単体モデルの実験システム

本節では，単体モデルの実験システムについて述べる．まず，単体モデルを用 いた実験システムの構成について述べ，次に，表示画面について述べる．最後に，

アニメーションに必要な運動方程式およびシミュレーション条件を示す．

実験システムの構成

第4.2.1節で述べた単体モデルの制御入力をヒトの神経制御に置き換えるために，

図4.9に示すように実験システムを構成する．具体的には，式(4.1)のコントロー ラの位置に関する変数x_mを被験者のマウス操作に置き換えたものである．

コンピュータ・スクリーン上に単体モデルのアニメーションが表示されており，

被験者はマウスを動かすことによって単体モデルのコントローラを操作すること が可能である．

図 4.9: 実験システムの構成 : 単体モデル

表示画面の設計

単体モデルの力学モデルは図4.2に示すとおりであるが，実験時の視認性を高め るために，図4.10に示すように各質点の位置x_t，xmを長さおよび色の異なる鉛直 線で表示すこととする．

図 4.10: コンピュータ・スクリーンのデザイン : 単体モデル

アニメーションを表示させるウィンドウのサイズは縦600[pixcel]，横1200[pixcel]

とし，画面のその他の領域は黒で塗りつぶしてある．ウィンドウの水平方向のピ クセル[1,1200]に対して，数値モデル上の変異[−3,3]を割り当ててある．

被験者がマウスを動かすことで連動して動くコントローラAを赤の短い鉛直線 で描画し，ターゲットBを青の長い鉛直線で描画する．

4.4 簡約化モデルによる実験システム

運動方程式およびシステムパラメータ

第4.2.1節で求めた運動方程式(式(4.1))を実験システムで用いる．数値シミュ

レーションに用いた運動方程式(式(4.4))は，ターゲットBとコントローラAの 位置の差を計算しているが，実験システムでは，被験者がマウスを動かすことに よって，コントローラAを直接的に操作するので，ターゲットBに関する運動方 程式のみ用いる．

実験システムのアニメーションを動かすための運動方程式は，式(4.18)に示す とおりである．

m¨x_t+cx˙_t−α(x_t−x_m) = 0 (4.18)

ここで，xmはマウスからの入力の値である．

また，アニメーションを表示させるためのシミュレーション条件は以下に示す とおりである．

• 数値積分法：Runge-Kutta-Gill法

• 積分刻み：0.02 [s]

• 初期値：xt(0) = 0.5[m], x˙t(0) = 0.0[m/s], xm(0) = 0.0[m], x˙m(0) = 0.0[m/s]

単体モデルのシステムパラメータ値は，表4.5に示すとおりである．

表 4.5: 単体モデルのシステムパラメータ値 質点の質量 m = 1.0 [kg]

仮想的なばねのばね定数 −α =−22.0 [N/m]

減衰係数 c= 50 [Ns/m]