(57)【要約】【課題】空間情報も含めたパック装置の移動軌跡を収集可能とする。【解決手段】パック装置１を、少なくとも３個の発光ダイオード１１と、各発光ダイオード１１を所定の時間差をもって発光させる発光制御装置１２とで構成し、また、センステーブル装置２を、それぞれにＩＤが付された発光ダイオード１１から発光信号を受信する光信号受信部２１と、発光信号から３点測量の原理により３次元座標を算出し、更に、ＩＤによって識別される発光ダイオード１１の座標位置から回転角を算出する演算部２３を有する。【選択図】      図１
2004302852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センステーブル上を移動し、その座標位置および回転角を検出するために前記センステーブル上に載置されるパック装置であって、
少なくとも３つの発光部と、
前記各発光部を所定の時間差をもって発光させる発光制御装置と、
を実装して成ることを特徴とするパック装置。
【請求項２】
センステーブル上を移動するパック装置の３次元座標位置と回転角とを検出するセンステーブル装置であって、
前記パック装置に実装され、所定の時間差をもって発光するそれぞれにＩＤが付された少なくとも３つの発光部から発光信号を受信する光信号受信部と、
前記発光信号から３点測量により３次元座標を算出し、更に、前記ＩＤによって識別される発光部の座標位置から回転角を算出する演算部と、
を備えたことを特徴とするセンステーブル装置。
【請求項３】
前記パック装置が前記センステーブル上から空間軸方向に所定の距離だけ離れたときに前記パック装置が空間上に位置するものとして判定する判定部を備えたことを特徴とする請求項２に記載のセンステーブル装置。
【請求項４】
パック装置と、センステーブル上を移動する前記パック装置の３次元座標位置と回転角とを検出するセンステーブル装置から成る座標位置検出システムであって、
前記パック装置に実装され、所定の時間差をもって発光する、それぞれにＩＤが付された少なくとも３つの発光部から発光信号を受信し、前記発光信号から３点測量により３次元座標を算出し、更に前記ＩＤによって識別される発光部の座標位置から回転角を算出する座標位置検出部と、
前記３次元座標に基づく前記パック装置の移動軌跡を格納する移動軌跡データベースと、
を備えたことを特徴とする座標位置検出システム。
【請求項５】
前記パック装置に実装される発光部とは対向する面に磁性体を実装し、前記磁性体を介して垂直面での操作による座標位置および回転角を検出することを特徴とする請求項４に記載の座標位置検出システム。
【請求項６】
パック装置と、センステーブル上を移動する前記パック装置の３次元座標位置と回転角とを検出するセンステーブル装置から成る座標位置検出システムに用いられる座標位置検出プログラムであって、
前記パック装置に実装され、所定の時間差をもって発光する、それぞれにＩＤが付された少なくとも３つの発光部から発光信号を受信するステップと、
前記発光信号から３点測量により３次元座標を算出し、更に前記ＩＤによって識別される発光部の座標位置から回転角を算出するステップと、
前記３次元座標に基づく前記パック装置の移動軌跡を移動軌跡データベースに格納するステップと、
をコンピュータに実行させる座標位置検出プログラム。
【請求項７】
パック装置と、センステーブル上を移動する前記パック装置の３次元座標位置と回転角とを検出するセンステーブル装置から成る座標位置検出システムに用いられるプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体であって、
前記パック装置に実装され、所定の時間差をもって発光する、それぞれにＩＤが付された少なくとも３つの発光部から発光信号を受信するステップと、
前記発光信号から３点測量により３次元座標を算出し、更に前記ＩＤによって識別される発光部の座標位置から回転角を算出するステップと、
前記３次元座標に基づく前記パック装置の移動軌跡を移動軌跡データベースに格納するステップと、
をコンピュータに実行させる座標位置検出プログラムを記録した記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空間も含めた座標位置および回転角を検出するためにセンステーブル上に載置される、パック装置、およびそのセンステーブル装置、ならびに座標位置検出システム、座標位置検出プログラム、その記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＵＩ（Ｃｈａｒａｃｔｅｒ  Ｕｓｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）、ＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ  Ｕｓｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）に続く次世代のユーザインタフェースとして、マサチューセッツ工科大学では、ＴＵＩ（Ｔａｎｇｉｂｌｅ  Ｕｓｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）と称される直感的なインタフェースの研究が行われている。
この研究のプラットフォームとしてセンステーブルと称される装置が使用され、この装置は、センステーブル本体の他に、位置と回転角の検出が可能なパックから構成されている（非特許文献１参照）。
【０００３】
図３に、ＴＵＩを用いてネットワーク設計を行う場合の座標位置検出システムの構成例が示されている。磁気シートが敷設されたセンステーブル本体３１上には、ＰＣ３２によって生成出力される設計図がプロジェクタ３３を介して投影され、その設計図上をユーザが、コイルが巻かれたパック３４を操作することにより、ＰＣ３２によってその座標位置、あるいは回転角が取り込まれる。
例えば、センステーブル本体３１上に投影された設計図に表現されたノード間にリンクを設定する場合、リンクを設定するノードにバインドしたパック３４同士を接触させることにより実施し、リンクの帯域を変更する場合は、リンクにパック３４をバインドし、回転させることにより実現する。このＴＵＩを適用することによって複数の人間によるパック操作が可能となり、設計者間で議論しながらコラボレーションによる設計が可能になる。
【０００４】
【非特許文献１】
［平成１５年３月２０日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｔａｎｇｉｂｌｅ．ｍｅｄｉａ．ｍｉｔ．ｅｄｕ／ｐａｐｅｒｓ／ＳｅｎｓｅＴａｂｌｅ＿ＣＨＩ０１／ＳｅｎｓｅＴａｂｌｅ＿ＣＨＩ０１．ｈｔｍｌ＞
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したセンステーブルは座標位置検出にコイルを用いた電磁誘導方式を採用しており、従って、磁気シートから一定の距離までしかパックの座標位置を検出できない。このため、ネットワーク設計を行う際に、設計者がパックを、センステーブル上の空間をどのように移動させたかを示す履歴を残すことはできない。ネットワーク設計の効率化を検討するにあたっては、設計者の試行錯誤を含めた操作の全てを把握することが必要であり、ＴＵＩで採用される電磁誘導では実現し得ない。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、３次元データ入力のためのモーションキャプチャを用いて、発光部が設けられたパック装置の３次元座標位置を正確に把握し、空間情報も含めたパック装置の移動軌跡を収集可能な、パック装置、およびそのセンステーブル装置、ならびに座標位置検出システム、座標位置検出プログラム、その記録媒体を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために本発明は、センステーブル上を移動し、その座標位置および回転角を検出するために前記センステーブル上に載置されるパック装置であって、少なくとも３つの発光部と、前記各発光部を所定の時間差をもって発光させる発光制御装置と、を実装して成ることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、時間差で発光する複数の発光部でパック装置を構成することにより、発光部の幾つかが手によって遮蔽された場合にも最低３個の発光部からの光を受光させることでパック装置の位置を正確に把握させることができる。
【０００９】
上記した課題を解決するために本発明は、センステーブル上を移動するパック装置の３次元座標位置と回転角とを検出するセンステーブル装置であって、前記パック装置に実装され、所定の時間差をもって発光するそれぞれにＩＤが付された少なくとも３つの発光部から発光信号を受信する光信号受信部と、前記発光信号から３点測量により３次元座標を算出し、更に、前記ＩＤによって識別される発光部の座標位置から回転角を算出する演算部と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、光信号受信部で所定の時間差をもって発光するそれぞれにＩＤが付された少なくとも３つの発光部から発光信号を受信し、演算部で発光信号から３点測量による３次元座標を算出することで、パック装置をセンステーブル上ではなくセンステーブル上空で移動させてもそのパック装置の軌跡を空間移動情報も含めて正確に収集できる。
【００１１】
また、本発明において、前記パック装置が前記センステーブル上から空間軸方向に所定の距離だけ離れたときに前記パック装置が空間上に位置するものとして判定する判定部を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、センステーブル上の操作であるか否かの判断は空間座標（Ｚ軸）により行われるが、パック装置を移動させる際には多少センステーブルから離れることもあるため、空間軸方向に、例えば、１ｃｍ程度離れてもセンステーブル上にあるという判断を行うことができる。
【００１２】
上記した課題を解決するために本発明は、パック装置と、センステーブル上を移動する前記パック装置の３次元座標位置と回転角とを検出するセンステーブル装置から成る座標位置検出システムであって、前記パック装置に実装され、所定の時間差をもって発光する、それぞれにＩＤが付された少なくとも３つの発光部から発光信号を受信し、前記発光信号から３点測量により３次元座標を算出し、更に前記ＩＤによって識別される発光部の座標位置から回転角を算出する座標位置検出部と、前記３次元座標に基づく前記パック装置の移動軌跡を格納する移動軌跡データベースと、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、座標位置検出部が、所定の時間差をもって発光するそれぞれにＩＤが付された少なくとも３つの発光部から発光信号を受信し、３点測量による３次元座標を算出することで、パック装置をセンステーブル上ではなくセンステーブル上空で移動させてもそのパック装置の軌跡を空間移動情報も含めて正確に収集可能な座標位置検出システムを提供することができる。
【００１４】
また、本発明において、前記パック装置に実装される発光部とは対向する面に磁性体を実装し、前記磁性体を介して垂直面での操作による座標位置および回転角を検出することを特徴とする。
本発明によれば、発光部による３次元位置座標の検出の他に、磁石を用いた垂直面での操作も可能になるため、これまでセンステーブルに投影する表示装置は、センステーブルと垂直面に設置する必要があったが、本発明により通常の水平面からの投影により実現することも可能となる。
【００１５】
上記した課題を解決するために本発明は、パック装置と、センステーブル上を移動する前記パック装置の３次元座標位置と回転角とを検出するセンステーブル装置から成る座標位置検出システムに用いられる座標位置検出プログラムであって、前記パック装置に実装され、所定の時間差をもって発光する、それぞれにＩＤが付された少なくとも３つの発光部から発光信号を受信するステップと、前記発光信号から３点測量により３次元座標を算出し、更に前記ＩＤによって識別される発光部の座標位置から回転角を算出するステップと、前記３次元座標に基づく前記パック装置の移動軌跡を移動軌跡データベースに格納するステップと、をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００１６】
上記した課題を解決するために本発明は、パック装置と、センステーブル上を移動する前記パック装置の３次元座標位置と回転角とを検出するセンステーブル装置から成る座標位置検出システムに用いられるプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体であって、前記パック装置に実装され、所定の時間差をもって発光する、それぞれにＩＤが付された少なくとも３つの発光部から発光信号を受信するステップと、前記発光信号から３点測量により３次元座標を算出し、更に前記ＩＤによって識別される発光部の座標位置から回転角を算出するステップと、前記３次元座標に基づく前記パック装置の移動軌跡を移動軌跡データベースに格納するステップと、をコンピュータに実行させる座標位置検出プログラムを記録したことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明における座標位置検出システムの一実施形態を示すブロック図である。
図１において、１は、後述する発光ダイオード１１が設けられたパック装置、２はセンステーブル装置である。パック装置１は、ここでは、上述の発光部の一例となる発光ダイオード１１（図１におけるＬＥＤ１１に該当）と、発光制御装置１２と、磁性体１３で構成される。発光ダイオード１１は、パック装置１の表面に、磁性体１３は、パック装置１の裏面に実装される。発光制御装置１２は、６個の発光ダイオード１１（符号Ｌ１〜符号Ｌ６）に所定の時間差をもって順次発光させる機能を持つ。なお、ここでは、発光ダイオード１１は、６個の発光ダイオードＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６がパック装置１に設けられている。
【００１８】
センステーブル装置２は、座標位置検出部２０と、移動軌跡ＤＢ２５で構成される。座標位置検出部２０は、パック装置１に実装され、所定の時間差をもって発光する、それぞれにＩＤが付された６個の発光ダイオード１１から発光信号を受信し、３点測量の原理に従い３次元座標を算出し、更に、ＩＤによって識別される各発光ダイオード１１の座標位置から回転角を算出するもので、光信号受信部２１と、ＩＤ認識部２２と、演算部２３と、判定部２４と、磁気信号受信部２６で構成される。
【００１９】
光信号受信部２１は、パック装置１に実装された、所定の時間差をもって発光する、それぞれにＩＤが付された６個の発光ダイオード１１（Ｌ１〜Ｌ６）から発光信号を受信し、演算部２３は、光信号受信部２１によって受信される発光信号から３点測量により３次元座標を算出し、更に、ＩＤによって識別される発光ダイオード１１の座標位置から回転角を算出する。ＩＤ認識部２２は、発光ダイオード１１のそれぞれに付されたＩＤを認識して、位置座標の算出、回転角の算出における元データを提供する機能を持つ。
また、判定部２４は、パック装置１がセンステーブル上から空間軸方向に所定の距離だけ離れたときにパック装置１が空間上に位置することを判定する機能を持つ。更に、磁気信号受信部２６は、パック装置１の裏面に実装される磁性体１３を介して垂直面での操作による演算部２３での座標位置および回転角を検出するためのデータを受信する機能を持つ。
なお、移動軌跡ＤＢ２５には、３次元座標に基づくパック装置１の移動軌跡が記録される。
【００２０】
図２は、本発明における座標位置検出システムの動作を説明するために引用したフローチャートであり、具体的には本発明における座標位置検出プログラムの処理手順を示す。
以下、図２に示すフローチャートを参照しながら図１に示す座標位置検出システムの動作について詳細に説明する。
【００２１】
まず、設計者が、例えばリンクを設定する等、ネットワーク設計の手段としてパック装置１を移動させる（Ｓ２１）。
このとき、パック装置１に内蔵された発光制御装置１２により、パック装置１に実装された発光ダイオード１１の順次発光制御が行われるが、同時に、パック装置１の操作時、設計者の手で遮蔽される発光ダイオード１１の数が検出される（Ｓ２２）。ここで、センスステーブル装置２の光信号受信部２１で３個以上の光信号が正常に受信されたことが確認されると、あらかじめ定義された優先度に基づく３個の発光ダイオード１１の選択が行われ、選択された３個の発光ダイオード１１から受信された発光信号を有効にする（Ｓ２３）。そのとき、ＩＤ認識部２２で、その発光ダイオード１１に付与されたＩＤが認識される（Ｓ２４）。
なお、３次元位置座標を算出するためには、光信号受信部２１で最低限３個の発光ダイオード１１により出力される発光信号を受信する必要がある。
【００２２】
一方、判定部２４は、パック装置１がセンステーブル上から空間軸方向に所定の距離だけ離れたときにパック装置１が空間上に位置していることを認識し、ＩＤ認識部２２により認識されたＩＤと共に、演算部２３へ供給する。演算部２３には、更に、光信号受信部２１により、受信された少なくとも３個の発光ダイオード１１からの受光信号が供給されており、ここで３点測量の原理に基づく３次元位置座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）が算出される（Ｓ２５）。また、ＩＤに基づく回転方向、回転角の算出も行われる（Ｓ２６）。
このとき、パック装置１がセンステーブル上から、例えば１ｃｍ以上離れたときにパック装置１が空間上に位置するものと判定し、算出された空間位置座標（Ｚ軸）を有効とする（Ｓ２７、Ｓ２８）。また、距離が１ｃｍ以内の場合は、センステーブル上に載置されたものと判定する。
【００２３】
そして、得られたパック装置１の移動軌跡（３次元位置座標および回転角）は、移動軌跡ＤＢ２５に格納される（Ｓ２９）。
なお、パック装置１の裏面には磁性体１３が付加されており、磁気信号受信部２６により受信される磁気信号により、演算部２３で、垂直面での操作による座標位置および回転角を検出することも可能である。
【００２４】
以上説明のように本発明は、３次元データ入力のためのモーションキャプチャを用いた発光部となる発光ダイオードによりパック装置の３次元座標位置を正確に把握し、空間情報も含めたパック装置の移動軌跡を収集可能とするものである。３次元データ入力のためのモーションキャプチャの詳細は、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｐｔｉｐｈｏｅｎｉｘ．ｃｏｍ／Ｖｚ３０００．ｈｔｍｌに開示されている。
なお、図１に示す座標位置検出部２０を構成する、ＩＤ認識部２２、演算部２３、判定部２４のそれぞれで実行される手順をコンピュータ読取り可能な記録媒体に記録し、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより本発明のセンステーブル装置および座標位置検出システムが実現されるものとする。ここでいうコンピュータシステムとは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものである。
【００２５】
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【００２６】
以上、この発明の実施形態につき、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明のように本発明によれば、例えば、６個の発光部をパック装置に実装することで、発光が手により遮蔽された場合にも最低３個の発光部からの光を受信できればパック装置の位置を正確に把握することができる。
また、３次元位置座標データが取得できるため、パック装置がセンステーブル上に載置されていない場合にも空間情報の取得が可能であり、パック装置の軌跡を正確に確実に把握でき、その移動軌跡を保存することにより、例えば、ネットワーク設計の際における試行錯誤しながら移動させたパック装置の位置の履歴を確認し、その内容を次の設計に反映させることができる。本発明は、特に、ＴＵＩを用いてネットワーク設計を行う場合の座標位置検出システムに用いて顕著な効果が得られる。
【００２８】
更に、センステーブル上の操作であるか否かの判定は空間軸座標により実現されるが、パック装置を移動させるときは多少センステーブルから離れることもあるため、パック装置が、例えば１ｃｍ等、空間軸上の所定距離範囲内に存在する場合は、センステーブル上にあると判断することで、正確なパック装置の位置の把握が可能になる。また、本発明によれば、磁気を使用しない光センス方式であるため、パック装置の裏面に磁性体を実装することで、磁性体による垂直面でのパック装置の操作も可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における座標位置検出システムの一実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明における座標位置検出システムの動作を説明するために引用したフローチャートである。
【図３】ＴＵＩを用いてネットワーク設計を行う場合の座標位置検出システムの構成例を示す図である。
【符号の説明】
１…パック装置、２…センステーブル装置、１１、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６…発光ダイオード、１２…発光制御装置、１３…磁性体、２０…座標位置検出部、２１…光信号受信部、２２…ＩＤ認識部、２３…演算部、２４…判定部、２５…移動軌跡ＤＢ、２６…磁気信号受信部
【図１】
2004302852.tif 000003
【図２】
2004302852.tif 000004
【図３】
2004302852.tif 000005