直接操作のための階層的な時空間分解能を持つ物理ベースモデリング

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13750333
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 長谷川 晶一 東京工業大学, 精密工学研究所, 助手 (10323833)
• Keywords: 力覚インタフェース / 物理ベースモデリング / 把持 / ペナルティ法 / クーロン摩擦 / 衝突判定

Research Abstract

近年の計算機の高速化により,物理法則に基づいて物体の動きをシミュレーションし,3DCG映像を作り出すこと(=物理ベースモデリング)ができるようになった.例えば,仮想の積み木の塔が崩れる様子を,リアルタイムに作り出すことができる.一方,力覚提示装置によって手に力を返すことで,仮想の積み木に触った感触を人に与えることもできるようになった.しかし,仮想の積み木の塔を手で崩したり,組み立てたりすることは実現されていない.これは,力覚提示のために必要なシミュレーションの更新周期が視覚提示に比べて非常に高いため,シミュレーションが間に合わないからである.
従来の物理ベースモデリングでは,拘束条件を正確に解く事で,少ない更新周期で正確なシミュレーションを行っていた.本研究はペナルティ法に基づいたシミュレータを構築することで,一回の更新に必要な計算時間が少なく,高速に更新することが容易なシミュレータを提案した.提案シミュレータは,接触部分の形状を求め,接触領域全体を考慮して抗力と摩擦力を求めるため,自然な運動を表現できる.
また,本研究では仮想物体の自然な把持操作を実現するための,剛体の提示方法を提案するとともに,力覚提示に必要な更新が高速な物理ベースモデリングを実現した.提案した剛体モデルは,人の把持特性を考慮して提示力を制御するため,剛体の変形しないという性質の再現性に優れている.これにより,従来のばねモデルを用いた方法に比べて容易に把持操作を行うことができるようになった.

Research Products

• [Publications] 長谷川晶一, 小池康晴, 佐藤誠: "フォースディスプレイを用いた剛物体操作のための物体形状と外力の提示方法"日本バーチャルリアリティ学会論文誌. Vol.7 No.3. 323-338 (2002)
• [Publications] Shoichi Hasegawa, Nobuaki Fujii, Yasuharu Koike, Makoto Sato: "Real-Time Rigid Body Simulation for Polyhedral Object Based on Accurate Penalty Method"Proc. of 6th International Conference on Motion and Vibration Control. (2002)
• [Publications] Shoichi Hasegawa, Nobuaki Fujii, Yasuharu Koike, Makoto Sato: "Real-time Rigid Body Simulation Based on Volumetric Penalty Method"Proc. of Eleventh Symposium on Haptic Interface for Virtual Environment and Teleoperator Systems. (2003)
• [Publications] 長谷川晶一, 小池康晴, 河野芳郎, 佐藤 誠: "力覚提示装置を用いた多指による物体操作のための把持力と外力の提示方法"日本バーチャルリアリティ学会第6回大会論文集. 139-142 (2001)