飛行する光の粒が触覚インタラクションを可能にする仕組み

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概要と序論

飛んでいる光の粒

ユーザーインタラクション

マルチメディアシステムの課題

関連作業

結論と現在の取り組み、謝辞、参考文献

3 ユーザーインタラクション

FLS は、ユーザーへの運動感覚 (力) と触覚 (皮膚ベース) の両方のフィードバックを容易にします。前者は仮想オブジェクトの形状と硬さを提供し、後者はオブジェクトの表面特性をレンダリングします。どちらも、図 4 のさまざまなプラグイン デバイスを備えた分散 FLS アーキテクチャの動機となります。たとえば、さまざまな表面のテクスチャは、さまざまな振動アクチュエータを使用してレンダリングできます (19)。アクチュエータは FLS システム バスへのプラグイン デバイスになる可能性があり、実験者はアクチュエータとその触覚フィードバックを評価できます。

FLS は遭遇型触覚デバイスとして機能します。従来の運動感覚フィードバック触覚レンダリングでは、ベクトル場アプローチ (41) が使用され、ユーザーに表示される力は、3D 環境内のユーザーの位置と仮想オブジェクトの幾何学的モデルに基づいて計算されます。当社の FLS ベースのシステムも同様のアプローチを採用し、ユーザーの位置とレンダリングされるオブジェクトの 3D モデルに基づいて必要な力を計算します。たとえば、仮想壁を表示する場合、ユーザーは環境内で手を自由に動かして仮想壁の内側に侵入すると、FLS がユーザーの手に接触して力を加え、仮想壁への侵入を防ぎます (図 5)。FLS の位置の測定値とオブジェクトの 3D モデルを使用して、ユーザーが仮想オブジェクトにどの程度侵入したかを判断し、ユーザーに表示する力の量を計算できます。

接地インピーダンス力フィードバック触覚デバイスでは、計算された力はデバイスの較正済みヤコビ行列を使用してモータートルクに変換され、希望する力をユーザーに表示できます。ドローンの制御可能な出力は推力であるため、設定された力をユーザーに表示するには、コマンドされた推力と結果として生じる力の間の慎重な較正が必要です。以前の研究者は、Parrot AR.Drone (1) の推力/力の単一軸に対してこの較正を完了しました。より複雑なオブジェクトと相互作用を 3 次元で表示するには、システムのより完全な較正が必要です。

力増幅: FLS のサイズは、そのダイナミクスとユーザーに表示される力に重要な役割を果たします。FLS のモーターは生成できる最高 RPM を決定し、プロペラのピッチと直径の比率は、空気が下向きに押すことで生成される RPM あたりの力に影響します。FLS が大きいほど、通常、プロペラの直径も大きくなり、特定の RPM でより大きな力が得られます。ただし、FLS で出力できる力は、従来の運動感覚ハプティック デバイスよりも大幅に小さくなります。たとえば、一般的な 3D Systems Touch デバイスの最大出力は 3.3 N です。人間の感覚のモダリティも、提供される力のレベルによって異なり、小さな力 (

したがって、単一の FLS では、特に剛体の表示に必要な運動感覚を生成したい場合、顕著な触覚インタラクションに十分な力を提供することができません。したがって、FLS は連携して推力を組み合わせて、増幅された力をユーザーに適用できるようにする必要があります。この連携は、飛行中に編隊が安定した状態を維持し、その力がドローン間で受け渡されてからユーザーが最終的に感じられるような方法で実行する必要があります。この力の増幅は、並列構成または直列構成の FLS によって行うことができます (図 6)。並列では、複数の FLS が同時にユーザーに接触し、各 FLS は、自身の設定点からのその FLS の擾乱に比例した力を提供します。直列では、単一の FLS のみがユーザーに接触し、両方の FLS が設定点から同じ擾乱を受けます。ユーザーはそれらの組み合わせた力を感じます。

ユーザーの安全性: 私たちのシステムの目標は、制約のない遭遇型触覚フィードバックをユーザーに直接提供することです。そのためには、FLS を (1) ユーザーが安全に直接接触できるように変更し、(2) ユーザーのジェスチャー入力に反応し (例: FLS を目的の位置から押し出す)、(3) 意味のある触覚フィードバックを提供する必要があります。最初の点では、ケージを使用してユーザーの手をローターから分離します。ケージの形状、重量、空間密度は、FLS の安全性、照明、飛行能力に影響を与える重要な考慮事項です。ケージの追加重量はドローンのダイナミクスに影響を与え、調整されていない場合は不均衡の問題を引き起こします。ケージのメッシュの空間密度は、ユーザーの指が誤って表面を貫通するのを防ぎながら、ドローンの空力特性と照明にあまり大きな影響を与えないようにするために重要です。ただし、空間密度が細かすぎると、ドローンの照明と飛行能力の両方に大きな影響を与える可能性があります。 ユーザーの指を保護するのに十分な細かさと、空気の流れを妨げず、望ましい質感の照明を提供できる程度の粗さのメッシュを選択することのバランスを取る必要があります。

センシングユーザー: 効果的なタッチベースのインタラクションを実現するには、各 FLS がユーザーからのタッチを感知できる必要があります。少なくとも、FLS はタッチの有無を検出でき、タッチの位置も検出できることが望ましいです。静電容量センサーを FLS ケージに統合して、ユーザーとの接触を簡単に検出したり、より複雑な静電容量スキンを開発して接触点を特定したりできます。ただし、このタイプのセンサーから接触力を判断するのは困難であり、この情報がさらに必要な場合は、より複雑なセンサー メッシュを開発する必要があります。ここでは、力にオープン ループ制御を使用することを提案します。これにより、ユーザーからの直接的な力の感知は不要になります。