塑性変形物体を入力装置とする直観的3次元形状操作インタフェース

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15360131
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 村上 存 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (20212251)
• Keywords: 3次元入力インタフェース / haptic input device / 受動反力 / 導電性粘土 / ヒューマンインタフェース / 3次元CG / 形状モデリング

Research Abstract

本研究では、粘土のように塑性変形する入力装置によるオンライン、リアルタイムな3次元形状操作インタフェースを提案し、その実現方法、特性、有効な応用分野の可能性を、理論と実験の両面から明らかにすることを、研究の目的とする。平成15年度の成果を以下にまとめる。
(1)導電性塑性材料の選定
変形(2点間の距離の変化)が電気的に計測できる塑性材料について調査、検討し、導電性を有する油粘土(ワックス、マシンオイル、炭酸カルシウム、石鹸、グリセリンなどを主成分とする)を選定した。
(2)導電性塑性材料に関する基本実験
選定した導電性粘土の特性を明らかにするための基本実験を行ない、粘土中に埋め込んだ2端子間の抵抗値により長さ変化が検出できることを確認した。また、変形操作が端子と粘土の接触状態に影響し、長さ変化の検出を妨げる問題に対して、端子近傍の粘土への外力の影響を遮断するプラスチック製のカバーを付す対策を考案した。
(3)導電性塑性材料による入力装置の設計・製作
前記(2)の結果に基づき、立方体状の導電性粘土の8頂点に8端子を接続した入力装置を設計、製作した。各端子間の抵抗値を計測し、入力装置の3次元的変形状態の計算、リアルタイムのグラフィックス表示を行なうソフトウェアを設計、実装した。
(4)変形計算の補正アルゴリズムの考案
導電性油粘土から得られる個々の計測値は精度が低い。そこで、粘土の体積は変形によらず一定であるとの仮定に基づき、得られた各部の計測値群の整合性を検査し補正することによって、計測値の精度の低さを補正する方法を考案した。
(5)入力装置に対する塑性変形操作の基本実験
製作した立方体状の入力装置に対して、辺の圧縮、面の圧縮、のばしなどの基本的な変形操作を行ない、その変形がコンピュータ画面内の立体モデルに再現されることを確認し、また、精度や応答性などの問題点も明らかにした。

Research Products

• [Publications] 村上存, 小林剛也, 水留浩一: "塑性物体を入力装置とする動的3次元形状操作インタフェース"ヒューマンインタフェースシンポジウム2003論文集. 243-246 (2003)
• [Publications] 村上存, 小林剛也, 水留浩一: "塑性物体を入力装置とする動的3次元形状操作インタフェース"日本機械学会第13回設計工学・システム部門講演会講演論文集. 281-284 (2003)