(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
感覚伝達対象であるユーザの手の仮想空間上における位置情報と、前記仮想空間上に存在するオブジェクトの位置情報とにより設定される仮想環境における力覚的負荷を前記ユーザの手に与えることで力覚を提示する仮想力覚提示装置において、
前記仮想環境における前記オブジェクトの位置と、前記オブジェクトから離れた位置に存在する前記ユーザの手の位置との距離及び方向を検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段により得られる前記オブジェクトの位置と、前記ユーザの手の位置及び方向に基づいて移動方向を検出する移動方向検出手段と、
前記位置検出手段により得られる前記オブジェクトの位置と前記ユーザの手の位置との距離に対する移動量を検出する移動距離検出手段と、
前記移動方向検出手段により得られる移動方向と、前記移動距離検出手段により得られる移動量とに対応させて、前記仮想空間における前記オブジェクトへの前記ユーザの手の移動に対する負荷を与えるための物理パラメータを設定するパラメータ設定手段とを有することを特徴とする仮想力覚提示装置。
【請求項２】
前記パラメータ設定手段は、
前記ユーザの手を前記オブジェクトの所定位置に誘導するために、前記オブジェクトとは異なるオブジェクトを生成することを特徴とする請求項１に記載の仮想力覚提示装置。
【請求項３】
前記異なるオブジェクトは、前記移動距離検出手段により得られる移動量に対応させて、前記ユーザの手の移動を阻止するオブジェクトであることを特徴とする請求項２に記載の仮想力覚提示装置。
【請求項４】
前記オブジェクトの大きさに応じて前記ユーザの手に段階的に振動を与える振動駆動手段を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の仮想力覚提示装置。
【請求項５】
前記オブジェクトの大きさを検出し、検出結果に対して予め設定された複数の抽象形状のうち、何れか１つに変換する抽象オブジェクト変換手段を有することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の仮想力覚提示装置。
【請求項６】
前記抽象オブジェクト変換手段により得られる抽象形状に輪郭に沿って前記ユーザの手を移動させる輪郭移動制御手段を有することを特徴とする請求項５に記載の仮想力覚提示装置。
【請求項７】
感覚伝達対象であるユーザの手の仮想空間上における位置情報と、前記仮想空間上に存在するオブジェクトの位置情報とにより設定される仮想環境における力覚的負荷を前記ユーザの手に与える仮想力覚提示をコンピュータに実現させるための仮想力覚提示プログラムにおいて、
前記コンピュータを、
前記仮想環境における前記オブジェクトの位置と、前記オブジェクトから離れた位置に存在する前記ユーザの手の位置との距離及び方向を検出する位置検出手段、
前記位置検出手段により得られる前記オブジェクトの位置と、前記ユーザの手の位置及び方向に基づいて移動方向を検出する移動方向検出手段、
前記位置検出手段により得られる前記オブジェクトの位置と前記ユーザの手の位置との距離に対する移動量を検出する移動距離検出手段、及び、
前記移動方向検出手段により得られる移動方向と、前記移動距離検出手段により得られる移動量とに対応させて、前記仮想空間における前記オブジェクトへの前記ユーザの手の移動に対する負荷を与えるための物理パラメータを設定するパラメータ設定手段として機能させるための仮想力覚提示プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、仮想力覚提示装置及び仮想力覚提示プログラムに係り、特にオブジェクトを触察する前に、触力覚により仮想的に提示するための仮想力覚提示装置及び仮想力覚提示プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来では、視覚に障害のある人が周囲状況を得るため、仮想空間に存在する立体形状等を触覚にて提示する視覚代行機器が知られている（例えば、非特許文献１及び２参照）。これらの装置は、何れもカメラで撮影した画像を２値化して、多数の微小アクチュエータに振動や凹凸を用いて、触覚により映像のパターンを再現している。
【０００３】
また、触力覚に情報を提示する機器では、バーチャルリアリティの分野において、仮想的な物体の形状を機械的に力覚に提示する装置の開発が行われている。このような、仮想力覚提示装置では、ユーザの操作に応じて仮想物体の位置情報を検出し、計算した反力をユーザの指等にフィードバックする。また、反力の提示方法には、ワイヤの張力・空気圧・回転体の慣性モーメント等を利用したものが開発されている（例えば、非特許文献３参照）。
【０００４】
非特許文献３に示されている仮想力覚提示装置は、ユーザの指先の動きに応じた力覚情報を６自由度のアーム型のアクチュエータでフィードバックする点接触型提示を行う。
【０００５】
更に、従来では、複数の指で物体を把持したり、なぞるように触察した感覚を与える多指型力覚提装置も開発されている（非特許文献４及び５参照）。また、このような仮想力覚提示装置を用いた支援技術の例としては、例えば２次元或いは３次元空間で、図形に対する操作を直感的に把握し、位置決め等の操作性の向上を目的とした多作業支援装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、仮想力覚提示装置を用いた他の従来技術の例では、偏心モータの原理を利用した機構系を有し、時間差をつけて加速度を周期的に繰り返すことで疑似的に牽引力を感じさせるもの、或いは、角運動量ベクトルを時間的に変化させて任意の方向にトルクを提示できるものが開発されており、これらは偏心力で方向を示すことが可能なので、視覚障害者の歩行支援等への応用が考えられている。
【０００７】
更に、ユーザへの提示の明確性を向上させるために、触力覚提示とは別に、例えばテレビの解説放送やＷｅｂのコンテンツでは、画像や写真等の視覚的に表わされる情報には、音声で説明する方法が一般的に行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−３１９０３７号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｊ．Ｃ．Ｂｌｉｓｓ，Ｍ．Ｈ．Ｋａｔｃｈｅｒ，Ｃ．Ｈ．Ｒｏｇｅｒｓ，Ｒ．Ｐ．Ｓｈａｐａｒｄ：“Ｏｐｔｉｃａｌ−ｔｏ−Ｔａｃｔｉｌｅ  Ｉｍａｇｅ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｂｌｉｎｄ，”ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｏｎ  Ｍａｍ−Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｓｙｓｔ．，  Ｎｏ．１，ｐｐ．５８−６５（１９７０）
【非特許文献２】Ｃ．Ｃ．Ｃｏｌｌｉｎｓ：“Ｔａｃｔｉｌｅ  Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｉｍａｇｅ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ”，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．  Ｏｎ  Ｍａｍ−Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｓｙｓｔ．，Ｎｏ．１，ｐｐ．７２−７９（１９７０）
【非特許文献３】Ｔ．Ｈ．Ｍａｓｓｉｅ，Ｊ．Ｋ．Ｓａｌｉｓｂｕｒｙ：“Ｔｈｅ  ｐｈａｎｔｏｍ  ｈａｐｔｉｃ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ：Ａ  ｄｅｖｉｃｅ  ｆｏｒ  ｐｒｏｂｉｎｇ  ｖｉｒｔｕａｌ  ｏｂｊｅｃｔｓ，”Ｐｒｏｃ．ＡＳＭＥ  Ｈａｐｔｉｃ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ  ｆｏｒ  Ｖｉｒｔｕａｌ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ  ａｎｄ  Ｔｅｌｅｏｐｅｒａｔｏｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｉｎ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  １９９４，ｖｏｌ．１，ｐｐ．２９５−３０１（１９９４）
【非特許文献４】佐藤，平田，河原田：’空間インタフェース装置ＳＰＩＤＡＲの提案，’信学論，Ｖｏｌ．Ｊ７４−Ｄ−ＩＩ，Ｎｏ．７，ｐｐ．８８７−８９４（１９９１）
【非特許文献５】ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ．ｃｏｍ／３ｄ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、視覚障害者や視覚情報が得られない状況にある人等に対し、例えば部屋の中の家具の配置や、テレビ、Ｗｅｂ等で送られてくる屋外風景のコンテンツの周囲状況を伝達するためには、音声で説明する以外の提示技術はこれまで考えられていなかった。
【００１１】
しかしながら、視覚に障害のある人が、テレビやＷｅｂ等で視覚的に表わされるコンテンツを理解したり、日常で周囲の環境を把握することは必須である。また、健常者にとっても、例えば災害時等で視覚と聴覚情報が遮断された環境では触力覚で周囲情報を正確に把握できることが必要である。
【００１２】
ここで、実環境やテレビのコンテンツの周囲環境を伝えるには、上述した従来技術のように音声で説明する手段があるが、音声の説明だけでは空間に存在する物体の正確な位置の把握や迅速な把握が難しい。更に、盲ろう者や、視覚と聴覚情報が遮断された状況下では周囲状況が伝わらないという課題がある。
【００１３】
また、音声に代わる手段として考えられる触力覚による情報提示においても、例えば上述した非特許文献１や非特許文献２に示された技術では、何れもカメラで撮影した画像を平面上に投射するだけなので、空間的な位置や物体の大きさ等の情報を伝えるのは困難という課題がある。
【００１４】
また、従来技術で述べたような力覚提示を用いた情報提示或いは支援技術では、周辺状況を伝達することは考えられていなかった。したがって、視覚障害者や視覚情報のない状況にある人が、物体に触れる前に、どの位の大きさの物体が、どの位置にあるか等の周囲環境の情報を触力覚で把握することができないという課題があった。
【００１５】
本発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであり、オブジェクトを触察する前に、触力覚により仮想的に提示するための仮想力覚提示装置及び仮想力覚提示プログラムを提供することを目的とする。
【００１６】
具体的には、本発明の目的は、ユーザの周辺情報を力覚（ハプティック）情報として提示することにより、視覚情報の場合と同様な認知プロセスを可能とすることで、仮想物体を触察する前に、どの位の大きさの物体がどの位置にあるか等の予備知識としての情報を伝えることができ、これにより、迅速且つ正確に周囲状況を知らせることができる周囲環境の仮想力覚提示装置及び提示方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するために、本件発明は、以下の特徴を有する課題を解決するための手段を採用している。
【００１８】
請求項１に記載された発明は、感覚伝達対象であるユーザの手の仮想空間上における位置情報と、前記仮想空間上に存在するオブジェクトの位置情報とにより設定される仮想環境における力覚的負荷を前記ユーザの手に与えることで力覚を提示する仮想力覚提示装置において、前記仮想環境における前記オブジェクトの位置と、前記オブジェクトから離れた位置に存在する前記ユーザの手の位置との距離及び方向を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段により得られる前記オブジェクトの位置と、前記ユーザの手の位置及び方向に基づいて移動方向を検出する移動方向検出手段と、前記位置検出手段により得られる前記オブジェクトの位置と前記ユーザの手の位置との距離に対する移動量を検出する移動距離検出手段と、前記移動方向検出手段により得られる移動方向と、前記移動距離検出手段により得られる移動量とに対応させて、前記仮想空間における前記オブジェクトへの前記ユーザの手の移動に対する負荷を与えるための物理パラメータを設定するパラメータ設定手段とを有することを特徴とする。
【００１９】
請求項１記載の発明によれば、オブジェクトを触察する前に、触力覚により仮想的に提示することができる。したがって、仮想環境において視覚的に表示される３次元物体の配置やサイズ等を、視覚情報がない状況でも触力覚により仮想的に提示することができる。
【００２０】
請求項２に記載された発明は、前記パラメータ設定手段は、前記ユーザの手を前記オブジェクトの所定位置に誘導するために、前記オブジェクトとは異なるオブジェクトを生成することを特徴とする。
【００２１】
請求項２記載の発明によれば、オブジェクトの配置やサイズ等をより迅速且つ正確に把握することができる。
【００２２】
請求項３に記載された発明は、前記異なるオブジェクトは、前記移動距離検出手段により得られる移動量に対応させて、前記ユーザの手の移動を阻止するオブジェクトであることを特徴とする。
【００２３】
請求項３記載の発明によれば、オブジェクトのある方向を容易にユーザに把握させることができる。
【００２４】
請求項４に記載された発明は、前記オブジェクトの大きさに応じて前記ユーザの手に段階的に振動を与える振動駆動手段を有することを特徴とする。
【００２５】
請求項４記載の発明によれば、仮想物体のサイズ等をより迅速且つ正確に把握することができる。また、仮想物体に応じて提示条件の様々な変更等を行うことができる。
【００２６】
請求項５に記載された発明は、前記オブジェクトの大きさを検出し、検出結果に対して予め設定された複数の抽象形状のうち、何れか１つに変換する抽象オブジェクト変換手段を有することを特徴とする。
【００２７】
請求項５記載の発明によれば、ユーザに実際のオブジェクトを提示する前に、抽象形状を把握させるため、その後、複雑な形状のオブジェクトを直接触れる場合にも、迅速且つ明確にオブジェクトの内容を把握させることができる。
【００２８】
請求項６に記載された発明は、前記抽象オブジェクト変換手段により得られる抽象形状に輪郭に沿って前記ユーザの手を移動させる輪郭移動制御手段を有することを特徴とする。
【００２９】
請求項６記載の発明によれば、ユーザに大体のサイズを把握させることができるため、その後、実際のオブジェクトを直接触れる場合にも、迅速且つ明確にオブジェクトの内容を把握させることができる。
【００３０】
請求項７に記載された発明は、感覚伝達対象であるユーザの手の仮想空間上における位置情報と、前記仮想空間上に存在するオブジェクトの位置情報とにより設定される仮想環境における力覚的負荷を前記ユーザの手に与える仮想力覚提示をコンピュータに実現させるための仮想力覚提示プログラムにおいて、前記コンピュータを、前記仮想環境における前記オブジェクトの位置と、前記オブジェクトから離れた位置に存在する前記ユーザの手の位置との距離及び方向を検出する位置検出手段、前記位置検出手段により得られる前記オブジェクトの位置と、前記ユーザの手の位置及び方向に基づいて移動方向を検出する移動方向検出手段、前記位置検出手段により得られる前記オブジェクトの位置と前記ユーザの手の位置との距離に対する移動量を検出する移動距離検出手段、及び、前記移動方向検出手段により得られる移動方向と、前記移動距離検出手段により得られる移動量とに対応させて、前記仮想空間における前記オブジェクトへの前記ユーザの手の移動に対する負荷を与えるための物理パラメータを設定するパラメータ設定手段として機能させる。
【００３１】
請求項７記載の発明によれば、オブジェクトを触察する前に、触力覚により仮想的に提示することができる。したがって、仮想環境において視覚的に表示される３次元物体の配置やサイズ等をより迅速且つ正確に把握することができる。形状を、視覚情報がない状況でも触力覚により仮想的に提示することができる。また、実行プログラムをコンピュータにインストールすることにより、容易に力覚提示処理を実現することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、オブジェクトを触察する前に、触力覚により仮想的に提示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本実施形態における仮想力覚提示装置の概要構成の一例を示す図である。
【図２】第１実施形態における仮想力覚提示装置の機能構成の一例を示す図である。
【図３】第１実施形態の具体例を説明するための図である。
【図４】第２実施形態における仮想力覚提示装置の機能構成の一例を示す図である。
【図５】第３実施形態における仮想力覚提示装置の機能構成の一例を示す図である。
【図６】第４実施形態における仮想力覚提示装置の機能構成の一例を示す図である。
【図７】第５実施形態における仮想力覚提示装置の機能構成の一例を示す図である。
【図８】本実施形態における力覚提示処理手順の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
＜本発明について＞
本発明は、ハプティックにより立体形状等からなる仮想物体（オブジェクト）を提示する仮想力覚提示装置を用い、離れた位置に存在する仮想或いは実物体の配置等の周囲状況を、触力覚で伝達できる提示方法に関し、遠隔部のオブジェクトの空間位置を検出し、その方向にユーザの手指を誘導する機能と、オブジェクトの距離に応じて、誘導する方向への物理的な抵抗や移動量を変化したり、オブジェクトのサイズに応じて、振動の大きさを変化したり、誘導する方向とは別にサイズに対応してサイズを示す変位を与えることができる機能とを有する周囲環境（仮想環境）における力覚提示手法に関する。
【００３５】
つまり、本発明では、手指に力覚や振動を与えられるデバイス（感覚伝達装置）を有し、デバイスの空間位置座標と遠隔にあるオブジェクトのサイズと空間位置座標又は距離を検出する機能を有している。また、力覚で周囲環境を伝えるには、存在する１つ或いは複数のオブジェクトに対し、選定したオブジェクトの方向に手指を移動する。この時、デバイスの触察部（ポインタ）の位置とオブジェクト間の距離は、移動量或いは粘性等の抵抗感で伝達することを特徴とする。なお、ポインタとは、例えばユーザの実際の各指先の位置等を仮想空間上に反映させて得られる仮想のポインタであり、後述する感覚伝達装置の各指先伝達部により得られる３次元位置座標に基づいて仮想空間上の座標に反映される。
【００３６】
また、触察部（ポインタ）の移動後には、サイズの大きさを振動の大きさで提示したり、基本的な正方図形の輪郭をなぞるような力を与えて正方図形の大きさでオブジェクトのサイズを提示する。これにより、視覚障害者や視覚のない状況にある人が、仮想又は実空間の周囲情報を力覚で得ることが可能とある。
【００３７】
次に、上述したような特徴を有する本発明における仮想力覚提示装置及び仮想力覚提示プログラムを好適に実施した形態について、図面等を用いて詳細に説明する。
【００３８】
＜仮想力覚提示装置：概要構成図＞
図１は、本実施形態における仮想力覚提示装置の概要構成の一例を示す図である。図１に示す仮想力覚提示装置１０は、感覚伝達装置２０と、力覚制御装置３０とを有するよう構成されている。なお、図１において、感覚伝達装置２０−１，２０−２は、ユーザの何れかの異なる指先に移動を拘束できる程度の反力等の力覚フィードバックを伝達する点接触型の装置であり、感覚を伝達する指には、例えば指サック等が装着される。
【００３９】
更に、感覚伝達装置２０−１，２０−２は、ユーザの指や手掌から取得した位置情報を力覚制御装置３０に出力すると共に、力覚制御装置３０からの制御情報に基づいて所定の動作を行い、ユーザに感覚を伝達する。ここで、上述した指用の感覚伝達装置２０−１，２０−２は、基台２１と、駆動部２２と、リンク機構２３と、触察部（ポインタ）としての指先伝達部２４とを有するよう構成されている。
【００４０】
基台２１（２１−１，２１−２）は、仮想力覚提示装置１０における実空間上の所定の場所に設置されている。駆動部２２（２２−１，２２−２）は、例えば基台２１に対して水平に０〜３６０度の回転駆動ができ、またリンク機構２３（２３−１，２３−２）の軸を基台２１に対して垂直に０〜３６０度の回転駆動ができる。なお、本実施形態における駆動部２２は、例えばモータやワイヤ機構、ロータリーエンコーダ等を用いることができる。
【００４１】
リンク機構２３は、１以上のロッド（軸）で構成され、その一方は駆動部２２に接続されているため、基台２１の面に対して水平、垂直に０〜３６０度回転することができる。つまり、駆動部２２及びリンク機構２３により、基台２１を中心としてあらゆる方向への移動が可能となっている。
【００４２】
また、リンク機構２３は、指先伝達部２４と接続され、ユーザの指に対し、その指の位置情報と、予め設定される仮想物体の位置情報や上述した物体情報等とに応じて適切な反力等の力覚的負荷を与えるための動作を行う。
【００４３】
指先伝達部２４は、指先の位置情報と仮想物体の位置関係とに応じてその指先に対して何れかの方向に移動できなかったり、所定量の反力を与えたりすることで所定の力覚的負荷を与える。なお、図１に示す実施形態では、指先伝達部２４として、ユーザの２本以上の指（多指）に対して力覚フィードバック情報を伝達する指サック（ジンバル）等からなる。つまり、本実施形態では、指サックを例えばユーザの親指と人差し指に挿入し、仮想物体を把持するときの力覚情報（力覚的負荷）を提示する。なお、本発明においてはこの限りではなく、例えば手の５本の指のうち少なくとも１つに装着されていればよく、また両手を対象にして、左右の手に存在する指の少なくとも１つに装着されていてもよい。また、指だけではなく、例えば掌の部分や手全体をグローブのようなもので覆って力覚的負荷を提示する。
【００４４】
なお、本明細書に示す実施形態における反力や圧刺激等の力覚的負荷としては、例えば仮想物体が硬い立方体である場合には、その仮想物体の表面の位置情報や物体情報に基づいて、ユーザの指や手掌部に対して仮想物体の表面の位置より内部への移動を拘束するような所定量の力覚的負荷を与える。また、仮想物体が柔らかい立方体の場合には、その仮想物体の表面の位置情報や物体情報に基づいて、ユーザの指や手掌部に対して仮想物体の表面の位置情報よりも内部に移動していくと、次第に移動が拘束されるような所定量の力覚的負荷を与える。なお、力覚的負荷としては、例えば圧力又は振動があるが、本発明においてはこれに限定されず、例えば電気信号、熱等の何らかの感覚による負荷が含まれる。
【００４５】
また、図１に示す感覚伝達装置２０−１，２０−２は、ユーザに力覚を提示する対象となる指の数に対応させて設置されているが、本発明においてはこの限りではなく、例えば１つの感覚伝達装置の指先伝達部に複数の指を装着し感覚を伝達してもよく、また、複数の感覚伝達装置で１つの指に対して感覚を伝達させてもよい。また、上述した本発明における手掌とは、指との結合部分を含む全体を示していてもよく、１又は複数の所定の領域又は点であってもよい。
【００４６】
力覚制御装置３０は、上述した各感覚伝達装置２０−１，２０−２の各構成部を制御するものであり、各感覚伝達装置２０−１，２０−２から得られる指先等の位置情報を検出し、予め設定されている仮想物体との３次元における位置情報や物体情報と対応させて、その仮想物体を触察する前に、例えば引力や斥力等の情報により仮想物体の位置や大きさ、形状等を提示する。
【００４７】
更に、力覚制御装置３０は、感覚伝達装置２０により仮想物体を触察する場合には、その物体に対応する反力情報等を取得する。また、力覚制御装置３０は、その反力に対応する負荷情報を生成し、生成した負荷情報によりそれぞれ対応する各感覚伝達装置２０−１，２０−２を制御して、各指先伝達部２４−１，２４−２を介してユーザに力覚的負荷を感覚として提示する。
【００４８】
なお、力覚制御装置３０は、図１に示すようなディスプレイ等の出力手段を有し、その画面上に３次元オブジェクト提示データとして仮想物体３１を表示すると共に、感覚伝達装置２０−１，２０−２から得られる指の位置情報に基づいて動作する仮想ハンド３２も画面に表示することができる。これにより、ユーザは視覚を通じて仮想空間における手の動作状況を正確に把握することができる。なお、上述した仮想物体３１は、立方体等の物に限定されず、例えば仮想空間上における壁や天井、地面等も含まれる。
【００４９】
＜仮想力覚提示装置１０：機能構成例＞
次に、上述した本実施形態における仮想力覚提示装置１０の機能構成例について図を用いて説明する。
【００５０】
＜第１実施形態＞
図２は、第１実施形態における仮想力覚提示装置の機能構成の一例を示す図である。図２に示す仮想力覚提示装置１０は、上述したように感覚伝達装置２０と、力覚制御装置３０とを有するよう構成されている。
【００５１】
図２に示す力覚制御装置３０においては、入力手段４１と、出力手段４２と、オブジェクト位置検出手段（位置検出手段）４３と、抽象オブジェクト変換手段４４と、移動方向検出制御手段（移動方向検出手段）４５と、オブジェクト移動距離検出制御手段（移動距離検出手段）４６と、移動空間物理パラメータ設定手段（パラメータ設定手段）４７と、記録手段４８と、制御手段４９とを有するよう構成されている。また、感覚伝達装置２０は、触力覚提示移動駆動手段５１と、ポインタ位置取得手段５２とを有するよう構成されている。
【００５２】
入力手段４１は、外部からのオブジェクト情報を入力したり、ユーザからのオブジェクト位置検出指示、抽象オブジェクト変換指示、移動方向検出制御指示、オブジェクト移動距離検出制御指示、移動空間物理パラメータ設定指示、記録指示等の各種指示の入力を受け付ける。なお、入力手段４１は、例えばキーボードや、マウス等のポインティングデバイス等からなる。
【００５３】
出力手段４２は、入力手段４１により入力された内容や、入力内容に基づいて実行された力覚提示を行う。なお、出力手段４２は、ディスプレイやスピーカ等からなり、オブジェクトやオブジェクトの属性データの画面出力や音声出力を行うことができる。更に、出力手段４２は、プリンタ等の機能を有していてもよく、その場合には本実施形態により生成される画面の内容等を、紙等の印刷媒体に印刷してユーザ等に提示することもできる。
【００５４】
また、上述した入力手段４１と出力手段４２は、感覚伝達装置２０との制御信号や各種データの入出力を行う。
【００５５】
オブジェクト位置検出手段４３は、予め設定される提示対象のオブジェクトに対応するオブジェクト情報に基づいて、画面中の仮想空間上に表示されるオブジェクトのサイズや空間位置座標（３次元座標等）を検出する。また、オブジェクト位置検出手段４３は、仮想空間上におけるオブジェクトの位置とユーザの手指の位置との距離及び方向を検出する。
【００５６】
抽象オブジェクト変換手段４４は、提示されるオブジェクトに対するオブジェクト情報に基づいて、オブジェクトの形状（外形等）を、予め設定される抽象的な形状のオブジェクトに変換する。
【００５７】
移動方向検出制御手段４５は、ユーザの手指の位置に対応する感覚伝達装置２０の触察部（各指先伝達部２４−１，２４−２）の空間座標位置及び現在の方向から、提示対象のオブジェクトへの移動方向を検出し、検出した移動方向に対して感覚伝達装置２０によりユーザの手や指の移動を制御する。なお、方向制御を行う際には、移動空間物理パラメータ設定手段４７により得られる物理パラメータに基づいて移動時の制御を行う。
【００５８】
また、オブジェクト移動距離検出制御手段４６は、オブジェクト位置検出手段４５により得られる上述した仮想空間上のオブジェクトの位置と、ユーザの手指の位置に対応する感覚伝達装置２０の触察部（ポインタ）の位置との距離に対する移動量を検出し、検出した移動量に対応させて触察部の移動制御を行う。なお、移動制御を行う際には、移動空間物理パラメータ設定手段４７により得られる物理パラメータに基づいて移動時の制御を行う。
【００５９】
移動空間物理パラメータ設定手段４７は、移動方向検出制御手段４５から得られる移動方向やオブジェクト移動距離検出制御手段４６から得られる移動量に対応させて、感覚伝達装置２０の触察部が移動する空間で、オブジェクトや仮想空間毎に移動時にユーザの手指に感覚として負荷を提示するために、摩擦や粘性等による物理パラメータを設定する。
【００６０】
記録手段４８は、上述した各機能を実行するための入力データや実行結果等の出力データを格納する。また、記録手段４８は、外部から得られるオブジェクト情報やポインタ位置取得手段５２等から得られる触察部に相当するポインタの位置情報を格納することもできる。更に、記録手段４８は、記録されている各種データを必要に応じて読み出すことができる。
【００６１】
制御手段４９は、第１実施形態における仮想力覚提示装置１０の各構成部全体の制御を行う。具体的には、制御手段４９は、例えば、第１実施形態における力覚提示処理を行うための実行プログラムをインストールし、そのインストールされたソフトウェアを実行することにより、例えばユーザ等による入力手段４１からの各種指示情報等に基づいて、オブジェクト位置検出処理、抽象オブジェクト変換処理、移動方向検出制御処理、オブジェクト移動距離検出制御処理、移動空間物理パラメータ設定処理等の各制御を行う。
【００６２】
また、感覚伝達装置２０において、触力覚提示移動駆動手段５１は、各指先伝達部２４−１，２４−２を介して、ユーザの手や指に対して、力覚的負荷を感覚として提示する。
【００６３】
また、ポインタ位置取得手段５２は、ユーザの手や指に対して、各指先伝達部２４−１，２４−２の位置情報（例えば、仮想空間上の３次元座標、又は実空間上の３次元座標等）を取得し、取得した情報を力覚制御装置３０に出力する。
【００６４】
このように、上述した第１実施形態における周囲環境の仮想力覚提示装置１０は、感覚伝達装置２０の触察部とオブジェクトの空間座標、或いは両者間の距離と方向を検出する機能と、移動方向と移動量を設定する機能と、触察部を移動する機能を有している。
【００６５】
これにより、ユーザは、オブジェクトを仮想空間上で触察する前に、どのような大きさでどのような形状であるのかを、上述した抽象オブジェクト変換手段４４により事前に取得することができる。したがって、ユーザは、オブジェクトに触察する前に、形状等に対してある程度の推測を行うことができ、その後、オブジェクトを触察する処理が行われるため、ユーザがオブジェクトを触る前の不安等を取り除くことができ、迅速且つ正確にオブジェクトの形状を把握することができる。
【００６６】
また、第１実施形態における移動方向検出制御手段４５は、周囲環境の仮想力覚提示装置１０において、感覚伝達装置２０の触察部とオブジェクト間の距離に応じて移動量を算出することで、移動する際の速度や抵抗、粘性等の物理パラメータを制御することができる。なお、これらのパラメータ情報は、記録手段４８に記録され、必要に応じて適宜読み出して、オブジェクト毎や、仮想空間の環境毎、周囲環境毎に対応するパラメータ情報を必要に応じて適宜読み出して使用することができる。
【００６７】
＜第１実施形態における具体例＞
ここで、上述した第１実施形態における具体例について図を用いて説明する。図３は、第１実施形態の具体例を説明するための図である。なお、図３（ａ）は、ＣＧ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｇｒａｐｈｉｃｓ）等で作られた環境、或いは実空間の周囲環境からなる仮想空間上の各オブジェクトを示しているが、特に以下の説明では、椅子オブジェクトＡと、飛行機のおもちゃオブジェクトＢと、椅子オブジェクトＣとを用いる。つまり、各オブジェクトＡ〜Ｃは、ユーザの手指がこれから触察する周囲環境の中に存在するオブジェクトを示している。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すオブジェクトＡ〜Ｃに対応する抽象オブジェクトと、ユーザの手指（触察部（ポインタ））との関係を示している。
【００６８】
第１実施形態では、図３に示すように、オブジェクトＡ，Ｂ，Ｃ等の複数のオブジェクトより、順次提示するオブジェクトが自動的に選定される。選定されたオブジェクトＡは、抽象オブジェクト変換手段４４において、基本的なオブジェクト（以下、「抽象オブジェクト」という）に変換される。
【００６９】
抽象オブジェクトには、例えば、基準座標を基に、各象限で最大となるサイズを検出し、６面に内接する６面直方体又は球等に変換する。また、変換された抽象オブジェクトＡは、オブジェクト位置検出手段４３において、予め設定された仮想空間の３次元座標系に基づき、便宜的に重心の空間座標Ａ（ｘ１，ｙ１，ｚ１）（極座標Ａ（γ１，θ１，φ１）を検出する。
【００７０】
また、オブジェクトＢ，Ｃについても同様に、順次選定される抽象オブジェクトについて、オブジェクトＢの空間座標Ｂ（ｘ２，ｙ２，ｚ２）（極座標Ｂ（γ２，θ２，φ２））、オブジェクトＣの空間座標はＣ（ｘ３，ｙ３，ｚ３）（極座標Ｃ（γ３，θ３，φ３））が検出される。また、感覚伝達装置２０の触察部（ポインタ）の空間座標は、Ｐ（ｘ０，ｙ０，ｚ０）（極座標Ｐ（ｒ０，θ０，φ０））とする。
【００７１】
第１実施形態では、上述した各空間座標に基づいて、移動方向検出制御手段４５及びオブジェクト移動距離検出制御手段４６において、ポインタの空間座標との関係より、図３（ｂ）に示すように抽象オブジェクトＡとの距離Ｌ１及び方向を算出する。
【００７２】
次に、ポインタを抽象オブジェクトＡの方向に対し、適切な距離で移動することで、抽象オブジェクトＡの存在と距離Ｌ１とを感覚的にユーザに伝える提示方法について説明する。
【００７３】
まず、第１実施形態では、ポインタから抽象オブジェクトＡ方向への移動について、規格化した移動量αＬ１とする。なお、αは、周囲環境全体の奥行きと触仮想力覚提示装置のワークスペースの関係、及び、移動距離の差を物理量に変換した際に触力覚の弁別の観点より、適切な距離となるように設定される調整値である。ここで、移動量の設定については、例えば、実空間における風景に含まれる遠くの山等、遠方に存在するオブジェクトはユーザとの距離が離れ過ぎているため、予め設定された一定の距離で制限をかけて規格化することが好ましい。
【００７４】
また、第１実施形態では、ポインタの移動において、距離Ｌ１に対応して感性的に距離が理解できるように、移動空間物理パラメータ設定手段４７において、移動量だけではなく、空間的な粘性や摩擦等の物理パラメータを設定することができる。
【００７５】
また、物理パラメータの設定においては、例えば、周囲環境に存在するオブジェクトとの距離に応じて、近いオブジェクトには粘性や摩擦を大きく設定し、遠くのオブジェクトには小さく設定することができる。このように、第１実施形態では、人の感性に対応した物理量を設定することにより、距離感を一層直感的に把握することが可能となる。
【００７６】
また、例えば、実空間における風景等では、遠方の設定された各種の物理パラメータの条件下で、ポインタは触力覚提示移動駆動手段５１により、移動量αＬ１の位置に移動する。ここで、移動量αＬ１の位置で移動するために、移動空間物理パラメータ設定手段４７では、移動方向検出制御手段４５、及びオブジェクト移動距離検出制御手段４６から得られた移動方向及び移動量に基づいて、例えばポインタを一定方向にのみ移動させるためのレールのようなガイドの役割をする新たなオブジェクトを生成させてもよい。
【００７７】
また、移動空間物理パラメータ設定手段４７は、図３（ｂ）に示すαＬ１の位置で移動を停止するために、ポインタの原点と抽象オブジェクトとを結ぶ直線上で、距離αＬ１のベクトルの端部（図３（ｂ）に示す矢印の端部）に移動方向に対して垂直な壁等のようなオブジェクトを生成させる。
【００７８】
これにより、図３（ｂ）におけるポインタの位置から距離αＬ１以上の移動を停止させる。第１実施形態では、この移動可能な距離αＬ１と、ユーザから実際のオブジェクトＡまでの距離とを対応づけることにより、ユーザに対してどこに実際のオブジェクトＡがあるかを容易且つ正確に認識させることができる。
【００７９】
なお、距離αＬ１と実際の距離との関係は、例えば、距離αＬ１に対してｎ（ｎ＞１）倍した距離が、ポインタから実際のオブジェクトＡまでの距離とする等、所定の比率を設定することにより正確に距離を認識させることができる。
【００８０】
このように、移動空間物理パラメータ設定手段４７は、ユーザの手をオブジェクトの所定位置に誘導するために、オブジェクトとは異なるオブジェクトを生成することで、オブジェクトの形状をより迅速且つ正確に把握することができる。
【００８１】
なお、上述した移動方法によって所定の移動量αＬ１に到達した後、ポインタは原点の空間座標Ｐ（ｘ０，ｙ０，ｚ０）（極座標Ｐ（ｒ０，θ０，φ０）に戻される。これにより、図３（ｂ）に示すように、オブジェクトＢやオブジェクトＣに対して順番にオブジェクトＡと同様の提示を行わせた場合にもそれぞれのオブジェクトに対する方向と距離とを迅速且つ正確に把握することができる。
【００８２】
このように、図３に示すように、周囲環境に存在するオブジェクトの方向に、適切な移動量αＬ１，αＬ２，αＬ３で移動することにより、オブジェクトの存在する方向と距離とを直感的に把握することができる。
【００８３】
なお、上述した動作シーケンスにおいて移動の速度は一定であっても、加速度を有していてもよく、複数回の往復運動を行ってもよい。また、抽象オブジェクト変換手段４４で変換される抽象オブジェクトの形状は、直方体に限定するものではなく、球状や楕円状、多角形状、円筒状、円錐状等であってもよい。
【００８４】
なお、上述したように抽象オブジェクトをユーザに提示した後、実際のオブジェクト（例えば、オブジェクトＢ）の触察が行われる。
【００８５】
＜第２実施形態＞
次に、本発明における第２実施形態について説明する。図４は、第２実施形態における仮想力覚提示装置の機能構成の一例を示す図である。なお、図４に示す各構成において、上述した実施形態の構成と同様の処理を行っている部分には、同一の番号を付すものとし、ここでの詳細な説明は省略する。
【００８６】
図４に示す仮想力覚提示装置６０は、上述した第１実施形態における仮想力覚提示装置１０と比較すると、力覚制御装置３０において、新たにオブジェクトサイズ正規化手段６１と、オブジェクトサイズ−振動変換制御手段６２とが設けられ、感覚伝達装置２０においては、新たに振動駆動手段６３が設けられている。
【００８７】
オブジェクトサイズ正規化手段６１は、抽象オブジェクト変換手段４４により得られる抽象オブジェクトに対して、感覚伝達装置２０の移動可能な範囲で、仮想空間上に存在する他のオブジェクトとの差異を示し得る適切な大きさに正規化する。
【００８８】
オブジェクトサイズ−振動変換制御手段６２は、後述する振動駆動手段６３等のように振動による感覚をユーザに伝える場合に、その振動駆動手段６３における振動制限により、提示するオブジェクトに対してユーザに与える振動レベルを正規化する。具体的には、オブジェクトサイズ−振動変換制御手段６２は、オブジェクトサイズ正規化手段６１から得られる正規化されたオブジェクトのサイズ情報に対応させて、振動駆動手段６３において駆動可能な振動レベルの最大値と最小値とを基準として、オブジェクトサイズに対応する振動レベルを設定する。
【００８９】
また、オブジェクトサイズ−振動変換制御手段６２は、変換した振動レベル情報を感覚伝達装置２０に送信する。
【００９０】
振動駆動手段６３は、オブジェクトサイズ−振動変換制御手段６２により設定された振動レベル情報により振動を行う。これにより、オブジェクトに対する詳細な情報をユーザに提示することができる。
【００９１】
つまり、第２実施形態では、上述した第１実施形態における処理と共に、仮想空間上にある複数のオブジェクトのうち、最も大きいオブジェクトの場合には、振動レベルを最大にしたり、また最も小さいオブジェクトの場合には、振動レベルを最小にしたり、オブジェクトの大きさによって段階的に異なる振動レベルをユーザに伝えることで、そのオブジェクトを触察する前にその内容を正確に把握することができる。
【００９２】
なお、オブジェクトサイズ−振動変換制御手段６２におけるオブジェクトサイズと振動との変換方法は、本発明においてはこれに限定されるものではなく、例えば所定の大きさのオブジェクトまでは振動させず、大きさが所定値以上になった場合に、段階的な振動をユーザに提示するように、上述したオブジェクトサイズ正規化手段６１を用いて、ある所定値から最大値までの範囲において正規化を行い、オブジェクトの大きさに対応する振動を、振動駆動手段６３によりユーザに提示してもよい。
【００９３】
また、上述の例では、オブジェクトの大きさに対応させて、振動レベルを調整する例を示したが、本発明においてはこれに限定されるものではなく、例えば、オブジェクトが予め設定された大きさに近づくにつれて振動を大きく駆動し、その大きさから離れていくと振動を小さく駆動するように制御してもよい。
【００９４】
更に、予めオブジェクトの形状毎に振動パターンを設定しておき、オブジェクトが所定の形状である場合に、対応する振動パターンによる振動をさせてもよい。
【００９５】
＜第２実施形態における具体例＞
次に、上述した第２実施形態における具体例について説明する。第２実施形態では、第１実施形態の動作シーケンスで、感覚伝達装置２０の触察部（ポインタ）が移動量αＬ１に達した時点、或いは、原点Ｐに戻った時点で以下の動作を行う。まず、オブジェクトサイズ正規化手段６１において、抽象オブジェクト変換手段４４で得られた抽象オブジェクトを、感覚伝達装置２０の移動可能な範囲でオブジェクトの差異を示し得る適切な大きさに正規化して変換する。
【００９６】
なお、上述の正規化にあたっては、複数のオブジェクトの中の最大のオブジェクトを抽出し、それぞれの抽象オブジェクトのサイズを最大の抽象オブジェクトに対し適切な比率に設定する。
【００９７】
また、部屋の中に小さなオブジェクトが存在する場合や、実空間の風景の山等を含む全貌の中で存在する近傍の小さなオブジェクトが存在する場合がある。前者の場合では、例えば最大の空間を規定し、それを最大オブジェクトとして正規化してもよい。また後者の場合では、全貌を２次元平面に写像し、制限した領域を最大オブジェクトとして正規化するのが好ましい。
【００９８】
次に、オブジェクトサイズ−振動変換制御手段６２において、抽象オブジェクトのサイズに対応した振動レベル（振幅）に変換する。すなわち、抽象オブジェクトのサイズに応じて振動レベルを大きく設定する。なお、本実施形態では、小さいオブジェクトには高い周波数を設定し、大きいオブジェクトには低い周波数を設定する等、人の感性に対応した振動に変換することが好ましが、振動レベルや周波数を逆に設定することもできる。
【００９９】
また、変換された振動レベル情報は、振動駆動手段６３に出力され、振動駆動手段６３によって駆動制御が行われる。なお、この例では、振動や振幅に対応させたが、振動提示は振動周波数や時間的、或いは空間的な振動パターンでもよい。
【０１００】
＜第３実施形態＞
次に、本発明における第３実施形態について説明する。図５は、第３実施形態における仮想力覚提示装置の機能構成の一例を示す図である。なお、図５に示す各構成において、上述した実施形態の構成と同様の処理を行っている部分には、同一の番号を付すものとし、ここでの詳細な説明は省略する。
【０１０１】
図５に示す仮想力覚提示装置７０は、上述した仮想力覚提示装置１０，６０と比較すると、力覚制御装置３０においては、上述した第２実施形態と比較してオブジェクトサイズ−振動変換制御手段６２がなく、新たにオブジェクトサイズ−図形変換制御手段７１と、図形輪郭移動制御手段７２とが設けられている。また、感覚伝達装置２０は、上述した第１実施形態と同様の構成となっている。
【０１０２】
オブジェクトサイズ−図形変換制御手段７１は、オブジェクトサイズ正規化手段６１で得られた正規化されたサイズのオブジェクトに対して、ある所定の方向から投射したことにより得られる投影図形（正規化輪郭オブジェクト）に変換する。具体的には、例えばオブジェクトサイズ正規化手段６１で得られた図形が上述した抽象オブジェクト変換手段４４で生成された直方体のオブジェクトであった場合、オブジェクトサイズ−図形変換制御手段７１は、その直方体オブジェクトを、予め設定された方向から投射して得られる長方形型の投影図形オブジェクトに変換する。なお、第３実施形態において、投射されるオブジェクト、上述した抽象オブジェクトに限定されるものではなく、その後、触察する実際のオブジェクトであってもよい。
【０１０３】
図形輪郭移動制御手段７２は、上述した正規化輪郭オブジェクトの輪郭をなぞるように触察部（ポインタ）の移動位置を制御する。具体的には、図形輪郭移動制御手段７２は、所定の経路で投影図形オブジェクト、抽象オブジェクト、又はオブジェクトの外形をポインタが移動するように触力覚提示移動駆動手段５１を駆動させて制御を行う。なお、投影図形オブジェクトの外形情報は、上述したオブジェクトサイズ−図形変換制御手段７１から取得することができ、抽象オブジェクトの外形情報は、抽象オブジェクト変換手段４４から取得することができ、オブジェクトの外形情報は、外部又は記録手段４８等から取得することができる。
【０１０４】
これにより、ユーザは、投影図形オブジェクト、抽象オブジェクト、又はオブジェクトの外形を把握することができる。したがって、オブジェクトの形状等に応じて適宜変更してユーザに提示することができる。例えば、図３に示すような飛行機のおもちゃオブジェクトＢの場合には、その形状が複雑であるため、投影図形オブジェクトや抽象オブジェクトを用いてユーザに提示しておくことで、実際に触察する前にその形状を予備知識として認識させることができ、その後の触察によるオブジェクトの把握を迅速且つ正確に行わせることができる。
【０１０５】
また、第３実施形態では、徐々にオブジェクトを認識させるために最初の形状の簡単な投影図形オブジェクトの外形を把握させ、次に抽象オブジェクトの外形を把握させ、その後オブジェクトの外形を把握させるといった制御を行うことができる。したがって、図形輪郭移動制御手段７２は、投影図形オブジェクト、抽象オブジェクト、又はオブジェクトのうち、１又は複数種類のオブジェクト形状を用いて段階的にユーザに外形を提示させることができる。
【０１０６】
＜第３実施形態における具体例＞
次に、上述した第３実施形態における具体例について説明する。オブジェクトサイズ−図形変換制御手段７１は、上述したようにオブジェクトサイズ正規化手段６１で得られたオブジェクトにより、例えば抽象オブジェクト変換手段４４で得られた直方体オブジェクトを投射した長方形型の投影図形オブジェクトに変換する。
【０１０７】
次に、図形輪郭移動制御手段７２では、上述にて発生したオブジェクトの輪郭をなぞるように触察部を制御し、触力覚提示移動駆動手段５１で駆動する。したがって、感覚伝達装置２０の触察部（ポインタ）は、同一平面上で、正規化輪郭オブジェクトの輪郭を移動することで、オブジェクトの大きさを伝えることができる。この場合、例えば、空間に何も存在しない状態では、触仮想力覚提示装置１０の物理的シミュレーションができないので、上述した図３（ｂ）に示す距離αＬ１には、投射した図形の輪郭を移動経路とする新たな仮想的なオブジェクト、或いは、輪郭をなぞれるような新たな壁オブジェクト等を生成することで、上述の処理を可能とする。
【０１０８】
＜第４実施形態＞
次に、本発明における第４実施形態について説明する。図６は、第４実施形態における仮想力覚提示装置の機能構成の一例を示す図である。なお、図６に示す各構成において、上述した実施形態の構成と同様の処理を行っている部分には、同一の番号を付すものとし、ここでの詳細な説明は省略する。
【０１０９】
図６に示す仮想力覚提示装置８０は、上述した第１実施形態における仮想力覚提示装置１０と比較すると、感覚伝達装置２０において、新たにオブジェクト選択制御手段８１が設けられている。また、力覚制御装置３０は、上述した第１実施形態と同様の構成となっている。
【０１１０】
オブジェクト選択制御手段８１は、仮想空間上に複数のオブジェクトが存在する場合に、ユーザの手や指の動きから、どのオブジェクトに対する提示を行うかを選択する。具体的には、オブジェクト選択制御手段８１は、仮想空間上に存在する複数のオブジェクトに対して、予め設定された順序又はユーザが設定した順序等、所定の順序で順次誘導して提示させたり、又は、複数のオブジェクトのうち、ユーザ又はコンピュータが１又は複数を選択する機能を有する。
【０１１１】
ここで、上述した予め設定された順序とは、例えば、仮想空間上に存在する複数のオブジェクトを提示する場合に、例えば、一番右側（又は、左側、上側）にあるオブジェクトから順に左側（又は、右側、下側））のオブジェクトへ移動していく場合や、サイズが大きいオブジェクトから順にサイズの小さいオブジェクトへ移動していく場合、簡単な形状のオブジェクトから順に複雑な形状のオブジェクトへ移動していく場合等がある。
【０１１２】
なお、複数のオブジェクトを順番に提示する場合、そのオブジェクト間の区切りがわからなくなるため、オブジェクト選択制御手段８１は、１つのオブジェクトを提示した後に、必ず感覚伝達装置２０の触察部（ポインタ）の位置を原点位置に戻す制御を行う。このように、複数のオブジェクトに対して提示する場合に、オブジェクト毎に区切るためにユーザの手や指を所定の位置（例えば、３次元座標上の原点等）に戻すことで、ユーザは、容易にオブジェクト毎の切り分けを行うことができる。
【０１１３】
つまり、第４実施形態では、任意のオブジェクトの距離や大きさを伝えることができると共に、複数存在するオブジェクトの距離感等の提示を効率よく行うことができる。
【０１１４】
＜第４実施形態における具体例＞
次に、上述した第４実施形態における具体例について説明する。例えば、上述した図３において、オブジェクトＡの存在を確認した場合には、オブジェクト選択制御手段８１に設けられるスイッチ等のトリガを介した制御により、予め設定された順で、オブジェクトＢ，オブジェクトＣのオブジェクトに対して順次、距離感を提示する。
【０１１５】
更に、複数のオブジェクトに対する距離感と抽象オブジェクトを提示している際に、実際の仮想的に作成したオブジェクトに触れたい場合には、例えば、予め設けられたスイッチ等のトリガを介することで、元来の複雑形状の仮想オブジェクトを感覚伝達装置の触察部（ポインタ）の原点付近に提示する。これにより、ユーザは周囲全体の環境を把握し、その中の所望のオブジェクトを選択して触察することが可能である。
【０１１６】
＜第５実施形態＞
次に、本発明における第５実施形態について説明する。図７は、第５実施形態における仮想力覚提示装置の機能構成の一例を示す図である。なお、図７に示す各構成において、上述した実施形態の構成と同様の処理を行っている部分には、同一の番号を付すものとし、ここでの詳細な説明は省略する。
【０１１７】
図７に示す仮想力覚提示装置９０は、上述した第１実施形態における仮想力覚提示装置１０と比較すると、力覚制御装置３０においては、新たにオブジェクト情報取得手段９１が設けられている。また、感覚伝達装置２０は、上述した第１実施形態と同様の構成となっているが、その他に、音声・点字出力手段９２が設けられている。なお、音声・点字出力手段９２は、出力手段４２として機能に含めることもできるが、点字等による提示は専用のインタフェースが必要な場合が多いため、本実施形態においては、図７に示すように別体として扱っている。
【０１１８】
オブジェクト情報取得手段９１は、外部又は入力手段４１からオブジェクト情報を取得する。オブジェクト情報とは、提示対象のオブジェクトの具体的な名称や説明情報、大きさ、形状、材質、重さ等の属性データである。オブジェクト情報取得手段９１は、提示するオブジェクトに関して取得した属性データを音声・点字出力手段９２に出力する。
【０１１９】
音声・点字出力手段９２は、感覚伝達装置２０においてユーザに提示しているオブジェクトの内容に合わせて、オブジェクト情報取得手段９１により得られる属性データを音声に変換して出力したり、点字装置により属性データの文字情報を点字で表示してユーザに出力する。なお、第５実施形態において音声出力する場合には、予めオブジェクトに対応した音声データを記録手段４８等に蓄積しておき、オブジェクトの提示に合わせてその音声データを読み出し、音声出力してもよい。
【０１２０】
＜第５実施形態における具体例＞
次に、上述した第５実施形態における具体例について説明する。例えば、上述した図３において、オブジェクトＡの存在を確認した場合には、感覚伝達装置２０において、オブジェクトＡの提示が行われる。そのとき、上述した第１実施形態のように、所定の距離にユーザの手指を誘導した後、又は、誘導後に元の位置（原点）に戻った時、又は、オブジェクト情報取得手段９１により、スイッチ等のトリガが選択された場合に、予めその提示したオブジェクトに設定された名称や説明情報等の属性データを音声・点字出力手段９２により音声や点字で出力する。
【０１２１】
＜その他＞
ここで、本実施形態では、上述した処理により触察対象の実際の仮想オブジェクトを触察する前にそのオブジェクトに関する予備知識をユーザに取得させ、その後にオブジェクトを実際に触察する処理が行われるが、実際に触察対象のオブジェクトを触察する場合には、ユーザのポインタがその仮想オブジェクトの実際の位置に移動するだけではなく、オブジェクトの方からポインタの位置に移動する制御を行うこともできる。これにより、ユーザが移動する動作を行わなくても実際のオブジェクトを触察することができる。
【０１２２】
また、上述した実施形態に示すように、複数のオブジェクトに対する距離感と抽象オブジェクトを提示している場合に、ユーザが実際の仮想オブジェクトを触察したいと考える場合がある。そのような場合には、予め設けられたスイッチ等のトリガが選択されることで、実際の仮想オブジェクトを感覚伝達装置２０の触察部（ポインタ）付近に移動させることができる。これにより、ユーザは、周囲全体の環境を把握し、その中の所望のオブジェクトを選択して触察することができる。
【０１２３】
また、上述したような各実施形態おいて、例えば、記録手段４８に本実施形態における仮想空間上の周囲環境とその中に存在するオブジェクトの３次元的なデータを記録する手段を有することにより、放送等の動的に変化するコンテンツに対しても、ある特定のシーンの立体情報を何度も触察させることができる。
【０１２４】
更に、複数のオブジェクトに対する距離感と抽象オブジェクトとを提示している際に、実際の仮想的に作成したオブジェクトに触れたい場合には、スイッチ等のトリガを介することで、元来の複雑形状の仮想オブジェクトを感覚伝達装置２０の触察部の原点付近に提示する。これにより、ユーザは周囲全体の環境を把握し、その中の所望のオブジェクトを選択して触察することが可能である。
【０１２５】
上述した本実施形態により、力覚や触覚への提示により、視覚に障害のある人や視覚情報が遮断された状況において、周囲環境を伝達することが可能となる。なお、上述した各実施形態は、複数を適宜組み合わせることもできる。
【０１２６】
＜実行プログラム（仮想力覚提示プログラム）＞
ここで、上述した仮想力覚提示装置は、は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等の揮発性の記憶媒体、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等の不揮発性の記憶媒体、マウスやキーボード、ポインティングデバイス等の入力装置、画像やデータを表示する表示部、並びに外部と通信するためのインタフェースを備えたコンピュータによって構成することができる。
【０１２７】
したがって、仮想力覚提示装置が有する上述した各機能は、これらの機能を記述したプログラムをＣＰＵに実行させることによりそれぞれ実現可能となる。また、これらのプログラムは、磁気ディスク（フロッピィーディスク、ハードディスク等）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等）、半導体メモリ等の記録媒体に格納して頒布することもできる。
【０１２８】
つまり、上述した各構成における処理をコンピュータに実行させるための実行プログラム（仮想力覚提示プログラム）を生成し、例えば、汎用のパーソナルコンピュータやサーバ等にそのプログラムをインストールすることにより、力覚提示処理を実現することができる。
【０１２９】
＜力覚提示処理手順＞
次に、本発明における実行プログラムによる処理手順についてフローチャートを用いて説明する。図８は、本実施形態における力覚提示処理手順の一例を示すフローチャートである。図８において、まず、ユーザ等により予め提示する１又は複数のオブジェクトが設定されると（Ｓ０１）、設定された各オブジェクトのオブジェクトサイズの検出を行う（Ｓ０２）。
【０１３０】
次に、検出されたオブジェクトは上述した抽象オブジェクト変換手段において、予め設定される基本的な抽象オブジェクトのうち、何れか１つに変換される（Ｓ０３）。具体的には、抽象オブジェクトには、例えば、基準座標を基に、各象限で最大となるサイズを検出し、６面に内接する６面直方体或いは球等に変換する。変換された抽象オブジェクトは、オブジェクト位置検出手段において、便宜的に重心の空間座標Ａ（ｘ１，ｙ１，ｚ１）（極座標Ａ（ｒ１，θ１，φ１）の検出を行う（Ｓ０４）。なお、Ｓ０４の処理では、距離、方向も含む。
【０１３１】
また、得られた位置検出結果から、オブジェクト間の距離を取得する（Ｓ０５）。また、移動距離の正規化を行い（Ｓ０６）、例えば、移動量と移動に対応する物理定数（粘性、摩擦等）とを自動設定する（Ｓ０７）。また、感覚伝達装置２０における触察部（ポインタ）をオブジェクト検出方向に移動させ（Ｓ０８）、移動提示が終了したか否かを判断し（Ｓ０９）、移動提示が終了した場合（Ｓ０９において、ＹＥＳ）、次に、オブジェクトサイズの取得を行う（Ｓ１０）。なお、Ｓ０９の処理では、移動提示が終了していない場合（Ｓ０９において、ＮＯ）、移動提示が終了するまで待機する。
【０１３２】
また、Ｓ１０の処理後、各オブジェクトサイズの正規化を行い（Ｓ１１）、その度、ユーザに提示する内容が振動であるか又は図形提示であるかを判断する（Ｓ１２）。なお、この処理では、例えば入力されるデータの内容又はユーザ指示により、何れかの提示を行うかを容易に判断することができる。
【０１３３】
ここで、提示方法が振動である場合（Ｓ１２において、「振動」）、オブジェクトサイズと、振動パターンとの変換を行い（Ｓ１３）、振動パターンを設定して、仮想力覚提示装置における感覚伝達装置２０の振動駆動手段を駆動させる（Ｓ１５）。
【０１３４】
また、Ｓ１２の処理において、図形変換である場合（Ｓ１２において、「図形変換」）、オブジェクトサイズと図形変換とを行い（Ｓ１６）、上述した投影図形からなる図形輪郭データを設定し（Ｓ１７）、その輪郭データに基づいて外形をなぞるように感覚伝達装置２０の触察部（ポインタ）を移動させる（Ｓ１８）。
【０１３５】
Ｓ１５又はＳ１８の処理が終了後、全てのオブジェクトについての提示が終了したか否かを判断し（Ｓ１９）、全てのオブジェクトについての提示が終了していない場合（Ｓ１９において、ＮＯ）、Ｓ０１に戻り、後続の処理を行い、終了している場合（Ｓ１９において、ＹＥＳ）、本実施形態における力覚提示処理を終了する。なお、図８に示すように、上述した各実施形態のうち、幾つかを適宜組み合わせることによっても本発明を実現することができる。
【０１３６】
上述したように本発明によれば、周囲環境の状態を触力覚により仮想的に提示することができる。具体的には、本発明の周囲環境の仮想力覚提示装置及び方法において、周辺情報をハプティック情報として提示することにより、視覚情報の場合と同様な認知プロセスを可能とすることで、周囲状況に存在するオブジェクトの空間的な位置やサイズの迅速な把握が可能であり、複数のオブジェクトから所望のオブジェクトを選択して触れるというプロセスが可能である。
【０１３７】
これにより、視覚に障害のある人や盲ろう者にテレビやＷｅｂでサービスされるコンテンツにおいて、音声では説明が難しい周囲に存在するオブジェクト等の空間位置の情報や背景の様子を迅速且つ正確に把握するのに効果がある。さらに、当該技術は、例えば停電時や災害時等に周囲状況を把握できる提示方法として大きな効果が考えられ、視覚も聴覚もない盲ろう者をはじめ、障害のある人にも等しく情報を伝えられる人に優しいユニバーサルな情報環境へと繋がる。
【０１３８】
また、本発明では、上述した移動空間物理パラメータ設定手段４７により、ユーザの手をオブジェクトの所定位置に誘導するために、触察対象のオブジェクトとは異なる誘導用のオブジェクトを生成することで、オブジェクトの配置やサイズ等をより迅速且つ正確に把握することができる。なお、上述の誘導用のオブジェクトとしては、例えば上述したオブジェクトサイズ−図形変換制御手段７２による正規化輪郭オブジェクト（投影図形オブジェクト）の外形情報や、抽象オブジェクト変換手段４４による抽象オブジェクトの外形情報、更には記録手段４８或いは外部から得られる予め設定された誘導用の各種オブジェクト情報等が含まれる。
【０１３９】
なお、上述した本実施形態では、ＣＧ等で生成された仮想的な周囲環境を伝える触仮想力覚提示装置と方法について述べたが、実環境においては、実オブジェクトに電子タグや位置センサ等を取り付けることにより、上述した実施形態と同様の動作が可能となる。また、赤外線や超音波、レーザ等を用いた３次元測距装置を用いて、対象オブジェクトの距離や方向をセンシングすることで、上述した実施形態と同様の動作が可能となる。
【０１４０】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
【符号の説明】
【０１４１】
１０，６０，７０，８０，９０  仮想力覚提示装置
２０  感覚伝達装置
２１  基台
２２  駆動部
２３  リンク機構
２４  指先伝達部
３０  力覚制御装置
３１  仮想物体
３２  仮想ハンド
４１  入力手段
４２  出力手段
４３  オブジェクト位置検出手段（位置検出手段）
４４  抽象オブジェクト変換手段
４５  移動方向検出制御手段（移動方向検出手段）
４６  オブジェクト移動距離検出制御手段（移動距離検出手段）
４７  移動空間物理パラメータ設定手段（パラメータ設定手段）
４８  記録手段
４９  制御手段
５１  触力覚提示移動駆動手段
５２  ポインタ位置取得手段
６１  オブジェクトサイズ正規化手段
６２  オブジェクトサイズ−振動変換制御手段
６３  振動駆動手段
７１  オブジェクトサイズ−図形変換制御手段
７２  図形輪郭移動制御手段
８１  オブジェクト選択制御手段
９１  オブジェクト情報取得手段
９２  音声・点字出力手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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