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

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視覚情報の変化・差分提示による環境把握の検証―振動刺激提示シミュレーション環境の構築―
鬼頭 一帆† 森田 慎一郎†
小林 春美† 武川 直樹† 中村 明生†
概要：本研究では，視覚情報の変化・差分をモダリティ変換することで，環境把握が可能であるか検証することを目的とし，光学的流動を簡略表現し，振動刺激として提示するシステムの開発及び基礎検証を行う．仮想環境内で特定視点の現在の座標と 0.5 秒前の座標をもとにした円の大きさを表示するシステムを構築した．また，円の大きさを振動強度へ変換し提示するデバイスを開発した．検証として，ランダムに提示した空間構造を首振り動作と振動刺激から探索し，空間構造を選択肢から回答するタスクを設け，正答率で評価した．結果として，95.0%で正しく環境を選択できることを確認した．以上から光学的流動を簡略し，振動刺激に変換した情報提示による環境把握の有効性が示唆された．

1. 序論

2. 問題設定

視覚障害者の環境定位，移動を支援する目的で Electronic

本研究は光学的流動を模擬した振動刺激提示システムのTravel Aids(ETAs)の開発がなされている[1]．ETAs は周囲環開発を目指しており，頭部装着型ウェアラブルデバイスシ

境をセンシングし視覚以外のモダリティに変換することでステムのプロトタイプの開発を行ってきた．プロトタイプ

ユーザに周囲情報を提供している．代表的な例として，距では正面方向の壁面に対する性能に関して一定の成果は確離センサで取得した値を振動モータの振動強度に変換した

認できている[7]．このシステムを周囲の通路環境の認識に例があり，周辺環境の知覚支援に有効である[2]．

関して拡張する際に以下の 3 点に関し追考の余地があると多くの ETAs システムはセンサ計測値を非視覚モダリテした．

ィへ断続的に変換し情報提示している．しかし，連続的な(1)情報提示の量が十分であるか情報提示がユーザのストレスになりうる可能性がある．し(2)提示している情報が十分であるかたがって，ETAs の中には刺激発生のためのトリガーを内包(3)視覚情報と振動情報のギャップがあるかしている例[3]もあるが，意図していない情報をユーザが獲得することが困難であると想定される．

以上の課題に対し，本稿では Head Mounted Display(HMD)を用いたシミュレーションシステムを開発し課題解決を目

一方で，生態心理学の知見によると，人間が環境知覚を指す． (1)(2)の課題に対し HMD を用いて光学的流動を模する上で重要な情報として変化・差分が挙げられ，特に視擬した情報の視覚に対する提示を行う．これは，そもそも覚においては光学的流動が環境知覚に対し重要な役割を持情報量が豊富な視覚に対して光学的流動を模擬した情報のつとされている[4][5]．変化・差分を基底として非視覚刺激提示を行い環境把握が不可能であるならば，視覚情報をモを提示すれば，環境とユーザが相対的な変化がない場合はダリティ変換して情報提示も同様に環境把握が困難である刺激が発生しない．またユーザの動作をトリガーとした刺と考えたためである．この結果を踏まえた上で(3)の課題に激を発生でき，ユーザが停止している場合でも移動障害物

対し振動刺激への変換に検討を加える．など相対的に移動する対象から情報を獲得できる．
我々はこれまで視覚情報の変化・差分を簡略表現し周辺環境の定位が可能であるかを検証してきた[6]．その上で，本研究の目的を光学的流動を簡略表現し，振動刺激として3. システム構成
3.1 振動刺激シミュレーション環境の構築提示するシステムの構築と設定する．具体的には，仮想環

図 1 に本研究で構築したシステムの概要を示す．本シス

境内で光学的流動を簡略模擬し，光学的流動の強度を円のテムではまず，トラッカーでユーザの頭部位置姿勢を推定大きさとするとともに，振動モータの振動強度として被験し，PC 上で構築された仮想環境上でのユーザの頭部動作を者に伝達するシステムの構築を行い，周囲環境の構造知覚取得する．PC 内で頭部の仮想環境に対する相対的な動作お実験を行う．

よび視点を取得し，光学的流動の簡略化情報を算出し振動強度へと置換する．その後，振動強度を振動デバイスに送† 東京電機大学 Tokyo Denki University© 2021 Information Processing Society of Japan168情報処理学会 インタラクション 2021
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信し，振動モータの駆動電圧に変換し振動刺激を提示する．
本システムではトラッカーに HTC 社の VIVE Tracker を採用し，仮想環境の構築および刺激量の算出は Unity で構築する．
(a)矢印での表示(b)円での表示

図2

光学的流動の簡易描画

図3

簡易描画の作成の流れ

図 1 システム構成
3.2 視覚変動の簡略表現手法
光学的流動を簡略表現した視覚情報を提示し，振動刺激に変換するシミュレーションシステムを構築する．図 2 に構築したシミュレーションシステムを用いて平面の壁に対して首を回したときの情報提示を示す．また，図 3 に簡易描画作成までの流れを示す．本システムでは，特定視点での肌理の動きを視覚情報として表現している．簡易描画は
図 2(a)に示した矢印での表示と図 2(b)に示した円での表示の 2 種類である．簡易描画は環境情報の取得，単一時間での移動量の算出，簡易描画表示の流れで作成する．環境情報の取得では，主観映像の特定視点の先にある障害物と視点方向の衝突点との座標を取得する．移動量算出では，0.5秒前のフレームの取得座標と現在のフレームの取得座標との距離を算出する．簡易描画表示では，取得した座標情報と距離情報を元に光学的流動の簡易描画を表示する．
矢印での表示では現在のフレームの衝突点の座標を始点，0.5 秒前のフレームの衝突点の座標を終点として矢印を作成する．これにより，主観座標と肌理との相対的な移動や角度変化により矢印が変化する．これは環境の配置に対する光学的流動の情報を再現できていると考えられる．
円での表示では距離情報を元に，定数ゲインを掛けることで表示する円の直径を算出し，現在のフレームの衝突点の座標を円の中心として描画する．定数ゲインによってそれぞれの円が独立した情報として提示されるようにする．
円の大きさは，視点と肌理の距離と相対的な移動量に応じて変化する．これは，環境の構造に対する光学的流動の大きさの情報を再現できていると考えられる．
作成した光学的流動の簡易描画を元に，振動刺激量を算出する．簡易描画した円が占める視角の大きさを算出し，その大きさをもとに振動刺激強度を決定する．これにより，円の大きさと主観映像と円との距離に応じて刺激量が変化する．これは振動刺激量としても光学的流動の大きさの性質を再現しているといえる．

© 2021 Information Processing Society of Japan

4. 振動刺激による環境知覚基礎検証
4.1 検証内容
提案システムを用いて，光学的流動を簡易化した振動刺激提示による環境知覚の有効性を調査する．今回は基礎検証として，首振り動作による環境要素の把握を検証する．
図 4 に検証で使用した振動提示デバイスの外観を示す．
本検証では，システムに知悉した熟練被験者 1 名に提案システムを装着させ，頭部に提示される振動刺激を元に，予め提示した選択肢から，環境を選択した後，それぞれの環境の方向を手元のコントローラで指し示すタスクを与える．環境は図 5 に示す 4 種類の環境を使用する．環境は被験者を中心とした半径 2m の半円の接点位置にランダムに提示する．それぞれの環境において指し示す方向は，平面に対して直交する方向，隙間の中央部の方向，凸部，凹部のそれぞれエッジ方向とする．提示は各環境 5 試行ずつ計20 回をランダムに提示する．検証前には，シミュレーションで環境と簡易描画を表示させながら，各環境に対してどのような振動刺激が提示されるか説明する．
本検証では，環境の正答率，方向定位の角度の誤差量，提示開始からタスク達成までの時間を評価項目とする．角度の誤差量とタスク達成までの時間は正しく環境を選択できた場合にのみ評価する．参考値として方向定位の達成率を 2.50deg，15.0 deg，45.0 deg を閾値としてどれだけ達成できているか評価する．2.50deg 以内の場合は弁別視野の範囲内，15.0 deg 以内の場合は有効視野の範囲内，45.0 deg 以内の場合は安定注視野内として対象の方向定位できたとして評価する．

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図41A142021/3/10

図5振動提示デバイス

図64.2 検証結果
システムに知悉した熟練被験者に被験者 1 名に対し，提検証環境検証の様子

6. 結論

案システムによる検証実験を実施した．表 1 に各環境での視覚情報の変化・差分をモダリティ変換し周囲環境把握

検証結果を示す．また，表 2 に各環境の方向定位の達成率可能であるかを検証するため，光学的流動を簡略表現し，を示す．

振動刺激として提示するシステムの構築および基礎検証を行った．光学的流動の簡略表現として，0.5 秒間の視点変化
表1をもとに円を表示し，大きさに応じた振動刺激を提示する

各環境の検証結果

環境名

平面隙間

凸部

凹部

平均

正答率[%]

10080.0

100

100

95.0

角度[deg]

8.19

10.5

8.95

23.2

12.7

知覚時間[s]

22.2

17.0

22.6

41.2

25.8

表2

各環境の方向定位における達成率[%]

環境名

平面隙間

凸部

凹部

平均

𝜃 < 2.50

20.00

20.0010.0

𝜃 < 15.080.0

75.0

100

20.068.4

𝜃 < 45.0100100100100100

表 1 より，振動刺激により，95.0%の正答率で環境を正しシステムを構築した．検証では，基礎的な環境に対して，95.0%で環境を把握することが可能であった．したがって，光学的流動を視覚刺激から振動刺激へモダリティ変換することによる周囲環境把握の可能性が示唆された．
謝辞

参考文献
[1]

[2]

く知覚することができた．表 2 より，方向定位に関しては，2.50 deg 以内では方向定位を行うことができなかったが，凹部を除いた環境においては，15.0 deg 以内での大まかな[3]方向定位は達成できたと言える．また，すべての環境において，45 deg 以内で方向定位ができたことから，目標の方向をある程度示すことができたと考えられる．
以上の結果から，光学的流動を簡易化した振動刺激によって環境を知覚できる可能性があることを確認した．

[4]
[5]
[6]

5. デモ展示
デモ展示では，今回提案したシステムを展示し，光学的流動の簡易描画や振動刺激による提示情報から，環境の把握ができるか否かを体験していただく．

© 2021 Information Processing Society of Japan

本研究の一部は JSPS 科研費 JP19K12881 の助成を受けた．

[7]

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