(57)【要約】ディスプレイシステムは金属三角小平面（３０）のアレイからなるスクリーン（１）を備え、その小平面はスクリーン（１）の後に配置された気圧ピストン（２）のアレイにより出たり入ったりするように駆動される。ピストン（２）の後端は、減衰ピボット（８）により構造フレーム（７）にフレキシブルに接続される。ピストン（２）の前端は、小平面（３０）間の接続ノードに接続装置（１０）によりフレキシブルに結合される。接続装置（１０）は、ピストンが前方に押されると広がり離れる足（１３）を有する。そのためピストン（２）を使用して小平面（３０）のスクリーン（１）に正弦変形（１０１）などの視認可能な三次元表面効果を与えても良い。ディスプレイシステムは、またピストン（２）を駆動するための電子制御システムを含む。電子制御システムは、保存されたデータファイルを使用してスクリーン（１）上に特別な表面効果が作成される。または、制御システムは周囲音、周囲照明状況などの入力に実時間で応答する。
2004503834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前方の表示方向に面した機械的に再構成可能なディスプレイ表面と、
前記ディスプレイ表面の後に配置され、前方に向かって動き前記ディスプレイ表面を変形させ、視認可能な三次元表面効果を作成する構成を採用するように動作することができる機械的アクチュエータのアレイと、
を備えるディスプレイ装置。
【請求項２】
前記アクチュエータは、前記ディスプレイ表面の後の支持構造に接続された後端と、前記ディスプレイ表面にフレキシブルに接続された前端と、を有する請求項１記載のディスプレイ装置。
【請求項３】
前記アクチュエータの前記後端は、前記支持構造に接合される請求項２記載のディスプレイ装置。
【請求項４】
前記ディスプレイ表面は、可動ディスプレイ要素のアレイを含む先行する請求項のいずれかに記載のディスプレイ装置。
【請求項５】
前記可動ディスプレイ要素は、フレキシブルに相互に接続された小平面である請求項４記載のディスプレイ装置。
【請求項６】
前記小平面間の前記接続は、接続ノードのアレイを規定し、前記アクチュエータは前記接続ノードに接続されている請求項５記載のディスプレイ装置。
【請求項７】
アクチュエータの数は接続ノードの数より少ない請求項６記載のディスプレイ装置。
【請求項８】
アクチュエータの数は接続ノードの数の半分以下である請求項６記載のディスプレイ装置。
【請求項９】
アクチュエータの数は接続ノードの数の３分の１以下である請求項６記載のディスプレイ装置。
【請求項１０】
接続ノードの前記アレイの直交軸に沿って、１つおきの接続ノードで前記アクチュエータへの接続が存在する請求項６記載のディスプレイ装置。
【請求項１１】
前記接続ノードへの前記アクチュエータの前記接続は、正方形グリッドセルのグリッドを規定し、各グリッドセルは、各角にあり前記小平面の８つに接続されたアクチュエータのうちの１つを有する請求項１０記載のディスプレイ装置。
【請求項１２】
各アクチュエータの前記前端は、個々の小平面に接続されたフレキシブルな足を有する接続装置を保持する請求項６ないし１１のいずれか１つに記載のディスプレイ装置。
【請求項１３】
前記フレキシブルな足は、並んで配置され、前記個々の小平面の角に接続され、前記アクチュエータが始動すると広がるように配列されている請求項１２記載のディスプレイ装置。
【請求項１４】
前記小平面は概して多角形である請求項５ないし１３のいずれか１つに記載のディスプレイ装置。
【請求項１５】
前記小平面は概三角形である請求項１４記載のディスプレイ装置。
【請求項１６】
前記小平面の対向する縁はわずかに長軸方向に凸状であり、前記小平面の連結部を収容する請求項５ないし１５のいずれか１つに記載のディスプレイ装置。
【請求項１７】
前記小平面は前記小平面間のフレキシブルな接続に対し剛性である請求項５ないし１６のいずれか１つに記載のディスプレイ装置。
【請求項１８】
前記スクリーンはディスプレイ壁である先行する請求項のいずれかに記載のディスプレイ装置。
【請求項１９】
前記ディスプレイ表面は、前記アクチュエータの端により保持され、弾性相互接続器により共に接続され一体とされたスクリーン要素のアレイを備え、前記弾性相互接続器は、前記スクリーン要素を共に引っ張るようにバイアスされるが、アクチュエータの動作に応答して拡張し、前記スクリーン要素が横方向に離れて動くことができるようにするものである先行する請求項のいずれかに記載のディスプレイ装置。
【請求項２０】
前記ディスプレイスクリーンは、予め決められた厚さのモールド弾性層であり、前記層の厚さ内に延在するひだが存在し前記スクリーン要素は離れて動くことができる請求項１９記載のディスプレイ装置。
【請求項２１】
機械的に再構成可能なディスプレイ表面と前記ディスプレイ表面の後に配置され前方および後方に向かって移動し前記ディスプレイ表面を変形させ視認可能な動的三次元表面効果を作成する一連の構成を採用するように動作できるアクチュエータのアレイとを有するディスプレイ装置を制御するための制御システムであって、この制御システムは、
前記アクチュエータが前記ディスプレイ表面の前記一連の構成を作成するように出力コマンドを決定するためのコンピュータ手段と、
前記コマンドを出力するための出力手段と、
を備える制御システム。
【請求項２２】
前記コンピュータ手段は、データファイルから予め計算されたコマンドとして前記出力コマンドを読み取り、または新しい出力コマンドを計算するように配列されている請求項２１記載の制御システム。
【請求項２３】
前記コンピュータ手段は、また視認可能な静的三次元表面効果を作成するためのコマンドを計算することができる請求項２１または２２記載の制御システム。
【請求項２４】
入力手段は、局所的な動き、光条件または音などの周囲状況を検出し、前記コンピュータ手段により決定される前記出力コマンドに影響を与える請求項２１ないし２３のいずれか１つに記載の制御システム。
【請求項２５】
前記コマンドにより作成される前記動きの大きさは、前記検出された周囲状況の大きさの増大に伴い増大する請求項２４記載の制御システム。
【請求項２６】
さらに、前記ディスプレイ表面および／またはアクチュエータに関連する位置データを前記コンピュータ手段にフィードバックし、その後の表面効果の正確さを改善するためのフィードバック手段を備える請求項２１ないし２５のいずれか１つに記載の制御システム。
【請求項２７】
請求項１ないし２０のいずれか１つにかかるディスプレイ装置と、請求項２１ないし２６のいずれか１つにかかる制御システムと、を備えるディスプレイシステム。
【請求項２８】
機械的に再構成可能なディスプレイ表面と前記ディスプレイ表面を駆動するための機械的アクチュエータのアレイとを有するディスプレイ装置を制御する方法であって、この方法は、
前記アクチュエータが前記ディスプレイ表面を構成し視認可能な三次元表面効果を作成するためのコマンドを計算する工程と、
前記コマンドを前記アクチュエータに出力する工程と、
を含む方法。
【請求項２９】
前記コマンドの前記計算は検出された周囲状況に影響される請求項２８記載の方法。
【請求項３０】
コンピュータ上で実行される場合請求項２８または２９の方法の少なくとも計算工程を実行するための１以上のソフトウエア部分を備える、デジタルコンピュータのメモリにロード可能なコンピュータプログラム製品。
【請求項３１】
保存された請求項３０記載のコンピュータプログラム製品を有するコンピュータ使用可能な記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
この発明は、ディスプレイシステム、そのためのディスプレイ装置及びそのための制御システムに関する。
【０００２】
様々な小規模ディスプレイ装置が周知である。英国特許第１，５７３，８４６号では、弾性膜がイメージ点で静電的に局所変形され、イメージが表示、保持されるディスプレイ装置が開示されている。同様のディスプレイ装置が英国特許第１，５３８，３５９号及び米国特許第４，９０９，６１１号において開示されている。英国特許第１，３９７，１６８号のディスプレイ装置は、電磁気を使用してその膜をイメージ点で偏向させている。これらのディスプレイ装置は、全て小規模であり、裸眼で容易に直接見ることができる、膜の前方及び後方移動は作成されない。また、膜は直接見ることができる動的イメージを表示するのに必要な激しい動きには適応しない。そのような動的イメージは膜の鋭く局所的な湾曲の繰り返しを含み、膜自体のコントラストの高い輪郭のイメージが作成される。
【０００３】
本発明の第１の観点によれば、請求項１で規定されるディスプレイ装置が提供される。好ましい特徴は請求項２から２０において列挙されている。
【０００４】
ディスプレイ装置は、例えば建物上または建物内に取り付けても良い。その場合ディスプレイ装置は、壁などを形成しあるいは壁上の薄膜を形成する。ディスプレイ装置は、建物内、建物の外、あるいは部分的に建物内及び部分的に建物外に配置することができる。例えば、ディスプレイ装置は、部分的に接待領域に取り付けることができ、接待領域のアトリウムから貫通し建物の外壁上に至ることができる。
【０００５】
ディスプレイ表面（ディスプレイスクリーン）は主に動的イメージを表示するために使用されるが、静的イメージを保持するために使用されてもよい。例えば、劇場内の特別な劇を公表する広告は、スクリーン上に所定の期間、静的に表示することができる。その後、ディスプレイ装置は静的モードを動的モードに切り換え、劇から得られる動画を示す表面効果を表示することができる。
【０００６】
作成される表面効果は、予め記録した情報に基づくものであってもよく、でなければ周囲状況により望ましいイメージを決定することができる。例えば、周囲音を使用してリップルまたは抽象的なパターンを作成することができる。リップルまたは抽象的なパターンは、周囲音のレベルの増加に伴い、スクリーンを横切る移動の深さ及び／または掃引速度の観点から強度が増大する。スクリーンイメージが近くを通る人を検出して応答するように配置させることもできる。例えば、スクリーンは突然命を吹き込まれ、挨拶のメッセージを表示する。
【０００７】
現在、好ましい機械的アクチュエータは気圧ピストンである。このピストンは電磁ソレノイドバルブにより制御されてもよい。アクチュエータとして任意の型の機械的駆動装置を使用するのが適しているので、気圧ピストンの代替品には電気ステップサーボシステム及び水圧ピストンが含まれる。一般に、必要とされるのはディスプレイ表面を出たり入ったり移動させるのに使用することができる機械的出力を作成する機械的アクチュエータである。このように、機械的アクチュエータはそれ自体、気圧、水圧または電気を含むいずれかの方法で動力供給される。
【０００８】
三次元表面効果の波形がより視認できるようにスクリーンを傾斜光源で照射することが望ましい。
【０００９】
好ましい実施の形態では、この発明は、数式を実時間計算することにより、ディスプレイ表面上にパターンを形成するのに使用することができる、迅速に再構成可能なディスプレイ表面を提供する。
【００１０】
スクリーンは事実上フレキシブルな表面または表皮（ｓｋｉｎ）である。ほとんどの適用分野では、スクリーンは強靱で、柔軟である必要がある。我々は、剛性小平面（ｆａｃｅｔ）間の結合のみが本来弾性的である小平面を使用することを好む。
【００１１】
スクリーンの適したリフレッシュ速度は例えば１秒あたり１０フレーム、より好ましくは１秒あたり１００フレームとすることができる。
【００１２】
アクチュエータの制御にはパーソナルコンピュータを使用することができるが、埋め込みシステムを使用することが好ましい。これには、電源の故障が起きた時に、埋め込みシステムから重要なものは紛失せず、電源が最終的に回復すると自動的にやめたところから再開するという利点がある。
【００１３】
スクリーンの表皮表面は、我々のプロトタイプでは、光を反射するために研磨された材料から作製される。スクリーン表面が観察者に対し使用時に移動されると視野角により色が変化するように材料を選択することができる。これにより、ディスプレイ装置は着色表面効果またはイメージを作成することができるようになるべきである。
【００１４】
本発明の第２の観点によれば、請求項２１に記載されているようにディスプレイ装置を制御するための制御システムが提供される。制御システムの好ましい観点は、請求項２２から２６において記載されている。
【００１５】
本発明の第３の観点は、本発明の第１の観点のディスプレイ装置と本発明の第２の観点の制御装置とを相互に結合させたディスプレイシステムを含む。
【００１６】
本発明の第４の観点は、請求項２８に記載されているようにディスプレイ装置を制御するための方法を提供する。この方法の好ましい観点は請求項２９に記載されている。
【００１７】
この発明は、また請求項３０に記載されているようなコンピュータプログラム製品、及び請求項３１に記載されていようなコンピュータプログラム製品を保存しているコンピュータ使用可能な記憶媒体を提供する。
【００１８】
Ａ．　第１のプロトタイプの一般論
Ａ．１　要点
第１のプロトタイプは、大規模（構造規模）に弾性をもたせた表面の迅速かつ正確な物理的変形を作成することができる。これは電子制御システムを有する物理ディスプレイ装置にリンクする。物理ディスプレイ装置は、迅速な膨張及び収縮が可能な弾性表面にリンクされた（様々な数及び密度の）アクチュエータのマトリクスを含み、三次元表面の柔軟で連続的な動きが得られる。電子制御システムは、位置データを作成する数学モデラーを備え、位置データをバスシステムを介してプログラム制御ユニット（ＰＣＵ）を使用するアクチュエータに送る。
【００１９】
第１のプロトタイプの全般的な効果は三次元スクリーンの効果であり、アクチュエータはテレビセット上の画素と同様であるが空間において三次元配置が可能である。その速度及びリフレッシュ速度はテレビセットより速く、表面全体で連続する移動イメージ及び数学パターンを上映することができる。任意の電子入力に応答するように作成することができ、天気条件から人の動きあるいは周囲音まで広範囲にわたる様々な刺激に対し双方向に応答することができる。また、一連のパターンや広告などの録音音楽または録画イメージなどの予め記録された入力に応答してもよい。可能性のある適用分野としては娯楽、通信及び音響減衰が挙げられる。
【００２０】
Ａ．２　技術説明
物理ディスプレイ装置について電子制御システムとは別に説明するが、これらは一緒に動作する。
【００２１】
Ａ．２．１　物理ディスプレイ装置
物理ディスプレイ装置は以下の要素を備える。
１．　アルミニウムまたは鋼の構造フレームワーク、これは以下のものを保持する。
２．　電子、気圧または水圧アクチュエータ（ピストン）のグリッドと、
３．　任意の補助バルブ、パイプ、ケーブル、コンプレッサなど。
これらのサイズ及び密度は様々である。アクチュエータはベースを軸に旋回しアクチュエータシャフトが回転することができ、ピボットが減衰され衝撃が吸収される。これは、
４．　フレームに取り付けられ、ピストンシャフトを受け入れるようにねじ切られた合成ゴムスリーブ
により達成される。
これはまた、ボールソケットまたは同様の減衰装置を回転させることにより達成することもできる。
ピストンのヘッドは、
５．　フレームに取り付けられ、ベース周りのピストンの回転に減衰を提供する一連の金属スプリングまたはゴム／合成弾性ゴムストリップ
により支持される。
ピストンシャフトのヘッドは弾性表面に取り付けられる。この弾性表面は、
６．　剛性または半剛性の小平面（任意の材料製であり、例えば２ｍｍのアルミニウムシート）と、
７．　ピストンの動きを表皮に伝達し、小平面を共に１つの表面として連結させながら、その小平面を三次元で自由に移動させる接続装置（スキッド：ｓｑｕｉｄ）と、
８．　隣接ピストン間の表面の小平面を連結する中間接続装置（ピストンのないスキッド）（そのため、アクチュエータの密度は小平面の密度に関連して変動させてもよい）と、
を備える。
接続装置（スキッド）は、
９．　アクチュエータのシャフトに機械的に固定された接続装置内に鋳造された剛性スリーブにより
アクチュエータに固定される。
小平面は、
１０．　小平面の裏側に糊付けされたあるいは溶接された剛性スリーブにより接続装置（スキッド）に固定される。剛性スリーブは、
１１．　接続装置（スキッド）に埋め込まれ／融合され／固定された剛性スタッドの端上にクリンプされる。
【００２２】
Ａ．２．２　電子制御システム
電子制御システムは、物理ディスプレイ装置を制御し、物理ディスプレイ装置に位置情報を供給し、効果的に表面の動きパターンを制御する。電子制御システムは幾つかの機能面を結合し、様々な複雑性及び精巧性を増大させることができる。
【００２３】
Ａ．２．２．１　入力装置としての電子センサ
一連の電子センサを使用して装置をトリガする。シグナルは動き、光、音の検出から、あるいはリモートコンピュータ（例えば、ｅ−ｍａｉｌにより送られたファイル）またはビデオ装置から獲得され、入力シグナルが変更される。この効果により外部刺激が装置の動きに記録され、「対話式」動きポテンシャルの可能性が作成される。例えば、鋭いノイズにより波形速度が増大する。
【００２４】
原則的に、電子シグナルを発生させることができる任意の装置を関係させることができるが、実際には標準建物制御システムに連結された強盗動き検出器、サーモスタットなどの独自の電子モニタリング装置が使用されると考えられる。入力シグナルは、それがどのように使用されるべきかを決定し、数学的ジェネレータ（以下を参照のこと）へコマンドを出力するプログラムにより評価されるであろう。
【００２５】
Ａ．２．２．２．　シミュレータ／アクティブジェネレータ
これは、物理ディスプレイ装置の動きポテンシャルをシミュレートするように作成された、標準ＰＣ上にインストールされたＣ＋＋または他の言語で特別に書かれたプログラムを含む。これはコンピュータスクリーン上に可視イメージとして示され、異なるパラメータ及び入力コマンドを受けると動作中の物理ディスプレイ装置をシミュレートするために全て基本関数パラメータを変更することができる。例えば、シミュレータは、直径１２ｍｍの６００ｍｍピストンを用いて３．５バールで動作させた場合と、直径２０ｍｍの５００ｍｍピストンを用いて７バールで動作させた場合の違いを示すことができる。このためには、シミュレータは高速で計算し、コンピュータスクリーンの描画時間を考慮に入れる必要がある。
【００２６】
このプログラムは、シミュレータとして作用するだけでなく、動きのアクティブジェネレータとして使用することができる。この場合、コンピュータキーボードおよびマウスは電子センサからの入力として同じように効果をトリガするように機能する。すなわち、マウスの動きを使用して、装置がシンセサイザキーボードのように「演奏」されるように、ディスプレイ表面内の動きを作成してもよい。
【００２７】
最初に、Ｂｏｒｌａｎｄ′ｓ　Ｃ＋＋　Ｂｕｉｌｄｅｒ　ｖ１．０、１９９７、標準版を使用するが、原則的にはそのようなプログラミングは任意のバージョンを用いて行うことができる。ＳＴＬおよびＯｐｅｎＧＬを使用するが、Ｄｉｒｅｃｔ　Ｘ　３Ｄまたは任意の他の適したプログラムを使用することができる。
【００２８】
Ａ．２．２．３　数学的ジェネレータ／プログラムベース
電子センサまたはシミュレータからのシグナルは数学的ジェネレータにより処理される。数学的ジェネレータは数学的関数を評価する特別に書かれたプログラムである。入力シグナルを使用して特別な関数または関数の組合せを選択し、それらの関数のパラメータを変化させる。プログラムはＣ＋＋または任意の他の言語で書かれており、リナックスのオペレーティングシステムまたは単純にＤＯＳを使用して動作しＯｐｓｙｓ「スラグ」を減少させる。その代わりに、プログラムをＳｃｅｎｉｘマイクロチップの埋め込みネットワークにダウンロードし、任意のオペレーティングシステムの外側で動作させることができる。ＰＣはビデオカメラに接続するサウンドカードアダプタ及びビデオ入力アダプタの両方を有する。これらから抽出されたデータを使用して、おそらくステレオ効果を使用して空間の人の位置を検出することにより、数学的ジェネレータのパラメータを修飾する。
【００２９】
Ａ．２．２．４　プログラム制御ユニット／バスシステム
これには作成した位置データ（典型的な速度として０．０１秒要するが、変えることができる）のファイルが必要である。その後、このファイルをバスシステムを介してアクチュエータに伝送する。アクチュエータは選択した速度で同時にリフレッシュされる。ファイルは、ピストン識別（ＩＤ）及び移動相対段階数（＋ｎまたは−ｎ）または移動絶対位置あるいはバルブ開口時間を含む。２バイトでピストンを規定し１バイトで位置を規定する。最初に私は０．０１秒の全てのフレームに対し全てのピストン位置が与えられ、ファイルは開始バイトＩＤ及び全てのピストンの位置に対するバイトで作成されると仮定する。この場合最初の位置バイトはピストン１のためのものであり、最後のバイトはピストンＸのためのものである。ここでＸ＝物理ディスプレイ装置のピストン数（変えることができる）である。
【００３０】
ファイルはエラーチェック、すなわちサイクルリダンダンシーチェック（ＣＲＣ）を有し、位置が有効であることを保証する。データがチェックされるまで物理ディスプレイ装置の動作は許可されない。
【００３１】
Ａ．２．３　変形（ｖａｒｉａｎｔ）
位置モニタニング
私は、様々な程度の位置モニタリングを組み入れ、ディスプレイ装置により大きな精度を提供する、より複雑なバージョンを考えることができる。そのような位置登録は、各ピストンに取り付けられた磁器リードスイッチやソレノイドコイルや単なる物理ホイール−コグ装置などの様々な装置を用いて達成することができる。これらの装置からの位置データは、プログラム制御ユニットにフィードバックされ、プログラム制御ユニットは常にそのデータを走査し、それに応じて調整する。
【００３２】
この効果の差は、制御システムは定期的な空気の供給に基づき考案されたのではなく、一連の直接位置コマンドとして、すなわち、各ピストンは所定の位置まで移動するように命じられ、そこに到達すると空気の供給が停止されることを示す。明らかに、これによりデータ転送の量がかなり増大し、大いに拡張された制御システムが必要となる。
【００３３】
サイズ及び密度
ピストンの行程と共に物理ディスプレイ装置のサイズ及び密度は変更してもよい。そのため広範囲にわたる様々な異なる適用分野が考えられる。
【００３４】
弾性表面構造
事実上私は、表面全体にアクチュエータの負荷を広げるように作用する弾性接続装置を用いて剛性小平面を結合させた表面を考案した。このために広範囲にわたる様々な異なる構造を想像することができる（小平面は例えば正方形または六角形とすることができる）。
【００３５】
小平面はまた可撓性であると考えることができる。この制限された場合は、単なる弾性シートの表面であり、接続装置は効果的に表面と融合する。上記説明では、表面はその構造的な開閉能力により弾性的なものとされ、この本質を増大させあるいは減少させ、アクチュエータのサイズ及び空間に適した様々な弾性度を達成してもよい。
【００３６】
Ａ．２．４　動作説明
ディスプレイシステムは、物理ディスプレイ装置と電子制御システムとの組合せにより、以下のように動作する。
１．　電子センサまたはシミュレータは数学的ジェネレータに入力するインパルスを発生させる。
２．　このシグナルは数学的ジェネレータプログラムにより翻訳され、特別な計算シーケンスを実行する。空間内の全てのアクチュエータ（ピストン）の位置を与える位置データのフレームとして評価される。
３．　この情報はバスシステムに（一般に０．０１秒の間隔で）ロードされ、そこではアクチュエータ（ピストン）がトリガされる。
４．　アクチュエータが気圧式である場合、ソレノイドバルブはコンプレッサにより加圧されるマニホルドに接続される。ソレノイドバルブがトリガされると、空気が所定の長さの時間ピストンに放出され、ピストンは空間内の異なる位置まで移動する。
５．　アクチュエータが起動すると、表面内に異なる動きが形成され、接続装置及び減衰装置において力が発生する。それらの装置は弾性的なので、変形して最も効果的な様式で装置の間の負荷を分配する。
ａ．　接続装置（「スキッド」）の足が開きあるいは閉じ小平面は分離するあるいは共に閉じることができる。
ｂ．　接続装置（「スキッド」）の本体が湾曲し足内の応力が均等にされる。
ｃ．　ベースネオプレンガスケットの周りをピストンが回転し、スキッドの変形本体により移動するように力が加えられる。
ｄ．　ピストンのヘッドを保持するスプリングが特異的に伸びこの新しい位置を受け入れることができる。
６．　制御プログラムは体系的に作成された数学的パターンをチェックし、所定の性能基準内で動作していることを確認する（表皮に過大応力をかけないように）。
７．　位置モニタリングシステムが存在する場合、位置データの一定のフィードバックが存在し、常にピストンの実際の位置と理想的な位置とが比較され、システムはそれに応じて調整する。
【００３７】
Ａ．２．５　ディスプレイシステムの効果
動的再構成可能な表面は、ディスプレイ装置の任意の特別な構成の物理パラメータによってのみ制限される広範囲にわたる様々な三次元表面効果を作成することができる。間隔が５０ｃｍのアクチュエータを備えるディスプレイ装置は、間隔が２５ｃｍのアクチュエータを備えるディスプレイ装置に比べ明らかにパターンが明確ではない。行程が２５ｃｍのアクチュエータでは行程が５０ｃｍのアクチュエータとは異なる効果が得られる。
【００３８】
効果の速度はリフレッシュ速度により制限される。ディスプレイ装置に０．０１秒ごとに情報が供給される場合、隣接するピストンは０．０１秒の間隔でトリガされることができ、１秒に１００ピストンがトリガされる。
【００３９】
Ｂ．　第１のプロトタイプのより詳細な説明
図１は本発明の第１のプロトタイプにかかるディスプレイシステムが建物の壁としてどのように取り付けることができるかを示した図である。ディスプレイシステムのディスプレイ装置のスクリーン１は位置Ａから位置Ｂまで延在する。スクリーンの後には気圧ピストンの形態のアクチュエータ２のグリッドが存在する。気圧ピストン２に物理的な動力を供給し制御するために必要とされるバルブ、コンプレッサなどの補助装置３がスクリーンの後の建物の部屋に配置される。バルブはプラスチックパイプによりピストンに接続される。補助装置３が配置される部屋は、補助装置の部品の簡単な点検が可能な点検部屋として機能する。
【００４０】
電子制御装置４のハードウエアは補助装置から離れた別の部屋に配置される。
【００４１】
スクリーン１は、建物の外側から、かつ建物のアトリウム５の内側から見ることができるように配置される。スクリーン１はアトリウムの前のガラスファサード６を通って前方に延在する。このように、建物の外にいる観察者は、スクリーンの端Ａ及びスクリーンの端Ｂの両方を見ることができる。このため、観察者は端Ａから端Ｂまで伝搬するスクリーン上に表示された表面効果を見ることができる。
【００４２】
図３はスクリーン１上に作成することができる動的三次元表面効果の型を示した図である。多量の水の表面上に形成される擾乱から伝搬する波を示すイメージである。
【００４３】
図４Ａ、４Ｂ及び４Ｃはディスプレイ装置の第１のプロトタイプを示したものである。それは正方形グリッドセルを有するグリッドで配列された気圧ピストン２のベッドを有する。ピストンは構造フレーム７により後部で支持されている。各ピストン２の後端は減衰ピボット８により構造フレーム７に接続されている（これらのすべてを４Ｂには示していない。明確にするためである）。ピストン２の前端またはヘッドは、フレーム７が有するスプリング９のウエブにより相互に接続されている。スプリングによりピストンのヘッドが大体正しい位置に保持され、ディスプレイ装置の動作時のわずかなずれが可能となる。
【００４４】
ピストン２のベッドは、概して三角形の金属小平面を含むフレキシブル表面を駆動する。小表面は動的再構成可能なディスプレイ表面またはスクリーン１を形成する。
【００４５】
図４Ｂでは、スクリーン１はフラット状態で示されている。これは休止位置またはホーム位置である。その位置の前に、アクチュエータ２の動作時に作成することができるスクリーンの正弦変形１０１を示す。
【００４６】
ピストンのシャフトのヘッドは、「スキッド」とも呼ばれる接続装置（ジョイント装置）によりスクリーン１の小平面にフレキシブルに接続されている。接続装置の多くは８つの足を有するからである。
【００４７】
各ピストン２は８足接続装置（この装置については後の図面を参照してより詳細に説明する）に前端で固定されたシャフトを有する。各足はスクリーンの接続ノードで、スクリーンの個々の小平面の４５°角に固定されている。小平面はスクリーン１の接続ノードの各々で共にフレキシブルに接続される必要がある。そのためスクリーンは全体として表皮のように柔軟である。
【００４８】
必要なピストン２の数を減少させるため、小平面の全ての接続ノードがピストンにより駆動されるわけではない。スクリーン１の直交軸に沿って、１つおきの接続ノードのみがピストンにより駆動される。ピストンは効果的に正方形グリッドセルのグリッドを規定する。各グリッドセルの角には、スクリーンの８つの小平面の８つの４５°角への８足接続装置によりピストン２が接続される。グリッドセルの各側面の中央には接続ノードが存在する。接続ノードでは、４つの小平面の４つの９０°角が共にフレキシブルに接続される。これは、自由に浮動する４足接続装置によりなされる。各グリッドセルの中心には接続ノードが存在する。この接続ノードでは８つの小平面の８つの４５°角が、自由に浮動する８足接続装置によりフレキシブルに共に接続される。全体としてスクリーンの縁に沿って、小平面の２つの９０°角がフレキシブルに共に接続される型のいくつかの接続ノードが存在する。これは２つの足を有する浮動接続装置によりなされる。小平面の４つの４５°角がフレキシブルに共に接続される幾つかの接続ノードも存在する。この場合４足浮動接続装置を使用する必要がある。
【００４９】
全体のスクリーンの４つの角には、スクリーンの各角で２つの小平面をフレキシブルに共に接続し支持する２足浮動接続装置が配置されている。
【００５０】
図４Ａ、４Ｂ及び４Ｃにおいて示したプロトタイプのスクリーンは、高さ３．５ｍ、幅１ｍ及び深さ０．７ｍである。９×２９アレイの接続ノードを有し、全部で２６１の接続ノードが存在する。
【００５１】
ピストン２に関しては、４×１４アレイまたはグリッドのピストンが存在する。このように全部で５６個のピストンが存在する。
【００５２】
ピストンシャフトの前端をスクリーンの小平面に接続すると共に小平面をフレキシブルに相互接続するフレキシブル接続装置に関しては、ピストンが保持する５６個の８足接続装置が存在する。
【００５３】
３９個の浮動８足接続装置が存在する。９４個の浮動４足接続装置が存在する。
【００５４】
スクリーンの縁に沿って、３２個の浮動４足接続装置（事実上８足浮動接続装置の半分）および３６個の浮動２足接続装置（事実上４足浮動装置の半分）が存在する。
【００５５】
スクリーンの角には、４個の２足浮動接続装置が存在する。
【００５６】
浮動接続装置は自由に浮動してもよくあるいはスプリングなどにより定位置にゆるやかに保持してもよいが、ピストンが使用中にスクリーンの小平面に付与しようとする表面構成に逆効果を与えない程度までである。
【００５７】
すでに述べたように、各ピストン２は８個の小平面を駆動する。このように、図示したプロトタイプは４４８個の概して三角形の金属小平面を有する。
【００５８】
図５は図４Ａ−４Ｃに示したプロトタイプのスクリーンの変形の正面図である。図５に示されているようにスクリーンは同じ一般的な様式で構成されているが、全体の形状が長方形ではなく正方形である。
【００５９】
図６は、８個の小平面をフレキシブルに支持するために、ピストン２の１つのシャフトの前端上に載置するための８足接続装置の１つを示した斜視図である。接続装置１０は天然ゴムまたはネオプレンなどの合成ゴムから作製される。接続装置は鋳造され、金属固定材が埋め込まれあるいは結合されており、ピストンシャフト及び８個の小平面への接続が可能となる。ベース１１は中心穴１２を有する。接続装置の前端は、スクリーンの個々の小平面に接続された８個の足１３を有する。応力を受けないと、足は図６に示すように共に閉じられている。接続装置がピストンにより前方に駆動されると、足１３が広がり、小平面は離れて移動すると共に前方に押される。
【００６０】
天然ゴムまたは合成ゴムの弾性を変化させて接続装置の特性を変更することができる。接続装置の全体の形態は、表面小平面に接続される足１３が自由に開閉することができ、接続装置が応力下で湾曲することができる限り変更することができる。
【００６１】
図７Ａ−７Ｃは接続装置１０の各足１３内に鋳造される一端１５を有する金属スタッド１４を示す図である。他端１６は例えばクリンピングにより個々の小平面の個々の角に接続される。
【００６２】
図８では、金属ピン１７が、接続装置１０の後端であるベース内の穴１２に鋳造され、コッターピンによりピストン２のピストンシャフト１８の前端に固定される。
【００６３】
８個の金属スタッド１４が接続装置の８個の足１３内に鋳造される。
【００６４】
スクリーンの各小平面の後面の小平面の３つの角には溶接剛性スリーブ１９（ライブナット（ｒｉｖｅ　ｎｕｔ））が存在する。剛性スリープ１９はその後金属スタッド１４の前端１６にクリンプされ、ピストン２と８個の小平面との間の接続が提供されると共に８個の小平面自体のフレキシブルな接続が提供される。
【００６５】
接続装置１０の接続を図９にも示す。スクリーン１の小平面３０に関しては、図示した接続装置１０により接続ノード４０でフレキシブルに共に接続された８個の小平面３０１―３０８が存在する。
【００６６】
特に、８個の小平面３０１−３０８の８個の４５°角３０１Ａ−３０８Ａは図示した接続装置１０によりフレキシブルに共に接続される。
【００６７】
もう一度、小平面３０の主な描写の真下に小平面３０１を示す。小平面３０１の９０°角３０１Ｂは、浮動（ピストン２上に支持されていない）で４個の足１３のみを有する接続装置１０の変形により関係する接続ノードでフレキシブルに隣接する小平面（その１つは小平面３０２）の同様の角に接続される。
【００６８】
他の４５°角３０１Ｃは、８足接続装置１０の浮動バージョンにより、関係する接続ノードで他の小平面（その１つは小平面３０８）の７つの同様な角にフレキシブルに接続される。
【００６９】
図１０は図９の組み立てた状態を示す図である。どのように小平面が３つの角で支持されているかが示されている。概して三角形の小平面３０１の３つの縁全てがわずかに凸状であり、そのため接続ノードの角では、小平面間に相対移動できるようにわずかな空間が存在し、イメージをスクリーン上に表示させるためにピストン２が作動した時に小平面が衝突しないようにされていることがわかる。
【００７０】
図１１はスクリーンの小平面３０の幾つかの正面図である。４つの接続ノード４０１−４０４は、ピストン２の全グリッドの正方形グリッドセルを規定する。接続ノード４０１−４０４のそれぞれにおいて、ピストン２は８足接続装置１０の１つにより８個の小平面にフレキシブルに接続される。
【００７１】
グリッドセルの４つの縁に沿って、各縁は接続ノード４０５−４０８を有する。その接続ノードでは、４つの小平面が浮動４足接続装置によりフレキシブルに共に接続される。
【００７２】
グリッドセルの中心には、接続ノード４０９が存在する。接続ノード４０９では、８個の小平面が浮動８足接続装置によりフレキシブルに共に接続される。
【００７３】
図面に示した第１のプロトタイプは、接続ノードよりも少ないアクチュエータを有するが、財源及びアクチュエータのサイズが許せば、より多くのアクチュエータを備えることができる。限られた場合では、各接続ノードが１つのアクチュエータにより駆動される。
【００７４】
第１のプロトタイプでは、気圧ピストンの正方形グリッドセルの長さは２００ｍｍである。ピストンは６００ｍｍの行程または伸長を有し、７ｂａｒの圧力で動作する。ピストンはマニホルドに送り込むコンプレッサを必要とする。マニホルドには一連のソレノイドバルブが連結され、ソレノイドバルブによりプラスチックパイプを介して気圧ピストンに空気が放出される。
【００７５】
ピストンは、ピストンのベースでネオプレンガスケットにより、ピストンのヘッドで一連のステンレス鋼スプリングにより保持される。このため、ピストンが異なる程度で伸長してもピストンの相対的な動きがかなり可能である。
【００７６】
第１のプロトタイプのディスプレイ装置は約２Ｈｚ（すなわち、１秒あたり２つの６００ｍｍ変位）の周波数を達成することができる。
【００７７】
第１のプロトタイプを用いると、スクリーンの流体表面変形を作成することができる。
【００７８】
Ｃ．　第２のプロトタイプの説明
第１のプロトタイプを開発した後、さらにこの（第２の）プロトタイプを作成するために発明を発展させた。
【００７９】
第２のプロトタイプでは、制御システムに対し２つの一般的な可能性が存在する。
開ループシステム（アクチュエータの位置は正確に制御されない）
閉ループシステム（アクチュエータには位置制御が備えられる）
【００８０】
閉ループシステムは一体化された位置制御（この場合、アクチュエータは直接どこに行くべきか簡単に命令される）、または独立位置制御（アクチュエータの正確な位置をモニタし、この情報を制御システムにフィードバックし、制御システムはその後のコマンドで必要な調整を行う）を含んでも良い。
【００８１】
第２のプロトタイプのための開ループシステムに対する仕様を以下で示す。その後に第２のプロトタイプに対する閉ループシステムの仕様の概略を示す。
【００８２】
Ｃ．１　開ループシステムに対する仕様
Ｃ．１．１　制御システム
第２のプロトタイプの制御システム１００の概略を図１２に示す。制御システムは、スクリーン、キーボード及びマウスを有するコンピュータ１０１と、ビデオ／マイクロホン入力用のシリアルコネクションと、イメージ獲得ボードビデオと、を含む。
【００８３】
制御システムコンピュータ１０１は、
ａ．対話式システム１０２から受信した電子センサデバイスからの情報を処理し、
ｂ．表示すべきパターンのデータファイルを作成しまたは呼び出し、
ｃ．入力及び出力インタフェース制御機能、シリアルコネクションおよび他のインターナル制御機能を実行する、
必要がある。
【００８４】
実装されているメモリは、
ａ．ソフトウエア及び動的、静的変数と、
ｂ．スクリーン上で実行されるパターンのデータファイルと、
を保存する必要がある。
【００８５】
使用者がシステムとインタフェースするために、スクリーン及びキーボード／マウスが必要とされる。
【００８６】
対話式システム１０２は、様々な電子センサ、例えばビデオカメラ、マイクロホン、超音波／赤外センサ、運動検出器、温度／風センサ、建物管理システム及び圧力パッドからの入力を受信することができる。
【００８７】
制御システム／情報バス１０３を使用し、制御システムのＣＰＵへのイーサネットリンクを介してメカニカルディスプレイ装置のアクチュエータのアレイに出力する。
【００８８】
カスタマイズしたソフトウエア及び既製のソフトウエアの組合せを、
ａ．電子センサ（ビデオおよびマイクロホン）から入力を取り込み、
ｂ．数学的／イメージ３−Ｄモデラー１０４により作成された保存データファイルを選択し、
ｃ．制御システムのイーサネットカードへのイーサネットケーブルを介して制御システムへの出力を提供する、
ために使用する。
【００８９】
ソフトウエア部分は以下のモジュールから構成される。入力機能、出力機能、ディスプレイ機能、キーボード機能、ＲＳ２３２Ｃ機能（シリアルコネクション）及び電子センサ情報処理。
【００９０】
Ｃ．１．１．１　ソフトウエア機能性
ソフトウエアパートはＣ＋＋で開発されており、関連するバイナリはコンピュータ１０１の実装メモリ内に保存される。ソフトウエアはｅ−ｍａｉｌ可能な．ｅｘｅファイルによりアップデートや改良が容易にでき、柔軟な使用が考えられるように考案されている。現在、制御システムはモデムを有していないが、モデムを含めることができ、新しいソフトウエアをダウンロードするのが容易になることは明らかである。
【００９１】
ソフトウエアはメカニカルディスプレイ装置のアクチュエータにデータを提供する。アクチュエータによる位置制御がある「閉ループシステム」では、出力はそのような位置情報を含み、情報は、所望の効果に従い使用者が変更することができる変数「フレームレート（Ｆｒａｍｅ　Ｒａｔｅ）」でアクチュエーターに供給される。現在、これは制御システムの最小出力速度、約１０ｍｓｅｃまでの任意の値とすることができる。実際には、ソレノイドトリガ時間は１６ｍｓｅｃであり、そのためフレームレートはこれ以下には減少しない。
【００９２】
しかしながら、現在の第２のプロトタイプは「開ループシステム」であり、アクチュエータの位置制御はなく、出力はアクチュエータのソレノイドバルブをトリガするための時間命令であり、そのように位置情報はない。このため現在のシステムのソフトウエアは、ソレノイドが「ステップレート（Ｓｔｅｐ　Ｒａｔｅ）」で示されるインクリメントでトリガされるように考案されている。ステップレートは事実上ピストンの全行程（フルストローク）をいくつかの離散「ステップ」に分割するように調整することができる変数である。現在の適用例では、１５「ステップ」がピストンの全行程に対応し、ピストン及びピストンに取り付けられた表面のかなり精密な位置決めが可能となる。
【００９３】
その後、ソフトウエアは入力情報を解析し（数学的イメージ／モデラー１０４からの位置データか電子センサ装置からの入力か）、１５位置のうちの１つに割り当てる。例えば「ビデオモード」では、ソフトウエアはイメージを１５グレースケールに変換し、「マイクロホンモード」では音量またはピッチを１５レベルに変換する。ソフトウエアはその後このインクリメントの数だけソレノイドをトリガし、事実上ピストンを対応する位置に移動させるシグナルを出力する。
【００９４】
ソフトウエアは「ステップレート」および「フレームレート」を変動させることができ、そのためユーザは装置の動的機能を制御あるいは「調整」することができる。フレームレートがステップレートより速いと、装置の滑らかな機能を得ることが必要であり、ソフトウエアは以下の例によりステップレートの加算及び減算を考慮する：ステップレート＝２０ｍｓｅｃ、フレームレート＝１０ｍｓｅｃ。ピストンは３ステップ進む（すなわち、バルブが６０ｍｓｅｃ開く）ように指示される。１０ｍｓｅｃ後、ピストンはさらに２ステップ進む（すなわち、バルブがさらに４０ｍｓｅｃ開く）ように指示される。ソフトウエアは加算して６０ｍｓｅｃ＋４０ｍｓｅｃ＝１００ｍｓｅｃとするが、ソレノイドがすでに１０ｍｓｅｃ間開いている場合、１０ｍｓｅｃ減算し９０ｍｓｅｃとする。その後、次の指示が受理される。
【００９５】
これが音または移動を位置出力コマンドに翻訳するための原理であり、ステップ及びフレームレートを変化させると、ユーザは経験的に特別なパターン各々に対する装置の最も良い実施可能性範囲を決定すること、および特別なデータファイルに添付する変数として保存することができる。
【００９６】
Ｃ．１．１．２　ソフトウエア機能
ソフトウエアは複数の機能、バックグラウンド（自動）およびフォアグラウンド（すなわち、ユーザインタフェースを介してユーザ動作可能なもの、スクリーン上に示されマウス及びキーパッドにより動作される）を実行する。
【００９７】
バックグラウンド機能
電子センサの走査
一連の時間／割込タスクは様々な電子センサ装置からの入力を連続して走査する。これによりシステムに取り付けられた全ての装置の現在の状態がモニタされる。任意の特別な装置がユーザインタフェースによりイナクティブにされると（ｄｉｓａｃｔｉｖａｔｅｄ）、システムを遅らせないようにソフトウエアはその装置に対し走査を中断する。
【００９８】
パターン配布
ソフトウエアが
ａ．数学的イメージ／モデラー１０４（制御システムコンピュータが実時間で計算している場合）
ｂ．データファイル（制御システムコンピュータが実時間で計算していない場合）
ｃ．１５−ステップポテンシャルとしての入力及び１から１５ステップコマンドの出力の解析による電子センサ
からのいずれかのパターンを配布するコマンドを開始する。
【００９９】
チェック
ソフトウエアは、最終チェックを実行し、ディスプレイスクリーンの過度の強調がないことを確認する。これは表面の勾配の簡単な計算であり、経験的試験により導かれる、ユーザインタフェースを介する変数としての入力である。
【０１００】
出力
ソフトウエアは、イーサネット接続により制御システム１０３にデータアレイを受け渡す。制御システムはシグナルを増大させ、出力ドライバに配送する。
【０１０１】
圧力調整
ソフトウエアは、また可変圧力調節器に出力し、メカニカルディスプレイ装置の速度を変更させる。それは任意の所定のアレイで動作するピストンの数に比例して行われる。すなわち、使用可能な空気により実際の移動が均衡化される。これは動作ピストンの数に比例する変数を割り当てる数学的／イメージモデラー１０４により達成される。
【０１０２】
フォアグラウンド機能（すなわちユーザインタフェースにより動作可能）
ユーザインタフェースによりユーザは様々な異なる様式で実行するようにソフトウエアに命令することができる。
【０１０３】
設定
これは上述したステップレート及びフレームレートと関連する。これらは移動の精密化または「調整」を可能にすると共に平滑化機能および後退（ｒｅｔｒａｃｔｉｎｇ）機能を可能にする。
【０１０４】
ａ．ステップレート
これによりアクチュエータのソレノイドへの時間シグナルの速度が、所定の圧力またはパターンで１５ステップが全行程に対応するように変化することができる。この変数はデータファイルの一部として、または入力／出力モードに従い保存される。現在、最小値は１０ｍｓｅｃであり、任意の値まで１ｍｓｅｃのインクリメントで増加させることができる。
【０１０５】
ｂ．フレームレート
これによりソレノイドの全マトリクスに対する情報のリフレッシュ速度を変化させることができ、これはステップレートに依存しない。現在、最小値は１０ｍｓｅｃであり、１ｍｓｅｃのインクリメントで増大させることができる。
【０１０６】
ｃ．フェード
これは様々な時間で０まで効果をフェードさせる変数であり、パターンがいきなり停止しないようにする。これにより効果的にピストンの位置に、パターンが効果的に０まで「フェード」するように、より小さな少数部を掛けることができる。これにより異なるパターンが連続して次々と滑らかに続くことができる。
【０１０７】
ｄ．後退
これは全てのピストンを直ちに後退させる効果を有し、使用者がシステムを緊急停止する場合、または単にピストンをリセットして０にする場合に使用される。すなわち、これは「フェード」の緊急バージョンである。
【０１０８】
ｅ．差
この関数はピストンの復帰行程の時間を調節するために使用される変数である。ピストンのシャフトによりシリンダ内のプランジャを押す空気が利用できる表面積が減少し、これによりわずかに復帰行程対外に向かう行程（ｏｕｔ　ｓｔｒｏｋｅ）の速度が減少するのでこれが必要とされる。そうでなければ、これは外に向かうピストンのインクリメント「クリープ」となるであろう。外に向かう行程と復帰行程について同じ長さの時間ソレノイドがトリガされると、ピストンは元の点に完全には戻らないからである。私は物理機構を調節してわずかにより多くの空気を復帰行程に提供しこれを補償しようと考えた。制御信号を変動させるとその部品の性能を妨害することになりやすいからである。
【０１０９】
ｆ．平滑化
これでソレノイドに指示が送られる前に出力が２度チェックされ、システム及び弾性表面の物理限界に対応することが証明される。スイッチをｏｎまたはｏｆｆとすることができ、デフォルトは「ｏｎ」である。ユーザが表面の最大角を設定することができる変数が存在する。
【０１１０】
入力
ユーザインタフェースによりユーザは「アクティブ」モードとして様々な異なる入力間で選択することができる。そのため装置は様々な対話式をとることができる。これらは以下の通りである。
【０１１１】
ａ．ユーザ入力
ユーザは有効な効果のいずれもアクティブに選択することができ、ビデオジョッキーまたはディスクジョッキー（ＶＪ／ＤＪ）として効果を「実時間で」配布するようにふるまうことができ、マウスを使用して効果を配布することができる。このため、パターンを直接選択し実行してもよく、様々なパラメータ（ステップレート、フレームレートなど）がユーザにより直接選択されてもよい。
【０１１２】
ｂ．マウス入力
ユーザはアクティブにスクリーン上に実時間で線及びパターンを描き、定義パラメータを変動させることにより効果の大きさ及び程度を選択する。フェードパラメータはまた効果の時間を選択する。
【０１１３】
ｃ．センサ入力
電子センサのいずれかまたは全ては「アクティブ」なものとして選択することができ、選択したモード（パターン、イメージ、ビデオ、マイクロホン、ランダム、以下を参照のこと）に従い効果をトリガするように作用することができる。入力に対しシステムを幾分「応答する」ようにするためにトリガしきい値はユーザが設定したもよい。ユーザが変化させてセンサトリガのためにしきい値を設定することができる変数（「センサ変数」）が存在する。
【０１１４】
ｄ．無
ここではソフトウエアは独立して動作し、そのため対話式特性は現れない。
【０１１５】
出力
これによりユーザは制御システムの様々な異なる出力モード間で選択を行うことができ、様々な生成プロセスを「アクティブ」にすることができる。
【０１１６】
ａ．パターンモード
これにより、ソフトウエアは数学的モデラー１０４により作成されたパターンを実時間計算によりあるいはファイルとして保存されたものにより配布する。
【０１１７】
ｂ．イメージモード
これによりソフトウエアはイメージモデラー１０４により作成されたイメージを実時間計算またはファイルとして保存されたものいずれかにより配布する。これらは以下で説明するようにテキスト、数、ロゴスまたは抽出イメージであってもよい。
【０１１８】
ｃ．ビデオモード
これによりソフトウエアはビデオ入力から直接作成されたイメージを配布する。このビデオ入力は、１５グレースケールで解析され、存在するアクチュエータと同じくらいの画素を有するイメージに縮減される。すなわち、４０×２３ピストンのマトリクスが存在する場合、ソフトウエアはビデオカメラのイメージを近似し４０×２３画素のイメージとする。そのため各画素は１５濃淡のグレースケールイメージのグレーの濃淡に従い１５の位置のうちの１つまで移動する。
【０１１９】
ユーザは数値的にピストンのフォーマット（「ピストンフォーマット」）を入力でき、ユーザはピストンアレイがビデオイメージの広さ（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ）（「画素フォーマット」）に対応していない場合ビデオイメージがトリミングされていないか変形していないかを決定することができる。
【０１２０】
ｄ．マイクロホンモード
これによりソフトウエアはマイクロホンの入力の直接イメージとしてパターンを配布する。ソフトウエアは１５−段階の範囲の観点から音量とピッチを解析し、それぞれに対応する「ステップ」を割り当てる。
【０１２１】
ｅ．ランダムモード
これによりソフトウエアは独立して動作するように、ランダムまたは予めプログラムしたシーケンスで前のモード全てのなかから選択する。
【０１２２】
プログラム
これによりユーザはユーザＶＪ／ＤＪ無しでどのようにシステムが動作するかを決定することができる。これは明らかに完全に運にまかせる（以下の「ランダム」モードを参照のこと）、あるいは完全に予めプログラムされる（以下の「演出（Ｃｈｏｒｅｏｇｒａｐｈ）」モードを参照のこと）ことができる。
【０１２３】
ａ．演出
これによりユーザはシステムのパラメータに対し広範囲にわたり制御することができ、独立して動作している場合システムにとって有効な効果の範囲を事実上マップすることができる。ユーザはまた、以下のメニューからのリストを選択することにより、連続して配布されるパターンおよび効果のシーケンスを予め規定することができる。
【０１２４】
ｂ．ランダム
これによりユーザは、独立して動作している場合、制御システムは配布されるパラメータ及び効果の範囲をランダムに決定することを決めることができる。
【０１２５】
メニュー
これは制御システムコンピュータ１０１上で（公式またはデータファイルのいずれかとして）保存されている様々なパターンのリストである。様々なパターンは一般的なカテゴリに分解され、ユーザは直ちに視覚効果の組み合わせを作成することができる。一般的なカテゴリはそれぞれさらに分割される。使用可能な機能数を増大させる埋め込みメニューを有する可能性がある。現在のカテゴリは以下の通りである。
【０１２６】
ａ．表面効果
これらは全表面にわたり動作するパターンを説明する。サブカテゴリは以下のものを含む。
１．流体効果
線形波
放射波
多重波
２．幾何学的効果
線形効果
放射効果
多重効果
など。
【０１２７】
ｂ．パターン
これらは具象的でないが、バックグラウンド効果とは異なる別個の図柄を説明する。
１．線
２．リング
３．Ｖｓ
４．隆起
など
【０１２８】
ｃ．グリフックス（Ｇｌｙｐｈｉｃｓ）
これらは具象的であるがアルファベット、数または典型ではない図を説明する。これらは集合的に以下の「グラフィックス」カテゴリーにグループ分けされる。事実上、これらはより複雑なパターンである。
ｄ．グラフィック
１．ロゴ
２．イメージ
３．テキスト
４．アブストラクト
など
【０１２９】
パラメータ
これはとりわけ上記メニューに当てられる。これにより任意の特別な効果のパラメータが使用者の処理可能な変数として表示される。
【０１３０】
情報
これは一般に制御システム及び現在の動作状況についての情報に対する供給源を提供する。以下の小区分を含む。
ａ．ステータス
これは制御システムの現在の活動を表示する
ｂ．アバウト
これは一般にシステムについての情報を含む
ｃ．ヘルプ
これはあり得るエラー及び／または問題をリストし、可能な対応策についてのヘルプを提供するヘルプメニューである。
ｄ．中止
これは制御システムソフトウエアを停止すること、及び装置の動作を終了することである。
【０１３１】
Ｃ．１．１．３　制御システムの機能説明
イーサネットカードは、制御システムコンピュータ１０１からイーサネットケーブルを介して入力を獲得し、それを制御システム／情報バス１０３のＣＰＵに供給する。通信速度はイーサネットカードの速度に制限され、データファイルは十分迅速に転送され、パターンはアクチュエータの断続的な移動なしに実行することができる。これはカスタマイズされたＣ言語ソフトウエアプログラムにより達成されるが、コンピュータがＥｘｃｅｌ内のＶｉｓｕａｌ　Ｂａｓｉｃなどの言語を介してＰＬＣと通信することができるＦＩＮＳ　ＧａｔｅｗａｙやＣｏｍｐｏｌｅｔなどの既製のソフトウエアにより達成することができる。
【０１３２】
中央処理ユニット（ＣＰＵ）はイーサネットカードからシグナルを取得し、それらを出力カードに分配する。そこでシグナルはアクチュエータのソレノイドバルブに中継される前に増幅される。ＣＰＵの性能により情報の流れの速度が制限され、パターンがアクチュエータの断続的な移動無しに実行されるのに十分なほど速いことが必要である。
【０１３３】
出力カードは中継を行いＣＰＵから提供された信号を増幅し、出力カードは専用の２４ｖ電源を有する。その後、出力カードは、端子がソレノイドバルブからのワイヤに接続されている一連の配電盤にシグナルを転送する。
【０１３４】
Ｃ．１．１．４　数学的／イメージ３Ｄモデラー
これはディスプレイスクリーン上で実行されるパターンを作成し、編集するために使用することができる独自のアプリケーションプログラムを含む。ユーザインタフェースとしてマウス及びキーボードを使用してパターンを数学的にかつ図表により作成することができる。「グラフィック」モードではユーザは、ファイルに保存されたグレースケール３Ｄマップとしてプログラムが解釈するイメージを描写するまたは走査することができる。「数学的」モードではユーザは、公式を選択し、そのパラメータを適当に設定し、３−Ｄパターンを視覚化し、ファイルに記録する。どちらの場合でも、ファイルは、そのパターンが壁に表示されるように制御システムコンピュータ１０１が読み出すことができるフォーマットである。
【０１３５】
数学的／イメージモデラー１０４を使用して実時間でピストン位置を計算することができ、そのためユーザまたはセンサデバイスとディスプレイスクリーンにより作成された動きとの間で十分な対話が得られる。しかしながら、ピストンマトリクスの処理には強力な計算装置が（並列処理さえも）必要とされる。そのため私は、ソフトウエアがファイル作成プログラム（この場合、ファイルに保存される予備計算シーケンスが配布される）または実時間計算装置のいずれかとして動作することができるようにした。後者ではより強力な計算装置が必要である。
【０１３６】
数学的／イメージモデラー（パターンジェネレーション（Ｐａｔｔｅｒｎ　Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）＆ＧＵＩ）の第１の２つのモジュールは直接制御システムコンピュータ１０１と直接インタフェースするように設計される。説明した他のモジュール（パーサー（Ｐａｒｓｅｒ）、など）は、数学的／イメージモデラー１０４が制御システムコンピュータ１０１とは別個の独立したものとなるように開発された。
【０１３７】
パターン作成
パターン作成モジュールは、ピストン位置を決定するデータを作成する。パターン作成モジュールは、計算により位置を求めるための両方の数学的な公式を使用し、および他の３−Ｄパターン（ロゴ、など）を表示することができるグレースケールモデリング能力を有する。すなわちグレースケールの走査された２−Ｄイメージを解釈して３−Ｄレリーフとすることができる。
【０１３８】
数学的処理の作成
独立関数として数式をＣで実現するが、幾つかの関数を追加して複数の効果を得ることができる（例えば、「小滴」に「モーターボード」を追加してもよい）。Ｃを使用したが、原則的にはいずれのコンピュータ言語を使用してもよい。これらの公式はパラメータを有し、そのためパラメータ（振幅、波長、持続時間など）を容易に変化させて多くの可能な効果を得ることができる。
【０１３９】
各関数への入力はｉｎｆｏ、ｘｉ、ｙｉ及びｔである、ここで、
ｉｎｆｏはパターンに特有のパラメータ（例えば初期中心、振幅、減衰など）であり、
ｘｉおよびｙｉはピストンの位置を特定し、
ｘｉは間隔［０，Ｗ］（Ｗは壁の幅である）における任意の浮動点値とすることができ、
ｙｉは間隔［０，Ｈ］（Ｈは壁の高さである）における任意の整数とすることができ、
ｔはその位置が持続する時間を特定する。
【０１４０】
そのような関数を計算すると各ピストンの位置が得られる。
数学的な計算には２つの基本構造が存在する。ａｇＰＧＰｅｒｔｕｒｂＩｎｆｏ構造とａｇＰＧＰｅｒｔｕｒｂＥｖｅｎｔ構造である。
【０１４１】
ａｇＰＧＰｅｒｔｕｒｂＩｎｆｏは公式に特有の情報すべてを含む（例えば、初期中心、振幅、減衰など）。この構造はピストンの位置を計算するために入力として公式に受け渡しされる。ａｇＰＧＰｅｒｔｕｒｂＥｖｅｎｔは公式と関連する情報、ａｇＰＧＰｅｒｔｕｒｂＩｎｆｏの両方を含む。ユーザが壁上で摂動をおこさせると、ａｇＰＧＰｅｒｔｕｒｂＥｖｅｎｔが摂動のリストに加えられ、複数の効果が作成される。最終的なピストン位置マトリクスは、摂動リストの各公式の積であり、計算され現在の他のいずれかの計算に追加される。
【０１４２】
このモジュールに含まれる関数はピストン毎に計算され、ピストンは０．０１ｓｅｃで計算されなくてはならないので、パターン作成モジュールはシステム全体の性能で重要な役割を果たす。位置を数学的に作成すると速度及び精度がよくなり、広範囲にわたる様々な効果を作成することができるだけでなく、表面変形の程度の厳密な制御が得られる（以下の「平滑化」を参照のこと）。
【０１４３】
ＧＵＩ
現在計算は全て予備処理され（すなわち、予備計算データファイルとして保存され）、このモジュールは制御装置の実時間機能に統合されて、性能が実時間で大いに最適化されることが意図されている。これには単純に、所定の装置のかなりの数のピストンと歩調をそろえるのに十分な計算能力を有するコンピュータまたは平行処理装置が必要とされる。
【０１４４】
実時間作成の場合の計算速度を速めるために、ＤＯＳまたは任意の他の高速言語でパターンジェネレータが開発されるべきである。しかし原理的には、マイクロソフトウインドウズなどの任意の言語で考案することができる。
【０１４５】
さらに最適化するために、私は計算を速くするために公式で使用される三角関数の「ルックアップ」テーブルを作成した。効果的に計算を合理化するために様々な数学的ショートカットを考案することができる。
【０１４６】
私は、Ｏｐｅｎ　ＧＵＩを使用して、ＤＯＳ用の完全にオープンな供給源ＧＵＩライブラリを探索した。このライブラリはＣ＋＋で書かれており、Ｃ＋＋を統合してＣコードとするために、「エクスターン“Ｃ”指令」を用いることによりネームマングルをイナクティブにしなければならなかった。
【０１４７】
ＧＵＩにおける最も複雑なコンポーネントは壁の景色である。我々はそれを作成するためにＡｌｌｅｇｒｏと呼ばれる３Ｄグラフィックライブラリを使用した。このライブラリはＤＯＳ用のゲームプログラミングで広く使用されている。使用されるコンパイラはＤＪＧＰＰである。これはＤＯＳ上のＧＣＣのポートである。
【０１４８】
平滑化
ディスプレイスクリーンの物理的な制約は作成表面により尊重され、そのためスキッドおよび小平面の物理表面は決して過応力がかけられないことが平滑化モジュールを使用して裏付けられる。我々は現在のプロトタイプに対し２つの隣接小平面間の角度が決して４０°を超えないようにしたが、これはいずれの値としてもよいことは明らかであろう。この制約は関数の勾配が決してｘ軸またはｙ軸上で０．８を超えないことを確認することにより数学レベルで証明される。表面は複数の公式を結合させる際この制約に違反しないことも証明される。このため、我々は以下の方法うちの１つを使用することができる。
ｆ１及びｆ２の最大値をとる
ｆ１及びｆ１の最小値をとる
ｆ１及びｆ２の平均値をとる
【０１４９】
現在のアプリケーションでは、方法１が使用されるが、方法２及び３をユーザに提供することにより表面に対し異なる外観が可能となる。
「．ａｅｇ」ファイル
ファイルフォーマット
第１ライン：“Ａｅｇｉｓ”＋“”＋フレーム数＋壁の高さ＋壁の幅
第２ライン：第１フレーム（ＨｘＷバイト）、第１列−第３列−…−第ｎ列−各バイトはピストンの変位を表す０−１５のバイナリ値を含む。２つのバイト間にはデリミタは存在しない。
第３ライン：第２フレーム
第…ｍライン：第ｍ＋１フレーム
【０１５０】
モジュールの説明
我々は位置データ「地形」を保存するための方法を開発し、そのため計算前に「実時間」で視覚化することができる。本質的には我々の数学的モデラー１０４によりシミュレーションとして動く表面を視覚化することができる。視覚化中の唯一の計算は低解像度スクリーンイメージに対するものであり、そのため実時間で見ることができる。数学的な導関数及びパラメータがその後に保存され、そのためユーザが特別な効果に満足する場合、実際に必要な数のアクチュエータに対する位置座標を計算する。コンピュータが強力でなければ、これは一般に実時間シミュレーションよりも遅いが、十分なフレームが保存され、実時間で再生が可能である。結局、目的は数学的モデラー上で効果を作成し、それを実時間でディスプレイスクリーン上に正確に反復できることである。現在の装置の構成ではこれが可能である。フレームレートはまた最終装置で増加させあるいは減少させることができる。
【０１５１】
しかしながらマトリクスリストは‘．ａｅｇ’ファイルをロードするために保持されている。
【０１５２】
公式パーサー（ｐａｒｓｅｒ）
われわれはまた、アプリケーションに（すなわち、プログラミングにおいてではなく数学／イメージジェネレータの実際の機能において）直接公式を入力することを考慮した。この機能では、制御装置との「実時間」インタフェースのためには非常に強力なコンピュータが必要とされる。この場合ピストンの位置は実時間で計算される。公式コンパイラの実装が必要とされるからである。しかしながら、変位が予備処理されるべきである場合、われわれは簡単な公式インタープリターとして実装することができる。現在のアプリケーションでは、これはｌｅｘ＆ｙａｃｃ（ＤＯＳの下ではｆｌｅｘ＆ｂｉｓｏｎ）を用いたａｇＰＧＰａモジュールにおいて実装される。
【０１５３】
公式ファイル仕様
公式ファイルはテキストファイルであり、１つの公式の定義を含む。これは．ｔｘｔ拡張子を有し、ａｅｇｉｓ．ｅｘｅのディレクトリ下の「公式」ディレクトリ中に配置される。アプリケーションが開始すると、このディレクトリから全ての公式がロードされ、その後アプリケーション中で選択することができる（ファイル名は公式を識別する）。
【０１５４】
位置は変数と単純な関数要求とを含むことができる数式から計算される。ユーザは自分の選択名で望まれるのと同じくらい多くの変数を規定することができる。数学関数は、最小／最大関数に加えてｓｉｎ、ｃｏｓ、ａｔａｎ、ｌｏｇ、ｅｘｐ及びｓｑｒｔに限定される。
【０１５５】
変数を規定するために、単一ライン上でシンタックス「Ｍｙ　Ｖａｒｉａｂｌｅ＝Ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ」を使用すること。位置を計算するために使用される公式はファイルの最終テキストラインである。以下の変数はアプリケーションにより規定される。
ｘ：ピストンの水平座標
ｙ：ピストンの垂直座標
ｔ：我々が位置を計算する時間
ｘ０：摂動開始のｘ座標（マウスクリックにより規定される）
ｙ０：摂動開始のｙ座標（マウスクリックにより規定される）
ｖｘ：ｘ速度（マウスクリック中のマウスの動きにより規定される）
ｖｙ：ｙ速度（マウスクリック中のマウスの動きにより規定される）
楕円表面に対する公式ファイルの例は以下の通りである。
ｘ２＝ｘ−ｘ０−ｖｘ＊ｔ
ｙ２＝ｙ−ｙ０−ｖｙ＊ｔ
１６＊ｓｉｎ（３．１４１６＊ｓｑｒｔ（ｘ２＊ｘ２＋ｙ２＊ｙ２））
【０１５６】
イメージ作成
ビットマップ
アプリケーションのこの部分は最も一般的なイメージファイル（ｂｍｐ、など）と共に機能するが、原理的には全てのイメージフォーマットまで拡張してもよい。現在、私は「．ｘｂｍ」イメージを読みとるモジュールを実装している。「．ｘｂｍ」フォーマットをモノクロのビットマップに対するＸＷｉｎｄｏｗｓ上で使用する。黒色画素は完全に拡張したピストンを表し、白色画素は後退ピストンを表し、１５グレースケールはこれら２つの限界の間にある。隣接する小平面間の角度上の４０°の制約を確認するために、私は２つの隣接ピストン間の最大変位を計算し、変位は決して８階調勾配を超えてはならないと決定した。この最大変位によりいずれのビットマップの水平／垂直勾配も決して０．８を超えないことが保証される。
【０１５７】
Ｃ．１．１．５　対話式システム
対話式システム１０２の特性について説明する。
【０１５８】
音対話性
これは、私が幾つかのマイクロホンをハードウエア、ソフトウエア、及び制御システムコンピュータ１０１へのシリアル接続を備えたＭａｃｉｎｔｏｓｈ　Ｇ４コンピュータに接続することにより達成したものである。第２のプロトタイプでは、通信は動作速度を高めるためにＰＣ　Ｃｏｍ１ポートを介されが、ＲＳ２３２Ｃなどの任意のシリアル接続を介して接続してもよい。Ｍａｃｉｎｔｏｓｈ上での動作により私は既製の音認識ソフトウエア（例えばＮＡＴＯ）から利益を得ることができた。このソフトウエアでは制御システムは、入ってくる音を容易に分析し、ピッチ、音量などに従い一連の出力シグナルを作成することができる。
【０１５９】
私はまた制御システムコンピュータ１０１上（すなわち、ＰＣ上）で直接動作するカスタマイズされた音認識システムを考案した。これにより２つの異なるオペレーティングシステム間の通信を避けることができるが、ＮＡＴＯソフトウエアにより得られる精巧性に欠ける。
【０１６０】
ソフトウエア
ＮＡＴＯ音識別ソフトウエア
機能
Ｍａｃ　Ｇ１４で、私はＮＡＴＯソフトウエアを使用して、マイクロホンへの入力のピッチ及び音量を解析し、制御システムコンピュータ１０１に一連の出力を提供するプログラムを書いた。それは制御システムに送られるデータファイルを変化させるのに使用される。このように、スクリーンの再構成はマイクロホンへの音入力と対話式である。例えば、スクリーン上の小滴は鋭いノイズによりトリガされ、波長はピッチにより変動し、振幅は音量により変動する。明らかにそのような対話性は可変で無限である。
【０１６１】
私は、マイクロホンが（ホイッスルのような）連続シグナルを受信した場合のみピッチトラッキングが有効になることを見出し、会話に関係する多くの周波数の平均をとり、効果的な声アクティベーションを得る手段を考案した。
【０１６２】
異なるマイクロホンを異なる周波数に調整してもよく、その出力を使用して機械的ディスプレイ装置の異なる部分がトリガされ、あるいはディスプレイスクリーン上に配布するための特別なデータファイルが呼び出される。現在、最小音量は３５ｄＢであり、最大は９５ｄＢであるが、変えることができる。
【０１６３】
ＮＡＴＯ解析／出力
われわれはマイクロホンをＧ４コンピュータに入力し、ＮＡＴＯソフトウエアを用いて入力を解析する。このソフトウエアによりＣＯＭ　１を介する制御システムコンピュータ１０１への一連の簡単な出力が作成される。一般に、ピッチは波長に対しマップされ、音量は振幅に対しマップされるが、いずれのマッピングも可能である。一般に３つのマイクロホンがあり、我々は以下のものを追跡する。
音量追跡（低周波数範囲）
音量周波数に対する３つの異なるピッチ
声入力に対する３つの異なる音量
すなわち声に対しては９の異なる可能性
ホイッスル追跡（高周波数範囲）
ホイッスル周波数範囲に対する３つの異なるピッチ
ホイッスル入力に対する３つの異なる音量
すなわち声に対しては９の異なる可能性
【０１６４】
全ての３つのマイクロホンが同じピッチまたは音量範囲内である場合、ディスプレイスクリーン上で特別な効果をトリガするようなシグナルが作成される。
ｐ＝ピッチ（ｐｉｔｃｈ）：１＝低（ｌｏｗ）、２＝中（ｍｉｄ）、３＝高（ｈｉｇｈ）
ｖ＝音量（ｖｏｌｕｍｅ）：１＝低（ｌｏｗ）、２＝中（ｍｉｄ）、３＝高（ｈｉｇｈ）
【０１６５】
制御システムコンピュータは、データに対するリクエストとしてＣＯＭ　１を介して１バイトを送り、返信で複数のバイトのマイクロホンデータを受信する。
例：
１バイトは例えばマイクロホン数ｘを示す
２バイトは例えばマイクロホンｘから得られる音量である
３バイトはマイクロホンｘから得られる音のピッチである
４バイトは・・・
【０１６６】
制御システムコンピュータ
カスタマイズされたＩＣＦＩＷソフトウエアは、入ってくるシグナルを取り込み、これを使用して様々な異なる効果をトリガし、ユーザは意のままにこれらの効果を選択することができる。現在の適用では、データは実時間で計算されるよりむしろファイルに保存されているので、私は異なる振幅、波長及び速度を用いて一連の同様の効果を作成し、そのため音入力のわずかな変化によりディスプレイスクリーン上の特別なパターンがわずかに修飾され視認できる。明らかに音入力によるパターンの対話式接続では可能性は無限であり、ソフトウエア及びハードウエアが許せば多くのマイクロホンを使用してもよい。
【０１６７】
ビデオ対話性
一般的な説明
上述したように、ビデオイメージを様々な様式で使用し「対話式」を可能としてもよい。現在、３つのモードは以下の通りである。
ａ．ビデオトリガ（ここでは、ビデオ入力は効果に対するトリガとして単に作用する）。これは「トリガモード」である。
ｂ．ビデオイメージ（ここでは、実際のビデオイメージがピストンの位置の３−Ｄアレイに翻訳される）。これは「イメージモード」として知られている。
ｃ．ビデオの動き（ここでは、ビデオ入力の変化のみが登録され３−Ｄアレイに翻訳される）。これは「動モード」として知られている。
【０１６８】
トリガモード
ここで、ビデオイメージは、ソフトウエアにより解釈され、効果を配布するためのトリガシグナルとして機能することができる様々なしきい値が決定される。ソフトウエアは、イメージの変化画素を「読み取り」、フレームを比較し変化速度を解析し、イメージを前のイメージと比較する。それから変化が解釈され、選択的に特別な効果が配布され、あるいは現在の効果のパラメータが変えられる。ユーザはトリガのしきい値を変化させることができ、トリガ接続を再び割り当てることができる（すなわち、特別な効果の結果配布されるパターンを変化させる）。
【０１６９】
イメージモード
ビデオ入力イメージは、制御システムソフトウエアによりダウングレードされ、メカニカルディスプレイ装置のピストンの数に対応する画素の数が与えられる。メカニカルディスプレイ装置のフォーマットがビデオイメージのフォーマットと適合していない場合、ユーザの好みに従いビデオイメージのフォーマットをトリミングしまたは歪めることができる（上記制御システムコンピュータ「ソフトウエア機能」における「フォアグラウンド関数」を参照のこと）。
【０１７０】
制御システムソフトウエアはまたイメージを１５グレースケールに減少させ翻訳し、各ピストンへの１５位置のうちの１つが与えられる（白色＝完全なピストンの拡張、黒色＝完全なピストンの後退、グレー階調＝中間の１５位置）。これにより、実際のイメージが装置の表面に翻訳され、２−Ｄグレースケールイメージが三次元的に解釈される。明らかに、ソフトウエアはピストンの現在の位置のメモリを保持し、そのため画素のグレースケールが変化しないと静的なままである。
【０１７１】
ピストンが「ゼロ」にもどりイメージが「リフレッシュ」される周波数は、ユーザが制御する変数により設定することができる。周波数は「平滑化」を受けてもよく、隣接ピストン間の動きがあまりにも違いすぎ、ディスプレイスクリーンに過剰の応力がかけられることになるイメージのコントラストの極度な領域が避けられる。
【０１７２】
動モード
これはイメージモードとして機能するが、出力シグナルに現れるのがイメージの変化画素のみである場合、全ての他の変化無しの画素が黒色グレースケールと解釈され、ゼロに戻される。この効果は、イメージの動き−変化領域（例えば、イベントの影）のみを示すことである。
【０１７３】
ピストンがゼロに戻りイメージが「リフレッシュ」される周波数もまた、ユーザが制御する変数により設定することができる。周波数は「平滑化」を受けてもよく、隣接ピストン間の動きがあまりにも違いすぎ、表皮に過剰の応力がかけられることになるイメージのコントラストが極度の領域が避けられる。
【０１７４】
Ｃ．１．２　メカニカルディスプレイ装置
図１２に示されるように、第２のプロトタイプのメカニカルディスプレイ装置２００は、再構成可能なディスプレイスクリーン２４０を駆動し、気圧供給システム２７０により動力供給される気圧アクチュエータシステム２１０を備える。
【０１７５】
Ｃ．１．２．１　アクチュエータシステム
ハードウエア
アクチュエータシステムの説明
第２のプロトタイプは、実際の気圧アクチュエータ及び全ての補助的なスプリング、台などを支持する一連のモジュール式アルミニウム構造フレームを備える。構造フレームは、アクチュエータ（ピストン）からの動的負荷の下での変形に耐えるように対角線の支柱を有する。フレームは固定タブを有し、石造りの壁または鋼フレームワークなど広範囲にわたる様々な構造要素に接続することができ、支柱が加えられて装置の実際の負荷に耐えるようにされている。フレームは互いに隣接するモジュール、または離れているが共に動作するような様々な異なる構造で配列してもよい。
【０１７６】
アクチュエータ（ピストン）を制御するために使用するバルブは、気圧供給システム２７０から独立して高圧ライン（典型的には７ｂａｒ）で供給される２つの外部ソレノイドパイロットを介して動作される５−ポート３−位置のクローズドセンターである。バルブの中央位置では、全てのポートが閉じられる（ピストンは静止する）。ソレノイドを動作させるとピストンロッドが拡張し、あるいは後退する。バルブはソレノイドパイロットに別個に供給でき、低圧空気をバルブにより制御することができる（適したパイロット圧力を維持しながら）。バルブはすべて、例えば１０及び６ステーションマニホルド内の基部に載置される。マニホルドは、共通の空気供給及び使用された空気に対する共通の排気を行う。
【０１７７】
バルブ出口ポートはアクチュエータに接続される（１つのポートは前方シリンダチャンバに、もう１つのポートは後方シリンダポートに）。ソレノイドは機械的に跳ね返されて中央位置で静止する。中央位置では全てのポートが閉塞され、空気は通過することができない。いつでもソレノイドから電気信号を除去すると、シリンダ内に空気がトラップされ、アクチュエータはその現在の位置で動きを停止し、シリンダの両側で圧力の平衡がとられる。
【０１７８】
Ｃ．１．２．２　再構成可能なディスプレイスクリーン
機能
再構成可能なディスプレイスクリーンまたは表面２４０の原理は、アクチュエータシステム２１０のアクチュエータの端に取り付けられた柔軟だが強固なアセンブリを提供し、滑らかな動きを得ることである。これは主に「スキッド」（外観が８足であるためにそう呼ばれる）と呼ばれる一連のゴム接続装置の設計により達成される。これはアクチュエータを表面の小平面に接続するゴム部品である。これは、「スキッド」部品の形態及び材料に固有な幾何学的特性及び弾性特性を組み合わせることで機能する。
【０１７９】
スキッド自体は、ＣＮＣ機械及び手作業の両方によりフライス削りされ切断されたハイグレード鋼鋳型を用いて天然黒色ゴム中で圧力成形される。私は一連の９−キャビティ鋳型を使用しディスプレイ装置で使用される様々な型のスキッドを得た。ステンレス鋼の釘を鋳造前に鋳型内の溝に置く。これらのスキッドは、一連のプロトタイプとして開発された。これらのプロトタイプは、経験的に試験されて、高い応力のかけすぎ及び柔軟すぎの中間で均衡される最適構造が決定されている。私は現在スキッドと小平面を連続する「深く折り畳まれた」表面として融合する複数のキャビティを有する鋳型を開発している。そのため、各スキッドは連続ゴム小平面によりその隣接スキッドに連結される。これによりスキッドと小平面との間で高品質接着剤ジョイントが必要なくなる。それは今やロードベアリングとなる小平面だからである。ゴム金属小平面はゴム小平面の全表面に貼り付けることができる。
【０１８０】
ピストンロッドの端は中空であり、これによりゴム「スキッド」中で鋳造したステンレス鋼釘を装入し、穴を開け、ピン留めすることができ、強い機械的接続が達成される。ゴム「スキッド」はその足の先端で一連の金属小平面に貼り付けられる。接着剤ジョイントでは強い結合を得るために特定の操作が必要とされる。小平面が貼り付けられ連続ディスプレイスクリーンが形成される。ピストンスキッドとピストン無しスキッドとを結合し、「弾性」表面の質量（この場合運動量）を最小にする（表面のぶれを減少させる）。
【０１８１】
ディスプレイスクリーン全体でピストンが繰り返し迅速に拡張および後退をすることができ、ピストンの動きは再構成可能なスクリーンに伝達される。これはピストンロッドの可撓性、およびメカニカルディスプレイのスプリング台及び後方ピボット台により支援される。すなわち、アセンブリ全体が局所的な応力の蓄積を緩和するように作動する。
【０１８２】
ピストンの密度及びサイズは変化させてもよく、小平面の幾何学形状も変化させてもよい。
【０１８３】
図１３はディスプレイスクリーン２４０のグリッドセルの分解組立斜視図である。接続装置２５０（いわゆる「スキッド」）は、裏がゴムの小平面２４１を相互に結合させるように共に成形され、一体のフレキシブルスクリーンが形成される。接続装置２５０のいくつかは８つの前方に突出した足を有し、その足はそれぞれ個々のゴム小平面に接続されている。他の接続装置は４つの足を有し、さらに他の接続装置は２つの足を有する。グリッドセルを組立てて全体のディスプレイスクリーンを形成する場合、１つのグリッドセルの縁のゴム小平面は、隣接するグリッドセルの接続装置の予備の縁の足に接続されてもよい。その代わりに予備の足が存在しない場合、隣接グリッドセルの縁の２足または４足接続装置は、ケーブルタイなどのコネクタを用いて（足が自由に動くように）そのベースで共に接続されてもよい。
【０１８４】
接続装置２５０のいくつかは、アクチュエータのピストンロッド２４２により駆動される。他の接続装置は駆動されず、または浮動である。
【０１８５】
金属小平面２４３は個々のゴム小平面２４１の前面に取り付けられ、ディスプレイスクリーンの視認可能な前面層が形成される。
【０１８６】
各ピストンは各減衰プレート２４４を通過する。減衰プレートはメカニカルディスプレイ装置の構造フレームに固定されたスプリング２４５により横方向に減衰される。
【０１８７】
Ｃ．１．２．３　気圧供給システム
気圧供給システム２７０は、コンプレッサ２７１、ドライヤー２７２、レザーバ２７３および圧力調節器２７４を備える。
【０１８８】
動作
図１４はメカニカルディスプレイ装置２００の概略端面図である。構造フレーム２１１はベースピボット２１３を有する気圧アクチュエータ２１２（ピストン）を含む。フレーム２１１の上部２１４には、ピストンとディスプレイスクリーン２４０の横方向の動きを減衰させるための減衰プレート２４４とスプリング２４５が存在する。ディスプレイスクリーンは、静止しているときは点線で、前方に拡張されているときには実線で描かれている。スクリーンの横方向の拡大はフレキシブルな接続装置２５０により吸収される。隣接する金属小平面２４３間の結合部位も図示されている。
【０１８９】
図１５はディスプレイスクリーンの表面を横切ってどのようにテキストがスクロールされるかを示したものである。図１５はまた、メカニカルディスプレイ装置をどのようにして、連続して配置することができる一連のモジュール２００Ａ−２００Ｅとすることができるかを示したものである。隣接するディスプレイスクリーンの隣接する縁は共に接続されて、全体のディスプレイ装置は１つの装置として制御され、機能することができる。
【０１９０】
第２のプロトタイプでは、小平面２４３は重ならないが、重ねることも可能であり、ディスプレイスクリーンを組織化すると重なった小平面の縁は互いの上を、例えばフラットな静止位置に対し予測される４５°表面ピッチまでスライドする。
【０１９１】
ピストンの行程（およびこのようにディスプレイスクリーンのその静止位置からの前方移動の程度）は少なくとも５ｃｍであり、より好ましくは少なくとも１０ｃｍ、少なくとも２０ｃｍ、少なくとも４０ｃｍまたは少なくとも６０ｃｍであると考えられる。これは表面効果が（例えばディスプレイスクリーンが広告掲示板である場合）一定距離から容易に視認できるようにするためであり、スクリーン表面の隣接領域間の十分局在化された相対的な継ぎ目により表面効果は顕著で視認可能なものとなる。
【０１９２】
Ｃ．２　閉ループシステムの概略仕様
統合閉ループシステム
統合閉ループシステムでは、ピストンは正確な位置制御を有する。私は２ｍｍの正確な動きが得られるピストンなどの標準部品を使用する、あるいはサーボステップシステムをカスタマイズして装置により要求される高速及び相対的な不正確さを適合させる。このシステムでは、ソフトウエアはピストンにどこへ行くべきかを単に指示し、ソレノイドバルブに送られる時間−シグナルの複雑さはすべて回避される。
【０１９３】
独立閉ループシステム
ここでは、アクチュエータは本質的に上記開ループシステムと同じであるが、ここでは全てのピストンの位置が連続してモニタされて制御システムコンピュータ１０１にフィードバックされる。現行の開ループシステムでは、バルブは所定の長さの時間の間開けられ、ピストン行程に沿った１５ステップの位置のいずれかに近似される。位置制御はバルブが開かれる時間にすぎないため、開ループシステムでは、エラーが蓄積するとピストンはかなり迅速に定位置からはずれて動作し、これはピストンがベースから離れて動作することができる時間は限られていることを意味し、これは可能な効果の範囲が限られていることを意味する。
【０１９４】
独立閉ループシステムでは、違いは、制御システムコンピュータ１０１へのフィードバックシグナルが、ピストンの実際の位置の理想的な位置に対する全ての異常を較正する修正となることである。言い換えると、次のシグナルは増大または減少して連続的に全ての位置エラーを較正する。
【０１９５】
ピストンの位置を実際に測定するのに、機械的手段、電気手段または光学手段（例えばレーザ走査）のいずれによってであろうと、いずれの方法を使用してもよい。明らかにそのようなフィードバックシステムでは、ピストンへの出力シグナルと同期すべきであること、バスシステム全体が情報の流れに対する増大した要求に適合するようにアップグレードされるべきであることが必要とされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
建物内に取り付けた場合の本発明にかかるディスプレイシステムの第１のプロトタイプを示す平面図である。
【図２】
図１の一部の拡大図である。
【図３】
本発明にかかる第１のプロトタイプのディスプレイ装置のスクリーンを使用して達成することができるリップル効果を示す斜視図である。
【図４Ａ】
ディスプレイ装置の第１のプロトタイプの正面図である。
【図４Ｂ】
ディスプレイ装置の第１のプロトタイプの縦断面図である。
【図４Ｃ】
ディスプレイ装置の第１のプロトタイプの平面図である。
【図５】
第１のプロトタイプの改良バージョンのスクリーンの正面図である。
【図６】
第１のプロトタイプの接続装置（ジョイント装置または「スキッド」）の斜視図である。
【図７Ａ】
図６の接続装置において使用される金属スタッドの斜視図である。
【図７Ｂ】
図６の接続装置において使用される金属スタッドの側面図である。
【図７Ｃ】
図６の接続装置において使用される金属スタッドの端面図である。
【図８】
スクリーンの小平面及びピストンアクチュエータにどのように取り付けられるかを示す、図６の接続装置の分解組立側面図である。
【図９】
スクリーンの小平面及びピストンアクチュエータにどのように取り付けられるかを示す、接続装置の分解組立斜視図である。
【図１０】
接続ノードで小平面の後に配置された接続装置を示す、スクリーンの複数の小平面の正面図である。
【図１１】
それぞれの角に接続装置を有する正方形グリッドセルを中心に示す、スクリーンの小平面の正面図である。
【図１】
2004503834.tif 000003
【図２】
2004503834.tif 000004
【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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