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視 ・ 触覚 複合現実環境提
解説:ミ ニ特 集 複合 現実 視 稲 ・ 提示技術 触覚 複合現実環 境 見 昌 彦 *・舘 暉 ** **E-mail: *,* *東 京 大 学 大 学 院 情 報 理 工 学 系 研 究 科 東 京 都 文 京 区本 郷7-3-1 *,**Dept. of Mathematical [email protected] キ ー ワ ー ド=視 Engineering and Facluty of Engineering, The University Bunkyo-ku, Tokyo, Japan *E-mail: [email protected] Information of Tokyo Physics, 7-3-1 ・触 覚 デ'ス プ レ イ(visio-haptic 搭 載 型 プ ロ ジ ェ ク タ(head-mounted イ(stereoscopic Hongo, projector),立 display),頭 部 体 デ ィ ス プ レ display). IL 0009/02/109-0639 (C)2002 SICE い られ て い る. 1. は じめ に 立 体 デ ィ ス プ レ イ に お い て は,理 想 的 に は両 眼 像 の 輻 較 万 博 や 博 物 館 な どで 眼 前 に 迫 り来 る立 体 映 像 を見 て 思 わ 角 の 条 件 や 網 膜 上 の像 の 大 き さ,水 晶 体 調 節 を 実 際 に見 た ず手 を さ しの べ た経 験 の あ る方 は多 い の で は な か ろ うか. もの と同 じ条 件 に調 整 す る必 要 が あ る.し か しな が ら,現 しか し な が ら手 は空 を切 る ば か りで あ り,そ こ に広 が るの 在 一 般 的 に用 い られ て い るHMDで は虚 ろ な世 界 で あ る こ とを改 め て 認 識 させ られ る.頬 距 離 が1∼2[m]に をつ ね る こ とに よ り夢 と現 実 とを 区 別 す る よ う に,触 覚 は現 実 感 を認 識 す る 上 で き わ め て 重 要 な手 が か りで あ る と言 え 水 晶 体 の 調 節 と眼 球 の 輻 較 と の 間 に は 密 接 な 関 係 が あ genceや,逆 イ ス とし て頭 部 搭 載 型 デ ィ ス プ レ イ(Head-Mounted るconvergence play: HMD)1)やCAVE2)/CABIN3)に 代 表 さ れ る没 入 型 多 面 デ ィ ス プ レ イ(Immersive Projection Technology: 固 定 され て い る も の が ほ と ん どで あ り 水 晶 体 調 節 の条 件 は満 た され て い な い. る. バ ー チ ャ ル リア リテ ィの 分 野 で よ く用 い られ て い る デ バ Dis- は,提 示 画 像 の 光 学 的 り,調 節 が 起 き る と輻 較 が 起 き るaccommodative conver- に輻 較 が 起 きた と き に は調 節 が 連 動 して 起 き accommodationな どの現 象 が 知 られ て い る. 調 節 を一 定 に保 っ た ま まで も輻 較 は あ る程 度 は変 化 可 能 IPT)を 挙 げ る こ とが で き る.こ れ らの デ ィ ス プ レ イ は 高 度 で あ り,一 般 的 なHMDの な臨 場 感 でバ ー チ ャ ル な 視 空 間 を構 築 す る こ と に は適 して 距 離 に 調 節 を 固 定 した場 合,50[cm]∼ い るが 単 体 で は従 来 の 立 体 映 画 同 様,触 を変 化 可 能 と され て い る.よ っ て 手 元 作 業 に適 切 と され る こ と はで きな い. 一 方PHANToM4) 覚 情 報 を提 示 す る 30[cm]前 ,AED5)等 触 覚 デ ィ ス プ レイ に関 す る 像 面 提 示 距 離 で あ る1∼2[m]の 無 限 遠 の範 囲 に輻 較 後 の 距 離 の 物 体 を提 示 し よ う と した場 合,両 眼 映 像 の融 像 が 困 難 な 状 況 とな る. 研 究 も盛 ん に 行 わ れ て い る.当 然 そ れ ら触 覚 提 示 デ ィス プ 融 像 範 囲 内 で あ っ て も,輻 較 と水 晶 体 調 節 との ず れ は奥 レ イ と視 覚 デ ィ ス プ レイ とを組 み 合 わ せ る試 み も多 数 行 わ 行 き認 知 精 度 の狂 いや 眼 精 疲 労 を引 き お こす とい っ た 問 題 れ て い る6).物 体 の視 覚 情 報 と触 覚 情 報 と を 同 一 の デ ィス が 指 摘 され て い る. プ レ イ に て 同 時 に 提 示 す る こ と で,コ ン ピュータ の中 の 頭 部 の 目 と共 役 な位 置 に搭 載 した カ メ ラ の 映 像 をCG映 バ ー チ ャ ル な物 体 を現 実 物 体 と同 様 に 実 際 に物 体 を 手 で 像 と電 子 的 に合 成 し た上 で 提 示 す る ビ デ オ シー ス ル ー に よ もっ て 操 作 し て い るか の よ う に取 り扱 う こ とが 可 能 と な る合 成 手 法 は,現 実 世 界 とCGと の像 面 の 位 置 を一 致 させ る.1つ る こ とが 可 能 で あ る ば か りか,実 装 に よっ て は次 節 で 述 べ の 理 想 と され るの わ れ わ れ が 通 常 生 活 し て い る の と同様 な状 況-「 見 た もの が 触 れ る もの(What What You Feel)」,WYSIWYFデ しか し なが ら このWYSIWYFデ You See Is ィス プ レ イ7),8)であ る. ィス プ レ イ を実 現 す る た め に は さ ま ざ ま な 問 題 を 解 決 す る必 要 が あ る.本 稿 で は る遮 蔽 矛 盾 や 頭 部 運 動 に よ るCGの 可 能 で あ り複 合 現 実 感(Mixed ス の1つ MR)用 のデバ イ しか し,本 手 法 は立 体 視 時 の輻 較 と調 節 の 不 一 致 や 視 野 視 ・触 覚 複 合 現 実 環 境 提 示 を行 う に 当 た り重 要 な 課 題 を整 理 した 後 に そ れ ら問 題 点 を低 減 す る た め に筆 者 らが 開 発 し い で い る. た シ ス テ ム に つ い て解 説 を行 う. 2.2 問 題 点 を もそ の ま ま 引 き継 遮 蔽矛盾 遮 蔽 関 係 は人 間 の 奥 行 き認 知 に と っ て最 も強 力 な手 が か シ ス テ ム 構 成 の た め の 問 題 点 2.1 Reality: と して将 来 性 が期 待 で き る. の 狭 さ な どの 従 来 のHMDの 2. 時 間 の ず れ まで 補 正 も りの1つ で あ り視 差 情 報 と相 補 的 に機 能 す る こ とが知 られ 輻 韓 と調 節 の 不 一 致 て い る.た 人 間 の 両 眼 に よ る奥 行 き知 覚 の 手 が か り と して は,物 体 とえ ば,両 眼 の 非 対 応 領 域 は通 常 視 野 闘 争 を引 き起 こす 要 因 とな るが 遮 蔽 に よ っ て 生 じた もの な らば む し の 遮 蔽 関 係 以 外 で は両 眼 網 膜 像 の 視 差 量 と輻 較 とが 重 要 な ろ遮 蔽 を 手 が か り と した 空 間 認 知 に 寄 与 す る とい う事 例 が 役 割 を 果 た して い る こ とが 知 られ て お り,HMDを 知 られ て い る9).画 像 視 覚 情 報 の 奥 行 き順 序 情 報 の 矛 盾 が は じめ と して,各 種 立 体 デ ィ ス プ レ イ に 二 眼 式 の 立 体 視 が 広 く用 計測 と制御 第41巻 第9号 2002年9月 号 生 じ る現 象 は 「遮 蔽 矛 盾 」 と呼 ば れ,透 明視 解 釈 を 始 め と 639 ウ エ ル 光 学 系 を利 用 し た 視 覚 提 示 装 置 の 開 発 を行 って い る12). 頭 部 搭 載 型 デ ィ ス プ レ イ は近 年 一 層 の 小 型 化,軽 進 み,パ 量化 が ー ソ ナ ル な 情 報 空 間 を コ ンパ ク トに 生 成 す る た め の キー デバ イ ス と して 今 後 と も有 望 で あ る と考 え られ る. しか し,頭 部 搭 載 型 デ ィス プ レ イ は い わ ば 目隠 しで も あ り, 現 実 空 間 が デ ィ ス プ レ イ 自 身 に よ っ て 遮 蔽 され る こ とに な り,現 実 空 間 で の作 業 性 を低 減 させ て い る. ハ ー フ ミ ラー や頭 部 搭 載 カ メ ラ を 用 い,現 実 空 間 の映 像 に情 報 空 間 の 映 像 を重 畳 提 示 す る こ と を試 み た シー ス ル ー 図1 型 のHMDも 遮 蔽矛盾 問題の例 提 案 され て い るが,ワ ー ク スペ ー ス部 分 に お い て,提 示 物 体 同 士 の 焦 点 位 置 の不 一 致 な ど,作 業 に著 し く不 利 とな る問 題 が 発 生 す る こ とは 先 に述 べ た とお りで あ す る さ ま ざ ま な立 体 視 の 阻 害 が 生 じ る こ とが 報 告 され て い る.特 に,物 体 同 士 の 遮 蔽 関 係 の不 一 致 に 関 す る問 題 点 は る10),11). 近 年 多 用 さ れ て い るCAVE, し か しな が らバ ー チ ャ ル 空 間 と現 実 空 間 を融 合 させ る場 合,バ ー チ ャ ル物 体 と現 実 物 体 の本 来 提 示 され る べ き奥 行 CABIN等 没 入 型 の投 影 式 デ ィ ス プ レ イ に お い て も存 在 す る 問題 で あ り,筆 者 らが 開 発 した マ ク ス ウ エ ル 光 学 系 を利 用 した と して も解 決 は 困 難 き の順 序情 報 と実 際 に提 示 され て い る画 像 視 覚 情 報 の 奥 行 で あ る. き の順 序情 報 が 一 致 し て い な い こ とが あ る.た 近 年 に な り,遮 蔽 問 題 を解 決 す る た め の手 法 と して,プ ロ ジ ェ ク タ を実 世 界 の 照 明 光 源 と して 利 用 す る 方 法13),透 と え ば,視 覚 的 な複 合 現 実 感 生 成 に ハ ー フ ミ ラ ー を介 し現 実 空 間 と バ ー チ ャル 空 間 を 重 畳 さ せ る光 学 式 シー ス ル ーHMDが 多 過 型LCDを 用 さ れ て い る(図1A).図1Bは 者 ら は単 一 の デ ィス プ レ イ で 近 距 離 か ら遠 距 離 まで のMR 光 学 式 シー ス ル ーHMD 用 い る 方 法14)等 い くつ か 提 案 され て い る.筆 と同 様 の ハ ー フ ミ ラー を利 用 した光 学 系 を 用 い て,現 実 物 空 間 を す べ て カバ ー す る こ と は現 状 の 技 術 で は きわ め て 困 体 で あ る 小 瓶 とバ ー チ ャル物 体 で あ る市 松 模 様 の 円 筒 が 観 難 で あ る と考 え,提 示 した い対 象 に 応 じ さ ま ざ ま な距 離, 察 者 か ら等 距 離 に 配 置 さ れ て い る よ う生 成 され た 画 像 で あ さ ま ざ まな 大 き さ の デ バ イ ス を用 意 す る こ と に よ り問題 の る.図1Cは 解 決 を試 み た.そ き,手 手 を物 体 の 背 面 に差 入 れ た状 態 で あ る.こ の と と円 筒 の前 後 関 係 の 矛 盾 は生 じ な い が,本 来 は 円筒 に よ っ て 隠 され る 手 が 透 け て 見 え て し まい,現 実 感 が 著 し く損 な わ れ る.ま た,図1Dは た 状 態 で あ る.こ の 際,本 の 画 像 が 見 え,手 手 を物 体 の 前 面 に差 し 出 し 来 は手 に よ っ て 隠 れ るべ き 円筒 と円 筒 の 前 後 関係 の 解 釈 が 阻 害 され る. こ の 問題 は,MR・ARに お い て操 作 者 に対 す る触 覚 提 示 の1つ が 手 元 でバ ー チ ャ ル 物 体 を観 察, 操 作 す る こ と に適 した デ ィス プ レイ と し て 開 発 した,オ ブ ジ ェ ク ト指 向 型 デ ィス プ レイ で あ る15),16). さ らに そ の 考 え を拡 張 し,「近 くの 物 体 は近 くの デ ィス プ レイ,遠 くの 物 体(景 色)は 遠 くの デ ィ ス プ レ イ」 で あ た か も舞 台 に お け る 書 き割 りの よ う に提 示 す る こ と に よ っ て,よ り広 い 範 囲 で シー ム レス なMR空 間 を生 成 す る こ と を は じめ とす る な ん らか の物 理 的 フ ィ ー ドバ ック を行 う と も可 能 で あ る.こ の 手 法 はImage Renderingの き に きわ め て 生 じや す い.な ぜ な ら ば,な ん らか の 物 理 的 で の 書 き割 り法 に よ る3次 元 仮 想 空 間 生 成 手 法17)の 現 実 フ ィ ー ドバ ッ ク を行 うた め に は触 覚 提 示 を は じ め とす る デ 世 界 に お け る実 装 と考 え る こ と もで き る. バ イ ス が必 要 とな り,多 Based 分野 くの 場 合 デ バ イー ス とバ ー チ ャル 物 体 との 間 に遮 蔽 が 生 じ る た めで あ る.さ ら に不 幸 な こ と に, 多 くの場 合 こ の遮 蔽 は操 作 の 対 象 物 体 近 辺,す な わ ち もっ と も映 像 を詳 細 に 見 せ た い場 所 で発 生 す る.触 覚 提 示 デ バ イ ス な どが 十 分 小 さい 場 合 は問 題 に は な らな い が,特 に触 覚 提 示 デ バ イ ス は そ の 性 質 上 遮 蔽 が 気 に な ら な い ほ ど に小 さ くは な い.ま た,も うひ とつ の遮 蔽 問 題 とし て,デ バ イ ス が そ の 背 景 の現 実 世 界 を隠 して し ま う こ とに も着 目 した い. 3. オ ブ ジ ェ ク ト指 向 型 デ ィ ス プ レ イ 筆者 らは,輻 較 と水晶体 調節 の不 一致 を解消 す るこ とが 可能 な焦点深度優 先型 デ ィスプ レイの実装 としてのマ クス 640 図2 オ ブ ジ ェ ク ト指 向 型 デ ィス プ レイMEDIA 計測 と制御 第41巻 第9号 3 2002年9月 号 しか し,広 範 囲 でMR空 間 を生 成 す るた め に は デ ィス プ レイ を遍 在 させ る,い わ ばubiquitous displayを 構 成 す る な距 離 さ ま ざ ま な形 の ス ク リー ン に ピ ン ボ ケ す る こ とな く映 像 を投 影 す る こ とが 可 能 とな る.た だ し,プ ロ ジ ェ ク 必 要 が あ る.し か し,従 来 の デ ィ ス プ レ イ で は空 間 的,金 タ の 開 口径 を 小 さ くす る と投 影 映 像 の輝 度 の低 下 と,回 折 銭 的 コ ス トが 多 大 な もの とな って し まい 実 用 的 で は な い. に よ る画 質 の低 下 が 起 き る. そ こで 筆 者 ら は デ ィス プ レ イ の 代 わ り に再 帰 性 反 射 材 と プ ロ ジ ェ ク タ を用 い る新 た な シ ス テ ム を 開 発 した. 4. X'tal と して 用 い る こ とで あ る.図4に 示 す よ う に通 常 の 物 体 表 面 は入 射 光 を拡 散 反 射 し,鏡 は 入 射 した 向 き と反 対 の 方 向 Vision X'tal Visionと 本 光 学 系 の も う1つ の 特 長 は 再 帰 性 反射 材 を ス ク リー ン に光 を 反 射 す る.そ れ に対 し て再 帰 性 反 射 材 とは光 を入 射 は,オ ブ ジ ェ ク ト指 向型 デ ィス プ レ イ の 一環 と し て研 究 し た映 像 提 示 手 法 を指 し,図3に 示す よう に し た 方 向 に反 射 す る性 質 を持 つ 素 材 を指 し,道 路 標 識 や 自 転 車 の 反 射 材 な ど に よ く用 い られ て い る. 再 帰 性 反 射 機 能 を もつ 素 材 と して は コー ナ ー キ ュー ブ ア (1) デ ィス プ レ イ面 と し て再 帰 性 反 射 材(リ トロ リ フ レ クタ)を 利 用 す る (2) 観 察 者 の 目 と(立 体 視 を行 う場 合 は両 眼 そ れ ぞ れ に (2) (3) は あ らゆ る形 状 の 物 体 を デ ィ ス プ レイ と して 用 い る こ とを ビー ズ を 用 い た再 帰 性 反 射 材 を用 い て い る. 画 像 投 影 部 の 開 口 径 を光 量 の 許 す 限 り絞 り込 む 高 い輝 度,指 イ の 方 法 が 一 般 的 で あ る.本 研 究 に お い て 想 定 し,入 射 光 の 角 度 を 広 く取 る こ と の で き る マ イ ク ロ こ とに よ り,そ れ ぞ れ, (1) ラ イ ア イ レ ン ズ(ハ エ の 目 レ ンズ)十 拡 散 板,マ ク ロ ビー ズ の3種 対 し て)光 学 的 に 共 役 な位 置 よ り画像 を投 影 す る (3) レ イ,フ 再 帰 性 反 射 材 が理 想 的 な 再 帰 性 反 射 特 性 を も っ て い る場 向性 反 射 を有 し,再 帰 性 反 射 材 を塗 布 合,投 影 され た像 面 の 位 置 は再 帰 性 反 射 材 の位 置 に よ らず 可 能 なす べ て の物 体 を ス ク リー ン と して 利 用 で き,非 プ ロ ジ ェ クタ の焦 点距 離 とな る は ず で あ る.し か しな が ら 常 に軽 量 な デ ィ ス プ レイ 部 を 実 現 で き る.ま た,ス ク 実 際 の 再 帰 性 反 射 材 は ス ク リー ン上 で 拡 散 す るた め,像 面 リー ン部 の 形 状 も 自 在 か つ 材 質 も発 泡 ス チ ロ ー ル や の 位 置 は ス ク リー ン上 に位 置 し,観 察 者 の 水 晶体 の 調 節 位 布,壁 置 も ス ク リー ン位 置 近 傍 とな る. な どか な りの 自由 度 が あ る ス ク リー ン形 状 に起 因 す る 像 の 歪 み が 生 じな い.ま また,プ ロ ジ ェ ク タ に設 けた 絞 り径 お よ び プ ロ ジ ェ ク タ た,観 察 者 や 実 物 体 の 影 が 投 影 映 像 の 影 と重 な り,ス 輝 度 を調 節 す る こ と に よ り,通 常 の物 体 上 に投 影 され た映 ク リー ン上 に 落 影 が観 察 され な い 像 は屋 内光 の 下 で は知 覚 不 可 能 とな る よ う設 定 で き る.こ 大 き な焦 点 深 度 を持 ち,任 意 形 状,任 意位置 の スク リー ン に対 し,広 い範 囲 で 結 像 可 能 とい っ た特 長 を有 す る こ とに な る.さ らに,そ れ ぞ れ の 要 素 を融 合 す る こ とで, (1)+(2)ス ク リー ン輝 度 の 距 離 依 存 性 の減 少 (1)+(3)手 な どの 物 体 とス ク リー ン面 との 大 きな輝 度 差 に よ る適 切 な遮 蔽 関 係 (1)+(2)+(3)両 眼 像 の 空 間 的分 離 に よ る裸 眼 立 体 視 とい っ た よ う に各 要 素 を 同 時 に満 た す こ とに よ り,単 独 で は 生 まれ え な い効 果 も発 生 す る. 図4 再帰性 反射材 本 光 学 系 の 最 大 の特 徴 と して プ ロ ジ ェ ク タ に 設 け られ た 小 絞 りを挙 げ る こ とが で き る.こ の絞 りに よ り,プ ロ ジ ェ ク タ は大 きな 焦 点 深 度 を もつ こ とが 可 能 とな り,さ ま ざ ま 図3 計測 と制御 第41巻 第9号 X'tal Vision光 2002年9月 号 学 系 図5 X'tal Visionに よ る映 像 641 図6 HMP model-2 の と き再 帰 性 反 射 材 は 通 常 の物 体 と比 較 し て数 十 ∼ 数 百 倍 プ ロ ジ ェ ク タ 部 を頭 部 に搭 載 す る こ とで 頭 部 運 動 に 同期 の 反射 ゲ イ ン を も っ て い る た め 再 帰 性 反 射 ス ク リー ン上 に し 回 り込 み観 察 が 可 能 な 投 影 式 オ ブ ジ ェ ク ト指 向 型 デ ィス 投 影 され た 映像 は そ れ よ り手 前 の 物 体 に よ りあ た か も遮 蔽 プ レイ を実 現 す る こ とが 可 能 と な る.本 さ れ て い る か の よ うに 観 察 され る こ と に な る(図5). こ と に よ り図7に 以 上 の こ とか らバ ー チ ャ ル物 体 を提 示 した い 場 所 近 傍 に を保 ち つ つ,バ シ ス テ ム を用 い る 示 す よ う に操 作 者 の手 と適 切 な 遮 蔽 関 係 ー チ ャル 物 体 の 立 体 像 を提 示 し,か つ頭 部 再 帰性 反 射 材 を配 置 す る こ と に よ り,輻 較 ・調 節 問 題,遮 を動 か す こ と に よ り さ ま ざ まな 角 度 か らバ ー チ ャル 物 体 を 蔽 問題 の影 響 を低 減 す る こ とが 可 能 と な る. 観 察 す る こ と に成 功 した18).なお,HMPは 5. の 新 た な キ ー デ バ イ ス の1つ 頭 部 搭載 型 プ ロジ ェク タ X'tal Vision光 tor)で あ る.本 計 測 部,制 シ ス テ ム は,プ 御 部,グ Head Mounted ロ ジ ェ ク タ 部,位 ラ フ ィ ッ ク エ ン ジ ン,ス Projec置 ・姿 勢 ク リー ン部 か プ ロ ジ ェ ク タ 部(図6)は,小 型 化,軽 量 化 を 図 る た め, ま た,一 た め,眼 ン ズ 利 用 時 の 水 平 視 野 は60[deg]と な り一 比 較 し て もや や 広 い 視 野 と な っ て い る. 般 的 な 広 視 野 のHMDは ア イ リ リー フ が 小 さ い 鏡 を 着 用 し た 状 態 で の 装 着 は 困 難 で あ り,視 度 調 整 機 構 を 設 け る必 要 が あ っ た.し か し,本 な が ら ア イ リ リ ー フ が70[mm]近 く と大 き い た め,図6右 の 写 真 の よ う に 眼 鏡 を 着 用 し つ つ,の い る.さ 20[mm]以 ら に,ス 光 学 系 は広 視 野 装 着 が 可 能 とな っ て ク リ ー ン 位 置 が50[cm]の と き,瞳 個 人 差 の 影 響 を う け に く く な っ て い る. 642 径 は 上 あ る た め,眼 球 の 運 動 や 装 着 ず れ,眼 間 距 離 の 図7 視 6.1 ・触 覚 複 合 現 実 環 境 光 学迷彩 一般 的 なMR映 像 提 示 技 術 は,現 実 空 間 に バ ー チ ャル 空 現 実 空 間 の 物 体 を視 覚 的 に 透 明 化,す を可 能 とす る 「光 学 迷 彩(Optical 自 作 し た も の を 利 用 し た. 般 的 なHMDと 6. 間 の 映 像 を重 畳 させ る い わ ば映 像 の 「加 算 」 で あ る.逆 ら 構 成 さ れ る, 12.5[mm]レ 野で る19)20). 学 系 を頭 部 に搭 載 可 能 に した シ ス テ ム が 頭 部 搭 載 型 プ ロ ジ ェ ク タ(HMP: 現 在MR分 と し て 各 所 で 研 究 され て い 頭 部 搭 載 型 プ ロ ジ ェ ク タ と提 示 映 像 い る こ とに よ りWYSIWIFデ に な わ ち 映 像 の 「減 算 」 Camouflage)」 技 術 を用 ィ ス プ レ イ を構 築 す る こ と が で き る.光 学 迷 彩 は遮 蔽 物 体 に再 帰 性 反射 材 を貼 付 し た 上 で 背 景 映 像 をX'tal す る.図8に す.モ Visionで 投 影 す る こ とに よ り実 現 光 学 迷 彩 の構 成 図 を示 し,図9に 実 施 例 を示 デ ル が 保 持 し て い る ブ ロ ッ ク状 の物 体 が あ た か も透 明 に な った か の よ う に観 察 で きて い る. 6.2 光 学 迷 彩 を用 い た 視 ・触 覚 複 合 現 実 環 境 WYSIWYFデ ィス プ レイ を 実 現 す る に あ た っ て,触 覚 提 示 部 に光 学 迷 彩 の技 術 を適 用 す る こ とで 提 示 部 自身 に よ る遮 蔽 の 問 題 か ら開 放 され る.本 稿 で は 視 覚 提 示 装 置 と し 図8 光 学迷 彩の構 成図 計測 と制 御 第41巻 第9号 2002年9月 号 バ ー チ ャ ル世 界 の情 報 を適 切 に演 算 す る こ とで,操 作 者 に 提 示 す る 視 覚 情 報(両 PHANToMを 眼)・ 触 覚 情 報 を 生 成 し,HMP, 通 じて それ ぞ れ を 出 力 す る.図11が 実際 に 出 力 され た イ メ ー ジで あ あ る. 本 構 成 に よ り触 覚 提 示 装 置 で あ るPHANToMが 的 に 透 明 化 され,視 視覚 覚 デ ィス プ レ イ と触 覚 の デ ィ ス プ レイ を 統 合 す る こ とが 可 能 とな り,今 自分 が 実 際 に見 て い る も の に 触 れ る と い っ た 機 能 を 実 現 す る こ とに成 功 し た. 7. 図9 お わ りに 本 稿 で は現 実 世 界 とバ ー チ ャル 世 界 とを,視 覚 ・触 覚 の 光学 迷彩 の実施例 双 方 で 融 合 提 示 す る上 で の 問題 点 を解 説 す る と と もに,そ の 問題 点 を解 決 す るた め の 試験 的 実 装 につ い て 述 べ た. 具 体 的 に は触 覚 提 示 デ バ イ ス に再 帰 性 反 射 塗 料 を 貼 付 し,視 覚 提 示 デバ イ ス に光 学 迷 彩 技 術 を応 用 す る こ とで, 触 覚 提 示 デバ イ ス を歪 み な く透 明 化 す る こ とが で き,視 触 覚 融 合 デ ィ ス プ レ イ,WYSIWYFデ た.実 ィ ス プ レ イ を実 現 し 現 した デ ィ ス プ レ イ は両 眼 立 体 視 が 可 能 で あ り,提 示 さ れ て い る バ ー チ ャル 物 体 の 触 覚 を,実 際 に 指 で 触 る こ とで感 じ る こ とが 可 能 で あ る.さ らに操 作 者 の手 ・指 に よ り適 切 に表 示 物 体 を遮 蔽 す る こ とが で きた. 筆 者 らの 提 案 したX'tal Visionは 「オ ブ ジ ェ ク ト指 向 型 の 視 ・触 覚 デ ィ ス プ レイ 」 と して 位 置 づ け る こ とが で き る. 今 後 は 医 療 や テ レ イ グ ジ ス タ ンス へ の 応 用 な ど,よ り,実 世 界 指 向 の 複 合 現 実 空 間 お い て も シ ス テ ム 構 築 す る こ とを 図10 HMPを 用 い た 視 ・触 覚 複 合 現 実 環 境 ブ ロ ッ ク 図 目指 して ゆ く. (2002年6月19日 参 考 文 受付) 献 1) I. Sutherland: A head-mounted three dimensional display. Proc. Fal Joint Computer Conference, AMPS Conf. Proc., 33, 757/764 (1968) 2) Carolina Cruz-Neira, Daniel J. Sandin and Thomas A. DeFanti: Surround-screen projection-based virtual reality: The design and implementation of the CAVE, Proc. of Computer Graphics, 27, 135/142, August (1993) 3) 廣 瀬,小 木,石 綿,山 田:没 入 型 多 面 デ ィ ス プ レ イ(CABIN)の 開 発,日 本 バ ー チ ャ ル リ ア リ テ ィ 学 会 第2回 大 会 論 文 集, 137/140 (1997) 4) T. Massie face: Winter 図11 光 学 迷 彩 を用 い た 視 ・ 触 覚 複 合 現 実 環 境(枠 内 は通 常 に構 成 した場 合) 5) A and Annual 平 田,星 野,前 HMP Visionを 頭 部 搭 載 化 し た シ ス テ ム (Head-Mounted Projector)を,触 再 帰 性 反 射 材 を貼 付 したPHANToMを 図10に 用 い た. シ ス テ ム の構 成 図 を示 す.シ ス テ ム は視 覚 提 示 機 構 で あ るHMP部 と触 覚 提 示 機 構 で あ るPHANToM部 お よ び,両 者 を制 御 す るPCか ら構 成 され る.得 られ た 指 先 の 位 置 ・姿 勢 情 報,視 点 位 置 情 報 とPC内 計測 と制御 覚 提 示 部 と して 第41巻 第9号 2002年9月 号 for The Probing Meeting PHANToM Virtual Objects, Haptic Proc. InterASME (1994) 田,舘:人 工 現 実 感 シス テム にお け る物 体 形状 を提 示 す る 力 触 覚 デ ィ ス プ レ イ,口 誌, 1-1, 23/32 て 先 に 述 べ たX'tal J. Salisbury: Device 本 バ ー チ ャ ル リア リ テ ィ 学 会 論 文 (1996) 6) B. Grant, A. Helser and R.M. Taylor II: Adding Force Display to a Stereoscopic Head-Tracked Projection Display, Proc. Virtual Reality Annual International Symposium 98, 81/88, Mar (1998) 7) Y. Yokokohji. R.L. Hollis and T. Kanade: What You can See Is What You can Feel-Development of a Visual/liaptic Interface to Virtual Environment. In Proc., VRAIS'96, 46/53 (1996) 8) 横 小 路,ホ リ ス,金 出:仮 想 環 境 へ の 視 覚/力 覚 イ ン タ フ ェ ー ス: に格 納 さ れ て い る 643 WYSWYFデ ィ ス プ レ イ,日 誌, 2-4, 17/26 本 バ ー チ ャル リ ア リテ ィ 学 会 論 文 (1997) [著 9) K. Nakayama and S. Shimojo: Da Vinti Stereo-optics: Depth and Subjective Occlusing Contours from unpaired Image Points, Vision Research, 30-11, 1811/1825 (1990) 10) 鈴 木,前 響,日 田,舘:人 本 バ ー チ ャ ル リア リ テ ィ学 会 論 文 誌, 2-3, 1/8 12) 稲 見,川 上,柳 田,前 体 デ ィ ス プ レ イ,日 287/294 (1999) 13) 伴,野 田,舘:マ 時 間 計 測 と動 的 パ タ ー ン照 明 に よ る光 学 テ ィ 学 会 論 文 誌, 4-4, 665/670 本 バ ー チ ャル リア リ (1999) 14) K. Kiyokawa, Y. Kurata and H. Ohno: An Optical Seethrough Display for Mutual Occlusion of Real and Virtual Environments, Proceedings of the IEEE and ACM International Symposium on Augmented Reality 2000 (ISAR 2000), 60/67 (2000) 稲 見,川 上,前 田,舘:物 会 論 文 集, 139/142 16) 17) 柳 田,前 本 バ ー チ ャ ル リ ア リ テ ィ 学 会 第1回 研 究,情 報 処 理 学 会 論 文 誌, 40-6, 2725/2733 稲 見,川 田,舘:オ 木 島,廣 上,関 口,高 幣,柳 瀬:頭 度 情 報 処 理 学 会 山 下 記 念 研 究 賞,平 成12年 舘 成11年 障 君(正 本 ロ ボ ッ ト学 会,日 本バーチ ャ 会員) 1968年 東 京 大 学 工 学 部 計 数 工 学 科 卒 業.73年 同 大学 大 学 院 工 学系 研 究 科博 士課 程 修 了(工 学 博 士).東 京大 学 工 学部 計 数工 学 科助 手,通 商 産 業 省 大 工 業 技 術 院 機 械 技 術 研 究 所 バ イ オ ロ ボ テ ィク ス 田,遠 藤,小 林,上 本バー 部 搭 載 型 プ ロ ジ ェ ク タ を 用 い た 仮 想 環 境 とデ ス ン タ フ ェ ー ス ・シ ン ポ ジ ウ ム 論 文 集, 399/404 大学院情報理工学 系研究科 システム情報学 専攻 教 授.バ 田,前 田,満 渕,舘:頭 ヒ ュ ー マ ン ・イ (1994) 20) J. Parsons and J.P. Rolland: A Non-Intrusive Display Technique for Providing Real-Time Data Within a Surgenos Critical Area of Interest, Medicine Meets Virtual Reality-Art, Science, Technology: Healthcare (R)evolution, IOS Press and Ohmsha, 246/251 (1998) 員研 究 員,東 京 大学 先 端 科 学 技術 研 究 セ ンタ ー教 授 な どを経 て94年 東 京 大 学 工 学 部 教 授.現 在 同 大 学 (1999) (1997) 度 度 日本 バ ー チ ャ ル リ ア リ テ ィ学 会 学 術 奨 励 賞 受 賞.IEEE Computer Society,日 ル リ ア リ テ ィ 学 会 の 会 員. 然 風 景 を 仮 想 空 間 内 で 再 生 す る シ ス テ ム の 開 発,日 ク ト ッ プ 環 境 の 融 合 ー 計 測 自 動 制 御 学 会 第10回 644 成10年 同 学 会 論 文 賞,平 ブ ジ ェ ク ト指 向 型 デ ィ ス プ レ イ の 部 搭 載 型 プ ロ ジ ェ ク タ の 研 究(第2報)-試 験 的 実 装-,日 チ ャ ル リア リテ ィ学 会 第4回 大 会 論 文 集, 59/62 (1999) 19) 研 究 に 従 事.平 課 長,マ サチ ュー セ ッツ工 科 大学(MIT)客 見 本 バ ー チ ャ ル リ ア リ テ ィ 学 会 論 文 誌, 2-2, 1/8 18) 究 セ ン ター リサ ー チ ・ア ソシエ イ ト.2001年 東京 大 学大 学 院情 報 理 工 学 系 研 究 科 助 手 と な り現 在 に至 る.ロ ボ ッ トお よびバ ー チ ャル リア リテ ィの (1996) 川 上,稲 尾 崎,舘:自 イ オ テ ク ノロ ジ ー専 攻 修 士課 程 修 了.99年 東京 大 体 近 傍 映 像 提 示 デ ィ ス プ レ イ 「バ ー チ ャ ル ホ ロ グ ラ ム 」 の 提 案,日 東京工業大学生命理工学部生 学 工 学 系 研究 科 先 端 学 際工 学 専 攻 博 士課 程 修 了. 博 士(工 学).同 年 よ り東 京 大 学 国 際 ・ 産 学 共 同研 ク ス ウ エ ル 光 学 系 に よ る広 視 野 立 シ ー ス ル ー 型 複 合 現 実 感 デ ィ ス プ レ イ,日 15) 1972年 生.94年 本 バ ー チ ャ ル リ ア リ テ ィ学 会 論 文 誌, 4-1, 田,佐 藤,千 原:実 介] 物 工 学 科 卒業.96年 同大 学 院 生命 理 工 学 研究 科 バ (1997) S.B. Lei Liy and C.M. Schor: Quantitative streoscopic depth without binocular correspondence, Nature, 367, 66/69 (1994) 紹 稲 見 菖 彦 君 工 現 実 感 に お け る遮 蔽 矛 盾 問 題 の 知 覚 へ の 影 11) 者 イ ス ペ ク トル の 分 析,盲 導 犬 ロ ボ ッ ト,テ レ イ グ ジ ス タ ン ス, ア ー ル キ ュ ー ブ な ど の 研 究 を 行 う.国 ク ス 会 議 議 長,文 際 計 測 連 合(IMEKO)ロ 務 め る.日 本 ロ ボ ッ ト学 会 論 文 賞,本 Electrocutaneous Communication の 研 究 に 対 し てIEEE/EMBS(米 文 賞 を,ま ボティ 部 省 重 点 領 域 研 究 「人 工 現 実 感 」領 域 代 表 者 な ど を 会 論 文 賞,同 in Guide Dog 技 術 賞 な ど の ほ か, Robot (MELDOG) 国 電 気 電 子 工 学 会 医 療 工 学 部 門)論 た 「人 間 と共 存 す る 第 三 世 代 ロ ボ ッ トの 研 究 」 に よ っ て 通 商 産 業 大 臣 賞 を 受 賞.本 会 フ ェ ロ ー. 計測 と制御 第41巻 第9号 2002年9月 号