提示力への振動付加による

提示力への振動付加による
バーチャル物体操作システムの
リアリティ向上とその評価
電気通信大学知能機械工学専攻
○ 池田有冬
長谷川晶一
日本バーチャルリアリティ学会第１４回「提示力への振動付加によるバーチャル物体操作システムのリアリティ向上とその評価」
背景
 力覚インタラクション
 力を感じながら物体操作
⇒ 操作性が良い
 リアリティのあるバーチャル物体操作
評価・教育・訓練・エンタテインメント
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日本バーチャルリアリティ学会第１４回「提示力への振動付加によるバーチャル物体操作システムのリアリティ向上とその評価」
研究目的
 従来のシステム
 力提示による抗力、摩擦の提示
 振動による情報提示を考慮しているものは少ない
 インタラクションによる物体の振動の再現
 物体の固有振動
 摩擦振動
リアリティのある力覚インタラクション
3
日本バーチャルリアリティ学会第１４回「提示力への振動付加によるバーチャル物体操作システムのリアリティ向上とその評価」
3次元物体操作システム
物理シミュレータ “Springhead2”
力覚インタフェース“SPIDAR”
 抗力への振動付加
 物体の固有振動再現による高剛性物体の提示
 Stick-Slip現象の再現によるすべり感提示

′08 第１３回日本バーチャルリアリティ学会
「抗力への振動付加による高剛性とすべり感提示」
4
日本バーチャルリアリティ学会第１４回「提示力への振動付加によるバーチャル物体操作システムのリアリティ向上とその評価」
固有振動の再現
 物体に触れた瞬間に起きる振動をモデル化
Q(t )  vet sin(t ) (減衰振動)
Q : 提示力の変化、 α : 振幅係数、
V : 接触時のポインタの速度、
β : 減衰係数、 ω : 材質ごとの角速度、
t : 接触開始時刻からの経過時間
“Reality-Based Models for Vibration
Feedback in Virtual Environments”,
Allison.M.Okamura, 2001
振動
5
日本バーチャルリアリティ学会第１４回「提示力への振動付加によるバーチャル物体操作システムのリアリティ向上とその評価」
タッピングの仕方による硬さ知覚の変化
 固有振動再現による硬さ表現の評価実験
 振動を提示したときの硬さの知覚変化を主観的
等価点によって評価
 調整法を用い、バネ係数を調節してもらう
 調節時のタッピングの仕方を記録
 床への侵入量
 接触時のポインタの速度
6
日本バーチャルリアリティ学会第１４回「提示力への振動付加によるバーチャル物体操作システムのリアリティ向上とその評価」
固有振動再現による硬さ知覚変化
調節したバネ係数 [N/mm]
振動 A （周波数：300Hz）
振動B （周波数：100Hz）
control
A
B
C
control
A
B
C
D
E
F
G
D
E
F
G
9
9
8
8
7
7
6
6
5
5
4
4
3
3
2
2
1
1
0
0
0.5
1
標準刺激 [N/mm]
2
0.5
1
2
標準刺激 [N/mm]
7
日本バーチャルリアリティ学会第１４回「提示力への振動付加によるバーチャル物体操作システムのリアリティ向上とその評価」
侵入量による硬さ知覚変化
1.6
10
1.4
9
侵入量 [mm]
8
1.2
7
1
6
AA
0.8
5
CB
0.6
4
ED
DC
E
3
0.4
2
0.2
1
0
0 0
0
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
7
7
8
8
9
9
10
10
調節したバネ係数 [N/mm]
8
日本バーチャルリアリティ学会第１４回「提示力への振動付加によるバーチャル物体操作システムのリアリティ向上とその評価」
速度による硬さ知覚変化
70
30
速度 [mm/s]
60
25
50
20
A
A
B
C
C
D
D
E
E
40
15
30
10
20
10
5
00
00
11
22
33
44
55
66
7
8
9
10
10
調節したバネ係数 [N/mm]
9
日本バーチャルリアリティ学会第１４回「提示力への振動付加によるバーチャル物体操作システムのリアリティ向上とその評価」
考察
侵入量が多い、速度が速い
時にバネ係数を低く調節
9
侵入量 [mm]

10
8
7
A
6
B
5
C
4
D
3
E
2
バネ係数による弾性を
メインの手掛かり
1
0
0
2
4
6
8
調節したバネ係数 [N/mm]
10
70


叩き方によって硬さ知覚に大
きく変化がある
振動による硬さ知覚変化を
調べるためには叩き方の統
一が必要
速度 [mm/s]
60
50
A
40
B
C
30
D
20
E
10
0
0
2
4
6
8
調節したバネ係数 [N/mm]
10
10
日本バーチャルリアリティ学会第１４回「提示力への振動付加によるバーチャル物体操作システムのリアリティ向上とその評価」
摩擦の表現
 振動刺激を用いた摩擦感呈示法

JSME ROBOMEC2009 昆陽雅司東北大学
 Stick-Slip現象が発生するタイミングで振動を呈示
 Stick状態からSlip状態へ遷移するタイミングを近
似モデルを用いて推定
 摩擦力（接線力）を提示せずに摩擦感の提示を行
っている
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日本バーチャルリアリティ学会第１４回「提示力への振動付加によるバーチャル物体操作システムのリアリティ向上とその評価」
摩擦振動の表現
 摩擦振動
⇒ Stick-Slip感
 指にモデル化
 proxy法の改良
 質量を考えない
 離散的な動き
tan
1
0
proxy
⇒
⇒
tan
1
質量を与える
動力学に従う動き
0
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日本バーチャルリアリティ学会第１４回「提示力への振動付加によるバーチャル物体操作システムのリアリティ向上とその評価」
摩擦振動の表現
提示力 [N]
 バーチャル世界で摩擦有の床を触った時
 従来手法(proxy法)
 提案手法
12
14
10
12
8
10
6
8
12
4
10
6 力
9
4
8
2
10
0
8
力
2
7
0.5
1
1.5
6
0
5
-2 力
4
-2
6
-4
4
0.5
1
1.5
2
2.5
3
力
3
2
2
1
0
0
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
0.9
1
1.1
1.2
時間 [秒]
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日本バーチャルリアリティ学会第１４回「提示力への振動付加によるバーチャル物体操作システムのリアリティ向上とその評価」
まとめ
 まとめ
 ３次元物体操作システムの構築
 固有振動再現による硬さ表現
 Stick-Slip現象再現による摩擦表現
 タッピングの仕方による硬さ知覚変化
 強く叩くとバネ係数による弾性を手掛かりとする
 今後の予定
 ３次元物体操作システムの評価実験
 物体操作タスクによる従来手法との比較実験
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