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特許7442778触覚提示システム、触覚提示装置、コントローラ、及び仮想世界における触覚を実世界においてユーザに提示する方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-02-26
(45)【発行日】2024-03-05
(54)【発明の名称】触覚提示システム、触覚提示装置、コントローラ、及び仮想世界における触覚を実世界においてユーザに提示する方法
(51)【国際特許分類】
G06F 3/01 20060101AFI20240227BHJP
G06F 3/038 20130101ALI20240227BHJP
【ＦＩ】
G06F3/01 560
G06F3/038 320
G06F3/01 510
【請求項の数】
13
(21)【出願番号】P 2019100849
(22)【出願日】2019-05-30
(65)【公開番号】P2020194465
(43)【公開日】2020-12-03
【審査請求日】2022-05-27
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 公開の事実１：平成３１年２月８日、立命館大学大学院２０１８年度メディア情報学科系 修士論文公聴会 公開の事実２－１：平成３１年２月２７日、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ－ｉｐｓｊ．ｏｒｇ／ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ／２０１９／ｄａｔａ／ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ．ｈｔｍｌ ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ－ｉｐｓｊ．ｏｒｇ／ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ／２０１９／ｄａｔａ／ｐｄｆ／１Ｂ－４８．ｐｄｆ ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ－ｉｐｓｊ．ｏｒｇ／ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ／２０１９／ｄａｔａ／ｂｉｂ／１Ｂ－４８．ｈｔｍｌ （情報処理学会インタラクション２０１９論文集） 公開の事実２－２：平成３１年３月６日、情報処理学会インタラクション２０１９ 公開の事実３－１：平成３１年３月２３日、ＩＥＥＥ ＶＲ ２０１９ Ｏｎ－Ｓｉｔｅ Ｔｅｍｐｏｒａｌｌｙ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ 公開の事実３－２：平成３１年３月２５日－２７日、ＩＥＥＥ ＶＲ ２０１９： ｔｈｅ ２６ｔｈ ＩＥＥＥ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ ａｎｄ ３Ｄ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】593006630
【氏名又は名称】学校法人立命館
(74)【代理人】
【識別番号】100111567
【弁理士】
【氏名又は名称】坂本 寛
(72)【発明者】
【氏名】木村 朝子
(72)【発明者】
【氏名】田村 秀行
(72)【発明者】
【氏名】山本 拓也
【審査官】滝谷 亮一
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１１／０６１３９５（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１７－１７３９８８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－２８７２２１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－０５２９７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－２６７７８４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０６Ｆ ３／０１
Ｇ０６Ｆ ３／０３８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ユーザによって保持される本体部、及び、前記本体部に対する相対位置が変更自在になるように前記本体部に設けられた接触子を有する触覚提示装置と、前記触覚提示装置とは別であって、前記本体部とは非連結に設けられた実物体と、
仮想世界において第１仮想物体への接触が生じると前記接触子が前記実物体に接触するように前記本体部に対する前記接触子の相対位置を変化させるコントローラと、
を備える触覚提示システム。
【請求項2】
ユーザによって保持される本体部、及び、前記本体部に対する相対位置が変更自在になるように前記本体部に設けられた接触子を有する触覚提示装置と、仮想世界において第１仮想物体への接触が生じると前記接触子が実物体に接触するように前記本体部に対する前記接触子の相対位置を変化させるコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、前記実物体において前記接触子が接触する被接触面の向きを制御するよう構成されている
触覚提示システム。
【請求項3】
前記被接触面の向きを制御することは、前記接触子と前記実物体との接触角の調整のためである請求項２に記載の触覚提示システム。
【請求項4】
前記被接触面の向きを制御することは、変形可能に構成された前記実物体の変形制御を含む請求項２又は３に記載の触覚提示システム。
【請求項5】
前記触覚提示装置は、前記第１仮想物体の硬軟感を前記ユーザに提示する硬軟感提示部を更に備える請求項１から４のいずれか１項に記載の触覚提示システム。
【請求項6】
前記触覚提示装置は、前記第１仮想物体の表面粗さを前記ユーザに提示する粗さ提示部を更に備える請求項１から５のいずれか１項に記載の触覚提示システム。
【請求項7】
前記実物体は、前記第１仮想物体の表面粗さを前記ユーザに提示する粗さ提示部を備える請求項１から６のいずれか１項に記載の触覚提示システム。
【請求項8】
前記コントローラは、前記仮想世界において、前記本体部に対する前記接触子の相対位置の変化を前記ユーザに提示することなく、前記触覚提示装置に対応する第２仮想物体をユーザに提示するよう構成されている請求項１から７のいずれか１項に記載の触覚提示システム。
【請求項9】
前記コントローラは、前記第１仮想物体へ非接触であるときには、前記接触子が前記実物体に非接触になるよう前記接触子を位置させる請求項１から８のいずれか１項に記載の触覚提示システム。
【請求項10】
前記触覚提示装置は、前記ユーザから離れて存在する前記実物体に前記接触子が接触することで生じる反力を、前記第１仮想物体への接触感として、前記本体部を保持するユーザに提示する請求項１から９のいずれか１項に記載の触覚提示システム。
【請求項11】
触覚提示装置であって、ユーザによって保持される本体部と、
前記本体部に対する相対位置が変更自在になるように前記本体部に設けられ、仮想世界において第１仮想物体への接触が生じると、前記触覚提示装置とは別であって、前記本体部とは非連結に設けられた実物体に接触するように前記本体部に対する相対位置が制御される接触子と、
を備える触覚提示装置。
【請求項12】
本体部と接触子とを備える触覚提示装置のコントローラであって、仮想世界における第１仮想物体への接触が生じると、実世界においてユーザに保持される前記本体部に設けられた前記接触子が前記触覚提示装置とは別であって、前記本体部とは非連結に設けられた実物体に接触するように、前記本体部に対する前記接触子の相対位置を制御するよう構成されているコントローラ。
【請求項13】
本体部と接触子とを備える触覚提示装置によって、仮想世界における触覚を実世界においてユーザに提示する方法であって、前記仮想世界における第１仮想物体への接触が生じると、前記実世界においてユーザに保持される前記本体部に設けられた前記接触子が前記触覚提示装置とは別であって、前記本体部とは非連結に設けられた実物体に接触するように、前記接触子が前記本体部に対して移動することを含む、
仮想世界における触覚を実世界においてユーザに提示する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、触覚提示システム、触覚提示装置、コントローラ、及び仮想世界における触覚を実世界においてユーザに提示する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
触覚の提示は、例えば特許文献１に示すように、実世界において位置固定的に設置された装置によって行われる場合がある。また、触覚の提示は、例えば特許文献２に示すように、実世界においてユーザによって保持されて位置移動自在である装置によって行われる場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開平６－５９８０３号公報
【文献】特開２００８－１２３０６１号公報
【発明の概要】
【0004】
前者の装置は、位置固定的に設置されているため仮想物体への接触感を提示するのが容易である一方、位置固定的に設置されているためユーザの動きが制約される。後者の装置は、ユーザによって保持されるためユーザの動きの制約が前者の装置に比べて少ない一方、仮想物体への接触感を、実物体からの反力によって提示することが困難である。
【0005】
ユーザの動きの制約を少なくしつつも、仮想物体への接触感を、実物体からの反力を利用して提示することが望まれる。
【0006】
本開示のある側面は、触覚提示システムである。実施形態に係る触覚提示システムは、ユーザによって保持される本体部、及び、前記本体部に対する相対位置が変更自在になるように前記本体部に設けられた接触子を有する触覚提示装置と、仮想世界において第１仮想物体への接触が生じると前記接触子が実物体に接触するように前記本体部に対する前記接触子の相対位置を変化させるコントローラと、を備える。
【0007】
本開示の他の側面は、前記コントローラによって制御される触覚提示装置である。本開示の更に他の側面は、前記触覚提示装置を制御するコントローラである。本開示の更に他の側面は、仮想世界における触覚を実世界においてユーザに提示する方法である。
【0008】
更なる詳細は、後述の実施形態として説明される。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
＜１．触覚提示システム、触覚提示装置、コントローラ、及び仮想世界における触覚を実世界においてユーザに提示する方法の概要＞
【0011】
（１）実施形態に係る触覚提示システムは、ユーザによって保持される本体部、及び、前記本体部に対する相対位置が変更自在になるように前記本体部に設けられた接触子を有する触覚提示装置を備える。ユーザによる保持は、例えば、ユーザの手による把持である。実施形態に係る触覚提示システムは、仮想世界において第１仮想物体への接触が生じると前記接触子が実物体に接触するように前記本体部に対する前記接触子の相対位置を変化させるコントローラを備える。接触子が実物体に接触することにより、ユーザは、実物体からの反力を知覚することができる。接触子は、本体部に対する相対位置を変化させることができるため、接触子が接触する実物体は、本体部に非連結でもよい。反力を生じさせる実物体と本体部とが非連結であることにより、ユーザの動きの制約は少なくなる。
【0012】
（２）前記コントローラは、前記実物体において前記接触子が接触する被接触面の向きを制御するよう構成されているのが好ましい。
【0013】
（３）前記被接触面の向きを制御することは、前記接触子と前記実物体との接触角の調整のためであるのが好ましい。
【0014】
（４）前記被接触面の向きを制御することは、変形可能に構成された前記実物体の変形制御を含むことができる。
【0015】
（５）前記触覚提示装置は、前記第１仮想物体の硬軟感を前記ユーザに提示する硬軟感提示部を更に備えることができる。
【0016】
（６）前記触覚提示装置は、前記第１仮想物体の表面粗さを前記ユーザに提示する粗さ提示部を更に備えることができる。
【0017】
（７）前記実物体は、前記第１仮想物体の表面粗さを前記ユーザに提示する粗さ提示部を備えることができる。
【0018】
（８）前記コントローラは、前記仮想世界において、前記本体部に対する前記接触子の相対位置の変化を前記ユーザに提示することなく、前記触覚提示装置に対応する第２仮想物体をユーザに提示するよう構成されているのが好ましい。
【0019】
（９）前記コントローラは、前記第１仮想物体へ非接触であるときには、前記接触子が前記実物体に非接触になるよう前記接触子を位置させることができる。
【0020】
（１０）前記触覚提示装置は、前記ユーザから離れて存在する前記実物体に前記接触子が接触することで生じる反力を、前記第１仮想物体への接触感として、前記本体部を保持するユーザに提示することができる。
【0021】
（１１）実施形態に係る触覚提示装置は、ユーザによって保持される本体部と、前記本体部に対する相対位置が変更自在になるように前記本体部に設けられ、仮想世界において第１仮想物体への接触が生じると実物体に接触するように前記本体部に対する相対位置が制御される接触子と、を備える。
【0022】
（１２）実施形態に係るコントローラは、仮想世界における第１仮想物体への接触が生じると、実世界においてユーザに保持される本体部に設けられた接触子が実物体に接触するように、前記本体部に対する前記接触子の相対位置を制御するよう構成されている。
【0023】
（１３）実施形態に係る方法は、仮想世界における触覚を実世界においてユーザに提示する方法である。方法は、前記仮想世界における第１仮想物体への接触が生じると、前記実世界においてユーザに保持される本体部に設けられた接触子が実物体に接触するように、前記接触子が前記本体部に対して移動することを含む。
【0024】
＜２．触覚提示システム、触覚提示装置、コントローラ、及び仮想世界における触覚を実世界においてユーザに提示する方法の詳細＞
【0025】
図１は、実施形態に係る触覚提示システム１００を示している。触覚提示システム１００は、触覚提示装置２００を備える。実施形態の触覚提示装置２００によって提示される触覚は、力覚を含む。実施形態の触覚提示装置２００は、ペンを模擬した細長い棒状の部材として構成されており、ユーザの手によって保持される。触覚提示装置２００は伸縮自在に構成されている。触覚提示装置２００は、伸縮によって、実物体３００への接触／非接触を切替可能である。
【0026】
実施形態の触覚提示装置２００は、仮想空間（ＶＲ空間）において、仮想デバイス（後述の第２仮想物体４２０）が、仮想物体（後述の第１仮想物体４１０）に接触した際に、実世界において伸長又は収縮することで、実物体３００へ接触する。ユーザは、触覚提示装置２００が実物体３００に接触することで生じる反力を、仮想物体への接触感として知覚することができる。ユーザは、触覚提示装置２００とユーザとの接触位置である手だけでなく、腕全体で反力を知覚することができる。
【0027】
仮想空間（ＶＲ空間）において、仮想デバイス（後述の第２仮想物体４２０）が、仮想物体（後述の第１仮想物体４１０）に接触していないときには、触覚提示装置２００が実物体３００へ接触しないように、伸縮量が調整される。触覚提示装置２００が実物体３００へ非接触となることで、ユーザは、仮想物体への非接触感が得られる。触覚提示装置２００についての詳細は、後述する。
【0028】
触覚提示システム１００は、コントローラ１０と、表示装置５０と、を備える。触覚提示システム１００は、更に、触覚提示装置２００が接触するための実物体３００を含むことができる。コントローラ１０は、触覚提示装置２００による触覚提示を制御する。また、コントローラ１０は、ユーザに提示されるＶＲ空間を管理する。ＶＲ空間は、表示装置５０によって視覚的にユーザに提示される。
【0029】
実施形態の表示装置５０は、一例として、ヘッドマウントディスプレイである。コントローラ１０は、実世界における表示装置５０の位置及び姿勢を、例えば図示しない赤外線センサによって、トラッキングする。位置及び姿勢を検出するセンサは、磁気センサ、超音波センサ、慣性センサ、光学式センサ等であってもよい。コントローラ１０は、表示装置５０の位置及び姿勢に応じて、ユーザに提示される仮想世界を変化させる。
【0030】
コントローラ１０は、触覚提示装置２００の位置及び姿勢のトラッキングも行う。触覚提示装置２００の位置及び姿勢を検出するセンサは、前述の赤外線センサであってもよいし、磁気センサ、超音波センサ、慣性センサ、光学式センサ等であってもよい。触覚提示装置２００の位置及び姿勢を検出するセンサの種類は、表示装置５０を検出するセンサの種類とは異なっていてもよい。コントローラ１０は、触覚提示装置２００に対応した仮想デバイス（後述の第２仮想物体４２０）を仮想世界において表示させる。コントローラ１０は、触覚提示装置２００の位置及び姿勢に応じて、仮想世界における仮想デバイスの位置及び姿勢を変化させる。なお、コントローラ１０は、トラッキングにより、現実世界における絶対座標系における、表示装置５０及び触覚提示装置２００の位置及び姿勢を把握する。ただし、コントローラ１０は、表示装置５０及び触覚提示装置２００の相対位置及び姿勢を把握するだけもよい。
【0031】
実施形態のコントローラ１０は、コンピュータを備える。図１に示すように、コンピュータは、プロセッサ２０及びプロセッサ２０に接続されたメモリ３０を備える。メモリ３０には、コンピュータをコントローラ１０として機能させるコンピュータプログラム３５が格納されている。プロセッサ２０は、メモリ３０に格納されたコンピュータプログラム３５を読み出して実行する。コンピュータプログラム３５は、プロセッサ２０に、ＶＲ空間管理処理２５を実行させる。ＶＲ空間管理処理２５は、触覚提示装置２００の制御処理を含む。触覚提示装置２００の制御処理は、触覚提示装置２００の伸縮制御を含む。なお、実施形態のメモリ３０は、一次記憶装置及び二次記憶装置を含むことができる。
【0032】
コントローラ１０は、触覚提示装置２００及び表示装置５０との間で通信を行うインタフェース４０を備える。通信は、無線でもよいし、有線でもよい。
【0033】
図１に示す触覚提示装置２００は、本体部２１０を備える。本体部２１０は、ユーザによって保持される。より具体的には、本体部２１０は、ユーザの手によって保持される。本体部２１０は、位置固定的に設置された器具による拘束がない手持ち式である。このため、ユーザは、実世界において、本体部２１０を手にもって、触覚提示装置２００を自由に移動させることができる。
【0034】
実施形態において、本体部２１０は、筒状に形成されている。なお、本体部の形状は筒状に限られない。例えば、本体部２１０は、筒状部材に対して、手によって保持されるグリップが取り付けられたものであってもよい。また、本体部２１０は、全体としてＴ字状又はＬ字状であってもよい。触覚提示装置２００を、杖を模擬した形状にする場合、Ｔ字状又はＬ字状の本体部２１０は、杖のグリップとして機能するため好適である。
【0035】
触覚提示装置２００は、本体部２１０に設けられた接触子２２０を備える。接触子２２０は、実世界における実物体３００に接触する役割を持つ。接触子２２０が実物体３００に接触することで、本体部２１０を保持するユーザの手は、ユーザから離れて存在する実物体３００からの反力を受けることができる。
【0036】
触覚提示装置２００は、接触子２２０の移動により、全体が伸縮するよう構成されている。このため、接触子２２０は、本体部２１０の長手方向Ｌへ移動可能に、本体部２１０内に設けられている。より詳細には、接触子２２０は、本体部２１０の長手方向一端に形成された開口部２１０Ａからの突出量が変更自在となるように本体部２１０内に挿入されている。接触子２２０が、長手方向Ｌへ移動することで、本体部２１０に対する接触子２２０の相対位置が変化する。
【0037】
本体部２１０から実物体３００までの距離が大きい場合には、接触子２２０が本体部２１０から大きく突出することで、接触子２２０の先端２２０Ａが実物体３００に接触する。本体部２１０から実物体３００までの距離が小さい場合には、接触子２２０が本体部２１０からわずかに突出することで先端２２０Ａが実物体３００に接触する。また、実物体３００からの反力が不要な場合には、接触子２２０の突出量は、先端２２０Ａが実物体３００に接触しない程度になる。
【0038】
触覚提示装置２００は、接触子２２０を移動させるためのアクチュエータ２３０を備える。実施形態のアクチュエータ２３０は、接触子２２０を直線移動させるリニアアクチュエータである。アクチュエータは、例えば、モータにより駆動される。アクチュエータは、空気又は油圧などの流体圧により駆動されてもよい。アクチュエータ２３０は、接触子２２０を長手方向Ｌに移動させるよう、本体部２１０内に設けられている。なお、接触子２２０の移動は、直線移動に限られない。
【0039】
アクチュエータ２３０は、コントローラ１０から、位置指令の信号を受けて、接触子２２０を長手方向Ｌに移動させるよう動作する。位置指令は、接触子２２０の突出量を規定する指令である。また、コントローラ１０は、アクチュエータ２３０から、接触子２２０の先端２２０Ａの現在の位置情報を取得する。コントローラ１０は、取得した位置情報に基づいて、先端２２０Ａが目標とする位置へ移動するように位置指令の信号を生成する。なお、コントローラ１０は、接触子２２０の移動速度を制御することもできる。
【0040】
触覚提示装置２００は、コントローラ１０との通信のため、インタフェース２４０を有する。インタフェース２４０は、コントローラ１０から位置指令を受信して、アクチュエータ２３０に与える。また、インタフェース２４０は、先端２２０Ａの位置情報を、アクチュエータ２３０から取得して、コントローラ１０へ送信する。
【0041】
図２に示すように、コントローラ１０は、複数の仮想物体４１０，４２０を表示装置５０に表示させる。ユーザに提示される複数の仮想物体は、仮想空間においてユーザによって接触される第１仮想物体４１０と、触覚提示装置２００に似た形状の仮想デバイスである第２仮想物体４２０と、を含む。図２において、第１仮想物体４１０は、半球状の物体として描かれ、第２仮想物体４２０は、ペン状の物体として描かれている。実世界において、第２仮想物体４２０に対応する実物体は存在しない。ただし、実世界においては、触覚提示装置２００が接触可能な実物体３００が存在する。ここでは、実物体３００の位置は、固定であり、コントローラ１０に予め設定されている。実物体３００は、例えば、机である。
【0042】
図１及び図２に示す実物体３００は、触覚提示装置２００によって接触される面（被接触面）を有する。被接触面は、図示のように水平面であってもよいし、垂直面であってもよいし、傾斜面であってもよい。被接触面は、平面であってもよいし、曲面であってもよい。
【0043】
実世界において、ユーザが触覚提示装置２００の位置又は姿勢を変化させると、その変化に同期して、仮想世界における第２仮想物体４２０の位置又は姿勢が変化する。図２に示すように、仮想世界において、第２仮想物体４２０は、第１仮想物体４１０に接触することができる。ただし、第２仮想物体４２０は、実世界に存在しないため、触覚提示装置２００の位置又は姿勢が変化するだけでは、実世界においては接触が生じないことがある。そこで、仮想世界において発生した接触に同期して実世界においても接触を生じさせるため、コントローラ１０は、触覚提示装置２００が実物体３００に接触するように、触覚提示装置２００の伸縮制御をする。なお、仮想世界において接触が発生していない場合には、コントローラ１０は、実世界において、触覚提示装置２００が実物体３００に非接触である状態を保つ。
【0044】
伸縮制御の手順は次のとおりである。まず、コントローラ１０は、仮想世界において、第２仮想物体４２０の先端Ｐtipが、第１仮想物体４１０に接触したことを検出すると、先端Ｐtipと第１仮想物体４１０との第１接触点Ｐvirtualの位置を算出する。ここでは、第２仮想物体４２０の後端Ｐendから先端Ｐtipを通る方向ベクトルＶと、第１仮想物体４１０と、の交点の位置座標が、第１接触点Ｐvirtualの位置として算出される。
【0045】
次に、コントローラ１０は、第３仮想物体４３０と方向ベクトルＶとの交点の位置座標を、第２接触点Ｐrealとして算出する。第３仮想物体４３０は、仮想世界において、実世界における実物体３００と同じ位置に配置されている。なお、第３仮想物体４３０は、仮想世界において表示されていてもよいし、表示されていなくてもよい。
【0046】
このとき、第３仮想物体４３０と方向ベクトルＶとの交点がなければ、コントローラ１０は、接触感提示不能と判定する。接触感提示不能と判定された場合、触覚提示装置２００の伸縮は行われない。なお、接触感提示不能と判定されたことを、触覚提示装置２００に設けられたバイブレータ又は音などの適宜の報知手段によって、ユーザに報知してもよい。
【0047】
第３仮想物体４３０と方向ベクトルＶとの交点が存在する場合、コントローラ１０は、第１接触点Ｐvirtualと第２接触点Ｐrealとの間の距離ｄを算出する。距離ｄは、仮想世界における距離であるため、コントローラ１０は、距離ｄを、実世界のスケールに応じた距離Ｄに変換する。なお、第１接触点Ｐvirtualと第２接触点Ｐrealとの間の距離が、触覚提示装置２００の伸縮可能範囲（接触子２２０の可動域）を超える場合には、コントローラ１０は、接触感提示不能と判断する。接触感提示不能と判定された場合、触覚提示装置２００の伸縮は行われない。なお、接触感提示不能と判定されたことを、触覚提示装置２００に設けられたバイブレータ又は音などの適宜の報知手段によって、ユーザに報知してもよい。
【0048】
接触感提示可能である場合、コントローラ１０は、接触子２２０の先端２２０Ａを距離Ｄほど移動させる位置指令の信号を、触覚提示装置２００へ送信する。位置指令を受けた触覚提示装置２００は、接触子２２０を移動させ、先端２２０Ａが実物体３００の被接触面に接触する。ユーザは、実物体３００への接触により生じる反力を、仮想物体への接触感として知覚することができる。
【0049】
なお、コントローラ１０は、距離ｄに応じて、触覚提示装置２００の伸縮速度を変化させてもよい。例えば、距離ｄが大きい場合には、伸縮速度を大きくし、距離ｄが小さい場合には伸縮速度を小さくすることで、距離ｄに応じた適切な伸縮速度が得られる。
【0050】
実世界においては、触覚提示装置２００は、伸縮により長手方向長さが変化するが、仮想世界においては、触覚提示装置２００の長手方向長さが変化しても第２仮想物体４２０の長手方向長さは変化しない。このため、ユーザは、触覚提示装置２００の長手方向長さの変化を意識しなくてもよい。
【0051】
＜第１変形例：実物体の向き変化＞
【0052】
図３及び図４は、実物体３００の第１変形例を示している。図１及び図２に示す実物体３００の位置及び姿勢は、固定であったが、実物体３００の位置又は姿勢は可変であってもよい。図３及び図４に示す実物体３００は、被接触面３１０Ａの向きが変化するように姿勢が変化する。なお、図３及び図４においては、水平面をＸＹ平面とし、垂直方向をＺ方向とする。
【0053】
被接触面３１０Ａの向きが可変であることで、被接触面３１０Ａの向きを適切に調整できる。被接触面３１０Ａの向きが可変であることで、触覚提示装置２００の姿勢が変化しても、被接触面３１０Ａに対する触覚提示装置２００の接触角を所定の角度（例えば、直角）に調整することができる。被接触面３１０Ａに対して触覚提示装置２００が直角であると、反力を知覚しやすい。また、被接触面３１０Ａの向きが可変であることで、仮想世界における第１仮想物体４１０の接触点における被接触面の向きを再現することもできる。
【0054】
【0055】
回転機構３２０は、可動板３１０をＸ方向軸回りに回転させる駆動部（図示省略）と、可動板３１０をＺ軸方向回りに回転させる駆動部（図示省略）と、を有する。駆動部は、例えば、モータである。可動板３１０の回転量は、コントローラ１０により制御される。コントローラ１０は、可動板３１０の角度（姿勢）のトラッキングも行う。
【0056】
可動板３１０の制御のため、コントローラ１０は、触覚提示装置２００の姿勢を検出し、方向ベクトルＶを求める。コントローラ１０は、被接触面３１０Ａが、方向ベクトルＶに直交するように、可動板３１０を回転させる。可動板３１０の回転により、被接触面３１０Ａに対して触覚提示装置２００を直角に保つことができる。なお、接触子２２０の伸縮量は、回転後の可動板３１０（被接触面）の位置（角度情報）に基づいて算出される。
【0057】
＜第２変形例：実物体の変形＞
【0058】
図５は、実物体３００の第２変形例を示している。第１変形例では、回転により被接触面の向きを変更していたが、第２変形例では、変形により被接触面の向きを変更する。
【0059】
図５に示す実物体３００は、球面を有する変形部３５０を備える。変形部３５０は、表面形状を変化させる機構を有する。変形部３５０の変形により、変形部３５０の表面（被接触面）３５０Ａの曲率が変化する。曲率の変更により、被接触面３５０Ａに対する触覚提示装置２００の角度を調整できる。なお、変形部３５０は、変形だけでなく、移動してもよい。
【0060】
変形部３５０の変形及び移動は、コントローラ１０によって制御される。コントローラ１０は、変形部３５０の表面形状のトラッキングも行う。
【0061】
変形部３５０の制御のため、コントローラ１０は、触覚提示装置２００の姿勢を検出し、方向ベクトルＶを求める。コントローラ１０は、被接触面３５０Ａが、方向ベクトルＶに直交するように、形状変化量の指令を触覚提示装置２００へ送信し、変形部３５０を変形させる。
【0062】
変形部３５０の変形により、被接触面３５０Ａに対して触覚提示装置２００を直角に保つことができる。なお、接触子２２０の伸縮量は、変形後の被接触面３５０Ａの位置に基づいて算出される。
【0063】
＜第３変形例：硬柔度提示（方式１）＞
【0064】
触覚提示装置２００は、硬軟度提示部を備えてもよい。硬軟度提示部は、接触による反力を調整することにより仮想物体４１０の硬軟度を提示する。硬軟度提示部は、例えば、接触子２２０を実物体３００へ接触させるために接触子２２０を移動させるアクチュエータ２３０とは別に設けられたアクチュエータによって構成される。
【0065】
コントローラ１０は、仮想物体４１０の硬軟度を、仮想物体４１０の表面属性値として有する。コントローラ１０は、接触が生じた仮想物体４１０の硬軟度に応じて、硬軟度を提示するためのアクチュエータを動作させ、接触感とともに硬軟度をユーザに提示する。例えば、接触が生じた仮想物体４１０が柔らかい場合、アクチュエータ２３０によって接触子２２０を実物体３００へ接触させつつも、硬軟度を提示するためのアクチュエータを動作させて、実物体３００からの反力が弱まる方向に接触子２２０を移動させる。これにより、反力が弱まって、柔らかさがユーザに提示される。一方、接触が生じた仮想物体が硬い場合、アクチュエータ２３０によって接触子２２０を実物体３００へ接触させたときの反力を、ほぼそのままユーザに提示することで、硬さがユーザに提示される。
【0066】
＜第４変形例：硬柔度提示（方式２）＞
【0067】
図６は、硬軟度提示部２５０として流体ダンパを備えた触覚提示装置２００を示している。硬軟度提示部２５０は、例えば、接触子２２０に設けられる。硬軟度提示部２５０は本体部２１０に設けられてもよいし、本体部２１０と接触子２２０との接合部に設けられてもよい。
【0068】
流体ダンパは、内部に圧縮空気、油性液体、磁性流体などの作動流体が充填されて構成されている。流体ダンパによって、反力を減衰させることで、仮想物体４１０にめり込むような柔らかさをユーザに提示することができる。反力の減衰量が少なければ、仮想物体４１０の硬さをユーザに提示することができる。流体ダンパの減衰特性は、コントローラ１０によって調整される。コントローラ１０は、接触が生じた仮想物体４１０の硬軟度に応じて、減衰特性の調整値を決定する。減衰特性の調整値は、コントローラ１０から硬軟度提示部２５０に与えられる。
【0069】
なお、硬軟度提示に際しては、硬軟度提示に関する方式１及び方式２を組み合わせてもよい。
【0070】
＜第５変形例：表面粗さ提示（方式１）＞
【0071】
図７に示すように、触覚提示装置２００は、粗さ提示部２６０を備えてもよい。粗さ提示部２６０は、仮想物体４１０の表面の粗さ（ざらざら感）を提示する。図７に示す粗さ提示部２６０は、振動を発生する。振動は、例えば、機械式のバイブレータ又は低周波音源により発生させることができる。粗さ提示部２６０は、接触子２２０に設けてもよいし、本体部２１０に設けてもよい。
【0072】
コントローラ１０は、仮想物体４１０の表面の粗さを、仮想物体４１０の表面属性値として有する。コントローラ１０は、接触が生じた仮想物体４１０の粗さに応じて、粗さ提示部２６０により発生する振動の強度及び周波数の少なくとも一方を調整する。
【0073】
＜第６変形例：表面粗さ提示（方式２）＞
【0074】
図８に示すように、粗さ提示部は、実物体３００が備えていてもよい。図８に示す実物体３００は、異なる粗さをユーザに提示するため、表面の粗さが異なる複数の可動板３７０Ａ，３７０Ｂ，３７０Ｃ，３７０Ｄ，３７０Ｅ，３７０Ｆを備える。コントローラ１０は、仮想世界において接触が生じた第１仮想物体４１０の表面粗さに応じて、実世界において触覚提示装置２００が接触する可動板を切り替える。
【0075】
図８に示す複数の可動板３７０Ａ，３７０Ｂ，３７０Ｃ，３７０Ｄ，３７０Ｅ，３７０Ｆは、回転盤３８０の周縁に設けられている。回転盤３８０は、図示しない駆動部により回転駆動される。回転盤３８０の回転は、コントローラ１０により制御される。コントローラ１０は、仮想物体４１０の表面の粗さを、仮想物体４１０の表面属性値として有する。コントローラ１０は、接触が生じた仮想物体４１０の粗さに応じて、触覚提示装置２００が接触するための一の可動板を選択する。選択される可動板は、仮想世界において接触が生じた仮想物体４１０の粗さと同じ又は近似する粗さを持つ。
【0076】
例えば、可動板３７０Ｃが選択されると、コントローラ１０は、可動板３７０Ｃが、触覚提示装置２００に対向する位置へ移動するように回転盤３８０を回転させる。これにより、触覚提示装置２００の接触子２２０は、選択された可動板３７０Ｃに接触することができる。触覚提示装置２００が可動板３７０Ｃに接触することで、可動板３７０Ｃの表面粗さを、仮想物体４１０の表面粗さとしてユーザに提示することができる。
【0077】
なお、表面粗さ提示に際しては、表面粗さ提示に関する方式１及び方式２を組み合わせてもよい。方式２の可動板と、方式１の振動と、を組み合わせることで、有限数の可動板では提示しきれない多様な粗さ感をユーザに提示することができる。また、粗さ提示の補助として、仮想世界における仮想物体の表面表現を、視覚的に粗さを示すものとすることにより、粗さの視覚的誘導が可能となる。視覚的誘導により、ユーザに対して粗さに関する錯覚を与えて、ユーザが知覚する粗さを補正することができる。
【0078】
粗さ提示の補助として、聴覚誘導を用いてもよい。聴覚誘導は、仮想世界における仮想物体の表面の粗さを、聴覚的に示す。例えば、第２仮想物体４２０が第１仮想物体４１０の表面上を移動した場合、第１仮想物体４１０の表面粗さが大きい場合には、強い摩擦音（ガリガリ音等を）をユーザに提示し、第１仮想物体４１０の表面粗さが小さい場合には、弱い摩擦音をユーザに提示することができる。ユーザに提示される音の出力装置（スピーカ等）は、触覚提示装置２００に設けられていてもよいし、触覚提示装置２００が接触する実物体３００（可動板３１０，３７０Ａ，３７０Ｂ，３７０Ｃ，３７０Ｄ，３７０Ｅ，３７０Ｆ等）に設けられてもよいし、実物体３００の付近に設置されてもよい。聴覚誘導は、前述の視覚誘導と併用してもよい。
【0079】
＜３．付記＞
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
【符号の説明】
【0080】
１０ ：コントローラ
２０ ：プロセッサ
２５ ：ＶＲ空間管理処理
３０ ：メモリ
３５ ：コンピュータプログラム
４０ ：インタフェース
５０ ：表示装置
１００ ：触覚提示システム
２００ ：触覚提示装置
２１０ ：本体部
２１０Ａ ：開口部
２２０ ：接触子
２２０Ａ ：先端
２３０ ：アクチュエータ
２４０ ：インタフェース
２５０ ：硬軟度提示部
２６０ ：粗さ提示部
３００ ：実物体
３００Ａ ：被接触面
３１０ ：可動板
３１０Ａ ：被接触面
３２０ ：回転機構
３３０ ：支持部
３５０ ：変形部
３５０Ａ ：被接触面
３７０Ａ ：可動板
３７０Ｂ ：可動板
３７０Ｃ ：可動板
３７０Ｄ ：可動板
３７０Ｅ ：可動板
３７０Ｆ ：可動板
３８０ ：回転盤
４１０ ：第１仮想物体
４２０ ：第２仮想物体
４３０ ：第３仮想物体
Ｄ ：距離
ｄ ：距離
Ｌ ：長手方向
Ｐvirtual ：第１接触点
Ｐend ：後端
Ｐreal ：第２接触点
Ｐtip ：先端
Ｖ ：方向ベクトル
２０ ：プロセッサ
２５ ：ＶＲ空間管理処理
３０ ：メモリ
３５ ：コンピュータプログラム
４０ ：インタフェース
５０ ：表示装置
１００ ：触覚提示システム
２００ ：触覚提示装置
２１０ ：本体部
２１０Ａ ：開口部
２２０ ：接触子
２２０Ａ ：先端
２３０ ：アクチュエータ
２４０ ：インタフェース
２５０ ：硬軟度提示部
２６０ ：粗さ提示部
３００ ：実物体
３００Ａ ：被接触面
３１０ ：可動板
３１０Ａ ：被接触面
３２０ ：回転機構
３３０ ：支持部
３５０ ：変形部
３５０Ａ ：被接触面
３７０Ａ ：可動板
３７０Ｂ ：可動板
３７０Ｃ ：可動板
３７０Ｄ ：可動板
３７０Ｅ ：可動板
３７０Ｆ ：可動板
３８０ ：回転盤
４１０ ：第１仮想物体
４２０ ：第２仮想物体
４３０ ：第３仮想物体
Ｄ ：距離
ｄ ：距離
Ｌ ：長手方向
Ｐvirtual ：第１接触点
Ｐend ：後端
Ｐreal ：第２接触点
Ｐtip ：先端
Ｖ ：方向ベクトル
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】