JPH0954540A - 仮想現実感体感シミュレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 変電所等の施設内の風景を映し作業時の音響
を発するヘッドマウントディスプレイ、保守員の手の動
きをデータに変換するグローブ、保守員の移動距離をデ
ータに変換するセンサ、保守員の動作データを処理し
て、映像および音響データを処理・出力するグラフィッ
クワークステーション、ＲＧＢ信号をシーケンシャルＲ
ＧＢ信号に変換するスキャンコンバータ、および前記音
響データをオーディオ信号に変換する立体音響システム
とを備えた仮想現実感シミュレータ。 【解決手段】 仮想現実感技術を用いた変電所等の施設
保守員向け体感シミュレータが提供され、保守点検項目
を疑似体験できるだけでなく、事故をも想定した疑似訓
練も可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、施設保守員向け
体感シミュレータに関するものである。さらに詳しく
は、この発明は、工場、変電所、病院、研究所内等での
日常巡視、通常操作、事故巡視、事故疑似体験などの保
安管理に有用な仮想現実感技術を用いた体感シミュレー
タに関するもので、とくに施設保守員向けのシミュレー
タとして好適なものである。

【０００２】

【従来の技術とその課題】従来から、事故の発生が人命
や、社会生活、経済活動に大きな影響を及ぼす危険性の
ある工場や、変電所、さらには病院、各種の研究所、交
通センター等については、日常的な保守点検と、事故発
生時の緊急対応についての教育と訓練が保守員に対して
なされてきている。

【０００３】たとえば、電気を鉄道、工場、一般家庭向
けなどに、安全にかつ安定に供給するために、変電所内
の保守点検にも万全の注意がなされており、また、変電
所では、ひとたび事故が発生すれば、大惨事にもなりか
ねないために、変電所の保守員の教育を充分に行うこと
が必要であり、そのための手段として、作業の保守項目
のマニュアル化を行い、その教育と訓練の徹底を図って
いた。

【０００４】変電所内での保守員の保守点検項目は、大
きく分けて、３つの項目、すなわち、油漏れ、配電盤と
キュービクルのランプ切れ、遮断器のガス圧低下、コン
プレッサのエアー漏れなどの障害を発見するための日常
巡視、遮断器や補助遮断器の投入および開放、受電盤レ
バー操作、遮断器手動開放などの通常操作、およびＲｙ
動作確認や事故現場の確認などの事故巡視であり、これ
らの保守点検項目に関して万全を期すことにより、電力
供給を円滑に行うことができ、また事故等からの復旧を
迅速に行うことができる。

【０００５】しかしながら、このような保守点検項目
は、それぞれ非常に多くの細目からなっており、保守員
がこれらのすべての細目の点検や操作を修得するには、
多くの時間を要していた。とくに、このような保守点検
項目の中でも、遮断器の投入や操作棒の操作などについ
ては、疑似体験することは不可能であり、実際の変電所
内の装置を用いて、現場で操作方法等を修得するしか方
法はなく、十分に修得するために、多くの時間を要して
いた。

【０００６】またさらに、万が一の事故を想定した場合
の、事故箇所の発見からその修理に到るまでの実地訓練
については、現実的には事故を発生させるわけにはいか
ないため、事故における実地訓練を行うことは不可能で
あり、実際の事故時において保守員が敏速かつ適切に対
処できるかどうかといった懸念があった。このような保
守点検教育の迅速化および事故対処実地訓練の実現化に
対して、現在実際の機器を模した実機を用いて、その作
業訓練が行われているが、変電所の保守員が現場で行う
一連の操作を、ある限られた空間で訓練するには、その
規模や操作内容の複雑さから、非常に困難であった。

【０００７】また、このような実機を用いた訓練に対し
て、最近は、仮想現実感技術を用いた体感型シミュレー
タの開発が提案されてもいる。しかしながら、この仮想
現実感技術を用いた体感型シミュレータは、ほとんどが
人間が座った状態で操作体験を行うものであり、仮想現
実感技術を用いて空間的な移動や複雑な作業を伴う、変
電所の保守員の一連の操作を体験できるシミュレーショ
ンの構築が望まれているが、現在その実現にいたってい
ない。

【０００８】以上の通り、変電所に関する保守点検を巡
る問題について述べたが、これは変電所の場合に限られ
ることなく、各種の工場や、病院、研究所等についても
その実情は変わらない。そこで、この発明は、以上の事
情に鑑みてなされたものであり、従来の教育・訓練手段
の欠点を解消し、非常に小さな空間で、すべての保守点
検項目を疑似体験できるだけでなく、事故をも想定した
疑似訓練をも可能とする、仮想現実感技術を用いた、体
感シミュレータを提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するために、施設内の風景を映し作業時の音響を
発するヘッドマウントディスプレイ、保守員の手の動き
をデータに変換するグローブ、保守員の身体の動きをデ
ータに変換するセンサ、保守員の動作データから映像お
よび音響データを計算するグラフィック演算装置、ＲＧ
Ｂ信号をシーケンシャルＲＧＢ信号に変換するスキャン
コンバータ、および前記音響データをオーディオ信号に
変換する立体音響システムとを備え、ヘッドマウントデ
ィスプレイに映し出された施設内風景に沿って、手には
めたサイバーグローブによる手の動きと、センサによる
身体の動きのデータをグラフィック演算装置で処理して
ＲＧＢ信号を出力し、スキャンコンバータを介してヘッ
ドマウントディスプレイに送り、また、グラフィック演
算装置から出力された音響データは立体音響システムを
介してヘッドマウントディスプレイに送ることを特徴と
する仮想現実感体感シミュレータを提供する。

【００１０】

【作用】この発明の仮想現実感技術を用いた体感シミュ
レータは、上記の構成によって、現場のニーズに対応
し、＜ａ＞一連の保守点検操作が手順通りに行え、＜ｂ
＞操作に応じて施設制御システムの状態も変化し、＜ｃ
＞体験者が施設内にいるような臨場感を得ることを可能
としている。

【００１１】より具体的には、変電所の場合を例にとる
と、＜ａ＞「一連の保守点検操作が手順通りに行えるこ
と」では、（１）操作対象（機器）から次の操作対象
（機器）への移動を行え、（２）遮断器などの投入、開
放ＳＷ、手動操作ハンドル、キュービクルの扉、ドア、
遮断器の引き出し操作といった保守員が現実に行う操作
はすべて行え、（３）メータ類の指示値の読みとりや、
ランプ点灯の確認などの確認事項もすべて現実と同様に
確認が行え、（４）接地棒を取り付けるといった実際の
作業も行えるようにしている。

【００１２】また、＜ｂ＞「操作に応じて施設制御シス
テムの状態も変化すること」では、無電圧区間、充電区
間、通電区間等の主回路が操作に応じて変化し、不適切
な操作を行った場合、現実と同様の反応がある。またさ
らに、＜ｃ＞「体験者が施設内にいるような臨場感を得
ること」では、（１）体験者が自由に動き回っても仮想
空間が追随し、（２）体験者に美しい立体映像を与え、
（３）広い視野の映像を与え、（４）質のよい映像を与
え、（５）操作に伴う音響を模擬するようにしている。

【００１３】そこで以下、実施例を示し、さらに詳しく
この発明について説明する。

【００１４】

【実施例】この発明の仮想現実感技術を用いた体感シミ
ュレータは、たとえば図１の変電所保守員向けのものと
して例示することができる。この図１の例では、ヘッド
マウントディスプレイ、スキャンコンバータ、グラフィ
ックワークステーション、グローブ、磁気センサ、そし
て立体音響システムから構成されている。

【００１５】より具体的には、たとえば、ヘッドマウン
トディスプレイとして、ｎ−ＶＩＳＩＯＮ社製Ｄａｔａ
ｖｉｓｏｒ１０Ｘ、グラフィックワークステーションと
して、シリコングラフィクス社製ＯＮＹＸ ＲＥ２、グ
ローブとして、Ｖｉｒｔｕａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｅ
ｓ社製Ｃｙｂｅｒ Ｇｌｏｖｅ、磁気センサとして、Ｐ
ＬＨＥＭＵＳ社製ＦＡＳＴＲＡＫ、および、音響システ
ムとして、Ｃｒｙｓｔａｌ Ｒｉｖｅｒ Ｅｎｇｉｎｅ
ｅｒｉｎｇ社製ＡＣＯＵＳＴＥＴＲＯＮを用いている。
ソフトウェア環境としての言語は、Ｃ言語を用いシリコ
ングラフィックス社のライブラリＰｅｒｆｏｒｍｅｒを
用いている。もちろん、この発明においては、これらに
限定されるものではない。

【００１６】この構成においては、まずはじめに、訓練
者は、ヘッドマウントディスプレイを頭にセットし、グ
ローブを手にはめる。その訓練者の手の動きは、グロー
ブによって感知し、そのデータはケーブルなどを介し
て、グラフィックワークステーションに送られる。一
方、磁気センサにより、作業者の体の動きを感知し、そ
のデータもケーブルなどを介してグラフィックワークス
テーションに送られる。

【００１７】これらの手の動きおよび体の動きに関する
データは、グラフィックワークステーション内で処理さ
れ、保守員の仮想の場所から見ることができる変電所内
の風景のデータを、ＲＧＢ信号として、ケーブルや、切
替器、分配器などを介して、スキャンコンバータに送
る。このスキャンコンバータでは、ＲＧＢ信号をシーケ
ンシャルＲＧＢ信号に変換し、ヘッドマウントディスプ
レイに送る。

【００１８】一方、保守員が実際に作業したとき発生す
る音響データについては、グラフィックワークステーシ
ョン内で処理され、そのた立体音響データは、ケーブル
を介して、立体音響システムに送られ、この立体音響シ
ステムで、オーディオ信号に変換され、ヘッドマウント
ディスプレイに送られる。ヘッドマウントディスプレイ
は、実際の疑似像を左右眼前のディスプレイに写し、音
響を左右のスピーカから発生させることができ、このよ
うな視覚と聴覚から得られた画像と音響により、保守点
検項目を疑似体験することが可能となる。

【００１９】もちろん、あらかじめ、グラフィックワー
クステーション内に事故データを入力しておけば、保守
員は事故を疑似的に体験でき、その対処方法などの訓練
が行える。そこで、実際に３階建てから成る変電所に関
するデータをグラフィックワークステーションに入力
し、描画速度の評価を行ってみる。この場合、その変電
所および機器類を表現するため要したポリゴン量は、全
量で約１５４，０００ポリゴン、１階部分は約４９，０
００ポリゴン、２階部分は約７６，０００ポリゴン、３
階部分は約９５，０００ポリゴンであった。また、それ
らのテクスチャー量は、１階部分は約３．３Ｍｂｙｔ
ｅ、２階部分は７．９Ｍｂｙｔｅ、３階部分は約６．８
Ｍｂｙｔｅであった。またさらに、それらのパーツ数
は、１階部分で約１，２５０個、２階部分で約２，００
０個、３階部分で約２，７００個であった。

【００２０】次にこのシミュレータを用いて、１階、２
階、および、３階各々の描画速度の評価を行う。これら
の描画速度は、視野角、視野内に含まれるポリゴンの
量、視野内のポリゴンの大きさなどにより影響を受ける
ため、常に同じフレームレートを維持できるわけではな
く、今回は立体表示を行い、その際の片眼のフレームレ
ートを計算する。

【００２１】その結果は、たとえば、図２〜４に例示し
た通りとなる。図２は１階、図３は２階、図４は３階に
おけるデータを示している。これらの図２〜４からわか
るように、その描画速度は、４〜３０フレーム／秒を維
持していた。コマ落ちと感じないフレームレートは、実
験の結果、個人差はあるものの、１０〜１５フレーム／
秒以上であり、この結果から、視野内に含まれるポリゴ
ン量が常に約１万ポリゴン以下となるようなデータの作
り方をするのが最良であることがわかる。

【００２２】９人の体験者により、この仮想現実感技術
を用いた変電所保守員向け体感シミュレータの評価を行
ってみると、その評価結果は、表１の通りであった。

【００２３】

【表１】

【００２４】定性的な評価としては、一般的な仮想現実
実感システムと比べると、画質、応答性、機能的に優れ
ており、実際の変電所内の保守管理および事故などをか
なり正確に疑似体験することが可能である。もちろん、
この発明は、以上の例によって何ら限定されることはな
い。その細部の構成は、様々な態様に変更することが可
能である。

【００２５】

【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
って、仮想現実感技術を用いた変電所等の施設保守員向
け体感シミュレータが提供され、保守点検項目を疑似体
験できるだけでなく、事故をも想定した疑似訓練も可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の概略を示したブロック図である。

【図２】この発明のポリゴン数とフレームレートとの関
係を示す関係図である。

【図３】この発明のポリゴン数とフレームレートとの関
係を示す関係図である。

【図４】この発明のポリゴン数とフレームレートとの関
係を示す関係図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 施設の風景を映し作業時の音響を発する
   ヘッドマウントディスプレイ、保守員の手の動きをデー
   タに変換するグローブ、保守員の身体の動きをデータに
   変換するセンサ、保守員の動作データから映像および音
   響データを処理・出力するグラフィック演算装置、ＲＧ
   Ｂ信号をシーケンシャルＲＧＢ信号に変換するスキャン
   コンバータ、および前記音響データをオーディオ信号に
   変換する立体音響システムとを備え、ヘッドマウントデ
   ィスプレイに映し出された施設内風景に沿って、手には
   めたグローブによる手の動きと、センサによる身体の動
   きのデータをグラフィック演算装置で処理してＲＧＢ信
   号を出力し、スキャンコンバータを介してヘッドマウン
   トディスプレイに送り、また、グラフィック演算装置か
   ら出力された音響データは立体音響システムを介してヘ
   ッドマウントディスプレイに送ることを特徴とする仮想
   現実感体感シミュレータ。