情報処理学会 インタラクション 2020
IPSJ Interaction 2020

2B-45
2020/3/9

VR コントローラに取り付け可能な手首力覚提示デバイスに関する考察
本多健二†1

野本光†2 野澤彼方†2

佐藤誠†3

原田哲也†2

概要：近年、IT 技術の発展により、極めて没入感の高い VR 世界を体験することができる環境が整いつつある。リアリティの高い映像を目前に映し出すことが可能な HMD が開発とともに、操作性のよい優れた様々な VR コントロー
ラも実用化されている。たとえば Oculus 社の VR コントローラでは、両手 6 自由度の操作ばかりでなく、多指操作や触覚提示によるハプティック操作も実現されてきている。よりリアリティの高い VR 環境を実現する上で必要となる感覚モダリティのひとつに力覚が残されている。我々はすでに手首への力覚提示のためのストリング型ハプティックデバイスとして SPIDAR-W を提案している。本研究報告では、この SPIDAR-W を基礎として、VR コントローラに取り付け可能な手首力覚提示デバイスを新たに考案したのでその内容を報告する。

はじめに1.

ⅰ．自由度の削減

近年，リアリティの高い映像を目前に映し出すことがフレームを軽量化するため，モータの個数を減らし， 両可能な HMD が開発されるとともに，操作性のよい優れた

手 6 自由度から両手 3 自由度とした．

VR コントローラも実用化されている．たとえば Oculus 社

ⅱ．VR コントローラの利用の VR コントローラでは，両手 6 自由度の操作ばかりでな

一般に VR コントローラと呼ばれる HMD 付属のコン

く，多指操作や触覚提示によるハプティック操作も可能とトローラをエンドエフェクタとして取り付けられるようなっている．よりリアリティの高い VR 環境を実現する上にした．本研究では Oculus Rift S 対応のコントローラで必要となる感覚モダリティのひとつに力覚が残されていの取り付けを試みた[2]．

る．我々はすでに手首への力覚提示のためのストリング型ハプティックデバイスとして SPIDAR-W と SPIDAR-W2を提案してきた[1]．SPIDAR-W の様子を図 1 に示す．本
装置はユーザがデバイスを背中に背負い操作する力覚提示デバイスである．背負ったデバイスの両肩と腰の位置から伸ばしたフレームを土台とし，手首を囲むようにモータが配置されている．モータから伸ばしたワイヤにエンドエフェクタを取り付け，エンドエフェクタを握った両手に対し，Spidar-W

取り付けた 8 本のワイヤの張力を制御することで，6 自由

図1

度の力覚を提示するが，本装置は，フレームとワイヤで囲提案システム

まれた空間に，下方から潜り込むようにして装着するため，

2.

HMD の装着も含めてユーザ単独での装着は極めて困難で

2.1

Spidar-W2
Spidar-W と Spidar-W2

システム概要あった．この問題点を克服するために SPIDAR-W2 を開発

提案システムの概要を図 2 に示す．両肩方向に延びたフレーした．SPIDAR-W2 の様子を図 1 に示す．本装置は，背負ムとそれに直交するように腰位置から伸びたフレームを肩にかうことなく，湾曲したアームを肩にかけて身体の前面に装ける．各フレームの両端にモータを設置し，モータからワイヤを着することにより装着の困難さが解消される．しかしなが伸ばしてコントローラに取り付ける．左右のコントローラに取りら，依然として 16 個のモータが体の前方に配置されてい付けられた 4 本のワイヤの張力をモータで制御することで 3るために，VR 世界を体験するユーザにとっては重く，ワイ自由度の力覚を提示する．

ヤの本数が多いことが取り回しの困難さを生じさせていた．
そこで，本研究の目的として，SPIDAR-W2 の問題点を解消することと，最新の VR 機器に対応させ，より良好なハプティック環境を実現することを目的として，以下の改良を行った．

†1
†2
†3

東京海洋大学
東京理科大学
東京工業大学© 2020 Information Processing Society of Japan

図2

Spidar-W3 の概要とコントローラ取り付け機構653

情報処理学会 インタラクション 2020
IPSJ Interaction 2020

2.2 VR

2B-45
2020/3/9

コントローラの取り付け

右斜め下，右コントローラは上と左斜め下に向くように雄ネジを取り付ける．次に，ワイヤの先端につけたキャップを，雄ネジに取り付ける．VR コントローラを取り付けた SPIDAR-W3 を図 3 に示す．

図 3 VR コントローラを取り付けた Spidar-W3
2.3

コンテンツ開発と評価実験

3.

図 2 のように，マジックテープを用い，左コントローラは上と位置計測と力覚計測

力覚を提示するエンドエフェクタの位置計測の様子を
図4 に示す．エンドエフェクタ(各図の球体部分)は，ホームポジ

コンテンツ開発

3.1

太鼓 を 叩 くコンテン ツ を作 成 した．太鼓を叩くコンテンツ のスクリーンショットを図 5 に示す．このコンテンツは HMD に対応したコンテンツである．コントローラをバチ として目の前にある 大太鼓を叩 くことで 音を 鳴 らし，SPIDAR-W3 を 通 してユーザに力覚を提 示 す る コ ン テ ン ツ で あ る ． 但 し ， 本 装 置 で は 従来 のSPIDAR-W と 異 なり，自由度が 3 となっているため，コントローラの回 転が読み取れない．そのため，自然にバ チが太鼓に当たるように太鼓を 打つ瞬間にバチ を太鼓に向かって僅かに回転 させる処理 を行っている．
3.2 評価実験
上記太鼓コンテンツにて力覚提示ありの場合 と無しの場合でユーザに与える感覚に どのような違いがあるのかを実験
協力者 6 名に体験してもらい，アンケートに回答してもらった．その結果 ，力覚 有 りの方が力覚 無しに 比べ臨場感が有り，太鼓を叩くことが容易であったと回答した人が比較的多かった．よって，力覚有りの方が，より実際に太鼓を叩いている感覚に近く，臨場感を提供することが可能であることが分かった。
本装置を利用するため

勢ベクトル を保持した状態で並進するものと仮定する． 姿勢ベクトル d は(1)によって求められる．
ションでの姿d = (b +DxD), D y ,−(a + z ))22

(1)

際のエンドエフェク
タの中心の位置ベクトルを q とするとグリップの位置ベク
トル q は(2)のように計算される．
ホームポジションに位置している

q= (b Dx 1a D+, Dy , + x )2 4 2
2 2(2)

4.

おわりに本

図 5 太鼓コンテンツ

稿では，SPIDAR-W を基礎として、VR コントロー

ラに取り付け可能な手首力覚提示デバイス SPIDAR-W3 を考案しその内容を報告した。
今後はこのデバイスを用いた 斬 新かつ 有効 なハプティ
ック体験が可能なコンテンツの開発と，既存のゲームコンテンツ等に力覚を付加することを試みる予定 である．

参考文献

図 4

SPIDAR-W3のワイヤ接続© 2020 Information Processing Society of Japan田上 想馬，馬 姝涵，佐藤 誠，赤羽 克仁.ウェアラブルな
手首力覚提示デバイスの開発信学技報, vol. 114, pp. 93-98,
2015[2] Oculus「Oculus Rift S」, <https://www.oculus.com/rift-s/>[1]654