3次元ボリュームディスプレイを用いた次世代映像インターフェイスの構築

使用 3D 体积显示构建下一代视频接口

基本信息

批准号：
18J01002
负责人：
平山竜士
金额：
$ 2.33万
依托单位：
Tokyo University of Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

当初の予定では、（Ａ）複数枚の２次元画像同時表示、（Ｂ）３次元物体の高精細可視化、（Ｃ）接触型ユーザインターフェイスの３つを平行して取り組んでいく予定であったが、予定を変更して（Ｃ）を中心に研究を進めた。その主な理由は、この技術のかなめである超音波制御技術の最先端をゆくSriram Subramanian教授の研究室とコンタクトを取り、共同研究を行うことで、大幅に進展したためである。この研究室では、既に超音波浮遊を行うためのシステムが開発されていた。そこで、このシステムに改良を行うことで、接触型の３次元ディスプレイインターフェイスを構築することにした。始めに取り組んだのが、超音波振動子を制御するためのＦＰＧＡ（Field Programabble Gate Array）および制御ソフトウェアの改良である。従来のシステムでは、各振動子のアップデートレート（ｆｐｓ）に限界があったが、これを改良することで理論限界である４０Kｆｐｓを達成することに成功した。これによって小さなポリスチレンビーズを高速（最高速度約８ｍ／ｓ）に浮遊・移動させることが可能となった。つまり、人の目の残像効果を利用することによって、１個のビーズだけで空中３次元像を表示することができるようになった。また、超音波を利用することで、視覚だけでなく聴覚や触覚も提示可能であることが知られている。本研究では、開発したシステムの高速アップデートレートを利用することで、視覚・聴覚・触覚という３つを時間分割的に表示可能なマルチモーダル空中３次元ディスプレイの開発に、世界で初めて成功している。

最初的计划是并行处理三件事：（A）同时显示多个 2D 图像，（B）3D 对象的高清可视化，以及（C）基于触摸的用户界面，我改变了日程并集中精力。我对（C）的研究。主要原因是我们通过与处于超声波控制技术最前沿的Sriram Subramanian教授实验室的联系和联合研究，取得了重大进展，而超声波控制技术是这项技术的关键。该实验室已经开发出一种用于执行超声波悬浮的系统。因此，我们决定改进这个系统，打造接触式三维显示界面。我们所做的第一件事是改进用于控制超声换能器的 FPGA（现场可编程门阵列）和控制软件。在传统系统中，每个振动器的更新速率（fps）存在限制，但通过改进这一点，我们成功实现了40Kfps的理论限制。这使得小型聚苯乙烯珠能够高速漂浮和移动（最大速度约为 8 m/s）。换句话说，利用人眼的残像效应，仅用一颗珠子就可以在空气中显示三维图像。此外，已知通过使用超声波，不仅可以呈现视觉感觉，还可以呈现听觉和触觉感觉。在这项研究中，利用所开发系统的高更新率，我们在世界上首次成功开发出可以分时显示视觉、听觉和触觉的多模态空中3D显示器。