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