(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者に感覚させる加速度を設定するシミュレータシナリオ製作部と、
加速度シミュレータ制御装置
とを具備し、
前記加速度シミュレータ制御装置は、
前記被験者に着席される座席を備えるコクピットと、
互いに一致しない複数の軸を中心に前記コクピットをそれぞれ回転させる複数の回転装置とを備え、
前記軸のうちのジンバル軸は、複数であり、
前記軸のうちの前記ジンバル軸と異なるせん回軸は、前記座席を貫通していない加速度シミュレータ装置を制御する加速度シミュレータ制御装置であり、
前記被験者に感覚させる加速度に基づいて前記コクピットが前記せん回軸を中心に回転する角速度を算出するせん回軸角速度算出部と、
前記加速度に基づいて、前記コクピットが前記ヨー軸を中心に回転するヨー角度と前記コクピットが前記ピッチ軸を中心に回転するピッチ角度と前記コクピットが前記ロール軸を中心に回転するロール角度とを算出する操縦席姿勢算出部とを備え、
前記角速度は、
重力加速度と
前記角速度により生成される遠心加速度と、
前記コクピットが前記せん回軸を中心に回転する角加速度により生成される接線加速度とが合成された合成加速度の大きさと前記加速度の大きさとが一致するように、算出される
加速度シミュレータ制御システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記角速度ωｒは、
変数ｘの関数ｓｉｇｎ（ｘ）を次式：
【数１】
0003665058.tif 000007
により定義するときに、
前記重力加速度ｇと前記せん回軸から前記コクピットまでの距離Ｒと前記加速度ｄ２ＰＣ／ｄｔ２とを用いて、
【数２】
0003665058.tif 000008
により表現される
加速度シミュレータ制御システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２のいずれかにおいて、
前記ジンバル軸は、
ヨー軸と、
前記ヨー軸と平行ではないピッチ軸と、
前記ピッチ軸と平行ではないロール軸とを含む
加速度シミュレータ制御システム。
【請求項４】
請求項３において、
前記操縦席姿勢算出部は、前記ヨー角度の変化量の絶対値と前記ピッチ角度の変化量の絶対値と前記ロール角度の変化量の絶対値とのうちの最大値が最小になるように、前記ヨー角度と前記ピッチ角度と前記ロール角度とを算出する
加速度シミュレータ制御システム。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかにおいて、
前記シミュレータシナリオ製作部は、
記憶装置に格納された情報に基づいて仮想空間を表示する表示装置と、
前記仮想空間の中を飛行する仮想の飛行機の飛行経路と飛行速度とを指定する飛行経路情報との入力を受け付ける入力装置と、
前記飛行経路情報を用いて前記加速度を算出する演算装置
とを備える
加速度シミュレータ制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、乗り物の操縦を仮想的に体験することを可能にするシミュレータ装置に関する。本発明は特に、乗り物を運転した際に体感する加速度を再現するシミュレータ装置と、そうしたシミュレータ装置に適したシミュレータシナリオの製作を支援するプログラムとに関する。
【０００２】
【従来の技術】
航空機、車両に例示される乗り物の操縦を仮想的に体験するために、搭乗者から見られる視界あるいは搭乗者によって感覚される加速度を模擬的に再現するシミュレータ装置が用いられている。シミュレータ装置による現実感を高めるために、運行経路、速度、加速度あるいは気象条件に例示される条件からなるシナリオを自由に設定することが可能なシミュレータ装置が望まれている。更に、そうしたシナリオの製作を簡易にすることが望まれている。
【０００３】
航空機の操縦において、気象条件によって視覚、平衡感覚あるいは体性感覚に狂いが生じることによって、搭乗者が航空機の姿勢を正しく把握できなくなる空間識失調と呼ばれる現象が知られている。実際の航空機による飛行の安全性を高めるために、空間識失調に対する訓練を行うことが有効である。しかし、実際の航空機を用いた訓練では、空間識失調を誘発する気象条件を望む通りに用意することは困難である。空間識失調を誘発する条件を再現することができるシミュレータ装置が望まれている。空間識失調を誘発する条件を模擬的に再現するシミュレータ装置用のシナリオの製作を簡易にするシステムが望まれている。
【０００４】
シナリオ制御ロジックについては全て制御プログラムに組込み、シナリオ実行に供されるシナリオデータについては制御プログラムとは独立させることによって、シナリオ制御プログラムを変更せずにデータの追加・変更を行うだけで自在にシナリオが構築できるシミュレータのシナリオ製作支援装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−３１２１４９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、シナリオの設定が簡易に行われるシミュレータシナリオ製作支援プログラム及びシミュレータ装置を提供することである。
【０００７】
本発明の他の目的は、多様な気象条件あるいは乗り物の運動状態を簡易に設定することができるシミュレータシナリオ製作プログラムと、多様な気象条件あるいは乗り物の運動状態を視覚的あるいは体感的に再現するシミュレータ装置を提供することである。
【０００８】
本発明の更に他の目的は、空間識失調を誘発する状況を含むシナリオを簡易に作成するシミュレータシナリオ製作支援プログラムと、空間識失調を誘発する状況を再現するシミュレータ装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態］で使用される番号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１０】
本発明におけるシミュレータシナリオ製作支援プログラム（１０１）は、仮想空間（３１）を表示するステップ（ステップＳ２）と、シナリオ情報（１０２）を収集するステップ（ステップＳ８〜ステップＳ１８）と、シナリオ情報（１０２）は仮想の乗り物（３２）が仮想空間（３１）の中を移動する経路（３３）を示す経路情報（１２１）を含み、経路（３３）に含まれる任意の点において乗り物（３２）の搭乗者から見た視界を仮想的に表現する画像を作成するステップ（ステップＳ１９）と、画像を経路（３３）に沿って時系列的に再生する再生ステップ（ステップＳ２１）とを具備する方法をコンピュータに実行させる。
【００１１】
本発明におけるシミュレータシナリオ製作支援プログラム（１０１）は更に、経路情報（１２１）によって示される経路（３３）が複数の不連続な通過点（３８）を含むとき、通過点（３８）の間を自動的に補間して経路情報（１２１）を修正するステップ（ステップＳ１５）を含む方法をコンピュータに実行させる。
【００１２】
本発明におけるシミュレータシナリオ製作支援プログラム（１０１）において、シナリオ情報（１０２）は更に、仮想空間（３１）における位置に対応する環境情報（１２５）を含み、更に、環境情報（１２５）を用いて画像を加工するステップ（ステップＳ１７）を具備する方法をコンピュータに実行させる。
【００１３】
本発明におけるシミュレータシナリオ製作支援プログラム（１０１）において、環境情報（１２５）は気象条件に関する情報を含んでいることが好ましい。環境情報（１２５）は、昼間（４１）、夜間（４２）、雲（４３）、雲の切れ目から差し込む太陽光（４４）、傾斜面を有する雲（４５）、雨（４６）、雪（４７）、星空（４８）、漁火（４９）、先導する乗り物（５０）、他の乗り物（５１）のうちの少なくとも１つを含む。
【００１４】
本発明におけるシミュレータシナリオ製作支援プログラム（１０１）は更に、太陽光が差し込む角度、雨が降る角度、雪が降る角度、傾斜面を有する雲の傾斜面の角度のうちの少なくとも１つを設定するステップ（ステップＳ１８）を具備する方法をコンピュータに実行させる。
【００１５】
本発明におけるシミュレータシナリオ製作支援プログラム（１０１）において、シナリオ情報（１０２）は更に、経路（３３）の各々の位置における乗り物（３２）の姿勢を示す姿勢情報（１２２）を含み、更に、画像（６０）を姿勢情報を用いて加工するステップ（ステップＳ１６）を具備する方法をコンピュータに実行させる。
【００１６】
本発明におけるシミュレータシナリオ製作支援プログラム（１０１）において、乗り物（３２）は航空機であり、仮想空間（３１）は三次元である。
【００１７】
本発明におけるシミュレータシナリオ製作支援プログラム（１０１）において、シナリオ情報（１０２）は更に、仮想空間（３１）における傾斜面を有する雲（４５）の位置と、傾斜面の角度と、角度が変化する速さの情報とを含み、再生ステップ（ステップＳ２１）において、傾斜面を有する雲（４５）は、傾斜面の角度が連続的に変化するように再生される。
【００１８】
本発明におけるシミュレータシナリオ製作支援プログラム（１０１）は更に、経路（３３）のうちからユーザによって任意に選択される点において搭乗者から見た視界を仮想的に表現する画像（６０）を表示するステップ（ステップＳ２０）を具備する方法をコンピュータに実行させる。
【００１９】
本発明によるシミュレーション装置（２０１）は、シミュレータシナリオ製作支援プログラム（１０１）を用いて前記シナリオ情報（１０２）を生成するシナリオ生成部（２４６）と、被験者が配置される座席（２２１）と、座席（２２１）を貫通していないせん回軸（２１６）と、せん回軸（２１６）と異なる複数のジンバル軸（２２５、２２７、２２９）と、シナリオ情報（１０２）を用いて仮想の乗り物（３２）の加速度を算出するシミュレーション部（２４２）と、加速度に基づいて座席（２２１）がせん回軸（２１６）を中心に回転する角速度を算出するせん回軸角速度算出部（２４４）と、加速度に基づいて、せん回軸（２１６）と複数のジンバル軸（２２５、２２７、２２９）とが回転する角度を算出する操縦席姿勢算出部（２４５）とを具備している。
【００２０】
本発明によるシミュレーション装置（２０１）は更に、シナリオ情報（１０２）を用いて乗り物（３２）の搭乗者から見た仮想的な視界を被験者に表示する表示部（図示せず）を具備している。
【００２１】
本発明によるシミュレーション装置（２０１）は、シミュレータシナリオ製作支援プログラム（１０１）を用いてシナリオ情報（１０２）を生成するシナリオ生成部（２４６）と、被験者が配置される座席（２２１）と、座席（２２１）を貫通していないせん回軸（２１６）と、せん回軸（２１６）と異なる複数のジンバル軸（２２５、２２７、２２９）と、仮想の乗り物（３２）の加速度を算出するシミュレーション部（２４２）と、加速度に基づいて座席（２２１）がせん回軸（２１６）を中心に回転する角速度を算出するせん回軸角速度算出部（２４４）と、加速度に基づいて、せん回軸（２１６）と複数のジンバル軸（２２５、２２７、２２９）とが回転する角度を算出する操縦席姿勢算出部（２４５）と、乗り物（３２）の搭乗者から見た仮想的な視界を被験者に表示する表示部（図示せず）と、視界にはシナリオ情報（１０２）に従って移動して乗り物（３２）を先導する移動体（５０）が表示され、座席（２２１）に着席する被験者により操作盤に入力される操作内容を収集する操作内容収集部（２４１）とを具備し、シミュレーション部（２４２）は、操作内容に基づいて加速度を算出する。
【００２２】
本発明によるシミュレータ装置（２０１）において、ジンバル軸（２２５、２２７、２２９）は、それぞれ１つの点を通ることが好ましい。
【００２３】
本発明によるシミュレータ装置（２０１）において、ジンバル軸（２２５、２２７、２２９）は、せん回軸（２１６）と平行なヨー軸（２２５）と、ヨー軸（２２５）と平行ではないピッチ軸（２２７）と、ピッチ軸（２２７）と平行ではないロール軸（２２９）とを含み、操縦席姿勢算出部（２４５）は、前記シミュレーション部（２４２）が算出する加速度に基づいて、座席（２２１）がヨー軸（２２５）を中心に回転するヨー角度と座席（２２１）がピッチ軸（２２７）を中心に回転するピッチ角度と座席（２２１）がロール軸（２２９）を中心に回転するロール角度とを算出することが好ましい。
【００２４】
本発明によるシミュレータ装置（２０１）において、ヨー軸（２２５）は、せん回軸（２１６）と平行であることが好ましい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
［実施の第１形態］
以下、図面を参照しながら、本発明によるシミュレータシナリオ製作支援プログラム及びシミュレータシナリオ製作支援装置の実施の第１形態について説明する。本実施の形態におけるシミュレータシナリオ製作支援プログラムは、航空機のフライトをシミュレートするシミュレータ用のシナリオを製作するために用いられる。
【００２６】
図１は、シミュレータシナリオ製作支援装置１の構成を示している。シミュレータシナリオ製作支援装置１は、表示部２と、入力部３と、演算部４と、記憶部５と、転送部６とを具備している。シミュレータシナリオ製作支援装置１は、パーソナルコンピュータあるいはワークステーションに例示されるコンピュータシステムによって実現される。
【００２７】
入力部３は、キーボードと、マウスに例示されるポインティング・デバイスとを具備している。転送部６は、記憶部４に格納されているデータを加速度シミュレータ装置２０１に転送する。シミュレータ装置２０１がその記憶媒体の読み取り装置を具備している場合、転送部１０１に代えて、ＣＤ−ＲＯＭに例示される記憶媒体の書き込み装置を具備している構成のシミュレータシナリオ製作装置も好適に用いられる。
【００２８】
図２を参照して、記憶部５は、シミュレータシナリオ製作支援プログラム１０１と、シナリオ情報１０２と、経路雛型情報１０３と、画像雛型情報１０４とを格納している。シミュレータシナリオ製作支援プログラム１０１は、演算部４によって実行可能なコンピュータプログラムである。
【００２９】
図３を参照して、シミュレータシナリオ製作支援プログラム１０１は、仮想空間表示部１１０と、シナリオ情報収集部１１１と、シナリオ補間部１１２と、画像作成部１１３と、シナリオ再生部１１４とを具備している。
【００３０】
図４を参照して、シナリオ情報１０２は、経路情報１２１と、姿勢情報１２２と、速度情報１２３と、加速度情報１２４と、情景情報１２５とを含んでいる。
【００３１】
図５は、表示部２が表示する画面３０の例を示している。画面３０には、三次元の仮想空間３１が表示されている。仮想空間３１の中には、地面３４が表示されている。仮想空間３１の中には、経路３３が表示されている。経路３３は、飛行場３５を一部として含む閉曲線をなしている。仮想空間３１には二次元経路３６が表示されている。二次元経路３６は、経路３３が仮想空間３１における鉛直方向に地面に投影されたものである。経路３３の上には航空機３２が表示されている。仮想空間３１の内部には、他機５２が表示されている。画面３０の内部には、仮想空間３１と並列してシナリオ確認画面６０が表示されている。
【００３２】
画面３０の内部には、入力部３が備えている図示しないポインティング・デバイスによって操作され画面３０における位置を指し示すポインタ３７が表示されている。
【００３３】
画面３０には、複数の情景アイコン４０が表示されている。情景アイコン４０は、昼間４１と、夜間４２と、雲４３と、雲の切れ目から差し込む光である斜光４４と、雲傾斜４５と、雨４６と、雪４７と、星空４８と、漁火４９と、先導機５０と、他機５１とを含んでいる。情景アイコン４０の各々は、画像雛型情報１０４に記憶されている画像の情報に対応づけられている。
【００３４】
図６は、シミュレータシナリオ製作支援装置１が表示する画面３０の他の例を示している。経路３３の上には、雲傾斜４５を表す貼付アイコン７１が置かれている。画面３０には更に、貼付アイコン７１に対応して、情景設定入力画面７２が表示されている。
【００３５】
以上の構成を備えたシミュレータシナリオ製作支援プログラム及びシミュレータシナリオ製作支援装置の動作を、図７に示すフローチャートに従って説明する。
【００３６】
ただし、以下の説明においてシミュレータシナリオ製作支援プログラムあるいはその一部分が行う動作として記載されている動作は、演算部４が記憶部５に格納されている該シミュレータシナリオ製作支援プログラムあるいはその一部分を読み取って実行する動作を示している。
【００３７】
入力部３からシミュレータシナリオ製作支援プログラム１０１を起動するための操作がなされると、仮想空間表示部１１０は画面３０に仮想空間３１を表示する。仮想空間表示部１１０は更に、仮想空間３１の内部に地面３４を表示する。地面３４には、経路３３の設定がしやすいように座標を示す格子が描かれていることが好ましい（ステップＳ２）。
【００３８】
シナリオ情報収集部１１１は、情景アイコン４０を画面３０に表示する（ステップＳ４）。
【００３９】
シナリオ情報収集部１１１は、ユーザが経路３３を作成するために経路雛型情報１０３を使用するか否かを示す情報を、図示しない入力画面を用いてユーザから収集する（ステップＳ６）。
【００４０】
ユーザが経路雛型情報１０３を使用しないことを選択したとき（ステップＳ６Ｎｏ）、シナリオ情報収集部１１１は、二次元経路３６を示す情報を入力部３から収集する。ユーザは、入力部３を用いてポインタ３７を操作し、地面３４に描かれた二次元の曲線である二次元経路３６を作成する。あるいは、ユーザがポインタ３７を操作して地面３４の上に不連続な複数の点を設定すると、シナリオ補間部１１２はそれらの点の間を自動的に補間して、連続的な二次元経路３６を作成する。作成された二次元経路３６は、経路情報１２１として格納される（ステップＳ８）。
【００４１】
シナリオ情報収集部１１１は、二次元経路３６に含まれる点に対して、地面３４に垂直な方向の高さを示す情報を収集する。ユーザは、二次元経路３６に含まれる点の中から適当な点を決め、決められた点において高さを設定する。シナリオ補間部１１２は、二次元経路３６とユーザが設定した高さとを用いて、連続的な経路３３を作成する。作成された経路３３は、経路情報１２１として格納される（ステップＳ１０）。
【００４２】
ステップＳ６においてユーザが経路雛型情報１０３を使用することを選択したとき（ステップＳ６Ｙｅｓ）、シナリオ情報収集部１１１は、経路雛型情報１０３が含んでいる図示しない経路雛型の複数の候補の中からユーザがどの経路雛型を選択したかを示す情報を入力部３から収集する。仮想空間表示部１１０は、選択された経路雛型を用いて仮想空間３１に経路３３を表示する（ステップＳ１２）。
【００４３】
シナリオ情報収集部１１１は、入力部３から経路３３を修正するための情報を収集する。ユーザは、二次元経路３６に含まれる点をポインタ３７でドラッグ＆ドロップすることによって地面３４の中で移動し、二次元経路３６の変形を行う。ユーザは更に、経路３３に含まれる点をポインタ３７でドラッグ＆ドロップすることによって高さを変更する。あるいはユーザは、経路３３に含まれる点をポインタ３７で指示し数値を入力することによって高さを修正する。修正された経路３３の情報は、経路情報２１として格納される（ステップＳ１４）。
【００４４】
シナリオ補間部１１２は、経路３３が不連続な複数の通過点３８を含むとき、所定の補間方法を用いて、通過点３８をなめらかにつなぎ合わせて、経路３３を作成し表示する。作成された経路３３の情報は、経路情報１２１として保存される（ステップＳ１５）。経路３３の補間は、経路情報１２１が追加、変更あるいは削除される毎に自動的に行われることが望ましい。
【００４５】
シナリオ情報収集部１１１は、ポインタ３７が経路３３に含まれる点を指しているときに入力部３からマウスの右クリックに例示される所定の操作がなされると、画面３０に出力される図示しない入力画面から、姿勢情報１２２、速度情報１２３あるいは加速度情報１２４を収集する。シナリオ補間部１１２は、入力された姿勢情報１２２、速度情報１２３あるいは加速度情報１２４の経路３３に沿った変化が連続的になるように自動的に補間する（ステップＳ１６）。
【００４６】
姿勢情報１２２、速度情報１２３あるいは加速度情報１２４を自在に設定したシナリオが簡易に製作されることによって、現実感が高いシミュレーションが可能になる。更に、姿勢情報１２２、速度情報１２３あるいは加速度情報１２４を自在に設定したシナリオが、航空機の姿勢、速度あるいは加速度に基づく体感を再現することを可能にするシミュレータ装置２０１に用いられると、現実に近いシミュレーションが可能となり、訓練の効果が高くなる。
【００４７】
シナリオ情報収集部１１１は、入力部３から情景の情報を収集する。ユーザは、ポインタ３７を用いて情景アイコン４０の内からアイコンを選択して経路３３の上または側にドラッグ＆ドロップする。この設定によって、例えば、昼間４１の情景を飛行していた航空機３２が、飛行場３５に着陸するために接近する頃には夜間４２となって雨４６が降り始める、といった設定がなされる。ドラッグ＆ドロップされた情景アイコン４０は、経路３３の上または側に貼付アイコン７１として表示される。選択された情景アイコン４０とその情景アイコン４０がドラッグ＆ドロップされた経路３３の上の位置とは、情景情報１２５として格納される。貼付アイコン７１の上で図示しないマウスを右クリックして表示されるメニューから削除を選択することによって、設定された情景は削除される（ステップＳ１７）。
【００４８】
このように情景が設定されることで、情景の設定あるいは修正が簡易に行われる。設定された情景が貼付アイコン７１として表示されることによって、情景の設定がひと目で確認され、更に修正が簡易に行われる。
【００４９】
情景アイコン４０の中から斜光４４、雲傾斜４５、雨４６あるいは雪４７が選ばれ経路３３の上に設定されたとき、シナリオ情報収集部１１１は更に、情景設定入力画面７２を表示して、斜光が差し込む角度、平らな面を有する雲においてその平らな面が水平に対して傾いている角度、雨が降る角度あるいは雪が降る角度を示す情報を入力部３から収集する。収集された情報は情景情報１２５として格納される。情景設定入力画面７２は更に、それらの角度が変化するときに、どれだけの時間をかけて変化するかを入力する入力欄を有している。その入力欄から入力された時間は、情景情報１２５として格納される（ステップＳ１８）。
【００５０】
画像作成部１１３は、ステップＳ６〜ステップＳ１８において設定された経路情報１２１、姿勢情報１２２あるいは情景情報１２５を用いて、経路３３の中からユーザが任意に選択した点における航空機３２の操縦者の視界を仮想的に再現する静止画像を作成する。例として経路３３の中から選択された点において貼付アイコン７１として斜光４４が設定されていたとき、画像作成部１１３は斜光４４に対応する画像雛型情報１０４を取り出し、斜光４４の角度を示す情報を情景情報２５から取り出して画像雛型情報１０４を加工して、ステップＳ１８において設定された角度に斜光が差し込む画像を作成する（ステップＳ１９）。
【００５１】
表示部２は、画像作成部１１３が作成した画像をシナリオ確認画面６０に表示する。ユーザは、シナリオ確認画面６０を見て必要ならば設定に修正を加える（ステップＳ２０）。
【００５２】
シナリオ確認部１５は、設定された経路３３の最初から最後まで、あるいは設定された経路３３のうちの指定された部分に関して、画像作成部１１３が作成した画像を連続的に再生することによって、経路３３の上を速度情報１２３に示される速度と加速度情報１２４に示される加速度で飛行する航空機３２の操縦者の視界を仮想的に再現する動画をシナリオ確認画面６０に再生する（ステップＳ２１）。
【００５３】
シナリオ確認画面６０によって、シナリオの製作者はシナリオを作成しあるいは修正するたびにシナリオを確認することができ、シナリオの製作者がイメージする通りのシナリオが簡易に短時間で製作される。
【００５４】
ユーザからシナリオ情報１０２の修正が求められると、シミュレータシナリオ製作支援プログラム１０１は、ステップＳ１４に戻る（ステップＳ２２Ｙｅｓ）。修正が求められないと、ステップＳ２〜ステップＳ２２によって製作されたシナリオはハードディスク、フレキシブルディスクあるいは光磁気ディスクに例示される記録媒体に保存される（ステップＳ２４）。
【００５５】
ステップＳ２４において保存されたシナリオは、転送部６によって加速度シミュレータ装置２０１に転送される。加速度シミュレータ装置２０１は、転送されたシナリオに従って、搭乗者に視覚的かつ体感的な模擬的飛行体験を提供する。
【００５６】
本発明によるシナリオシミュレータ製作支援プログラム及びシナリオシミュレータ製作支援装置を用いて製作されたシナリオは、多様な気象条件あるいは航空機の多様な運動条件を簡易に設定することを可能にする。こうしたシナリオは、多様な体感を再現することを可能にするシミュレーション装置１０１に用いられることで、多様な状況を仮想的に体験することが可能になり、訓練の効果が上がる。
【００５７】
空間識失調は、平らな部分を有する雲が数分間かけて平らな部分の傾きを変える場合、雪が斜めに降る場合、雲の切れ間から斜めに光が差し込む場合などに誘発されて発生することがある。本発明におけるシナリオシミュレータ製作支援プログラム及びシナリオシミュレータ製作支援装置を用いて製作されたシナリオは、こうした空間識失調を誘発する状況を組み込んだシナリオを簡易に製作することを可能にする。こうしたシナリオは、こうした空間識失調を誘発する状況の画像を再現するシミュレータ装置に用いられることによって訓練の効果を上げる。
【００５８】
空間識失調は更に、直進状態において加速若しくは減速をする場合に重力と慣性力の合力の方向（鉛直方向からずれている）を鉛直方向と錯覚することによって発生することがある。空間識失調は更に、安定したせん回運動を行っている場合に、せん回運動による遠心力と重力との合力の方向（鉛直方向からずれている）を鉛直方向と錯覚することによって発生することがある。本発明におけるシナリオシミュレータ製作支援プログラム及びシナリオシミュレータ製作支援装置を用いて製作されたシナリオは、こうした空間識失調を誘発する状況を組み込んだシナリオを簡易に製作することを可能にする。こうしたシナリオは、こうした空間識失調を誘発するような加速度を被験者に体験させることを可能にするシミュレータ装置に用いられることによって訓練の効果を上げる。
【００５９】
［実施の第２形態］
図面を参照して、本発明の実施の第２形態を説明する。図８は、本発明によるシミュレータ装置２０１を示している。シミュレータ装置２０１は、加速度シミュレータ２０２が加速度シミュレータ制御装置２０３とともに互いに情報が伝達可能に接続されて設けられている。シミュレータ装置２０１は、飛行機、自動車に例示される乗り物を操縦するパイロットが体感する加速度と視界とを模擬的に生成する。
【００６０】
図９は、加速度シミュレータ２０２を詳細に示している。加速度シミュレータ２０２は、加速度スカラー制御装置２１１と、加速度ベクトル制御装置２１２とから形成されている。加速度スカラー制御装置２１１は、せん回装置２１３とせん回アーム２１４とを備えている。せん回装置２１３は、図示されていないせん回軸受けとサーボモータとから形成されている。そのせん回軸受けは、せん回アーム２１４の一端に同体に接合され、地面２１５に対してせん回軸２１６を中心にせん回アーム２１４を回転可能に支持している。せん回軸２１６は、鉛直方向に平行である。そのサーボモータは、加速度シミュレータ制御装置２０３から出力される電気信号に応答して、せん回軸２１６を中心にせん回アーム２１４を回転させる。
【００６１】
加速度ベクトル制御装置２１２は、せん回アーム２１４のせん回装置２１３と接合されている一端と反対側の他端に設けられている。加速度ベクトル制御装置２１２は、コクピット２２１と複数のフレームとを備えている。そのフレームは、ヨーフレーム２２２と、ピッチフレーム２２３とから形成されている。
【００６２】
せん回アーム２１４とヨーフレーム２２２との間には、ヨー軸回転装置２２４が設けられている。ヨー軸回転装置２２４は、図示されていない軸受けとサーボモータとから形成されている。その軸受けは、ヨー軸２２５を中心に回転可能にせん回アーム２１４にヨーフレーム２２２を支持している。ヨー軸２２５は、常に、点Ｐを通り、せん回軸２１６に平行である。そのサーボモータは、加速度シミュレータ制御装置２０３から出力される電気信号に応答して、ヨー軸２２５を中心にヨーフレーム２２２を回転させる。
【００６３】
ヨーフレーム２２２とピッチフレーム２２３との間には、ピッチ軸回転装置２２６が設けられている。ピッチ軸回転装置２２６は、図示されていない軸受けとサーボモータとから形成されている。その軸受けは、ピッチ軸２２７を中心に回転可能にヨーフレーム２２２にピッチフレーム２２３を支持している。ピッチ軸２２７は、常に、点Ｐを通り、ヨー軸２２５に垂直である。そのサーボモータは、加速度シミュレータ制御装置２０３から出力される電気信号に応答して、ピッチ軸２２７を中心にピッチフレーム２２３を回転させる。
【００６４】
ピッチフレーム２２３とコクピット２２１との間には、図１０に示されているように、ロール軸回転装置２２８が設けられている。ロール軸回転装置２２８は、図示されていない軸受けとサーボモータとから形成されている。その軸受けは、ロール軸２２９を中心に回転可能にピッチフレーム２２３にコクピット２２１を支持している。ロール軸２２９は、常に、点Ｐを通り、ピッチ軸２２７に垂直である。そのサーボモータは、加速度シミュレータ制御装置２０３から出力される電気信号に応答して、ロール軸２７を中心にコクピット２２１を回転させる。
【００６５】
コクピット２２１は、その内部に被験者が配置される。コクピット２２１は、図示されていない表示装置、座席および操縦盤を備えている。その表示装置は、加速度シミュレータ制御装置２０３により作成される映像を表示する。その座席は、着席する被験者の頭部が点Ｐと重なるように設置されている。その被験者は、その操縦盤は、その被験者により操作される操作内容を示す電気信号を加速度シミュレータ制御装置２０３に出力する。
【００６６】
図１１は、加速度シミュレータ制御装置２０３を詳細に示している。加速度シミュレータ制御装置２０３は、ワークステーションに例示される情報処理装置（コンピュータ）であり、コンピュータプログラムである操縦内容収集部２４１、シミュレーション部２４２、映像作成部２４３、せん回軸角速度算出部２４４、操縦席姿勢算出部２４５およびシナリオ生成部２４６を備えている。シナリオ生成部２４６は、シミュレータシナリオ製作支援装置１を具備している。
【００６７】
操縦内容収集部２４１は、コクピット２２１に備えられている座席に着席している被験者がコクピット２２１に備えられている操縦盤に操作した操縦内容を加速度シミュレータ２０２から収集する。シミュレーション部２４２は、その操縦内容に基づいて、仮想の乗り物の運動を算出する。すなわち、シミュレーション部２４２は、その操縦内容に基づいて、仮想の乗り物の位置と姿勢とを算出し、仮想の乗り物の加速度の大きさと向きとを算出する。映像作成部２４３は、その乗り物の位置と姿勢とに基づいて仮想の乗り物の操縦席から見える映像を作成する。このような操縦内容収集部２４１、シミュレーション部２４２および映像作成部２４３は、公知である。
【００６８】
せん回軸角速度算出部２４４は、仮想の乗り物の加速度の大きさが点Ｐの加速度の大きさと一致するせん回アーム２１４の角速度を算出して、その角速度を示す電気信号を加速度シミュレータ２０２に出力する。操縦席姿勢算出部２４５は、仮想の乗り物のコクピットに対するその乗り物の加速度の向きがコクピット２２１に対する点Ｐの加速度の向きと一致するコックピット２１のせん回アーム２１４に対する姿勢を算出する。その姿勢は、せん回アーム２１４とヨーフレーム２２２とのヨー角度、ヨーフレーム２２２とピッチフレーム２２３とのピッチ角度、および、ピッチフレーム２２３とコクピット２２１とのロール角度から表現される。操縦席姿勢算出部２４５は、さらに、コクピット２２１をある１つの姿勢から他の姿勢に変化させるときに、そのヨー角度の変化量、ピッチ角度の変化量およびロール角度の変化量の最大値が最小になるような、そのヨー角度、ピッチ角度およびロール角度が算出される。操縦席姿勢算出部２４５は、さらに、そのヨー角度、ピッチ角度およびロール角度を示す電気信号を加速度シミュレータ２０２に出力する。シナリオ生成部２４６は、仮想の乗り物を先導する他の乗り物である図示しない先導機のシナリオを収集する。そのシナリオは、シミュレータシナリオ製作支援装置１を用いて製作されたシナリオが好適に用いられる。
【００６９】
図１２は、地面２１５に対して固定される座標系（ＸＥ，ＹＥ，ＺＥ）と被験者に感覚される加速度を表現する座標系（Ｘｒ，Ｙｒ，Ｚｒ）との関係を示している。地面２１５に対して固定される座標系は、３つの単位ベクトルＸＥ、ＹＥおよびＺＥにより表現される。ＺＥは、鉛直方向に平行である。ＸＥは、ＺＥに垂直である。ＹＥは、ＺＥに垂直であり、かつ、ＸＥに垂直である。
【００７０】
被験者に感覚される加速度を表現する座標系は、３つの単位ベクトルＸｒ、ＹｒおよびＺｒにより表現される。Ｚｒは、鉛直方向に平行である。Ｙｒは、Ｚｒに垂直であり、点Ｐからせん回軸２１６上の点Ｐ０とを結ぶ線分に平行である。Ｘｒは、Ｚｒに垂直であり、かつ、Ｙｒに垂直である。すなわち、Ｘｒ、Ｙｒは、点Ｐの位置により向きが変化する。Ｘｒは、点Ｐ０を中心に回転する点Ｐの接線方向に平行であり、Ｙｒは、点Ｐ０を中心に回転する点Ｐの半径方向と平行である。
【００７１】
このとき、点Ｐの加速度ｄ２Ｐ／ｄｔ２は、重力加速度ｇ、点Ｐから点Ｐ０までの距離Ｒおよび点Ｐの角速度ωｒを用いて、次式：
【００７２】
【数３】
0003665058.tif 000002
により表現される。
【００７３】
点Ｐの加速度ｄ２Ｐ／ｄｔ２の大きさ｜ｄ２Ｐ／ｄｔ２｜は、次式：
【００７４】
【数４】
0003665058.tif 000003
により表現される。
【００７５】
点Ｐを目標加速度ｄ２ＰＣ／ｄｔ２で運動させるとき、点Ｐの目標加速度の大きさ｜ｄ２ＰＣ／ｄｔ２｜に関して、次式：
【００７６】
【数５】
0003665058.tif 000004
が成立する。変数ｘの関数ｓｉｇｎ（ｘ）：
【００７７】
【数６】
0003665058.tif 000005
を用いて、数５の式を角速度ωｒについて解くと、次式：
【００７８】
【数７】
0003665058.tif 000006
が導出される。
【００７９】
せん回軸角速度算出部２４４は、シミュレーション部２４２により算出された仮想の乗り物の目標加速度ｄ２ＰＣ／ｄｔ２から、数７の式を用いて点Ｐの角加速度ｄωｒ／ｄｔを算出する。
【００８０】
ベクトルは、一般に、２軸を中心とする回転変換させることにより任意の方向に向けることができる。加速度シミュレータ２０２は、コクピット２２１をある１つの姿勢から他の姿勢に変化させるために、３軸を有している。このため、ヨー角度の変化量の絶対値とピッチ角度の変化量の絶対値とロール角度の変化量の絶対値とのうちの最大値は、コクピット２２１がヨー軸２２５とピッチ軸２２７とロール軸２２９とから選択される２軸のみを中心に回転するときのヨー角度の絶対値とピッチ角度の絶対値とロール角度の絶対値との最大値より小さくすることができる。
【００８１】
操縦席姿勢算出部２４５は、ヨー角度の変化量の絶対値とピッチ角度の変化量の絶対値とロール角度の変化量の絶対値とのうちの最大値が最小になるような、ヨー角度とピッチ角度とロール角度とを算出する。このとき、被験者は、ヨー軸２２５、ピッチ軸２２７またはロール軸２２９を中心に回転するときの遠心力を受け難い。
【００８２】
図１３は、加速度シミュレータ制御装置２０３の動作を示している。シナリオ生成部２４６は、シナリオ製作支援装置１を用いてシナリオ情報１０２を生成する（ステップＳ１０１）。コクピット２２１の表示装置に表示される画面に、シナリオ生成部２４６が生成したシナリオ情報に従って先導機が表示される（ステップＳ１０２）。
【００８３】
被験者は、コクピット２２１の座席に着席して、コクピット２２１の表示装置に表示される画面を閲覧して、先導機を追従するようにコクピット２２１の操縦盤を操作する。加速度シミュレータ制御装置２０３は、被験者がその操作盤を操作した操作内容を収集する（ステップＳ１０３）。加速度シミュレータ制御装置２０３は、その操作内容に基づいて、仮想の乗り物の運動を算出する（ステップＳ１０４）。すなわち、加速度シミュレータ制御装置２０３は、仮想の乗り物の位置と姿勢と加速度とを算出する。
【００８４】
加速度シミュレータ制御装置２０３は、その乗り物の位置と姿勢とに基づいて、仮想の操縦者から見える映像をコンピュータグラフィックにより作成し（ステップＳ１０５）、コクピット２２１の表示装置に出力する。あるいは加速度シミュレータ装置２０３は、ステップＳ１０１において生成されたシナリオ情報１０２を用いて画像生成部１１３が作成した画像をコクピット２２１の表示装置に出力する。その表示装置は、その映像を表示する。
【００８５】
加速度シミュレータ制御装置２０３は、さらに、その乗り物の加速度の大きさに基づいて、せん回軸２１６の角加速度を算出して（ステップＳ１０６）、その角加速度を示す電気信号をせん回装置２１３に出力する。せん回装置２１３は、その電気信号に基づいてせん回アーム２１４を回転させる。加速度シミュレータ制御装置２０３は、その乗り物の加速度の向きに基づいて、ヨー角度、ピッチ角度およびロール角度を算出する（ステップＳ１０７）。加速度シミュレータ制御装置２０３は、さらに、そのヨー角度を示す電気信号をヨー軸回転装置２２４に出力し、そのピッチ角度を示す電気信号をピッチ軸回転装置２２６に出力し、そのロール角度を示す電気信号をロール軸回転装置２２８に出力する。
【００８６】
ヨー軸回転装置２２４は、せん回アーム２１４に対してヨーフレーム２２２がそのヨー角度を形成するように回転させる。ピッチ軸回転装置２２６は、ヨーフレーム２２２に対してピッチフレーム２２３がそのピッチ角度を形成するように回転させる。ロール軸回転装置２２８は、ピッチフレーム２２３に対してコクピット２２１がそのロール角を形成するように回転させる。
【００８７】
ステップＳ１０２〜ステップＳ１０７とは、ループを形成している。そのループのサンプリング周期は、仮想の乗り物の性能により決定される。
【００８８】
本実施の形態の変形例として、操縦内容収集部２４１が、加速度シミュレータ２０２から収集した操縦内容に代えて、シナリオ生成部２４６が生成したシナリオを収集して用いることが考えられる。この場合、被験者はシナリオ通りに変化する画面と加速度とを自動操縦のように体験することができる。
【００８９】
加速度による空間識失調を再現するためには、シミュレータ装置２０１は４自由度の運動を可能にする機械系を備えていることが望ましい。本発明におけるシミュレータ装置２０１は、こうした空間識失調を再現することを可能にし、訓練の効果を上げる。更にシミュレータ装置２０１は、加速度の体験を再現するとともに表示装置を用いて画像による視界の再現も行うために、視覚による空間識失調の誘発要因もあわせて再現することが可能であり、訓練の効果が更に上がる。
【００９０】
更にこうしたシミュレータ装置２０１は、シミュレータシナリオ製作支援装置１によって製作されたシナリオを用いることによって、空間識失調の誘発要因となる加速度、速度、姿勢、気象条件を含む多様なシナリオを自在に設定することが容易であり、訓練の効果が更に上がる。
【００９１】
【発明の効果】
本発明によれば、シナリオの設定が簡易に行われるシミュレータシナリオ製作支援プログラム及びシミュレータ装置が提供される。
更に本発明によれば、多様な気象条件あるいは乗り物の運動状態を簡易に設定することができるシミュレータシナリオ製作支援プログラムと、多様な気象条件あるいは乗り物の運動状態を視覚的あるいは体感的に再現するシミュレータ装置とが提供される。
更に本発明によれば、空間識失調を誘発する状況を含むシナリオを簡易に作成するシミュレータシナリオ製作支援プログラムと、空間識失調を誘発する状況を再現するシミュレータ装置とが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、シミュレータシナリオ製作支援装置の構成を示す。
【図２】図２は、記憶部を示す。
【図３】図３は、コンピュータシナリオ製作支援プログラムの構成を示す。
【図４】図４は、シナリオ情報を示す。
【図５】図５は、画面を示す。
【図６】図６は、画面を示す。
【図７】図７は、シミュレータシナリオ製作支援プログラムのフローチャートを示す。
【図８】図８は、シミュレータ装置の実施の形態を示すブロック図である。
【図９】図９は、本発明による加速度シミュレータの実施の形態を示す立面図である。
【図１０】図１０は、本発明による加速度シミュレータの実施の形態を示す平面図である。
【図１１】図１１は、本発明による加速度シミュレータ制御装置の実施の形態を示すブロック図である。
【図１２】図１２は、被験者により感覚される加速度を示す図である。
【図１３】図１３は、本発明による加速度シミュレータ制御装置の動作の実施の形態を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  …シミュレータシナリオ製作支援装置
２  …表示部
３  …入力部
４  …演算部
５  …記憶部
６  …転送部
３０…画面
３１…仮想空間
３２…航空機
３３…経路
３４…地面
３５…飛行場
３６…二次元経路
３７…ポインタ
３８…通過点
４０…情景アイコン
４１…昼間
４２…夜間
４３…雲
４４…斜光
４５…雲傾斜
４６…雨
４７…雪
４８…星空
４９…漁火
５０…先導機
５１…他機
５２…他機
６０…シナリオ確認画面
６１…先導機
７１…貼付アイコン
７２…情景設定入力画面
１０１…シミュレータシナリオ製作支援プログラム
１０２…シナリオ情報
１０３…経路雛型情報
１０４…画像雛型情報
１１０…仮想空間表示部
１１１…シナリオ情報収集部
１１２…シナリオ補間部
１１３…画像作成部
１１４…シナリオ再生部
２０１：シミュレータ装置
２０２：加速度シミュレータ
２０３：加速度シミュレータ制御装置
２１１：加速度スカラー制御装置
２１２：加速度ベクトル制御装置
２１３：せん回装置
２１４：せん回アーム
２１５：地面
２１６：せん回軸
２２１：コクピット
２２２：ヨーフレーム
２２３：ピッチフレーム
２２４：ヨー軸回転装置
２２５：ヨー軸
２２６：ピッチ軸回転装置
２２７：ピッチ軸
２２８：ロール軸回転装置
２２９：ロール軸
２４１：操縦内容収集部
２４２：シミュレーション部
２４３：映像作成部
２４４：せん回軸角速度算出部
２４５：操縦席姿勢算出部
２４６：シナリオ生成部
【図１】
0003665058.tif 000009
【図２】
0003665058.tif 000010
【図３】
0003665058.tif 000011
【図４】
0003665058.tif 000012
【図５】
0003665058.tif 000013
【図６】
0003665058.tif 000014
【図７】
0003665058.tif 000015
【図８】
0003665058.tif 000016
【図９】
0003665058.tif 000017
【図１０】
0003665058.tif 000018
【図１１】
0003665058.tif 000019
【図１２】
0003665058.tif 000020
【図１３】
0003665058.tif 000021