振動励起・伝播シミュレーションに基づいた材質感の力触覚提示

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本年度は振動励起・伝播シミュレーションによる力触覚提示の研究を行った。現実の物体は形状や物性に応じて固有振動数を持ち、その振動が物体を叩いた時に得られる材質感を表現する。本研究では材質感の表現をバーチャルに実現するために、以下の手法を提案した。本研究の目的はバーチャル物体と力触覚インタラクションを行った際に抗力(バーチャル物体の形状表現)と振動(材質感の表現)を提示することである。そのため、提示する力触覚情報は前述の2つの力が含まれる。本研究では力触覚を安定に提示するために、抗力と提示振動の計算を別に行い、最後に合成して提示する。抗力の計算は従来の力覚レンダリング手法を利用する。提示振動は有限要素法による振動のシミュレーションを行い、得られた振動応答に基づいて提示振動を計算する。振動のシミュレーションはモード解析法を利用することで、提示したい固有振動数に応じて振動モードを選択し、シミュレーションをする。これは直接振動応答を求める方法に比べて計算量を低減でき、少ない要素ではあるが実時間で振動をシミュレーションすることができる。以上の手法を用いて力触覚提示システムを構築し、板形状のバーチャル物体の固有振動を提示することができた。ただし、実物体の固有振動を再現するためには実物体の振動パラメータを同定し、設定する必要がある。減衰を含む振動をシミュレーションするためには、質量、減衰、剛性行列が必要になる。質量と剛性は物性として明らかになっているが、減衰は空気摩擦など様々な要因が合わさったもので一意に設定することができない。これは提案手法の評価のための課題である。今後の展望として複数のバーチャル物体間の振動の伝達を実現することで、バーチャル世界における高品質な力触覚インタラクションの実現が挙げられる。