情報処理学会 インタラクション 2017
IPSJ Interaction 2017

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2017/3/2

Behind You!: 湿度制御による弱感覚ディスプレイ
鋒山 健太1,a)加藤 銀河1

黒田 嘉宏1清川 清1

竹村 治雄1

概要：従来のハプティックディスプレイは主に物体の形状や材質などの情報をユーザに明確に提示することを目的に開発されてきた．しかし，人の存在感などのあいまいな感覚 (弱感覚) を提示するデバイスは確立されていない．これまでに本研究ではコミュニケーションを阻害せずに弱感覚を提示可能なハプティ
クスデバイスの開発を目的とし，熱よりも応答性のよい湿度を用いた方法を提案している．本発表では，弱感覚ディスプレイの応用として開発したバーチャルなキャラクタの気配を体験可能なバーチャルリアリ
ティシステムの展示を行う．首の周りの湿度を制御することで，視覚，聴覚や明確な力触覚を用いずに，その方向にいるキャラクタの気配を提示する．

Behind You!: A Vague Sense Display by Controlling Humidity
Kenta Hokoyama1,a)Ginga Kato1 Yoshihiro Kuroda1
Haruo Takemura1

Kiyoshi Kiyokawa1

Abstract: Conventional haptic devices have been developed to provide material information of an object,such as shape and texture, to users distinctly. However, such devices can’t display a vague sensation like
presence of human. Thus, in this study, we have proposed a novel haptic device to display a vague sensation.
Specifically, we use controlling humidity, which is higher responsiveness compared to heat transfer. In thispresentation, we demonstrate a system with an experience-based virtual reality game in which users can recognize the sign of virtual characters as an application of the proposed vague sensation display. By controllingthe humidity around user’s neck, the system displays the sign of chatacters without using sight, hearing andother distinct senses.

1. はじめに(本研究では弱感覚と定義する) を提示するハプティックデバイスは確立されていない．弱感覚としては，例えば，我々近年，ヘッドマウントディスプレイ (Head Mounted Dis-が無意識の内に感じる人の存在感，会話中に共有される雰

play, HMD) など人工現実感の製品の品質向上と低価格化

囲気，悪寒や恐怖感などが挙げられる．このような感覚はが進み，身近で高度なバーチャル体験が可能となってきた．

数値化しづらく，接触感や方向の情報を提示する従来のハさらに，振動による接触感や把持感覚など力触覚の応用もプティックデバイスでは提示することが難しい．また，日進みつつある．従来の力触覚提示装置 (ハプティックデバ

常的な利用を考えると他者とのコミュニケーションを阻害イス)[1] は，物体の形状や材質など物質の情報をユーザにしない感覚提示が望まれる．

明確に提示することを目的として開発されてきた．例えば

本研究ではこれまでに，湿度制御を用いることでコミュユーザが仮想物体にインタラクションした際，ハプティッニケーションを阻害せずに弱感覚を提示する今までにないクデバイスがその物体が実世界に存在するかのように反力ハプティクスデバイスを提案した [2]. 本発表では，弱感や振動，硬さを提示する．一方，おぼろげに感じる物体の覚ディスプレイの応用として開発したバーチャルなキャラ

存在や人の内面に生じる心理などのようなあいまいな感覚クタの気配を体験可能なバーチャルリアリティシステム

Behind You!の展示を行う (図 1 参照）．以降は関連研究お1a)

大阪大学
Osaka University
hokoyama.kenta@lab.ime.cmc.osaka-u.ac.jp© 2017 Information Processing Society of Japan

よびわれわれの提案手法について説明する． なお,BehindYou!の詳細については 5 節で述べる.

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skinskinwater droplets
(a)

(b)

vaporvapor(a)

図 2water droplets(b)

湿度変化と皮膚表面の関係図 (a):通常時，(b):高湿時

Fig. 2 Water droplet on the skin surface and vapor in the air(a) in equilibrium, (b) in a high humidity state.
図 1 提案デバイスのアプリケーション: Behind You!

Fig. 1 An application of our device: Behind You!

3. 提案手法の原理
空気の湿度変化に対する皮膚の変化について考察する．
空気には水蒸気が含まれている．また，人の皮膚表面にも

2. 関連研究

水分が液体として存在する．通常これらはある種の平衡状態にある．つまり，皮膚表面の水分が気化して空気中の水従来のハプティックデバイスの多くは明確な感覚提示を蒸気になる量と，逆に空気中の水蒸気が皮膚表面の水分に目的に開発されてきた．いくつかのデバイスは，ユーザが液化する量が等しくなる．平衡状態の様子を図 2(a) に，化仮想物体とインタラクションした際に，振動 [3] や硬さ [4]学反応式を式 (1) に示す．

を提示する．これらの手法ではユーザに提示部を接触させて機械的に刺激を与え明確な感覚の提示に適している．一H2 O(liquid) ⇔ H2 O(gas) + Q(1)

方，風，音，熱はユーザに直接デバイスを接触させずに感式 (1) の左辺は肌表面上の水分 (液体) を，右辺は空気中の覚を提示することが可能である．風を用いた手法 [5] では，水蒸気 (気体) を表す．Q は気化熱や蒸発熱と呼ばれ，式ブロアファンなどから生じる風をユーザに提示するが，風(1) の場合，-44 kJ である．図 2(b) のように空気中の水蒸には向きがあるため，皮膚に接触した際にいずれかの方向気を増加させた場合，ルシャトリエの原理により，平衡状の情報を持った圧を感じさせてしまう．物体を撫でた時な態が上式で左に進む．つまり皮膚に液体となって水滴が現

どに皮膚表面にかかる圧力は，物体形状の明確な手がかりれる．そして通常気化していた皮膚表面上の水滴が気化でになる．このことから風による提示では明確な感覚を生きなくなるため，皮膚表面上の水滴の量が通常時の平衡状じ，本研究における弱感覚提示に適さないと考える．音を態よりも増加する．通常時と加湿時における皮膚状態の違用いて人の気配を提示する手法 [6] も提案されている．しいや化学反応の偏りにより，異なる皮膚感覚が得られるとかし，音は我々が日常的にコミュニケーションに用いる重考えられる．本研究では，この湿度変化による皮膚感覚の要なモダリティである．このようにコミュニケーションに違いを利用し，接触感を感じさせずにかつ高速で弱感覚を用いる重要なモダリティを我々は主要モダリティと呼び，提示できるデバイスの開発を目的とした．

日常的な利用のためには主要モダリティによる弱感覚の提示は望ましくないと考える．その点，熱は主要モダリティ

4. 提案システムではないことが一般的である．本研究ではこのようなモダデバイスの設計として，我々は高湿度の空気を輸送するリティを付加的モダリティと呼び，付加的モダリティを用形式をとった．図 3 に提案する弱感覚ディスプレイの設計いた弱感覚の提示を目指す．しかし，熱ディスプレイは接を示す． ユーザに感覚を提示する提示部は水蒸気生成部，触式が多く [7]，輻射熱を用いた非接触式もあるが肌表面へ排出部と管を通して接続されている．水蒸気生成部からのの熱伝達と放熱に時間を要するため応答性が低いという問

蒸気はその管を通して提示部，排出部へと流れていく．提題がある．

示部には空洞があり，そこから高湿度の空気を漏れ出させ湿潤感は肌表面周囲の空気を循環させることで急速に状ることでユーザに感覚を提示する．排出部には DC ファン態を変化させることができるため，熱よりも応答性が良いを用い，提示部から漏れ出る高湿度の空気の量を制御す付加的モダリティである．また，機械刺激ではなく方向なる．ファンの出力が高いときは，高湿度の空気は直接排出どの情報を持たない．以上より，本研究では湿潤感を用い部に流れていくため湿度の感覚は提示されない．出力が低た弱感覚ディスプレイを開発した．

くなっていくにつれてより多くの高湿度の空気が提示部から漏れ出ていく．正確に湿度を制御するため，提示部に湿© 2017 Information Processing Society of Japan775

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2017/3/2て提示することで，後方の気配を認識可能とする．ゲーム
内容としては，襲い掛かってくるモンスターを銃で撃退するシューティングゲームとし，ユーザは全方位から襲ってDisplay
part

Microcontroller

くるモンスターに向かって銃を放つ．しかし，モンスター
User

Vapor
generatorDischarger

図 3 提案するディスプレイの設計

Fig. 3 Design of the proposed vague sense display

は全方位から襲ってくるため，HMD の画面のみではすべてのモンスターを認識し撃退することは難しい．そこで，本システムから提示される気配を頼りに，画面外のモンスターの存在を認識し，背後のモンスターを撃退する．これによって，ユーザはこれまでに無い気配という新たな感覚をもとにした対話的な体験が可能となる．

6. おわりにDisplay
part

本研究では人の存在感や気配などを弱感覚と定義した．
従来のハプティクスデバイスでは提示が困難な弱感覚に対Vapor
generator
anddischarger(insideknapsack)して，我々はこれまでに湿度制御による弱感覚ディスプレイを開発した．その応用の一つとして HMD を用いた体験型バーチャルリアリティシステム Behind You!を開発した．
本システムによって，ユーザは従来のシステムでは感じる
図 4試作システム

Fig. 4 Prototype system

度センサを設置する．計測信号はセンサ内でアナログ信号に変換され，マイコンのデジタル信号入力端子を介してリアルタイムで湿度を取得する．サンプリング周波数は 3 Hzことができなかったキャラクタの気配を感じるという，新たな体験を可能とした．

謝辞
本研究の一部は，JSPS 科研費 JP15K12082, JP15K12083の助成を受けたものです．

である．この設計をもとに作成した試作システムを図 4 に示す．ユーザは椅子に座り，首筋に装着したデバイスから参考文献

感覚を提示する．今回我々は水蒸気生成部として市販の加[1]湿器 (PRISMATE 製 Ms. mist ver. 3) を用いた．デバイ
スを椅子に固定することで，ユーザの体の向きに対して一[2]定の方向に感覚を提示できるようにした．

5. Behind You!

[3]

現実世界では，人が近づいてきた場合，その方向を見ることなく気づくことができる．これは気配と呼ばれている．このような感覚はあいまいであり，注意を払うことな[4]く無意識的に感じている．弱感覚の例として，気配を提示することを考える．ただし，湿潤感のみを提示しても必ず[5]しも気配と感じることはできないため，適切な映像やコンテキストを用意することで気配の提示を目指す．
本研究では，提案デバイスの応用の一つとしてバーチャ[6]

ルなキャラクタの気配を提示する体験型のバーチャルリア
リティゲーム Behind You!を開発した．図 1 にあるように，ユーザは HMD を装着し，バーチャル空間を体験する．通[7]

Vincent H., Oliver R. A., Manuel C., Danny G. andGabriel R.: Haptic interfaces and devices, Sensor Review, Vol.24, No.1, pp.16-29 (2004).
鋒山健太，加藤銀河，黒田嘉宏，清川清，竹村治雄：湿度制御による弱存在感ディスプレイ，ヒューマンインタ
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小坂崇之，宮下芳明，服部進実：没入型三次元風覚ディスプレイの開発と評価，インタラクション 2007 論文集,
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松尾佳菜子，岡野裕，橋本悠希，梶本裕之：音響的な影の呈示による気配感覚の増強，日本バーチャルリアリティ学会第 12 回大会論文集, Vol.12, 3C1-3 (2007)．
藤田英徳，西本一志：Lovelet : 離れている親しい人同士のためのぬくもりコミュニケーションメディア，インタ
ラクション 2004 論文集, pp.221-222 (2004)．

常，図 1(a) のように映像や音のみを体験しているが，後方から近づいてくるキャラクタの存在を認知することは難しい．現実世界では気配として認識できるが，バーチャルなキャラクタは現実には存在しないため認識できない．そこで図 1(b) のようにキャラクタの気配を提案システムを用い© 2017 Information Processing Society of Japan776