VR のための両面投影可能な半透過型スクリーンの研究

VR のための両面投影可能な半透過型スクリーンの研究
Research on mixed reality with a Semi-transmissive screen
2DS06137R 豊田耕志 Kouji TOYOTA
1.
z
孔の形状
立体映像を用いたコミュニケーションツールとして，二
z
孔の大きさ
人のユーザーの間に半透過なスクリーンを介在させ，その
z
孔の中心間の距離(ピッチ)
スクリーンの表側と裏側で個別の映像を投影するという
z
孔の配置
システムを発案した．本システムでは，スクリーンの表側
z
厚さ
と裏側とで個別の映像を投影することで，例えばキャッチ
z
全体のサイズ（縦×横）
ボールやテニスのように二人の人間である一つの映像オ
z
材質
はじめに
ブジェクトをやり取りするというような映像表現が可能
などを基準として分類されており，DIY ショップ等で一般
となる．またスクリーンを通して向こう側に存在する人や
に市販されている．
物が見えるので，例えば図 1 に示した野球ゲームのよう
またパンチングメタルには一般に「開孔率」もしくは「開
な，映像と実体とを組み合わせて見るという楽しみ方がで
口率」と呼ばれる，単位面積辺りの穴が占める割合の指標
きるシステムを目指している．
がある．この開孔率は主に
z
穴の大きさ
z
穴と穴の間の距離（ピッチ）
z
穴の配置
によって定まる．
3.
図 1 目標とするゲームの例(野球の場合)
このような複合現実感（Mixed Reality:MR）技術をエンタ
システムの概要
図 3 と図 4 は本システムの完成型の場合のブロック図，
及び利用イメージである．
ーテインメントの世界に活かし，新しいゲームやスポーツ
などに適用できる可能性を探りたいと考えた．
そこでそれらをポイントとして踏まえ，実現するために，
各種材料を試験及び検討した結果，穴の開いた金属板(一
般名称：パンチングメタル)に行き当たり，まずはこの材
料で実験をすることにした．
本システムの主な特徴を簡単にまとめると
z
半透過なのでスクリーンを通して向こう側が見え
図 3 システムのブロック図
る
z
スクリーンの表と裏で別々の映像が投影できる
z
偏光が崩れないので偏光を使った立体映像をプロ
ジェクションできる
という三点になる
2.
スクリーンの検討
パンチングメタル(英語名：Perforated metal)とは，ア
ルミニウムやステンレスといった金属製の板に，規則正し
く穴を開けた物の一般名称である．図 2 にパンチングメタ
ルの一般的な形状を例として示す．
図 4 システムの利用イメージ
前述したように，本システムではスクリーンの表と裏の両
面を使うことを想定しており，そのためスクリーンの表側
及び裏側で同一のシステムを組む．また本システムは偏光
によって両眼用の像を切り分ける方式の立体映像を投影
図 2 パンチングメタル(写真)
パンチングメタルは概ね
するシステムとなっており，従ってプロジェクターは表と
裏で各 2 台ずつの，合計 4 台を設置する必要がある．その
上で用いる PC 同士を LAN 経由で接続し，投影する映像を
文字)を見て，それが何であるかを答える．4 種類それ
4 台のプロジェクターで同期させることとなる．図 3 およ
ぞれの試料において同様に行い，正答数を調べた．
び図 4 を用いて本システムの利用のポイントを説明する．
図 3 にあるように，スクリーンの左側に立っている対戦者
S は，スクリーンを通して右側にいる対戦者 T を見ること
図 5 ランドルト環(例)
ができる．また同時に対戦者 S にはプロジェクターA から
出たボール1 の3D 映像がスクリーンに移って見えている．
同様にスクリーンの右側に立っている対戦者 T には，スク
リーンを通して左側にいる対戦者 S の姿が見えていると
同時に，スクリーン上にプロジェクターB から出たボール
2 の 3D 映像が見えている．ボール 1 の映像とボール 2 の
映像は同期しており，例えばボール 1 の映像が対戦者 S
に向かって飛んできているような映像の場合は，対戦者 T
の姿と合わさって，対戦者 T がボールを投げたように見え
図 6 スクリーン透過の実験
る．またその場合，対戦者 T にとってはボールが飛んでい
く映像が見えていることとなり，従って対戦者 T にはボー
ルと対戦者 S の姿が合わさって，まるでボールが対戦者 S
同様にして投影の実験を行なった．実験の概略図を図 7
に示す．
に向かって飛んでいくように見える．
4.
スクリーンの選定実験
前述したように，パンチングメタルには様々な形状・種
類が存在する．それらを今回のようなエンターテインメン
トシステムのスクリーンとして利用するには一体どの形
状のものが良いのかという研究は現在までになされてい
ない．そこでパンチングメタルをスクリーンとして利用す
るための指標を導出するための実験を行った．
図 7 スクリーン投影の実験
具体的にはスクリーンの性能評価実験として
実験参加者はスクリーンから 2m の位置に立ち，スクリ
z
スクリーンを透過したものの見え方
ーンに投影された刺激(実験 1 と同様のランドルト環 25
z
スクリーンに投影した映像の見え方
種類，及び平仮名 25 文字)を見て，それが何であるかを答
の二つを主観評価により測定することにした．
える．それぞれの試料において実験 1 と同様に実験を行い，
正答数をカウントする．
表 1 各試料の孔の直径と開孔率
のグラフを図 8 にプロットした．
開孔率(%)
試料A
5.0
35.4
試料B
3.0
51.0
試料C
1.0
22.7
試料D
0.5
22.7
実験中では数種類あるパンチングメタルの中でも特に
(1)孔の直径(2)孔の中心間の距離(ピッチ)の差に主眼を
置き，表 1 に挙げた 4 種類のパンチングメタルを用いた．
100
90
80
70
60
正答率(%)
孔直径(mm)
今回の実験で得られた二つのデータを表 2 にまとめ，そ
投影平均(%)
50
透過平均(%)
40
30
20
10
0
試料B
実験内容として，それぞれにおけるスクリーンを透過し
て見える実体，及びスクリーンに投影した映像について，
実験参加者に観測してもらい，観測したものを正確に認識
できるかどうか，その認識率について調べた．
透過の実験の概略図は図 6 の通りである． 実験
参加者はスクリーンから 2m の位置に立ち，スクリーン
を挟んで反対側2m の位置に呈示される刺激(5 段階で大
きさの異なるランドルト環をそれぞれ 5 種類，合計 25
個と，同様に 5 段階で大きさの異なる平仮名を合計 25
試料A
試料C
試料D
図 8 開孔率順に見る各実験での正答率のグラフ
図 8 から，試料 B と試料 C の間で，透過の実験と投影の実
験との正答率の平均値が，試料 B では透過の実験が高く，
試料 C では投影の実験が高いという結果となっている部
分に注目して欲しい． 投影の実験に関しては，開孔率の
順に綺麗に右肩上がりのグラフになっていることがわか
る．また透過の実験に関しても，ほぼ開孔率の順に右肩下
がりになっている．ちなみに試料 C と試料 D は開孔率が同
一であり，この二つの違いは試料 D の方が孔の直径が小さ
い（0.5mm）というものであった．試料 C は穴の直径が 1mm
観測したものを正確に認識できるかどうか，その認識率に
であったことから，同一の開孔率の場合は孔の直径が小さ
ついて調べた．
い方が良好な結果が得られる可能性がグラフから窺える．
表 3 各試料の孔の直径と開孔率
表 2 開孔率順に並べた各試料の正答率
孔直径(mm)
実験 1 結果(%)
実験 2 結果(%)
開孔率(%)
試料 A
3.0
51.0
試料 B
86.9
53.1
試料 B
1.0
22.7
試料 A
80.0
64.4
試料 C
0.5
22.7
試料 C
78.2
96.4
試料 D
80.7
99.1
透過の実験の概略図は図 10 の通りである．
また図 8 から，スクリーンを透過したものの見え方におい
て，そしてスクリーンに投影した映像の見え方においての
両方で良好な（ないしちょうど良い）結果となるのは試料
A と試料 C の間の，開孔率 20%前後であると予想される．
5.
スクリーンの振動実験
前章のスクリーンに関する実験中に，偶然スクリーンが
揺れている状態に遭遇し，そのときにスクリーンの見え方
図 10 スクリーン透過の実験
(刺激の認識率)が向上する可能性を思いついた．そこで第
4 章で行った実験と合わせて，スクリーンが振動している
実験参加者はスクリーンから 2m の位置に立ち，スクリ
状態でのスクリーンの見え方に関する実験を行うことと
ーンを挟んで反対側 2m の位置に呈示される刺激(5 段階で
した．スクリーンは図 9 で示したように横方向の振動とし
大きさの異なるランドルト環をそれぞれ 2 種類，合計 10
た．これは縦方向では重力の影響を受け，振動の速度が安
個と，同様に 2 段階で大きさの異なる平仮名を合計 10 文
定しない可能性を考えたためである．
字)を見て，それが何であるかを答える．3 種類それぞれ
の試料において同様に行い，更にそれぞれの試料に関して
振動させた条件でも同様の実験を行い，正答数を調べる．
図 9 スクリーンの振動のイメージ
具体的にスクリーンの性能評価実験として
z
スクリーンを振動させない場合の，スクリーンを
透過したものの認識率
z
過したものの認識率
z
z
図 11 スクリーン投影の実験
スクリーンを振動させた場合の，スクリーンを透
また投影の実験の概略図を図 11 に示す．実験参加者は
スクリーンを振動させない場合の，スクリーンに
スクリーンから 2m の位置に立ち，スクリーンに投影され
投影した映像の認識率
た刺激(実験 1 と同様のランドルト環 10 種類，及び平仮名
スクリーンを振動させた場合の，スクリーンに投
10 文字)を見て，それが何であるかを答える．それぞれの
影した映像の認識率
試料において実験 1 と同様に実験を行い，正答数をカウン
の四つを主観評価により測定することにした．
トする．
本実験では前回同様，パンチングメタルの(1)孔の直径
今回の実験で得られたデータを，各試料の開孔率の順に
(2)孔の中心間の距離(ピッチ)の差に注目し，表 3 に挙げ
表 4 にまとめた．また振動の有無による認識率の変化が分
た 3 種類のパンチングメタルを実験に用いている．また，
かり易くなるように，両条件で結果を図 12 および 13 にプ
今回の実験ではパンチングメタルを振動させた条件下で
ロットした．図 12 及び図 13 から，スクリーンを透過した
の認識率がどうなるかを測定するために，素材にはモータ
ものの見え方において，そしてスクリーンに投影した映像
ーを仕込み，
駆動出来るようにしてある．
実験内容として，
の見え方においての両方で，振動を加えた条件の方が，認
それぞれにおけるスクリーンを透過して見える実体，及び
識率が上がる，もしくは振動を加えても認識率が下がらな
スクリーンに投影した映像を，振動の無い場合，及び振動
いということが見て取れる．
のある場合の二つの条件で実験参加者に観測してもらい，
表 4 開孔率順に並べた各試料の正答率
現在，このシステムを用いたテニスゲームを作成中である．
プレイ時のイメージは図 15 のようになる．
透過
透過
投影
投影
(振動
(振動
(振動
(振動
ナシ)
アリ)
ナシ)
アリ)
試料 A
48.6
58.6
47.9
86.4
試料 B
42.1
47.9
82.9
95.7
試料 C
42.3
42.9
96.4
98.6
100
スクリーンを挟んで両側に立った対戦者同士が，映像の
90
80
ボールを打ち合うという内容になる予定である．
正答率(%)
70
60
振動ナシ
50
振動アリ
7.
まとめ
本論文の要旨を端的にまとめると
40
30
z
20
対面型のディスプレイシステムによるコミュニケ
10
ーションの促進
0
試料A
試料B
試料C
対面型の MR システム構築にはパンチングメタル
z
図 12 開孔率順に見る透過の実験での正答率のグラフ
(実験参加者全員の平均)
を利用するという手段がある
z
パンチングメタルを利用する場合には開孔率が重
z
その上でエンターテインメントシステムとして真
要
100
90
に目的に適うにはユーザーインターフェースの検
80
70
討が重要
正答率(%)
60
振動ナシ
50
振動アリ
40
ということになる．
8.
30
20
参考文献・参考 URL
参考 URL・参考文献
10
0
試料A
試料B
試料C
[1] “WEBSITE
of
LumiSight
Table”
：
http://www.hc.t.u-tokyo.ac.jp/project/LumiSight
図 13 開孔率順に見る投影の実験での正答率のグラフ(実
験参加者全員の平均)
/
[2] 清川清 マーク・ビリングハースト ダニエル・ベルチ
ャ アルナブ・グプタ：拡張現実感インタフェースを
今回の実験から，パンチングメタルをスクリーンとして
用いる際に，振動を加えることで
(1) 素材上に投影した映像の認識率は概ね向上する
(2) 素材を透過して見えるものの認識率は，振動を加える
前と同等，もしくは向上する
ということが分かった．これはつまり概ね，振動を加える
用いた対面協調作業のコミュニケーション過程，日本
バーチャルリアリティ学会論文誌 vol.7 No.2 pp．
159̶160 2002
[3] 舘暲 ：人工現実感の基礎−臨場感・現実感・存在感
の本質を探る．バーチャルリアリティの基礎〈1〉
，培
風館，2000．
ことで認識率が向上する場合がほとんどで，低下する場合
[4] 舘暲 ：バーチャルリアリティ入門，
ちくま新書，2002．
は少ないということである．
[5] A 下條信介：視覚の冒険 イリュージョンから認知科
6.
MR システムの作成
デモを兼ねて，本システムを利用した MR のアプリケー
ションを作成した．実物の写真を図 14 に示す．
図 14 MR システム
学へ
Adventure of Vision –From Illusions To
Sciences，産業図書株式会社，pp. 65-66, 1995．
[6] Elrod,
S., eT al. LiveBoard: A large
interactive display Supporting group
meetings,presentations,and
remote
collaboration. In Proceedings of CHI 92:
Human Factors in Computing Systems,
pp.599-607, 1992