この規格 プレビューページの目次
※一部、英文及び仏文を自動翻訳した日本語訳を使用しています。
序文
ISO (国際標準化機構) と IEC (国際電気標準会議) は、世界標準化のための専門システムを形成しています。 ISO または IEC のメンバーである国家機関は、技術活動の特定の分野を扱うために、それぞれの組織によって設立された技術委員会を通じて、国際規格の開発に参加しています。 ISO と IEC の技術委員会は、相互に関心のある分野で協力しています。 ISO および IEC と連携して、政府および非政府の他の国際機関もこの作業に参加しています。
この文書の作成に使用された手順と、今後の維持を意図した手順は、ISO/IEC 指令で説明されています。 1. 特に、さまざまなタイプの文書に必要なさまざまな承認基準に注意する必要があります。この文書は、ISO/IEC 指令の編集規則に従って作成されました。 2 ( www.iso.org/directives or www.iec.ch/members_experts/refdocs を参照)
このドキュメントの要素の一部が特許権の対象となる可能性があることに注意してください。 ISO および IEC は、そのような特許権の一部またはすべてを特定する責任を負わないものとします。ドキュメントの開発中に特定された特許権の詳細は、序論および/または受信した特許宣言の ISO リスト ( www.iso.org/patents を参照) または受信した特許宣言の IEC リスト ( https://patents.iec.ch )
このドキュメントで使用されている商号は、ユーザーの便宜のために提供された情報であり、保証を構成するものではありません。
規格の自主的な性質の説明、適合性評価に関連する ISO 固有の用語と表現の意味、および技術的貿易障壁 (TBT) における世界貿易機関 (WTO) の原則への ISO の準拠に関する情報については、 www を参照してください。 .iso.org/iso/foreword.html . IEC については、 www.iec.ch/understanding-standards を参照してください。
このドキュメントは、合同技術委員会 ISO/IEC JTC 1, 情報技術、小委員会 SC 24, コンピュータ グラフィックス、画像処理および環境データ表現によって作成されました。
序章
仮想現実 (VR) と混合および拡張現実 (MAR) の両方が、それぞれのシーンで仮想、合成、およびコンピューター生成オブジェクトを使用し、リアリズムに基づく豊かなユーザー エクスペリエンスを提供するために、視覚的だけでなく他のモダリティでもレンダリングされます。存在感と増強。
VR および MAR アプリケーションは、触覚フィードバックをますます使用して、ユーザーが仮想または現実のオブジェクトと物理的に対話し、より高いリアリズムと向上したエクスペリエンスを提供できるようにします。すなわち、ユーザからの入力およびユーザへの出力は、物理的シミュレーションを通じて運動感覚的に(すなわち、力のフィードバック)配信され、結果として生じる力は、機械的触覚デバイスを通じてレンダリングされ得る。相互作用する仮想または現実のオブジェクトは、仮想現実 (VR)、拡張現実 (AR)、および拡張仮想 (AVR)、つまりすべてのタイプの MAR に配置される可能性があることに注意してください。
力を正確かつ効果的に表現するには、物理的相互作用とシミュレーションに関与するオブジェクトの材料の適切な物理的記述が必要です。さらに、アプリケーションのニーズに応じて、さまざまなハプティック レンダリング アルゴリズムを使用できます。仮想現実と複合現実の従来の標準には、そのような材料特性やアルゴリズムの詳細を表現するための構成要素が欠けていたため、包括的で忠実で柔軟な触覚レンダリングをサポートしていました。たとえば、現在の標準的な 3D グラフィックまたは仮想オブジェクト表現のほとんどは、視覚的なレンダリング (照明効果やシェーディングなど) のマテリアル プロパティのみを記述できます。
このドキュメントでは、触覚レンダリングとそのアルゴリズムのコンテキストにおける材料特性と物理シミュレーションに関連する用語の定義も提供します。
このドキュメントの対象読者は、主に VR および MAR システム開発者と、触覚インタラクションの指定と使用に関心のあるコンテンツ デザイナーです。このドキュメントは、入力と出力に触覚モダリティを使用する VR および MAR アプリケーションとコンテンツ表現のアプリケーション標準の基礎を提供します。
ただし、このドキュメントは情報モデルを確立します。特定の言語、ファイル形式、アルゴリズム、デバイス、実装方法、または標準の使用を促進または提案するものではありません。このモデルは、実際の実装で他の目的のために拡張できる最小限の基本モデルと見なすことを目的としています。
このドキュメントの内容は ISO/IEC 18039 から派生したものであり、とりわけ、体験型 VR および MAR コンテンツ (およびシステム) に触覚フィードバック (および関連デバイス) を含める可能性を指定しています。仕様は、ISO/IEC 3721-1 1の 1 つの重要なコンポーネントになる可能性があり、その目的は、さまざまな重要な MAR コンテンツ コンポーネントとそれらの関係の情報モデルをレイアウトおよび指定することです。 ISO/IEC 3721-1 は基礎と全体的な枠組みを定めていますが、すべての詳細 (例: オブジェクトの材料または触覚特性) については触れていません。触覚フィードバックは純粋な仮想環境でも使用できるため、このドキュメントは ISO/IEC 19775-1 にも関連しています。
1 スコープ
このドキュメントは以下を指定します:
- 剛性、摩擦、マイクロテクスチャなどの包括的な触覚レンダリング方法をサポートするために表現された、仮想または現実のオブジェクトの物理的および材料的パラメーター。
- ハプティック レンダリング アルゴリズム自体の柔軟な仕様。
ISO/IEC 19775 や ISO/IEC 3721-1 など、仮想現実と複合現実のシーンまたはコンテンツの記述と情報モデルを記述する他の標準を補足します。
2 参考文献
このドキュメントには規範的な参照はありません。
3 用語、定義および略語
3.1 用語と定義
このドキュメントでは、次の用語と定義が適用されます。
ISO および IEC は、次のアドレスで標準化に使用する用語データベースを維持しています。
3.1.1
動摩擦
特定の外部条件下で動的に変化する摩擦
3.1.2
摩擦
2 つのオブジェクト間の接触から発生する接線力
3.1.3
触覚
運動感覚、フォースフィードバック、触覚フィードバック
3.1.4
触覚デバイス
コンピュータでシミュレートされた力とトルクを人間のユーザーに提供して感覚を与え、力とトルクの形で入力を受け取り、物理的相互作用をエミュレートするための仮想および複合現実環境のコンピュータ シミュレーションに伝達される装置。
3.1.5
触覚モダリティ
触覚と同義のモダリティ
3.1.6
触覚レンダリング
仮想現実世界と複合現実世界の物理シミュレーションと相互作用に基づいて、相互作用点で発生する力とトルクの量を計算し、それらを触覚デバイスを通じてユーザーに反映する
3.1.7
身体的相互作用
接触を介した力とトルクの使用を含む、ユーザーとオブジェクト間の現実または仮想の相互作用
3.1.8
物理シミュレーション
環境の説明と与えられた物理法則に基づいて、仮想および混合現実環境での動的な物理現象をシミュレートし、その過程で、力やトルクの量などの関連するパラメーター値を計算します。
3.1.9
剛性
物体の剛性と、加えられた力に反応して物体が変形に抵抗する程度
3.1.10
表面の質感
マイクロ表面テクスチャ
物体表面の微細な突起パターン
3.2 略語
| ar | 拡張現実 |
| FFT | ほぼフーリエ変換 |
| 3月 | 複合現実と拡張現実 |
| VR | バーチャルリアリティ |
参考文献
| [1] | ISO/IEC 18039, 情報技術 — コンピュータ グラフィックス、画像処理および環境データ表現 — 混合および拡張現実参照モデル、2019 |
| [2] | ISO/IEC 19775-1, 情報技術 — コンピュータ グラフィックス、画像処理、および環境データ表現 — 拡張可能な 3D (X3D) — 1: アーキテクチャと基本コンポーネント、2013 |
| [3] | センスグラフィックスAB. H3D API マニュアル[オンライン], 2019 年 [2021 年 7 月閲覧入手先: http://h3d.org |
| [4] | Hunt, K., Crossley, F. 振動衝撃における減衰として解釈される反発係数。応用力学ジャーナル。 42(2), pp. 440-445, 1975 |
| [5] | Al-Bender F.摩擦モデリングの基礎。精密システムの制御に関する ASPE 春のトピック会議の議事録。 48, pp. 117-122, 2010. |
| [6] | Culbertson H, Unwin J, Kuchenbecker K. 制約のないツールとサーフェスの相互作用によるリアルなテクスチャのモデリングとレンダリング。ハプティクスに関するIEEEトランザクション。 7(3), pp. 381-393, 2014 |
| [7] | Jeon, S.、Choi, S.分類法と剛性変調の例。プレゼンス: 遠隔操作者と仮想環境。 18(5), pp. 387-408, 2009 |
| [8] | ISO/IEC 3721-1, 2情報技術 — コンピュータ グラフィックス、画像処理および環境データ表現 — 複合現実および拡張現実コンテンツの情報モデル — 1: コア オブジェクトと属性 |
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) and IEC (the International Electrotechnical Commission) form the specialized system for worldwide standardization. National bodies that are members of ISO or IEC participate in the development of International Standards through technical committees established by the respective organization to deal with particular fields of technical activity. ISO and IEC technical committees collaborate in fields of mutual interest. Other international organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO and IEC, also take part in the work.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are described in the ISO/IEC Directives, 1. In particular, the different approval criteria needed for the different types of document should be noted. This document was drafted in accordance with the editorial rules of the ISO/IEC Directives, 2 (see www.iso.org/directives or www.iec.ch/members_experts/refdocs ).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent rights. ISO and IEC shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents ) or the IEC list of patent declarations received (see https://patents.iec.ch ).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see www.iso.org/iso/foreword.html . In the IEC, see www.iec.ch/understanding-standards .
This document was prepared by Joint Technical Committee ISO/IEC JTC 1, Information technology, Subcommittee SC 24, Computer graphics, image processing and environmental data representation.
Introduction
Both virtual reality (VR) and mixed and augmented reality (MAR) employ virtual, synthetic and computer-generated objects in their respective scenes, and they are rendered not only visually but in other modalities in order to provide rich user experience based on realism, presence and augmentation.
VR and MAR applications are increasingly using haptic feedback to allow the user to interact physically with the virtual or real objects and provide higher realism and elevated experience. That is, the input from and output to the user may be delivered kinaesthetically (i.e. force feedback) through physical simulation and the resulting force rendered through mechanical haptic devices. Note that the interacting virtual or real object may be situated in virtual reality (VR), augmented reality (AR) and augmented virtuality (AVR) – namely, across all types of MAR.
A correct and effective rendering of forces requires the relevant physical description of the materials of the objects involved in the physical interaction and simulation. In addition, depending on the needs of the application, different haptic rendering algorithms may be employed. Conventional standards for virtual and mixed reality have lacked constructs for expressing such material properties or algorithmic details and thereby supporting a comprehensive, faithful and flexible haptic rendering. For example, most current standard 3D graphic or virtual object representations can only describe material properties for visual rendering (e.g. for lighting effects and shading).
This document also provides definitions for terms related to material properties and physical simulation in the context of the haptic rendering and its algorithms.
The target audience of this document are mainly VR and MAR system developers and content designers interested in specifying and using haptic interaction. This document provides a basis for application standards for any VR and MAR applications and content representation that uses haptic modality for input and output.
However, this document establishes the information model. It does not promote or propose to use a specific language, file format, algorithm, device, implementation method or standard. The model is intended to be considered as the minimal basic model that can be extended for other purposes in actual implementation.
The content of this document is derived from ISO/IEC 18039, which, among other things, specifies the possible inclusion of haptic feedback (and associated devices) in experiential VR and MAR contents (and systems). The specification can be one important component in ISO/IEC 3721-1 1 , whose purpose is to lay out and specify the information model for various essential MAR content components and their relationships. While ISO/IEC 3721-1 lays the foundation and overall framework, it does not go into all the details (e.g. material or haptic properties of an object). As haptic feedback may be used in purely virtual environments as well, this document also relates to ISO/IEC 19775-1.
1 Scope
This document specifies:
- physical and material parameters of virtual or real objects expressed to support comprehensive haptic rendering methods, such as stiffness, friction and micro-textures;
- a flexible specification of the haptic rendering algorithm itself.
It supplements other standards that describe scene or content description and information models for virtual and mixed reality, such as ISO/IEC 19775 and ISO/IEC 3721-1.
2 Normative references
There are no normative references in this document.
3 Terms, definitions and abbreviated terms
3.1 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
ISO and IEC maintain terminology databases for use in standardization at the following addresses:
3.1.1
dynamic friction
friction that changes dynamically under certain external conditions
3.1.2
friction
tangential force emanating from the contact between two objects
3.1.3
haptic
kinaesthetic, force feedback and tactile feedback
3.1.4
haptic device
apparatus that delivers computer-simulated forces and torque to a human user for sensation, and also receives input in the form of force and torque to be conveyed to the computer simulation of virtual and mixed reality environment for emulating physical interaction
3.1.5
haptic modality
modality synonymous to the haptic sensation
3.1.6
haptic rendering
computing the amount of forces and torques occurring at the interaction point, based on the physical simulation and interaction of the virtual and mixed reality world, and reflecting them to the user through the haptic device
3.1.7
physical interaction
interaction, real or virtual, between a user and object(s) that involves the use of forces and torques via contact
3.1.8
physical simulation
simulating the dynamic physical phenomena in the virtual and mixed reality environment based on the environment description and given physical laws, and in the process, computing the relevant parameter values, such as the amount of forces and torques
3.1.9
stiffness
rigidity of an object and the extent to which the object resists deformation in response to an applied force
3.1.10
surface texture
micro surface texture
micro-scaled protrusion pattern on the surface of an object
3.2 Abbreviated terms
| ar | augmented reality |
| FFT | fast Fourier transform |
| MAR | mixed and augmented reality |
| VR | virtual reality |
Bibliography
| [1] | ISO/IEC 18039, Information technology — Computer graphics, image processing and environmental data representation — The Mixed and augmented reality reference model, 2019 |
| [2] | ISO/IEC 19775-1, Information technology — Computer graphics, image processing and environmental data representation — Extensible 3D (X3D) — 1: Architecture and base components, 2013 |
| [3] | SenseGraphics AB. H3D API Manual [online], 2019 [viewed July, 2021]. Available from: http://h3d.org |
| [4] | Hunt, K., Crossley, F. Coefficient of restitution interpreted as damping in vibroimpact. Journal of Applied Mechanics. 42(2), pp. 440-445, 1975 |
| [5] | Al-Bender F. Fundamentals of friction modeling. Proceedings of ASPE Spring Topical Meeting on Control of Precision Systems. 48, pp. 117-122, 2010. |
| [6] | Culbertson, H., Unwin, J., Kuchenbecker, K. Modeling and rendering realistic textures from unconstrained tool-surface interactions. IEEE Transactions on Haptics. 7(3), pp. 381-393, 2014 |
| [7] | Jeon, S., Choi, S. Taxonomy and an example of stiffness modulation. Presence: Teleoperators and Virtual Environments. 18(5), pp. 387-408, 2009 |
| [8] | ISO/IEC 3721-1, 2Information technology — Computer graphics, image processing and environmental data representation — Information model for Mixed and Augmented Reality Contents — 1: Core Objects and Attributes |