳密な意味で足裏が接地面に接触する感触だけを指すのではなく、少なくとも足裏が接地面に接触する感触を含むものであればよい。すなわち、例えば、ユーザが泥濘にはまった状態を再現する場合であれば、足の側部や足背部、更には足首より上の下肢全体に対しても泥濘にはまった感触が得られるような構成としてもよい。
ここで、状態検出手段において検出するユーザの足の状態とは、ユーザの足の位置、向き、速度、加速度等のことである。また、圧力制御手段において、圧力を制御する対象物は、空気などの気体が好適であるが、気体に限られず、例えば、水、油、及びそれらの混合液体などの液体でもよい。圧力制御手段は、収容空間内のこれらの対象物の圧力を制御する。
【００１０】
本発明の足裏感触提示装置において、状態検出手段は、加速度センサを用いて、足の接地面に当接する前の状態を検出することが好ましい。
足の接地面に当接する前の状態を検出することにより、ユーザの足が接地面に当接する前に、既に接地面の感触が再現された状態を作出することができる。したがって、ユーザの動きに遅れることなく、感覚提示を行うことが可能である。
【００１１】
本発明の足裏感触提示装置は、少なくともアッパー部とソール部を備えた靴型の形状を呈し、袋体は、ソール部に設けられたことが好ましい。
靴型形状とされることにより、誰でも簡単に装着でき、利便性が向上する。また、袋体がソール部に設けられることにより、足裏の感覚提示を効果的に行うことができる。なお、充填材はその種類によって様々な感触を有することから、多様な感覚提示を行うために、ソール部は脱着自在としてもよい。また、これとは逆に、足裏感触提示装置の耐久性及び安定性を高めるために、ソール部を足裏感触提示装置から取り外しできない構成としてもよい。更に、多様な感覚提示を行いつつ、耐久性及び安定性を高めるために、袋体につき充填材の入れ替えが容易な構成としてもよい。
【００１２】
本発明の足裏感触提示装置において、袋体は、ユーザの足裏側において、水平方向に複数設けられ、又は、水平方向に区切られた領域に設けられたことでもよい。
例えば、足指部と足踵部に独立した袋体が設けられていると、袋体毎に異なる圧力とすることも可能であるため、多様な感覚提示が可能となる。
【００１３】
本発明の足裏感触提示装置において、袋体は、ユーザの足裏側において、垂直方向に区切られた領域に複数積層されたことでもよい。
袋体が上下に積層されることにより、より複雑な環境の再現が可能となる。
【００１４】
本発明の足裏感触提示装置において、袋体は、ユーザの足裏側において、垂直方向に区切られた領域に複数積層された少なくとも１層の領域内で、水平方向に複数設けられ、又は、水平方向に区切られた領域に設けられたことでもよい。
水平方向だけではなく、上下にも複数の袋体が積層されることにより、よりリアルな感覚提示が可能となる。また、袋体毎に異なる充填材を充填することにより、さらに複雑な感覚提示が可能となる。
【００１５】
本発明の足裏感触提示装置において、袋体は、ユーザの足裏側において、水平方向に、足指部及び足踵部の２つの領域に設けられたことでもよいし、足指部、足踵部、土踏まず部、外側縦アーチ部、内側縦アーチ部の５つの領域に設けられたことでもよい。
感覚提示を行う領域を細かく区切ることにより、より複雑な環境を再現することが可能である。例えば、袋体が足指部及び足踵部の２つの領域に設けられた場合には、足指部の圧力を高くし、足踵部の圧力を低くすることで上り坂を表現することが可能である。
また、足指部、足踵部、土踏まず部、外側縦アーチ部、内側縦アーチ部の５つの領域に設けられた場合、各領域の圧力をランダムに設定することで凸凹道を表現するといったことも可能である。
【００１６】
本発明の足裏感触提示装置において、感触提示手段には、袋体又はユーザの足の少なくとも何れかを振動させる振動モジュールが設けられたことでもよい。
振動モジュールが設けられることにより、表現の幅が拡がり多様な感覚提示が可能となる。袋体を振動させる振動モジュールが設けられる場合には、袋体に当接して設けられることが好ましい。また、ユーザの足を直接振動させる振動モジュールが設けられる場合には、例えば、足指部、足踵部、足背部等に設けられる構成が考えられる。
【００１７】
本発明の足裏感触提示装置において、袋体内部の充填材にはクッションビーズやスポンジ、棉などを用いることが可能であるが、中でも充填材は、流動可能な枕ビーズや発泡スチロールビーズである事が好ましい。
流動可能な粒状充填材が用いられることにより、接地面の感触をより正確に再現することが可能となる。
なお、充填材は、１つの袋体の中に複数種類の材料を充填する構成でもよい。
【００１８】
本発明の足裏感触提示装置において、袋体とユーザの足が間接的に接触する場合には、袋体とユーザの足の間に設けられる部材の素材は、薄板状エラストマー材料であることが好ましい。
薄板状エラストマー材料が用いられることにより、内部空間内の圧力を一定に保つと共に、充填材から得られる感触を損ねることなく、接地面の感触をより正確に再現することが可能となる。
【００１９】
本発明の足裏感触提示方法は、ユーザに対して仮想現実空間内の接地面の足裏感触を再現する足裏感触提示方法であって、下記ステップを備える。
１）仮想現実空間におけるユーザの足の状態を検出する状態検出ステップ、
２）ユーザの足裏と袋体とにおける直接的又は間接的な接触状態下で、足の状態データと、仮想現実空間内の接地面の状態データとから得られる足裏感触データに応じて、収容空間内の圧力を制御する圧力制御ステップ。
【００２０】
本発明の仮想現実システムは、ユーザに対して仮想現実空間内の接地面の足裏感触を再現する仮想現実システムであって、仮想現実空間におけるユーザの足の状態を検出する状態検出手段と、ユーザの足裏側に収容空間を形成する１つ以上の柔軟性袋体と該袋体に収容される充填材を有し感触を再現する感触提示手段と、ユーザの足裏に感触提示手段を装着する足裏装着手段と、状態検出手段において検出した足の状態データを受信し、該状態データを仮想現実サービス提供サーバへ送信し、かつ、仮想現実サービス提供サーバから足裏感触データを受信するデータ送受信手段と、足裏感触データに応じて収容空間内の圧力を制御する圧力制御手段と、ユーザが仮想現実空間内を視覚的に認識し得る映像提示手段と、ユーザが仮想現実空間内を聴覚的に認識し得る音声提示手段と、データ送受信手段、映像提示手段、及び音声提示手段と有線又は無線で接続された仮想現実サービス提供サーバとを備え、感触提示手段は、少なくとも、内部に収容空間が形成された柔軟性を有する１つ以上の袋体と、収容空間に収容された充填材とを備え、ユーザの足裏と袋体とにおける直接的又は間接的な接触状態下で、足裏感触データを元に、圧力制御手段が、仮想現実空間内の接地面の状態、及び、ユーザの足の状態に合わせ、収容空間内の圧力を変化させると共に、映像提示手段及び音声提示手段により、仮想現実空間内を視覚的及び聴覚的に再現する。
【００２１】
本発明の足裏感触提示プログラムは、上記の足裏感触提示方法の各ステップを、コンピュータに実行させるためのものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の足裏感触提示装置、足裏感触提示方法及び仮想現実システムによれば、空間内の接地面の感触を環境変化に合わせて再現することができるといった効果がある。また、従来技術とは異なり、袋体の状態を直接変化させることから、より効果的に砂漠などの環境を提示することが可能であり、従来技術での振動による感覚提示では実現できない仮想現実環境への没入感向上を実現できるといった効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施例１の仮想現実システムの機能ブロック図
【図２】実施例１の仮想現実システムのシステム構成図
【図３】実施例１の仮想現実システムの概略イメージ図
【図４】実施例１の足裏感触提示装置の模式図
【図５】足状態のセンシングに基づく空気圧制御フロー図
【図６】足状態のセンシングに基づかない空気圧制御フロー図
【図７】実施例２の足裏感触提示装置の模式図
【図８】実施例３の足裏感触提示装置の模式図
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態の一例を、図面を参照しながら詳細に説明していく。なお、本発明の範囲は、以下の実施例や図示例に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。
【実施例１】
【００２５】
図１は、実施例１の仮想現実システムの機能ブロック図を示している。図１に示すように、仮想現実システム１は、足裏感触提示装置１０１、仮想現実サービス提供サーバ１０８、映像提示手段１０９及び音声提示手段１１０から成り、足裏感触提示装置１０１には、足裏装着手段１０２、状態検出手段１０３、感触提示手段１０４、データ送受信手段１０６及び圧力制御手段１０７が設けられている。
足裏感触提示装置１０１は、状態検出手段１０３から得られた状態データをデータ送受信手段１０６により仮想現実サービス提供サーバ１０８へ送信し、更に仮想現実サービス提供サーバ１０８において作製された仮想現実空間に関する足裏感触データを受信し、圧力制御手段１０７により、感触提示手段１０４における圧力を制御し、足裏への感覚提示を行うものである。
また、仮想現実サービス提供サーバ１０８において作製された仮想現実空間に関するデータの内、映像データは映像提示手段１０９に送信され、音声データは音声提示手段１１０へと送信される。
【００２６】
図２は、実施例１の仮想現実システムのシステム構成図を示している。図２に示すように、仮想現実システム１は、靴型デバイス２、機器制御装置５、仮想現実サービス提供サーバ８、ディスプレイ９及びスピーカ１０から成る。靴型デバイス２には、加速度センサ３及びソール部４が設けられ、機器制御装置５には、データ送受信部６、空気圧制御装置７及びユーザ入力操作部５０が設けられている。
加速度センサ３は、ユーザ（図示せず）の足の状態をセンシングするためのものである。また、ソール部４は、充填材を収容した袋体から成り、空気圧制御装置７とチューブ７０で接続されている。ユーザ入力操作部５０は、ユーザにより靴型デバイスや仮想現実システムのモード設定やオンオフ等の操作を行うためのものであり、例えば、タッチパネル式の操作表示部が用いられる。
【００２７】
図３は、実施例１の仮想現実システムの概略イメージ図を示している。図３に示すように、ユーザ１１は、靴型デバイス２、機器制御装置５、ディスプレイ９及びスピーカ１０を装着している。具体的には、一対の靴型デバイス２を足に装着し、目にはゴーグル状の仮想現実用のディスプレイ９を装着し、耳にはスピーカ１０としてヘッドフォンを装着している。また、腰には機器制御装置５が取り付けられている。かかる構成は、これに限られるものではなく、例えば、ディスプレイ９及びスピーカ１０は、一体型のヘッドマウントディスプレイを使用するものでもよいし、据え置き型のスピーカ１０を使用するものでもよい。
【００２８】
ここでは図示していないが、図２に示すように、靴型デバイス２と機器制御装置５はチューブ７０で接続されており、機器制御装置５に設けられた空気圧制御装置７によって靴型デバイス２のソール部４の空気圧を制御することが可能である。
通信手段１２は、無線による通信を行うものであり、図３における機器同士の通信は、全て無線による通信手段１２によって行われている。すなわち、仮想現実サービス提供サーバ８と機器制御装置５、仮想現実サービス提供サーバ８とディスプレイ９、仮想現実サービス提供サーバ８とスピーカ１０、及び、靴型デバイス２と機器制御装置５の通信は全て無線通信により行われている。かかる構成とは異なり、例えば、靴型デバイス２と機器制御装置５の通信を有線で行うといった構成でもよい。
【００２９】
ここで、足裏感触提示装置の構造について説明する。図４は、実施例１の足裏感触提示装置の模式図であり、靴型デバイスにつき（１）は底面図、（２）は正面図を示している。なお、図４では左足用のデバイスを例に説明を行う。
図４（２）に示すように、靴型デバイス２１は、アッパー部２０及びソール部４１から成り、アッパー部２０の底にはインソール部１４が設けられている。また、ソール部４１は、軟質のシリコン製の袋体（４１ａ，４１ｂ）から成り、袋体４１ａの収容空間内には充填材１３ａが、袋体４１ｂの収容空間内には充填材１３ｂが設けられている。袋体４１ａは爪先側に設けられ、袋体４１ｂは踵側に設けられている。空気圧制御装置７１は、Ｔ字状の分岐を有する１本のチューブ７１ａを用いて袋体（４１ａ，４１ｂ）と接続されている。
【００３０】
ユーザ１１が靴型デバイス２１を足に装着した状態で、空気圧制御装置７１の制御により、袋体（４１ａ，４１ｂ）の収容空間内の空気圧が変化すると、ユーザ１１は、あたかも接地面の感触が変化したかのような感覚を味わうことができる。ソール部４１が２つの袋体（４１ａ，４１ｂ）に分けられていることにより、例えば、収容する充填材（１３ａ，１３ｂ）の種類を異なるものとし、空気圧を変化させた際の感触を異なるものとすることが可能である。
なお、インソール部１４の材質としてはシリコンが用いられており、袋体（４１ａ，４１ｂ）の感触を妨げることがなく、内部の空気圧力を一定に保つ構造となっている。
【００３１】
（充填材の性質評価試験）
袋体の内部に充填する充填材は、用いる材質によって硬度、体積、重量又は密度が異なり、再現する感触に合わせて、使用する充填材を適宜選択することが可能である。
そこで、どの材質がどのような性質を有するのかについて、硬度、体積、重量又は密度につき測定試験を行った。また、５人の被験者による感覚実験も行った。なお、以下の実験は全て、温度２５．２℃、湿度３８％の環境下で行った。
【００３２】
（硬度の測定について）
硬度の測定は、後述する５種類の充填材と、袋体である試験用バルーン、硬度計、コンプレッサー及びテスト用試験片を用いて行った。
測定方法としては、まず、テスト用試験片を用いて校正を行った。試験用バルーンに充填材を充填し、コンプレッサーで試験用バルーンを圧縮した。試験用バルーンの中心部に対して硬度計を用いて計測した。計測は同じ場所で１０回繰り返し行った。計１０回の計測結果の平均を硬度とした。
下記表１は、充填材毎の硬度の測定結果を示している。数値の単位は全てショアＡである。表１において、発泡スチロールＡは、ポリスチレン製で直径１ｍｍの球状の充填材であり、発泡スチロールＢは、ポリスチレン製で直径３ｍｍの球状の充填材である。棉は、ポリエステル製の棉状の充填材である。枕ビーズＣは、ポリエチレン製で外径が４．４５ｍｍ、内径が４．４０ｍｍ、長さが６ｍｍの中空の円筒形状の充填材である。枕ビーズＤは、ポリエチレン製で外径が７．５６ｍｍ、内径が７．４８ｍｍ、長さが６ｍｍの中空の円筒形状の充填材である。
上記充填材の材質及び形状は以下の試験項目においても同様である。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
上記表１に示すように、発泡スチロールＡを充填材とした場合、１回目はショアＡ２２．６、２回目はショアＡ１６．７、３回目はショアＡ１５．１、４回目はショアＡ１５．８、５回目はショアＡ２５．１、６回目はショアＡ２１．０、７回目はショアＡ２０．１、８回目はショアＡ１９．３、９回目はショアＡ２０．６、１０回目はショアＡ１８．４、計１０回の平均はショアＡ１９．５であった。
発泡スチロールＢを充填材とした場合、１回目はショアＡ１３．７、２回目はショアＡ１７．２、３回目はショアＡ１８．６、４回目はショアＡ１９．８、５回目はショアＡ１５．９、６回目はショアＡ２２．４、７回目はショアＡ１６．２、８回目はショアＡ１８．０、９回目はショアＡ１３．８、１０回目はショアＡ１５．４、計１０回の平均はショアＡ１７．１であった。
【００３５】
棉を充填材とした場合、１回目はショアＡ１６．８、２回目はショアＡ１５．９、３回目はショアＡ３０．３、４回目はショアＡ２７．６、５回目はショアＡ３３．７、６回目はショアＡ３３．９、７回目はショアＡ３４．３、８回目はショアＡ３２．１、９回目はショアＡ３７．５、１０回目はショアＡ２１．０、計１０回の平均はショアＡ２８．３であった。
枕ビーズＣを充填材とした場合、１回目はショアＡ１２．５、２回目はショアＡ５．５、３回目はショアＡ４．８、４回目はショアＡ２８．７、５回目はショアＡ１５．４、６回目はショアＡ１．２、７回目はショアＡ１２．２、８回目はショアＡ８．２、９回目はショアＡ９．３、１０回目はショアＡ１０．２、計１０回の平均はショアＡ１０．８であった。
枕ビーズＤを充填材とした場合、１回目はショアＡ２６．３、２回目はショアＡ１８．８、３回目はショアＡ７．２、４回目はショアＡ４１．７、５回目はショアＡ２４．２、６回目はショアＡ４１．５、７回目はショアＡ４６．９、８回目はショアＡ３２．０、９回目はショアＡ３２．２、１０回目はショアＡ３８．７、計１０回の平均はショアＡ３１．０であった。
【００３６】
（重量の測定について）
重量の測定は、硬度の測定に用いた５種類の充填材を含む計７種類の充填材と、試験用バルーン及び重量計を用いて行った。
測定方法としては、充填材を充填したバルーンを重量計で１回ずつ計測することで行った。
下記表２は、充填材毎の重量の測定結果を示している。表３において、ゴムチューブは、直径１１ｍｍの中空の円筒形状である。スポンジは、ポリウレタン製で一辺が１５〜２５ｍｍの直方体形状のものである。上記充填材の材質及び形状は以下の試験項目においても同様である。なお、表中には示していないが、試験用バルーンの重量は８．４ｇである。
【００３７】
【表２】
2020067723.tif 000004
【００３８】
上記表２に示すように、発泡スチロールＡを充填材とした場合、充填材を含むバルーンの重量は２３．７ｇであり、全体の重量からバルーンの重量を減じた充填材の重量は１５．３ｇ、密度は０．０８ｇ／ｃｍ３であった。
発泡スチロールＢを充填材とした場合、充填材を含むバルーンの重量は１５．１ｇであり、全体の重量からバルーンの重量を減じた充填材の重量は６．７ｇ、密度は０．０５ｇ／ｃｍ３であった。
棉を充填材とした場合、充填材を含むバルーンの重量は３１．３ｇであり、全体の重量からバルーンの重量を減じた充填材の重量は２２．９ｇ、密度は０．０９ｇ／ｃｍ３であった。
【００３９】
枕ビーズＣを充填材とした場合、充填材を含むバルーンの重量は４４．０ｇであり、全体の重量からバルーンの重量を減じた充填材の重量は３５．６ｇ、密度は０．１６ｇ／ｃｍ３であった。
枕ビーズＤを充填材とした場合、充填材を含むバルーンの重量は５２．９ｇであり、全体の重量からバルーンの重量を減じた充填材の重量は４４．５ｇ、密度は０．２０ｇ／ｃｍ３であった。
ゴムチューブを充填材とした場合、充填材を含むバルーンの重量は１０６．３ｇであり、全体の重量からバルーンの重量を減じた充填材の重量は９７．９ｇ、密度は０．３８ｇ／ｃｍ３であった。
スポンジを充填材とした場合、充填材を含むバルーンの重量は３８．１ｇであり、全体の重量からバルーンの重量を減じた充填材の重量は２９．７ｇ、密度は０．１３ｇ／ｃｍ３であった。
【００４０】
（圧縮による体積変化の測定について）
圧縮による体積変化の測定は、重量の測定に用いた７種類の充填材と、バケツ、水、試験用バルーン、重量計、錘、桶及びコンプレッサーを用いて行った。なお、桶はバケツの径よりも大きい桶を使用した。
測定方法としては、充填材を充填した圧縮前のバルーンの体積と、圧縮時のバルーンの体積減少量を測定し、それらを元に圧縮後のバルーンの体積及び収縮率を算出した。
圧縮前のバルーンの体積測定の具体的な手順については、まず、水の入っていない桶の上にバケツを置き、バケツに試験バルーンと繋がった錘のみを入れ、バケツから溢れる基準水面まで水を入れた。水を張ったバケツに圧縮前の状態の試験バルーンを入れ、バケツから桶にこぼれた水の体積を圧縮前のバルーンの体積とした。
圧縮時の体積減少量測定の具体的な手順については、まず、水の入っていない桶の上にバケツを置き、バケツに錘とコンプレッサーに繋がった圧縮前の状態の試験用バルーンを入れた。コンプレッサーで試験用バルーンの空気を圧縮した後、バケツから溢れる基準水面まで水を入れた。空気の圧縮を停止し、試験用バルーン圧縮前の状態に戻した。バケツから桶にこぼれた水の体積を圧縮時の体積減少量とした。
下記表３は、充填材毎の圧縮による体積変化の測定結果を示している。
【００４１】
【表３】
2020067723.tif 000005
【００４２】
上記表３に示すように、発泡スチロールＡを充填材とした場合、圧縮前体積は１８４．０ｃｍ３、体積減少量は３５．０ｃｍ３、圧縮後体積は１４９．０ｃｍ３、収縮率は０．１９であった。
発泡スチロールＢを充填材とした場合、圧縮前体積は１３１．６ｃｍ３、体積減少量は６８．４ｃｍ３、圧縮後体積は６３．２ｃｍ３、収縮率は０．５２であった。
棉を充填材とした場合、圧縮前体積は２６３．１ｃｍ３、体積減少量は１０９．７ｃｍ３、圧縮後体積は１５３．４ｃｍ３、収縮率は０．４２であった。
【００４３】
枕ビーズＣを充填材とした場合、圧縮前体積は２１６．７ｃｍ３、体積減少量は１７．３ｃｍ３、圧縮後体積は１９９．４ｃｍ３、収縮率は０．０８であった。
枕ビーズＤを充填材とした場合、圧縮前体積は２１９．４ｃｍ３、体積減少量は１１２．２ｃｍ３、圧縮後体積は１０７．２ｃｍ３、収縮率は０．５１であった。
ゴムチューブを充填材とした場合、圧縮前体積は２６０．１ｃｍ３、体積減少量は９１．１ｃｍ３、圧縮後体積は１６９．０ｃｍ３、収縮率は０．３５であった。
スポンジを充填材とした場合、圧縮前体積は２３６．２ｃｍ３、体積減少量は８８．３ｃｍ３、圧縮後体積は１４７．９ｃｍ３、収縮率は０．３７であった。
【００４４】
（感覚実験について）
２０代前半の男女５人を被験者とする感覚実験を行った。実験方法としては、まず、５人の被験者は、靴型デバイス２を片方だけ履き、視界を遮り平らな木板の上で足踏みをした。足踏み中に空気圧制御装置７を用いてソール部４の硬度変化を行った。状態変化時の感覚を５段階評価で取得した。発泡スチロールＡ、発泡スチロールＢ、棉、枕ビーズＣ、枕ビーズＤの計５種類の充填材につき実験を行った。
評価項目は、「土」、「布」、「ゴム」、「柔らかい」及び「変化がある」である。ここで、「土」、「布」及び「ゴム」とは、圧縮後の感覚が各項目の素材の感覚に類似しているかどうかの評価であり、例えば「土」の場合には、“非常に土の感触に類似している”のであれば、最も良い“５”と評価し、“全く土の感触には類似していない”のであれば、最も悪い“１”と評価することになる。また、「柔らかい」の項目は、圧縮前の感覚に関する評価であり、例えば、“非常に柔らかい”といえる場合には、“５”と評価することになる。「変化がある」の項目は、圧縮後の感覚に関する評価であり、“非常に変化した”といえる場合には、“５”と評価することになる。
下記表４は感覚実験における５段階評価結果を示している。また、表４の結果は５人の評価結果の平均値につき小数第一位を四捨五入したものである。
【００４５】
【表４】
2020067723.tif 000006
【００４６】
上記表４に示すように、発泡スチロールＡを充填材とした場合、「土」の項目については“１”、「布」の項目については“１”、「ゴム」の項目については“１”、「柔らかい」の項目は“２”、「変化がある」の項目は“１”という評価であった。
発泡スチロールＢを充填材とした場合、「土」の項目については“１”、「布」の項目については“２”、「ゴム」の項目については“１”、「柔らかい」の項目は“１”、「変化がある」の項目は“１”という評価であった。
棉を充填材とした場合、「土」の項目については“１”、「布」の項目については“４”、「ゴム」の項目については“１”、「柔らかい」の項目は“５”、「変化がある」の項目は“４”という評価であった。
【００４７】
枕ビーズＣを充填材とした場合、「土」の項目については“４”、「布」の項目については“２”、「ゴム」の項目については“１”、「柔らかい」の項目は“５”、「変化がある」の項目は“５”という評価であった。
枕ビーズＤを充填材とした場合、「土」の項目については“３”、「布」の項目については“２”、「ゴム」の項目については“３”、「柔らかい」の項目は“２”、「変化がある」の項目は“２”という評価であった。
【００４８】
感覚実験においては、５段階評価だけではなく、文章での回答も得られた。下記表５は感覚実験における被験者による回答結果を示している。なお、項目によっては“回答なし”の項目もある。
【００４９】
【表５】
2020067723.tif 000007
【００５０】
上記表５に示すように、発泡スチロールＡを充填材とした場合、事前の予想では、“砂”であった。これに対して、被験者の回答は、圧縮前感覚は“もっちり”、“分離している”、“板”、圧縮後感覚は“回答なし”、変化の度合いは“変化少ない”であった。
発泡スチロールＢを充填材とした場合、事前の予想では、“砂”であった。これに対して、被験者の回答は、圧縮前感覚は“良く言えば絨毯、悪く言えば変化なし”、圧縮後感覚は“塑性があまりでない”、変化の度合いは“変化少ない”であった。
棉を充填材とした場合、事前の予想では、“雲”であった。これに対して、被験者の回答は、圧縮前感覚は“マット”、“服（薄い布）の上”、“布団の上”、“薄い布団”、“自然ではない”、圧縮後感覚は“回答なし”、変化の度合いは“変化はあるが、戻りが遅い”であった。
【００５１】
枕ビーズＣを充填材とした場合、事前の予想では、“草原”であった。これに対して、被験者の回答は、圧縮前感覚は“柔らかい土”、“舗装されていない道”、“ぬかるみ”、“森の土”、“雪の映像を見れば雪と感じる可能性有り”、“田んぼ”、“ドロ”、“沼”、“映像があると感じ方が変わる可能性有り”、“マット”、圧縮後感覚は“マットの上（実際の地面）”、“真っ直ぐな道”、“普通の床”、変化の度合いは“回答なし”であった。
枕ビーズＤを充填材とした場合、事前の予想では、“草原”であった。これに対して、被験者の回答は、圧縮前感覚は“ジャリッとする”、“マット”、“硬めの絨毯”、“陸上競技場のゴムのトラック”、圧縮後感覚は“あまり変わらない（充填率が大きい）”、変化の度合いは“回答なし”であった。
【００５２】
（実験のまとめ）
以上より、空気圧の変化による大きな感触の変化を表現したいというような場合には、感覚実験において明らかになったように、枕ビーズＣ又は棉を充填材として用いることが適切であることが分かった。
これに対して、大きな変化を必要としない場合には、発泡スチロールＡ又は発泡スチロールＢを充填材として用いることが適切であることが分かった。
また、中程度の変化が求められる場合には、枕ビーズＤを充填材として用いることが適切であることが分かった。
【００５３】
次に、上述した仮想現実システムを稼動する場合のフローについて説明する。実施例１の仮想現実システムでは、足の動きに合わせて、ソール部４の空気圧を変化させる場合と、足の動きによらずに、ソール部４の空気圧を変化させる場合が存在する。
例えば、足を一歩前に踏み出した場合に接地する地面の状態に合わせてソール部４の空気圧を変化させることもできるが、例えば、波が押し寄せてきた場合のように、ユーザ自身が足を動かさない場合でも、足における感触が変化する場合が存在するからである。
【００５４】
図５は、足状態のセンシングに基づく空気圧制御フロー図を示している。図５に示すように、まず、靴型デバイス２において、加速度センサ３を用いてユーザの足の位置、向き、速度及び加速度等をセンシングする（ステップＳ０１）。センシングされたデータを靴型デバイス２から送信し（ステップＳ０２）、機器制御装置５において受信する（ステップＳ０３）。さらに、センシングされたデータを機器制御装置５から送信し（ステップＳ０４）、仮想現実サービス提供サーバ８において受信する（ステップＳ０５）。センシングされたデータに基づき、仮想現実サービス提供サーバ８において、仮想現実空間を作製する（ステップＳ０６）。
【００５５】
作製された仮想現実空間の内、足裏感触に関するデータを仮想現実サービス提供サーバ８から送信し（ステップＳ０７）、機器制御装置５において受信する（ステップＳ０８）。足裏感触に関するデータに応じて、空気圧制御装置７において空気圧の制御を行う（ステップＳ０９）。空気圧制御装置７における空気圧の制御により、空気圧制御装置７とチューブ７０で繋がれたソール部４の空気圧が変化し、足裏感触を再現する（ステップＳ１０）。
作製された仮想現実空間の内、映像に関するデータを仮想現実サービス提供サーバ８から送信し（ステップＳ１１）、ディスプレイ９において受信する（ステップＳ１２）。仮想現実サービス提供サーバ８から受信した映像に関するデータに応じて、ディスプレイ９上に映像を表示する（ステップＳ１３）。
作製された仮想現実空間の内、音声に関するデータを仮想現実サービス提供サーバ８から送信し（ステップＳ１４）、スピーカ１０において受信する（ステップＳ１５）。仮想現実サービス提供サーバ８から受信した音声に関するデータに応じて、スピーカ１０において音声を再生する（ステップＳ１６）。
なお、足裏感触に関するデータの送信（ステップＳ０７）、映像に関するデータの送信（ステップＳ１１）及び音声に関するデータの送信（ステップＳ１４）については、順番はこの限りではなく前後してもよいし、同時に送信されるものでもよい。
【００５６】
次に、足の動きによらずに、ソール部４の空気圧を変化させる場合について説明する。
図６は、足状態のセンシングに基づかない空気圧制御フロー図を示している。図６に示すように、まず、仮想現実サービス提供サーバ８において、仮想現実空間を作製する（ステップＳ１０１）。
作製された仮想現実空間の内、足裏感触に関するデータを仮想現実サービス提供サーバ８から送信し（ステップＳ１０２）、機器制御装置５において受信する（ステップＳ１０３）。足裏感触に関するデータに応じて、空気圧制御装置７において空気圧の制御を行う（ステップＳ１０４）。空気圧制御装置７における空気圧の制御により、空気圧制御装置７とチューブ７０で繋がれたソール部４の空気圧が変化し、足裏感触を再現する（ステップＳ１０５）。
作製された仮想現実空間の内、映像に関するデータを仮想現実サービス提供サーバ８から送信し（ステップＳ１０６）、ディスプレイ９において受信する（ステップＳ１０７）。仮想現実サービス提供サーバ８から受信した映像に関するデータに応じて、ディスプレイ９上に映像を表示する（ステップＳ１０８）。
【００５７】
作製された仮想現実空間の内、音声に関するデータを仮想現実サービス提供サーバ８から送信し（ステップＳ１０９）、スピーカ１０において受信する（ステップＳ１１０）。仮想現実サービス提供サーバ８から受信した音声に関するデータに応じて、スピーカ１０において音声を再生する（ステップＳ１１１）。
なお、ここでも足裏感触に関するデータの送信（ステップＳ１０２）、映像に関するデータの送信（ステップＳ１０６）及び音声に関するデータの送信（ステップＳ１０９）については、順番はこの限りではなく前後してもよいし、同時に送信されるものでもよい。
【実施例２】
【００５８】
図７は、実施例２の足裏感触提示装置の模式図であり、靴型デバイスにつき（１）は底面図、（２）は正面図を示している。図７（２）に示すように、靴型デバイス２２は、アッパー部２０及びソール部４２から成る。また、ソール部４２は、軟質のシリコン製の袋体（４２ａ，４２ｂ）から成り、袋体４２ａの収容空間内には充填材１３ｃが、袋体４２ｂの収容空間内には充填材１３ｄが設けられている。袋体４２ａは爪先側に設けられ、袋体４２ｂは踵側に設けられている。空気圧制御装置７２は、２本のチューブ（７２ａ，７２ｂ）を用いてそれぞれ袋体（４２ａ，４２ｂ）と接続されている。
実施例１における靴型デバイス２１と同様に、ユーザ１１が靴型デバイス２２を足に装着した状態で、空気圧制御装置７２の制御により、袋体（４２ａ，４２ｂ）の収容空間内の空気圧が変化すると、ユーザ１１は、あたかも接地面の感触が変化したかのような感覚を味わうことができる。
【００５９】
しかしながら、実施例１とは異なり、袋体４２ａはチューブ７２ａにより、袋体４２ａはチューブ７２ｂにより、それぞれ独立して空気圧制御装置７２と接続されているため、空気圧制御装置７２において、袋体（４２ａ，４２ｂ）の収容空間内の空気圧を個別に制御することが可能となっている。したがって、例えば、袋体４２ａの収容空間内の空気圧を袋体４２ｂの収容空間内の空気圧よりも高くするといったことが可能である。これにより、より複雑な環境をよりリアルに再現することが可能となっている。また、さらに収容する充填材（１３ｃ，１３ｄ）の種類を異なるものとすれば、より複雑な環境の再現が可能である。
【実施例３】
【００６０】
図８は、実施例３の足裏感触提示装置の模式図であり、靴型デバイスにつき（１）は底面図、（２）は正面図を示している。図８（２）に示すように、靴型デバイス２３は、アッパー部２０及びソール部４３から成る。また、ソール部４３は、軟質のシリコン製の袋体（４３ａ，４３ｂ）から成り、袋体４３ａの収容空間内には充填材１３ｅが、袋体４３ｂの収容空間内には充填材１３ｆが設けられている。実施例１又は２とは異なり、実施例３における袋体（４３ａ，４３ｂ）は、水平方向ではなく垂直方向に重ねられるように、上下２層に設けられている。
空気圧制御装置７３は、２本のチューブ（７３ａ，７３ｂ）を用いてそれぞれ袋体（４３ａ，４３ｂ）と接続されている。
実施例２における靴型デバイス２２と同様に、ユーザ１１が靴型デバイス２３を足に装着した状態で、空気圧制御装置７３の制御により、袋体（４３ａ，４３ｂ）の収容空間内の空気圧が変化すると、ユーザ１１は、あたかも接地面の感触が変化したかのような感覚を味わうことができる。
【００６１】
しかしながら、実施例２とは異なり、袋体４３ａと袋体４３ｂは上下２層に積層されているため、足全体の感触を複雑に再現することが可能である。例えば、袋体４３ａの収容空間内の空気圧を袋体４３ｂの収容空間内の空気圧よりも高くしたり、袋体４３ａの収容空間内の空気圧を袋体４３ｂの収容空間内の空気圧よりも低くしたりというように、２種類の袋体（４３ａ，４３ｂ）の空気圧を微調整することで、より複雑な環境の再現が可能となっている。
【００６２】
（その他の実施例）
（１）実施例１又は２における爪先側の袋体（４１ａ，４２ａ）及び踵側の袋体（４１ｂ，４２ｂ）だけではなく、土踏まず部にも充填材を有する袋体を設ける構成でもよい。
（２）足指部、足踵部、土踏まず部、外側縦アーチ部、内側縦アーチ部の５つの袋体を設ける構成でもよい。
（３）実施例３に示す袋体（４３ａ，４３ｂ）を足指部及び足踵部に分けそれぞれを袋体とする構成でもよい。
（４）靴型デバイス２に、更に振動モジュールが設けられる構成でもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、仮想現実を用いたゲーム、体感型のアトラクション、さらにはリハビリテーション装置にも利用可能である。また、本発明の足裏感触提示装置のソール部を椅子に組み込み、ＶＲと組み合わせることでＶＲコンテンツと連動した仮想現実環境へのより一層の没入感を提供することにも有用である。
【符号の説明】
【００６４】
１  仮想現実システム
２，２１〜２３  靴型デバイス
３  加速度センサ
４，４１〜４３  ソール部
５  機器制御装置
６  データ送受信部
７，７１〜７３  空気圧制御装置
８，１０８  仮想現実サービス提供サーバ
９  ディスプレイ
１０  スピーカ
１１  ユーザ
１２  通信手段
１３ａ〜１３ｆ  充填材
１４  インソール部
２０  アッパー部
４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂ  袋体
５０  ユーザ入力操作部
７０，７１ａ，７２ａ，７２ｂ，７３ａ，７３ｂ，  チューブ
１０１  足裏感触提示装置
１０２  足裏装着手段
１０３  状態検出手段
１０４  感触提示手段
１０６  データ送受信手段
１０７  圧力制御手段
１０９  映像提示手段
１１０  音声提示手段
【図１】
2020067723.tif 000008
【図２】
2020067723.tif 000009
【図３】
2020067723.tif 000010
【図４】
2020067723.tif 000011
【図５】
2020067723.tif 000012
【図６】
2020067723.tif 000013
【図７】
2020067723.tif 000014
【図８】
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