シミュレータ
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、オペレータの動作に対応してディスプレイ等といった表現手段によって模擬動作を表現するシミュレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、上記のようなシミュレータとして、例えば特開平３−２２２９７１号公報に開示されたように、オペレータすなわちスキーヤーがスキー板を模したボードの上に乗って擬似的なスキー動作を行うようにしたスキーシミュレータが知られている。このスキーシミュレータでは、スキー板を模したボードを入力装置として用いて仮想スキーを行い、その様子をディスプレイに表示するようにしている。
【０００３】周知の通り、スキーは２個のスキー板のそれそれにスキーヤーが片足を乗せた状態で行われるが、近年では、スノーボードと呼ばれる単一板の上にプレイヤが両足を乗せた状態で雪面を滑降する滑走方法も一般的になってきた。上記従来のスキーシミュレータは、そのようなスノーボードを用いた滑走を模擬する場合にも用いることができると考えられる。しかしながらこの従来のスキーシミュレータでは、スキーヤーを乗せるボードの動きが非常に単純であり、従って、スキーの臨場感に乏しかった。
【０００４】スキーヤー等といったオペレータが乗るボードの動きに臨場感を持たせるための技術として、従来、例えば特公昭５８−１５７９６号公報によれば、船体を模したボードを左右に旋回させたり、ボード中央を中心としてボードの左右側辺を上下に傾斜移動させたりする技術が開示されている。また、実公平２−３８７７７号公報には、オペレータを乗せたボードをその底面に設けたキャスターを中心として揺動させるようにした技術が開示されている。
【０００５】しかしながらこれらの従来技術では、ボードがオペレータの動きに合わせて単純に旋回移動や揺動等をするだけであって、そのボードの運動時にボードからオペレータへ抵抗力を付与しようという考えは全く無い。従って、例えば雪面を滑走する動作を模擬しようとする際、その雪面からスキーヤーに抵抗力が加わるという感覚を模擬的に実現することができず、よって臨場感に富んだシミュレーションを実現できない。
【０００６】また、これらの文献では、ボードの動きをディスプレイ等の表現手段による表現内容に反映させようという技術的思想が全くなく、従って、ボードの動きをディスプレイ等へどのようにして伝えれば良いのかということに関して何らの示唆も与えていない。
【０００７】また、特開昭６０−１１９９６９号公報や特開平４−１５０８７７号公報によれば、オペレータが乗ったサーフィンボードを油圧シリンダやモータ等といった駆動装置によって旋回移動や、傾斜移動させる技術が開示されている。しかしながらこれらの従来技術においては、ボードがオペレータからの働きかけによって動くのではなくて、単に、油圧シリンダ等の駆動装置の働きによって動くようになっており、よって、オペレータの動作に対応してボードを動かすという考えは何ら示されていない。
【０００８】また、これらの文献にも、ボードの動きをディスプレイ等の表現手段による表現内容に反映させようという技術的思想が全くなく、従って、ボードの動きをディスプレイ等へどのようにして伝えれば良いのかということに関して何らの示唆も与えていない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、人間がボード等の支持台に乗って行う動作行為を臨場感豊かに模擬できるシミュレータを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するため、本発明に係るシミュレータは、オペレータの動作に対応して表現手段によって模擬動作を表現するシミュレータにおいて、第１軸線を中心として往復旋回移動可能であり且つ第１軸線と交わる方向に延びる第２軸線を中心として往復傾斜移動可能であって、オペレータを乗せるための支持台と、支持台を自然状態下で第１軸線に対して中立位置に保持すると共に、支持台がその中立位置から外れる方向へ旋回移動するときその支持台に抵抗力を加える第１抵抗力付与手段と、支持台を自然状態下で第２軸線に対して中立位置に保持すると共に、支持台がその中立位置から外れる方向へ傾斜移動するときその支持台に抵抗力を加える第２抵抗力付与手段と、支持台の第１軸線及び第２軸線のまわりの往復移動に応じて表現手段による模擬動作を制御する制御手段とを有し、前記第１抵抗力付与手段及び前記第２抵抗力付与手段の少なくとも１つは、支持台と一体に動く断面角形状の芯部材と、その芯部材を包囲する断面角形状のケーシング部材と、芯部材とケーシング部材との間の空間に配設された弾性部材とを有することを特徴とする。
【００１１】このシミュレータによれば、オペレータが支持台を旋回移動及び傾斜移動させることにより、表現手段によって表現される模擬動作に積極的に働きかけることができる。旋回移動と傾斜移動とを組み合わせた複合移動によって模擬動作を制御するので精密な模擬動作を実現できる。また、第１抵抗力付与手段及び第２抵抗力付与手段の働きにより、地面等からの抵抗力を体験でき、従って、臨場感豊かな模擬動作を体験できる。
【００１２】上記記載で第２軸線が第１軸線と交わる方向に延びるというのは、第２軸線が第１軸線に対して直角方向に延びる場合はもとより、直角以外の任意の角度方向に延びる場合も含むことを意味する。また、上記支持台の形状は特定の形状に限定されるものでなく、対象となる模擬動作に対応した適宜の形状とされる。例えば、スノーボードによる雪面の滑走を模擬する場合にはスノーボードを模した形状とされる。
【００１３】上記第１軸線というのは支持台を往復旋回可能に支持する軸線のことであり、多くの場合は、シミュレータを設置する床面に対して垂直方向に延びる軸線である。
【００１４】表現手段というのは、任意の模擬動作をオペレータに対して視覚的に認識できるようにするための手段であって、その表現方法は特定の方法に限定されない。例えば、映像的に表示するディスプレイや、現実的に表示する人形模型等を用いることができる。
【００１５】第１抵抗力付与手段及び第２抵抗力付与手段は、請求の範囲に記載した動作を実現できる構造でありさえすれば任意の構造を採用できる。例えば、支持台と一体に動く断面角形状の芯部材と、その芯部材を包囲する断面角形状のケーシング部材と、芯部材とケーシング部材との間の空間に配設された弾性部材とを有する構造を採用できる。ここで、弾性部材というのは、圧縮されることによって反発力を生じる部材のことであり、例えば、ゴム、合成樹脂などによって形成できる。また、断面角形状というのは、断面三角形状、断面四角形状、あるいはそれ以上の角数の断面形状を含む意味である。
【００１６】制御手段は、コンピュータを含んだ電気制御系によって構成できる。また、制御手段は、支持台の第１軸線まわりの旋回角度及び第２軸線まわりの傾斜角度を検出する必要がある。そのため支持台には、第１軸線のまわりの旋回角度を検出するための第１回転角度検出手段及び第２軸線のまわりの傾斜角度を検出するための第２回転角度検出手段が設けられる。これらの検出手段は、例えば、入力軸の回転角度に応じて抵抗値が変化する可変抵抗器を用いた角度検出器を用いることができる。
【００１７】表現すべき模擬動作としてスノーボードを用いた滑走動作を考えると、オペレータの身体はディスプレイ等の表現手段に対して横方向を向き、頭部だけが表現手段の方向を向く。オペレータがこのような姿勢をとるときにもオペレータの安全を確保できるようにするためには、支持台のまわりの空間内に手摺り部材を設けることが望ましい。この手摺り部材は、例えば、支持台の上に横向きに乗ったオペレータと表現手段との間及びそのオペレータの前後両側において、棒部材をオペレータに対して横方向に延びるように配置することによって構成できる。
【００１８】また、表現すべき模擬動作としてスノーボードを用いた滑走動作を考えるときには、オペレータの身体がディスプレイなどの表現手段に対して横方向を向かなければならない。従って、支持台上にオペレータの足を案内するための案内用突起を設けて、オペレータが支持台上に乗ったときには自動的にその身体が表現手段に対して横方向を向くように案内することが望ましい。このような案内用突起は、例えば、表現手段に向かう方向に関して足の長さに対応した間隔をおいて互いに平行に並べられた複数の突起によって構成できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】図６は、本発明に係るシミュレータの一実施形態の全体的な外観を示している。このシミュレータは、表現手段としてのディスプレイ１を支持すると共に内部にそのディスプレイ１を制御するための制御装置２を内蔵した筐体３を有している。筐体３から延びる基台４上には操作部５が設けられ、その操作部５の下部から延び出るアーム部材６によって支持台７が片持ち状態で支持されている。操作部５の上面には、各種の選択ボタン１０やコイン投入口２０等を備えた操作パネル５ａが設けられる。オペレータ８は、支持台７の上に乗ってその支持台７を矢印Ａ−Ａ’のように第１軸線Ｌ１を中心として左右に往復旋回移動させたり、同時に矢印Ｂ−Ｂ’のように第２軸線Ｌ２を中心として往復傾斜移動させることにより、ディスプレイ１上に映し出される模擬動作としての映像を制御する。本実施形態の場合、第１軸線Ｌ１は垂直軸線であり、第２軸線Ｌ２は水平軸線である。
【００２０】本実施形態の場合、ディスプレイ１上にはスキー場の景色映像及びスノーボードを用いて雪面を滑走するプレイヤの映像が映し出されるものとする。また、支持台７は、スノーボードを模した形状に形成される。また、支持台７のまわりには４個の支柱９が固定されて上方へ延び、それらの支柱９により、オペレータ８とディスプレイ１との間及び支持台７上に横向きに乗ったオペレータ８の前後両側に手摺り部材１１が支持されている。これらの手摺り部材１１は、比較的剛性の高い棒部材によって形成される。オペレータ８は、これらの手摺り部材１１につかまることにより、操作台７を激しく動かすことができる。
【００２１】支持台７は、例えば図１、図２及び図３に示す構造を有している。図１は側面図、図２は平面図、そして図３は正面図を示している。図１において、操作部５の内部には、位置不動の機枠１４に固定された軸受１２，１２によって第１軸線Ｌ１を中心として回転自在に、しかし上下移動不能に支持された回転軸１３が配設され、その回転軸１３にアーム部材６が固定されている。回転軸１３の上端には、図２に示すように、その回転軸１３と一体な断面正方形状の芯部材１５と、その芯部材１５を取り囲む断面正方形状で筒形状のケーシング部材１６と、そしてケーシング部材１６と芯部材１５との間に形成される空間内に挿入された弾性部材としてのゴム１７とによって構成された第１抵抗力付与装置１８が設けられる。ケーシング部材１６は機枠１４に固定される。弾性部材は、ゴム１７以外に、圧縮されたときに反力を生じる材料、例えば合成樹脂等によって形成できる。
【００２２】図１において、アーム部材６の下端には、角筒形状のパイプ基台１９が水平方向に延びる状態で強固に固定される。このパイプ基台１９の上には軸受け部材２１ａ及び２１ｂが固定され、さらにそれらの軸受け部材によって２本の回転軸２２ａ及び２２ｂが第２軸線Ｌ２を中心として回転自在に支持される。これらの回転軸２２ａ及び２２ｂの外周面には、支持台７の底面に固着したブラケット２３が固定される。この構成により、支持台７は、第１軸線Ｌ１を中心として水平面内の左右方向（図２の矢印Ａ−Ａ’方向）へ往復旋回移動可能であり、さらに第２軸線Ｌ２を中心として図３の矢印Ｂ−Ｂ’方向へ往復傾斜移動可能である。
【００２３】図１において、操作部５に近い側の回転軸２２ａの右端に第２抵抗力付与装置２８が設けられる。この第２抵抗力付与装置２８も、第１抵抗力付与装置１８と同様にして図５に示すように、回転軸２２ａと一体な断面正方形状の芯部材２５と、その芯部材２５を取り囲む断面正方形状で筒形状のケーシング部材２６と、そしてケーシング部材２６と芯部材２５との間に形成される空間内に挿入された弾性部材としてのゴム２７とを有している。ケーシング部材２６はパイプ基台１９の上面に固定される。
【００２４】図２において第１抵抗力付与装置１８は、支持台７に外力が加わらない自然状態のときに、各ゴム１７が力学的に平衡となる状態にあり、このとき支持台７は中立位置に保持される。支持台７が矢印Ａ方向又は矢印Ａ’方向へ旋回移動すると支持台７を支持する回転軸１３がそれと一体になって回転し、それと同時に芯部材１５がそれと一体になって回転する。芯部材１５が回転すると、各ゴム１７がケーシング部材１６に押しつけられて弾性変形して抵抗力を発生する。この抵抗力は、回転軸１３の回転角度、従って支持台７の旋回角度の大きさに比例して変化する。
【００２５】第２抵抗力付与装置２８は、支持台７に外力が加わらない自然状態のときに、図５において、各ゴム２７が力学的に平衡となる状態にあり、このとき支持台７は図３に実線で示す水平状態の中立位置に保持される。支持台７が矢印Ｂ方向又は矢印Ｂ’方向へ傾斜移動すると支持台７を支持する回転軸２２ａがそれと一体になって回転し、それと同時に芯部材２５がそれと一体になって回転する。芯部材２５が回転すると、各ゴム２７がケーシング部材２６に押しつけられて弾性変形して抵抗力を発生する。この抵抗力は、回転軸２２ａの回転角度、従って支持台７の傾斜角度の大きさに比例して変化する。
【００２６】図１において第１軸線Ｌ１を中心として回転する回転軸１３の下端には、その回転軸１３の回転角度に応じて抵抗値が変化する可変抵抗器を含む第１角度センサ２９が設けられる。また、第２軸線Ｌ２を中心として回転する回転軸２２ａの先端には、その回転軸２２ａの回転角度に応じて抵抗値が変化する可変抵抗器を含む第２角度センサ３１が設けられる。
【００２７】支持台７の下部には、支持台７の第２軸線まわりの傾斜移動を禁止するためのロック装置３２が配設される。このロック装置３２は、抵抗力発生器３３と、抵抗力調整部３４と、そしてレバー３５とを有している。抵抗力発生器３３は、本体部分３６と、その本体部分３６に入出する出力ロッド３７と、その出力ロッド３７の先端に固定された押圧片３８とを有している。
【００２８】抵抗力発生器３３の本体部分３６は、図４に示すように、外管４３、内管３９及び可動子４１を有する。内管３９には複数のオリフィス４２が設けられ、さらに出力ロッド３７と一体なピストン４５が内管３９の内周面を滑り移動する。可動子４１の左端部４１ａは外管４３の後端部とネジ結合し、その左端部４１ａを回すことにより可動子４１が矢印Ｃ方向へ進退移動する。内管３９と外管４３との間にはリング状の空間Ｓが形成され、その空間Ｓと内管３９の内部とがオリフィス４２によってつながっている。また、可動子４１には空間Ｓに連通する流体通路４４が設けられ、可動子４１が矢印Ｃ方向へ移動するとき、通路４４の開口面積が狭められたり、あるいは広められたりして、該部を流れる流体、例えば油の流量を調節する。
【００２９】内管３９の内部及び空間Ｓには流体、例えば油が充填されており、この流体の働きによって出力ロッド３７に抵抗力が付与される。この抵抗力は、可動子４１の通路４４が完全に閉じられて流体の流量が完全に絞られたときに最大となり、他方、その通路４４が完全に開いて流体の流量が最大流量に設定されたときに最小となる。抵抗力が最大値になったときには、出力ロッド３７の左方向への進入移動が完全に阻止される状態、いわゆるロック状態になる。一方、抵抗力が最小値になったときには、出力ロッド３７の左方向への自由な進入移動が許容される。
【００３０】本実施形態では、可動子４１の端部４１ａが角度０゜の基準位置に合わされたときに流体通路４４が全開状態（出力ロッド３７のロック解除状態）になり、端部４１ａが角度１８０゜まで回されたときに通路４４が全閉状態（出力ロッド３７のロック状態）になり、そして角度０゜から角度１８０゜までの間はその角度値に比例して出力ロッド３７に対する抵抗力すなわちロック力の大きさが変化する。なお、出力ロッド３７は自然状態において、圧縮バネ４０によって押されて外管４３から最も突出する状態にある。
【００３１】図１において、出力ロッド３７の先端に取り付けた押圧片３８は、レバー３５の下端に接触する。レバー３５は、図２に示すように、パイプ基台１９上に回転自在に配設された回転軸４６の両端に１個づつ固着されている。つまり、レバー３５は、基台１９を境として支持台７の下方の左右両側に配設されている。図１において、支持台７が水平状態にあるとき、出力ロッド３７がシリンダ本体部分３６に対して最も突出して接触片３５を押し上げ、これにより接触片３５の先端が実線で示すように最も上方位置へ押し上げられて、支持台７の底面に接触する。他方、支持台７が第２回転中心軸線Ｌ２のまわりに傾斜移動すると、接触片３５が破線で示すように押し下げられて回転し、このとき、出力ロッド３７がシリンダ本体部分３６の内部へ引っ込む。
【００３２】出力ロッド３７が最も突出してレバー３５の先端が最上位置に置かれ、さらに抵抗力発生器３３の内部流体通路４４が全閉状態にセットされると、レバー３５がその最上位置でロック状態となる。この状態になると、支持台７が水平状態を維持した状態でロック状態になり、この支持台７にオペレータが乗ったとしてもその支持台７は往復傾斜移動すなわち傾斜揺動しない。
【００３３】図１において、抵抗力発生器３３の後方位置に配設された抵抗力調整部３４は、パイプ基台１９の側部に固定したブラケット４７によって回転自在に支持された回転軸４８と、モータ４９と、そしてモータ４９の出力回転を回転軸４８へ伝達するギヤ列５１とを有している。図４において、回転軸４８の先端にはドライバ５４が取り付けられており、そのドライバ５４が可動子４１の左端部４１ａに嵌合する。また、図１において、回転軸４８の適所には、回転角度位置を検出するためのマークを備えたホイール５２が固定配置され、そのホイール５２のマークを検出するために透過型又は反射型の光センサ５３が設けられる。本実施形態では、図４に示した可動子４１の端部４１ａが基準角度０゜（全開位置）にあるとき及び角度１８０゜（全閉位置）にあるときのそれそれに対応させてホイール５２にマークが設けられる。
【００３４】モータ４９が作動して回転軸４８が角度１８０゜の全閉位置から角度０゜の全開位置まで回転すると、レバー３５従って支持台７はロック状態からロック解除状態へと状態変化する。この状態変化の際、抵抗力発生器３３によって出力ロッド３７に発生する抵抗力は、ロック状態を実現する最大力から、ほとんど抵抗力を示さない最小力へと徐々に且つ連続的に小さくなってゆく。従って、水平状態にロックされている支持台７の上にオペレータが乗り、その後、シミュレート動作を開始するために支持台７のロック状態を解除するとき、支持台７は瞬間的にロック状態を解除されるのではなくて徐々にそのロック状態が解除される。
【００３５】図６において、筐体３の内部に設置された制御装置２は、コンピュータを含んだ電気回路によって構成されていて、例えば図７に示すように、ゲーム演算部６１及び画像合成部６２を有する。操作部６３は、図１R>１の操作パネル５ａに配置された各種選択ボタン１０や、コイン投入口２０から投入されたコインを検知するコインセンサや、支持台７の旋回角度を検知する第１角度センサ２９や、支持台７の傾斜角度を検知する第２角度センサ３１等を含む。
【００３６】ゲーム演算部６１は、マップ情報記憶部６４、移動体情報記憶部６５、ゲーム空間演算部６６及び記憶部６７を有する。マップ情報記憶部６４は、ボード滑走コースに関する情報を分割マップ情報として記憶する。すなわち、コース情報が各地点の平面座標とその地点の高度座標として記憶されている。移動体情報記憶部６５は、ボードプレイヤの現在位置を３次元座標で記憶する。ゲーム空間演算部６６は、移動体情報記憶部６５からボードプレイヤの現在位置を読み出し、さらに操作部６３からの操作信号及びマップ情報記憶部６４からの地形信号に基づいてボードプレイヤの移動位置を演算し、そして記憶部６７に格納された自然条件の変化や、風の変化等に従ってボードプレイヤの移動位置を演算する。なお、移動体情報記憶部６５内の記憶内容は、模擬動作を表示する手段としてディスプレイ１を用いた関係上、ゲーム空間演算部６６の演算に基づいて１／６０秒ごとに更新される。ゲーム空間演算部６６は、支持台７の上に乗っているオペレータに対応するボードプレイヤの位置座標を演算することはもとより、ディスプレイ１上に映し出される他のボードプレイヤに関する位置座標も演算する。
【００３７】画像合成部６２は、３次元演算部６８、画像描画部６９及びオブジェクト画像情報記憶部７１を有する。オブジェクト画像情報記憶部７１は、コースの映像を作成するために必要な情報、例えば、ボードプレイヤなどの移動体の画像情報、雪面の地面、山、木、川、建物などの画像情報を記憶する。３次元演算部６８は、ゲーム空間演算部６６から出力されたデータ、すなわち移動体情報、分割マップ情報等に基づいて、対応する画像情報をオブジェクト画像情報記憶部７１から読み出し、例えば図８に示すような３次元のゲーム空間を演算する。この図において、８１はボードプレイヤ、８２は旗門、８３は建物、８４はリフト、８５は雪山、そして８６は樹木を示している。
【００３８】３次元演算部６８は、また、視野外にあるデータを除去するクリッピング処理、スクリーン座標系への透視投影変換及びソーティング処理などの処理を行ってその処理後のデータを画像描画部６９へ出力する。画像描画部６９は、３次元演算部６８の出力データをディスプレイ１で映像表示可能な映像データへ変換する。例えば、図８に示した３次元ゲーム空間は、図９に示すような映像としてディスプレイ１上に表示される。この映像は、ゲーム空間演算部６６による演算処理に基づいて１／６０秒ごとに更新され、オペレータにとっては連続して変化するスキー場の景色映像として認識される。
【００３９】以下、上記構成より成るシミュレータに関してその動作を説明する。図１において、支持台７の上にオペレータが乗る前、その支持台７は、第１抵抗力付与装置１８の働きによって旋回揺動範囲内の中立位置に保持され、さらに第２抵抗力付与装置２８の働きによって傾斜揺動範囲内の中立位置すなわち水平状態に保持される。支持台７は、また、ロック装置３２の働きによって水平状態に固定すなわちロックされる。
【００４０】その後、図６に示すように、オペレータ８が支持台７の上に乗る。このとき、支持台７はロック状態にあるので、それに外力が加わっても揺動しない。その後、コイン投入口２０にコインを投入し、さらに選択ボタン１０を操作すると、シミュレータ動作、本実施形態の場合はスノーボードゲームが開始される。ゲームが開始されると、図１において、抵抗力調整装置３４のモータ４９が作動して回転軸４８が角度１８０゜の全閉位置から角度０゜の全開位置へと回転する。これにより、抵抗力発生器３３の本体部分３６内の流体通路４４（図４参照）が全閉位置から全開位置へ向かって徐々に開かれ、その結果、支持台７に対するロック力が最大値から最小値へと徐々に解除される。
【００４１】ロック力が完全に解除されると、支持台７は、オペレータ８の操作に従って第２軸線Ｌ２を中心として自由に往復傾斜移動できる状態となる。このロック力の解除の際、ロック力は最大力から最小力へと瞬時に解除されるのでは無く、モータ４９の回転軸４８の回転に応じて徐々に小さくなっていくので、支持台７はゲームスタートと共にいきなり自由に傾斜移動できる状態になるのではなくて、徐々にその自由状態へと移行する。なお、本実施形態の場合は、第１軸線Ｌ１を中心とする支持台７の往復旋回移動に関してはロック装置を設けていないので、その旋回方向に関しては支持台７はロックされない。この旋回方向に関してもロック作業が必要な場合は、ロック装置３２と同様なロック装置を回転軸１３に対して付設する。
【００４２】支持台７に関するロック状態が解除された後、スキー場を滑り降りるときの景色の移り変わりの様子を模した映像がディスプレイ１上に映し出され、オペレータ８はその景色の中をスノーボードに乗ってうまく滑り降りるように支持台７を両足によって操作する。具体的には、支持台７を第１軸線Ｌ１のまわりに旋回移動させたり、同時に第２軸線Ｌ２のまわりに傾斜移動させる。このとき、支持台７の旋回移動の角度及び傾斜移動の角度は第１角度センサ２９及び第２角度センサ３１によって検出されてゲーム空間演算部６６（図７）へ送られる。ゲーム空間演算部６６は、それらの角度情報に基づいて、ディスプレイ１に映し出される景色映像及びボードプレイヤ映像を制御する。このようにオペレータ８は、支持台７を旋回移動及び傾斜移動させることにより、ディスプレイ１によって表現される滑走画面、すなわち模擬動作に対して積極的に働きかけることができる。
【００４３】支持台７が第１軸線Ｌ１のまわりに旋回移動して中立位置から角度的に外れると、図２において、第１抵抗力付与装置１８内のゴム１７が芯部材１５によって圧縮されて抵抗力を発生し、この抵抗力が支持台７を通してオペレータ８に体感される。また、支持台７が第２軸線Ｌ２のまわりに傾斜移動して中立位置すなわち水平状態から角度的に外れると、図５において、第２抵抗力付与装置２８内のゴム２７が芯部材２５によって圧縮されて抵抗力を発生し、この抵抗力が支持台７を通してオペレータ８に体感される。これらの抵抗力によりオペレータ８は、雪面を滑走するときの旋回滑走に対する抵抗力や、スノーボードを立ててエッジング操作を行ったときの抵抗力などを臨場感豊かに体感できる。
【００４４】本実施形態では、ディスプレイ１上にスノーボードの滑走画面を模擬動作として映し出し、そして支持台７をスノーボードを模して使用するように設定した。従ってオペレータ８は、支持台７の上に横向き状態で乗りながら支持台７を操作する。また、オペレータは手摺り部材１１を支点として支持台７を大きな角度幅で往復旋回移動及び往復傾斜移動させることができる。
【００４５】疑似スノーボード操作を行う場合、オペレータ８は横向き状態で支持台７の上に乗らなくてはならない。仮にオペレータ８がディスプレイ１に真っ直ぐに向かい合う状態で支持台７上に乗ったのでは、正常なスノーボード操作はできない。このような問題を解消するため、図１０に示すように、オペレータ８の左右の足裏８ａ及び８ｂを案内するための案内用突起７２を支持台７の上に設けることが望ましい。これらの案内用突起７２は、ディスプレイ１へ向かう方向（矢印Ｄ方向）に関して左右の足裏の長さに対応したそれぞれの間隔Ｅ１及びＥ２をおいて互いに平行に並べられているので、オペレータ８は必然的に横向きに乗らざるを得なくなり、ディスプレイ１に対して真っ直ぐに乗ってしまう状態を確実に回避できる。なお、Ｅ１及びＥ２は等しい値とすることもできるし、あるいは異なった値とすることもできる。
【００４６】以上、好ましい実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明はその実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された技術的範囲内で種々に改変できる。例えば、本発明はスノーボード動作に限られず他の任意の動作を模擬対象とするシミュレータにも適用できる。第１抵抗力付与装置１８及び第２抵抗力付与装置２８は、請求の範囲に記載した動作を実現できる範囲内で上記実施形態に示した構成以外の任意の構成とすることができる。手摺り部材１１は、オペレータ８とディスプレイ１との間だけに設けても良く、あるいは、ディスプレイ１に対して横方向を向くオペレータ８の前後両側だけに設けても良い。また、手摺り部材１１の形状は、単なる直線状の棒部材に限られず、適宜に湾曲する棒部材を用いることもできる。
【００４７】
【発明の効果】請求項１記載のシミュレータによれば、オペレータが支持台を旋回移動及び傾斜移動させることにより、ディスプレイなどの表現手段によって表現される模擬動作に積極的に働きかけることができる。旋回移動と傾斜移動とを組み合わせた複合移動によって模擬動作を制御するので精密な模擬動作を実現できる。また、第１抵抗力付与手段及び第２抵抗力付与手段の働きにより、地面等からの抵抗力を体験でき、従って、臨場感豊かな模擬動作を提供できる。さらに、第１抵抗力付与手段及び第２抵抗力付与手段を、非常に小型で簡単でしかも故障のない安定した構成によって実現できる。
【００４８】請求項２記載のシミュレータによれば、第１軸線と第２軸線とがほぼ直交するので、スノーボード滑走の模擬動作やスキー滑走の模擬動作等を忠実に再現できる。
【００４９】
【００５０】請求項３記載のシミュレータによれば、現実に動作する物体を用いて表現手段を構成する場合に比べて、多種多様な模擬動作を表現できる。
【００５１】請求項４記載のシミュレータによれば、スノーボードを用いた滑降動作を模擬できる。
【００５２】請求項５記載のシミュレータによれば、簡単な検出機構によって支持台の細かな動きを正確に読み出すことができる。
【００５３】請求項６記載のシミュレータによれば、オペレータが支持台上に横向きになって乗り、そして支持台を旋回移動方向及び傾斜移動方向に操作する場合でも、オペレータが手摺り部材につかまって、それを支点として身体を動かすことにより、支持台の動作量を大きくできる。
【００５４】請求項７記載のシミュレータによれば、オペレータのまわりの広い範囲に手摺り部材が配置されるので、オペレータは支持台の上で種々の姿勢をとることが可能になる。
【００５５】請求項８記載のシミュレータによれば、オペレータが支持台上で間違った姿勢をとることを防止できる。特に、請求項９記載のシミュレータによれば、スノーボード動作を模擬する場合のように、オペレータが支持台上で表現手段に対して横方向を向かなければならない場合に好都合である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るシミュレータの要部を示す側面図である。
【図２】図１に示す部分の平面図である。
【図３】図１に示す部分の正面図である。
【図４】図１に示す構造で用いられる要素、特にロック機構の主要部を示す側面断面図である。
【図５】図１に示す構造で用いられる要素、特に抵抗力付与機構の主要部を示す正面断面図である。
【図６】本発明に係るシミュレータの一実施形態の全体の外観を示す斜視図である。
【図７】図６に示すシミュレータに用いられる電気制御系の一例を示すブロック図である。
【図８】図６のシミュレータで表現される模擬動作の一例を３次元的に示す図である。
【図９】図８に示す３次元空間をディスプレイ上に２次元的に表示した状態を示す図である。
【図１０】支持台の改変例を示す平面図である。
【符号の説明】
１ ディスプレイ（表現手段）
２ 制御装置
３ 筐体
６ アーム部材
７ 支持台
８ オペレータ
１１ 手摺り部材
１３ 回転軸
１４ 機枠
１５，２５ 芯部材
１６，２６ ケーシング部材
１７，２７ ゴム（弾性部材）
１８ 第１抵抗力付与装置
１９ パイプ基台
２１ａ，２１ｂ 軸受け部材
２２ａ，２２ｂ 回転軸
２３ ブラケット
２８ 第２抵抗力付与装置
２９ 第１角度センサ
３１ 第２角度センサ
３２ ロック装置
３３ 抵抗力発生器
３４ 抵抗力調整器
３５ レバー
Ｌ1 第１軸線
Ｌ2 第２軸線
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、オペレータの動作に対応してディスプレイ等といった表現手段によって模擬動作を表現するシミュレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、上記のようなシミュレータとして、例えば特開平３−２２２９７１号公報に開示されたように、オペレータすなわちスキーヤーがスキー板を模したボードの上に乗って擬似的なスキー動作を行うようにしたスキーシミュレータが知られている。このスキーシミュレータでは、スキー板を模したボードを入力装置として用いて仮想スキーを行い、その様子をディスプレイに表示するようにしている。
【０００３】周知の通り、スキーは２個のスキー板のそれそれにスキーヤーが片足を乗せた状態で行われるが、近年では、スノーボードと呼ばれる単一板の上にプレイヤが両足を乗せた状態で雪面を滑降する滑走方法も一般的になってきた。上記従来のスキーシミュレータは、そのようなスノーボードを用いた滑走を模擬する場合にも用いることができると考えられる。しかしながらこの従来のスキーシミュレータでは、スキーヤーを乗せるボードの動きが非常に単純であり、従って、スキーの臨場感に乏しかった。
【０００４】スキーヤー等といったオペレータが乗るボードの動きに臨場感を持たせるための技術として、従来、例えば特公昭５８−１５７９６号公報によれば、船体を模したボードを左右に旋回させたり、ボード中央を中心としてボードの左右側辺を上下に傾斜移動させたりする技術が開示されている。また、実公平２−３８７７７号公報には、オペレータを乗せたボードをその底面に設けたキャスターを中心として揺動させるようにした技術が開示されている。
【０００５】しかしながらこれらの従来技術では、ボードがオペレータの動きに合わせて単純に旋回移動や揺動等をするだけであって、そのボードの運動時にボードからオペレータへ抵抗力を付与しようという考えは全く無い。従って、例えば雪面を滑走する動作を模擬しようとする際、その雪面からスキーヤーに抵抗力が加わるという感覚を模擬的に実現することができず、よって臨場感に富んだシミュレーションを実現できない。
【０００６】また、これらの文献では、ボードの動きをディスプレイ等の表現手段による表現内容に反映させようという技術的思想が全くなく、従って、ボードの動きをディスプレイ等へどのようにして伝えれば良いのかということに関して何らの示唆も与えていない。
【０００７】また、特開昭６０−１１９９６９号公報や特開平４−１５０８７７号公報によれば、オペレータが乗ったサーフィンボードを油圧シリンダやモータ等といった駆動装置によって旋回移動や、傾斜移動させる技術が開示されている。しかしながらこれらの従来技術においては、ボードがオペレータからの働きかけによって動くのではなくて、単に、油圧シリンダ等の駆動装置の働きによって動くようになっており、よって、オペレータの動作に対応してボードを動かすという考えは何ら示されていない。
【０００８】また、これらの文献にも、ボードの動きをディスプレイ等の表現手段による表現内容に反映させようという技術的思想が全くなく、従って、ボードの動きをディスプレイ等へどのようにして伝えれば良いのかということに関して何らの示唆も与えていない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、人間がボード等の支持台に乗って行う動作行為を臨場感豊かに模擬できるシミュレータを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するため、本発明に係るシミュレータは、オペレータの動作に対応して表現手段によって模擬動作を表現するシミュレータにおいて、第１軸線を中心として往復旋回移動可能であり且つ第１軸線と交わる方向に延びる第２軸線を中心として往復傾斜移動可能であって、オペレータを乗せるための支持台と、支持台を自然状態下で第１軸線に対して中立位置に保持すると共に、支持台がその中立位置から外れる方向へ旋回移動するときその支持台に抵抗力を加える第１抵抗力付与手段と、支持台を自然状態下で第２軸線に対して中立位置に保持すると共に、支持台がその中立位置から外れる方向へ傾斜移動するときその支持台に抵抗力を加える第２抵抗力付与手段と、支持台の第１軸線及び第２軸線のまわりの往復移動に応じて表現手段による模擬動作を制御する制御手段とを有し、前記第１抵抗力付与手段及び前記第２抵抗力付与手段の少なくとも１つは、支持台と一体に動く断面角形状の芯部材と、その芯部材を包囲する断面角形状のケーシング部材と、芯部材とケーシング部材との間の空間に配設された弾性部材とを有することを特徴とする。
【００１１】このシミュレータによれば、オペレータが支持台を旋回移動及び傾斜移動させることにより、表現手段によって表現される模擬動作に積極的に働きかけることができる。旋回移動と傾斜移動とを組み合わせた複合移動によって模擬動作を制御するので精密な模擬動作を実現できる。また、第１抵抗力付与手段及び第２抵抗力付与手段の働きにより、地面等からの抵抗力を体験でき、従って、臨場感豊かな模擬動作を体験できる。
【００１２】上記記載で第２軸線が第１軸線と交わる方向に延びるというのは、第２軸線が第１軸線に対して直角方向に延びる場合はもとより、直角以外の任意の角度方向に延びる場合も含むことを意味する。また、上記支持台の形状は特定の形状に限定されるものでなく、対象となる模擬動作に対応した適宜の形状とされる。例えば、スノーボードによる雪面の滑走を模擬する場合にはスノーボードを模した形状とされる。
【００１３】上記第１軸線というのは支持台を往復旋回可能に支持する軸線のことであり、多くの場合は、シミュレータを設置する床面に対して垂直方向に延びる軸線である。
【００１４】表現手段というのは、任意の模擬動作をオペレータに対して視覚的に認識できるようにするための手段であって、その表現方法は特定の方法に限定されない。例えば、映像的に表示するディスプレイや、現実的に表示する人形模型等を用いることができる。
【００１５】第１抵抗力付与手段及び第２抵抗力付与手段は、請求の範囲に記載した動作を実現できる構造でありさえすれば任意の構造を採用できる。例えば、支持台と一体に動く断面角形状の芯部材と、その芯部材を包囲する断面角形状のケーシング部材と、芯部材とケーシング部材との間の空間に配設された弾性部材とを有する構造を採用できる。ここで、弾性部材というのは、圧縮されることによって反発力を生じる部材のことであり、例えば、ゴム、合成樹脂などによって形成できる。また、断面角形状というのは、断面三角形状、断面四角形状、あるいはそれ以上の角数の断面形状を含む意味である。
【００１６】制御手段は、コンピュータを含んだ電気制御系によって構成できる。また、制御手段は、支持台の第１軸線まわりの旋回角度及び第２軸線まわりの傾斜角度を検出する必要がある。そのため支持台には、第１軸線のまわりの旋回角度を検出するための第１回転角度検出手段及び第２軸線のまわりの傾斜角度を検出するための第２回転角度検出手段が設けられる。これらの検出手段は、例えば、入力軸の回転角度に応じて抵抗値が変化する可変抵抗器を用いた角度検出器を用いることができる。
【００１７】表現すべき模擬動作としてスノーボードを用いた滑走動作を考えると、オペレータの身体はディスプレイ等の表現手段に対して横方向を向き、頭部だけが表現手段の方向を向く。オペレータがこのような姿勢をとるときにもオペレータの安全を確保できるようにするためには、支持台のまわりの空間内に手摺り部材を設けることが望ましい。この手摺り部材は、例えば、支持台の上に横向きに乗ったオペレータと表現手段との間及びそのオペレータの前後両側において、棒部材をオペレータに対して横方向に延びるように配置することによって構成できる。
【００１８】また、表現すべき模擬動作としてスノーボードを用いた滑走動作を考えるときには、オペレータの身体がディスプレイなどの表現手段に対して横方向を向かなければならない。従って、支持台上にオペレータの足を案内するための案内用突起を設けて、オペレータが支持台上に乗ったときには自動的にその身体が表現手段に対して横方向を向くように案内することが望ましい。このような案内用突起は、例えば、表現手段に向かう方向に関して足の長さに対応した間隔をおいて互いに平行に並べられた複数の突起によって構成できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】図６は、本発明に係るシミュレータの一実施形態の全体的な外観を示している。このシミュレータは、表現手段としてのディスプレイ１を支持すると共に内部にそのディスプレイ１を制御するための制御装置２を内蔵した筐体３を有している。筐体３から延びる基台４上には操作部５が設けられ、その操作部５の下部から延び出るアーム部材６によって支持台７が片持ち状態で支持されている。操作部５の上面には、各種の選択ボタン１０やコイン投入口２０等を備えた操作パネル５ａが設けられる。オペレータ８は、支持台７の上に乗ってその支持台７を矢印Ａ−Ａ’のように第１軸線Ｌ１を中心として左右に往復旋回移動させたり、同時に矢印Ｂ−Ｂ’のように第２軸線Ｌ２を中心として往復傾斜移動させることにより、ディスプレイ１上に映し出される模擬動作としての映像を制御する。本実施形態の場合、第１軸線Ｌ１は垂直軸線であり、第２軸線Ｌ２は水平軸線である。
【００２０】本実施形態の場合、ディスプレイ１上にはスキー場の景色映像及びスノーボードを用いて雪面を滑走するプレイヤの映像が映し出されるものとする。また、支持台７は、スノーボードを模した形状に形成される。また、支持台７のまわりには４個の支柱９が固定されて上方へ延び、それらの支柱９により、オペレータ８とディスプレイ１との間及び支持台７上に横向きに乗ったオペレータ８の前後両側に手摺り部材１１が支持されている。これらの手摺り部材１１は、比較的剛性の高い棒部材によって形成される。オペレータ８は、これらの手摺り部材１１につかまることにより、操作台７を激しく動かすことができる。
【００２１】支持台７は、例えば図１、図２及び図３に示す構造を有している。図１は側面図、図２は平面図、そして図３は正面図を示している。図１において、操作部５の内部には、位置不動の機枠１４に固定された軸受１２，１２によって第１軸線Ｌ１を中心として回転自在に、しかし上下移動不能に支持された回転軸１３が配設され、その回転軸１３にアーム部材６が固定されている。回転軸１３の上端には、図２に示すように、その回転軸１３と一体な断面正方形状の芯部材１５と、その芯部材１５を取り囲む断面正方形状で筒形状のケーシング部材１６と、そしてケーシング部材１６と芯部材１５との間に形成される空間内に挿入された弾性部材としてのゴム１７とによって構成された第１抵抗力付与装置１８が設けられる。ケーシング部材１６は機枠１４に固定される。弾性部材は、ゴム１７以外に、圧縮されたときに反力を生じる材料、例えば合成樹脂等によって形成できる。
【００２２】図１において、アーム部材６の下端には、角筒形状のパイプ基台１９が水平方向に延びる状態で強固に固定される。このパイプ基台１９の上には軸受け部材２１ａ及び２１ｂが固定され、さらにそれらの軸受け部材によって２本の回転軸２２ａ及び２２ｂが第２軸線Ｌ２を中心として回転自在に支持される。これらの回転軸２２ａ及び２２ｂの外周面には、支持台７の底面に固着したブラケット２３が固定される。この構成により、支持台７は、第１軸線Ｌ１を中心として水平面内の左右方向（図２の矢印Ａ−Ａ’方向）へ往復旋回移動可能であり、さらに第２軸線Ｌ２を中心として図３の矢印Ｂ−Ｂ’方向へ往復傾斜移動可能である。
【００２３】図１において、操作部５に近い側の回転軸２２ａの右端に第２抵抗力付与装置２８が設けられる。この第２抵抗力付与装置２８も、第１抵抗力付与装置１８と同様にして図５に示すように、回転軸２２ａと一体な断面正方形状の芯部材２５と、その芯部材２５を取り囲む断面正方形状で筒形状のケーシング部材２６と、そしてケーシング部材２６と芯部材２５との間に形成される空間内に挿入された弾性部材としてのゴム２７とを有している。ケーシング部材２６はパイプ基台１９の上面に固定される。
【００２４】図２において第１抵抗力付与装置１８は、支持台７に外力が加わらない自然状態のときに、各ゴム１７が力学的に平衡となる状態にあり、このとき支持台７は中立位置に保持される。支持台７が矢印Ａ方向又は矢印Ａ’方向へ旋回移動すると支持台７を支持する回転軸１３がそれと一体になって回転し、それと同時に芯部材１５がそれと一体になって回転する。芯部材１５が回転すると、各ゴム１７がケーシング部材１６に押しつけられて弾性変形して抵抗力を発生する。この抵抗力は、回転軸１３の回転角度、従って支持台７の旋回角度の大きさに比例して変化する。
【００２５】第２抵抗力付与装置２８は、支持台７に外力が加わらない自然状態のときに、図５において、各ゴム２７が力学的に平衡となる状態にあり、このとき支持台７は図３に実線で示す水平状態の中立位置に保持される。支持台７が矢印Ｂ方向又は矢印Ｂ’方向へ傾斜移動すると支持台７を支持する回転軸２２ａがそれと一体になって回転し、それと同時に芯部材２５がそれと一体になって回転する。芯部材２５が回転すると、各ゴム２７がケーシング部材２６に押しつけられて弾性変形して抵抗力を発生する。この抵抗力は、回転軸２２ａの回転角度、従って支持台７の傾斜角度の大きさに比例して変化する。
【００２６】図１において第１軸線Ｌ１を中心として回転する回転軸１３の下端には、その回転軸１３の回転角度に応じて抵抗値が変化する可変抵抗器を含む第１角度センサ２９が設けられる。また、第２軸線Ｌ２を中心として回転する回転軸２２ａの先端には、その回転軸２２ａの回転角度に応じて抵抗値が変化する可変抵抗器を含む第２角度センサ３１が設けられる。
【００２７】支持台７の下部には、支持台７の第２軸線まわりの傾斜移動を禁止するためのロック装置３２が配設される。このロック装置３２は、抵抗力発生器３３と、抵抗力調整部３４と、そしてレバー３５とを有している。抵抗力発生器３３は、本体部分３６と、その本体部分３６に入出する出力ロッド３７と、その出力ロッド３７の先端に固定された押圧片３８とを有している。
【００２８】抵抗力発生器３３の本体部分３６は、図４に示すように、外管４３、内管３９及び可動子４１を有する。内管３９には複数のオリフィス４２が設けられ、さらに出力ロッド３７と一体なピストン４５が内管３９の内周面を滑り移動する。可動子４１の左端部４１ａは外管４３の後端部とネジ結合し、その左端部４１ａを回すことにより可動子４１が矢印Ｃ方向へ進退移動する。内管３９と外管４３との間にはリング状の空間Ｓが形成され、その空間Ｓと内管３９の内部とがオリフィス４２によってつながっている。また、可動子４１には空間Ｓに連通する流体通路４４が設けられ、可動子４１が矢印Ｃ方向へ移動するとき、通路４４の開口面積が狭められたり、あるいは広められたりして、該部を流れる流体、例えば油の流量を調節する。
【００２９】内管３９の内部及び空間Ｓには流体、例えば油が充填されており、この流体の働きによって出力ロッド３７に抵抗力が付与される。この抵抗力は、可動子４１の通路４４が完全に閉じられて流体の流量が完全に絞られたときに最大となり、他方、その通路４４が完全に開いて流体の流量が最大流量に設定されたときに最小となる。抵抗力が最大値になったときには、出力ロッド３７の左方向への進入移動が完全に阻止される状態、いわゆるロック状態になる。一方、抵抗力が最小値になったときには、出力ロッド３７の左方向への自由な進入移動が許容される。
【００３０】本実施形態では、可動子４１の端部４１ａが角度０゜の基準位置に合わされたときに流体通路４４が全開状態（出力ロッド３７のロック解除状態）になり、端部４１ａが角度１８０゜まで回されたときに通路４４が全閉状態（出力ロッド３７のロック状態）になり、そして角度０゜から角度１８０゜までの間はその角度値に比例して出力ロッド３７に対する抵抗力すなわちロック力の大きさが変化する。なお、出力ロッド３７は自然状態において、圧縮バネ４０によって押されて外管４３から最も突出する状態にある。
【００３１】図１において、出力ロッド３７の先端に取り付けた押圧片３８は、レバー３５の下端に接触する。レバー３５は、図２に示すように、パイプ基台１９上に回転自在に配設された回転軸４６の両端に１個づつ固着されている。つまり、レバー３５は、基台１９を境として支持台７の下方の左右両側に配設されている。図１において、支持台７が水平状態にあるとき、出力ロッド３７がシリンダ本体部分３６に対して最も突出して接触片３５を押し上げ、これにより接触片３５の先端が実線で示すように最も上方位置へ押し上げられて、支持台７の底面に接触する。他方、支持台７が第２回転中心軸線Ｌ２のまわりに傾斜移動すると、接触片３５が破線で示すように押し下げられて回転し、このとき、出力ロッド３７がシリンダ本体部分３６の内部へ引っ込む。
【００３２】出力ロッド３７が最も突出してレバー３５の先端が最上位置に置かれ、さらに抵抗力発生器３３の内部流体通路４４が全閉状態にセットされると、レバー３５がその最上位置でロック状態となる。この状態になると、支持台７が水平状態を維持した状態でロック状態になり、この支持台７にオペレータが乗ったとしてもその支持台７は往復傾斜移動すなわち傾斜揺動しない。
【００３３】図１において、抵抗力発生器３３の後方位置に配設された抵抗力調整部３４は、パイプ基台１９の側部に固定したブラケット４７によって回転自在に支持された回転軸４８と、モータ４９と、そしてモータ４９の出力回転を回転軸４８へ伝達するギヤ列５１とを有している。図４において、回転軸４８の先端にはドライバ５４が取り付けられており、そのドライバ５４が可動子４１の左端部４１ａに嵌合する。また、図１において、回転軸４８の適所には、回転角度位置を検出するためのマークを備えたホイール５２が固定配置され、そのホイール５２のマークを検出するために透過型又は反射型の光センサ５３が設けられる。本実施形態では、図４に示した可動子４１の端部４１ａが基準角度０゜（全開位置）にあるとき及び角度１８０゜（全閉位置）にあるときのそれそれに対応させてホイール５２にマークが設けられる。
【００３４】モータ４９が作動して回転軸４８が角度１８０゜の全閉位置から角度０゜の全開位置まで回転すると、レバー３５従って支持台７はロック状態からロック解除状態へと状態変化する。この状態変化の際、抵抗力発生器３３によって出力ロッド３７に発生する抵抗力は、ロック状態を実現する最大力から、ほとんど抵抗力を示さない最小力へと徐々に且つ連続的に小さくなってゆく。従って、水平状態にロックされている支持台７の上にオペレータが乗り、その後、シミュレート動作を開始するために支持台７のロック状態を解除するとき、支持台７は瞬間的にロック状態を解除されるのではなくて徐々にそのロック状態が解除される。
【００３５】図６において、筐体３の内部に設置された制御装置２は、コンピュータを含んだ電気回路によって構成されていて、例えば図７に示すように、ゲーム演算部６１及び画像合成部６２を有する。操作部６３は、図１R>１の操作パネル５ａに配置された各種選択ボタン１０や、コイン投入口２０から投入されたコインを検知するコインセンサや、支持台７の旋回角度を検知する第１角度センサ２９や、支持台７の傾斜角度を検知する第２角度センサ３１等を含む。
【００３６】ゲーム演算部６１は、マップ情報記憶部６４、移動体情報記憶部６５、ゲーム空間演算部６６及び記憶部６７を有する。マップ情報記憶部６４は、ボード滑走コースに関する情報を分割マップ情報として記憶する。すなわち、コース情報が各地点の平面座標とその地点の高度座標として記憶されている。移動体情報記憶部６５は、ボードプレイヤの現在位置を３次元座標で記憶する。ゲーム空間演算部６６は、移動体情報記憶部６５からボードプレイヤの現在位置を読み出し、さらに操作部６３からの操作信号及びマップ情報記憶部６４からの地形信号に基づいてボードプレイヤの移動位置を演算し、そして記憶部６７に格納された自然条件の変化や、風の変化等に従ってボードプレイヤの移動位置を演算する。なお、移動体情報記憶部６５内の記憶内容は、模擬動作を表示する手段としてディスプレイ１を用いた関係上、ゲーム空間演算部６６の演算に基づいて１／６０秒ごとに更新される。ゲーム空間演算部６６は、支持台７の上に乗っているオペレータに対応するボードプレイヤの位置座標を演算することはもとより、ディスプレイ１上に映し出される他のボードプレイヤに関する位置座標も演算する。
【００３７】画像合成部６２は、３次元演算部６８、画像描画部６９及びオブジェクト画像情報記憶部７１を有する。オブジェクト画像情報記憶部７１は、コースの映像を作成するために必要な情報、例えば、ボードプレイヤなどの移動体の画像情報、雪面の地面、山、木、川、建物などの画像情報を記憶する。３次元演算部６８は、ゲーム空間演算部６６から出力されたデータ、すなわち移動体情報、分割マップ情報等に基づいて、対応する画像情報をオブジェクト画像情報記憶部７１から読み出し、例えば図８に示すような３次元のゲーム空間を演算する。この図において、８１はボードプレイヤ、８２は旗門、８３は建物、８４はリフト、８５は雪山、そして８６は樹木を示している。
【００３８】３次元演算部６８は、また、視野外にあるデータを除去するクリッピング処理、スクリーン座標系への透視投影変換及びソーティング処理などの処理を行ってその処理後のデータを画像描画部６９へ出力する。画像描画部６９は、３次元演算部６８の出力データをディスプレイ１で映像表示可能な映像データへ変換する。例えば、図８に示した３次元ゲーム空間は、図９に示すような映像としてディスプレイ１上に表示される。この映像は、ゲーム空間演算部６６による演算処理に基づいて１／６０秒ごとに更新され、オペレータにとっては連続して変化するスキー場の景色映像として認識される。
【００３９】以下、上記構成より成るシミュレータに関してその動作を説明する。図１において、支持台７の上にオペレータが乗る前、その支持台７は、第１抵抗力付与装置１８の働きによって旋回揺動範囲内の中立位置に保持され、さらに第２抵抗力付与装置２８の働きによって傾斜揺動範囲内の中立位置すなわち水平状態に保持される。支持台７は、また、ロック装置３２の働きによって水平状態に固定すなわちロックされる。
【００４０】その後、図６に示すように、オペレータ８が支持台７の上に乗る。このとき、支持台７はロック状態にあるので、それに外力が加わっても揺動しない。その後、コイン投入口２０にコインを投入し、さらに選択ボタン１０を操作すると、シミュレータ動作、本実施形態の場合はスノーボードゲームが開始される。ゲームが開始されると、図１において、抵抗力調整装置３４のモータ４９が作動して回転軸４８が角度１８０゜の全閉位置から角度０゜の全開位置へと回転する。これにより、抵抗力発生器３３の本体部分３６内の流体通路４４（図４参照）が全閉位置から全開位置へ向かって徐々に開かれ、その結果、支持台７に対するロック力が最大値から最小値へと徐々に解除される。
【００４１】ロック力が完全に解除されると、支持台７は、オペレータ８の操作に従って第２軸線Ｌ２を中心として自由に往復傾斜移動できる状態となる。このロック力の解除の際、ロック力は最大力から最小力へと瞬時に解除されるのでは無く、モータ４９の回転軸４８の回転に応じて徐々に小さくなっていくので、支持台７はゲームスタートと共にいきなり自由に傾斜移動できる状態になるのではなくて、徐々にその自由状態へと移行する。なお、本実施形態の場合は、第１軸線Ｌ１を中心とする支持台７の往復旋回移動に関してはロック装置を設けていないので、その旋回方向に関しては支持台７はロックされない。この旋回方向に関してもロック作業が必要な場合は、ロック装置３２と同様なロック装置を回転軸１３に対して付設する。
【００４２】支持台７に関するロック状態が解除された後、スキー場を滑り降りるときの景色の移り変わりの様子を模した映像がディスプレイ１上に映し出され、オペレータ８はその景色の中をスノーボードに乗ってうまく滑り降りるように支持台７を両足によって操作する。具体的には、支持台７を第１軸線Ｌ１のまわりに旋回移動させたり、同時に第２軸線Ｌ２のまわりに傾斜移動させる。このとき、支持台７の旋回移動の角度及び傾斜移動の角度は第１角度センサ２９及び第２角度センサ３１によって検出されてゲーム空間演算部６６（図７）へ送られる。ゲーム空間演算部６６は、それらの角度情報に基づいて、ディスプレイ１に映し出される景色映像及びボードプレイヤ映像を制御する。このようにオペレータ８は、支持台７を旋回移動及び傾斜移動させることにより、ディスプレイ１によって表現される滑走画面、すなわち模擬動作に対して積極的に働きかけることができる。
【００４３】支持台７が第１軸線Ｌ１のまわりに旋回移動して中立位置から角度的に外れると、図２において、第１抵抗力付与装置１８内のゴム１７が芯部材１５によって圧縮されて抵抗力を発生し、この抵抗力が支持台７を通してオペレータ８に体感される。また、支持台７が第２軸線Ｌ２のまわりに傾斜移動して中立位置すなわち水平状態から角度的に外れると、図５において、第２抵抗力付与装置２８内のゴム２７が芯部材２５によって圧縮されて抵抗力を発生し、この抵抗力が支持台７を通してオペレータ８に体感される。これらの抵抗力によりオペレータ８は、雪面を滑走するときの旋回滑走に対する抵抗力や、スノーボードを立ててエッジング操作を行ったときの抵抗力などを臨場感豊かに体感できる。
【００４４】本実施形態では、ディスプレイ１上にスノーボードの滑走画面を模擬動作として映し出し、そして支持台７をスノーボードを模して使用するように設定した。従ってオペレータ８は、支持台７の上に横向き状態で乗りながら支持台７を操作する。また、オペレータは手摺り部材１１を支点として支持台７を大きな角度幅で往復旋回移動及び往復傾斜移動させることができる。
【００４５】疑似スノーボード操作を行う場合、オペレータ８は横向き状態で支持台７の上に乗らなくてはならない。仮にオペレータ８がディスプレイ１に真っ直ぐに向かい合う状態で支持台７上に乗ったのでは、正常なスノーボード操作はできない。このような問題を解消するため、図１０に示すように、オペレータ８の左右の足裏８ａ及び８ｂを案内するための案内用突起７２を支持台７の上に設けることが望ましい。これらの案内用突起７２は、ディスプレイ１へ向かう方向（矢印Ｄ方向）に関して左右の足裏の長さに対応したそれぞれの間隔Ｅ１及びＥ２をおいて互いに平行に並べられているので、オペレータ８は必然的に横向きに乗らざるを得なくなり、ディスプレイ１に対して真っ直ぐに乗ってしまう状態を確実に回避できる。なお、Ｅ１及びＥ２は等しい値とすることもできるし、あるいは異なった値とすることもできる。
【００４６】以上、好ましい実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明はその実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された技術的範囲内で種々に改変できる。例えば、本発明はスノーボード動作に限られず他の任意の動作を模擬対象とするシミュレータにも適用できる。第１抵抗力付与装置１８及び第２抵抗力付与装置２８は、請求の範囲に記載した動作を実現できる範囲内で上記実施形態に示した構成以外の任意の構成とすることができる。手摺り部材１１は、オペレータ８とディスプレイ１との間だけに設けても良く、あるいは、ディスプレイ１に対して横方向を向くオペレータ８の前後両側だけに設けても良い。また、手摺り部材１１の形状は、単なる直線状の棒部材に限られず、適宜に湾曲する棒部材を用いることもできる。
【００４７】
【発明の効果】請求項１記載のシミュレータによれば、オペレータが支持台を旋回移動及び傾斜移動させることにより、ディスプレイなどの表現手段によって表現される模擬動作に積極的に働きかけることができる。旋回移動と傾斜移動とを組み合わせた複合移動によって模擬動作を制御するので精密な模擬動作を実現できる。また、第１抵抗力付与手段及び第２抵抗力付与手段の働きにより、地面等からの抵抗力を体験でき、従って、臨場感豊かな模擬動作を提供できる。さらに、第１抵抗力付与手段及び第２抵抗力付与手段を、非常に小型で簡単でしかも故障のない安定した構成によって実現できる。
【００４８】請求項２記載のシミュレータによれば、第１軸線と第２軸線とがほぼ直交するので、スノーボード滑走の模擬動作やスキー滑走の模擬動作等を忠実に再現できる。
【００４９】
【００５０】請求項３記載のシミュレータによれば、現実に動作する物体を用いて表現手段を構成する場合に比べて、多種多様な模擬動作を表現できる。
【００５１】請求項４記載のシミュレータによれば、スノーボードを用いた滑降動作を模擬できる。
【００５２】請求項５記載のシミュレータによれば、簡単な検出機構によって支持台の細かな動きを正確に読み出すことができる。
【００５３】請求項６記載のシミュレータによれば、オペレータが支持台上に横向きになって乗り、そして支持台を旋回移動方向及び傾斜移動方向に操作する場合でも、オペレータが手摺り部材につかまって、それを支点として身体を動かすことにより、支持台の動作量を大きくできる。
【００５４】請求項７記載のシミュレータによれば、オペレータのまわりの広い範囲に手摺り部材が配置されるので、オペレータは支持台の上で種々の姿勢をとることが可能になる。
【００５５】請求項８記載のシミュレータによれば、オペレータが支持台上で間違った姿勢をとることを防止できる。特に、請求項９記載のシミュレータによれば、スノーボード動作を模擬する場合のように、オペレータが支持台上で表現手段に対して横方向を向かなければならない場合に好都合である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るシミュレータの要部を示す側面図である。
【図２】図１に示す部分の平面図である。
【図３】図１に示す部分の正面図である。
【図４】図１に示す構造で用いられる要素、特にロック機構の主要部を示す側面断面図である。
【図５】図１に示す構造で用いられる要素、特に抵抗力付与機構の主要部を示す正面断面図である。
【図６】本発明に係るシミュレータの一実施形態の全体の外観を示す斜視図である。
【図７】図６に示すシミュレータに用いられる電気制御系の一例を示すブロック図である。
【図８】図６のシミュレータで表現される模擬動作の一例を３次元的に示す図である。
【図９】図８に示す３次元空間をディスプレイ上に２次元的に表示した状態を示す図である。
【図１０】支持台の改変例を示す平面図である。
【符号の説明】
１ ディスプレイ（表現手段）
２ 制御装置
３ 筐体
６ アーム部材
７ 支持台
８ オペレータ
１１ 手摺り部材
１３ 回転軸
１４ 機枠
１５，２５ 芯部材
１６，２６ ケーシング部材
１７，２７ ゴム（弾性部材）
１８ 第１抵抗力付与装置
１９ パイプ基台
２１ａ，２１ｂ 軸受け部材
２２ａ，２２ｂ 回転軸
２３ ブラケット
２８ 第２抵抗力付与装置
２９ 第１角度センサ
３１ 第２角度センサ
３２ ロック装置
３３ 抵抗力発生器
３４ 抵抗力調整器
３５ レバー
Ｌ1 第１軸線
Ｌ2 第２軸線
【特許請求の範囲】
【請求項１】 オペレータの動作に対応して表現手段によって模擬動作を表現するシミュレータにおいて、第１軸線を中心として往復旋回移動可能であり且つ第１軸線と交わる方向に延びる第２軸線を中心として往復傾斜移動可能であって、オペレータを乗せるための支持台と、支持台を自然状態下で第１軸線に対して中立位置に保持すると共に、支持台がその中立位置から外れる方向へ旋回移動するときその支持台に抵抗力を加える第１抵抗力付与手段と、支持台を自然状態下で第２軸線に対して中立位置に保持すると共に、支持台がその中立位置から外れる方向へ傾斜移動するときその支持台に抵抗力を加える第２抵抗力付与手段と、支持台の第１軸線及び第２軸線のまわりの往復移動に応じて表現手段による模擬動作を制御する制御手段とを有し、前記第１抵抗力付与手段及び前記第２抵抗力付与手段の少なくとも１つは、支持台と一体に動く断面角形状の芯部材と、その芯部材を包囲する断面角形状のケーシング部材と、芯部材とケーシング部材との間の空間に配設された弾性部材とを有することを特徴とするシミュレータ。
【請求項２】 請求項１記載のシミュレータにおいて、第２軸線は第１軸線に対して直角方向に延びることを特徴とするシミュレータ。
【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載のシミュレータにおいて、表現手段は仮想ゲーム空間を映像として表現するディスプレイであることを特徴とするシミュレータ。
【請求項４】 請求項１から請求項３のうちの少なくともいずれか１つに記載のシミュレータにおいて、支持台は雪面滑降用の単一板であるスノーボードを模して形成され、表現手段はスキー場の景色を仮想ゲーム空間として映像表示することを特徴とするシミュレータ。
【請求項５】 請求項１から請求項４のうちの少なくともいずれか１つに記載のシミュレータにおいて、制御手段は、支持台の第１軸線のまわりの旋回角度を検出するためにその第１軸線の軸線上に配設された第１回転角度検出手段と、支持台の第２軸線のまわりの傾斜角度を検出するためにその第２軸線の軸線上に配設された第２回転角度検出手段とを有することを特徴とするシミュレータ。
【請求項６】 請求項１から請求項５のうちの少なくともいずれか１つに記載のシミュレータにおいて、支持台のまわりの空間内にオペレータを支えるための手摺り部材を設けたことを特徴とするシミュレータ。
【請求項７】 請求項６記載のシミュレータにおいて、手摺り部材は、支持台上に横向きに乗ったオペレータと表現手段との間及びそのオペレータの前後両側においてオペレータに対して横方向に延びるように配置された棒部材であることを特徴とするシミュレータ。
【請求項８】 請求項１から請求項７のうちの少なくともいずれか１つに記載のシミュレータにおいて、支持台上にオペレータの足を案内するための案内用突起を設けたことを特徴とするシミュレータ。
【請求項９】 請求項８記載のシミュレータにおいて、案内用突起は、表現手段に向かう方向に関して足の長さに対応した間隔をおいて互いに平行に並べられた複数の突起によって構成されることを特徴とするシミュレータ。
【請求項１】 オペレータの動作に対応して表現手段によって模擬動作を表現するシミュレータにおいて、第１軸線を中心として往復旋回移動可能であり且つ第１軸線と交わる方向に延びる第２軸線を中心として往復傾斜移動可能であって、オペレータを乗せるための支持台と、支持台を自然状態下で第１軸線に対して中立位置に保持すると共に、支持台がその中立位置から外れる方向へ旋回移動するときその支持台に抵抗力を加える第１抵抗力付与手段と、支持台を自然状態下で第２軸線に対して中立位置に保持すると共に、支持台がその中立位置から外れる方向へ傾斜移動するときその支持台に抵抗力を加える第２抵抗力付与手段と、支持台の第１軸線及び第２軸線のまわりの往復移動に応じて表現手段による模擬動作を制御する制御手段とを有し、前記第１抵抗力付与手段及び前記第２抵抗力付与手段の少なくとも１つは、支持台と一体に動く断面角形状の芯部材と、その芯部材を包囲する断面角形状のケーシング部材と、芯部材とケーシング部材との間の空間に配設された弾性部材とを有することを特徴とするシミュレータ。
【請求項２】 請求項１記載のシミュレータにおいて、第２軸線は第１軸線に対して直角方向に延びることを特徴とするシミュレータ。
【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載のシミュレータにおいて、表現手段は仮想ゲーム空間を映像として表現するディスプレイであることを特徴とするシミュレータ。
【請求項４】 請求項１から請求項３のうちの少なくともいずれか１つに記載のシミュレータにおいて、支持台は雪面滑降用の単一板であるスノーボードを模して形成され、表現手段はスキー場の景色を仮想ゲーム空間として映像表示することを特徴とするシミュレータ。
【請求項５】 請求項１から請求項４のうちの少なくともいずれか１つに記載のシミュレータにおいて、制御手段は、支持台の第１軸線のまわりの旋回角度を検出するためにその第１軸線の軸線上に配設された第１回転角度検出手段と、支持台の第２軸線のまわりの傾斜角度を検出するためにその第２軸線の軸線上に配設された第２回転角度検出手段とを有することを特徴とするシミュレータ。
【請求項６】 請求項１から請求項５のうちの少なくともいずれか１つに記載のシミュレータにおいて、支持台のまわりの空間内にオペレータを支えるための手摺り部材を設けたことを特徴とするシミュレータ。
【請求項７】 請求項６記載のシミュレータにおいて、手摺り部材は、支持台上に横向きに乗ったオペレータと表現手段との間及びそのオペレータの前後両側においてオペレータに対して横方向に延びるように配置された棒部材であることを特徴とするシミュレータ。
【請求項８】 請求項１から請求項７のうちの少なくともいずれか１つに記載のシミュレータにおいて、支持台上にオペレータの足を案内するための案内用突起を設けたことを特徴とするシミュレータ。
【請求項９】 請求項８記載のシミュレータにおいて、案内用突起は、表現手段に向かう方向に関して足の長さに対応した間隔をおいて互いに平行に並べられた複数の突起によって構成されることを特徴とするシミュレータ。
【図４】
【図５】
【図１】
【図９】
【図２】
【図３】
【図６】
【図８】
【図１０】
【図７】
【図５】
【図１】
【図９】
【図２】
【図３】
【図６】
【図８】
【図１０】
【図７】
【特許番号】特許第３００１０３８号（Ｐ３００１０３８）
【登録日】平成１１年１１月１２日（１９９９．１１．１２）
【発行日】平成１２年１月１７日（２０００．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平７−３３６１７３
【出願日】平成７年１１月３０日（１９９５．１１．３０）
【公開番号】特開平９−１４９９５７
【公開日】平成９年６月１０日（１９９７．６．１０）
【審査請求日】平成１０年３月１３日（１９９８．３．１３）
【出願人】（０００１３４８５５）株式会社ナムコ (1,157)
【参考文献】
【文献】特開 平８−２９９５１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平８−１３１５９４（ＪＰ，Ａ）
【登録日】平成１１年１１月１２日（１９９９．１１．１２）
【発行日】平成１２年１月１７日（２０００．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成７年１１月３０日（１９９５．１１．３０）
【公開番号】特開平９−１４９９５７
【公開日】平成９年６月１０日（１９９７．６．１０）
【審査請求日】平成１０年３月１３日（１９９８．３．１３）
【出願人】（０００１３４８５５）株式会社ナムコ (1,157)
【参考文献】
【文献】特開 平８−２９９５１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平８−１３１５９４（ＪＰ，Ａ）
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