情報処理学会 インタラクション 2021
IPSJ Interaction 2021

1A08
2021/3/10

NewsFab:スケルトンを用いた新聞紙造形支援
有原啓介†1中島健斗†1

Li Sicheng†1 吉田匠吾†1佐藤俊樹†1 宮田一乘†1

彭以琛†1

謝浩然†1

概要：近年日用品を用いた造形支援が盛んに提案されている．しかし，一定形状かつ変形できない素材を用いることが多い
ため造形物の詳細度が高くない課題が残っている．本研究は，形状を変化させやすく手に入りやすい新聞紙に着目し，一般ユーザでも形の整った立体作品を作ることができる造形支援を提案する．提案手法では，作品の形状を維持するためのスケルトン構造や造形物の製作ガイダンスをユーザに提示し，複雑な形状の新聞紙アートを容易に製作できるように支援する．
また，深度差分情報を造形中の製作物に投影することにより，積層構造で新聞紙の造形に必要なガイドを提示する．スケルトン構造は，3D プリントした専用のコネクタと割り箸を結合することで作成する．

像の中の具体的な形状を作成者自身が現実に出力しなけれ

1. はじめにばならないという点は他の多くの造形手法と共通している．

手作業で造形物を作るという体験は，誰もが関わる機会

この工程は，訓練を積んでいない者にとっては難しい作業のある芸術活動であろう．あるものの形を精巧に表現する，であり，思い通りの造形を行う妨げとなっている．そこで自身の内にあるイメージに基づいて作るなど，造形の動機

本研究では，目標形状と造形物との形状の差分を造形物にや目的は様々である．

投影することにより，目標とする形状と造形物との差異をしかし，形状を変化させやすい材料の代表である粘土や，ユーザに提示し，ユーザが思い通りの造形を行うことを支彫刻に用いられる木材，石材などはコストが高い．したが援するシステムを提案する．って，作ろうとしている作品が大きくなるほど，必要な素また，新聞紙のような柔らかい材料を用いて大きな造形物材の量の確保が難しくなる．

を作る際には，自重による造形物の崩壊が問題となる．先アート作品の素材の一つとして，日常的に手に入りやすに述べた新聞紙アートの作成手法では，丸めた新聞紙を密い新聞紙が挙げられる．新聞紙による造形物(以下，新聞紙に接合したり，ガムテープを外骨格的に用いたりすることアート)の例として，新聞紙を紐状や球状に丸めたものを多で強度を増していたが，初心者がそれらの手法によって十数つなぎ合わせることで動物の形を作ったものや，丸めた分に強度を確保できるとは限らない．そこで本研究では，新聞紙をガムテープで巻くことで形状を整え，目的の形状支えとなる骨組み(スケルトン)の周囲に新聞紙を肉付けすを作るものなどがある．これらの新聞紙アートは，その作ることによって，強度を確保した造形物を作ることとする．

品が何をモデルとしているのかが十分に理解できるほどのそして，目的の形状に必要なスケルトンを，長さが統一さ詳細度を持ち，また比較的大きなものが多い．そこで本研れた素材によって簡単に構築するための技術を提案する．

究では，造形の素材として十分に変形させやすく，また作このとき，スケルトンの構築を容易かつ低コストにするた品の大きさを制限しにくい新聞紙に着目した．

め，割り箸や硬質ポリ塩化ビニル管のような，安価で市販また，造形を行う上で重要な事柄の一つが，思い通りに形を作れるということである．しかし，先に述べた新聞紙されており，長さが簡単に揃えられる物品を素材として用いる．

アートの作成手法においても，丸めた新聞紙を適切な位置に配置・接着するという工程が存在する．このように，想2. 関連研究2.1 プロジェクションマッピングを用いた製作支援
プロジェクションマッピングによる製作支援は様々な手法が提案されてきた．これは，プロジェクションマッピングが，ユーザの製作作業を妨げることなく，ガイドを示すことができるからである．Rivers ら[2]は，作業中の彫刻材料の深度情報を取得し，完成形に向けて各部分をどの程度彫るべきかというガイドを，彫刻の表面へのプロジェクションマッピングで示した．Xie ら[4]は，大規模なバルー(a) 割り箸によって構築されたスケルトン
図1(b) ス ケ ル ト ン を 用 い た

ンアートの積層構造に着目し，上方からの深度情報をもと新聞紙造形物にしたガイダンスを提案した．複数の層に分けたバルーン新聞紙造形概要†1 北陸先端科学技術大学院大学

アートの各層へのキャリブレーションを行い，風船の過不先端科学技術研究科© 2021 Information Processing Society of Japan140情報処理学会 インタラクション 2021
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1A082021/3/10(a) ポーンモデル(b) スケルトン

図 3 実験に用いたポーンのモデルとスケルトン

図2

新聞紙造形技術のワークフロー

直線変換）する．システムは，等直線変換されたスケルト

足を示す数字を投影することで，視覚的に分かりやすいガンを用いて，コネクタの自動設計を行う．ユーザは，設計イドを行った．

されたコネクタを 3D プリントし，そのコネクタでスケル

これに対し，本研究では，新聞紙造形を行う上で認識しトンに用いる物品を接合することで，容易にスケルトンをづらい新聞紙の過不足の程度をユーザに示すためのガイド作成できる．作成したスケルトンへの造形には，深度情報をプロジェクションマッピングで提示する．

を用いた支援を行う．支援には，製作モデルの表面に離散3 色(赤，緑，青)がプロジェクションされ，その色によって2.2 3D プリンタを用いた製作支援

ユーザに新聞紙造形の過不足を提示する．新聞紙の過不足

近年では 3D プリンタの普及により，任意形状の製作がは，設置された深度カメラによって取得される製作モデル容易になってきている．ただし，製作物の大きさと製作時の現在の深度情報とあらかじめ取得した入力モデルの深度間は，3D プリンタの機能によって制限される問題がある．

情報から計算される．

この問題に対処するために，TrussFab[5]はモデルの大部分

4. ユーザスタディをペットボトルで構成するモデルの製作手法を提案した．
ペットボトル同士の結合点となるコネクタにのみ 3D プリンタを用いることで，総合的なプリント所要時間を抑えることができる．RodSteward[1]は，ユーザが設計したロッドからなるモデルに含まれるコネクタのみに対して 3D プリンタを用いている．この手法では，設計されたモデルに応じて，構造の安定性やロッドの交差を考慮したコネクタを自動的に設計する．
これに対し，本研究では，スケルトンのためのコネクタの作成について，入力モデルより自動的に設計され，簡単にスケルトンを作成する手法を提案する．

3. 提案手法
図 2 に示す新聞紙造形のワークフローにしたがい，全体の流れについて簡単に説明する．

目標モデルとの深度差を投影することによる造形支援の有用性を調べるため，被験者に新聞紙による造形物を製作させる実験を行った．被験者に製作させる目標モデルとしては，図 3(a)に示すような高さ 60cm のチェスのポーンを採用した．ガイダンスの評価にあたって，スケルトンの形状が結果に与える影響を抑えつつ，モデルの輪郭再現の正確性を確認できることが重要である．チェスのポーンはスケルトンが単純でありながら，表面形状は複雑であり，実験結果へのスケルトンによる影響は少ないと考えらえる．
実験では 2 つの被験者グループを設け，各グループに設定した条件下で新聞紙アートを製作させた．グループ 1 では，被験者は，目標モデルを 3D ビューアで確認できるが，造形支援は受けられない．グループ 2 では，被験者は目標モデルを 3D ビューアで確認でき，なおかつ造形支援を受

まず，ユーザは作成したい新聞紙で造形したい対象物のけられる．グループ 1 には，20 代男性 1 名，20 代女性 1 名

3D モデル（以下，入力モデル）を入力する．スケルトンをの計 2 名が参加し，グループ 2 には，20 代男性 3 名，20 代作成するために，システムは入力モデルからスケルトン抽女性 1 名の計 4 名が参加した．

出を行う．本研究では，Tagliasacchi らの手法[3]を用いてス

被験者には，完成した状態で配置されているスケルトンケルトン抽出を行った．その後，割り箸や硬質ポリ塩化ビ(図 3(b))を芯として，目標モデルの新聞紙アートを製作さニル管などの安価で長さが揃えられている物品でスケルトせた．このとき被験者は，新聞紙・はさみ・セロハンテーンを作成するためにスケルトンを等直線に変換（以下，等プを自由に利用できた．

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表1

表2(a) 正面図

アンケート結果

ガイダンスの有無による差異(b) 右側面図

図 4 提案手法により作成したスケルトン
一人で新聞紙アートを製作するとき，成形した新聞紙を貼り付ける場所を決定した後に一度その新聞紙を置き，セロハンテープを切り取ってから，先程決めた場所にもう一度新聞紙を配置して貼り付けるという作業が繰り返される．
そして，その繰り返しが被験者にとって大きな負担となるめに，今回はテディベアのスケルトンを作成した．スケルことが予想された．したがって，セロハンテープの切り取トンを作成するために使用した割りばしの本数は 15 本，りと，被験者に指定された箇所への貼り付け，はさみの使コネクタの数は 9 個であった．

用に関しては，実験スタッフが補助員としてつき，被験者は自由にその協力を得られることとした．なお，その際，補助員は作品の製作について，一切の助言・品評を行わないものとした．

6. 考察
表 1 のアンケート結果から，各項目において過半数が 4本実験では，作品の製作に要した時間と，使用した新聞以上と肯定的な評価を得ることができ，ガイダンスによる紙の枚数を記録した．また，造形支援有りのグループ 2 の一定の効果を示すことができたと考えられる．また，表 2

被験者にはアンケートを実施した．アンケートは，被験者のガイダンスの有無による差異から，ガイダンス有の場合がモデルを思い通りに作成できたかと，ガイダンスの参考の方が，ガイダンス無に比べて新聞紙の使用枚数が多く，度・見やすさ・分かりやすさを 5 段階で評価してもらい，所要時間が長いことから，入力モデルとの造形度の差を把最後に自由記述欄を設けた．このアンケートの評価段階は握することで，より詳細に製作しようとしたのではないか

それぞれの質問に対して，数値が大きいほど肯定的な評価と推察する．一方で，使用枚数と所要時間には一定の関係となっている．

がないことが分かる．実験から，新聞紙を複数枚ずつ使用する方法や，モデルの内部を充填せずに空洞にし，モデル5. 結果表面のみを再現する方法など，被験者によって様々な新聞

5.1 ユーザスタディの深度ガイダンスによって，個人の製作方法が強制される

ユーザスタディで得たアンケート結果と各情報を表 1，2紙の使い方や製作方法が見られた．このことから，本研究ことはないと考えられる．に示す．全体を通して概ね 4 以上の評価を得ることが出来た．また，ガイダンスが無い場合には，新聞紙の使用枚数が比較的少なく，所要時間も短い傾向にあることが分かっ

7. 結論と今後の展望た．一方で，ガイダンスが有る場合には，新聞紙の使用枚

本論文では，スケルトン構造を基盤とした新聞紙造形支数と所要時間がガイダンスの無い場合の最大値よりも上回援を提案した．スケルトンを用いることで，様々なモデルる結果となった．自由記述欄には，基本的にはモデルを見の作成が可能であり，スケルトンの簡単な作成手法と深度ながら製作を行い，バランスを見るときにガイダンスを活ガイダンスによって，ユーザの新聞紙造形への負荷を減ら用した，という意見を得た．

し，手軽に新聞紙造形を試すことができる．また，本研究
では新聞紙と割りばしといった日用品を用いて，実際にモ5.2 スケルトンの作成デルが製作できることを示した．

提案手法を用いて作成したスケルトンを図 4 に示す．指提案手法の課題の１つは，新聞紙による造形後のモデル定したモデルのスケルトンを作成できることを確認するたの重心や，部分毎の荷重を考慮していないことである．こ© 2021 Information Processing Society of Japan142

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れにより，コネクタ及びスケルトンの破損や，サポートスケルトンの破損が考えられる．この問題を考慮することにより，モデルは大きな安定性を得ることができ，複雑なモデルの作成も可能になると考えられる．また，１方向のみのプロジェクションのため，複雑なモデルでは，影ができてしまう点も課題である．これに対し，多方向からのプロジェクションと深度データの取得によって，解決できると考える．

参考文献
[1]

A, Jacobson. RodSteward: A Design-to-Assembly System for
Fabrication using 3D-Printed Joints and Precision-Cut Rods.
(2019). Computer Graphics Forum 38.7 (2019), 765-774 2, 7.
[2] A, Rivers., A, Adams., F, Durand. Sculpting by Numbers. (2012).

ACM Trans. Graph. 31, 6.
A, Tagliasacchi., I, Alhashim., M, Olson., and H, Zhang. Mean
curvature skeletons. (2012). Computer Graphics Forum (Proc. ofSymposium on Geometry Processing) 31, 5, 1735– 1744.
[4] H. Xie, Y. Peng, N. Chen, D. Xie, C.-M. Chang, and K. Miyata.
BalloonFab: Digital fabrication of large-scale balloon art. (2019).
Extended Abstracts of the 2019 CHI Conference on Human Factors
in Computing Systems, (LBW0164):LBW0164:1–LBW0164:6,2019.
[5] R, Kovacs., A, Seufert., L, Wall., H, Chen., F, Meinel., W, Müller.,
S, You., M, Brehm., J, Striebel., Y, Kommana., A, Popiak., T,Bläsius., and P, Baudisch. TrussFab: Fabricating Sturdy LargeScale Structures on Desktop 3D Printers. (2017). In Proceedings ofthe 2017 CHI Conference on Human Factors in Computing
Systems (CHI ’17). ACM, New York, NY, USA, 2606–2616.
[3](a) 馬：正面図(b) テディベア：正面図(c) チェスのポーン：正面図(d) 馬：左側面図(e) テディベア：左側面図(f) チェスのポーン：左側面図(g) 馬：上面図(h) テディベア：上面図(i)

チェスのポーン：上面図

図 5 スケルトンを用いて作成されたモデル© 2021 Information Processing Society of Japan143