【研究分野】ヒューマンインタフェース・インタラクション

【研究領域課題番号】17H01774 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ハプティクス / バーチャルリアリティ / 摩擦モデル / レンダリング / シミュレーション / 物理モデル / ハプティックレンダリング / 動力学シミュレーション / 時変摩擦係数 / CMA-ES / 局所剛性行列 / 力触覚レンダリング / 質感 / 固着滑り / 摩擦 / Position based dynamics / Proxy

【研究成果の概要】

指で物体を擦る際には固着滑りによる振動が生じ、これが物体の材質感に影響することが知られている。本研究は、物理モデルを構築し、シミュレーションすることでこれを再現することを目的とする。期間内には、現実の触察時と同等の振動波形を生成可能な、指と物体のシミュレーションモデルを構築した。また、４つの素材について計測した振動波形からモデルのパラメータを同定し、これを用いたレンダリングにより質感をある程度再現できることを確かめた。また、シミュレーションモデルに指先や物体表面の形状変形を含めるために、柔軟変形物体のシミュレーションとハプティックレンダリングの手法を提案した。

【研究の社会的意義】

製品の評価や設計にバーチャルリアリティを応用する際には物体の材質感の再現が望まれる。また、把持操作の際にも摩擦振動を手がかりに材質感を感じ取り、器用な把持操作にも利用している。摩擦振動を再現する物理モデルを実現し、これを用いたハプティックレンダリングを組み込むことで、バーチャル物体の材質感や操作感が現実に近くなり、より多くの作業や課題をバーチャルリアリティで実現できるようになることが期待でき、その用途の拡大に繋がると考えられる。
また、摩擦時物理現象を説明するモデルは、人の触知覚の理解に繋がることも期待できるため、人の触覚情報処理の理解がすすむことも期待できる。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)

【研究分野】固体地球惑星物理学

【研究領域課題番号】26400445 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

地震活動 / 摩擦 / シミュレーション

【研究成果の概要】

地震発生の複雑さの原因を理解するために，バネ－ブロックモデルと連続体モデルを用いて地震活動の数値シミュレーションを行った．速度・状態依存摩擦則を仮定することにより，バネ－ブロックモデルでも破壊核形成過程や様々な非地震性すべり過程が再現できることを確認した．また，連続体モデルでは，少数のアスペリティの相互作用により，地震発生サイクルが非周期的になるなど複雑な地震活動が再現されることがわかった．地震活動の解析では，速度・状態依存摩擦則を用いたモデルから期待される，先行的な非地震性すべりにより説明可能な地震活動の静穏化が世界中の多くの巨大地震に対して見つかった．

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)

【研究分野】ヒューマンインタフェース・インタラクション

【研究領域課題番号】26280072 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ハプティクス / バーチャルリアリティ / 変形 / Shape Matching / 有限要素法 / 摩擦 / 固着滑り / シミュレーション / 変形シミュレーション / 力覚レンダリング / 局所剛性行列 / 力触覚 / 弾性体シミュレーション / 柔軟変形 / 力触覚インタラクション

【研究成果の概要】

対象に手を触れ動かして触知覚を得る能動触は対象についての様々な手がかりを与える。
本研究では、能動触により内部構造や材質を知覚可能なバーチャルリアリティを実現するため、変形と振動を物理シミュレーションで計算・提示することを目指し、(1)有限要素法に変わる計算時間の少ない変形のシミュレーション手法と(2)能動触により生じる振動の再現手法を研究した。
その結果、(1)について、対象を局所グループに分割し局所剛性行列を用いることで計算時間を削減する手法を提案した。また、(2)について、摩擦時の固着滑りにより正確な摩擦係数のモデルを用いることで現実に近い固着滑りが再現でき、現実感が向上することを示した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】15,470千円 (直接経費: 11,900千円、間接経費: 3,570千円)

【研究分野】固体地球惑星物理学

【研究領域課題番号】25800253 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

地震 / スロー地震 / 摩擦 / 破壊 / 東北地方太平洋沖地震 / 断層 / 沈み込み帯 / シミュレーション / 動的破壊 / 東北沖地震 / 大地震 / 前震 / 動的弱化 / 滑り速度強化 / 地震発生物理学 / レオロジー / 断層構成則 / 地震破壊 / 超巨大地震

【研究成果の概要】

2011年東北地方太平洋沖地震について，前震による低速な余効滑りと本震による高速滑りの観測データをも用いて，広い速度レンジでの天然断層の摩擦特性を推定した．摩擦特性の推定のために，境界積分方程式法を用いた数値計算を行い，観測により求められた滑りを入力として得られた応力変化を計算した．その結果，前震の余効滑り領域において，10**-6 [m/s]程度の低速滑り時には弱い速度強化特性を示したのに対し，1 [m/s]程度の高速滑り時には強い速度弱化特性を示していたことが明らかとなった．

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2013-04-01 - 2018-03-31

【配分額】3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)

【研究分野】固体地球惑星物理学

【研究領域課題番号】20840048 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

地震現象 / 地震災害・予測 / テクトニクス / データ同化 / 地震 / 室内実験 / 摩擦 / 破壊 / シミュレーション / 動力学的モデル / 計算力学 / 地震発生予測

【研究成果の概要】

本研究では,物理モデルを用いた地震発生の予測を目指して,室内実験系での模擬地震を用いて,データ同化手法を開発している.データ同化とは,断層の固着滑りを表現する物理モデルを構築し,観測データによりモデルの未知パラメタを推定し,将来予測をするといった手法である.そのために,本研究期間内においては,実験装置の立ち上げとデータ取得,物理モデルのシミュレーションのための数値計算コードの開発を行った.また,そのシミュレーションコードを用いて実際の地震のモデル化を行った.

【研究種目】若手研究(スタートアップ)

【研究期間】2008 - 2009

【配分額】3,276千円 (直接経費: 2,520千円、間接経費: 756千円)

【研究分野】スポーツ科学

【研究領域課題番号】20300212 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

バイオメカニクス / 打撃 / 動作解析 / シミュレーション / インパクト / スポーツ科学 / 打球速度 / 摩擦 / バット

【研究成果の概要】

本研究では、野球の打撃動作において打球の軌跡を最適化し、飛距離を伸ばすためのメカニズムを紐解くためのステップとして、ボールインパクトの詳細を実測法及び数値シミュレーション法を用いて分析した。主な結果として、(1)打球の飛距離を伸ばすためには、大きなローリング速度を持たせたバットを、アッパースイング気味の軌道でスイングすることにより、投球されたボールに対して正面衝突させるように打撃をおこなうことが重要なこと、及び(2)ローリング速度の増加は、同一飛距離の打球を放つ際に、より回転速度の高い打球を、より低い弾道で放つことができることが明らかになった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2008 - 2010

【配分額】10,530千円 (直接経費: 8,100千円、間接経費: 2,430千円)

【研究分野】固体地球物理学

【研究領域課題番号】14340128 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

鮮水河断層 / GPS / すべり速度 / 摩擦 / 岩石実験 / シミュレーション / 地震活動

【研究成果の概要】

(1)テクトニックモデルの構築
中国大陸の変形様式をGPS観測データから明らかにする試みを行った.鮮水河断層帯を含む中国大陸をいくつかの主要ブロックで区切り,それらの剛体的変位,断層すべり遅れ,及びブロックの内部変形の重ね合わせでGPS変位速度場をモデル化した.この結果,鮮水河断層帯で東側を区切る四川-雲南ブロックが,インド大陸の衝突の影響によって引き起こされる,時計回りの剛体的回転成分は7.0-9.5mm/yrと推定され,地質学的なすべり速度9mm/yrと調和的であることがわかった.また,鮮水河断層帯上のすべり遅れ分布を推定したが,その値は剛体変位成分よりはかなり小さく,GPS観測期間の最近数年間では断層がほぼ固着していると推定された.
(2)岩石実験
固着したジョイントをもつ岩石を3軸圧縮して,破壊に伴う微小破壊音(AE)を測定した.ジョイントがない岩石では,応力が比較的低い段階では,AEの震源はばらつきフラクタル次元が大きい.ジョイントがある岩石では,応力が低い段階からAE震源はジョイントに沿って集中し,とくにジョイントが曲がった場所にAEのクラスターができた.
(3)数値シミュレーション
断層面にはたらく摩擦がすべり速度・状態依存摩擦則に従うと仮定し,断層の平均的すべり速度としてGPS観測や地質調査から推定される値を用いて,鮮水河断層の地震活動モデルを構築した.モデルパラメターを適切に選ぶことにより,数百年間隔で断層の活動期が繰り返すシミュレーション結果が得られた.断層の分岐や曲がりが存在する領域や摩擦特性がすべり速度強化の領域で,破壊の一時停止が見られた.一時停止した破壊は,しばしば数年以内に破壊伝播をはじめた.これは,すべり速度強化域で非地震的な破壊がゆっくりと伝播したためである.これは,地震活動が断層に沿って移動する現象を説明する.

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2002 - 2004

【配分額】7,200千円 (直接経費: 7,200千円)