(57)【要約】【課題】仮想空間モデルと相互作用するユーザインターフェースとして力覚を提示する把持可能とし、仮想空間モデルに対しより正確な力覚を提示する把持可能な力覚提示器と、その力覚提示器を制御する仮想力覚提示装置を提供する。【解決手段】本発明の仮想力覚提示装置１の一部を構成する本発明に係る力覚提示器２は、把持可能な本体部２ａと、本体部２ａから伸縮することで力覚を提示する力覚提示部２ｂとを備えている。力覚提示器２は仮想被当接体を含む仮想空間モデルにおける仮想オブジェクトに対応付けられ、力覚提示部２ｂは、仮想オブジェクトの仮想被当接体に対する当接を、仮想空間モデルに従うように本体部２ａを把持する指又は手のひらを実空間上で移動制限又は姿勢制限させ、或いは指又は手のひらに衝撃を付与することで力覚を提示するよう構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
仮想空間モデルと相互作用するユーザインターフェースとして力覚を提示する把持可能な力覚提示器であって、
把持可能な本体部と、
前記本体部から伸縮することで力覚を提示する１つ又は複数の力覚提示部とを備え、
当該力覚提示器は仮想被当接体を含む仮想空間モデルにおける仮想オブジェクトに対応付けられ、
前記１つ又は複数の力覚提示部の各々は、前記仮想オブジェクトの前記仮想被当接体に対する当接を、前記仮想空間モデルに従うように前記本体部を把持する指又は手のひらを実空間上で移動制限又は姿勢制限させ、或いは指又は手のひらに衝撃を付与することで力覚を提示するよう構成されていることを特徴とする力覚提示器。
【請求項２】
前記１つ又は複数の力覚提示部の各々におけるいずれかの先端となる力点が、常に前記仮想被当接体における当接対象の表面に対応する実空間位置に留まり続けるよう駆動制御されることにより、前記仮想オブジェクトの前記仮想被当接体に対する当接の力覚を提示するよう構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の力覚提示器。
【請求項３】
前記１つ又は複数の力覚提示部の各々の各最大伸長量が個別に変化させて同時に制御されることにより、前記仮想オブジェクトの前記仮想被当接体に対する位置に応じて、前記仮想オブジェクトの前記仮想被当接体に対する当接の力覚を提示するよう構成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の力覚提示器。
【請求項４】
仮想物体の形状や硬さを知覚させるための１つ又は複数の触力覚提示部を更に備えることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の力覚提示器。
【請求項５】
前記仮想空間モデルと相互作用するよう当該力覚提示器を制御する制御手段が前記本体部内に設けられ、前記制御手段が前記仮想空間モデルを表示装置に提示する仮想空間モデル表示制御部と近距離無線通信で連動制御するよう構成されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の力覚提示器。
【請求項６】
請求項１から３のいずれか一項に記載の力覚提示器と、
前記仮想空間モデルと相互作用するよう当該力覚提示器を制御する制御手段と、
前記仮想空間モデルを表示装置に提示する仮想空間モデル表示制御部とを備え、
前記制御手段は、前記１つ又は複数の力覚提示部の各々に対し、前記仮想オブジェクトの前記仮想被当接体に対する当接を、前記仮想空間モデルに従うように前記本体部を把持する指又は手のひらを実空間上で移動制限又は姿勢制限させ、或いは指又は手のひらに衝撃を付与するよう制御することを特徴とする仮想力覚提示装置。
【請求項７】
請求項４に記載の力覚提示器と、
前記仮想空間モデルと相互作用するよう当該力覚提示器を制御する制御手段と、
前記仮想空間モデルを表示装置に提示する仮想空間モデル表示制御部とを備え、
前記制御手段は、前記１つ又は複数の力覚提示部の各々に対し、前記仮想オブジェクトの前記仮想被当接体に対する当接を、前記仮想空間モデルに従うように前記本体部を把持する指又は手のひらを実空間上で移動制限又は姿勢制限させ、或いは指又は手のひらに衝撃を付与するよう制御する手段と、
前記１つ又は複数の触力覚提示部の各々に対し、仮想物体の形状や硬さを知覚させるために初期位置から縮長方向へ伸縮させ、且つ反力を提示するよう制御する手段と、
を備えることを特徴とする仮想力覚提示装置。
【請求項８】
請求項５に記載の力覚提示器と、
前記仮想空間モデルを表示装置に提示する仮想空間モデル表示制御部とを備え、
前記制御手段は、前記１つ又は複数の力覚提示部の各々に対し、前記仮想オブジェクトの前記仮想被当接体に対する当接を、前記仮想空間モデルに従うように前記本体部を把持する指又は手のひらを実空間上で移動制限又は姿勢制限させ、或いは指又は手のひらに衝撃を付与するよう制御することを特徴とする仮想力覚提示装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記１つ又は複数の力覚提示部の各々におけるいずれかの先端となる力点が、常に前記仮想被当接体における当接対象の表面に対応する実空間位置に留まり続けるよう駆動制御することを特徴とする、請求項６から８のいずれか一項に記載の仮想力覚提示装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、前記１つ又は複数の力覚提示部の各々の各最大伸長量を個別に変化させて同時に制御することを特徴とする、請求項６から９のいずれか一項に記載の仮想力覚提示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、仮想空間モデルと相互作用するユーザインターフェースとして機能し力覚を提示する力覚提示器及び仮想力覚提示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のバーチャルリアリティ技術の進展により、視覚（映像）と聴覚（音声）に加えて、触力覚に情報を提示する技術が注目されている。これまでに、仮想的に物体に触ったり触られたりした感覚を提示する様々な方法が提案され、一部がビデオゲーム機のコントローラなどのユーザインターフェースとして実用化されている。
【０００３】
例えば、ジョイスティックコントローラにより力覚提示器を構成し手や指に振動を提示して擬似的に力を感じさせる方法や、モータなどのアクチュエータを用いて力覚提示器を構成し物理的に反力を提示することで硬さを提示する方法などがある。
【０００４】
例えば、従来技術として、机などの什器に力覚提示器の土台を設置することで仮想力覚提示装置を構成し、この土台を基板にした力覚提示器に振動や反力を発生させる力覚提示部を設け、その力覚提示部の振動量や反力量を変えることで仮想的に壁や物体の表面を知覚させるという第１の方法がある（例えば、非特許文献１参照)。この第１の方法の歴史は古く、物理的にある程度正確な反力を提示できるという特徴がある。しかし、この第１の方法を実現する力覚提示器は、その土台となる机などの什器を必要とするため、可動範囲が限定されるとともに、力覚提示器を含む仮想力覚提示装置の規模が全体的に大きくなるという問題がある。
【０００５】
そこで、近年のバーチヤルリアリティ技術では、より手軽な技法として、手にグローブを装着するなどユーザの手のひらに力覚提示器を固定するか、又はユーザの体などに力覚提示器を固定する第２の方法が知られている（例えば、非特許文献２，３参照）。
【０００６】
更に、より手軽な技法として、グローブなどを装着したりすることなくユーザが自由に掴んだり放したりすることができるよう把持可能に力覚提示器の本体を構成し、その力覚提示器の本体に指先で押し込み可能なスイッチ等で構成した力覚提示部を設け、この力覚提示部に対し振動や反力を発生させるよう制御する制御ユニットを力覚提示器の本体とは別体に設けることで仮想力覚提示装置を構成する第３の方法が主流となっている（例えば、特許文献１、非特許文献４，５，６参照）。この第３の方法では、力覚提示器の本体を構成する筐体の体積及び質量を相対的に大きく設計して、この本体側を手や指が自然に把持して支えられる構造とすることで、触力覚を提示する力の土台を得ることができる。
【０００７】
尚、力覚提示器の本体を把持したときの位置や姿勢の検出のために、１つ或いは複数のモーションキャプチャカメラで撮像し解析することで、力覚提示器の本体を把持したときの位置や姿勢の座標・角度情報を出力するリアルタイム３次元運動計測システムが知られている（例えば、非特許文献７参照）。
【０００８】
また、磁界発生ユニットによって発生する磁界を基に、指先に装着されるそれぞれの磁気センサの三次元位置をそれぞれ計測し、各磁気センサの位置の座標情報を出力する３次元位置計測システムも知られている（例えば、非特許文献８参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１６−２００９１９号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】“Geomagic Touch ハプティックデバイス，” 3D SYSTEMS社,［online］，［平成29年4月3日検索］、インターネット<URL: http://www.geomagic.com/ja/products/phantom-omni/overview>
【非特許文献２】“CyberGrasp,” CyberGlove Systems Inc. ,［online］，［平成29年4月3日検索］、インターネット<URL: http://www.cyberglovesystems.com/cybergrasp/>
【非特許文献３】M.Hirose, K.Hirota, T.Ogi, H.Yano, N.Kakehi, M.Saito and M.Nakashige, “HapticGEAR: the development of a wearable force display system for immersive projection displays,”In Proceedings of the IEEE Virtual Reality 2001 Conference, pp.123-129, 2001.
【非特許文献４】家室, 南澤, 新居, 川上,  舘,“ポータプルペン型力覚ディスプレイを用いたバーチャル物体との触覚インタラクション，”  日本バーチャルリアリティ学会  第１４回大会, 1A2-4, September 2009.
【非特許文献５】“Oculus Touch,” Oculus VR, LLC,［online］，［平成29年4月3日検索］、インターネット<URL: https://www.oculus.com/rift/>
【非特許文献６】“VIVE,” HTC Corporation,［online］，［平成29年4月3日検索］、インターネット<URL: https://www.vive.com/jp/>
【非特許文献７】“リアルタイム3次元運動計測システムL1 Tracker,” 株式会社ディテクト,［online］，［平成29年4月3日検索］、インターネット<URL: http://www.ditect.co.jp/products/L1tracker.php>
【非特許文献８】“３次元位置計測システム  POLHEMUS<ポヒマス>,” 株式会社スリーディー,［online］，［平成29年4月3日検索］、インターネット<URL: http://www.ddd.co.jp/polhemus/>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前述したように、手にグローブを装着するなどユーザの手のひらに力覚提示器を固定するか、又はユーザの体などに力覚提示器を固定する第２の方法、或いはグローブなどを装着したりすることなくユーザが自由につかんだり放したりすることができる力覚提示器とその仮想力覚提示装置を構成する第３の方法であれば、例えば仮想的な壁や物にあたった際に、反力を擬似的に提示して壁や物の存在を提示することが可能である。
【００１２】
しかしながら、その壁や物に物理的に侵入できないほどの力を提示したり、仮想的な壁への物理的な侵入を阻止したりするよう仮想空間モデルと相互作用するユーザインターフェースを実現する技法は実現されていない。
【００１３】
例えば、バーチャルリアリティ技術を応用したビデオゲームなどのコントローラでは、仮想的な物体や壁に侵入する際、ユーザに振動を提示することで、実空間にも実際に壁や物体が存在していると錯覚させる技法としている。しかし、物理的な振動の提示や、アクチュエータ等を用いたユーザの手指への圧力で壁や物体を表現したとしても、力を発生させる土台がない場合には、ユーザの手指の力を完全に打ち消す程の力を発生させ、手指をその場に押しとどめて仮想的な壁への侵入を完全に妨げることはできなかった。
【００１４】
一方で、前述したように、机などの什器に力覚提示器の土台を設置することで仮想力覚提示装置を構成し、力の提示のために土台を利用する第１の方法であれば、ユーザの手指以上の力を提示することで、仮想的な壁への侵入を阻止することができる。しかし、仮想力覚提示装置が大掛かりとなることから、ビデオゲームのコントローラなどでの応用には不向きである。
【００１５】
即ち、グローブなどを装着したりすることなくユーザが自由につかんだり放したりすることができるよう把持可能な力覚提示器とその力覚提示器を制御する制御ユニットで仮想力覚提示装置を構成しつつ、仮想空間モデルにおける壁や物等の仮想被当接体に対し、物理的に侵入できないほどの力や衝撃を提示したり、仮想的な壁への物理的な侵入を阻止するなど、仮想空間モデルに対しより正確な力覚を提示する技法が望まれる。
【００１６】
本発明は、上述の問題に鑑みて、仮想空間モデルと相互作用するユーザインターフェースとして、仮想空間モデルに対しより正確な力覚を提示する把持可能な力覚提示器と、その力覚提示器を制御する仮想力覚提示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の力覚提示器は、仮想空間モデルと相互作用するユーザインターフェースとして力覚を提示する把持可能な力覚提示器であって、把持可能な本体部と、前記本体部から伸縮することで力覚を提示する１つ又は複数の力覚提示部とを備え、当該力覚提示器は仮想被当接体を含む仮想空間モデルにおける仮想オブジェクトに対応付けられ、前記１つ又は複数の力覚提示部の各々は、前記仮想オブジェクトの前記仮想被当接体に対する当接を、前記仮想空間モデルに従うように前記本体部を把持する指又は手のひらを実空間上で移動制限又は姿勢制限させ、或いは指又は手のひらに衝撃を付与することで力覚を提示するよう構成されていることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の力覚提示器において、前記１つ又は複数の力覚提示部の各々におけるいずれかの先端となる力点が、常に前記仮想被当接体における当接対象の表面に対応する実空間位置に留まり続けるよう駆動制御されることにより、前記仮想オブジェクトの前記仮想被当接体に対する当接の力覚を提示するよう構成されていることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の力覚提示器において、前記１つ又は複数の力覚提示部の各々の各最大伸長量が個別に変化させて同時に制御されることにより、前記仮想オブジェクトの前記仮想被当接体に対する位置に応じて、前記仮想オブジェクトの前記仮想被当接体に対する当接の力覚を提示するよう構成されていることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の力覚提示器において、仮想物体の形状や硬さを知覚させるための１つ又は複数の触力覚提示部を更に備えることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の力覚提示器において、前記仮想空間モデルと相互作用するよう当該力覚提示器を制御する制御手段が前記本体部内に設けられ、前記制御手段が前記仮想空間モデルを表示装置に提示する仮想空間モデル表示制御部と近距離無線通信で連動制御するよう構成されていることを特徴とする。
【００２２】
更に、本発明の仮想力覚提示装置は、本発明の力覚提示器と、前記仮想空間モデルと相互作用するよう当該力覚提示器を制御する制御手段と、前記仮想空間モデルを表示装置に提示する仮想空間モデル表示制御部とを備え、前記制御手段は、前記１つ又は複数の力覚提示部の各々に対し、前記仮想オブジェクトの前記仮想被当接体に対する当接を、前記仮想空間モデルに従うように前記本体部を把持する指又は手のひらを実空間上で移動制限又は姿勢制限させ、或いは指又は手のひらに衝撃を付与するよう制御することを特徴とする。
【００２３】
更に、本発明の仮想力覚提示装置は、本発明の力覚提示器と、前記仮想空間モデルと相互作用するよう当該力覚提示器を制御する制御手段と、前記仮想空間モデルを表示装置に提示する仮想空間モデル表示制御部とを備え、前記制御手段は、前記１つ又は複数の力覚提示部の各々に対し、前記仮想オブジェクトの前記仮想被当接体に対する当接を、前記仮想空間モデルに従うように前記本体部を把持する指又は手のひらを実空間上で移動制限又は姿勢制限させ、或いは指又は手のひらに衝撃を付与するよう制御する手段と、前記１つ又は複数の触力覚提示部の各々に対し、仮想物体の形状や硬さを知覚させるために初期位置から縮長方向へ伸縮させ、且つ反力を提示するよう制御する手段と、を備えることを特徴とする。
【００２４】
更に、本発明の仮想力覚提示装置は、本発明の力覚提示器と、前記仮想空間モデルを表示装置に提示する仮想空間モデル表示制御部とを備え、前記制御手段は、前記１つ又は複数の力覚提示部の各々に対し、前記仮想オブジェクトの前記仮想被当接体に対する当接を、前記仮想空間モデルに従うように前記本体部を把持する指又は手のひらを実空間上で移動制限又は姿勢制限させ、或いは指又は手のひらに衝撃を付与するよう制御することを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の仮想力覚提示装置において、前記制御手段は、前記１つ又は複数の力覚提示部の各々におけるいずれかの先端となる力点が、常に前記仮想被当接体における当接対象の表面に対応する実空間位置に留まり続けるよう駆動制御することを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の仮想力覚提示装置において、前記制御手段は、前記１つ又は複数の力覚提示部の各々の各最大伸長量を個別に変化させて同時に制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、グローブなどを装着したりすることなくユーザが自由につかんだり放したりすることができるよう把持可能な力覚提示器とその力覚提示器を制御する制御ユニットで仮想力覚提示装置を構成しつつ、仮想空間モデル内で、力覚提示器に対応する仮想オブジェクトを仮想被当接体に対し移動制限又は姿勢制限させるように、仮想空間モデルと相互作用するユーザインターフェースを実現することができる。
【００２８】
例えばバーチャルリアリティ環境において、片手に収まるような土台を要しない把持可能な力覚提示器において、仮想空間モデルにおける壁や物等の仮想被当接体に対し、物理的に侵入できないほどの力や衝撃を提示したり、仮想的な壁への物理的な侵入を阻止したりするなど、実空間において侵入することができる仮想被当接体（壁等）の位置を錯覚的に制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による一実施形態の力覚提示器及び仮想力覚提示装置とその周辺装置の概略構成を例示する図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は、それぞれ本発明による一実施形態の仮想力覚提示装置に係る３軸の位置検出例、及び６軸の位置・姿勢検出例を示す図である。
【図３】本発明による一実施形態の力覚提示器の概略構成を例示する図である。
【図４】本発明による一実施形態の仮想力覚提示装置における制御ユニット内の力覚提示器制御部の制御例を示すフローチャートである。
【図５】（ａ），（ｂ）は、それぞれ本発明による一実施形態の力覚提示器の動作例を示す図である。
【図６】（ａ），（ｂ）は、それぞれ本発明に係る変形例１，２の力覚提示器の概略構成を示す図である。
【図７】本発明に係る変形例２の力覚提示器の動作例を（Ａ）視から変位として（Ｂ）視乃至（Ｉ）視で示す図である。
【図８】（ａ），（ｂ）は、それぞれ本発明に係る変形例３，４の力覚提示器の概略構成を示す図である。
【図９】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ本発明による一実施形態の仮想力覚提示装置の適用例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面を参照して、本発明による一実施形態の力覚提示器２及び仮想力覚提示装置１を説明する。図１は、本発明による一実施形態の力覚提示器２及び仮想力覚提示装置１の概略構成とその周辺装置を例示する図である。図２は、本発明による一実施形態の力覚提示器２の概略構成を例示する図である。
【００３１】
〔仮想力覚提示装置〕
まず、図１に示すように、仮想力覚提示装置１は、力覚提示器２と制御ユニット３とを備える。制御ユニット３は表示装置５に対し仮想空間モデル（本例では、２次元迷路のビデオゲーム）を表示し、その仮想空間モデル内の仮想オブジェクトＯｂｊに力覚提示器２が対応付けられている。即ち、仮想空間モデル内の仮想オブジェクトＯｂｊの動きは、実空間の力覚提示器２の動きに対応付けられ、仮想オブジェクトＯｂｊは力覚提示器２の仮想体として構成される。
【００３２】
そして、仮想空間モデルには仮想オブジェクトＯｂｊと当接可能な仮想被当接体Ｗ（本例では、壁）が設けられ、仮想空間モデル上では、仮想オブジェクトＯｂｊが仮想被当接体Ｗに当接すると仮想的な壁への物理的な侵入を阻止される、或いは衝撃を受けるべきものとなっている。従って、仮想空間モデル内の仮想オブジェクトＯｂｊに対応する力覚提示器２についても、仮想空間モデルに従うように正確に力覚を提示する工夫が望まれ、本発明に係る力覚提示器２及び仮想力覚提示装置１は、以下に説明するように、これを実現するものとなっている。
【００３３】
力覚提示器２は片手Ｈで把持可能に構成され、仮想空間モデルと相互作用するユーザインターフェースとして力覚を提示する機器であり、本体部２ａと、その本体部２ａから伸縮することで力覚を提示する力覚提示部２ｂとを有し、本体部２ａと力覚提示部２ｂは伸縮自在の可撓性カバー２ｃで覆われている。力覚提示器２の具体的な構成例及び動作は後述する。
【００３４】
力覚提示器２の位置や姿勢は、力覚提示器２の実空間位置座標（ｘ，ｙ, ｚ）と、力覚提示器２の空中姿勢を示す角度（θｘ，θｙ，θｚ）の６軸の座標・角度情報（図２（ａ）参照）として、リアルタイムに制御ユニット３へ入力される。図１に示す例では、１つ又は複数のモーションキャプチャカメラ４１で撮像し信号処理ユニット４２で力覚提示器の本体を把持したときの位置や姿勢の座標・角度情報を出力するリアルタイム３次元運動計測システム４（例えば、非特許文献７参照）を利用している。尚、力覚提示器２の位置や姿勢の検出のために、力覚提示器２の実空間位置座標（ｘ，ｙ, ｚ）と、力覚提示器２の空中姿勢を示す角度（θｘ，θｙ，θｚ）の座標・角度情報として得られる任意の６軸センサを利用することができる。また、仮想空間モデルの構成上、力覚提示器２の位置情報のみの検出でよいときは、実空間位置座標（ｘ，ｙ, ｚ）の情報（図２（ｂ）参照）を出力する任意の３軸センサとすることができ、例えば、磁気センサを用いた３次元位置計測システム（例えば、非特許文献８参照）等を利用できる。仮想空間モデルとして、本例のように２次元迷路のビデオゲームであればｘ，ｙの２軸のみの情報が用いられる。
【００３５】
制御ユニット３は、力覚提示器制御部３１、アプリケーション実行部３２、及び記憶部３３を備える。
【００３６】
力覚提示器制御部３１は、仮想空間モデル内の仮想オブジェクトＯｂｊに対応する力覚提示器２における力覚提示を制御する機能部であり、専用のハードウェアで構成するか、又は中央演算処理ユニット（ＣＰＵ）で記憶部３３に格納される専用のプログラムを読み出し実行するコンピュータとして構成できる。
【００３７】
アプリケーション実行部３２は、仮想空間モデルを表示装置５に提示する仮想空間モデル表示制御部３２１を備えており、中央演算処理ユニット（ＣＰＵ）で記憶部３３に格納される専用のアプリケーションソフトウェアを読み出し実行するコンピュータとして構成できる。尚、記憶部３３は、このような仮想空間モデルを表示装置５に提示するアプリケーションソフトウェアを記録したカセットやカードといった記録媒体を含む。
【００３８】
力覚提示器制御部３１は、実体位置・姿勢検出部３１１、相対位置算出部３１２、力覚提示制御部３１３、及び力覚提示駆動部３１４を備える。
【００３９】
実体位置・姿勢検出部３１１は、本例ではリアルタイム３次元運動計測システム４から、把持される力覚提示器２の実空間位置座標（ｘ，ｙ, ｚ）と空中姿勢を示す角度（θｘ，θｙ，θｚ）の６軸の座標・角度情報をリアルタイムに取得して、力覚提示器２の位置や姿勢を検出し、その力覚提示器２の位置や姿勢を示す実体位置・姿勢情報を生成して仮想空間モデル表示制御部３２１及び相対位置算出部３１２に出力する。尚、ｘ軸方向をユーザにとっての右方向、ｙ軸方向をユーザにとっての前進方向とした場合には、姿勢データは、それぞれθｘ＝ピッチ（Ｐｉｔｃｈ），θｙ＝ロール（Ｒｏｌｌ），θｚ＝ヨー（Ｙａｗ）として取得してもよい。
【００４０】
仮想空間モデル表示制御部３２１は、入力される実体位置・姿勢情報に基づいて、仮想空間モデル内で仮想オブジェクトＯｂｊの姿勢及び位置を動かすよう表示制御する。また、仮想空間モデル表示制御部３２１は、その仮想オブジェクトＯｂｊの移動に応じて画面切り替え可能に仮想空間モデルを表示装置５で表示する場合を含み、仮想オブジェクトＯｂｊの位置を基準に表示装置５で表示している仮想空間モデルの仮想被当接体Ｗの位置を示す仮想被当接体情報を生成し、相対位置算出部３１２に出力する。
【００４１】
相対位置算出部３１２は、実体位置・姿勢検出部３１１から得られる実体位置・姿勢情報と、仮想空間モデル表示制御部３２１から得られる仮想被当接体情報とに基づき、リアルタイムで、仮想オブジェクトＯｂｊの姿勢に応じた実体位置と、仮想オブジェクトＯｂｊの位置を基準にした仮想被当接体Ｗの位置との相対位置（相対変位）を算出し、その算出結果を力覚提示制御部３１３に出力する。
【００４２】
力覚提示制御部３１３は、相対位置算出部３１２からリアルタイムで取得した相対位置（相対変位）の算出結果がプラスの値である時は仮想オブジェクトＯｂｊと仮想被当接体Ｗが非当接の状態にあると判定して力覚提示器２の本体部２ａから力覚提示部２ｂが伸長していない初期位置に設定されるよう、力覚提示駆動部３１４の駆動制御を介して力覚提示器２の力覚提示部２ｂの位置を制御する。
【００４３】
一方、力覚提示制御部３１３は、相対位置算出部３１２からリアルタイムで取得した相対位置（相対変位）の算出結果がゼロ又はマイナスとなるゼロ以下の値である場合、仮想オブジェクトＯｂｊと仮想被当接体Ｗが当接の状態にあると判定する。そして、力覚提示制御部３１３は、そのゼロ以下の値である相対位置（相対変位）の算出結果に応じて、マイナスに向かうほど力覚提示器２の本体部２ａから力覚提示部２ｂを伸長させ、力覚提示駆動部３１４の駆動制御を介して、力覚提示部２ｂの実体位置が当該当接位置を保持するように力覚提示器２の力覚提示部２ｂの位置を制御する。
【００４４】
力覚提示駆動部３１４は、力覚提示器２における本体部２ａからの力覚提示部２ｂの伸長量を駆動制御するための制御信号を発生するドライバーであり、好適には力覚提示部２ｂの伸長量を本体部２ａに内蔵されるエンコーダの出力信号を（パルス信号）を経てサーボ制御を行う構成とする。
【００４５】
〔力覚提示器〕
前述したように、力覚提示器２は、片手Ｈで把持可能に構成され、仮想空間モデルと相互作用するユーザインターフェースとして力覚を提示する機器である。そして、力覚提示器２は、本体部２ａと、その本体部２ａから伸縮することで力覚を提示する力覚提示部２ｂとを有し、本体部２ａと力覚提示部２ｂは伸縮自在の可撓性カバー２ｃで覆われている。即ち、手の中に収まるサイズで力覚提示器２が実装される。
【００４６】
力覚提示器２の具体的な構成例を図３に示している。図３に例示する構成では、本体部２ａ内にエンコーダ付きのサーボモータ２１が設置され、そのサーボモータ２１のモータ軸に設けられるピニオンギヤ２２が、噛合歯が形成された平板棒状のラック２３と噛合するようになっている。ラック２３の一端２３ａは抜け止め突起が形成され、ラック２３の他端２３ｂは本体部２ａの平坦面２４に形成される開口部２５から外部に突出し、力覚提示部２ｂの平坦面２６に固着される。そして、本体部２ａの平坦面２４と力覚提示部２ｂの平坦面２６とが当接する位置を初期位置とし、ラック２３の一端２３ａがピニオンギヤ２２に係合する位置まで、サーボモータ２１の回転駆動により本体部２ａから力覚提示部２ｂを伸長させることができる。
【００４７】
サーボモータ２１は、力覚提示駆動部３１４からの制御信号により駆動制御される。好適には、サーボモータ２１は、力覚提示部２ｂの伸長量をサーボモータ２１に内蔵されるエンコーダの出力信号を（パルス信号）を経てサーボ制御を行う構成とする。ただし、必ずしもサーボ制御を行う必要はなくステッピングモータで構成してもよい。また、サーボモータ２１のようなモータによるアクチュエータを構成する以外にも、リニアアクチュエータや、例えば特許文献１に開示されるような入れ子構造の多段伸長式のアクチュエータとしてもよい。また、可撓性カバー２ｃは設けなくともよい。
【００４８】
〔力覚提示器制御部の制御例〕
図４は、本発明による一実施形態の仮想力覚提示装置１における制御ユニット３内の力覚提示器制御部３１の制御例を示すフローチャートである。まず、力覚提示器制御部３１は、力覚提示器２の実体位置及び姿勢を仮想空間モデルの仮想オブジェクトＯｂｊに対応付け、力覚提示部２ｂを初期位置に設定する（ステップＳ１）。
【００４９】
次に、力覚提示器制御部３１は、実体位置・姿勢検出部３１１により、本例ではリアルタイム３次元運動計測システム４から、把持される力覚提示器２の実空間位置座標（ｘ，ｙ, ｚ）と空中姿勢を示す角度（θｘ，θｙ，θｚ）の６軸の座標・角度情報をリアルタイムに取得して、力覚提示器２の位置や姿勢を検出し、力覚提示器２の位置や姿勢を示す実体位置・姿勢情報を生成する（ステップＳ２）。
【００５０】
次に、力覚提示器制御部３１は、相対位置算出部３１２により、仮想空間モデル表示制御部３２１から、仮想オブジェクトＯｂｊの移動に応じて画面切り替え可能に仮想空間モデルを表示装置５で表示する場合を含み、仮想オブジェクトＯｂｊの位置を基準に表示装置５で表示している仮想空間モデルの仮想被当接体Ｗの位置を示す仮想被当接体情報を取得する（ステップＳ３）。
【００５１】
次に、力覚提示器制御部３１は、相対位置算出部３１２により、実体位置・姿勢検出部３１１から得られる実体位置・姿勢情報と、仮想空間モデル表示制御部３２１から得られる仮想被当接体情報を基に、リアルタイムで仮想オブジェクトＯｂｊの姿勢に応じた実体位置と、仮想オブジェクトＯｂｊの位置を基準にした仮想被当接体Ｗの位置との相対位置（相対変位）を算出する（ステップＳ４）。
【００５２】
次に、力覚提示器制御部３１は、力覚提示制御部３１３により、相対位置算出部３１２からリアルタイムで取得した相対位置（相対変位）の算出結果を基に、仮想オブジェクトＯｂｊと仮想被当接体Ｗが当接の状態であるか非当接の状態であるかを判定する（ステップＳ５）。
【００５３】
ここで、力覚提示制御部３１３は、相対位置算出部３１２からリアルタイムで取得した相対位置（相対変位）の算出結果がプラスの値である時は仮想オブジェクトＯｂｊと仮想被当接体Ｗが非当接の状態にあると判定し（ステップＳ５：Ｎｏ）、力覚提示器２の本体部２ａから力覚提示部２ｂが伸長していない初期位置とするべく、ステップＳ１に移行する。
【００５４】
一方、力覚提示制御部３１３は、相対位置算出部３１２からリアルタイムで取得した相対位置（相対変位）の算出結果がゼロ又はゼロ以下の値であるマイナスとなる時は仮想オブジェクトＯｂｊと仮想被当接体Ｗが当接の状態にあると判定する（ステップＳ５：Ｙｅｓ）。そして、力覚提示制御部３１３は、そのゼロ以下の値である相対位置（相対変位）の算出結果に応じて、マイナスに向かうほど力覚提示器２の本体部２ａから力覚提示部２ｂを伸長させ、力覚提示部２ｂの実体位置が当該当接位置を保持するよう、力覚提示駆動部３１４の駆動制御を介して力覚提示器２における力覚提示部２ｂの位置を制御する（ステップＳ６）。
【００５５】
その後、処理を終了（アプリケーションの実行終了とするステップＳ７：Ｙｅｓ）まで継続するときはステップＳ２に移行する（ステップＳ７：Ｎｏ）。
【００５６】
このように構成することで、仮想空間モデルに設けられる仮想被当接体Ｗ（本例では、壁）に対し仮想オブジェクトＯｂｊが当接するか否かがリアルタイムに判定され、仮想被当接体Ｗ（本例では、壁）に対し仮想オブジェクトＯｂｊが当接すると（当接には衝撃を受けることを含む）、仮想空間モデル内の仮想オブジェクトＯｂｊに対応する力覚提示器２についても、仮想オブジェクトの仮想被当接体に対する当接を、仮想空間モデルに従うように当該力覚提示器を把持する指又は手のひらを実空間上で移動制限又は姿勢制限させ、或いは指又は手のひらに衝撃を付与するものとなる。
【００５７】
即ち、物理的にユーザの手や指が仮想被当接体Ｗ（本例では、壁）領域に対応する実空間領域に侵入できないようになる（無理に物理的に移動させようとすると力覚提示器２を把持できなくなる）。以下、より具体的に、この動作について詳細に説明する。
【００５８】
図５（ａ），（ｂ）は、それぞれ本発明による一実施形態の力覚提示器２の動作例を示す図である。力覚提示器２の把持の仕方には様々に許容され、図５（ａ）と図５（ｂ）ではそのうち２例を分けて図示している。
【００５９】
即ち、図５（ａ）（図５（ａ−１）〜（ａ−３））では、力覚提示器２を力点Ｐ１に位置する１〜４本の指（人差し指、中指、薬指、小指）と、これら４指に対向し力点Ｐ２に位置する親指と、力点ｄｔｐに位置する手のひらを用いた片手Ｈ全体で把持した状態で、仮想被当接体Ｗ（本例では、壁）領域に対し垂直（ｘ軸方向）に仮想オブジェクトＯｂｊ（力覚提示器２に対応する）を侵入させていない状態（図５（ａ−１））から侵入させようとする状態（図５（ａ−２），（ａ−３））の動作例を示している。
【００６０】
一方、図５（ｂ）（図５（ｂ−１）〜（ｂ−３））では、力覚提示器２を力点Ｐに位置する１〜４本の指（人差し指、中指、薬指、小指）と、これら４指に対向し力点ｄｔｐに位置する親指による片手Ｈで把持した状態で、仮想被当接体Ｗ（本例では、壁）領域に対し垂直（ｘ軸方向）に仮想オブジェクトＯｂｊ（力覚提示器２に対応する）を侵入させていない状態（図５（ｂ−１））から侵入させようとする状態（図５（ｂ−２），（ｂ−３））の動作例を示している。
【００６１】
代表して、図５（ａ）に示す例のときの動作を詳細に説明する。
【００６２】
図５（ａ−１）に示す状態では、ユーザが力覚提示器２を片手Ｈで保持し、力覚提示器２の本体部２ａから力覚提示部２ｂが伸長していない初期位置に設定され、仮想オブジェクトＯｂｊ（力覚提示器２に対応する）が仮想被当接体Ｗ（本例では、壁）領域に侵入していない状態を示している。このとき、仮想オブジェクトＯｂｊの姿勢に応じた実体位置と、仮想オブジェクトＯｂｊの位置を基準にした仮想被当接体Ｗの位置との相対位置（相対変位）の値として、力覚提示器２の重心点ｄ０と力覚提示部２ｂの先端となる力点ｄｔｐまでの相対変位＋Ｄａであるとする。
【００６３】
続いて、図５（ａ−２）に示す状態のように、仮想被当接体Ｗ（本例では、壁）領域に対し垂直（ｘ軸方向）に仮想オブジェクトＯｂｊ（力覚提示器２に対応する）を侵入させようとすると、仮想オブジェクトＯｂｊの姿勢に応じた実体位置と、仮想オブジェクトＯｂｊの位置を基準にした仮想被当接体Ｗの位置との相対位置（相対変位）の値として、−Ｄｂ（｜Ｄｂ｜＞｜Ｄａ｜）となり、力覚提示部２ｂの先端となる力点ｄｔｐが常に仮想被当接体Ｗの表面に対応する実空間位置に留まり続けるように駆動制御される。このとき、４指の力点Ｐ１に加わる力と親指の力点Ｐ２に加わる力の合力が、力点ｄｔｐの手のひらに加わる力と釣り合う状態となっている。
【００６４】
更に、図５（ａ−３）に示す状態のように、仮想被当接体Ｗ（本例では、壁）領域に対し垂直（ｘ軸方向）に仮想オブジェクトＯｂｊ（力覚提示器２に対応する）をより一層侵入させようとしても、仮想オブジェクトＯｂｊの姿勢に応じた実体位置と、仮想オブジェクトＯｂｊの位置を基準にした仮想被当接体Ｗの位置との相対位置（相対変位）の値として、−Ｄｃ（｜Ｄｃ｜＞｜Ｄｃ｜）となり、力覚提示部２ｂの先端となる力点ｄｔｐが常に仮想被当接体Ｗの表面に対応する実空間位置に留まり続けるように駆動制御される。このときも、４指の力点Ｐ１に加わる力と親指の力点Ｐ２に加わる力の合力が、力点ｄｔｐの手のひらに加わる力と釣り合う状態となっている。
【００６５】
ところで、従来技法では、仮想被当接体Ｗ（本例では、壁）領域に対し仮想オブジェクトＯｂｊが当接した状態にあるか否かを知覚させることはできるが、仮想被当接体Ｗ（本例では、壁）領域に対し仮想オブジェクトＯｂｊが侵入不能であることを力覚提示で知覚させることができなかった。
【００６６】
これに対し、本発明に係る力覚提示器２及び仮想力覚提示装置１では、力覚提示器２を把持する手のひらの表面の空間位置（力点ｄｔｐの位置）を、物理的に仮想被当接体Ｗ（本例では、壁）に対応する実空間位置に押しとどめるようにしている。即ち、力覚提示器２は、手のひらが仮想被当接体Ｗ（本例では、壁）に対応する実空間領域に侵入しようとし続ける限り力覚提示部２ｂが本体部２ａから伸長し、力覚提示器２自体の全長が伸長し続ける。
【００６７】
従って、本発明に係る力覚提示器２及び仮想力覚提示装置１では、ユーザが力覚提示器２を把持し続ける限り、手のひらが仮想被当接体Ｗ（本例では、壁）に対応する実空間領域に侵入することは不可能となる。逆に言うと、手のひらを仮想被当接体Ｗ（本例では、壁）に対応する実空間領域に侵入させるには、ユーザが力覚提示器２を手放さざるを得なくなる。尚、図示する例では、手のひら以外の指などの部位は仮想被当接体Ｗ（本例では、壁）に対応する実空間領域に侵入しているが、ユーザが指の先端と手のひら、あるいは装置の中心位置など、いずれの境界を壁だと知覚させるかは、随意、映像情報及び音声情報の重畳や提示の仕方に適合させることができる。
【００６８】
尚、図５（ｂ）に示す例のときの動作も、図５（ａ）に示す例と同様であり、力覚提示部２ｂの先端となる力点ｄｔｐが常に仮想被当接体Ｗの表面に対応する実空間位置に留まり続けるように駆動制御される。このとき、４指の力点Ｐに加わる力と親指の力点ｄｔｐに加わる力が釣り合う状態となっている。従って、本発明に係る力覚提示器２及び仮想力覚提示装置１では、ユーザが力覚提示器２を把持し続ける限り、親指全体が仮想被当接体Ｗ（本例では、壁）に対応する実空間領域に侵入することは不可能となる。
【００６９】
尚、力覚提示部２ｂの最大変位量は、当該力覚提示部２ｂの物理的な最大長とする必要は無く、個々のユーザ、又は大多数のユーザの手が把持できる最大幅を超えるよう設定すればよく、例えば１０ｃｍ程度の伸長量で十分である。
【００７０】
〔力覚提示器の変形例１，２〕
上述した図３等に示す力覚提示器２の構成例では、本体部２ａから伸縮する力覚提示部２ｂを１つとして構成する例を説明したが、本体部２ａから伸縮する力覚提示部２ｂを複数として構成することもできる。
【００７１】
例えば、図６（ａ）に示す変形例１のように、本体部２ａから１軸双方向に伸縮する２つの力覚提示部２ｂ‐１，２ｂ‐２を有する構成とすることができ、２つの力覚提示部２ｂ‐１，２ｂ‐２の各最大伸長量を個別に変化させて同時に制御するよう制御ユニット３を構成することができる。また、図６（ａ）に示す変形例２のように、本体部２ａから互いに直交する２軸双方向に伸縮する４つの力覚提示部２ｂ‐１，２ｂ‐２，２ｂ‐３，２ｂ‐４を有する構成とすることができる。以下、個々に区別して説明しないときは、総括して「力覚提示部２ｂ」とも称する。従って、制御ユニット３により、１つ又は複数の力覚提示部２ｂの各々の各最大伸長量を個別に変化させて同時に制御することで、仮想オブジェクトの仮想被当接体に対する位置に応じて、仮想オブジェクトの仮想被当接体に対する当接の力覚を提示するよう構成することができる。
【００７２】
更に軸数を増やして５つ以上の力覚提示部を有する構成とすることもできる。変形例１，２のいずれについても手の中に収まるサイズで力覚提示器２を実装することができる。力覚提示器２における力覚提示部の数や増大させることや、各力覚提示部の最大伸長量を変化させることで、より多彩な力覚提示が可能となる。
【００７３】
例えば、図７には、図６（ｂ）に示す変形例２の力覚提示器２の動作例を示している。変形例２の力覚提示器２における４つの力覚提示部２ｂ‐１，２ｂ‐２，２ｂ‐３，２ｂ‐４の伸縮方向はｘ，ｙ軸の２自由度とされ、図７の中央に示す（Ａ）視のように、片手で変形例２の力覚提示器２を把持して、仮想被当接体Ｗ（例えば、壁）の表面に対応する実空間位置により四方を囲まれているときの制御について示している。
【００７４】
図５で説明した動作原理に基づいて、図７の中央に示す（Ａ）視の状態にある図６（ｂ）に示す変形例２の力覚提示器２を、（Ｂ）視乃至（Ｉ）視の８方向の移動位置に応じて、４つの力覚提示部２ｂ‐１，２ｂ‐２，２ｂ‐３，２ｂ‐４の伸長量を同時に制御するよう制御ユニット３を構成することができる。
【００７５】
例えば、（Ｂ）視及び（Ｈ）視の移動位置では、変形例２の力覚提示器２において制御ユニット３は力覚提示部２ｂ‐１，２ｂ‐３，２ｂ‐４の各最大伸長量を個別に変化させて同時に制御する。（Ｃ）視及び（Ｇ）視の移動位置では、変形例２の力覚提示器２において制御ユニット３は力覚提示部２ｂ‐３，２ｂ‐４の各最大伸長量を個別に変化させて同時に制御する。（Ｄ）視及び（Ｆ）視の移動位置では、変形例２の力覚提示器２において制御ユニット３は力覚提示部２ｂ‐２，２ｂ‐３，２ｂ‐４の各最大伸長量を個別に変化させて同時に制御する。（Ｅ）視及び（Ｉ）視の移動位置では、変形例２の力覚提示器２において制御ユニット３は力覚提示部２ｂ‐１，２ｂ‐２の各最大伸長量を個別に変化させて同時に制御する。
【００７６】
即ち、Ｂ視乃至Ｉ視の８方向のいずれの移動位置に対しても、力覚提示部２ｂ‐１，２ｂ‐２，２ｂ‐３，２ｂ‐４のいずれかの先端となる力点が常に四方の仮想被当接体Ｗのいずれかの当接対象の表面に対応する実空間位置に留まり続けるように駆動制御される。従って、ユーザが変形例２の力覚提示器２を把持し続ける限り、指または手のひらの一部が仮想被当接体Ｗ（本例では、壁）に対応する実空間領域に侵入することは不可能となる。
【００７７】
このように、力覚提示器２における力覚提示部の数や増大させることや、各力覚提示部の最大伸長量を変化させることで、２次元空間に限らず３次元空間において制御するよう制御ユニット３を拡張することが可能である。３次元空間において制御する場合においては、手全体で全方位を網羅的に包み込むような持ち方をすることが望ましい。
【００７８】
〔力覚提示器の変形例３，４〕
上述した図３等に示す力覚提示器２の構成例では、本体部２ａから伸縮する力覚提示部２ｂを１つとして構成する例を説明したが、力覚提示部２ｂの他に、仮想物体の形状や硬さを知覚させるための触力覚提示部２ｄを追加した構成とすることもできる。例えば、図８（ａ）に示す変形例３のように、本体部２ａから１つの力覚提示部２ｂを有するとともに、親指に対し仮想物体の形状や硬さを知覚させるための触力覚提示部２ｄ‐１と、１〜４本の指（人差し指、中指、薬指、小指）に対し仮想物体の形状や硬さを知覚させるための１つ又は複数の触力覚提示部２ｄ（図示する例では２つの触力覚提示部２ｄ‐２，２ｄ‐３）を有する構成とすることができる。
【００７９】
また、図８（ｂ）に示す変形例４のように、本体部２ａから複数の力覚提示部２ｄ（図示する例では２つの力覚提示部２ｂ‐１，２ｂ‐２）を有するとともに、親指に対し仮想物体の形状や硬さを知覚させるための触力覚提示部２ｄ‐１と、１〜４本の指（人差し指、中指、薬指、小指）に対し仮想物体の形状や硬さを知覚させるための１つ又は複数の触力覚提示部２ｄ（図示する例では２つの触力覚提示部２ｄ‐２，２ｄ‐３）を有する構成とすることができる。以下、個々に区別して説明しないときは、総括して「触力覚提示部２ｄ」とも称する。
【００８０】
このような触力覚提示部２ｄは、力覚提示部２ｂのような伸長量を制御することで伸縮させるものとは異なり、縮長量とその反力を制御することで伸縮させるものとすることで、提示する力覚を区別して知覚させることができる。尚、触力覚提示部２ｄの構造は、図３に示すようなラック＆ピニオン構造のアクチュエータとすることができ、これ以外にも、リニアアクチュエータや、例えば特許文献１に開示されるような入れ子構造の多段伸長式のアクチュエータとしてもよい。
【００８１】
尚、触力覚提示部２ｄを設ける際には、仮想物体の形状や硬さを知覚させるために１ｋＨｚ程度のフィードバックループによる制御周期で動作させることが好ましい。また、力覚提示部２ｂで、仮想被当接体Ｗ（本例では、壁）の硬さを表現させたい場合にも、１ｋＨｚ程度のフィードバックループによる制御周期で表現でき、特に制御周期を変えることで壁の硬さを制御してもよい。
【００８２】
以上のように、本発明に係る力覚提示器２及び仮想力覚提示装置１は、ユーザが片手または両手全体で包み込むように力覚提示器２を把持した際に、その力覚提示器２を把持することができる手又は指の開き具合にはユーザの手の大きさに応じた一定の限界があることを利用して、手が開く大きさの限界に至るまで力覚提示部２ｂの伸縮による力覚提示器２の幅又は全体の大きさをリアルタイムに制御することで、この力覚提示器２を掴んでいる手指が侵入できる実空間の領域を仮想空間モデルに対応付けて制御する。
【００８３】
これにより、上記のようなバーチャルリアリティ環境において、片手に収まるような土台を要しない装置を用いる場合においても、実空間において装置が侵入することができる仮想被当接体Ｗ（本例では、壁）の領域を錯覚的に制御して再現することが可能となる。
【００８４】
〔適用例〕
図９（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ本発明による一実施形態の仮想力覚提示装置１の適用例を示す図である。
【００８５】
力覚提示器２及び仮想力覚提示装置１をバーチャルリアリティやゲームなどのコンテンツに応用する場合には、例えば図９（ａ）に示すように、仮想空間モデルとしての野球ゲームにて、バットを力覚提示器２に対応する仮想オブジェクトＯｂｊとし、ボールを仮想被当接体Ｗとすることができる。この場合、バットがボールに衝突した場合の衝撃を物理的に再現することができる。逆にボールを力覚提示器２に対応する仮想オブジェクトＯｂｊとし、バットを仮想被当接体Ｗとすることもできる。この場合、バットやグラウンドとボールが衝突した場合の衝撃を物理的に再現することができる。
【００８６】
また、図９（ｂ）に示すように、仮想空間モデルとしての三次元迷路やダンジョンにて、ボールなどの移動体を力覚提示器２に対応する仮想オブジェクトＯｂｊとし、壁、床、天井を仮想被当接体Ｗとすることができる。このように、壁だけではなく、三次元的に上下に存在する天丼や床への侵入を不可能とするような力覚の提示が可能である。このとき、物理的に通り抜けることができるトンネルや穴を通過する場合には、力覚の提示を行わないことになるため、ユーザはこの方向に限り自由に進むことができるなどの演出が可能となる。
【００８７】
図９（ｃ）に示すように、バーチャルリアリティゴーグル（又はヘッドマウントディスプレイとも称される）を表示装置５として利用し、仮想空間モデルとしての仮想的なキャラクターと対峙するようなストーリーゲームにて、例えば手に持った剣等のアイテムを力覚提示器２に対応する仮想オブジェクトＯｂｊとし、怪獣などの動物体や岩等の静物体を仮想被当接体Ｗとすることができる。
【００８８】
このように、仮想力覚提示装置１は、仮想オブジェクトＯｂｊに対応する力覚提示器２を、仮想オブジェクトの仮想被当接体に対する当接を、仮想空間モデルに従うように当該力覚提示器を把持する指又は手のひらを実空間上で移動制限又は姿勢制限させ、或いは指又は手のひらに衝撃を付与するものとなる。
【００８９】
本発明は、上述した実施形態の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載によってのみ制限される。例えば、上述した実施形態の例では、力覚提示器制御部３１を、力覚提示器２とは別体に構成される制御ユニット２内に設ける例を説明したが、力覚提示器制御部３１を力覚提示器２の内部に設けて電池駆動とし、力覚提示器制御部３１が仮想空間モデル表示制御部３２１と近距離無線通信で連動制御する構成とすることができる。これにより、一層、使い勝手を向上させた力覚提示器２を構成することができる。
【００９０】
また、上述した実施形態の例では、この仮想被当接体情報として、仮想空間モデルの仮想被当接体Ｗの位置を示すものとして説明するが、単純に、仮想オブジェクトＯｂｊと仮想被当接体Ｗとが仮想空間モデル上で当接しているか否かを示すフラグとして構成してもよい。即ち、仮想オブジェクトＯｂｊと仮想被当接体Ｗとが仮想空間モデル上で当接している旨を示す間は、力覚提示器２における力覚提示部２ｂによる力覚提示を行い、当該フラグが非当接を示すときに力覚提示器２における力覚提示部２ｂを初期位置に設定するよう制御することで、上述した実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明によれば、グローブなどを装着したりすることなくユーザが自由につかんだり放したりすることができるよう把持可能な力覚提示器とその力覚提示器を制御する制御ユニットで仮想力覚提示装置を構成しつつ、仮想空間モデル内で、力覚提示器に対応する仮想オブジェクトを仮想被当接体に対し移動制限又は姿勢制限させるように、仮想空間モデルと相互作用するユーザインターフェースを実現することができるので、バーチャルリアリティの用途に有用である。
【符号の説明】
【００９２】
１  仮想力覚提示装置
２  力覚提示器
２ａ  本体部
２ｂ, ２ｂ‐１，２ｂ‐２, ２ｂ‐３, ２ｂ‐４  力覚提示部
２ｃ  可撓性カバー
２ｄ, ２ｄ‐１，２ｄ‐２, ２ｄ‐３  触力覚提示部
３  制御ユニット
４  リアルタイム３次元運動計測システム
５  表示装置
２１  サーボモータ
２２  ピニオンギヤ
２３  ラック
２３ａ  ラックの一端
２３ｂ  ラック２３の他端
２４  本体部の平坦面
２５  開口部
２６  力覚提示部の平坦面
３１  力覚提示器制御部
３２  アプリケーション実行部
３３  記憶部
４１  モーションキャプチャカメラ
４２  信号処理ユニット
３１１  実体位置・姿勢検出部
３１２  相対位置算出部
３１３  力覚提示制御部
３１４  力覚提示駆動部
３２１  仮想空間モデル表示制御部
【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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【図９】
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