特開 2022-12084 仮想振動体感システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022012084

(43)【公開日】2022-01-17

(54)【発明の名称】仮想振動体感システム

(51)【国際特許分類】

   G09B 9/00 20060101AFI20220107BHJP

   A61B 5/00 20060101ALI20220107BHJP

【ＦＩ】

G09B9/00 K

A61B5/00 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020113636

(22)【出願日】2020-06-30

(71)【出願人】

【識別番号】000152424

【氏名又は名称】株式会社日建設計

(74)【代理人】

【識別番号】100103399

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 清

(72)【発明者】

【氏名】朝日 智生

(72)【発明者】

【氏名】福島 孝志

【テーマコード（参考）】

4C117

【Ｆターム（参考）】

4C117XA05

4C117XB01

4C117XB18

4C117XB20

4C117XC01

4C117XC11

4C117XD01

4C117XE04

4C117XE13

4C117XE16

4C117XE17

4C117XE18

4C117XE24

4C117XE30

4C117XE33

4C117XE73

(57)【要約】      （修正有）

【課題】仮想振動の被験者が体感した現象及び感覚に関する客観的かつ定量的なデータを取得することができる仮想振動体感システムを提供する。
【解決手段】仮想振動発生時の映像を生成する映像生成装置１０と、仮想振動発生時の振動を発生する振動発生装置２０と、仮想振動発生時における被験者Ｐの人体に発生する現象及び感覚を計測する体感計測装置３０と、仮想振動発生時における振動を計測する振動計測装置４０と、から仮想振動体感システム１００を構成する。映像生成装置１０は、ヘッドマウントディスプレイ１１から、振動発生装置２０は、振動台２１及び振動生成装置から、体感計測装置３０は、生体センサーから、振動計測装置４０は、加速度計から構成する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

仮想振動発生時の映像を生成する映像生成装置と、仮想振動発生時の振動を発生する振動発生装置と、仮想振動発生時における被験者の人体に発生する現象及び感覚を計測する体感計測装置と、仮想振動発生時における振動を計測する振動計測装置と、から構成したことを特徴とする仮想振動体感システム。

【請求項2】

前記仮想振動は、仮想鉛直方向振動、仮想水平方向振動又はそれらを組み合わせた仮想鉛直及び水平方向振動であることを特徴とする請求項１に記載の仮想振動体感システム。

【請求項3】

前記仮想振動は、仮想縦ノリ振動であることを特徴とする請求項１に記載の振動体感システム。

【請求項4】

前記映像表示装置は、被験者に装着するヘッドマウントディスプレイから構成したものであることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の仮想振動体感システム。

【請求項5】

前記振動発生装置は、被験者が直立する振動台と、この振動台を鉛直方向、水平方向又はそれらを組み合わせた鉛直及び水平方向に振動させる振動生成装置と、から構成したものであることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の仮想振動体感システム。

【請求項6】

前記体感計測装置は、被験者の身体に装着して、人体に発生する現象及び感覚を定量的に計測する生体センサーを搭載した計測装置であることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の仮想振動体感システム。

【請求項7】

前記体感計測装置は、先端部に発汗センサーを接続し、被験者の掌部に固定することによって、被験者の発汗量を計測することができる発汗計測装置であることを特徴とする請求項６に記載の仮想振動体感システム。

【請求項8】

前記振動計測装置は、前記振動台に装着することによって、振動台の加速度を計測することができる加速度計であることを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の仮想振動体感システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、振動発生時に惹起される事象を模擬的に体験でき、その際に人体に発生する現象及び感覚を仮想的に体感できると共に、定量的に計測することもできる仮想振動体感システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

コンサートホール、ライブハウス等の大規模施設において、ミュージシャンの演奏する音楽に合わせて、多数の視聴者が踊ったり、飛び跳ねたりすることによって、構造物床には低周波数の鉛直方向振動（縦ノリ振動）が発生する。
近年、コンサートホール、ライブハウス等の大規模施設がさらに巨大化して、極めて多数の視聴者を収容するようになると、視聴者が踊ったり、飛び跳ねたりすることによって発生する低周波数の鉛直方向振動のパワーも極めて大きなものとなる。

【0003】

ここで、大パワーの鉛直方向振動は、図１に示すように、大規模施設１００の構造物床１０１を介して柱１０２、基礎１０３等に伝達され、大規模施設１００の直下の地盤１０４も鉛直方向に振動するようになる。
さらに、この鉛直方向振動は、大規模施設１００の周辺の地盤１０５へと伝達されていくが、周辺の地盤１０５に伝達されていくに従って、鉛直方向振動は減衰され、水平方向振動の割合の方が増大するようになる。
そして、伝搬する地盤振動と同一の固有振動数を有する建築物１０６が周辺に存在すると、地盤振動と共にその建築物１０６が激しく揺れる（共振）という現象が発生する。

【0004】

そこで、縦ノリ振動が発生する大規模施設の構造物床を防振し、振動伝達率を低減することによって、周辺の地盤へ振動が伝搬するのを低減し、周辺に存在する建築物が共振しないようにする工法が提案されている（特許文献１参照）。

【0005】

又、縦ノリ振動によって発生する鉛直方向振動を減衰する効果が大きく、床面に不都合な間隙、段差を生じさせないと共に、構造物床の構造が複雑なものとならず、施工に多大な時間と費用を要しない構造物床の振動防止架構も提供されている（特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００６－０５７２６０号公報

【特許文献2】特開２０１９－０９０１８０号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１に開示された防振工法、特許文献２に開示された防振架構によれば、縦ノリ振動が発生する大規模施設の構造物床を防振し、振動伝達率を低減することによって、周辺の地盤へ振動が伝搬するのを低減し、周辺に存在する建築物が共振しないようにすることができる。

【0008】

ここで、縦ノリ振動を防振しようとした場合、構造物床の鉛直方向剛性は一般的な構造物床よりも柔らかくなり、縦ノリによって発生する構造物床の鉛直方向振動が大きくなる傾向にある。

【0009】

しかし、縦ノリによって発生する構造物床の鉛直方向振動を如何なる範囲に規制するかについて、これまで研究成果に乏しく、法律、基準も制定されていないために、構造物床の鉛直方向剛性を適切な範囲に決定することが困難であった。

【0010】

本発明は、このような従来の問題点に鑑みて為されたものであって、振動、特に、縦ノリ振動に対して適切な構造物床の鉛直方向剛性を決定できるように、縦ノリ振動発生時に惹起される事象を模擬的に体験でき、その際に人体に発生する現象及び感覚を仮想的に体感できると共に、定量的に計測することもでききる仮想振動体感システム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】

【0011】

上記目的を達成するために、本発明の仮想振動体感システムは、仮想振動発生時の映像を生成する映像生成装置と、仮想振動発生時の振動を発生する振動発生装置と、仮想振動発生時における被験者の人体に発生する現象及び感覚を計測する体感計測装置と、仮想振動発生時における振動を計測する振動計測装置と、から構成したことを特徴とするものである。

【0012】

ここで、前記仮想振動は、仮想鉛直方向振動、仮想水平方向振動又はそれらを組み合わせた仮想鉛直及び水平方向振動であることを特徴とする。特には、仮想縦ノリ振動であることを特徴とする。

【0013】

前記映像生成装置は、被験者に装着するヘッドマウントディスプレイから構成するのが好ましい。

【0014】

前記振動発生装置は、被験者が直立する振動台と、この振動台を鉛直方向、水平方向又はそれらを組み合わせた鉛直及び水平方向に振動させる振動生成装置と、から構成するのが好ましい。

【0015】

前記体感計測装置は、被験者の身体に装着して、人体に発生する現象及び感覚を定量的に計測する生体センサーを搭載した計測装置であることを特徴とする。

【0016】

前記体感計測装置は、先端部に発汗センサーを接続し、被験者の掌部に固定することによって、被験者の発汗量を計測することができる発汗計測装置であってもよい。

【0017】

前記振動計測装置は、振動台に装着することによって、振動台の加速度を計測することができる加速度計から構成するのが好ましい。

【発明の効果】

【0018】

本発明の仮想振動体感システムによれば、振動発生時、特に、縦ノリ振動発生時に惹起される事象を模擬的に体験でき、その際に人体に発生する現象及び感覚を仮想的に体感できると共に、定量的に計測することもできる。

【0019】

そして、仮想振動、特に、仮想縦ノリ振動の被験者が体感した現象及び感覚に関する客観的なデータを収集して、そのデータを基に縦ノリ振動に対して適切な構造物床の鉛直方向剛性を決定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】縦ノリ振動の周辺地盤への伝達過程を示す説明図である。

【図2】本発明の仮想振動体感システムの概略構成図である。

【図3】ヘッドマウントディスプレイの斜視図である。

【図4】振動発生装置の斜視図である。

【図5】振動体感試験の実施状態を示す斜視図である。

【図6】発汗計測装置の斜視図である。

【図7】脳波計測装置の斜視図である。

【図8】脳血流計測装置の斜視図である。

【図9】振動怨限度を示す図である。

【図10】振動加速度による不快感の相違を示す図である。

【図11】振動加速度による不快感の相違を示す図である。

【図12】振動加速度による不快感の相違を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

本発明の仮想振動体感システムの好適な実施形態について、以下、図面を参照して詳細に説明する。

【0022】

仮想振動体感システム１００は、図２に示すように、映像生成装置１０と、振動発生装置２０と、体感計測装置３０と、振動計測装置４０と、から構成してある。

【0023】

映像生成装置１０は、図３に示すようなヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）１１から構成してある。

【0024】

ヘッドマウントディスプレイ１１は、仮想現実（Virtual Reality：ＶＲ）映像を表示することができるゴーグル型ディスプレイ装置であって、図３に示すように、前面部に投影部１１ａを、側面部に視聴部１１ｂを配置してある。

【0025】

そして、ヘッドマウントディスプレイ１１を被験者Ｐが頭部に装着することによって、投影部１１ａには仮想現実から成る映像が表示され、視聴部１１ｂからは所定の音響が生成されるようになっている。

【0026】

振動発生装置２０は、図４に示すように、振動台２１と、振動生成装置２２と、振動制御装置２３と、から構成してある。

【0027】

振動台２１は、その上面を平面状としてあり、被験者Ｐが確実に直立することができるようにしてある。

【0028】

振動生成装置２２は、その上面に前記振動台２１の下面を強固に固定できるようになっていると共に、その内部に配設した振動部材が鉛直方向、水平方向又はそれらを組み合わせた鉛直及び水平方向に適宜振動数及び振幅をもって振動するようになっている。

【0029】

振動制御装置２３は、前記振動生成装置２２を適宜振動数及び振幅をもって、所定時間振動するよう駆動制御できるようになっている。

【0030】

よって、振動生成装置２２を作動させ、振動部材を駆動させることによって、振動生成装置２２の上面が鉛直方向、水平方向又はそれらを組み合わせた鉛直及び水平方向に適宜振動数及び振幅をもって振動し、それに対応して、振動台２１も鉛直方向、水平方向又はそれらを組み合わせた鉛直及び水平方向に所定振動数及び振幅をもって振動するようになっている。

【0031】

体感計測装置３０は、図５に示すように、振動台２１に直立した被験者Ｐの身体に装着して、人体に発生する現象及び感覚を定量的に計測するものであって、各種生体センサーを搭載した計測装置を使用することができる。

【0032】

図６に示すものは、発汗計測装置３１であって、コード３１ｂの先端部に接続した発汗センサー３１ａを被験者Ｐの掌部に固定しておくことによって、仮想振動発生時における被験者Ｐの発汗量を計測することができるようになっている。

【0033】

図７に示すものは、脳波計測装置３２であって、ヘッドセットに脳波センサー３２ａを装備してあり、ヘッドセットを被験者Ｐの頭部に装着しておくことによって、仮想振動発生時における被験者Ｐの脳波を計測することができるようになっている。

【0034】

図８に示すものは、脳血流計測装置３３であって、近赤外光（約８００ｎｍ）を発射する発光ダイオードを備えた照射装置３３ａと脳内を透過した反射光を検出するフォトダイオードを備えた検出装置３３ｂをヘッドセットに埋設したものである。ヘッドセットを被験者Ｐの額部に装着しておくことによって、仮想振動発生時における被験者Ｐの脳血流量を計測することができるようになっている。

【0035】

尚、体感計測装置３０としては、上記に限定されるものではなく、心電、心拍数、呼吸数等を計測するセンサーを装備し、被験者Ｐに容易に装着できる適宜生体計測装置を使用するようにしてもよい。

【0036】

振動計測装置４０としては、図５に示すように、適宜装着可能な加速度計４１から構成してある。

【0037】

加速度計４１は、図５に示すように、振動台２１の上面中央部及び被験者Ｐの体側部に装着して、仮想振動試験時において、実際の振動台２１及び被験者Ｐの鉛直方向又は水平方向加速度を計測することができるようになっている。

【0038】

本発明の仮想振動体感システム１００は、以上のような構成であって、以下のように設定して使用する。

【0039】

先ず、図４に示すように、床面の適宜位置に、振動台２１、振動生成装置２２及び振動制御装置２３から成る振動発生装置２０を配設する。

【0040】

次に、図５に示すように、振動台２１に被験者Ｐを直立させ、被験者Ｐの頭部にヘッドマウントディスプレイ１１を装着させると共に、掌部に発汗計測装置３１の先端部に接続した発汗センサー３１ａを固定する。

【0041】

さらに、図５に示すように、振動台２１の上面中央部及び被験者Ｐの体側部に加速度計４１を装着する。

【0042】

次に、仮想振動体感システム１００を作動させ、ヘッドマウントディスプレイ１１に振動台２１の前方に視認される映像を表示させ、仮想振動に起因して発生する音響を発生させる。

【0043】

同時に、振動生成装置２２を作動させ、振動部材を鉛直方向、水平方向又はそれらを組み合わせた鉛直及び水平方向に適宜振動数及び振幅をもって振動させることによって、それに対応して、振動台２１を鉛直方向、水平方向又はそれらを組み合わせた鉛直及び水平方向に所定振動数及び振幅で振動させる。

【0044】

これによって、被験者Ｐは、あたかも実際の鉛直方向、水平方向又はそれらを組み合わせた鉛直及び水平方向の振動、特には、縦ノリ振動を体験しているような感覚を起生すると共に、発汗量、心拍数、呼吸数が増加する、脳波が特異形状を呈する等の通常時には見られない身体的な現象及び感覚を発現するようになる。

【0045】

そして、これら身体的な現象及び感覚は、体感計測装置３０によって、時間の経過と共に定量的に計測することができて、仮想振動発生時、特には、仮想縦ノリ振動発生時における体感データとして取得され、収集することができる。

【0046】

ここで、前記振動制御装置２３によって、ある振動数及び加速度の振動データ信号を振動生成装置２２に送信すれば、振動台２１をこれに対応した振動モードで振動させることができる。

【0047】

そして、被験者Ｐを種々変更することによって、老若男女、身長、体重等の特性を加味した、各振動モードに対応した体感データを取得することができる。

【0048】

上記のようにして、被験者Ｐの仮想振動体験、特に、仮想縦ノリ振動体験によって定量的に計測された体感データは、コンピュータに入力、記録して、収集することができる。

【0049】

そして、収集した体感データを適宜処理することによって、被験者Ｐが体感した現象及び感覚に関する客観的なデータを収集することができ、そのデータを基に振動、特には、縦ノリ振動に対して適切な構造物床の鉛直方向剛性を決定することができる。

【0050】

［鉛直方向振動体感試験］
次に、仮想振動体感システム１００を使用して、構造物床の鉛直方向振動と視聴者Ｐに惹起される不快感との関係を把握する鉛直方向振動体感試験を実施した。

【0051】

図５に示すように、振動台２１に被験者Ｐが直立して乗った状態で、振動生成装置２２によって、振動数を２．３Ｈｚとして、加速度を２０ｇａｌ，３０ｇａｌ，５０ｇａｌと変化させて、鉛直方向振動を生成させた。

【0052】

２４名の被験者Ｐに対し、ヘッドマウントディスプレイ１１を装着して貰い、映像及び音楽よりなるＶＲ空間でコンサート環境を再現した状態で試験を実施し、被験者Ｐに仮想縦ノリ振動を体感して貰った。

【0053】

そして、この際における振動怨限度及び不快感のレベルを、被験者Ｐにアンケート調査することによって、鉛直方向振動と不快感との関係を把握することとした。
尚、不快感のレベルとしては、表１のような指標を設定した。

【0054】

【表1】

【0055】

縦ノリ振動の発生し易い振動数帯域である２．３Ｈｚの振動に対して、直立姿勢で試験を実施した時に、「音楽施設の床としてどの程度の振動まで許容できるか」という質問をしたところ、図９に示すような回答を得た。

【0056】

又、２０ｇａｌ，３０ｇａｌ，５０ｇａｌの各振動加速度における被験者Ｐの不快感を取り纏めたところ、図１０乃至１２に示すような結果を得た。これによれば、５０ｇａｌになると、一気に不快感が増大することがわかった。

【0057】

以上のように、本発明の仮想振動体感システム１００によれば、振動発生時、特には、縦ノリ振動発生時に惹起される事象を模擬的に体験でき、その際に人体に発生する現象及び感覚を仮想的に体感できると共に、定量的に計測することもできる。
これによって、振動、特には、縦ノリ振動に対して適切な構造物床の鉛直方向剛性を決定することができる。

【0058】

又、縦ノリ振動に対して適切な構造物床の鉛直方向剛性を決定することができるのみならず、縦ノリ振動時に発生する周辺建物の鉛直及び水平方向振動の設計基準値を設定する際にも適用することができる。

【0059】

又、地震時、特に、長周期地震時の高層ビル内の鉛直及び水平方向振動、電車、バス、自動車等の交通機関の移動による鉛直及び水平方向振動、人の歩行による鉛直方向振動、さらには、暴風時の水平方向振動に対する建物内の居住性に関する設計規準値を設定する場合にも応用することができる。

【符号の説明】

【0060】

１００ 仮想振動体感システム
１０ 映像生成装置
１１ ヘッドマウントディスプレイ
２０ 振動発生装置
２１ 振動台
２２ 振動生成装置
２３ 振動制御装置
３０ 体感計測装置
３１ 発汗計測装置
３２ 脳波計測装置
３３ 脳血流計測装置
Ｐ 被験者

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】