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ラク楽実践 VR

ラク楽実践 VR- 手と足と頭を使え！ VR システムの作り方 -かれこれ 18 年ほど前，私が研究者として研究室に配属された時，最初に先生から世の中にはこんなモノがあると紹介された力覚提示システムが SPIDAR でした．当時は色眼鏡で立体表示を行っていたバージョンも，長年の研究を経て，今では製品として入手可能なバージョンに成熟しています．
今回のラク楽では，その SPIDAR の開発の歴史をゲストエディタの長谷川さんにいつもの論文とは一風変わった側面から，某番組風に思いっきり語っていただきました．論
文としては表に出にくいシステム開発のノウハウの一端を感じて頂けることと思います．
また，SHOP 情報では筑波地区の VR 研究の要，いや，日本の VR の資材面を支えている秘密をゲストエディタの矢野さんにご紹介いただきます．

野間春生（ATR）

第4回
SPIDAR 製作の歴史- どこにでもあるプロジェクト X長谷川晶一（東京工業大学）
連載の名前はラク楽実践 VR だが，VR の研究にとってシステム構築は要だと思うし，新しいシステムを作るのは大変なことでなかなか楽々とは行かないと思う．筆者は 1996 年から力覚インタフェース SPIDAR の製作をしてきたが，ここ数年やってきたことは，大変なシステ平田らが作ったビリヤードゲーム

ム構築を如何に楽に済ませるかということだった．そこで本稿では，初期のシステムを苦労して作った先人達のSPIDAR 発展期話を含めて，SPIDAR 開発の歴史と現在について書く．

石井雅博 ( 現富山大助教授 ) が博士課程で研究室にSPIDAR 創成期入った当時，SPIDAR は制御周期が遅くモータも非力SPIDAR の原型は，学祭の出し物として 1988 年に作で満足な力覚が出せるものではなかった．石井は制御られたビリヤードシステムだった．ビリヤードの球が糸回路，モータ，糸，指輪などの SPIDAR のコンポーネにつながれていて，キューで球を突くとその力に応じてントを徹底的に調べ上げ，最良のものに置き換えてい画面の中で球が動いた．当時学生だった平田幸広 ( 現諏くという仕事を進めた．制御回路やモータについては，訪東京理科大学講師 ) が中心となって開発した．

カタログの収集からはじめた．石井は，雑誌「トランこのボールが指輪に変わり，力覚を提示するためジスタ技術」「インターフェース」の広告を頼りに，片っにブレーキで糸を止められるようにしたものが最初の端からカタログを集めた．その中から書類選考をし，SPIDAR だった．最初の SPIDAR にはモータは使用してこれはと思った数点についてはサンプルを請求した．

おらず，ブレーキにはリレーを使用していた．制御にはこんなとき大学の研究室という肩書きは役立つ．どこ

NEC の PC98 を使用しており，制御回路は PC98 の C バの会社も比較的好意的にカタログやサンプルを送ってス用の専用ボードを外注していた．

くれた．趣味の世界ではなかなかこうはいかない．糸56

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253の選定には苦労した．服飾用の糸だけならばカタログもあるが，糸の種類は多岐にわたり調べようがなかった．石井は研究者だけを結んでいた時代のインターネッ
トニュース (fj.*) で聞いたり，街に出て様々な糸を買い集めたりした．集めた糸はすべて 1m の長さに切りそろえ，バネばかりで引いて弾性率を調べた．こうして，釣り糸のなかでも特に感度の高い PE ラインが選定された．指にはめるリングもこうして選ばれたものの一つだ．石井は指輪に始まって，ゴムバンド，マジックテー

佐藤研に残るガラクタ類．今でも街に出る前にまずこの棚を探す．

プ，裁縫用の指貫と街にある指に嵌められる物を片っ端から試していった．こうして，ギターのピックが選定された．モータは指 1 本が出せる力とトルクリップ

SPIDAR 応用期

ルが少なく軽く回るという条件から選定した．カタロ

1996 年，研究室には石井が残した等身大の SPIDAR

グから Maxon, Escap, Faulhaber に絞り，各社の日本のシステムがあった．Evans&Sutherland のグラフィックス

営業に電話をして Maxon に決めた．ただし，1 個 4 万アクセラレータに Sun のワークステーション，VME バ円近くしたため購入がためらわれていた．ちょうどそスに IBM PC，実験用電源とモータドライバという複雑のころ，それまで使用していたコパルのモータが製造な構成だった．これでバスケットボールのゲームをつく中止となり，Maxon モータの導入が決まった．制御回り SIGGRAPH97 の Emerging technologies で 展 示 す る と路は，広告を見ていると汎用品でも作れることが分かっいう．徹底した小型化が必要だった．てきた．当時は FA が小さな工場にも広がってきたころ

回路設計は当時 M1 の圓道知博 ( 現名古屋大学助手 )であり，汎用のカウンタや D/A ボードが製品化されてが行った．圓道は PC 単体で動作するよう ISA バスでシいた．一般に汎用品は量産効果でコストが低く信頼性ステムを組んだ．またサンハヤトの感光基板を使って手が高い．汎用品が使えるなら使うに越したことはない．

作りの小型モータドライバを製作した．圓道は石井の残こうして石井は VME バスと数枚の汎用ボードから，高した論文とソースから，SPIDAR の制御ソフトとデモ用性能な SPIDAR システムを構築した．のソフトを作った．

しかしこれでもシャープな力覚は実現できなかった．

グラフィックスは筆者の担当だった．当時出回り始め計算に時間がかかり 1kHz の制御ループが実現できていたばかりの廉価版グラフィック API DirectX3 を使った．

なかったのだ．最後に必要だったものは当時の最高速

バグのたびに再起動を余儀なくされる Windows95 に手の PC9801RA だった．当時，制御用に高価な PC が必を焼きながらグラフィックスサーバを完成させた．2 台要だとは誰も思っていなかった．高速 PC の必要性を説の PC は TCP/IP で結ばれゲームになった．本当に楽しき続けた石井は年度末にやっと手にした RA で 1kHz のめるものに仕上がった．

制御を実現した．
SPIDAR 量産期
圓道の作ったドライバはコンパクトで十分な性能を持っていた．しかし，困ったことが起きた．世の中からISA バスが消えたのだ．インテルは PCI という新規バスで統一すると言う．もう一つ信頼性の問題があった．た
くさんのデモをこなすにはたくさんの SPIDAR が必要になる．筆者は毎年新入生に自分用のドライバを作らせたが完成率が低かった．一度動いてもデモ会場までの輸送に耐えないものばかりだった．
研 究 室 は つ い に SPIDAR ド ラ イ バ の 完 全 外 注 化 を石井が残した SPIDAR，現存しない．

決断した．最初の外注先はサーボモータのプロで得意

写真左が Evans&Sutherland，右が VME バス．の PWM 制御に電流制御を組み込んだ回路を作った．

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Maxon のモータはインダクタンスが小さく PWM 制御は本版では，筆者はアナログの回路図と予備 I/O だけを指難しかったのだが，プロの意地で改修を重ねたドライ

示して他は外注先に任せた．基本版は予定通り完成しバが完成した．安心して使えるドライバだった．ただし1kHzSPIDAR の量産体勢が整備された．いつデモがあっ性能は出なかった．利便性のため USB を採用しており，ても SPIDAR が動くようになった．

これがネックになった．USB1.1 は行きに 1ms，切替に

しかし，筆者は満足していなかった．ドライバ側で制1ms，帰りに 1ms，切替に 1ms で計 4ms を必要とする．力御ループを回せば，超高精度の力覚提示ができると信じ覚に必要な 1kHz の制御が実現できず，石井や圓道のドていた．今度はたくさん注文をつけた．SH4 CPU を使ライバには遠く及ばなかった．

用し D/A，カウンタに加え A/D も乗せる．しかも基板のUSB2.0 を用いた高速ドライバの構想はこの直後に始

サイズは従来どおり．入りきらないので基板を 2 枚に分まった．新たな外注先のベンチャーが 2kHz で通信がでけたいという提案にも食い下がった．基板面積の小さなきることを確認した．これはいける．今回は性能を追及

D/A，A/D の選定，アナログ専用電源の省略，基板裏表して回路もアナログに戻した．の入れ替えなど変更に変更を重ね，2 年の歳月をかけてこのとき筆者は二つのシステムを考えていた．単純回路が完成した．さらに当時 M2 の赤羽克人 ( 現 D1) がに USB2.0 でモータを駆動する基本版とドライバ側が高仕様の不明確なハードと戦いながらファームを作成し，性能プロセッサを持つインテリジェント版である．基ついに 10kHz SPIDAR が完成した．

ラク楽実践 VR 第 3 回 コラム

お役立ち SHOP 情報（茨城・つくば）
ジョイフル本田荒川沖店
所在地：〒 300-1176 茨城県土浦市荒川沖 1-30
http://www.joyfulhonda.com/
VR システムは，電子部品の他に，人間で言えば体にあたるフレームや機械部品やその他周辺機材も重要な要素である．この手のものは，商社や通販などから調達することが多いが，「今すぐあの部品が必要」となったときに頼りになるのは，地元のホームセンターである．つくば地区でのVR システム開発は，「ジョイ本」こと「ジョイフル本田」の存在を抜きには語れないといっても過言ではない．

ジョイフル本田は関東一円に展開しているホームセンターで，つくばにあるジョイフル本田荒川沖店は，広さが実に東京ドームの 2.2 倍，2000 台の駐車場を擁する超大型店舗 ( これでもグループ内では中堅程度とか ) である．
日用品，収納用品，農業資材，木材，薬品，インテリア，エクステリア，ガーデニング，アンティーク，画材など「“ ここになければ諦める ” とお客様に言われるほどになった」という宣伝文句も大げさではないほどの品揃えである．
著者らが研究で開発したシステムには最低 1 つはジョイ本で購入した部品が使われている．一番多いのはイレ
クター ( プラスチックコーティングした鉄パイプを組み合わせて自由にフレームが作れるもの ) で手軽にフレームが作れるので大変重宝している．さらにねじや木材，ちょっとした信号ケーブルや針金，塗料はもちろんのこと，本来の用途は不明な発砲スチロール製小型球面スクリーン，砂利や植物などジオラマ用素材，果てはペットセンターで金魚や熱帯魚，ウサギも入手し，ビデオコンテンツのキャラクタとして都内某美術館で公開されていた ( 生き物のその後の世話でも利用させてもらっている )．
ジョイフル本田は広い敷地にあらゆる生活必需品を集めたその品揃えもさることながら，行けば何とかなりそう，何とかならなくてもあきらめがつく ( ？ ) ような不思議な雰囲気がある．
休日など暇があると用もないのに行ってしまいたくなるのは著者だけではあるまい．そうでない人もたまにはお近くのホームセンターに足を運んでみてはいかがだろう．

矢野博明 ( 筑波大学 )58