情報処理学会 インタラクション 2016
IPSJ Interaction 2016

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2016/3/2

形状と剛性の動的変化が可能な２．５次元ディスプレイの開発
池田盛陽1

加藤拓海2

佐藤俊樹2

小池英樹2

概要：本研究では, ディスプレイのサーフェースの形状と剛性を動的に変化させることを目指した 2.5 次元ディスプレイのプロトタイプ開発を行った. 本システムはタッチスクリーンにおける形状と剛性のパラメータの両方を動的に変化させる事で, 目視で確認できない環境を触覚として感じ取れるインタラクションの新しい実現方法として期待できる. プロトタイプでは, シリンジを接続したディスプレイ内部を細かいパーティクルで満たし, シリンジの容積を制御することでディスプレイ内の粒子素材の量を変化させ, サーフェースの高さ形状の変化を可能とした.

Dynamic Shape and Stiﬀness Changeable Display
Seiyo Ikeda1

Takumi Kato2

Toshiki Sato2

Hikdeki Koike2

Abstract: In this study, we prepared the prototype model of 2.5-dimensional display that aims to dynamically change the shape and stiﬀness of display surface. This system dynamically varying both the parametersof the shape and rigidity of the touch screen. Thus, we can be expected, the interaction of such feel theenvironment that can not be visually confirmed as tactile.This prototype is connected with a syringe to thedisplay, it is filled inside with fine particles. And, by controlling the volume of the syringe, to vary theamount of the interior of the particle material in the display. This method has made it possible to changethe height and shape of the surface.

1. はじめにいてディスプレイの表面剛性を動的に変化させ，ディスプレイ面のユーザーの手による動的な変形および固定を可能

従来のディスプレイは二次元の平面で構成されており，にした．しかし，形状の変形はユーザー自らの手で行う必文字や画像など二次元情報を閲覧・編集する事には適して要があった．そこで本研究では，ClaytricSurface のようにいた．しかし，３ DCG のような立体的な形状を持つ情報剛性可変要素を持ちつつ，自動的にディスプレイ平面の変を扱うには，立体感を得ることが困難なことや三次元なも形をするディスプレイシステムの開発を行った．のにも関わらず実際に手で触れられないなど，様々な制限が発生する．このような問題を解決する新しいディスプレ

2. 提案手法

イとして表面形状を立体的に変形させることができる，立ClaytricSurface のディスプレイ面を自動的に変形させる体形状ディスプレイが研究されてきた [1][2]．また，我々ためには，ディスプレイ内のパーティクルの量を動的に変もこれまで表面形状に加えて表面剛性の自由に変更可能なえる必要がある．そこで本研究では，ClaytricSurface の内立体形状ディスプレイ (ClaytricSurface) の研究を行ってき部パーティクル量を調節可能なユニット機構を複数二次元た [3]．ClaytricSurface とは粒子素材と負圧制御機構を用的に連結することでディスプレイの高さを局所的に変更する手法に着目した．また，変形するディスプレイ上でタッ12

電気通信大学
University of Electronic Communication
東京工業大学Tokyo Institute of Technology© 2016 Information Processing Society of Japan

チ検出を行うには，従来システムのように深度カメラを用いたタッチ検出では背景深度の取得が困難である．そこで

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本研究ではディスプレイ面に立体的な変形に対応可能な電161A01
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3.2 パーティクル量調整装置極を埋め込むことで，静電容量式でのタッチ検出を試みた．

本研究では, ディスプレイ内のパーティクル量の変更のこれらのシステムを実現させることで，剛性の可変要素にためにシリンダ, ピストン, ピストンの上下機構で構成され形状の可変要素を組み合わせた新しい触覚提示が可能になるパーティクル量変更機構を開発した (図 3). またパーティ

り，剛性情報を持つ立体形状データを直接触りながら形状クル量の変更はシリンダにパーティクルを満たし, そのシや触覚情報を手で感じることが期待できる．

リンダに挿入したピストンをモーターで上下させてシリン

3. プロトタイプの実装

ダの容積を変化させることで行っている.

本研究では，これらの機能を実現する新しいディスプレイシステムのプロトタイプの開発を行った．

3.1 システム構成
図 3 パーティクル量調整装置の構成図

本システムの構成を図 1 に示す．本システムはパーティ
クル量制御部，コントローラ，タッチ機能つきディスプレイサーフェースユニット，プロジェクタ (400PRJ018BK)，計

4. アプリケーション案

算機 (i7-2640M メモリ 8GB) から成る．パーティクル量制

パーティクル量の調整の命令はＰＣのアプリケーション

御部はコントローラーを介してＰＣと接続しており，パーが発行し，コントローラーを介してパーティクル制御部のティクル量制御部とコントローラー間はＩ２Ｃでの通信を各装置へ位置指定の命令を送っている. またタッチ検出は行い，コントローラーとＰＣ間はＵＳＢで通信を行っていタッチ面の状態が変化したときにタッチ面に触れているる．またタッチ機能つきディスプレイサーフェースユニッ

か，触れていないかをセンサからＰＣに送っている．これ

トでのタッチの状態の通信はＩ２Ｃで行っている．また，により，形状変形ディスプレイや動的な触覚提示が可能な作製したプロトタイプは出力だけでなく入力インタフェー入力インタフェースとして利用可能なため，本システムのスとしての利用も考え, 図 2 のように手のひらの部分に細アプリケーションの案として，本研究では人物静止画の表密構造でパーティクル量調整装置を並べている．パーティ

情変化アプリケーションを実装した．

クル量調整装置については次節で述べる．前節で作製した装置を複数配置している. さらに静電容量の変化からタッ

5. 考察と今後の展望

チ面の状態を通知するモジュール (MPR121) を使用した

本装置ではディスプレイ表面の形状を動的に変化させる

タップ・プッシュ検出も行うことで入力インタフェースとことができた．しかし今回実装した機構だけでは剛性の変しての機能も実現している. またタッチ面には導電性と柔更は十分に行うことができなかった．そのため，今回開発軟性の観点から導電性メッシュを使用した.

した機構にディスプレイユニット内の減圧加圧機能の搭載を考えている．またパーティクル量調整装置の動作はピストン位置の変更のみだったため，その変更時の変移する時間を変えれるような改良をしていきたい．今回のプロトタ
イプは装置を 7 ユニットを 1 セットとしてたが，さらに多くの装置をディスプレイに接続可能にし，もっと広い面で形状・剛性の動的変化を可能になるような改良も行っていきたい．
参考文献
[1]

図 1

プロトタイプのシステム構成概要図

[2]

[3]

図 2

装置配置図

© 2016 Information Processing Society of Japan

H. Iwata, H. Yano, F. Nakaizumi, and R.Kawamura:
Project FEELEX: Adding Haptic Surface to Graphics,
SIGGRAPH 2001 ConferenceProceedings, pp. 469-475,
2001.
H. Ishii, et al., Sandscape: Bringing Clay and Sand into
Digital Design ― Continuous Tangible User Interfaces,
BT Technology Journal, Vol. 22, No. 4, 287299 (2004).
Toshiki Sato, Jeﬀerson Pardomuan, Yasushi Matoba,
Hideki Koike,
ClaytricSurface: An Interactive Deformable Display with Dynamic Stiﬀness Control, IEEE
Computer Graphics and Applications, Vol.34, No.3,
pp.59-67, May/June, 2014.

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