電磁場教育・機器設計に有用な視覚触覚情報併用3次元対話型バーチャルシステムの開発

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15560243
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 山下 英生 広島大学, 大学院・工学研究科, 教授 (70034379)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 野口 聡 広島大学, 大学院・工学研究科, 助手 (30314735) ; 金田 和文 広島大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (30185946)
• Keywords: 教育システム / 触覚センサー / 電磁場解析 / バーチャルリアリティー / 電磁力 / 立体視

Research Abstract

現状の可視化システムは視覚情報のみを駆使するものであった。一般に電磁現象は、その空間の中に鉄心などを挿入すると電磁力が働く。また、3次元空間中に表示した磁束線に沿っても力が働いており、これらを観察者が触覚により認識できるようであれば、視覚情報、触覚情報の両面から電磁現象を体感できることになり、研究者への感性の刺激はさらに向上する。
申請者は、一昨年から触覚情報を併用する2次元システムの開発を行い、視覚と触覚情報の併用が有効なことを確認した。
本研究では、観察者の感性を視覚、触覚の両面から刺激するインターラクションシステムを3次元VR空間に実現するために下記の研究開発を行った。
(1)3次元触覚機能を活用した3次元空間分布情報とのインターラクションシステムの開発:バーチャル電磁空間内における電磁力を観察者に感知させる一方法として、空間中の鉄心をPhantom触覚センサーにより操作することにより、鉄心が受ける電磁力を直接観察者の手に感ずるシステムの開発を行った。さらに、観察者が鉄心を操作することにより、空間の物理量分布(磁束密度分布・磁束線)が変化する状況をステレオで実感できるシステムの開発を行った。
(2)電磁力計算アルゴリズムの開発:3次元空間に分布する電磁場内に挿入された鉄心や電流には電磁力が働く。この電磁力計算とそのベクトルにより触覚センサーを動作させるアルゴリズムを開発した。
(3)インターラクションシステムのGUIの開発:3次元空間に分布する物理量の観察において、視覚による情報のみでなく、触覚による情報を加味したインターラクションシステムを開発するには、観察者に親切なユーザーインターフェースが完備されることが必要である。すなわち、グラフィカルユーザーインターフェースの開発が必要であり、一部分の開発を行った。

Research Products

• [Publications] 野口 聡: "電磁気学教育、電磁機器設計のための電磁場可視化・電磁力知覚インタラクティブシステムの開発"日本シミュレーション学会. 掲載決定. (2004)
• [Publications] 松林 豊: "触覚インターフェースを用いた電磁力知覚および電磁場可視化インタラクティブシステムの開発"電気学会静止器・回転機合同研究会. SA-03-10、RM-03-10. 19-24 (2003)
• [Publications] Y.Matsubayashi: "A New Interactive Visualization System with Force Feedback for Electrom agnetics Education"International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics. 掲載決定. (2004)
• [Publications] Y.Matsubayashi: "A New Interactive Visualization System with Force Feedback Device in 3D Electromagnetics"Record of the 14th COMPUMAG Conference on the Computation of Magnetic Fields Vol.III. P33649. 84-85 (2003)
• [Publications] Y.Matsubayashi: "A New Interactive Visualization System with Force Feedback Device in 3D Electromagnetics"IEEE Trans.on Magnetics. 掲載決定. (2004)
• [Publications] Takahiro Yoshigai: "Analytical Computation and Visualization of Magnetic Flux Lines in 3-D Space"The Eleventh Biennial IEEE Conference on Electromagnetic Field Computation (CEFC 2004). 発表予定. (2004)