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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、特性を明らかにすることを目的として研究を行なった。まず変形(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、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、導電性を有する油粘土を選定した。
選定した導電性粘土の特性に関する基礎実験の結果に基づき、立方体状の導電性粘土の8頂点に端子を接続した入力装置を設計、製作した。基本的な変形操作実験により明らかとなった導電性粘土における個々の計測値の精度の制約を前提として、3次元変形の計算を行なうための補正方法を考案した。
・複数回の計測値の平均をとることによるノイズの影響の平滑化、一定の大きさ以下の計測値をカットする不感帯の設定などの一般的対策。
・各計測箇所における値ではなく値の変化率を用いた、材質の不均一性や端子特性の個体差の影響の軽減。
・端子周辺にカバーを設けることによる、変形操作が端子と近傍粘土の接触状態(圧力)に与える影響の遮断。
・立方体状の導電性粘土の1頂点に2端子を設置し、距離変化による2頂点間の抵抗値変化と局所的条件変化による1頂点2端子間の抵抗値変化を考慮、補正した距離推定。
・粘土の体積が一定であることを前提とした変形計算結果の全体補正。
以上の補正方法を取り入れて3次元形状操作インタフェースを構築し、コンピュータ内にモデル化された3次元形状に対して3次元的変形を行なえること、機構的な部品で構成させる入力装置とは異なりそれ自身が柔軟であるため非常に安全性が高い可能性があるという特長を確認した。また、本研究で使用した、本来センサとしての使用が意図されていない材料である導電性粘土による3次元変形の計測による精度や安定性の問題点、限界も確認した。
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