(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
仮想オブジェクトと仮想送風受信物体を仮想空間に表現する画像表示端末装置、及び前記仮想オブジェクトと前記仮想送風受信物体の状態に応じて前記仮想空間を制御する仮想空間制御手段を有する仮想空間システムと、
風を受け止める面を有する送風受信部、及び該送風受信部が受けた風圧を操作者に圧力として伝える圧力提示部を有し、操作者の身体や所持物に取り付けられるか、あるいは操作者が所持する送風受信手段と、
該送風受信手段の位置や向きを検出する送風受信部検出手段と、
該送風受信部検出手段により検出された前記送風受信手段の位置や向きの情報に応じて、前記送風受信手段を取り付けた又はそれを一部とする物体を前記仮想空間に前記仮想送風受信物体として投影する送風受信部投影手段と、
前記仮想送風受信物体と前記仮想オブジェクトの状態に応じて、該両者間の仮想接触状態を計算する仮想接触計算手段と、
前記操作者とは離れた場所に配置された、前記送風受信部に対し風を放出する送風放出手段と、
前記仮想接触計算手段の計算結果に応じて前記送風放出手段が放出する風の位置、向き、強さを計算する送風放出計算手段と、
前記送風放出計算手段の計算結果に応じて前記送風放出手段が放出する風を、送風受信手段に当てられるように、風の位置、向き、強さを制御する送風制御手段と、
を備えたことを特徴とする力覚提示装置。
【請求項２】
仮想オブジェクトと仮想送風受信物体を仮想空間に表現する画像表示端末装置、及び前記仮想オブジェクトと前記仮想送風受信物体の状態に応じて前記仮想空間を制御する仮想空間制御手段を有する仮想空間システムと、
風を受け止める面を有する送風受信部、及び該送風受信部が受けた風圧を操作者に圧力として伝える圧力提示部を有し、操作者が手に持つ送風受信手段と、
該送風受信手段の位置や向きを検出する送風受信部検出手段と、
該送風受信部検出手段により検出された前記送風受信手段の位置や向きの情報に応じて、前記送風受信手段を取り付けた又はそれを一部とする物体を前記仮想空間に前記仮想送風受信物体として投影する送風受信部投影手段と、
前記仮想送風受信物体と前記仮想オブジェクトの状態に応じて、該両者間の仮想接触状態を計算する仮想接触計算手段と、
前記操作者とは離れた場所に配置された、前記送風受信部に対し風を放出する送風放出手段と、
前記仮想接触計算手段の計算結果に応じて前記送風放出手段が放出する風の位置、向き、強さを計算する送風放出計算手段と、
前記送風放出計算手段の計算結果に応じて前記送風放出手段が放出する風を、送風受信手段に当てられるように、風の位置、向き、強さを制御する送風制御手段と、
を備えたことを特徴とする力覚提示装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記仮想空間システムがさらに遠隔仮想空間反映手段を備え、
該遠隔仮想空間反映手段が、通信ネットワークを介して他の仮想空間システムから送られてくる前記仮想オブジェクトを前記仮想空間に表現すると共に、該仮想オブジェクトを前記通信ネットワークを介して前記他の仮想空間システムに送信する
ことを特徴とする力覚提示装置。
【請求項４】
請求項１乃至３において、
前記送風受信手段が、前記仮想送風受信物体と仮想オブジェクトの状態に応じて前記送風受信部の風を受け止める面積又は形状を制御する送風受信制御部を備えている
ことを特徴とする力覚提示装置。
【請求項５】
請求項１乃至４において、
前記送風受信手段が、前記圧力提示部により提示した圧力を検出する圧力検出部を備え、
前記仮想空間制御手段が、前記圧力検出部が検出した圧力に応じて及び／又は前記送風受信物体と前記仮想オブジェクトの状態に応じて、前記仮想空間を制御する
ことを特徴とする力覚提示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操作者が自分の意思で自由に動作（操作）できる二次元又は三次元の仮想空間を表現する画像表示端末装置を備え、その仮想空間において任意に表示した仮想オブジェクトと操作者の分身（操作者又はその操作者の所持する物等）として表示した仮想送風受信物体との仮想接触により与えられる力覚を風圧より操作者に与えるようにした力覚提示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
仮想環境において操作者に力覚を与える従来の装置としては、マニピュレータの各関節軸にモータを取り付け、そのモータを駆動して各関節軸の反力を制御して力覚を提示するマニピュレータ式（浅野、矢野、岩田：「フォースディスプレイを用いた仮想環境における手術シミュレーションシステムの要素技術開発」、バ−チヤルリアリティ学会大会論文集、Vol.1,pp.95-98,(1996.10)）、或いは操作者の指に糸を張ったリングをはめ、その糸の他端をモータにとりつけて糸の張力の制御で力覚を提示する糸式（佐藤、他：「空間インターフェース装置SPIDARの提案」、信学論、74,D-2,7,887/889(1991)））等がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、これら従来の装置は、装置の着脱に手間がかかり、また装置を支える部分が人間の身体の外部に設けられており、操作者が自由に動けない等の操作制限が問題となっている。
【０００４】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、その目的は仮想空間における力覚を風圧として操作者に与え、操作者側には風圧を受け止め圧力としてその操作者に伝え得るものがあれば良いようにして、操作者の動きの自由度が増した力覚提示装置を提供せんとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための第１の発明は、仮想オブジェクトと仮想送風受信物体を仮想空間に表現する画像表示端末装置、及び前記仮想オブジェクトと前記仮想送風受信物体の状態に応じて前記仮想空間を制御する仮想空間制御手段を有する仮想空間システムと、
風を受け止める面を有する送風受信部、及び該送風受信部が受けた風圧を操作者に圧力として伝える圧力提示部を有し、操作者の身体や所持物に取り付けられるか、あるいは操作者が所持する送風受信手段と、
該送風受信手段の位置や向きを検出する送風受信部検出手段と、
該送風受信部検出手段により検出された前記送風受信手段の位置や向きの情報に応じて、前記送風受信手段を取り付けた又はそれを一部とする物体を前記仮想空間に前記仮想送風受信物体として投影する送風受信部投影手段と、
前記仮想送風受信物体と前記仮想オブジェクトの状態に応じて、該両者間の仮想接触状態を計算する仮想接触計算手段と、
前記操作者とは離れた場所に配置された、前記送風受信部に対し風を放出する送風放出手段と、
前記仮想接触計算手段の計算結果に応じて前記送風放出手段が放出する風の位置、向き、強さを計算する送風放出計算手段と、
前記送風放出計算手段の計算結果に応じて前記送風放出手段が放出する風を、送風受信手段に当てられるように、風の位置、向き、強さを制御する送風制御手段と、
を備えるよう構成した。
【０００６】
第２の発明は、仮想オブジェクトと仮想送風受信物体を仮想空間に表現する画像表示端末装置、及び前記仮想オブジェクトと前記仮想送風受信物体の状態に応じて前記仮想空間を制御する仮想空間制御手段を有する仮想空間システムと、
風を受け止める面を有する送風受信部、及び該送風受信部が受けた風圧を操作者に圧力として伝える圧力提示部を有し、操作者が手に持つ送風受信手段と、
該送風受信手段の位置や向きを検出する送風受信部検出手段と、
該送風受信部検出手段により検出された前記送風受信手段の位置や向きの情報に応じて、前記送風受信手段を取り付けた又はそれを一部とする物体を前記仮想空間に前記仮想送風受信物体として投影する送風受信部投影手段と、
前記仮想送風受信物体と前記仮想オブジェクトの状態に応じて、該両者間の仮想接触状態を計算する仮想接触計算手段と、
前記操作者とは離れた場所に配置された、前記送風受信部に対し風を放出する送風放出手段と、
前記仮想接触計算手段の計算結果に応じて前記送風放出手段が放出する風の位置、向き、強さを計算する送風放出計算手段と、
前記送風放出計算手段の計算結果に応じて前記送風放出手段が放出する風を、送風受信手段に当てられるように、風の位置、向き、強さを制御する送風制御手段と、
を備えるよう構成した。
【０００７】
第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、
前記仮想空間システムがさらに遠隔仮想空間反映手段を備え、
該遠隔仮想空間反映手段が、通信ネットワークを介して他の仮想空間システムから送られてくる前記仮想オブジェクトを前記仮想空間に表現すると共に、該仮想オブジェクトを前記通信ネットワークを介して前記他の仮想空間システムに送信する
よう構成した。
【０００８】
第４の発明は、第１乃至第３の発明において、前記送風受信手段が、前記仮想送風受信物体と仮想オブジェクトの状態に応じて前記送風受信部の風を受け止める面積又は形状を制御する送風受信制御部を備えているよう構成した。
【０００９】
第５の発明は、第１乃至第４の発明において
前記送風受信手段が、前記圧力提示部により提示した圧力を検出する圧力検出部を備え、
前記仮想空間制御手段が、前記圧力検出部が検出した圧力に応じて及び／又は前記送風受信物体と前記仮想オブジェクトの状態に応じて、前記仮想空間を制御する
よう構成した。
【００１０】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
図１は本発明の第１の実施形態の概念図である。この第１の実施形態の力覚提示装置は、画像表示端末装置１１ａで表現される三次元の仮想空間内１における操作者３の分身（操作者又はその操作者の所持する物等）としての仮想送風受信物体１ａと仮想オブジェクト１ｂ（図１(a)）との仮想接触時の力覚を提示するとき、送風放出手段２より操作者３の身体や所持物に風４を与え、その風を圧力として送風受信手段５で検出して、操作者３の身体や所持物に圧力Ｐとして力覚を提示するものである（図１(b)）。
【００１１】
図２はこの実施形態の力覚提示装置の構成図である。前記した送風受信手段５は、送風放出手段２から放出される風を受け止める送風受信部５ａと、その送風受信部５ａが風を受けたときの風圧を操作者３の身体や所持物に圧力Ｐとして提示する圧力提示部５ｂとを有する。
【００１２】
この送風受信手段５は、風を受けたときその風圧を受け止められる面を有しその風圧を圧力として操作者３に伝えることができる構成であればよい。この面の形状は効率的に風圧を受け止められるように凹形の面を使用することも考えられるが、単なる面を有する板や凹形の傘等を操作者３の身体や所持物に取り付けることで、そこに風圧を与えて圧力として伝えさせるようにしても良い。また、所持物自体の面や操作者３の衣服など、送風受信手段５として利用可能な面が既に備わっている場合はそれを利用し、それら所持物等に風圧を与えることで、所持している操作者３に圧力を提示するようにしても良い。
【００１３】
６は前記送風受信手段５の位置、向きを検出する送風受信部検出手段である。この送風受信部検出手段６としては、磁気センサーや赤外線を利用した検出手段、マーキングによる映像解析を利用する検出手段などがある。またこの送風受信部検出手段６により検出する位置情報、向き情報を使用して、送風受信手段５（操作者３）の移動速度、移動方向、加速度などを算出し送風受信部５ａの状態値として利用することもできる。
【００１４】
７は送風受信部投影手段であり、送風受信部検出手段６で検出した送風受信手段５の位置情報、向き情報に応じて、前記送風受信手段５を取り付けた又はそれを一部とする物体を仮想空間１に仮想送風受信物体１ａとして投影する。
【００１５】
８は仮想接触計算手段であり、仮想空間１内における仮想送風受信物体１ａと仮想オブジェクト１ｂの状態に応じて仮想空間１内での両者の仮想接触状態を計算する。すなわち、仮想空間１内で接触が発生したか、またそれぞれの位置や移動軌道から接触の可能性があるか、どのように接触するのか、などの状態を算出する。
【００１６】
９は送風放出計算手段であり、仮想接触計算手段８より計算された結果に基づき、送風放出手段２が放出する風の位置、向き、強さを計算する。
【００１７】
１０は送風制御手段であり、送風放出計算手段９により計算された結果に基づき前記送風放出手段２が放出する風の位置、向き、強さを制御する。この送風放出手段２の具体例としては、ファン、エアーポンプ、エアーコンプレッサー等があり、送風制御手段１０により、その送風の強さや、１つ以上の送風放出部分の切替、角度・位置などの制御による送風の位置・向きの制御を行う。
【００１８】
送風制御手段１０の送風の強さの制御の具体的方法としては、その送風放出手段２に供給する電圧や周波数を制御することで送風のオン／オフや単位時間当りの風量を変化させて送風の強さを制御したり、また送風放出手段２の送風放出口の面積を制御することで単位面積当りの風量を変化させ送風の強さを制御する方法等がある。
【００１９】
１１は仮想空間システムであり、操作者３が自分の意思で自由に動作（操作）ができる三次元の仮想空間１を表現する前記した画像表示端末装置１１ａと、仮想オブジェクト１ｂと仮想送風受信物体１ａの状態に応じて仮想空間１（の映像）を制御する仮想空間制御手段１１ｂを持っている。
【００２０】
画像表示端末装置１１ａとしては、標準的大きさの又は等身大のディスプレイや、ＨＭＤ等に映し出すものが使用でき、単眼視や多眼視（立体視）するものも利用することができる。
【００２１】
次に、本実施形態による力覚提示装置の利用方法について詳しく説明する。図３はその処理の流れを説明するための図である。ここでは、仮想オブジェクト１ｂによる仮想接触のイベントを、操作者３の身体や所持物に力覚を提示することにより受け取る例について説明する。
【００２２】
まず、送風受信手段５を、仮想オブジェクト１ｂによる仮想接触を受け取らせたい部分（操作者３の身体や所持物等）に、１乃至複数個取り付ける。ただし、所持物の面や操作者３の衣服など、既に送風受信手段５が備わっている場合はそれを利用する。その場合の送風受信手段５の位置は、既に備わっているその部分の位置等になる（Ｓ１０１）。
【００２３】
次に、各送風受信手段５について、仮想空間１内での位置、向きを送風受信部検出手段６により常に検出して、その送風受信手段５を取り付けた又はそれを一部とする物体を、仮想空間１に仮想送風受信物体１ａとして投影する（Ｓ１０２）。
【００２４】
次に、仮想空間システム１１により仮想オブジェクト１ｂを生成し、仮想空間１内に表現する。（Ｓ１０３）。
【００２５】
次に、仮想接触計算手段８によって、仮想送風受信物体１ａと仮想オブジェクト１ｂの状態に応じて、前記仮想空間１内での両者の仮想接触状態を計算する（Ｓ１０４）。
【００２６】
この計算の結果、仮想接触が発生していたときは、送風放出計算手段９により仮想接触計算手段８が算出した接触状態に基づいて送風放出手段２で放出する風を計算し（Ｓ１０６）、送風制御手段１０によって送風放出手段２が風を放出する位置、向き、強さを制御する（Ｓ１０７）。
【００２７】
このように、仮想オブジェクト１ｂの仮想空間１内の位置や軌道と、操作者３の身体や所持物に取り付けられた送風受信手段５の位置や向きにより、仮想接触計算手段８は、仮想空間１内において前記仮想オブジェクト１ｂと仮想送風受信物体１ａとの仮想接触が発生したかを計算し、仮想接触が発生していれば送風放出計算手段９により送風放出手段２が放出すべき風を計算し、仮想オブジェクト１ｂが仮想接触する仮想送風受信物体１ａに対応する送風受信部５ａに送風放出手段２からの風を当てられるように、送風制御手段１０がその送風放出手段２を制御する。
【００２８】
さらに、送風放出手段２より風が放出されたときの、前記仮想オブジェクト１ｂ又は投影した仮想送風受信物体１ａの状態に応じて、仮想空間１を仮想空間制御手段１１ｂによって制御する（Ｓ１０８）。
【００２９】
さらに、前記仮想空間システム１１は表現された仮想空間１に応じて、再度操作者３に対応する仮想送風受信物体１ａへの接触イベントを生成させるならば（Ｓ１０９）、再びそれらが繰り返される。
【００３０】
以上説明した力覚提示装置の具体的利用方法としては、仮想オブジェクト１ｂによる接触イベントを受け取らせる仮想空間１として、ビーチバレー、テニス、モグラたたきゲームの「たたく側」等がある。
【００３１】
このときは、送風受信手段５を、操作者３の身体や所持物等、操作者３に仮想オブジェクト１ｂによる仮想接触を受け取らせたい部分（例えば操作者３の手や腕、ラケットやハンマーにみたてたもの等）に取り付ける。あるいは、操作者３の衣服や所持しているラケットやハンマーなどの面を送風受信手段５として利用する（Ｓ１０１）。
【００３２】
そして、その送風受信手段５の位置、向きを送風受信部検出手段６で常時検出する。また、送風受信手段５を取り付けた又はそれを一部とする物体としての、操作者３の体の一部や所持物であるラケットやハンマーを、仮想送風受信物体１ａとして仮想空間１内に投影する（Ｓ１０２）。
【００３３】
次に、仮想オブジェクト１ｂを仮想ボールや仮想モグラとして生成し、仮想空間１内に表現する（Ｓ１０３）。
【００３４】
これにより、仮想ボールを仮想空間１に飛ばしたときや仮想モグラが飛び出したときに、仮想送風受信物体１ａとの接触として、操作者３が仮想ボールにぶつかる、操作者３が仮想ボールを打ち返す、操作者３が仮想モグラをたたくなどの行為を行うことが想定される。このとき、操作者３が送風受信手段５を取り付けた部分を動かすなどのアクションを起こすと、仮想接触計算手段８が、仮想送風受信物体１ａ（操作者３の体の一部や所持物であるラケットやハンマー）と仮想オブジェクト１ｂ（仮想ボールや仮想モグラ）の状態に応じて、その両者間の仮想空間１内での仮想接触状態を計算する。
【００３５】
このように、仮想オブジェクト１ｂの仮想空間１内での位置や軌道と、操作者３の身体や所持物に取り付けられた送風受信手段５の位置や向きより、仮想オブジェクト１ｂと操作者３の身体や所持物との仮想接触が発生したかを計算する（Ｓ１０４）。
【００３６】
仮想接触が発生していれば、その接触状態から、送風放出計算手段９は、送風放出手段２が放出する風を計算し（Ｓ１０６）、仮想オブジェクト１ｂが接触する送風受信手段５に風を当てられるように、送風制御手段１０が送風放出手段２を制御して、送風放出手段２から風が放出される（Ｓ１０７）。
【００３７】
送風放出手段２より風が放出されたときの、仮想送風受信物体１ａ（操作者３の体の一部、或いは所持物であるラケットやハンマー）と仮想オブジェクト１ｂ（仮想ボールや仮想モグラ）の状態に応じて、仮想空間制御手段１１ｂは仮想オブジェクト１ｂが接触した映像として、仮想ボールが跳ね返る、仮想モグラが引っ込む、又は仮想モグラ姿態が変化するなどの映像を表現する（Ｓ１０８）。さらに、跳ね返した又はたたいた状態に応じて、再度操作者３へ仮想ボールが飛んでいく、又は仮想モグラが飛び出すなど、それらが繰り返される。
【００３８】
仮想空間１を制御する別の方法として、仮想接触が発生する仮想オブジェクト１ｂの映像を仮想空間１に表現する際に、送風受信手段５を取り付けた又はそれを一部とする物体である仮想空間１内に投影された仮想送風受信物体１ａの位置などに応じて表現するする方法も実施できる。
【００３９】
図４はこの場合の処理の流れを説明するための図である。これは、図３にあったステップＳ１０３をステップＳ１０３’に置換したものである。このステップＳ１０３’では、仮想送風受信物体１ａと仮想オブジェクト１ｂの状態に応じて、仮想空間１を仮想空間制御手段１１ｂによって制御し、接触イベントを起こす仮想オブジェクト１ｂの映像を所望に表現する。
【００４０】
この場合の具体的利用方法を次に説明する。ここでは、仮想オブジェクト１ａからの接触イベントを受け取らせる仮想空間１として、モグラたたきゲームの「たたかれ側」を考える。
【００４１】
このときは、送風受信手段５を、操作者３の身体や所持物等のように、操作者３に仮想オブジェクト１ｂからの仮想接触を受け取らせたい部分（例えば操作者の頭等）に取り付ける、又は操作者の衣服等を利用する（Ｓ１０１）。
【００４２】
そして、その送風受信手段５の位置、向きを検出する。また、送風受信手段５を取り付けた又は一部とする物体である、操作者３の体の一部（例えば操作者の頭等）を仮想送風受信物体１ａである仮想モグラとして仮想空間１内に投影する（Ｓ１０２）。
【００４３】
これは、操作者３がその位置を移動することで、投影された仮想モグラが仮想空間１内に作られた仮想穴から出入りを行い、その仮想モグラが仮想ハンマーによりたたかれることを想定したゲームである。
【００４４】
仮想モグラが指定した穴から飛び出したり一定時間以上穴から出ていたりなど、穴から飛び出したという条件を満たした場合、仮想オブジェクト１ｂとの仮想接触が発生するもとのとし、仮想オブジェクト１ｂとして仮想ハンマーを生成し、仮想モグラの動きに応じて仮想ハンマーを表現する（Ｓ１０３’）。
【００４５】
操作者３は送風受信手段５を取り付けた部分を動かすなどのアクションを起こし、仮想接触計算手段８が、操作者３の体の一部が投影された仮想送風受信物体１ａ（仮想モグラ）と仮想オブジェクト１ｂ（仮想ハンマー）の状態に応じて、仮想空間１内で仮想接触状態を計算する（Ｓ１０４）。この仮想接触状態は、例えば、仮想ハンマーが仮想モグラをたたく状態である。
【００４６】
仮想接触が発生していれば、その接触状態から、送風放出計算手段９は送風放出手段２が放出する風を計算し（Ｓ１０６）、仮想オブジェクト１ｂが接触する送風受信部５ａに風を当てられるように、送風制御手段１０が送風放出手段２を制御して、送風放出手段から風が放出される（Ｓ１０７）。
【００４７】
送風放出手段２より風が放出されたときの、操作者３の体の一部が投影された仮想送風受信物体１ａ（仮想モグラ）と仮想オブジェクト１ｂ（仮想ハンマー）の状態に応じて、仮想空間制御手段１１ｂは仮想空間を制御する。例えば、仮想オブジェクト１ｂが接触した映像として、仮想ハンマーが変化する、仮想モグラにみたてられた操作者３の仮想空間１内での位置が変化するなどの映像を表現する（Ｓ１０８）。
【００４８】
さらに、たたかれた状態に応じて、再度操作者３が仮想穴から飛び出すなど、それらが繰り返される（Ｓ１０９）。
【００４９】
［第２の実施形態］
図５は本発明の第２の実施形態による力覚提示装置の構成図である。ここでは、図２に示した力覚提示装置を２台具備し、各力覚提示装置の仮想空間システム１１は通信ネットワーク１２を介して接続されている。各力覚提示装置は、通信ネットワーク１２を介して操作者間で双方向に仮想的に反力をやり取りするよう双方の操作者の身体や所持物に力覚を提示するものである。そして、ここでも、各力覚提示装置に操作者３の分身（仮想送風受信物体１ａ）を表示できるようにし、操作者３は自分の分身を操作することで自分の意思で自由に動作（操作）ができる三次元の仮想空間１を表現する。この仮想空間１には、他の力覚提示装置を操作する操作者の分身も表現させる。
【００５０】
仮想空間システム１１の仮想空間制御手段１１ｂは、図２に示したのと同様に、送風受信部投影手段７により投影された仮想送風受信物体１ａと生成された仮想オブジェクト１ｂの状態に応じて、仮想空間１を制御する。１１ｃは遠隔仮想空間反映手段であり、仮想空間制御手段１１ｂによって表現された仮想オブジェクト１ｂの位置情報、向き情報を通信ネットワーク１２を介して他の仮想空間システムに送信し、仮想オブジェクト１ｂの位置情報、向き情報を受け取った当該他の仮想空間１では仮想オブジェクト１ｂを自己の仮想空間１に表現する同様な遠隔仮想空間反映手段１１ｃを備えている。なお、遠隔仮想空間反映手段１１ｃは、自己の仮想空間１の仮想送風受信物体１ａを他の仮想空間システムに仮想オブジェクト１ｂとして送信する場合もある。他の構成は図２の構成で説明したのと同じである。
【００５１】
図６はこの第２の実施形態の力覚提示装置の処理の流れを説明するための図である。まず、風を受け止める送風受信部５ａとその送風受信部５ａが受け止めた風圧を圧力として提示する圧力提示部５ｂを有する送風受信手段５を、操作者３の身体や所持物等、操作者３に仮想オブジェクト１ｂによる仮想接触を受け取らせたい部分に取り付ける。ただし、所持物の面や操作者の衣服など、送風受信手段５が既に備わっている場合それを利用する。その場合の送風受信手段の位置は、既に備わっているその部分の位置等になる（Ｓ２０１）。
【００５２】
次に、前記各送風受信手段５について、仮想空間１内での位置、向きを送風受信検出手段６により常に検出し、送風受信手段５を取り付けた又は一部とする物体を仮想空間１に仮想送風受信物体１ａとして投影する（Ｓ２０２）。
【００５３】
次に、仮想空間システムは仮想オブジェクト１ｂを生成し、仮想空間１内に表現する。（Ｓ２０３）。
【００５４】
次に、仮想接触計算手段８は、仮想送風受信物体１ａと仮想オブジェクト１ｂの状態に応じて、両者間の前記仮想空間１内での仮想接触状態を計算する（Ｓ２０４）。
【００５５】
以上により、仮想接触が発生していたときは、送風放出計算手段９は、仮想接触計算手段８で算出した接触状態に基づき送風放手段２が放出する風の位置、向き、強さを計算し（Ｓ２０６）、この計算に基づき送風制御手段１０は送風放出手段２が風を放出するを制御する（Ｓ２０７）。
【００５６】
さらに、前記送風放出手段２より風を放出したときの、送風受信部投影手段７により投影された仮想送風受信物体１ａと仮想オブジェクト１ｂの状態に応じて、仮想空間１を仮想空間制御手段１１ｂによって制御する（Ｓ２０８）。
【００５７】
さらに、遠隔仮想空間反映手段１１ｃにより、仮想空間制御手段１１ｂによって表現された仮想オブジェクト１ｂの位置情報、向き情報を通信ネットワーク１２を介して他の仮想空間システム１１に送信する（Ｓ２０９）。また、遠隔から送信されてきた仮想オブジェクト１ｂの位置情報、向き情報を自己の仮想空間１に反映させる（Ｓ２１０）。
【００５８】
このとき、遠隔の仮想空間１でも前記のような仮想接触が発生している等より、再度操作者へ接触イベントを生成させるならば（Ｓ２１１）、再度同様の処理を行う。
【００５９】
以上により、双方の仮想空間で仮想接触を発生し合うことで、通信ネットワーク１２を介して遠隔の操作者と仮想空間１を共有し、仮想的反力のやり取りを体験することが可能となる。
【００６０】
本実施形態の具体的利用方法としては、同一の仮想接触イベントが起こる仮想空間システム１１を通信ネットワーク１２でつなぎ、双方を仮想オブジェクト１ｂが行き来することで、仮想オブジェクト１ｂからの接触イベントをやり取りする方法がある。例えば、前記第１の実施形態で説明したビーチバレー、テニス等の仮想空間システムを通信ネットワークで接続する利用方法である。
【００６１】
ことのきは、送風受信手段５を、操作者３に仮想オブジェクト１ｂによる仮想接触を受け取らせたい部分である、操作者の身体や所持物等（例えば操作者の手や腕、ラケットにみたてたもの等）に取り付けるか、又は操作者の衣服や所持物のラケットなどの面を送風受信手段５として利用する（Ｓ２０１）。
【００６２】
そして、送風受信部検出手段６により、その位置、向きを検出する。また送風受信手段５を取り付けた又は一部とする物体である、操作者の体の一部や、所持物であるラケットを仮想送風受信物体１ａとして仮想空間１内に投影する（Ｓ２０２）。
【００６３】
仮想オブジェクト１ｂとして仮想ボールを生成し、仮想空間１内に表現する（Ｓ１０３）。
【００６４】
これにより、仮想接触が起こる仮想ボールを仮想空間１に飛ばしたときに仮想送風受信物体１ａとの接触として、操作者３が仮想ボールにぶつかる、操作者３が仮想ボールを打ち返すなどの行為を行うことが予想される。このとき、操作者３が送風受信手段５を取り付けた部分を動かすなどのアクションを起こすと、仮想接触計算手段８が、仮想送風受信物体１ａ（操作者３の体の一部や所持物であるラケット）と仮想オブジェクト１ｂ（仮想ボール）の状態に応じて、前記仮想空１間内で仮想接触状態を計算する（Ｓ２０４）。
【００６５】
以上により、仮想接触が発生していれば、送風放出計算手段９は、仮想接触計算手段８が算出した接触状態に基づき、送風放出手段２が放出する風を計算し（Ｓ２０６）、仮想オブジェクト１ｂが接触する送風受信手段５に風を当てられるように、送風制御手段１０が送風放出手段２から放出する風を制御する（Ｓ２０７）。
【００６６】
送風放出手段２より風が放出されたときの仮想送風受信物体１ａ（操作者３の体の一部や所持物であるラケッ）と仮想オブジェクト１ｂ（仮想ボール）の状態に応じて、仮想空間制御手段１１ｂは仮想オブジェク１ｂが接触した映像として、仮想ボールが跳ね返るなどの映像を表現する（Ｓ２０８）。
【００６７】
さらに、仮想空間制御手段１１ｂによって表現された跳ね返った仮想ボールの映像を、通信ネットワーク１２を介して他方の仮想空間システム１１に送信し、遠隔の仮想空間１に、跳ね返ったボールが飛んできた映像などとして反映させる（Ｓ２０９）。
【００６８】
さらに、その仮想ボールを打ち返すなどの行為を、当該遠隔地にある仮想空間システム１１の操作者が行ったとき、その仮想ボールの位置情報、向き情報を受け取り（Ｓ２１０）、これより接触イベントを再び生成させる（Ｓ２１１）ことにより、通信ネットワーク１２を介して遠隔の操作者と仮想空間１を共有し、仮想的反力のやり取りをし、仮想のボールの打ち合いなどを体験することが可能となる。
【００６９】
また、別の方法として、異なる仮想接触イベントが起こる仮想空間システムを通信ネットワークでつなぎ、一方の仮想送風受信物体１ａが他方では接触イベントを起こす仮想オブジェクト１ｂとして互いに反映されることで接触イベントをやり取りする方法がある。
【００７０】
具体的方法としては、第１の実施形態で説明したように、各操作者を仮想モグラにみたてた「たたかれる側」と、その仮想モグラを「たたく側」として、両者間を通信ネットワーク１２でつなぐモグラたたきゲーム等の仮想空間システムがある。
【００７１】
図７はその概念図である。仮想オブジェクト１ｂからの接触イベントを受け取らせる仮想空間１として、「たたく側」の仮想空間システム１１Ａ（図７(a)）、「たたかれる側」の仮想空間システム１１Ｂ（図７(b)）が、通信ネットワーク１２でつながれているものとする。「たたく側」の仮想空間システム１１Ａでは、たたくものとしての送風受信手段５を操作者３の身体や所持物等、例えば、操作者の手やハンマーにみたてたもの等に取り付けるか、又はそのハンマーなどの面を送風受信手段５とする。
【００７２】
一方、「たたかれる側」の仮想空間システム１１Ｂでは、たたかれる場所として、操作者３の身体や所持物等、例えば操作者の頭や手等に送風受信手段５を取り付けるか、又は操作者の衣服などの面を送風受信手段５として利用する。
【００７３】
ここでは、「たたき側」の送風受信手段５はハンマーの面とし、「たたかれ側」の送風受信手段５は操作者３の頭に取り付けたものとする。
【００７４】
また各送風受信手段５について、仮想空間１内の位置、向きを検出し、また各送風受信手段５を取り付けた又は一部とする物体である各操作者３の頭や、所持物であるハンマーを仮想送風受信物体１ａとして仮想空間１内に投影する。
【００７５】
ここでは、「たたき側」ではハンマーを仮想ハンマーにみたてて仮想送風受信物体１ａとして、「たたかれ側」では操作者の頭を仮想モグラにみたてて仮想送風受信物体１ａとして、各々の側の仮想空間１内に投影する。この場合、接触イベントを起こす仮想オブジェクト１ｂは、「たたき側」では「たたかれ側」から反映された仮想モグラであり、「たたかれ側」では「たたき側」から反映された仮想ハンマーとなる。
【００７６】
仮想空間システム１１Ｂの操作者３が、仮想空間システム１１Ｂの仮想モグラとして投影され、さらに仮想モグラが仮想空間システム１１Ａに反映されることで、仮想空間システム１１Ｂの操作者３Ｂの位置移動により、仮想空間システム１１Ａの仮想モグラが穴から出たり入ったりする。仮想間システム１１Ａでは、所持物のハンマーが投影され、投影し仮想ハンマーで仮想モグラをたたくことで、仮想オブジェクト１ｂである仮想モグラと仮想ハンマーの仮想接触が起こることから、仮想モグラと仮想ハンマーの状態に応じて、仮想接触計算手段８より仮想接触状態を算出する。
【００７７】
仮想接触が発生していれば、送風放出計算手段９より放出する風を算出し、仮想オブジェクトが接触する送風受信部５ａに風を当てられるように、送風制御手段１０が送風放出手段２を制御して、送風放出手段２から風が放出される。
【００７８】
さらに、仮想モグラと仮想ハンマーの状態に応じて、仮想空間１を仮想空間制御手段１１ｂによって制御する。例えば、仮想接触した映像として、仮想モグラが引っ込む、仮想モグラの姿態が変化する等の映像を表現する。
【００７９】
さらに、遠隔仮想空間反映手段１１ｃによって仮想空間システム１１Ａの仮想ハンマーの位置情報、向き情報を通信ネットワーク１２を介した仮想空間システム１１Ｂに送信し、仮想空間システム１１Ｂでは遠隔仮想空間反映手段１１ｃにより受信した仮想オブジェクト１ｂとしての仮想ハンマーの情報を仮想空間１内に反映する。同様にこの仮想ハンマーと仮想モグラとの仮想接触が起こり同様の処理がおこなわれ、仮想ハンマーと仮想モグラの状態に応じて、仮想空間システム１１Ｂの操作者３の頭につけた送風受信手段５に風をあてる。
【００８０】
このようにして、相手側の仮想空間でも前記と同様の動作を行い仮想接触を再び返すことで、通信ネットワーク１２を介して遠隔の操作者と仮想空間１を共有し、仮想モグラたたきゲーム等の仮想的反力のやり取りを体験することが可能となる（図７(c)）。
【００８１】
［第３の実施形態］
図８は、本発明の第３の実施形態の構成図である。上述の第１、第２の実施形態では、操作者３の身体や所持物に力覚を提示するために取り付ける送風受信手段５に送風する風の制御、つまり送風放出手段２が風を放出する位置、向き、強さの制御を、仮想空間１内の仮想送風受信物体１ａと仮想オブジェクト１ｂの状態に応じて送風制御手段１０により行っているが、本実施形態では、送風受信手段５内に新たに送風受信制御部５ｃを設けて、仮想送風受信物体１ａと仮想オブジェクト１ｂの状態に応じて、その送風受信制御部５ｃが風を受け止める面積や形状を制御する。すなわち、提示する力覚の制御を送風放出手段２側のみならず送風受信手段５の側でも行うようにする。
【００８２】
受け止める風圧の制御は、送風受信部５ａの風を受け止める面について、その面積や角度を制御することで行うことができる。その具体的例を図９に示す。送風受信部５ａを、２枚以上の風を受け止める平面の羽根１３（図９では４枚）で構成し、その羽１３を、風が吹く方向に対して垂直（図９(a)左側）から平行（図９(a)右側）に所定角度ずつ又は連続的に角度を変えるようにし、この角度を制御することで、受け止める風圧を制御する。また、それらの羽根１３が凹形に開閉するように、ラッパ形状に構成することもできる（図９(b)）。さらに、その他の具体例としては、送風受信部５ａの風を受け止める面を折りたたんだり、広げたりして、風を受け止める面積や形状を制御する手法もある。
【００８３】
その制御内容は、仮想接触を行う仮想オブジェクト１ｂの速度に応じて、又はそれを仮想的に打ち返す操作者の身体や所持物の投影である仮想送風受信物体１ａの位置、向きに応じて、送風受信制御部５ｃにより受け止める風圧の量を制御する。
【００８４】
［第４の実施形態］
図１０は、本発明の第４の実施形態の構成図である。ここでは、操作者３の身体や所持物に力覚を提示する場合に、送風受信手段５に、圧力提示部５ｂにより提示した圧力を検出する圧力検出部５ｄをも設けて風圧を受けたときの圧力を測定する。そして、仮想空間１内の仮想送風受信物体１ａと仮想オブジェクト１ｂの状態に応じて、及び／又は圧力検出手段５ｄが検出した圧力に応じて、仮想空間制御手段１１ｂを制御し、仮想空間１を制御する。
【００８５】
圧力検出部５ｄの具体例としては、圧力センサ等がある。利用方法としては、仮想オブジェクト１ｂを打ち返すときなどに圧力を検出し、検出した圧力を仮想オブジェクト１ｂが跳ね返る速度などの状態に反映させて映像を表現する。
【００８６】
【発明の効果】
以上から本発明の力覚提示装置によれば、風圧を受け止めることでその圧力を利用して、仮想空間の仮想送風受信物体を操作する操作者に力覚を提示することができる。これによって、仰々しい装備をする必要がなく、また操作者が装着又は所持するもので固定に据え付けられた機器が必要ないことから、操作者は動きの自由度が増し、任意の位置に移動可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施形態の力覚提示装置の概念図である。
【図２】  同第１の実施形態の力覚提示装置の構成図である。
【図３】  同第１の実施形態の力覚提示装置の処理の流れを説明するための図である。
【図４】  同第１の実施形態の力覚提示装置の別の処理の流れを説明するための図である。
【図５】  本発明の第２の実施形態の力覚提示装置の構成図である。
【図６】  同第２の実施形態の力覚提示装置の処理の流れを説明するための図である。
【図７】  同第２の実施形態の力覚提示装置の概念図である。
【図８】  本発明の第３の実施形態の力覚提示装置の送風受信手段の構成図である。
【図９】  第３の実施形態の送風受信手段の制御例の説明図である。
【図１０】  本発明の第４の実施形態の力覚提示装置の送風受信手段の構成図である。
【符号の説明】
１：仮想空間、１ａ：仮想送風受信物体、１ｂ：仮想オブジェクト、２：送風放出手段、３：操作者、４：風、５：送風受信手段、５ａ：送風受信部、５ｂ：圧力提示部、５ｃ：送風受信制御部、５ｄ：圧力検出部、６：送風受信部検出手段、７：送風受信部投影手段、８：仮想接触計算手段、９：送風放出計算手段、１０：送風制御手段、１１：仮想空間システム、１１ａ：画像表示端末装置、１１ｂ：仮想空間制御手段、１１ｃ：遠隔仮想空間反映手段、１２：通信ネットワーク。
【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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【図１０】
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