(57)【要約】【解決手段】本発明は、偏光眼鏡をかけた運転士の操作に合わせて運転席前方のスクリーンに風景が３D表示されると共に、操作状態が表示される鉄道用運転シミュレータにおいて、操作に応じて仮想的列車の走行速度、走行位置を求める列車制御手段と、線路及び該線路沿線に配置された有体物が格納された格納部を有し、走行速度、走行位置に応じて仮想的運転士の左眼と右眼とからから見えるそれぞれの風景を生成する３D画像生成手段と、生成された風景を、偏光板を介してスクリーンに投影する３D画像表示手段とを備え、左眼と右眼から見えるそれぞれの風景が生成されたとき、同時に投影させる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光眼鏡をかけた運転士による操作手段の操作に合わせて運転席前方のスクリーンに風景が３D表示されると共に、該運転席の表示手段に操作状態が表示される鉄道用運転シミュレータにおいて、
前記操作手段の操作に応じて仮想的列車の走行速度を求め、求めた該走行速度と経過時間とに基づいて該仮想的列車の走行位置を求める列車制御手段と、
前記仮想的列車が走行する線路及び該線路沿線に配置された有体物に係るデータが格納された格納部を有し、前記列車制御手段が求めた前記走行速度及び前記走行位置に応じて仮想的運転士の左眼と右眼とからそれぞれ見えるそれぞれの風景を生成する３D画像生成手段と、
前記３D画像生成手段により生成されたそれぞれの風景を、互いに偏光軸が直交する偏光板それぞれを介して前記スクリーンに投影する３D画像表示手段とを備え、
前記列車制御手段は、前記３D画像生成手段において、左眼と右眼とからそれぞれ見えるそれぞれの風景が生成されたとき、生成されたそれぞれの風景を前記３D画像表示手段から同時に投影させることを特徴とする鉄道用運転シミュレータ。
【請求項２】
前記操作手段は、前記仮想的列車の走行速度を変化させる主幹制御器及び該仮想的列車を制動する制動輪に圧力をかけるブレーキ弁を有すると共に、
前記表示手段は、走行速度及び圧力を表示する計器パネルを有するものであって、
前記列車制御手段は、前記主幹制御器により変化させた前記走行速度及び前記ブレーキ弁によりかけられた前記圧力を前記計器パネルに表示することを特徴とする請求項１記載の鉄道運転用シミュレータ。
【請求項３】
前記列車制御手段は、
前記仮想的列車を構成する車両に係るデータ、及び前記線路沿線に配置される信号機及びプラットフォームの位置情報を含むデータが格納されたメモリと、
前記走行速度及び前記走行位置を求めると共に、前記メモリに格納された前記データを用いて前記線路上の各位置における前記仮想的列車を構成する車両の揺れを含む変位を求める演算部とを備えたことを特徴とする請求項１記載の鉄道運転用シミュレータ。
【請求項４】
前記列車制御手段は、前記演算部で求めた前記走行速度及び前記走行位置に基づいて、前記信号機の表示を制御する信号制御部、及び前記仮想的列車の乗降扉の開閉を制御する扉開閉制御部を備えたことを特徴とする請求項３記載の鉄道運転用シミュレータ。
【請求項５】
前記３D画像生成手段は、前記演算部で求めた前記変位に基づいて、生成された前記左眼から見える風景を移動させる左眼用３D画像生成部及び生成された前記右眼から見える風景を移動させる右眼用３D画像生成部を備えたことを特徴とする請求項３記載の鉄道運転用シミュレータ。
【請求項６】
前記３D画像表示手段は、前記左眼用３D画像生成部が生成し、移動させた前記風景を、前記偏光板を介して投影する左眼用３D画像投影部及び前記右眼用３D画像生成部が生成し、移動させた前記風景を、前記偏光板を介して投影する右眼用３D画像投影部を備えたことを特徴とする請求項５記載の鉄道運転用シミュレータ。
【請求項７】
前記列車制御手段は、前記メモリに格納された走行音及び警報音に係るデータに基づいて、前記仮想的列車の走行に応じて生じる走行音、及び前記信号幾の警報音を含む音響を生成し、所定のスピーカに出力する音響生成部を備えたことを特徴とする請求項３記載の鉄道運転用シミュレータ。
【請求項８】
前記音響生成部は、前記ブレーキ弁が操作されたとき、前記計器パネルに表示される前記走行速度及び前記圧力に応じて前記格納部に格納された軋り音に係るデータの音量及び周波数を変化させて前記所定のスピーカから出力することを特徴とする請求項７記載の鉄道運転用シミュレータ。
【請求項９】
前記左眼用３D画像生成部及び前記右眼用３D画像生成部は、前記演算部で求めた前記走行速度及び前記走行位置に応じて、前記格納部に格納された前記データにより前記線路及び該線路沿線に配置された有体物の、一定範囲における立体モデルを形成すると共に、前記仮想的運転士の、対応する左眼又は右眼を視点とするレンダリングを行うことにより、２D画像によるそれぞれの風景を生成し、前記列車制御手段に通知をそれぞれが行うものであって、
前記列車制御手段は、前記左眼用３D画像生成部及び前記右眼用３D画像生成部双方から前記通知を受けたとき、生成された前記それぞれの風景を、前記左眼用３D画像表示部及び前記右眼用３D画像表示部双方から同時に前記スクリーンに投影させることを特徴とする請求項５記載の鉄道運転用シミュレータ。
【請求項１０】
前記左眼用３D画像生成部及び前記右眼用３D画像生成部それぞれは、前記仮想的列の進行に伴って進行方向に前記線路及び前記有体物を補充する単位ブロックが設定されたものであって、該仮想的列車の走行に伴う前記変位に基づいて前記車両の位置を求め、求めた該位置に応じて、前記仮想的運転士の、対応する左眼又は右眼の視点を移動させて前記それぞれの風景を生成することを特徴とする請求項９記載の鉄道運転用シミュレータ。
【請求項１１】
前記仮想的列車の走行路線、及び該仮想的列車を構成する車両の種類を含むシミュレーション環境を選択し、前記列車制御手段及び前記３D画像生成手段に指令を行なう指令手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の鉄道運転用シミュレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道用運転シミュレータ、特に、鉄道の運転操作訓練や運転士のエラーの研究に用いる鉄道用運転シミュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄道の車両運行には、鉄道の安全確保の観点から閉そく方式が採用されるのが一般的である。閉そく方式は、線路上に、閉塞区間を設定し、その区間は１列車が占有し、他の列車がその区間に進入するのを禁止することにより、列車が衝突するのを防止する方式である。閉塞区間における列車の有無、侵入の可否を知らせるものが信号機である。したがって、信号機は、列車を安全に運転する基本となるものである。
しかしながら、鉄道の車両運行中に運転士のいねむりにより、信号機が見落とされ、誤って閉塞区間に侵入したために、他の列車と衝突するといった列車事故が発生している。このため、信号機が無視された場合であっても安全が確保されるように、運転士に警告を出すと同時に、列車にブレーキをかけ、自動停車させるバックアップシステムが採用されている。
（１）ＡＴＳ（自動列車停止装置）は、停止を表示する信号機に列車が接近しても正常に停車しない場合に、地上から制御信号を送ることにより、運転室内に警報ベルを鳴らして運転士に注意喚起したり、ブレーキを自動的に動作させたりすることにより、列車をその信号機の手前で停止させる装置である。
（２）ＡＴＣ（自動列車制御装置）は、地上からの信号や速度情報に基づいて列車に自動的にブレーキをかけ、列車が制限速度以下になればブレーキを緩める装置である。
（３）ＥＢ装置は、運転中の乗務員に関する異常状態を検知し、列車を停止させる装置である。例えば、動力車の乗務員が主幹制御器やブレーキなどに対する運転操作を１分間全く行わないことが検知されると、警報ブザーを鳴動させ、５秒以内に運転操作や、リセット操作が行われないと、列車を非常停止させる。【０００３】
しかしながら、これらのバックアップシステムを使用しても、踏み切りで車や人と衝突してしまう事故や、保線作業中の作業員を誤って轢いてしまう事故、停車すべき駅を通過してしまう事故が発生している。【０００４】
このため、上記のバックアップシステムには、次のような課題が残されていると考えられる。
（１）エラーの数自体を減らすものではない。
（２）エラーが生じた時のみに作動しなければならないが、通常時にも介入する事がある。（３）取り扱いを間違うと新たなエラーが発生する。【０００５】
そこで、バックアップシステムのみに頼るだけでなく、運転士にエラーを起こさせないようにするための運転操作訓練やエラー解析が必要である。しかしながら、実車を用いての訓練や実験には限度があるので、鉄道用運転シミュレータを用いることにより繰り返し訓練することや、実験を行うことが有効と考えられる。【０００６】
鉄道用運転シミュレータは、仮想的に鉄道の運転操作を行うことができるものであり、主に、車両のコントローラで運転操作を行うと、その操作に応じて仮想的に車両が走行し、それに伴って運転士から見える視界がスクリーンに投影されるように構成されたものが一般的である。【０００７】
例えば、運転教習を開始する駅から終了する駅までの各駅間の路線映像と、その間に停車する各停車駅近傍の路線映像とを保持し、運転操作に合わせて駅間路線映像と停車駅近傍路線映像とを切替えて再生することにより、車両の走行に対応した路線映像が投影されるものがある（例えば、特許文献１参照）。【０００８】
また、シミュレーションによる運転操作と路線映像との相関関係を高めることにより、精度の高い定点停止訓練ができることから、運転台の前方に、前方路線映像が表示され、運転台の側面に、停車駅近傍の側面映像が表示されるようにした鉄道用運転シミュレータが提案されている（例えば、特許文献２参照）。【０００９】
このような運転シミュレータは、鉄道分野に限らず、自動車分野でも用いられ、ハンドル操作とアクセルペダルの踏み具合により映像上の走行速度が変化し、走行路や指定速度が守られているか否かのチェックを行う安全運転指導用ドライブシミュレータ（例えば、特許文献３参照）、自動車等の車両設計に際して、運転者や同乗者の居住性や操縦性などを感性に基づいて評価するシミュレーション装置（例えば、特許文献４参照）が開示されている。また、ＩＴＳ（高度道路交通システム）の開発過程で、運転支援システムの評価、高齢ドライバの運転挙動の解析などが行われている。このほか、航空分野では、開発される航空機の安定性や操縦性評価、操縦法の検討などに利用されている。
【特許文献１】特開平１０−１６１５１６号公報
【特許文献２】特開平１１−２３７８３０号公報
【特許文献３】特許第２５９２３４３号公報
【特許文献４】特開平７−２７１２８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来の鉄道用運転シミュレータは、運転士が運転席前方のスクリーンに投影された風景を見たときに、実際に運転しているときのような臨場感や緊張感が得られないという難点があり、運転操作訓練やエラー解析を行う際の実効性が充分確保されるとは言い得ない。【００１１】
また、実車両を詳細に再現した運転環境を組み込むことにより実効性の確保を図ろうとすると、システム構成を列車の機種等に応じて柔軟に変更することができない。【００１２】
さらに、走行状態に応じて運転席などを揺らす動振装置を設け、臨場感を高めるのは、高コストであり、小規模企業や施設などに導入するのは困難性を伴う。【００１３】
本発明は、上記事情に鑑み、実際に運転しているのと同様の臨場感や緊張感が得られると共に、運転環境を柔軟に変更することが可能な、低コストの鉄道用運転シミュレータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成する本発明の鉄道用運転シミュレータは、偏光眼鏡をかけた運転士による操作手段の操作に合わせて運転席前方のスクリーンに風景が３D表示されると共に、該運転席の表示手段に操作状態が表示される鉄道用運転シミュレータにおいて、上記操作手段の操作に応じて仮想的列車の走行速度を求め、求めた該走行速度と経過時間とに基づいて該仮想的列車の走行位置を求める列車制御手段と、上記仮想的列車が走行する線路及び該線路沿線に配置された有体物に係るデータが格納された格納部を有し、上記列車制御手段が求めた上記走行速度及び上記走行位置に応じて仮想的運転士の左眼と右眼とからそれぞれ見えるそれぞれの風景を生成する３D画像生成手段と、上記３D画像生成手段により生成されたそれぞれの風景を、互いに偏光軸が直交する偏光板それぞれを介して上記スクリーンに投影する３D画像表示手段とを備え、上記列車制御手段は、上記３D画像生成手段において、左眼と右眼とからそれぞれ見えるそれぞれの風景が生成されたとき、生成されたそれぞれの風景を上記３D画像表示手段から同時に投影させることを特徴とする。【００１５】
このように、列車制御手段が列車の走行速度及び走行位置を求めると共に、現実の列車が走行するときに運転士に見える風景を３D画像生成手段が生成し、生成された風景を３D画像表示手段から運転士前方のスクリーンに立体的に投影するので、偏光眼鏡をかけた運転士は実際に運転しているのと同様の臨場感や緊張感を得ることができる。【００１６】
また、操作手段として、仮想的列車の走行速度を変化させる主幹制御器及び仮想的列車を制動する制動輪に圧力をかけるブレーキ弁を設け、表示手段として、走行速度及び圧力を表示する計器パネルを設け、列車制御手段が、主幹制御器により変化させた走行速度及びブレーキ弁によりかけられた圧力を計器パネルに表示することにすれば、さらに臨場感や緊張感を高めることができる。【００１７】
さらに、列車制御手段は、上記仮想的列車を構成する車両に係るデータ、及び上記線路沿線に配置される信号機及びプラットフォームの位置情報を含むデータが格納されたメモリと、上記走行速度及び上記走行位置を求めると共に、上記メモリに格納された上記データを用いて上記線路上の各位置における上記仮想的列車を構成する車両の揺れを含む変位を求める演算部とを備えることや、上記演算部で求めた上記走行速度及び上記走行位置に基づいて、上記信号機の表示を制御する信号制御部、及び上記仮想的列車の乗降扉の開閉を制御する扉開閉制御部を備えること、上記３D画像生成手段は、上記演算部で求めた上記変位に基づいて、生成された上記左眼から見える風景を移動させる左眼用３D画像生成部及び生成された上記右眼から見える風景を移動させる右眼用３D画像生成部を備えることにすれば、列車の走行や乗客の乗降に応じて揺れる車両を、スクリーンに投影される風景を移動させることによって相対的に再現できるので、さらに臨場感や緊張感を高めることができる。【００１８】
また、列車制御手段は、上記列車制御手段は、上記メモリに格納された走行音及び警報音に係るデータに基づいて、上記仮想的列車の走行に応じて生じる走行音、及び上記信号幾の警報音を含む音響を生成し、所定のスピーカに出力する音響生成部を備えることや、その音響生成部が、上記ブレーキ弁が操作されたとき、上記計器パネルに表示される上記走行速度及び上記圧力に応じて上記格納部に格納された軋り音に係るデータの音量及び周波数を変化させて上記所定のスピーカから出力することにすれば、さらに臨場感や緊張感を高めることができる。【００１９】
さらに、上記仮想的列車の走行路線、及び該仮想的列車を構成する車両の種類を含むシミュレーション環境を選択し、上記列車制御手段及び上記３D画像生成手段に指令を行なう指令手段を備えれば、シミュレータの運転環境をより柔軟に設定変更することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、運転士の操作に従って、計器パネルには変化する速度や圧力が表示される一方、走行速度の変化や走行位置の変化に応じて、偏光眼鏡を掛けた運転士には、揺れる車両から見たのと同様の立体的な風景が運転席前方に展開される。したがって運転士に実際の車両を運転するのと同様の臨場感や緊張感を与えることができる。また、走行路線や運転される列車の種類などのシミュレータ環境は、メニュー選択、プログラム変更などにより柔軟に設定可能であり、低コストな鉄道用運転シミュレータを実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態が適用される鉄道用運転シミュレータの構成図である。
【図２】運転士がスクリーンを見る実空間とＰＣ内で間の眼に当たる仮想カメラが仮想平面を通して見る仮想空間とを一例として示す図である。
【図３】左用視界ＰＣ及び右用視界ＰＣによる３D画像生成処理タイミングと車両ＰＣによる処理タイミングとの関係を一例として示す図である。
【図４】前方風景を表す画像を構成するフレームを示す断面構造図である。
【図５】前方風景を表す画像を構成するフレームを示す平面構造図である。
【図６】左用視界ＰＣ及び右用視界ＰＣにおいて画像が生成されるフローチャートを示す図である。
【図７】車両の揺れについて説明する模式図である。
【図８】車両モデルの一例を示す図である。
【図９】車両モデルの一例を示す図である。
【図１０】軌道狂いが作成される状況を示す図である。
【図１１】ブロックを単位として算出された軌道狂いの一例を示す図である。
【図１２】車両に与える不規則な加圧を説明する図である。
【図１３】ブレーキの軋り音を示す図である。
【図１４】鉄道用運転シミュレータの作用を説明する図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  スピーカ
２  車両
３Ａ  左用プロジェクタ
３Ｂ  右用プロジェクタ
４  視界表示用ＰＣ
４Ａ  左用視界ＰＣ
４Ｂ  右用視界ＰＣ
４ａ、４ｂ  仮想カメラ
４ｘ、４ｙ  仮想平面  
５  ＬＡＮ
６  スクリーン
７  指令用ＰＣ
２０  車両ＰＣ
２１  計器パネル
２２  コントローラ
２２Ａ  主幹制御器
２２Ｂ  ブレーキ弁
２７  動振装置
１００  カメラフレーム
１０１  列車フレーム
１０２  ベースフレーム
１０３  ブロックフレーム
２００  線路データ
２０１  車両データ
２０２  先行列車制御部
２０３  信号制御処理部
２０４  保安装置制御処理部
２０５  車掌制御処理部
２０６  ドア制御処理部
２０７  乗客制御処理部
２０８  駆動制御処理部
２０９  軌道制御処理部
２１０  車両モデル算出処理部
２１１  音響生成処理部
４００  風景データ
４０１  画像生成制御処理部
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
本発明の鉄道用運転シミュレータは、鉄道用車両の模擬的な運転席を設け、その運転席に座った運転士が操作手段を操作すると、その操作に合わせて、あたかも実際の車両を運転しているのと同様に前方風景が変化すると共に、表示手段の表示が変化し、運転士に実際の車両を運転しているときの感覚を与えることが可能な仕組みである。【００２４】
図１は、本発明の実施形態が適用される鉄道用運転シミュレータの構成図である。
図１に示す鉄道用運転シミュレータは、運転席が設けられた車両２と、列車の走行によって生じる音響を出力するスピーカ１と、車両２の運転席から見える前方風景を生成する、左眼用及び右眼用の一対の視界表示用パーソナルコンピュータ（本発明の３Ｄ画像生成手段に相当し、以下、「左用視界ＰＣ」及び「右用視界ＰＣ」と称する。）４Ａ、４Ｂと、左用視界ＰＣ及び右用視界ＰＣ４Ａ、４Ｂによって生成されたそれぞれの前方風景を投影する左眼用プロジェクタ及び右眼用プロジェクタ（本発明の３Ｄ画像表示手段に相当し、以下、「左用プロジェクタ」及び「右用プロジェクタ」と称する。）３Ａ、３Ｂと、運転席前方に配置され、左用プロジェクタ及び右用プロジェクタ３Ａ、３Ｂそれぞれから前方風景が透過投影され重ね合わされるスクリーン６と、仮想的列車の走行路線や仮想的列車を構成する車両の種類などを選択してシミュレーション環境を設定する指令用パーソナルコンピュータ（以下、「指令ＰＣ」と称する。）７と、により構成されている。【００２５】
車両２は、仮想的列車の運転操作を行うコントローラ（本発明の操作手段に相当する。）２２と、コントローラ２２の操作に応じた仮想的列車の走行速度及びブレーキ弁の圧力をディスプレイ表示する計器パネル（本発明の表示手段に相当する。）２１と、コントローラ２２の操作に応じて仮想的列車の走行を制御する車両制御用パーソナルコンピュータ（以下、「車両ＰＣ」と称する。）２０とを備えている。なお、コントローラ２２は、仮想的列車の走行速度を変化させる主幹制御器２２Ａと、仮想的列車を制動するブレーキ弁２２Bとを有する。【００２６】
なお、車両ＰＣ２０、左用視界ＰＣ４Ａ、及び右用視界ＰＣ４Ｂは、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）５を介して接続され、それらはＴＣＰ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）、ＵＤＰ（Ｕｓｅｒ  Ｄａｔａｇｒａｍ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）等のプロトコルにより相互通信が可能である。【００２７】
本実施形態の鉄道用運転シミュレータは、リアルタイム性が重視され、ＰＣ相互間は高速通信が要求されるためＵＤＰを用い、左用視界ＰＣ４Ａ及び右用視界ＰＣ４Ｂは、ＵＤＰを容易に扱うことができるソフトウェア（例えば、Ｗｉｎｓｏｃｋ）を用いているが、必ずしもこれに限定されない。【００２８】
車両ＰＣ２０は、ＣＰＵ（中央処理装置）によって車両２の走行制御を行なう。ＣＰＵは、メモリユニットに格納されたプログラムに従ってコントローラ２２で操作された加減速処理や制動処理を行う。例えば、運転士が主幹制御器２２Ａで速度を加速する操作を行ったり、ブレーキ弁２２Ｂによる制動動作を行うと、車両ＰＣ２０のＣＰＵは、走行速度や圧力を算出し、その算出結果を計器パネル２１に表示する。【００２９】
また、車両ＰＣ２０は、メモリユニットに格納されたデータに基づいて、所定の時間間隔で走行する仮想的列車の走行位置及び走行速度を求めると共に、車両の揺れや線路のカーブに伴う車両の変位を車両モデルなどに基づいて算出する。そして、算出された走行位置、走行速度、及び車両の変位を、左用視界ＰＣ４Ａ及び右用視界ＰＣ４Ｂに供給する。【００３０】
さらに、車両ＰＣ２０は、仮想的列車が走行する際の走行音、線路沿線に配置された信号機による警報音、及びブレーキによる軋り音を、現実の列車から録音されメモリユニットに格納されている音声データを基に、音響生成部（図１５に示す）がその音量及び周波数を変化させた音響として生成し、生成した音響をスピーカ１から出力する。【００３１】
尚、車両ＰＣ２０は、走行位置及び走行速度を一定の距離毎に又は一定の時間間隔で求め、求めた走行位置及び走行速度を左用視界ＰＣ４Ａ及び右用視界ＰＣ４Ｂ双方に供給することにしてもよい。【００３２】
左用視界ＰＣ４Ａ及び右用視界ＰＣ４ＢそれぞれのＣＰＵは、運転席に座った運転士の左眼及び右眼それぞれから見えるそれぞれの前方風景を生成する処理を実行する。それぞれのＣＰＵは、メモリユニット（本発明の格納部に相当する。）に格納された画像生成プログラムや、仮想的列車が走行する線路及び線路沿線に配置された信号機、プラットフォーム、建造物などの有体物に係るデータ、車両ＰＣ２０から供給された走行位置及び走行速度に関する情報に基づいて、コンピュータグラフィック（ＣＧ）による前方風景の立体モデルを生成する。そして、その立体モデルを運転士の左眼及び右眼それぞれを視点とするレンダリングにより２Ｄ画像を生成する。そのとき、車両ＰＣ２０から供給された車両の揺れを含む車両の変位を加味して、運転士の左眼及び右眼それぞれの視点を移動させるレンダリングにより２Ｄ画像を生成することにより、前方風景を見ている仮想的列車の運転士に実際の列車と同様の揺れやカーブを体感させることができる。【００３３】
ここで、本実施形態における車両の揺れを含む車両の変位は、車両モデルを用いて算出される。車両モデルは、現実に車両２が走行したときや、乗客の乗降に伴う揺れを算出するモデルで、軌道狂い、乗客が乗降する際の不規則な加圧、車両の慣性力や重力等が入力されるもので、詳細は後述する。【００３４】
本実施形態では、左用視界ＰＣ４Ａ及び右用視界ＰＣ４ＢそれぞれのＣＰＵが、透視投影における前方クリップ面と後方クリップ面との間の視錘台の中に入る、線路及び線路沿線に配置された信号機、プラットフォーム、建造物や遠方風景などの立体モデルを形成し、運転者の左眼及び右眼何れか一方を視点とするレンダリングにより、それぞれの前方風景が生成される。【００３５】
なお、この立体モデルは、左用視界ＰＣ４Ａ及び右用視界ＰＣ４Ｂの何れか一方のＣＰＵで共通に生成し、生成された共通の立体モデルに基づいて、双方のＣＰＵがそれぞれの視点でレンダリングを行うことにしてもよい。【００３６】
左用視界ＰＣ４Ａ及び右用視界ＰＣ４ＢそれぞれのＣＰＵにより生成されたＣＧによる風景は、左用プロジェクタ３Ａ及び右用プロジェクタ３Ｂから、左眼用風景及び右眼用風景としてスクリーン６に投影される。【００３７】
なお、左用プロジェクタ３Ａ及び右用プロジェクタ３Ｂそれぞれには、偏光軸が互いに直交する偏光板が取り付けられ、偏光板を介して左眼用風景及び右眼用風景が投影される。したがって、運転席に座った運転士は、左用プロジェクタ３Ａに取り付けられたのと同じ偏光軸を有する偏光レンズを左眼に、右用プロジェクタ３Ｂに取り付けられたのと同じ偏光軸を有する偏光レンズを右眼にそれぞれ嵌め込んだ偏光眼鏡をかける。そして、スクリーンに投影されたＣＧによる風景をその偏光眼鏡を通して見ることにより、実際の列車の運転席から前方を見たときと同等の３D映像が運転士の眼前に現出される。【００３８】
また、スクリーンに投影されたＣＧによる風景は、算出された車両の変位に応じて移動する（揺れる）ので、運転士から見れば、線路がカーブするときや列車が走行するとき、乗客が乗降するときなどに、車両が揺れているように感ずる。さらに、仮想的列車の走行にあわせて、走行音、警報音などがスピーカから流れるので、運転士は、実際の列車を運転しているときと同様の臨場感や緊張感を得ることができる。【００３９】
ここで、本実施形態の鉄道用運転シミュレータは、３Ｄ画像生成手段が「左用視界ＰＣ」及び「右用視界ＰＣ」として、また３Ｄ画像表示手段が、「左用プロジェクタ」及び「右用プロジェクタ」として、それぞれ別個に構成されているが、必ずしも左右が分離された構造のものである必要はなく、左右が一体のものとして構成してもよい。【００４０】
また、スクリーン及び３D画像表示手段を一体とした、例えばヘッドマウントデイスプレイとして構成してもよい。さらに、３Ｄ画像表示手段は、必ずしもコンピュータグラフィックによる画像を生成する必要はなく、実際の走行路線のイメージデータを蓄積しておき、それらのビットストリームからイメージベースレンダリング（ＩＢＲ）により画像生成してもよい。【００４１】
次に、左用視界ＰＣ４Ａ及び右用視界ＰＣ４Ｂにおいて生成される視差画像について説明する。【００４２】
図２は、運転士がスクリーンを見る実空間とＰＣ内で間の眼に当たる仮想カメラが仮想平面を通して見る仮想空間とを一例として示す図である。【００４３】
左用視界ＰＣ４Ａ及び右用視界ＰＣ４Ｂにおける画像生成において、人間の眼にあたる仮想カメラが仮想平面を通して見る一定範囲内の仮想空間（視錘台に相当する。）が運転士前方のスクリーンに投影される。したがって、この仮想空間と仮想カメラとの関係が、実空間における運転士とスクリーンの関係と同じになるようにする必要がある。【００４４】
図２に、実空間として示すように、人間（運転士）の瞳孔間幅は平均６３ｍｍ、左右それぞれ３１．５ｍｍである。したがって、左用視界ＰＣ４Ａ及び右用視界ＰＣ４Ｂそれぞれにより生成される画像は、左右それぞれ３１．５ｍｍ仮想カメラ４ａ、４ｂをずらして左眼用画像と、右眼用画像とを生成する。【００４５】
次に、運転士の左右の眼とスクリーン６との間の距離が、１７７５．５ｍｍ、スクリーン６の幅が１４２２ｍｍに設定されているので、仮想平面４ｘ、４ｙの幅を８００ｍｍに設定すれば、運転士の左眼、右眼それぞれとスクリーン６との関係と、仮想空間における仮想カメラ４ａ、４ｂと仮想平面４ｘ、４ｙとの関係とが相似になる必要から、左用視界ＰＣ４Ａ及び右用視界ＰＣ４Ｂそれぞれの仮想カメラ４ａ、４ｂと仮想平面４ｘ、４ｙとの間の距離は１ｍとなる。【００４６】
したがって、図２に、仮想空間として示すように、左用視界ＰＣ４Ａの左眼用仮想カメラ４ａは、仮想平面４ｘの中央から３１．５ｍｍだけ左にずらし、右用視界ＰＣ４Ｂの右眼用の仮想カメラ４ｂは、仮想平面４ｙの中央から３１．５ｍｍだけ右にずらし、仮想カメラ４ａ、４ｂから１０００ｍｍ先の、８００ｍｍ幅の仮想平面４ｘ、４ｙを通して見える一定範囲内の風景を生成し、生成されたそれぞれの風景をプロジェクタから投影すれば、運転士は投影された画像を正確に立体視できる。【００４７】
ここで、本実施形態のプロジェクタは、運転士の影がスクリーン６に映らない位置に高さ調整がなされて配置される。このため、左用プロジェクタ３Ａ及び右用プロジェクタ３Ｂからスクリーン６の上下部に至る距離は異なっている。そこで、スクリーン６に投影された風景が台形に変形しないよう、プロジェクタに台形補正機能が設けられている。【００４８】
図３は、左用視界ＰＣ及び右用視界ＰＣによる３D画像生成処理タイミングと車両ＰＣによる処理タイミングとの関係を一例として示す図である。【００４９】
左用視界ＰＣ４Ａ及び右用視界ＰＣ４Bそれぞれで生成され、左用プロジェクタ３Ａ及び右用プロジェクタ３Ｂそれぞれを介してスクリーンに透過投影される画像は、図２に示したように、瞳孔間幅だけ仮想カメラをずらして同時に撮影されたものと等価でなければならない。したがって、左用視界ＰＣ４Ａ及び右用視界ＰＣ４Ｂで生成され、左用プロジェクタ３Ａ及び右用プロジェクタ３Ｂから投影される風景は、画像１フレーム毎に同期を図る必要がある。また、各フレームの処理は、１／（３０〜６０）秒程度で行うことが好ましい。【００５０】
図３において、生成された１フレームの画像がスクリーンに投影される間隔を１周期Ｔとする。【００５１】
車両ＰＣ２０は、各周期において、車両モデルによる車両の揺れや線路がカーブすることによる車両の変位、走行速度及び圧力を計算し、計算された変位をタイミングＡで、左用視界ＰＣ４Ａ及び右用視界ＰＣ４Ｂに同時に供給する。そして、計算された走行速度及び圧力は、計器パネル２１に表示する。【００５２】
左用視界ＰＣ４Ａは、供給を受けた車両の変位や走行速度に基づいて、線路、線路沿線の有体物、車両の揺れや線路のカーブによる変位に対する仮想カメラ（視点）の座標計算を行い、立体モデルのレンダリングを行い、生成した画像１フレーム分をタイミングＢ１で車両ＰＣ２０に通知すると共に、バッファメモリに一時蓄積する。【００５３】
右用視界ＰＣ４Ｂは、供給を受けた車両の変位や走行速度に基づいて、線路、線路沿線の有体物、車両の揺れや線路のカーブによる変位に対する仮想カメラ（視点）の座標計算を行い、立体モデルのレンダリングを行い、生成した画像１フレーム分をタイミングＢ２で車両ＰＣ２０に通知すると共に、バッファメモリに一時蓄積する。【００５４】
そして、左用視界ＰＣ４Ａ及び右用視界ＰＣ４Ｂ双方から通知を受けたことを確認した車両ＰＣ２０は、１周期Ｔが経過したタイミングＣで、バッファメモリに一時蓄積されていたそれぞれの画像を可視化させると共に、可視化させたそれぞれの画像を左用プロジェクタ及び右用プロジェクタそれぞれに出力させる。【００５５】
左用プロジェクタ及び右用プロジェクタは、２Dの視差画像それぞれを同時に、スクリーンに重ね合わせて透過投影する。【００５６】
次に、仮想的列車の進行に合わせて前方風景を生成する画像生成処理について説明する。【００５７】
図４は、前方風景を表す画像を構成するフレームを示す断面構造図であり、図５は、前方風景を表す画像を構成するフレームを示す平面構造図である。【００５８】
図４及び図５に示すように、左用視界ＰＣ及び右用視界ＰＣにより生成される画像は、仮想平面を通して仮想カメラから見ることができる視界を示すカメラフレーム１００があり、そのカメラフレーム１００の上に仮想的列車の位置を示す列車フレーム１０１が形成され、その列車フレーム１０１の上に、地面を示すベースフレーム１０２が形成される。そして、そのベースフレーム１０２上に、仮想的列車の進行に応じて前方風景の単位ブロックが順次補充されるブロックフレーム１０３が形成され、そのブロックフレーム１０３上に、自線、他線の線路、信号機、プラットフォーム、立ち木、建造物などのストラクチャー（有体物）が形成される。【００５９】
図５に示すように、仮想平面を通して仮想カメラから見える風景（視錘台の中に入る範囲内のストラクチャ）は、仮想的列車の進行方向にブロック毎に補充される。すなわち、仮想的列車が１ブロック通過するたびに、１ブロック分追加される。【００６０】
一方、仮想カメラは、仮想的列車の走行速度に合わせて移動し、視錘台に含まれる複数のブロックにより形成された立体モデルを移動する列車の左右の視点から仮想平面を通して見た画像を、左用視界ＰＣ及び右用視界ＰＣそれぞれが生成する。
これにより、仮想的列車の運転席から見ることができる風景は、走行速度に合わせて順次後方に移動し、運転士からは仮想的列車が走行しているように見える。【００６１】
図６は、左用視界ＰＣ及び右用視界ＰＣにおいて画像が生成されるフローチャートを示す図である。【００６２】
図６に示すように、ステップＳ３０で画像生成処理が開始されると、ステップＳ３１で左用視界ＰＣ及び右用視界ＰＣそれぞれにメモリされたプログラムにおけるデバイスの生成、属性の設定を行う。【００６３】
次に、ステップＳ３２で車両ＰＣのメモリユニットから仮想的列車の車体の長さ、台車の位置、運転士の視点位置などの情報を、受信する。【００６４】
そして、ステップＳ３３で左用視界ＰＣ及び右用視界ＰＣそれぞれのメモリユニットから、線路や信号機、プラットフォーム、建造物、立ち木など、前方風景を構成するストラクチャを読み出し、さらに、ステップＳ３４で自線のカーブ、勾配、道床、軌道狂いレベルや摩擦係数、他線の位置や道床、及び信号機、地上子などの信号設備、駅の停止位置や乗車率、先行列車のダイヤ、ストラクチャの配置位置や配置方法を含む軌道情報を読み出す。【００６５】
一方、車両ＰＣは、車両モデルに基づいて、車両の左右変位Ｙ、上下変位Ｚ、ロール角φ、ピッチ角θ、ヨー角ψなどの車両の揺れや線路のカーブによる車両の変位、始発駅を基点とする列車の移動距離を算出する。【００６６】
ここでは、車両の揺れや線路のカーブによる車両の変位と列車の移動距離を合わせて、車両変位と称する。【００６７】
左用視界ＰＣ及び右用視界ＰＣそれぞれは、ステップＳ３５で車両ＰＣから車両変位の情報を受信し、ステップ３６で受信した車両変位の情報のうちの列車の移動距離に基づいて、地面に対する車両の位置と向きを計算する。【００６８】
そして、ステップＳ３７で、計算された車両の位置と向きとにより、車両がブロックの境界を超えたか否かを判定し、車両がブロックの境界を超えたときは、ステップＳ３８でメモリユニットに格納された自線データを基に新たなブロックを配置し、その新たなブロック上に、配置方法の情報に従ったストラクチャを配置する。なお、ここでは、２５ｍ毎にブロックの境界がある。【００６９】
ここで、ストラクチャの配置は、まず、自線データからブロックフレームの位置と向きとを計算し、ベースフレーム上に配置する。また、他線データから、他線フレームの位置と向きとを計算し、ブロックフレームに配置する。さらに、線路や信号機、プラットフォーム、建造物、立ち木など、前方風景を構成するストラクチャを任意のフレームに配置することにより実行される。【００７０】
次に、ステップ３９で地面に対する車両の位置と向きとにより車両を移動する。【００７１】
ここで、ベースフレームは、計算された車両の位置と向きとにより、列車フレームに対するベースフレームの位置と向きを計算し移動する。これにより、地面に対して相対的に列車の位置と向きを変えたことになる。【００７２】
また、列車フレームは、車両ＰＣから受信した車両の揺れによる車両の変位に基づいてカメラフレームに対する列車フレームの位置と向きを計算し移動する。これは、軌道に対して相対的に車両を揺らしたことになる。【００７３】
次に、ステップＳ４０で構築された立体モデルから２Ｄ画像を生成するレンダリングを行う。
そして、レンダリングが終了すると、ステップＳ４１で車両ＰＣに完了通知を行うと共に、バッファメモリに生成された画像１フレームを一時格納する。【００７４】
一方、車両ＰＣは、ステップ４２で左用視界ＰＣ及び右用視界ＰＣ双方から完了通知を受けた所定のタイミングで、バッファメモリに一時格納された２D画像それぞれをプロジェクタに出力するよう指令する。【００７５】
左用視界ＰＣ及び右用視界ＰＣは、それぞれの２D画像を同時に出力し、プロジェクタを介してスクリーンに投影する。以下、同様の動作を繰り返し、画像が１秒間に３０〜６０フレーム投影される。【００７６】
次に、車両の揺れについて説明する。【００７７】
図７は、車両の揺れについて説明する模式図である。【００７８】
図７（Ａ）は、車両２に動振装置２７が設けられた参考例である。【００７９】
動振装置２７は、車両２の床を揺らす構造を有し、それによって車両２全体の揺れを再現するものであり、この場合には、左用視界ＰＣ及び右用視界ＰＣは、車両の揺れによる変位を考慮せずに風景を生成し、スクリーンに投影すればよい。【００８０】
図８（Ｂ）は、地面を基準として車両２が揺れる場合と、車両２の床を基準として地面が揺れる場合とを示す模式図である。【００８１】
図８（Ｂ）に示すように、風景が移動、回転することと、車両が変位することは車上の観察者にとっては、相対的に同じことであるため、観察者は車両が揺れているように感じる。【００８２】
したがって、運転席が固定されている鉄道用運転シミュレータの場合には、地上の風景を揺らす、すなわち、スクリーンに投影される画像を揺らす（写る位置を移動させる）ことによっても同様の効果を得ることができる。【００８３】
次に、車両モデルについて詳述する。【００８４】
車両モデルは、軌道狂いなどの計算から車体の揺れの計算までを行う数値解析モデルとパラメータなどにより構成されたもので、車両ＰＣ２０に組み込まれている。【００８５】
本実施形態の車両ＰＣ２０は、仮想的列車の走行速度などに基づいて、メモリユニットに組み込まれた車両モデルを用いて、左右ｙ、上下ｚ、ローリングφ、ピッチングθ、ヨーイングψという５つの変位量を計算する。【００８６】
左用視界ＰＣ４Ａ及び右用視界ＰＣ４Ｂは、車両ＰＣ２０が計算した変位量に基づいて、コンピュータグラフィックスで表される風景画像を移動、回転させることにより、“揺れる風景画像”を、スクリーンに投影する。【００８７】
これにより、固定された車両からその風景画像を見た人は、車両２が揺れているに感ずる。【００８８】
図８及び図９は、車両モデルの一例を示す図である。【００８９】
図８及び図９に示す車両モデルは、車両の揺れを模擬するために、車体、空気ばね、左右動ダンパからなる振動系がモデル化されている。【００９０】
図８（Ａ）は、車両全体を示す車両モデルであり、図８（Ｂ）は、車両モデルの入力と出力とを示す。また、図９（Ａ）は、車両の左右平面を表す車両モデルであり、図９（Ｂ）は、車両の前後平面を表す車両モデルである。【００９１】
図８（Ａ）、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）における車両モデルは、軌道の作成に応じて計算された軌道狂いｙＢＦ、ｚＢＦ、φＢＦ、ｙＢＲ、ｚＢＲ、φＢＲが与えられることにより、左右ｙ、上下ｚ、ローリングφ、ピッチングθ、ヨーイングψからなる５つの振動パターンによる、車両の変位量が計算されるように構成されている。【００９２】
図８（Ｂ）に示すように、車両の揺れは、軌道の狂い、カント、慣性力、乗降客による不規則な加圧、重力などによって生じることから、車両モデルには、軌道狂いのほかに、カント（カーブにおいて外側のレールを高くすること）φＢＦ、φＢＲ、慣性力、乗降客による加わる力などを入力することができる。【００９３】
なお、カントと、軌道狂いの記号が同じなのは、軌道狂いがカントを含めたものとなっているからである。また、慣性力は、車体２の重心位置に作用する。【００９４】
このような車両モデルに基づいて、車両２の振動（揺れ）が再現されるが、左用視界ＰＣ４Ａ及び右用視界ＰＣ４Ｂそれぞれによる画像生成の際に車両２の揺れを反映させることにしてもよいし、生成された画像を、車両２の変位量に基づいて移動（揺らす）させることにしてもよい。【００９５】
尚、ここでは車両２の床以下の振動については考慮していない。【００９６】
次に、車両モデルに使用される軌道狂いについて説明する。【００９７】
図１０は、軌道狂いが作成される状況を示す図である。【００９８】
図１０に示すように、車両が左方から右方に向けて１ブロック走行するたびに新たな軌道狂いが作成される。軌道には、不規則な凹凸があり、この不規則な凹凸によって軌道狂いが発生する。【００９９】
この軌道狂いは、乱数（ホワイトノイズ）を１次遅れ要素のフィルタに通すことにより、実際に走行している軌道と同様のものが得られる。【０１００】
ここで、１ブロックが２５ｍに設定されている場合は、車両ＰＣ２０により走行位置及び走行速度の情報が生成され、生成された情報によって、車両２が２５ｍ進んだと判断されたときは、その都度新たな軌道が生成され、古い軌道は削除される。したがって、軌道狂いは、２５ｍ（１ブロック）を単位として求められる。【０１０１】
本実施形態の鉄道用運転シミュレータでは、車両２を走行させている段階で軌道狂いを算出する。軌道の狂いは数式１〜数４を用いて算出される。【０１０２】
また、そのようにブロックを単位として算出された軌道狂いの一例を図１１に示す。【０１０３】
【数１】
2006064817.tif 000002
また、上記ｕに乱数を入力する。ｘ＝０のとき、ｙ＝ｙ０、距離がｘ＝ｈのときの狂いｙは数式２で算出される。【０１０４】
【数２】
2006064817.tif 000003
数式１、数式２に基づいて、数式３及び数式４に示すプログラムを繰り返すことにより、不規則な凹凸の軌道が算出される。【０１０５】
【数３】
2006064817.tif 000004
ここで、数式３に示すαは−１≦α＜１の乱数である。【０１０６】
【数４】
2006064817.tif 000005
次に、乗客が乗降する際に車両に与える不規則な加圧について説明する。【０１０７】
図１２は、車両に与える不規則な加圧を説明する図である。【０１０８】
図１２において、縦軸に乗車率、横軸に時間を表したとき、乗客が乗降するときの乗車率の変移を実線グラフで示す。【０１０９】
時刻ｔ４１で車両２の扉が開かれ、乗客が降車すると乗車率が低下する。そして、乗客の降車が終了すると新たな乗客が乗車するので、乗車率が上昇する。時刻ｔ４２で乗客の乗降が終了すると、時刻ｔ４３で車両２の扉が閉じられる。【０１１０】
時刻ｔ４１から時刻ｔ４３までが最短停車時間であり、時刻ｔ４１から時刻ｔ４２までが乗降時間Ｔ４０である。【０１１１】
乗客による乗降は、仮想的列車の走行路線におけるそれぞれの駅で乗車率と最短停車時間とを定義し、その定義されたそれぞれの乗車率と最短停車時間とを用いることにより模擬される。【０１１２】
乗客の乗降に伴う車両の揺れは、車両２の１点に不規則な力を加えることにより模擬される。具体的には、例えば、図１２における降車客（２ａ）は、乗車客（ａ）の２倍であるから、車両２を揺らす大きさも２倍とする。なお、乗降時間を過ぎると突然揺れが止まるという不自然さをなくすため、閉扉されるまでは小さな揺れを発生させることにしてもよい。【０１１３】
次に、風景に合わせてスピーカ１から出力されるブレーキの軋り音について説明する。【０１１４】
図１３は、ブレーキの軋り音を示す図であり、図１３（Ａ）は、速度に応じて変化させる音量を示し、図１３（Ｂ）は、速度が変化したときのブレーキの摩擦係数を示す。【０１１５】
車両ＰＣ２０は、コントローラ２２の操作に対応して、計器パネル２１に表示するブレーキ弁の圧力や走行速度ｖを算出する際に、実際の列車の軋り音を録音し、メモリユニットに格納されている音声データを再生し、ブレーキの軋り音を生成するときに、算出したブレーキ弁の圧力や走行速度ｖに従って音量Ａと周波数とを変化させる。【０１１６】
これにより、実車の軋り音に近い音響がスピーカ１から出力される。【０１１７】
音量Ａは、数式５に示すようにブレーキ弁の圧力（ＢＣ圧Ｐ）に比例して大きくなり、更に、数式６に示すように速度ｖによっても変化する。【０１１８】
【数５】
2006064817.tif 000006
【０１１９】
【数６】
2006064817.tif 000007
尚、図１３（Ａ）は、数式６による変化をグラフで示したものである。
また、数式７に示すように周波数ｆは、ＢＣ圧Ｐと制輪子の摩擦係数μ、即ちブレーキ力によって変化する。【０１２０】
【数７】
2006064817.tif 000008
尚、図１３（Ｂ）は、数式７におけるμ／μ０をと走行速度との関係を示す図である。【０１２１】
これにより、車両ＰＣ２０において、コントローラ２２の操作に応じて求めたＢＣ圧と、走行速度とによって、スピーカ１から出力される音響の音量及び周波数を変化させた実録音が再生されるので、運転士に、実際に列車を運転しているような臨場感や緊張感を与えることができる。【０１２２】
次に、図１に示す鉄道用運転シミュレータにおける作用、特に、車両ＰＣ２０及び左用視界ＰＣ４Ａ及び右用視界ＰＣ４Ｂ（ここでは、説明の都合上両者を含めて視界表示用ＰＣ４が表示されている。）における作用について説明する。【０１２３】
図１４は、鉄道用運転シミュレータの作用を説明する図である。【０１２４】
図１４において、鉄道用運転シミュレータは、コントローラ２２と、車両ＰＣ２０と、左用視界ＰＣ４Ａ及び右用視界ＰＣ４Ｂ（ここでは、同じ作用を行うので、説明の都合上両者を含めた視界表示用ＰＣ４が表示されている。）と、スピーカ１と、左用プロジェクタ３Ａ及び右用プロジェクタ３Ｂ（ここでは、同じ作用を行うので、説明の都合上両者を含めたプロジェクタ３が表示されている。）と、スクリーン６とを備えている。【０１２５】
車両ＰＣ２０は、自線のカーブ、勾配、道床、軌道狂いレベルや摩擦係数、他線の位置や道床、及び信号機、地上子などの信号設備、駅の停止位置や乗車率、先行列車のダイヤ、ストラクチャの配置位置や配置方法を含む軌道情報線、及び列車ベル、車内放送、信号機の警報音などの路線音響を含む路線データ２００が格納されたメモリ、車両の揺れを車両モデルを含む車両の特性情報、計器パネルの映像や属性情報、列車の走行音、ドアの開閉音などの車両音響を含む車両データ２０１が格納されたメモリ、先行列車との車両間隔を制御する先行列車制御処理部２０２、信号機などの表示や警報音を制御する信号制御処理部２０３、コントローラ２２による操作、先行列車制御処理部２０２や信号制御処理部２０３などとの連携によるＡＴＳやＡＴＣなどの機能を果たす保安装置制御処理部２０４、列車の扉の開閉を制御する車掌制御処理部２０５及びドア制御処理部２０６、各駅において仮想的乗客の乗降を制御する乗客制御処理部２０７、コントローラ２２による操作に応じて仮想的列車の走行速度や走行位置を演算する駆動制御処理部２０８、線路データに基づいて当該路線の軌道情報を読み出し車両モデルにパラメータ設定を行う軌道制御処理部２０９、軌道制御処理部２０９から供給されたパラメータ、駆動制御処理部２０８から供給された走行速度や走行位置、及び乗客制御処理部２０７から供給された乗降客情報に基づいて、車両の揺れによる変位を算出する車両モデル算出処理部２１０、メモリに格納された路線音響や車両音響を再生する音響生成処理部２１１とを有する。【０１２６】
また、視界表示用ＰＣ４は、運転席の前方風景を表す画像を生成する線路、信号機、プラットフォーム、建造物等の有体物を表す風景データ４００が格納されたメモリユニット（本発明の格納部に相当する。）と、その風景データ４００や車両ＰＣ２０から供給を受けた走行速度、走行位置、及び車両の変位を表す情報を基に、運転士前方に展開される風景を生成する画像生成制御処理部４０１を有する。【０１２７】
先ず、コントローラ２２の操作により運転士が操作を行うと、その操作に応じた信号が駆動制御処理部２０８へ入力される（ステップＳ１）。【０１２８】
そして、メモリに格納された路線データ２００が読み出され、先行列車制御処理部２０２、信号制御処理部２０３、保安装置制御処理部２０４、車掌制御処理部２０５、乗客制御処理部２０７、駆動制御処理部２０８へ供給される（ステップＳ２）。【０１２９】
また、メモリに格納された車両データ２０１が、保安装置制御処理部２０４、駆動制御処理部２０８へ供給される（ステップＳ３）。【０１３０】
先行列車制御処理部２０２は、路線データ２００に基づいて生成された先行列車の走行位置情報を信号制御処理部２０３に供給する（ステップＳ４）。【０１３１】
信号制御処理部２０３は、供給された先行列車の走行位置情報に基づいて信号機に表示する信号情報を保安装置制御処理部２０４に供給する（ステップＳ５）。【０１３２】
保安装置制御処理部２０４は、保安機能に関するデータを駆動制御処理部２０８に送る（ステップＳ６）。【０１３３】
保安装置制御処理部２０４は、供給された保安機能に関するデータに基づいて音響生成処理部２１１に警報情報を送る（ステップＳ７）。【０１３４】
尚、車掌制御処理部２０５は、メモリから読み出された路線データ２００や駆動制御部２０８で生成された、走行速度、走行位置等に基づいてドアの制御情報、車内放送の情報やブザー情報を生成し、生成されたそれらの情報をドア制御処理部２０６、音響生成処理部２１１に送る（ステップＳ８）。【０１３５】
ドア制御処理部２０６は、ドアの制御情報に基づいてドアの開閉情報を乗客制御処理部２０７、音響生成処理部２１１、保安装置制御処理部２０４に送る（ステップＳ９）。【０１３６】
乗客制御処理部２０７は、メモリから読み出された路線データ２００に含まれる乗車率や最短停車時間とに基づいて乗客の重量情報を駆動制御処理部２０８に、乗降情報を車両モデル算出処理部２１０に送る（ステップＳ１０）。【０１３７】
駆動制御処理部２０８は、メモリから読み出された線路データ及び車両データに基づいて、仮想的列車の走行速度、走行位置などを算出し、走行速度及び走行位置を車掌制御処理部２０５に送り（ステップＳ１１）、走行位置を軌道制御処理部２０９に、加速度及び走行位置を車両モデル算出処理部２１０と音響生成処理部２１１とに送る（ステップ１４）。【０１３８】
なお、軌道制御処理部２０９は、軌道狂いを算出し、車両モデル算出処理部２１０に送る（ステップＳ１３）。【０１３９】
車両モデル算出処理部２１０は、ばねの変位を算出し、音響生成処理部２１１に送る（ステップＳ１５）。【０１４０】
駆動制御処理部２０８は、走行位置、走行速度を画像生成処理部４０１に供給する（ステップＳ１６）。【０１４１】
車両モデル算出処理部２１０は、車両の揺れによる変位（車体変位）を算出し、算出した車体変位を視界表示用ＰＣ４の画像生成処理部４０１に送る（ステップＳ１７）。【０１４２】
一方、視界表示用ＰＣ４では、メモリユニットに格納された風景データ４００を読み出し、画像生成処理部４０１に送り（ステップＳ１８）、画像生成処理部４０１は、駆動制御処理部２０８から供給された走行位置及び走行速度と、車両モデル算出処理部２１０から供給された車体変位とに基づいて“揺れる風景”を表す画像を生成し、車両ＰＣ２０の指令に基づいて、生成されたフレーム毎の画像をプロジェクタ３に供給する（ステップＳ１９）。【０１４３】
プロジェクタ３は、生成した画像をスクリーン６に供給する（ステップＳ２１）。
一方、音響生成処理部２１１は、供給された警報情報、放送情報、ブザー情報などに基づいて再生された音響をスピーカ１から出力させる（ステップＳ２０）。【０１４４】
このように、本発明の鉄道用運転シミュレータは、車両の運行操作に応じて車両の走行状態を制御し、走行位置及び走行速度と、車両の揺れによる車体変位とに基づいて、仮想的に走行する車両からの視界を立体的な“揺れる風景”として画像表示する一方、表示される画像に合わせて走行音や信号機の警報音、車両の軋り音が出力されので、現実の列車を運転しているような臨場感や緊張感を得ることができる。また、指令用ＰＣから指令を行うことによりメモリユニットに格納された所定のデータが選択されて、シミュレータ環境を柔軟に設定変更することができる。【０１４５】
本国際出願は、２００４年１２月１４日に出願した日本国特許出願２００４−３６１６９５号に基づく優先権を主張するものであり、２００４−３６１６９５号の全内容を本国際出願に援用する。
【図１】
2006064817.tif 000009
【図２】
2006064817.tif 000010
【図３】
2006064817.tif 000011
【図４】
2006064817.tif 000012
【図５】
2006064817.tif 000013
【図６】
2006064817.tif 000014
【図７】
2006064817.tif 000015
【図８】
2006064817.tif 000016
【図９】
2006064817.tif 000017
【図１０】
2006064817.tif 000018
【図１１】
2006064817.tif 000019
【図１２】
2006064817.tif 000020
【図１３】
2006064817.tif 000021
【図１４】
2006064817.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成18年9月28日(2006.9.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
走行速度と経過時間とに基づいて該仮想的列車の走行位置を求める列車制御手段と、上記仮想的列車が走行する線路及び該線路沿線に配置された有体物並びに軌道に係るデータが格納された格納部を有し、上記列車制御手段が求めた上記走行速度及び上記走行位置に応じて仮想的運転士の左眼と右眼とからそれぞれ見えるそれぞれの風景を生成するとともに、前記軌道に係るデータに基づいて生成された風景に車両の揺れを反映させる３Ｄ画像生成手段と、上記３Ｄ画像生成手段により生成されたそれぞれの風景を、互いに偏光軸が直交する偏光板それぞれを介して上記スクリーンに投影する３Ｄ画像表示手段とを備え、上記３Ｄ画像生成手段は、左眼と右眼とからそれぞれ見えるそれぞれの風景が生成されたとき、生成されたそれぞれの風景を上記３Ｄ画像表示手段から同時に投影させることを特徴とする。
［００１５］
このように、列車制御手段が列車の走行速度及び走行位置を求めると共に、現実の列車が走行するときに運転士に見える風景を３Ｄ画像生成手段が生成し、生成された風景を３Ｄ画像表示手段から運転士前方のスクリーンに立体的に投影するので、偏光眼鏡をかけた運転士は実際に運転しているのと同様の臨場感や緊張感を得ることができる。
［００１６］
また、操作手段として、仮想的列車の走行速度を変化させる主幹制御器及び仮想的列車を制動する制動輪に圧力をかけるブレーキ弁を設け、表示手段として、走行速度及び圧力を表示する計器パネルを設け、列車制御手段が、主幹制御器により変化させた走行速度及びブレーキ弁によりかけられた圧力を計器パネルに表示することにすれば、さらに臨場感や緊張感を高めることができる。
［００１７］
さらに、列車制御手段は、上記仮想的列車を構成する車両に係るデータ、及び上記線路沿線に配置される信号機及びプラットフォームの位置情報を含むデータが格納されたメモリと、上記走行速度及び上記走行位置を求めると共に、上記メモリに格納された上記データを用いて上記線路上の各位置における上記仮想的列車を構成する車両の揺れを含む変位を求める演算部とを備えることや、上記演算部で求めた上記走行速度及び上記走行位置に基づいて、上記信号機の表示を制御する信号制御部、及び上記仮想的列車の乗降扉の開閉を制御する扉開閉制御部を備えること、上記３Ｄ画像生成手段は、上記演算部で求めた上記変位に基づいて、生成され
【手続補正書】
【提出日】平成19年1月24日(2007.1.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】偏光眼鏡をかけた運転士による操作手段の操作に合わせて運転席前方のスクリーンに風景が３Ｄ表示されると共に、該運転席の表示手段に操作状態が表示される鉄道用運転シミュレータにおいて、
前記操作手段の操作に応じて仮想的列車の走行速度を求め、求めた該走行速度と経過時間とに基づいて該仮想的列車の走行位置を求める列車制御手段と、前記仮想的列車が走行する線路及び該線路沿線に配置された有体物並びに軌道に係るデータが格納された格納部を有し、前記列車制御手段が求めた前記走行速度及び前記走行位置に応じて仮想的運転士の左眼と右眼とからそれぞれ見えるそれぞれの風景を生成するとともに、前記軌道に係るデータに基づいて生成された風景に、乱数を１次遅れ要素フィルタを通すことによって得られる揺れを、前記軌道の不規則な凹凸として反映させる３Ｄ画像生成手段と、
前記３Ｄ画像生成手段により生成されたそれぞれの風景を、互いに偏光軸が直交する偏光板それぞれを介して前記スクリーンに投影する３Ｄ画像表示手段とを備え、
前記３Ｄ画像生成手段は、左眼と右眼とからそれぞれ見えるそれぞれの風景が生成されたとき、生成されたそれぞれの風景を前記３Ｄ画像表示手段から同時に投影させることを特徴とする鉄道用運転シミュレータ。
【国際調査報告】
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