入力デバイス及び入力デバイスによる報知方法
【課題】落下するという感覚をより現実的にユーザに感じられるようにすることができる入力デバイスなどを提供する。
【解決手段】ユーザによる移動操作のための入力を受け付ける受付手段１１１と、入力に基づき移動操作の内容を解析する解析手段１１２と、解析に基づき操作対象物を移動させる移動制御手段１１３と、操作対象物が段差に近づき、段差となっている地点から操作対象物までの距離が所定の値より小さくなったか否かを判断する判断手段１１４と、所定の値より小さくなったと判断され、かつ段差がある方向へ操作対象物が移動操作される場合の操作対象物の位置と、操作対象物の落下が開始される地点の間で、操作対象物の移動操作の方向とは略逆方向に入力デバイスに反発力を生じさせ、落下開始地点と終了地点の間で反発力を解放又は低減させ、落下が終了した場合に入力デバイスに反発力を生じさせる制御手段１１５とを備える。
【解決手段】ユーザによる移動操作のための入力を受け付ける受付手段１１１と、入力に基づき移動操作の内容を解析する解析手段１１２と、解析に基づき操作対象物を移動させる移動制御手段１１３と、操作対象物が段差に近づき、段差となっている地点から操作対象物までの距離が所定の値より小さくなったか否かを判断する判断手段１１４と、所定の値より小さくなったと判断され、かつ段差がある方向へ操作対象物が移動操作される場合の操作対象物の位置と、操作対象物の落下が開始される地点の間で、操作対象物の移動操作の方向とは略逆方向に入力デバイスに反発力を生じさせ、落下開始地点と終了地点の間で反発力を解放又は低減させ、落下が終了した場合に入力デバイスに反発力を生じさせる制御手段１１５とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の操作がユーザによって行われた場合にユーザに反発力を伝達する入力デバイス及び入力デバイスによる報知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の入力デバイス（例えば、ハプティックデバイスなど）は、任意の方向に任意の強度を持った力を発生させることでユーザに振動を与えることができる（下記の非特許文献１を参照）。ユーザは、操作する入力デバイス（以下、コントローラとも言う）から発せられる力を手に感じることで、触覚を通して実空間や仮想空間内にある物体への衝突や接触（物理的様子）を知ることができる。すなわち、コントローラを操作することで空間内を移動し、壁に衝突すればその衝撃がコントローラを通してユーザの手に伝わるというものである。
【０００３】
実空間や仮想空間内を、ハプティック機能を持ったコントローラで移動操作する際、動きの自由度が平面方向（縦横方向）だけでなく垂直方向（高さ方向）での移動（３次元移動）が可能の場合には、空間内を移動して「落下」する、すなわち高所から低所に落ちるという状況が存在する。この場合、コントローラを使い、触覚を通して落下したかのような感覚をユーザに与える必要がある。それを実現するために、２次元で移動するコントローラで落下するという感覚を擬似的に表現する場合、落下する方向に近い方向に力を突然発生させてコントローラを自動で引っ張ることで、あたかもその方向に落下したような感覚をユーザの手に与えることができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Microsoft Sidewinder Force feedback Pro2http://www.microsoft.com/japan/hardware/sw/fo_feedback_2.aspx
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、実際は、落ちるという感覚は引っ張られるというものとは異なる。また、本当に２次元平面のある方向に引っ張られる表現をしたい場合、「引っ張られた」のか「落下した」のかユーザは区別することができなくなる。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑み、落下するという感覚をより現実的にユーザに感じられるようにすることができる入力デバイスを提供することを目的とする。具体的には、「落下」という現象を「引っ張られる」というものではなく、自由落下により「及んでいた力が解き放たれ、無重力状態になる」という感覚を持って「落下」状態をユーザに表現することができる入力デバイス及び入力デバイスによる報知方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明によれば、表示手段に表示された仮想空間又は実空間上に存在する、ユーザの操作対象となる操作対象物を前記ユーザの操作により、前記空間内の段差の高い部分から低い部分へ落下させるための操作を含む移動操作を行うための入力デバイスであって、前記ユーザによる移動操作のための入力を受け付ける受付手段と、受け付けられた前記入力に基づいて前記移動操作の内容を解析する解析手段と、解析された前記移動操作に基づいて前記操作対象物を前記仮想空間又は前記実空間上で移動させる移動制御手段と、前記移動制御手段により移動させられる前記操作対象物が前記段差に近づき、前記段差となっている地点から前記操作対象物までの距離が所定の値より小さくなったか否かを判断する判断手段と、前記段差となっている地点から前記操作対象物までの距離が前記所定の値より小さくなったと判断され、かつ前記段差となっている方向へ前記操作対象物が移動操作される場合の前記操作対象物の位置と、前記段差となっている地点からの前記操作対象物の落下が開始される地点の間では、前記操作対象物の移動操作の方向とは略逆方向に前記入力デバイスを戻そうとする反発力を生じさせ、前記落下が開始された地点と終了する地点の間では前記反発力を解放又は低減させ、前記落下が終了した場合に前記入力デバイスに前記反発力を生じさせる制御手段とを備える入力デバイスが提供される。この構成により、落下するという感覚をより現実的にユーザに感じられるようにすることができる。ここで、操作対象物とは、例えば仮想空間又は実空間上で操作の対象となる物やその物の位置を示すカーソルなどを言う。
【０００８】
また、本発明の入力デバイスにおいて、前記操作対象物の落下中の様子を前記表示手段に表示させるための処理を行う表示処理手段を更に備えることは、本発明の好ましい態様である。この構成により、ユーザは落下の様子（状況）をより的確に把握することができる。
【０００９】
また、本発明によれば、表示手段に表示された仮想空間又は実空間上に存在する、ユーザの操作対象となる操作対象物を前記ユーザの操作により、前記空間内の段差の高い部分から低い部分へ落下させるための操作を含む移動操作を行うための入力デバイスによる報知方法であって、前記ユーザによる移動操作のための入力を受け付ける受付ステップと、受け付けられた前記入力に基づいて前記移動操作の内容を解析する解析ステップと、解析された前記移動操作に基づいて前記操作対象物を前記仮想空間又は前記実空間上で移動させる移動制御ステップと、前記移動制御手段により移動させられる前記操作対象物が前記段差に近づき、前記段差となっている地点から前記操作対象物までの距離が所定の値より小さくなったか否かを判断する判断ステップと、前記段差となっている地点から前記操作対象物までの距離が前記所定の値より小さくなったと判断され、かつ前記段差となっている方向へ前記操作対象物が移動操作される場合の前記操作対象物の位置と、前記段差となっている地点からの前記操作対象物の落下が開始される地点の間では、前記操作対象物の移動操作の方向とは略逆方向に前記入力デバイスを戻そうとする反発力を生じさせ、前記落下が開始された地点と終了する地点の間では前記反発力を解放又は低減させ、前記落下が終了した場合に前記入力デバイスに前記反発力を生じさせる制御ステップとを有する報知方法が提供される。この構成により、落下するという感覚をより現実的にユーザに感じられるようにすることができる。
【００１０】
また、本発明の入力デバイスによる報知方法において、前記操作対象物の落下中の様子を前記表示手段に表示させるための処理を行う表示処理ステップを更に有することは、本発明の好ましい態様である。この構成により、ユーザは落下の様子（状況）をより的確に把握することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の入力デバイス及び入力デバイスによる報知方法は、上記構成を有し、落下するという感覚をより現実的にユーザに感じられるようにすることができる。具体的には、「落下」という現象を「引っ張られる」というものではなく、自由落下により「及んでいた力が解き放たれ、無重力状態になる」という感覚を持って「落下」状態をユーザに表現することができる。また、本発明の入力デバイス及び入力デバイスによる報知方法により、本来、２次元の方向にしか動かないコントローラであっても「落下」を「自由落下」という演出とすることで、仮想空間内で高さの移動という新しい軸での移動の感覚をユーザに与えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１ａ】本発明の実施の形態におけるスティック状のコントローラを示す図である。
【図１ｂ】本発明の実施の形態におけるボタン形状のコントローラを示す図である。
【図２ａ】本発明の実施の形態におけるコントローラを斜め横から見た図である。
【図２ｂ】本発明の実施の形態におけるコントローラのＸ軸方向に力が及んでいる様子を示す図である。
【図２ｃ】本発明の実施の形態におけるコントローラをＸ軸上で左右に最大限に動かした様子を示す図である。
【図２ｄ】本発明の実施の形態におけるコントローラを真上から見た図である。
【図３ａ】本発明の実施の形態におけるコントローラが固定強度７０％で（ｘ、ｙ）＝（０、０）の位置にある状態を示す図である。
【図３ｂ】本発明の実施の形態におけるコントローラが固定強度１００％で（ｘ、ｙ）＝（０、０）の位置にある状態を示す図である。
【図３ｃ】本発明の実施の形態におけるコントローラが固定強度７０％で（ｘ、ｙ）＝（０、０）の位置にある状態を座標上で示す図である。
【図３ｄ】本発明の実施の形態におけるコントローラが固定強度１００％で（ｘ、ｙ）＝（０、０）の位置にある状態を座標上で示す図である。
【図４ａ】本発明の実施の形態におけるコントローラが固定強度７０％で（ｘ、ｙ）＝（−０．７、０）の位置にある状態を示す図である。
【図４ｂ】本発明の実施の形態におけるコントローラが固定強度１００％で（ｘ、ｙ）＝（−０．７、０）の位置にある状態を示す図である。
【図４ｃ】本発明の実施の形態におけるコントローラが固定強度７０％で（ｘ、ｙ）＝（−０．７、０）の位置にある状態を座標上で示す図である。
【図４ｄ】本発明の実施の形態におけるコントローラが固定強度１００％で（ｘ、ｙ）＝（−０．７、０）の位置にある状態を座標上で示す図である。
【図５ａ】本発明の実施の形態における図４ａに示すコントローラをユーザが（ｘ、ｙ）＝（０、０）の位置に移動させようとしている様子を示す図である。
【図５ｂ】本発明の実施の形態における図４ｂに示すコントローラをユーザが（ｘ、ｙ）＝（０、０）の位置に移動させようとしている様子を示す図である。
【図５ｃ】本発明の実施の形態における図４ａに示すコントローラをユーザが（ｘ、ｙ）＝（０、０）の位置に移動させようとしている様子を座標上で示す図である。
【図５ｄ】本発明の実施の形態における図４ｂに示すコントローラをユーザが（ｘ、ｙ）＝（０、０）の位置に移動させようとしている様子を座標上で示す図である。
【図６】本発明の実施の形態における３つのフェーズについて説明するための図である。
【図７ａ】本発明の実施の形態におけるハプティック機能を有するコントローラが発生させる力の位置のグラフを示す図である。
【図７ｂ】本発明の実施の形態におけるハプティック機能を有するコントローラの固定強度のグラフを示す図である。
【図８ａ】本発明の実施の形態における図７ａの「落下フェーズ」における固定強度を１０％にした際の力の位置のグラフを示す図である。
【図８ｂ】本発明の実施の形態における図７ｂの「落下フェーズ」における固定強度を１０％にした際の固定強度のグラフを示す図である。
【図９ａ】本発明の実施の形態における「事前フェーズ」においてコントローラがユーザによって触れられていない状態を示す図である。
【図９ｂ】本発明の実施の形態における図９ａに対応するコントローラを真上から見た図である。
【図９ｃ】本発明の実施の形態における「事前フェーズ」においてユーザがコントローラに力を加え、段差の方向に移動し始めた様子を示す図である。
【図９ｄ】本発明の実施の形態における図９ｃに対応するコントローラを真上から見た図である。
【図９ｅ】本発明の実施の形態における「事前フェーズ」においてユーザがさらにコントローラに力を加えて動かし、あらかじめ決められた移動開始境界に達した様子を示す図である。
【図９ｆ】本発明の実施の形態における図９ｅに対応するコントローラを真上から見た図である。
【図９ｇ】本発明の実施の形態における「落下フェーズ」が始まった様子を示す図である。
【図９ｈ】本発明の実施の形態における図９ｇに対応するコントローラを真上から見た図である。
【図９ｉ】本発明の実施の形態におけるコントローラの固定強度が１０％で、コントローラが段差の方向に倒れる様子を示す図である。
【図９ｊ】本発明の実施の形態における図９ｉに対応するコントローラを真上から見た図である。
【図９ｋ】本発明の実施の形態における「衝突フェーズ」を示す図である。
【図９ｌ】本発明の実施の形態における図９ｋに対応するコントローラを真上から見た図である。
【図１０】本発明の実施の形態における入力デバイスの３つのフェーズからなるフローの一例を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施の形態に係るコントローラの構成の一例を示す構成図である。
【図１２】本発明の実施の形態における入力デバイスの応用について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施の形態に係るコントローラ、すなわちハプティック機能を持ち、かつ、発生させる力の位置（後述する）と固定強度を瞬時に変えられる機能を持つコントローラの一例を図１に示す。コントローラの形状は、図１ａに示すようなスティック状のものや、図１ｂに示すようなボタン形状のものが考えられる。少なくともＸ軸、Ｙ軸の２次元の移動が可能なものを考える。
【００１４】
図２ａから図２ｄを用いて、図１ａのスティック状のコントローラをどのように動かせるかについて説明する。図２ａはコントローラを斜め横から見た図であり、図２ｂはコントローラのＸ軸方向に力が及んでいる様子を示している。図２ｃはコントローラをＸ軸上で左右に最大限に動かした様子を示した図であり、図２ｄはコントローラを真上から見た図である。コントローラはＸ軸とＹ軸に沿って移動が可能とする。図２ｃ、図２ｄでは、コントローラの中心（ユーザが操作時にコントローラに触れる部分）が（ｘ、ｙ）＝（−１、０）、（ｘ、ｙ）＝（０、０）、（ｘ、ｙ）＝（０、１）の位置にある場合が示されている。
【００１５】
本発明の実施の形態では、任意の位置に任意の強度で力が発生し、コントローラが引き寄せられるという機能を持っているものを扱う。そのようなコントローラの構造の一例を図３ａから図３ｄに示す。図３ａ、図３ｃは、コントローラが固定強度７０％で（ｘ、ｙ）＝（０、０）の位置にある状態を示す。図３ｂ、図３ｄは、コントローラが固定強度１００％で（ｘ、ｙ）＝（０、０）の位置にある状態を示す。コントローラは、支柱の付け根の部分をばねで固定され、ばねの位置や長さを調整することでコントローラを移動させたり、固定強度を変化させたりすることができる。
【００１６】
ここで、固定強度とは、ある与えられた任意の位置にコントローラが留まろうとする力の強さのことである。固定強度７０％と固定強度１００％の違いは、（ｘ、ｙ）＝（０、０）の位置にあるコントローラを挟むばねの力が弱いか強いかの違いであり、固定強度を変化させることで弱く固定するか強く固定するかの設定を行うことができる。ここでは、固定強度の値を仮に０から１００％までの間を変化できるとしても一般性を失わない。固定強度が１００％に近いほど、あらかじめ指定された任意の位置にコントローラ（の中心）がかたくなに留まろうとする。固定強度が弱い（低い）とコントローラの操作が緩くなり、ユーザによって他の位置に移動させやすくなる。固定強度が０％の場合は、コントローラに対して全く力が働かなくなり、例えばスティック状の場合、コントローラそのものの重みや重力でコントローラが横に倒れてしまうような状態となる。
【００１７】
図４ａから図４ｄでは、（ｘ、ｙ）＝（−０．７、０）の位置にコントローラの中心（ユーザが操作時にコントローラに触れる部分）があり、図４ａ、図４ｃは固定強度が７０％、図４ｂ、図４ｄは固定強度が１００％の場合を示す。図４ｃ、図４ｄに示すように、コントローラの中心のｘ座標がｘ＝−０．７であることから、図４ａ、図４ｂに示すように、ばねが全体として右側に向く矢印方向に移動してコントローラが左側に倒れるように傾いていることがわかる。
【００１８】
図５ａから図５ｄには、図４ａから図４ｄの状態でコントローラの中心をユーザが（ｘ、ｙ）＝（０、０）の位置に移動させようとしている様子が示されている。 図５ａから図５ｄでは、本来あるべきコントローラの中心の位置（ｘ、ｙ）＝（−０．７、０）に戻ろうとする力Ｆが働くため、ユーザは手に力Ｆを感じる。当然、図５ａ、図５ｃに示されるような固定強度が７０％の場合に比べ、図５ｂ、図５ｄに示されるような固定強度１００％のほう（ばねが強くコントローラを挟んでいる場合のほう）が力Ｆを強く感じる。
【００１９】
本発明の実施の形態では、上述のような物理的仕組みを備えることで、力が働いて留まろうとするコントローラの中心の位置を瞬時に変えることができ、かつ、コントローラが設定された位置に留まろうとする力の強度そのものも瞬時に変えることができるコントローラであることを前提とする。上述のコントローラの位置設定をしたり固定強度を調整したりする構造は、上述のばね構造に限られず、例えばモータの回転により指定された位置へ移動したり、モータへの電流量調節により固定強度の調整をしたりする方法により実施できるものも含まれる。
【００２０】
上述のコントローラで、本発明の実施の形態における「落下」の表現を以下に述べる３つのフェーズ、すなわち「事前フェーズ」、「落下フェーズ」、「衝突フェーズ」を通して行う。まず、これらフェーズに関して図６を用いて説明する。図６に示すように、実空間や仮想空間内で高所から低所へ落ちる場合を想定する。図６には、段差の高所に位置する落下開始の地点に近づいていく「事前フェーズ」と、落下していく「落下フェーズ」と、落下後に地面（段差の低所に位置する地点）に衝突する「衝突フェーズ」とが示されている。
【００２１】
ユーザが段差になっている方向に操作対象物（例えば、仮想空間内でのユーザの立ち位置や操作対象となっている物など）を移動させようとすると、段差がある方向とは逆の方向に及ぶ力が加わり、ユーザが段差となっている方向へ進むには、その力を打ち消すようにユーザがコントローラに力を加えなければならないよう構成する。これにより、落下直前までは、落下する方向にコントローラにある一定以上の力を入れなければ段差から落ちない状態を作りだす。これを「事前フェーズ」と呼ぶ。なお、段差がある方向とは逆の方向に及ぶ力を加えるのは、例えば段差となっている地点（図６に示す落下開始の地点）から操作対象物までの距離が所定の値（所定の距離）より小さくなった場合が考えられるが、これに限られるものではない。
【００２２】
ここで、段差から落下し始めた瞬間に、それまでコントローラに働いていた逆向きの力を突然ほぼゼロにすることで、それを振り切ろうとコントローラに入れていたユーザの力が勢い余り、コントローラが「カクッ」と外れたか、折れて壊れたかのような感覚をユーザに与える。これにより「力が抜けて自由落下が始まった」という感覚（感触）をユーザに与える。落下の間は、それに同期して落下する様子の動画を不図示の表示手段（不図示であるが、例えばディスプレイなど）の画面に表示することで視覚的理解をユーザに深めさせる。落下中、コントローラは壊れて無抵抗に「カクカク」と自由に動く状態となり、「自由落下」により「無重力状態になった」という認識をユーザに与える。これを「落下フェーズ」と呼ぶ。
【００２３】
最後に、先ほどまで腑抜け状態（無抵抗に自由に動く状態）だった力の無いコントローラに力を突然発生させる、望ましくはユーザがそれまでコントローラを動かしていた方向と逆の方向に力を発生させることで、ユーザの手に「ガンッ」という衝撃が伝わり、ユーザは「地面に衝突した」という感覚（感触）を受けることができる。これを「衝突フェーズ」と呼ぶ。
【００２４】
次に、本発明の実施の形態において提案する３つのフェーズからなる「落下」の演出の詳細について、図７ａ、図７ｂ、図８ａ、図８ｂ、図９ａから図９ｌ、図１０を用いて以下に説明する。
【００２５】
図７ａ、図７ｂでは、ハプティック機能を有するコントローラの中心が留まろうとする位置（力の位置とも言う）とコントローラの固定強度について、図６に示される３つのフェーズごとに横軸を時間として示されている。図７ａのグラフは、横軸が時間、縦軸がコントローラの中心が留まろうとする位置（−１から１まで）であり、図７ｂのグラフは、横軸が時間、縦軸がコントローラの固定強度（０％から１００％まで）である。
【００２６】
「事前フェーズ」では、図７ａに示すようにコントローラの力の位置がＸ＝０であり、図７ｂに示すようにコントローラの固定強度は８０％であり、固定強度は異なるが図３ｂのような状態である。次に落下が始まった「落下フェーズ」では、図７ｂに示すように固定強度は突然０％になり、固定強度がないので図７ａに示すように力の位置の値は無効となる。ユーザは「事前フェーズ」で段差のある方向と逆向きの力を打ち消すように力を加えていたが、突然その逆向きの力が０になったので「カクッ」と折れたような、軽くなったような感覚（感触）を得る。これが落下の開始となる。高い段差からずっと落ち続けている間も固定強度は０％のため、コントローラは無力な「カクカク」の状態となる。これは自由落下、無重力状態を模倣するものである。最後の「衝突フェーズ」では、図７ａに示すようにコントローラの力の位置を元の位置であるＸ＝０に移動させ、図７ｂに示すように固定強度を８０％に突然戻す。
【００２７】
図８ａ、図８ｂは、図７ａ、図７ｂとほぼ同じであるが、「落下フェーズ」においては図８ｂに示すように固定強度が完全に０％ではなく、１０％にまで突然落とした場合を示す図である。そのため、図８ａに示すようにコントローラの力の位置をＸ＝−１として、「事前フェーズ」でユーザがコントローラを動かしていた方向に設定しておくことも可能である。図８ａ、図８ｂのような場合でも、固定強度が８０％から１０％に突然変わったので「カクッ」とコントローラが折れたような感覚をユーザに与えることは可能である。
【００２８】
図９ａから図９ｌは、上述の３つのフェーズを経るコントローラを横から見た場合と真上から見た場合とに分けてそれぞれ示している。図９ａ、図９ｂは、「事前フェーズ」においてコントローラがユーザによって触れられていない状態を示す。コントローラの固定強度は８０％で、力の位置は（ｘ、ｙ）＝(０、０)の位置に固定されている。図９ｃ、図９ｄは、「事前フェーズ」においてユーザがコントローラに力を加え、段差がある方向、すなわちＸ軸の正の方向に移動し始めた様子を示す。コントローラは、力の位置が(ｘ、ｙ)＝(０、０)で固定強度が８０％であるため、ユーザは、段差がある方向に操作対象物を進めるためには、コントローラが（ｘ、ｙ）＝（０、０）の位置に戻ろうとする力Ｆを打ち消して、それ以上の力ｆ手をＸ軸の正の方向に加えなければならない。
【００２９】
図９ｅ、図９ｆは、「事前フェーズ」においてユーザがさらにコントローラに力を加えて、あらかじめ決められた移動開始境界に達した様子を示す。移動開始境界にコントローラが達すると、図６に示された空間内で操作対象物は段差方向へ向かって移動し、その後落下が始まる。図９ｇ、図９ｈは、「落下フェーズ」が始まった様子を示す。図９ｇは固定強度が突然０％になったので「カクッ」とコントローラが倒れる様子を示す。図９ｉ、図９ｊは、図９ｇ、図９ｈと同じだが、固定強度が０％でなく１０％になった場合を示す。図９ｇ、図９ｈは、図７ｂで示したように「落下フェーズ」で固定強度が０％になる場合を示し、図９ｉ、図９ｊは、図８ｂで示したように固定強度が１０％で、コントローラが段差がある方向に倒れる様子を示したものである。図９ｋ、図９ｌは「衝突フェーズ」を示す。固定強度が８０％に突然戻り、力の位置が（ｘ、ｙ）＝（０、０）に戻ったため、突然コントローラがもとに戻ったような力をユーザは受ける。
【００３０】
上記３つのフェーズを含むフローチャートの一例を図１０に示す。ステップＳ１００１からステップＳ１００３は「事前フェーズ」についてのフローである。ステップＳ１００４からステップＳ１００８は「落下フェーズ」についてのフローである。ステップＳ１００９は「衝突フェーズ」のステップである。ステップＳ１００１において、まず初期状態（事前状態）として、コントローラの力の位置及び固定強度を（ｘ、ｙ）＝（０、０）、８０％とする。
【００３１】
ステップＳ１００２においては、ユーザがコントローラに力を加え、コントローラから発せられた力を打ち消してコントローラを動かした場合、動いた量があらかじめ決められた移動開始境界よりも大きい（移動開始境界を越えた）場合、操作対象物の移動が始まる。ステップＳ１００３においては、移動する方向が段差方向になっている場合にはその後落下が始まる。「落下フェーズ」に入ると、ステップＳ１００４において、コントローラの固定強度を０％や１０％などに一気に減らす。固定強度が０％でない場合は、その力の方向を示さなければならないので、ステップＳ１００３においてユーザがコントローラを動かそうとした方向に力を発生させる。
【００３２】
ステップＳ１００５においては、地面に衝突したか否かを判定するために落下カウントＣの初期設定を行う。ステップＳ１００６においては落下カウントＣに１を加える。ここで、１カウントあたりの落下距離をΔＬとし、図６に示す段差の高低差をΔＬ×落下カウントＣｍａｘとした場合、ステップＳ１００７においては、落下する様子（ΔＬ分だけ落下した様子）を不図示の表示手段の表示画面に表示してユーザに落下の視覚的効果を示す。ステップＳ１００８においては、落下カウントＣが落下カウントＣｍａｘ（落下終了を判定するための値）に達したら落下を終了する。達してない場合は、ステップＳ１００６に戻り、さらに落下のカウントと描画を行う。この落下の最中は、コントローラの固定強度は０％や１０％などなので、無反応状態、いわゆる突然の無重力状態となっている。ステップＳ１００９においては、地面に衝突した際は、コントローラの固定強度を一気に元の値の８０％に戻し、コントローラの力の位置を（ｘ、ｙ）＝（０、０）にすることでユーザの手に衝撃が伝わる。
【００３３】
以上の３つのフェーズを経て、本発明の実施の形態では、縦横の２次元の自由度しかないコントローラでも落下という感覚（感触）を、固定強度の値の突然の変化という演出を組み合わせて行う。仮に、特殊なコントローラで高さも移動できるコントローラにおいても本発明の実施の形態の固定強度を突然変える演出の併用は可能である。高所から低所へ落ちるという表現は、実空間や仮想空間でハプティックデバイスを用いて表現可能である。
【００３４】
ここで、本発明の実施の形態に係るコントローラ（入力デバイス）の構成の一例について図１１を用いて説明する。図１１に示すように、受付部１１１は、ユーザによる移動操作のための入力を受け付けるものである。解析部１１２は、受け付けられたユーザからの入力に基づいて移動操作の内容を解析するものである。具体的には、どの方向で、どの程度の移動かを解析する。移動制御部１１３は、解析された移動操作に基づいて操作対象物を仮想空間又は実空間上で移動させるものである。判断部１１４は、移動制御部１１３により移動させられる操作対象物が仮想空間又は実空間上に存在する高低差のある段差に近づき、段差がある地点から操作対象物までの距離が所定の値より小さくなったか否かを判断するものである。ここで、所定の値とは、操作対象物が段差に近づきつつあることをユーザに知らせ始めるのに適切と考えられる距離（例えば、力を加えたユーザが疲れる前に操作対象物が落下を開始するような距離など）の値を言う。
【００３５】
制御部１１５は、段差がある地点から操作対象物までの距離が所定の値より小さくなったと判断され、かつ段差がある方向へ操作対象物が移動操作される場合、段差からの落下が開始されるまでの間、操作対象物の移動操作の方向とは略逆方向にコントローラ１１０を戻そうとする反発力を生じさせ（事前フェーズ）、落下が開始され終了するまでの間は反発力を解放又は低減させ（落下フェーズ）、落下が終了した場合にコントローラ１１０に反発力を生じさせる（衝突フェーズ）ものである。表示制御部１１６は、操作対象物の落下中の様子を表示手段（不図示）に表示させるための処理を行うものである。
【００３６】
図１２に示すように、本発明の実施の形態における仮想空間では、地理的な高低からなる空間だけでなく、概念の空間でも応用が可能である。例えば、パソコンや音楽の曲ファイルを探す際に、それらを格納するフォルダ階層構造において、上のフォルダからなる階層から下のフォルダからなる階層へ移動する際に「落ちる」という演出を伴わせることで、ユーザは「カクッ」と一瞬軽くなる感覚（感触）を受けて、下の階層に移動したことを感じることができる。それは、単に引っ張られるという感覚（感触）とは異なるものである。それによりフォルダの構造を空間的配置と連動させ、理解させやすくすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明に係る入力デバイス及び入力デバイスによる報知方法は、落下するという感覚をより現実的にユーザに感じられるようにすることができるため、所定の操作が行われた場合にユーザに反発力を伝達する入力デバイス及び入力デバイスによる報知方法などに有用である。
【符号の説明】
【００３８】
１１０ コントローラ（入力デバイス）
１１１ 受付部（受付手段）
１１２ 解析部（解析手段）
１１３ 移動制御部（移動制御手段）
１１４ 判断部（判断手段）
１１５ 制御部（制御手段）
１１６ 表示制御部（表示制御手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の操作がユーザによって行われた場合にユーザに反発力を伝達する入力デバイス及び入力デバイスによる報知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の入力デバイス（例えば、ハプティックデバイスなど）は、任意の方向に任意の強度を持った力を発生させることでユーザに振動を与えることができる（下記の非特許文献１を参照）。ユーザは、操作する入力デバイス（以下、コントローラとも言う）から発せられる力を手に感じることで、触覚を通して実空間や仮想空間内にある物体への衝突や接触（物理的様子）を知ることができる。すなわち、コントローラを操作することで空間内を移動し、壁に衝突すればその衝撃がコントローラを通してユーザの手に伝わるというものである。
【０００３】
実空間や仮想空間内を、ハプティック機能を持ったコントローラで移動操作する際、動きの自由度が平面方向（縦横方向）だけでなく垂直方向（高さ方向）での移動（３次元移動）が可能の場合には、空間内を移動して「落下」する、すなわち高所から低所に落ちるという状況が存在する。この場合、コントローラを使い、触覚を通して落下したかのような感覚をユーザに与える必要がある。それを実現するために、２次元で移動するコントローラで落下するという感覚を擬似的に表現する場合、落下する方向に近い方向に力を突然発生させてコントローラを自動で引っ張ることで、あたかもその方向に落下したような感覚をユーザの手に与えることができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Microsoft Sidewinder Force feedback Pro2http://www.microsoft.com/japan/hardware/sw/fo_feedback_2.aspx
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、実際は、落ちるという感覚は引っ張られるというものとは異なる。また、本当に２次元平面のある方向に引っ張られる表現をしたい場合、「引っ張られた」のか「落下した」のかユーザは区別することができなくなる。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑み、落下するという感覚をより現実的にユーザに感じられるようにすることができる入力デバイスを提供することを目的とする。具体的には、「落下」という現象を「引っ張られる」というものではなく、自由落下により「及んでいた力が解き放たれ、無重力状態になる」という感覚を持って「落下」状態をユーザに表現することができる入力デバイス及び入力デバイスによる報知方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明によれば、表示手段に表示された仮想空間又は実空間上に存在する、ユーザの操作対象となる操作対象物を前記ユーザの操作により、前記空間内の段差の高い部分から低い部分へ落下させるための操作を含む移動操作を行うための入力デバイスであって、前記ユーザによる移動操作のための入力を受け付ける受付手段と、受け付けられた前記入力に基づいて前記移動操作の内容を解析する解析手段と、解析された前記移動操作に基づいて前記操作対象物を前記仮想空間又は前記実空間上で移動させる移動制御手段と、前記移動制御手段により移動させられる前記操作対象物が前記段差に近づき、前記段差となっている地点から前記操作対象物までの距離が所定の値より小さくなったか否かを判断する判断手段と、前記段差となっている地点から前記操作対象物までの距離が前記所定の値より小さくなったと判断され、かつ前記段差となっている方向へ前記操作対象物が移動操作される場合の前記操作対象物の位置と、前記段差となっている地点からの前記操作対象物の落下が開始される地点の間では、前記操作対象物の移動操作の方向とは略逆方向に前記入力デバイスを戻そうとする反発力を生じさせ、前記落下が開始された地点と終了する地点の間では前記反発力を解放又は低減させ、前記落下が終了した場合に前記入力デバイスに前記反発力を生じさせる制御手段とを備える入力デバイスが提供される。この構成により、落下するという感覚をより現実的にユーザに感じられるようにすることができる。ここで、操作対象物とは、例えば仮想空間又は実空間上で操作の対象となる物やその物の位置を示すカーソルなどを言う。
【０００８】
また、本発明の入力デバイスにおいて、前記操作対象物の落下中の様子を前記表示手段に表示させるための処理を行う表示処理手段を更に備えることは、本発明の好ましい態様である。この構成により、ユーザは落下の様子（状況）をより的確に把握することができる。
【０００９】
また、本発明によれば、表示手段に表示された仮想空間又は実空間上に存在する、ユーザの操作対象となる操作対象物を前記ユーザの操作により、前記空間内の段差の高い部分から低い部分へ落下させるための操作を含む移動操作を行うための入力デバイスによる報知方法であって、前記ユーザによる移動操作のための入力を受け付ける受付ステップと、受け付けられた前記入力に基づいて前記移動操作の内容を解析する解析ステップと、解析された前記移動操作に基づいて前記操作対象物を前記仮想空間又は前記実空間上で移動させる移動制御ステップと、前記移動制御手段により移動させられる前記操作対象物が前記段差に近づき、前記段差となっている地点から前記操作対象物までの距離が所定の値より小さくなったか否かを判断する判断ステップと、前記段差となっている地点から前記操作対象物までの距離が前記所定の値より小さくなったと判断され、かつ前記段差となっている方向へ前記操作対象物が移動操作される場合の前記操作対象物の位置と、前記段差となっている地点からの前記操作対象物の落下が開始される地点の間では、前記操作対象物の移動操作の方向とは略逆方向に前記入力デバイスを戻そうとする反発力を生じさせ、前記落下が開始された地点と終了する地点の間では前記反発力を解放又は低減させ、前記落下が終了した場合に前記入力デバイスに前記反発力を生じさせる制御ステップとを有する報知方法が提供される。この構成により、落下するという感覚をより現実的にユーザに感じられるようにすることができる。
【００１０】
また、本発明の入力デバイスによる報知方法において、前記操作対象物の落下中の様子を前記表示手段に表示させるための処理を行う表示処理ステップを更に有することは、本発明の好ましい態様である。この構成により、ユーザは落下の様子（状況）をより的確に把握することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の入力デバイス及び入力デバイスによる報知方法は、上記構成を有し、落下するという感覚をより現実的にユーザに感じられるようにすることができる。具体的には、「落下」という現象を「引っ張られる」というものではなく、自由落下により「及んでいた力が解き放たれ、無重力状態になる」という感覚を持って「落下」状態をユーザに表現することができる。また、本発明の入力デバイス及び入力デバイスによる報知方法により、本来、２次元の方向にしか動かないコントローラであっても「落下」を「自由落下」という演出とすることで、仮想空間内で高さの移動という新しい軸での移動の感覚をユーザに与えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１ａ】本発明の実施の形態におけるスティック状のコントローラを示す図である。
【図１ｂ】本発明の実施の形態におけるボタン形状のコントローラを示す図である。
【図２ａ】本発明の実施の形態におけるコントローラを斜め横から見た図である。
【図２ｂ】本発明の実施の形態におけるコントローラのＸ軸方向に力が及んでいる様子を示す図である。
【図２ｃ】本発明の実施の形態におけるコントローラをＸ軸上で左右に最大限に動かした様子を示す図である。
【図２ｄ】本発明の実施の形態におけるコントローラを真上から見た図である。
【図３ａ】本発明の実施の形態におけるコントローラが固定強度７０％で（ｘ、ｙ）＝（０、０）の位置にある状態を示す図である。
【図３ｂ】本発明の実施の形態におけるコントローラが固定強度１００％で（ｘ、ｙ）＝（０、０）の位置にある状態を示す図である。
【図３ｃ】本発明の実施の形態におけるコントローラが固定強度７０％で（ｘ、ｙ）＝（０、０）の位置にある状態を座標上で示す図である。
【図３ｄ】本発明の実施の形態におけるコントローラが固定強度１００％で（ｘ、ｙ）＝（０、０）の位置にある状態を座標上で示す図である。
【図４ａ】本発明の実施の形態におけるコントローラが固定強度７０％で（ｘ、ｙ）＝（−０．７、０）の位置にある状態を示す図である。
【図４ｂ】本発明の実施の形態におけるコントローラが固定強度１００％で（ｘ、ｙ）＝（−０．７、０）の位置にある状態を示す図である。
【図４ｃ】本発明の実施の形態におけるコントローラが固定強度７０％で（ｘ、ｙ）＝（−０．７、０）の位置にある状態を座標上で示す図である。
【図４ｄ】本発明の実施の形態におけるコントローラが固定強度１００％で（ｘ、ｙ）＝（−０．７、０）の位置にある状態を座標上で示す図である。
【図５ａ】本発明の実施の形態における図４ａに示すコントローラをユーザが（ｘ、ｙ）＝（０、０）の位置に移動させようとしている様子を示す図である。
【図５ｂ】本発明の実施の形態における図４ｂに示すコントローラをユーザが（ｘ、ｙ）＝（０、０）の位置に移動させようとしている様子を示す図である。
【図５ｃ】本発明の実施の形態における図４ａに示すコントローラをユーザが（ｘ、ｙ）＝（０、０）の位置に移動させようとしている様子を座標上で示す図である。
【図５ｄ】本発明の実施の形態における図４ｂに示すコントローラをユーザが（ｘ、ｙ）＝（０、０）の位置に移動させようとしている様子を座標上で示す図である。
【図６】本発明の実施の形態における３つのフェーズについて説明するための図である。
【図７ａ】本発明の実施の形態におけるハプティック機能を有するコントローラが発生させる力の位置のグラフを示す図である。
【図７ｂ】本発明の実施の形態におけるハプティック機能を有するコントローラの固定強度のグラフを示す図である。
【図８ａ】本発明の実施の形態における図７ａの「落下フェーズ」における固定強度を１０％にした際の力の位置のグラフを示す図である。
【図８ｂ】本発明の実施の形態における図７ｂの「落下フェーズ」における固定強度を１０％にした際の固定強度のグラフを示す図である。
【図９ａ】本発明の実施の形態における「事前フェーズ」においてコントローラがユーザによって触れられていない状態を示す図である。
【図９ｂ】本発明の実施の形態における図９ａに対応するコントローラを真上から見た図である。
【図９ｃ】本発明の実施の形態における「事前フェーズ」においてユーザがコントローラに力を加え、段差の方向に移動し始めた様子を示す図である。
【図９ｄ】本発明の実施の形態における図９ｃに対応するコントローラを真上から見た図である。
【図９ｅ】本発明の実施の形態における「事前フェーズ」においてユーザがさらにコントローラに力を加えて動かし、あらかじめ決められた移動開始境界に達した様子を示す図である。
【図９ｆ】本発明の実施の形態における図９ｅに対応するコントローラを真上から見た図である。
【図９ｇ】本発明の実施の形態における「落下フェーズ」が始まった様子を示す図である。
【図９ｈ】本発明の実施の形態における図９ｇに対応するコントローラを真上から見た図である。
【図９ｉ】本発明の実施の形態におけるコントローラの固定強度が１０％で、コントローラが段差の方向に倒れる様子を示す図である。
【図９ｊ】本発明の実施の形態における図９ｉに対応するコントローラを真上から見た図である。
【図９ｋ】本発明の実施の形態における「衝突フェーズ」を示す図である。
【図９ｌ】本発明の実施の形態における図９ｋに対応するコントローラを真上から見た図である。
【図１０】本発明の実施の形態における入力デバイスの３つのフェーズからなるフローの一例を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施の形態に係るコントローラの構成の一例を示す構成図である。
【図１２】本発明の実施の形態における入力デバイスの応用について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施の形態に係るコントローラ、すなわちハプティック機能を持ち、かつ、発生させる力の位置（後述する）と固定強度を瞬時に変えられる機能を持つコントローラの一例を図１に示す。コントローラの形状は、図１ａに示すようなスティック状のものや、図１ｂに示すようなボタン形状のものが考えられる。少なくともＸ軸、Ｙ軸の２次元の移動が可能なものを考える。
【００１４】
図２ａから図２ｄを用いて、図１ａのスティック状のコントローラをどのように動かせるかについて説明する。図２ａはコントローラを斜め横から見た図であり、図２ｂはコントローラのＸ軸方向に力が及んでいる様子を示している。図２ｃはコントローラをＸ軸上で左右に最大限に動かした様子を示した図であり、図２ｄはコントローラを真上から見た図である。コントローラはＸ軸とＹ軸に沿って移動が可能とする。図２ｃ、図２ｄでは、コントローラの中心（ユーザが操作時にコントローラに触れる部分）が（ｘ、ｙ）＝（−１、０）、（ｘ、ｙ）＝（０、０）、（ｘ、ｙ）＝（０、１）の位置にある場合が示されている。
【００１５】
本発明の実施の形態では、任意の位置に任意の強度で力が発生し、コントローラが引き寄せられるという機能を持っているものを扱う。そのようなコントローラの構造の一例を図３ａから図３ｄに示す。図３ａ、図３ｃは、コントローラが固定強度７０％で（ｘ、ｙ）＝（０、０）の位置にある状態を示す。図３ｂ、図３ｄは、コントローラが固定強度１００％で（ｘ、ｙ）＝（０、０）の位置にある状態を示す。コントローラは、支柱の付け根の部分をばねで固定され、ばねの位置や長さを調整することでコントローラを移動させたり、固定強度を変化させたりすることができる。
【００１６】
ここで、固定強度とは、ある与えられた任意の位置にコントローラが留まろうとする力の強さのことである。固定強度７０％と固定強度１００％の違いは、（ｘ、ｙ）＝（０、０）の位置にあるコントローラを挟むばねの力が弱いか強いかの違いであり、固定強度を変化させることで弱く固定するか強く固定するかの設定を行うことができる。ここでは、固定強度の値を仮に０から１００％までの間を変化できるとしても一般性を失わない。固定強度が１００％に近いほど、あらかじめ指定された任意の位置にコントローラ（の中心）がかたくなに留まろうとする。固定強度が弱い（低い）とコントローラの操作が緩くなり、ユーザによって他の位置に移動させやすくなる。固定強度が０％の場合は、コントローラに対して全く力が働かなくなり、例えばスティック状の場合、コントローラそのものの重みや重力でコントローラが横に倒れてしまうような状態となる。
【００１７】
図４ａから図４ｄでは、（ｘ、ｙ）＝（−０．７、０）の位置にコントローラの中心（ユーザが操作時にコントローラに触れる部分）があり、図４ａ、図４ｃは固定強度が７０％、図４ｂ、図４ｄは固定強度が１００％の場合を示す。図４ｃ、図４ｄに示すように、コントローラの中心のｘ座標がｘ＝−０．７であることから、図４ａ、図４ｂに示すように、ばねが全体として右側に向く矢印方向に移動してコントローラが左側に倒れるように傾いていることがわかる。
【００１８】
図５ａから図５ｄには、図４ａから図４ｄの状態でコントローラの中心をユーザが（ｘ、ｙ）＝（０、０）の位置に移動させようとしている様子が示されている。 図５ａから図５ｄでは、本来あるべきコントローラの中心の位置（ｘ、ｙ）＝（−０．７、０）に戻ろうとする力Ｆが働くため、ユーザは手に力Ｆを感じる。当然、図５ａ、図５ｃに示されるような固定強度が７０％の場合に比べ、図５ｂ、図５ｄに示されるような固定強度１００％のほう（ばねが強くコントローラを挟んでいる場合のほう）が力Ｆを強く感じる。
【００１９】
本発明の実施の形態では、上述のような物理的仕組みを備えることで、力が働いて留まろうとするコントローラの中心の位置を瞬時に変えることができ、かつ、コントローラが設定された位置に留まろうとする力の強度そのものも瞬時に変えることができるコントローラであることを前提とする。上述のコントローラの位置設定をしたり固定強度を調整したりする構造は、上述のばね構造に限られず、例えばモータの回転により指定された位置へ移動したり、モータへの電流量調節により固定強度の調整をしたりする方法により実施できるものも含まれる。
【００２０】
上述のコントローラで、本発明の実施の形態における「落下」の表現を以下に述べる３つのフェーズ、すなわち「事前フェーズ」、「落下フェーズ」、「衝突フェーズ」を通して行う。まず、これらフェーズに関して図６を用いて説明する。図６に示すように、実空間や仮想空間内で高所から低所へ落ちる場合を想定する。図６には、段差の高所に位置する落下開始の地点に近づいていく「事前フェーズ」と、落下していく「落下フェーズ」と、落下後に地面（段差の低所に位置する地点）に衝突する「衝突フェーズ」とが示されている。
【００２１】
ユーザが段差になっている方向に操作対象物（例えば、仮想空間内でのユーザの立ち位置や操作対象となっている物など）を移動させようとすると、段差がある方向とは逆の方向に及ぶ力が加わり、ユーザが段差となっている方向へ進むには、その力を打ち消すようにユーザがコントローラに力を加えなければならないよう構成する。これにより、落下直前までは、落下する方向にコントローラにある一定以上の力を入れなければ段差から落ちない状態を作りだす。これを「事前フェーズ」と呼ぶ。なお、段差がある方向とは逆の方向に及ぶ力を加えるのは、例えば段差となっている地点（図６に示す落下開始の地点）から操作対象物までの距離が所定の値（所定の距離）より小さくなった場合が考えられるが、これに限られるものではない。
【００２２】
ここで、段差から落下し始めた瞬間に、それまでコントローラに働いていた逆向きの力を突然ほぼゼロにすることで、それを振り切ろうとコントローラに入れていたユーザの力が勢い余り、コントローラが「カクッ」と外れたか、折れて壊れたかのような感覚をユーザに与える。これにより「力が抜けて自由落下が始まった」という感覚（感触）をユーザに与える。落下の間は、それに同期して落下する様子の動画を不図示の表示手段（不図示であるが、例えばディスプレイなど）の画面に表示することで視覚的理解をユーザに深めさせる。落下中、コントローラは壊れて無抵抗に「カクカク」と自由に動く状態となり、「自由落下」により「無重力状態になった」という認識をユーザに与える。これを「落下フェーズ」と呼ぶ。
【００２３】
最後に、先ほどまで腑抜け状態（無抵抗に自由に動く状態）だった力の無いコントローラに力を突然発生させる、望ましくはユーザがそれまでコントローラを動かしていた方向と逆の方向に力を発生させることで、ユーザの手に「ガンッ」という衝撃が伝わり、ユーザは「地面に衝突した」という感覚（感触）を受けることができる。これを「衝突フェーズ」と呼ぶ。
【００２４】
次に、本発明の実施の形態において提案する３つのフェーズからなる「落下」の演出の詳細について、図７ａ、図７ｂ、図８ａ、図８ｂ、図９ａから図９ｌ、図１０を用いて以下に説明する。
【００２５】
図７ａ、図７ｂでは、ハプティック機能を有するコントローラの中心が留まろうとする位置（力の位置とも言う）とコントローラの固定強度について、図６に示される３つのフェーズごとに横軸を時間として示されている。図７ａのグラフは、横軸が時間、縦軸がコントローラの中心が留まろうとする位置（−１から１まで）であり、図７ｂのグラフは、横軸が時間、縦軸がコントローラの固定強度（０％から１００％まで）である。
【００２６】
「事前フェーズ」では、図７ａに示すようにコントローラの力の位置がＸ＝０であり、図７ｂに示すようにコントローラの固定強度は８０％であり、固定強度は異なるが図３ｂのような状態である。次に落下が始まった「落下フェーズ」では、図７ｂに示すように固定強度は突然０％になり、固定強度がないので図７ａに示すように力の位置の値は無効となる。ユーザは「事前フェーズ」で段差のある方向と逆向きの力を打ち消すように力を加えていたが、突然その逆向きの力が０になったので「カクッ」と折れたような、軽くなったような感覚（感触）を得る。これが落下の開始となる。高い段差からずっと落ち続けている間も固定強度は０％のため、コントローラは無力な「カクカク」の状態となる。これは自由落下、無重力状態を模倣するものである。最後の「衝突フェーズ」では、図７ａに示すようにコントローラの力の位置を元の位置であるＸ＝０に移動させ、図７ｂに示すように固定強度を８０％に突然戻す。
【００２７】
図８ａ、図８ｂは、図７ａ、図７ｂとほぼ同じであるが、「落下フェーズ」においては図８ｂに示すように固定強度が完全に０％ではなく、１０％にまで突然落とした場合を示す図である。そのため、図８ａに示すようにコントローラの力の位置をＸ＝−１として、「事前フェーズ」でユーザがコントローラを動かしていた方向に設定しておくことも可能である。図８ａ、図８ｂのような場合でも、固定強度が８０％から１０％に突然変わったので「カクッ」とコントローラが折れたような感覚をユーザに与えることは可能である。
【００２８】
図９ａから図９ｌは、上述の３つのフェーズを経るコントローラを横から見た場合と真上から見た場合とに分けてそれぞれ示している。図９ａ、図９ｂは、「事前フェーズ」においてコントローラがユーザによって触れられていない状態を示す。コントローラの固定強度は８０％で、力の位置は（ｘ、ｙ）＝(０、０)の位置に固定されている。図９ｃ、図９ｄは、「事前フェーズ」においてユーザがコントローラに力を加え、段差がある方向、すなわちＸ軸の正の方向に移動し始めた様子を示す。コントローラは、力の位置が(ｘ、ｙ)＝(０、０)で固定強度が８０％であるため、ユーザは、段差がある方向に操作対象物を進めるためには、コントローラが（ｘ、ｙ）＝（０、０）の位置に戻ろうとする力Ｆを打ち消して、それ以上の力ｆ手をＸ軸の正の方向に加えなければならない。
【００２９】
図９ｅ、図９ｆは、「事前フェーズ」においてユーザがさらにコントローラに力を加えて、あらかじめ決められた移動開始境界に達した様子を示す。移動開始境界にコントローラが達すると、図６に示された空間内で操作対象物は段差方向へ向かって移動し、その後落下が始まる。図９ｇ、図９ｈは、「落下フェーズ」が始まった様子を示す。図９ｇは固定強度が突然０％になったので「カクッ」とコントローラが倒れる様子を示す。図９ｉ、図９ｊは、図９ｇ、図９ｈと同じだが、固定強度が０％でなく１０％になった場合を示す。図９ｇ、図９ｈは、図７ｂで示したように「落下フェーズ」で固定強度が０％になる場合を示し、図９ｉ、図９ｊは、図８ｂで示したように固定強度が１０％で、コントローラが段差がある方向に倒れる様子を示したものである。図９ｋ、図９ｌは「衝突フェーズ」を示す。固定強度が８０％に突然戻り、力の位置が（ｘ、ｙ）＝（０、０）に戻ったため、突然コントローラがもとに戻ったような力をユーザは受ける。
【００３０】
上記３つのフェーズを含むフローチャートの一例を図１０に示す。ステップＳ１００１からステップＳ１００３は「事前フェーズ」についてのフローである。ステップＳ１００４からステップＳ１００８は「落下フェーズ」についてのフローである。ステップＳ１００９は「衝突フェーズ」のステップである。ステップＳ１００１において、まず初期状態（事前状態）として、コントローラの力の位置及び固定強度を（ｘ、ｙ）＝（０、０）、８０％とする。
【００３１】
ステップＳ１００２においては、ユーザがコントローラに力を加え、コントローラから発せられた力を打ち消してコントローラを動かした場合、動いた量があらかじめ決められた移動開始境界よりも大きい（移動開始境界を越えた）場合、操作対象物の移動が始まる。ステップＳ１００３においては、移動する方向が段差方向になっている場合にはその後落下が始まる。「落下フェーズ」に入ると、ステップＳ１００４において、コントローラの固定強度を０％や１０％などに一気に減らす。固定強度が０％でない場合は、その力の方向を示さなければならないので、ステップＳ１００３においてユーザがコントローラを動かそうとした方向に力を発生させる。
【００３２】
ステップＳ１００５においては、地面に衝突したか否かを判定するために落下カウントＣの初期設定を行う。ステップＳ１００６においては落下カウントＣに１を加える。ここで、１カウントあたりの落下距離をΔＬとし、図６に示す段差の高低差をΔＬ×落下カウントＣｍａｘとした場合、ステップＳ１００７においては、落下する様子（ΔＬ分だけ落下した様子）を不図示の表示手段の表示画面に表示してユーザに落下の視覚的効果を示す。ステップＳ１００８においては、落下カウントＣが落下カウントＣｍａｘ（落下終了を判定するための値）に達したら落下を終了する。達してない場合は、ステップＳ１００６に戻り、さらに落下のカウントと描画を行う。この落下の最中は、コントローラの固定強度は０％や１０％などなので、無反応状態、いわゆる突然の無重力状態となっている。ステップＳ１００９においては、地面に衝突した際は、コントローラの固定強度を一気に元の値の８０％に戻し、コントローラの力の位置を（ｘ、ｙ）＝（０、０）にすることでユーザの手に衝撃が伝わる。
【００３３】
以上の３つのフェーズを経て、本発明の実施の形態では、縦横の２次元の自由度しかないコントローラでも落下という感覚（感触）を、固定強度の値の突然の変化という演出を組み合わせて行う。仮に、特殊なコントローラで高さも移動できるコントローラにおいても本発明の実施の形態の固定強度を突然変える演出の併用は可能である。高所から低所へ落ちるという表現は、実空間や仮想空間でハプティックデバイスを用いて表現可能である。
【００３４】
ここで、本発明の実施の形態に係るコントローラ（入力デバイス）の構成の一例について図１１を用いて説明する。図１１に示すように、受付部１１１は、ユーザによる移動操作のための入力を受け付けるものである。解析部１１２は、受け付けられたユーザからの入力に基づいて移動操作の内容を解析するものである。具体的には、どの方向で、どの程度の移動かを解析する。移動制御部１１３は、解析された移動操作に基づいて操作対象物を仮想空間又は実空間上で移動させるものである。判断部１１４は、移動制御部１１３により移動させられる操作対象物が仮想空間又は実空間上に存在する高低差のある段差に近づき、段差がある地点から操作対象物までの距離が所定の値より小さくなったか否かを判断するものである。ここで、所定の値とは、操作対象物が段差に近づきつつあることをユーザに知らせ始めるのに適切と考えられる距離（例えば、力を加えたユーザが疲れる前に操作対象物が落下を開始するような距離など）の値を言う。
【００３５】
制御部１１５は、段差がある地点から操作対象物までの距離が所定の値より小さくなったと判断され、かつ段差がある方向へ操作対象物が移動操作される場合、段差からの落下が開始されるまでの間、操作対象物の移動操作の方向とは略逆方向にコントローラ１１０を戻そうとする反発力を生じさせ（事前フェーズ）、落下が開始され終了するまでの間は反発力を解放又は低減させ（落下フェーズ）、落下が終了した場合にコントローラ１１０に反発力を生じさせる（衝突フェーズ）ものである。表示制御部１１６は、操作対象物の落下中の様子を表示手段（不図示）に表示させるための処理を行うものである。
【００３６】
図１２に示すように、本発明の実施の形態における仮想空間では、地理的な高低からなる空間だけでなく、概念の空間でも応用が可能である。例えば、パソコンや音楽の曲ファイルを探す際に、それらを格納するフォルダ階層構造において、上のフォルダからなる階層から下のフォルダからなる階層へ移動する際に「落ちる」という演出を伴わせることで、ユーザは「カクッ」と一瞬軽くなる感覚（感触）を受けて、下の階層に移動したことを感じることができる。それは、単に引っ張られるという感覚（感触）とは異なるものである。それによりフォルダの構造を空間的配置と連動させ、理解させやすくすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明に係る入力デバイス及び入力デバイスによる報知方法は、落下するという感覚をより現実的にユーザに感じられるようにすることができるため、所定の操作が行われた場合にユーザに反発力を伝達する入力デバイス及び入力デバイスによる報知方法などに有用である。
【符号の説明】
【００３８】
１１０ コントローラ（入力デバイス）
１１１ 受付部（受付手段）
１１２ 解析部（解析手段）
１１３ 移動制御部（移動制御手段）
１１４ 判断部（判断手段）
１１５ 制御部（制御手段）
１１６ 表示制御部（表示制御手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示手段に表示された仮想空間又は実空間上に存在する、ユーザの操作対象となる操作対象物を前記ユーザの操作により、前記空間内の段差の高い部分から低い部分へ落下させるための操作を含む移動操作を行うための入力デバイスであって、
前記ユーザによる移動操作のための入力を受け付ける受付手段と、
受け付けられた前記入力に基づいて前記移動操作の内容を解析する解析手段と、
解析された前記移動操作に基づいて前記操作対象物を前記仮想空間又は前記実空間上で移動させる移動制御手段と、
前記移動制御手段により移動させられる前記操作対象物が前記段差に近づき、前記段差となっている地点から前記操作対象物までの距離が所定の値より小さくなったか否かを判断する判断手段と、
前記段差となっている地点から前記操作対象物までの距離が前記所定の値より小さくなったと判断され、かつ前記段差となっている方向へ前記操作対象物が移動操作される場合の前記操作対象物の位置と、前記段差となっている地点からの前記操作対象物の落下が開始される地点の間では、前記操作対象物の移動操作の方向とは略逆方向に前記入力デバイスを戻そうとする反発力を生じさせ、前記落下が開始された地点と終了する地点の間では前記反発力を解放又は低減させ、前記落下が終了した場合に前記入力デバイスに前記反発力を生じさせる制御手段とを、
備える入力デバイス。
【請求項２】
前記操作対象物の落下中の様子を前記表示手段に表示させるための処理を行う表示処理手段を更に備える請求項１に記載の入力デバイス。
【請求項３】
表示手段に表示された仮想空間又は実空間上に存在する、ユーザの操作対象となる操作対象物を前記ユーザの操作により、前記空間内の段差の高い部分から低い部分へ落下させるための操作を含む移動操作を行うための入力デバイスによる報知方法であって、
前記ユーザによる移動操作のための入力を受け付ける受付ステップと、
受け付けられた前記入力に基づいて前記移動操作の内容を解析する解析ステップと、
解析された前記移動操作に基づいて前記操作対象物を前記仮想空間又は前記実空間上で移動させる移動制御ステップと、
前記移動制御手段により移動させられる前記操作対象物が前記段差に近づき、前記段差となっている地点から前記操作対象物までの距離が所定の値より小さくなったか否かを判断する判断ステップと、
前記段差となっている地点から前記操作対象物までの距離が前記所定の値より小さくなったと判断され、かつ前記段差となっている方向へ前記操作対象物が移動操作される場合の前記操作対象物の位置と、前記段差となっている地点からの前記操作対象物の落下が開始される地点の間では、前記操作対象物の移動操作の方向とは略逆方向に前記入力デバイスを戻そうとする反発力を生じさせ、前記落下が開始された地点と終了する地点の間では前記反発力を解放又は低減させ、前記落下が終了した場合に前記入力デバイスに前記反発力を生じさせる制御ステップとを、
有する報知方法。
【請求項４】
前記操作対象物の落下中の様子を前記表示手段に表示させるための処理を行う表示処理ステップを更に有する請求項３に記載の報知方法。
【請求項１】
表示手段に表示された仮想空間又は実空間上に存在する、ユーザの操作対象となる操作対象物を前記ユーザの操作により、前記空間内の段差の高い部分から低い部分へ落下させるための操作を含む移動操作を行うための入力デバイスであって、
前記ユーザによる移動操作のための入力を受け付ける受付手段と、
受け付けられた前記入力に基づいて前記移動操作の内容を解析する解析手段と、
解析された前記移動操作に基づいて前記操作対象物を前記仮想空間又は前記実空間上で移動させる移動制御手段と、
前記移動制御手段により移動させられる前記操作対象物が前記段差に近づき、前記段差となっている地点から前記操作対象物までの距離が所定の値より小さくなったか否かを判断する判断手段と、
前記段差となっている地点から前記操作対象物までの距離が前記所定の値より小さくなったと判断され、かつ前記段差となっている方向へ前記操作対象物が移動操作される場合の前記操作対象物の位置と、前記段差となっている地点からの前記操作対象物の落下が開始される地点の間では、前記操作対象物の移動操作の方向とは略逆方向に前記入力デバイスを戻そうとする反発力を生じさせ、前記落下が開始された地点と終了する地点の間では前記反発力を解放又は低減させ、前記落下が終了した場合に前記入力デバイスに前記反発力を生じさせる制御手段とを、
備える入力デバイス。
【請求項２】
前記操作対象物の落下中の様子を前記表示手段に表示させるための処理を行う表示処理手段を更に備える請求項１に記載の入力デバイス。
【請求項３】
表示手段に表示された仮想空間又は実空間上に存在する、ユーザの操作対象となる操作対象物を前記ユーザの操作により、前記空間内の段差の高い部分から低い部分へ落下させるための操作を含む移動操作を行うための入力デバイスによる報知方法であって、
前記ユーザによる移動操作のための入力を受け付ける受付ステップと、
受け付けられた前記入力に基づいて前記移動操作の内容を解析する解析ステップと、
解析された前記移動操作に基づいて前記操作対象物を前記仮想空間又は前記実空間上で移動させる移動制御ステップと、
前記移動制御手段により移動させられる前記操作対象物が前記段差に近づき、前記段差となっている地点から前記操作対象物までの距離が所定の値より小さくなったか否かを判断する判断ステップと、
前記段差となっている地点から前記操作対象物までの距離が前記所定の値より小さくなったと判断され、かつ前記段差となっている方向へ前記操作対象物が移動操作される場合の前記操作対象物の位置と、前記段差となっている地点からの前記操作対象物の落下が開始される地点の間では、前記操作対象物の移動操作の方向とは略逆方向に前記入力デバイスを戻そうとする反発力を生じさせ、前記落下が開始された地点と終了する地点の間では前記反発力を解放又は低減させ、前記落下が終了した場合に前記入力デバイスに前記反発力を生じさせる制御ステップとを、
有する報知方法。
【請求項４】
前記操作対象物の落下中の様子を前記表示手段に表示させるための処理を行う表示処理ステップを更に有する請求項３に記載の報知方法。
【図１ａ】
【図１ｂ】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図２ｃ】
【図２ｄ】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図３ｃ】
【図３ｄ】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図４ｃ】
【図４ｄ】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図５ｃ】
【図５ｄ】
【図６】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図８ａ】
【図８ｂ】
【図９ａ】
【図９ｂ】
【図９ｃ】
【図９ｄ】
【図９ｅ】
【図９ｆ】
【図９ｇ】
【図９ｈ】
【図９ｉ】
【図９ｊ】
【図９ｋ】
【図９ｌ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１ｂ】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図２ｃ】
【図２ｄ】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図３ｃ】
【図３ｄ】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図４ｃ】
【図４ｄ】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図５ｃ】
【図５ｄ】
【図６】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図８ａ】
【図８ｂ】
【図９ａ】
【図９ｂ】
【図９ｃ】
【図９ｄ】
【図９ｅ】
【図９ｆ】
【図９ｇ】
【図９ｈ】
【図９ｉ】
【図９ｊ】
【図９ｋ】
【図９ｌ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−２０３６２７（Ｐ２０１２−２０３６２７Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６７３１６（Ｐ２０１１−６７３１６）
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【出願人】（５０２３２４０６６）株式会社デンソーアイティーラボラトリ (332)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【出願人】（５０２３２４０６６）株式会社デンソーアイティーラボラトリ (332)
【Ｆターム（参考）】
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