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

基于物理的建模，具有分层时空分辨率，可直接操作

• 批准号: 13750333
• 负责人: 長谷川 晶一
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13750333/
• 关键词: 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; 力覚提示; GJK; 張力制御

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.

In recent years, high speed computer の の に よ り, physical laws に base づ い の て objects move き を シ ミ ュ レ ー シ ョ ン し, 3 DCG image を as り out す こ と (= physical ベ ー ス モ デ リ ン グ) が で き る よ う に な っ た. Example え ば 仮 to の product み wood が の tower collapse れ る others child を, リ ア ル タ イ ム に as り out す こ と が で き る. Side, force 覚 prompt device に よ っ て hand に force を return す こ と で, 仮 think の product み touch wood に っ た feeling を に and え る こ と も で き る よ う に な っ た. し か し, 仮 think の product み wooden tower の を hand で collapse し た り, group み made て た り す る こ と は be presently さ れ て い な い. こ れ は, force 覚 prompt の た め に necessary な シ ミ ュ レ ー シ ョ ン の updates Cycle が apparent 覚 prompt に than べ て very high に い た め, シ ミ ュ レ ー シ ョ ン が に close between わ な い か ら で あ る. 従 の physical ベ ー ス モ デ リ ン グ で は, constraint conditions を く に solution right thing で, less な い update cycle で right な シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を line っ て い た. This study は ペ ナ ル テ ィ subgrade に づ い た シ ミ ュ レ ー タ を build す る こ と で, once の update に necessary な less calculation time が な く, high-speed に update す る こ と が easy な シ ミ ュ レ ー タ を proposal し た. Proposal シ ミ ュ レ ー タ は, the contact part の shape を め, contact area all を consider し て resistance と friction を o め る た め, natural を な movement performance で き る. ま た, this study で は 仮 の natural な holding operation to object を be presently す る た め の, rigid body の prompt method proposed を す る と と も に, force 覚 prompt に な necessary update が な ベ physics at a high speed Youdaoplaceholder0 スモデリ グを グを appears at た. Proposal し た rigid-body モ デ ル は, の holding characteristic を consider し て tip force を suppression す る た め, rigid body の - shaped し な い と い う nature の reproducibility に optimal れ て い る. こ れ に よ り, 従 to の ば ね モ デ ル を with い に た method than べ て easy に holding operation line を う こ と が で き る よ う に な っ た.

项目成果

井上雅晴, 金 時学, 長谷川晶一, 佐藤 誠: "2次計画法を用いたワイヤ駆動型力覚ディスプレイのための張力計算アルゴリズム"日本バーチャルリアリティ学会第6回大会論文集. 91-94 (2001)

Masaharu Inoue、Ji Manabu Kim、Shoichi Hasekawa、Makoto Sato：“使用二次规划的线驱动触觉显示的张力计算算法”日本虚拟现实协会第六届年会记录 91-94（2001 年）。

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)

Shoichi Hasekawa、Nobuaki Fujii、Yasuharu Koike、Makoto Sato：“基于精确罚分法的多面体物体实时刚体仿真”Proc。

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)

Shoichi Hasekawa、Yasuharu Koike、Yoshiro Kono、Makoto Sato：“使用力传感装置呈现用于用多个手指操纵物体的抓握力和外力的方法”日本虚拟现实协会第六届年会记录139-。 142（2001）

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)

Shoichi Hasekawa、Yasuharu Koike、Makoto Sato：“使用力显示的刚性物体操纵的物体形状和外力的呈现方法”日本虚拟现实学会杂志第 7 卷第 323-338 期（2002 年）。

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)

Shoichi Hasekawa、Nobuaki Fujii、Yasuharu Koike、Makoto Sato：“基于体积惩罚法的实时刚体模拟”Proc。