画像電子学会ワードテンプレート (タイトル)

画像電子学会
The Institute of Image Electronics
Engineers of Japan
年次大会予稿
Proceedings of the Media Computing Conference
仮想空間における人物行動の記憶生成過程に関する一考察
A Study on Memory Generation Process of Human Behavior in a Virtual Space
林 慶和†
Yoshikazu HAYASHI†
張 英夏†
向井 信彦†
Youngha CHANG†
and Nobuhiko MUKAI†
†東京都市大学大学院 工学研究科
†Graduate School of Engineering, Tokyo City University
E-mail: †{hayashi, chang, mukai}@vgl.cs.tcu.ac.jp
1. ま え が き
近 年 ，コ ン ピ ュ ー タ グ ラ フ ィ ッ ク ス (CG)技 術 は 建 築
物などの景観シミュレーションだけでなく，仮想空間
内における人物行動の生成にも用いられている．仮想
空間内における人物行動の生成には， 実際に歩行者が
歩いた軌跡データを取得し，取得データを基に歩行経
図 1
路を一般化して仮想空間内の人物に与えることで人物
仮想空間の構成要素
行 動 を 生 成 す る 研 究 [1]が あ る が ，人 物 行 動 の 目 標 地 点
と通過点が限定されており，人物の移動経路に多様性
がないという問題点がある．また，仮想空間内の人物
の歩行経路をインタラクティブに決定し， 人物行動を
3. 人 物 行 動 の 生 成
仮想空間内における人物行動生成の流れを以下に
示す．
生 成 す る 研 究 [2]も あ る が ，ユ ー ザ が 歩 行 経 路 を 決 め な
ければならず，自律的な人物行動を生成できないとい
1)
パスの中央を直進するための歩行方向の変更
う問題点がある．このように， 仮想空間内における人
2)
空 間 (前 方 ，曲 が り 角 ，ノ ー ド ，ラ ン ド マ ー ク )の
物行動をユーザが制御する場合 ，人物行動の生成には
認識
多大な労力を要する．したがって，自律的な人物行動
3)
移動方向の決定
の自動生成が必要となる．
4)
移動あるいは方向転換
このため我々は，仮想空間内の人物に視界を与え，
視界から得られる情報を基にした自律的な 人物行動の
仮想空間内の人物はノードやランドマークを正し
シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を 行 っ て き た [3]．し か し な が ら ，従
く認識するために，歩行方向を変更しながら パスの中
来の研究では視界から得られる情報は一過性のもので
央 を 歩 行 す る ．さ ら に ，パ ス の 歩 行 中 に 空 間 (曲 が り 角 ，
あり，記憶という概念がなかった．
前 方 ，ノ ー ド お よ び ラ ン ド マ ー ク )を 認 識 し ，方 向 転 換
そこで本稿では，視界に入る分岐路や分岐路周辺に
あるランドマークを認識し，認識結果を人間の頭の中
を行いながらノード間を移動する．以下に，人物行動
生成の流れの各項目について具体的に説明する．
にある空間的特性を持つイメージである認知地図情報
として記憶する手法を提案する．
3.1 歩 行 方 向 の 変 更
2. 仮 想 空 間 の 環 境 設 定
く認識できるように，歩行中はパスの中央を歩行させ
仮想空間内の人物がノードやランドマークを正し
仮想空間の環境設定を行うために仮想空間内の構
る．図 2 にパスの端を歩行している人物を上から見た
成 要 素 を 森 ら の 研 究 [4]に 従 っ て 図 1 の よ う に 定 義 し ，
様 子 を 示 す ．こ こ で ，dl と dr は 視 界 の 範 囲 内 に お け る
定義に基づいて仮想空間を作成する．人物は視界から
左 右 の エ ッ ジ ま で の 最 短 距 離 で あ る ． ま ず dl と dr を
得られる色情報を基に物体を認識しているため，仮想
取 得 し ，⊿ d lr =|dl-dr|を 求 め る ．⊿ d lr が 一 定 の 閾 値 以 上
空間内の各ノードや各ランドマークにはそれぞれを識
の場合，人物はどちらかのエッジに寄って歩行してい
別できるように，異なる色情報を設定する ．本研究で
る た め ， 歩 行 方 向 を 変 更 す る ． 歩 行 方 向 は ， dl < dr の
は ， ノ ー ド の 識 別 に RGB の B を ， ラ ン ド マ ー ク の 識
場 合 は 右 方 向 ， dl > dr の 場 合 は 左 方 向 に 一 定 の 角 度 θ
別 に RGB の R を 用 い ,ノ ー ド と ラ ン ド マ ー ク に は 識 別
分 変 更 す る ． 図 2(a)で は ， 人 物 が 左 の エ ッ ジ に 寄 っ て
に用いる色情報を順次設定する.
歩 行 し て い る た め ， 図 2(b)の よ う に 右 方 向 に 歩 行 方 向
を変更する．
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3.3 ノ ー ド と ラ ン ド マ ー ク の 認 識
仮想空間内の人物はパスの中央を歩行しているため，
視界の中心付近を縦に走査することでノードを認識で
き る ．図 4(a)に ノ ー ド 認 識 に 必 要 な 視 界 の 走 査 を 示 す ．
視界を左右に 2 等分する境界線を中心線として，中心
線から左右一定の範囲内にある画素を縦に下から上ま
で走査し，距離が一定以内であれば前方にはノードが
(a) 歩 行 方 向 変 更 前
(b) 歩 行 方 向 変 更 後
図 2 歩行方向の変更
存在すると認識する．また，ランドマークの認識では
図 4(b)に 示 す よ う に ， ノ ー ド を 認 識 し た 後 ， 人 物 の 視
線の高さに対応する範囲の画素を左から右へ走査し，
3.2 曲 が り 角 と 前 方 の 認 識
ノードの周辺にある 4 つのランドマークを認識する．
仮 想 空 間 内 の 曲 が り 角 は ，田 中 の 研 究 [3]に お け る 分
岐路の認識方法を用い，人物が視界から得る奥行き情
報 (距 離 )に 基 づ い て 認 識 す る ． 人 物 の 視 界 で 捉 え る 画
像の横方向に隣接する 2 画素にエッジが写っている場
合 ，2 画 素 ま で の 距 離 を d1 お よ び d2 と し ，2 画 素 ま で
の 距 離 の 差 の 絶 対 値 |d1-d2|を ⊿ d と す る ． 図 3 に ， 曲
がり角が存在しない場合と存在する場合の隣接する 2
画 素 の 距 離 を 示 す ． 図 3(a)に 示 す よ う に エ ッ ジ が 続 い
て い る 場 合 ， ⊿ d の 値 は 小 さ い が ， 図 3(b)の よ う に ，
(a) ノ ー ド の 認 識
(b) ラ ン ド マ ー ク の 認 識
図 4 ノードとランドマーク認識のための画面走査
隣接する 2 画素間に曲がり角が存在する場合，⊿d の
値 は 大 き く な る ．図 3 (c)に 曲 が り 角 が な い 場 合 ，図 3(d)
には曲がり角がある場合の隣接する 2 画素を赤い矩形
3.4 移 動 方 向 の 決 定
曲がり角や前方の認識結果を基に，ノードを直進，
で示す．⊿d が設定した閾値より大きい場合，曲がり
左折，あるいは右折するのかを決定する．曲がり角，
角が存在すると認識する．
あるいは前方を認識した結果から移動できない方向を
削除し，残った移動可能な方向からランダムに 1 つの
方向を選択して移動方向とする．
3.5 方 向 転 換
方向転換は左折，あるいは右折する場合に必要であ
り ，田 中 の 研 究 [3]に お け る 分 岐 路 認 識 の 際 の 注 視 点 移
動動作を拡張することで行う．図 5 に，左折の例を示
(a) 曲 が り 角 な し
(鳥 瞰 図 )
(b) 曲 が り 角 あ り
(鳥 瞰 図 )
す ． ま ず ， 認 識 さ れ た 曲 が り 角 (ラ ン ド マ ー ク の 角 )の
方向と現在の注視点の方向とのなす角 φ を求める．φ
の値が閾値以上であれば，ランドマークの角がある方
向に注視点の向きを一定の角度分変更する．ただし，
注視点の変更のみでは，視線方向が変わるだけで，曲
が り 角 は 曲 が れ な い ．そ こ で ，視 線 方 向 の 変 更 に 伴 い ，
人物の歩行方向もランドマークの角の方向に一定の角
度分変更し，曲がり角における方向転換を行う．
(c) 曲 が り 角 な し (視 界 )
(d) 曲 が り 角 あ り (視 界 )
図 3 曲がり角の認識
前方も奥行き情報に基づいて認 識できる．視界の中
心付近の矩形領域内を走査し，前方のエッジ までの距
離を調べる．矩形領域内に一定の閾値以内の距離を持
つ画素があれば，前方にはランドマークがありパスが
存在しないと判断する．
図 5
方向転換
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4. 記 憶 の 生 成
人間は空間の構造を認知地図という形で記憶してい
る．認知地図にはルートマップ型とサーベイマップ型
の 2 つ の 形 式 が あ る [5]．ル ー ト マ ッ プ 型 は ，経 路 進 行
中に遭遇した対象物を，遭遇した順番通りに順序付け
てできる認知地図である．また ，人間の視点から見た
図 8
映像の集まりであり，空間を局所的に理解するもので
サーベイマップ型認知地図内の方向
ある．一方，サーベイマップ型は，複数の対象物の配
置を同時に表象する認知地図である．また，空間全体
サーベイマップ型認知地図の生成手法を以下に示
を 見 渡 す 鳥 瞰 図 (地 図 )で あ り ， 空 間 を 大 局 的 に 理 解 す
す．下記手法を用いることで，人物が仮想空間内を歩
るものである．一般的に，人間の記憶はルートマップ
行しながら生成したルートマップ型認知地図から，サ
型の認知地図からサーベイマップ型の認知地図に変換
ーベイマップ型認知地図を生成できる．
さ れ る と 考 え ら れ て い る [5]．そ こ で 本 稿 で は ，仮 想 空
間内の人物が歩行中に生成した ルートマップ型の認知
1)
れると，サーベイマップ型認知地図内の方向と
地図をサーベイマップ型の認知地図に変換して記憶す
人物の位置座標を取得する．
る手法の提案を行う．
2)
を基に，パスとノードをサーベイマップ型認知
人物の歩行によって認識されたノードやランドマ
地図に描く．
ーク，移動方向，および移動距離の情報は，通過した
3)
ルートマップ型認知地図での移動方向が左折ま
たは右折の場合，曲がり角にあるランドマーク
て記憶する．ただし，今回用いた仮想空間は，全ての
をサーベイマップ型認知地図に描く．
パスの長さが一定のため，移動距離の情報は一定値と
する．人物が仮想空間内を歩行しながら，新しいノー
サーベイマップ型認知地図内の方向，人物の位
置座標，および 1 つ前のノードからの移動距離
4.1 ル ー ト マ ッ プ 型 認 知 地 図 の 生 成
ノード毎に順次まとめ，ルートマップ型認知地図とし
新たなルートマップ型認知地図の要素が生成さ
4)
ルートマップ型認知地図での移動方向に応じて
ドを認識する度に，ノード毎にまとめた情報を保存す
サーベイマップ型認知地図内の方向および，人
ることで，図 7 に示すような通過したノード順に情報
物の位置座標を更新する．
が対応付けられたルートマップ型認知地図を生成する．
図 9 に，人物が仮想空間内を歩行しながら生成した
ルートマップ型認知地図を基にして生成したサーベイ
マップ型認知地図を示す．図 9 は，1 つ目のノードを
直進し，2 つ目のノードにある青色のランドマークを
右折した時のサーベイマップ型認知地図である．サー
図 7
ルートマップ型認知地図要素の対応付け
ベイマップ型認知地図では，仮想空間内の人物の初期
位 置 を 赤 い 円 ， 人 物 の 歩 行 経 路 (パ ス )を 赤 い 線 分 ， ノ
4.2 サ ー ベ イ マ ッ プ 型 認 知 地 図 の 生 成
サーベイマップ型の認知地図を生成するためには，
ルートマップ型で記憶している 移動方向とサーベイマ
ードを黒い矩形で描いている．なお，ランドマークは
左折あるいは右折の場合のみ，曲がり角にあるランド
マークの色を矩形で表示している．
ップ型認知地図内の方向を対応付ける必要がある． 図
8 に，サーベイマップ型認知地図内の方向を示す．本
研 究 で は ，人 物 の 歩 行 は 最 初 に 必 ず 直 進 す る こ と と し ，
この直進方向を図 8 の 1 番の方向としてサーベイマッ
プ型認知地図内の方向と対応付ける．直進の次に右折
する場合，サーベイマップ型認知地図内では 1 番の方
向を向いているときに右折したことにな り，サーベイ
マップ型認知地図内の方向を 2 番に更新する．その後
左折した場合，サーベイマップ型認知地図内の方向は
再び 1 番となる．また，サーベイマップ型認知地図内
の人物の初期位置は，画像の中心座標とする．
図 9
サーベイマップ型認知地図の例
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5. シ ミ ュ レ ー シ ョ ン
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図 10(a)は 初 期 状 態 で あ り 認 知 地 図 は 生 成 さ れ て い
人物を仮想空間内で歩行させ，空間構造の記憶であ
な い ． 図 10(b)で は ， 1 つ 目 の ノ ー ド を 通 過 し ， 2 つ 目
る認知地図を生成するシミュレーションを行った． シ
に認識したノードを左折したため ，ルートマップ型認
ミュレーションでは，人物が仮想空間内を歩行しなが
知地図内左に存在する青色のランドマークがサーベイ
らルートマップ型認知地図を生成し，生成された ルー
マ ッ プ 型 認 知 地 図 に 描 か れ て い る ． 同 様 に ， 図 10(c)
トマップ型認知地図からサーベイ マップ型認知地図を
でも左折するときに認識した緑色のランドマークが サ
生成する．また，生成された認知地図の正確性を確認
ーベイマップ型認知地図に描かれ，6 つ目のノード認
するため，生成したルートマップ型認知地図のみを基
識時におけるルートマップ型およびサーベイマップ型
にした歩行動作を生成し，生成された歩行経路の観測
認 知 地 図 は 図 10(d)に 示 す 結 果 と な っ た ．こ の よ う に し
結果と，歩行の基になったルートマップ型認知地図か
て，ルートマップ型からサーベイマップ型の認知地図
ら生成したサーベイマップ型認知地図を 比較した．
が生成できていることが判る．
図 10 に ，6 つ の ノ ー ド を 認 識 す る ま で の 歩 行 に 伴 っ
また，生成されたルートマップ型認知地図を基にし
て 生 成 さ れ た ル ー ト マ ッ プ 型 認 知 地 図 (人 物 の 見 た 局
た歩行動作の観測結果と，ルートマップ型認知地図か
所 的 映 像 )，お よ び ル ー ト マ ッ プ 型 認 知 地 図 か ら 生 成 し
ら生成したサーベイマップ型認知地図の比較結果を図
た サ ー ベ イ マ ッ プ 型 認 知 地 図 (鳥 瞰 画 像 )を 示 す ． 今 回
11 に 示 す ． 図 11(a)の 観 測 結 果 と ， 図 11(b)の サ ー ベ イ
のシミュレーションでは，人物が取得する視野画像の
マップ型認知地図は同じ経路を辿っているため，認知
解 像 度 を 400×200 と し た ．
地図を基に同じ道を歩行することができ，記憶が正し
く生成されていることが確認できた．
6. ま と め
本稿では，仮想空間内の人物に認知地図という形で
記憶を生成する手法を提案した．シミュレーションの
人物の位置
(a) 初 期 状 態
結果，ルートマップ型認知地図からサーベイマップ型
認知地図を生成することができ，生成された認知地図
を基に元と同じ歩行動作を再現することができた． し
かしながら，本稿で用いた仮想空間の構造は単純で現
実空間と異なるため，より現実に近い構造 をした仮想
人物の位置
ルートマップ
サーベイマップ
(b) 2 つ 目 の ノ ー ド 認 識 時
空間におけるシミュレーションを行い， より現実に近
い空間の認識と認知地図の生成方法を検討する必要が
ある．また，本シミュレーションでの人物は， 一度認
識した内容は全て記憶しているため，今後，記憶の定
着や忘却など，より人間に近い記憶の生成手法も検討
する予定である．
人物の位置
ルートマップ
サーベイマップ
(c) 4 つ 目 の ノ ー ド 認 識 時
人物の位置
ルートマップ
サーベイマップ
(d) 6 つ 目 の ノ ー ド 認 識 時
図 10 認 知 地 図 の 生 成 (2， 4， 6 つ 目 の ノ ー ド 認 識 時 )
(a) 歩 行 の 観 測 結 果
図 11
(b) サ ー ベ イ マ ッ プ 型
認知地図
歩行経路と認知地図の比較
文
献
[1] 板 倉 豊 和 , 石 田 亨 , “ 歩 行 者 軌 跡 デ ー タ を 用 い た
仮想都市群集シミュレーション”, 情処学研報,
MBL, Vol.28, pp.263-270 2005.
[2] Jongmin Kim， Yeongho Seol ， Taesoo Kwon ，
Jehee Lee ，
“Interactive Manipulation of
Large-Scale Crowd Animation”， ACM Trans. on
Graphics， Vol.33， No.4， Article 83, 2014.
[3] 田 中 研 介 , “ 仮 想 空 間 に お け る 個 人 行 動 の 生 成 と
群 集 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン へ の 応 用 ”, 東 京 都 市 大 学
大 学 院 修 士 論 文 , 2014.
[4] 森 晃 徳 , 岩 井 敦 子 , “ 認 知 地 図 ” ,信 学 誌 , Vol.77,
No.8, pp.836-839, 1994.
[5] 横 澤 一 彦 , 和 田 絵 里 香 , 光 松 秀 倫 , “ 仮 想 空 間 に
お け る 認 知 地 図 の 形 成 と 変 換 ”,信 学 論 , Vol.J87-A,
No.1, pp.13-19, 2004.