WISS 2023

バーチャルハンドの指関節の変形による疑似触覚の検証
林 大智 ∗

森本 浩輔 ∗橋浦 健太 ∗渡邊 恵太 ∗

概要. VR 空間では物理的な制約がないため，ユーザのバーチャルボディやオブジェクトの形状を自由に表現できる．物理世界では人間の手の構造上，指の第一関節に曲げる限度があるが，VR 空間ではその限界を超えた曲げ表現が可能である．本研究では，VR 空間内でのオブジェクト接触時に指の第一・第二関節を通常以上に曲げるシステムを提案し，その効果を検証するためのユーザスタディを行った．アンケートの結果には，ユーザは関節を逆に曲げるシステムを用いてバーチャルハンドを押し込んでいる際，オブジェクトから押し返されているような錯覚を知覚するコメントがあった．この知見から，空中に接地されたオブジェクトや半透明なオブジェクトなどの，接触しているかの認知が難しいオブジェクトに対するフィードバックとしての活用が期待される．

1

はじめに

VR 空間でにおけるユーザ体験を向上させるために，オブジェクトに触れる体験を再現する触覚デバ
イス [5] や新たな空間インタラクション手法 [3] の研究が行われてきた．これらのインタラクション手法の一つとして，ユーザ自身の動作とそれに対応する視覚フィードバックの差異から触覚を錯覚的に知覚する Pseudo-Haptics がある [4]．Pseudo-Haptics
は触覚デバイスを用いずともユーザに触覚を想起させるため，何もデバイスを保持しないハンドトラッキングとの相性がよく，今後多くの VR コンテンツに応用が期待される．
これまでの Pseudo-Haptics を想起させる研究では，バーチャルオブジェクトを視覚的に操作する手法 [1, 2, 7] が主に取り組まれてきた．一方で森本ら[6] は，バーチャルハンドの形状変化においても同様に，ユーザの剛性知覚に影響を与えることを明らかにした．そこで本研究では，バーチャルハンドが物理世界と異なる形状に変化した場合，ユーザがどのような感覚が得られるかを調査した．本稿では物理世界で硬いオブジェクトに指を押し当てた際に，第一関節が手甲側に曲がる現象に注目した．物理世界
では人間の構造上，第一関節の手甲側に曲がる角度には限界があり，第二関節に関しては手甲側には曲げることができない．しかし，VR 空間ではその限界に制限されずに表現できる．

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∗明治大学

図 1. a. バーチャルハンドの第一関節の過剰変形 b. 第二関節の過剰変形

22.1

システム提案
概要

本稿では，VR 空間でバーチャルオブジェクトに触れた際にバーチャルハンドの指の第一，および第二関節を手甲側に過度に曲げるシステムを作成した．
ユーザの手の動きをトラッキングしたバーチャルハンドを VR 空間内で投影し，ユーザがバーチャルオブジェクトに触れた際，バーチャルハンドの関節を過剰に曲げることで，物理的な接触感覚の錯覚をユーザが得られると期待する．この錯覚は，ユーザの指の動きと VR 空間内のバーチャルハンドの指の動きの違い，つまり身体の動きと視覚フィードバックの不一致から生じる．

2.2実装

本システムは，ユーザはハンドトラッキングを用いてバーチャルハンドを操作する．バーチャルハンドはバーチャルオブジェクトに指を押しこむことで，手の甲側へ指の骨格的な構造の制約を超えた，現実的には不可能な角度まで曲げることが可能である．
本システムは，指の第一関節 (図 1:a)，第二関節 (図1:b) どちらを曲げるかを選択でき，変形の角度も 0

WISS 2023〜180 °の間で調整可能である．指が設定された最大変形角度に達すると，ユーザはバーチャルハンドをそれ以上オブジェクトに押し進められない．
本システムは，VR 空間での精密なハンドトラッキング機能に依存している．バーチャルハンドは実世界の手首や指の座標や動作をトラッキングし，体験者の指の角度や方向などを VR 空間内で正確に描写する．そのため，コントローラを用いた疑似的なハンドコントロールよりも，ユーザは直観的にハンドモデルを動かしたり，オブジェクトをコントロールしたりできる．本システムは，Meta Quest2 のハンドトラッキング機能を活用した．ハンドモデルには，Meta 社が Unity AssetStore で共有している
OculusHand を使用した．VR 空間の構成にはゲームエンジンである Unity を利用し，実際のユーザの手の位置と VR 空間内のハンドモデルの位置が一致するように調整した．

3

ユーザスタディバーチャルハンドの関節が逆に曲がることによって，ユーザはどのような疑似触覚を引き起こすのか調査した．今回はバーチャルオブジェクトに触れた
場合に得られる感覚を中心にユーザスタディをした．
VR 空間に触れると指関節が逆に曲がるオブジェ
クトと触れても指関節が曲がらないオブジェクトの2 つを配置し，実験参加者には 5 分程度自由に仮想物体に触れることを指示した．実験参加者に本システムを体験させながらインタビューを行い，仮想物体やハンドモデルに触れてどう感じたかの聞き取りをした．

3.1

仮説

森本ら [6] は，ハンドモデルの変形は一般的にユーザのオブジェクトに対する剛性知覚に影響を与えることを明らかにした．そのため我々は，ハンドモデルの変形を引き起こす本システムでも同様に，ユーザのオブジェクトに対する剛性知覚が変わるのではないかという仮説を立てた．

3.2

実験参加者

実験参加者は 21〜24 歳の学生 8 名 (平均年齢22.9 歳，左利き 2 名) である．すべての参加者は男性であり，正常な視力あるいは矯正視力を有していた．また，3 名の参加者は日常的に VR コンテンツに触れており，コントローラを用いた操作に習熟していた．

3.3

結果

ユーザスタディの結果，一部の参加者 (VR の操作に習熟した参加者 3 名を含む) から，変形の角度が小さい場合，オブジェクトからの指が跳ね返る感覚や，オブジェクトを押し込んだときの反作用を感じるというコメントを得られた．
また，指の変形角度が大きいとき，バーチャルハンドを自分の身体ではなく，おもちゃやゴム手袋のようだと表現するコメントや，VR 空間に存在する自分自身とは異なるアバターを操作しているようだというコメントがあった．
また，指の変形が起こらないオブジェクトを硬く感じたという意見があった．一方，指の変形が起こるオブジェクトを柔らかく感じたという意見はなかった．

4

議論：アプリケーション例

本システムにより生じたと推測される疑似触覚の特性は，ユーザがオブジェクトに触れたことに対するフィードバックとしての活用が期待できる．

4.1 空中ディスプレイ
VR 空間で空中に提示されるメニュー UI がある．
これは UI を物理的な制約なしに配置できる利点がある．一方，空中には距離の目安となる物体がないためディスプレイの位置が認識しにくい．そのため，ユーザはディスプレイ内の UI に触れたか否かの確信が持てず，入力の可否がわかりづらい．本手法を用いることで，ユーザは空中ディスプレイに触れたときの接触感を得ることができる．これにより，ユーザは入力したかどうかを直感的に認知することができ，入力精度や UX が向上する可能性がある．

4.2 半透明な物質のプレゼンスの強調
VR 空間でガラスなどの半透明物体は，リソース最適化のため反射の計算を排除していることが多く，その実在感が軽視されやすい．本手法を用いることで，ユーザが半透明オブジェクトに触れた際のフィードバックを強化し，不透明な物体の存在感をより際立たせることが可能になる．これにより，ユーザがより鮮明な空間の認識が可能になり，VR 空間でのナビゲーションやインタラクションの質が高まることが期待できる．

5

おわりにユーザスタディの結果，バーチャルハンドでオブジェクトを押し込んだ際，バーチャルハンドの指を逆向きに折り曲げる角度とユーザの身体所有感には負の相関関係がある可能性が示唆された．今後は，リッカート尺度を用いた定量評価を行い，指の変形角度によってユーザの知覚に他にどんな影響を与えるかを調査する．

参考文献

バーチャルハンドの指関節の変形による疑似触覚の検証[1] Y. Ban, T. Kajinami, T. Narumi, T. Tanikawa,and M. Hirose. Modifying an identiﬁed curved
surface shape using pseudo-haptic eﬀect. In 2012
IEEE Haptics Symposium (HAPTICS), pp. 211–
216. IEEE, Mar. 2012.
[2] T. Kawabe. Mid-Air Action Contributes toPseudo-Haptic Stiﬀness Eﬀects. IEEE Trans.
Haptics, 13(1):18–24, 2020.
[3] W. Kim and S. Xiong. Pseudo-haptic button forimproving user experience of mid-air interaction
in VR. Int. J. Hum. Comput. Stud., 168:102907,
Dec. 2022.
[4] A. Lecuyer, S. Coquillart, A. Kheddar,
P. Richard, and P. Coiﬀet.
Pseudo-haptic
feedback: can isometric input devices simulate
force feedback? In Proceedings IEEE Virtual
Reality 2000 (Cat. No.00CB37048), pp. 83–90,
2000.

[5] J. Lee, M. Sinclair, M. Gonzalez-Franco, E. Ofek,and C. Holz. TORC: A Virtual Reality Controller
for In-Hand High-Dexterity Finger Interaction.
In Proceedings of the 2019 CHI Conference on
Human Factors in Computing Systems, No. Paper 71 in CHI ’19, pp. 1–13, New York, NY, USA,May 2019. Association for Computing Machinery.
[6] K. Morimoto, K. Hashiura, and K. Watanabe.
Eﬀect of Virtual Hand’s Fingertip Deformationon the Stiﬀness Perceived Using Pseudo-Haptics.
In Proceedings of the 29th ACM Symposium on
Virtual Reality Software and Technology, VRST’23, New York, NY, USA, 2023. Association forComputing Machinery.
[7] P. Punpongsanon, D. Iwai, and K. Sato. SoftAR:
Visually Manipulating Haptic Softness Perception in Spatial Augmented Reality. IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics,
21(11):1279–1288, 2015.