情報処理学会 インタラクション 2020
IPSJ Interaction 2020

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下方視野を拡大した HMD の開発と評価
中野 萌士1,a)

磯山 直也1,b)

酒田 信親1,c)

清川 清1,d)

概要：一般的な既存の VR (Virtual Reality) 用 HMD (Head Mounted Display) は高い没入感や臨場感をユーザに与えるが，垂直視野角は人間の元来のものと比べると狭い．特に水平から下方向の視野角は，
HMD を装着しての卓上での作業や歩行などの日常的な動作に重要であるが，人間本来の 65〜70 度程度の垂直視野角に対して 35〜45 度程度しか提示できていない．そこで我々は，既存の HMD 内部の鉛直下方向に対し下方視野用の LCD を新しく追加し，下方視野を拡大した HMD の開発と評価を行った．作成した HMD には臨場感の向上を目的とした VR モードと，外部に取り付けたカメラの映像を LCD に投影することで卓上作業の作業効率化と首運動の負担軽減を目的とした VST(Video See-through) モードを実装
した．結果，下方視野を拡大した HMD は垂直視野角を約 70 度拡大させ，臨場感向上と首の負担軽減に成功した．一方，情報量の増加による集中の阻害や映像提示の不完全さによる作業時間増加も確認され，さらなる研究が必要であることが示唆された．

1. はじめにたまま現実世界を歩き回るシチュエーションが増加している．しかしながら，現在普及している HMD の視野角では，近年，安価な HMD (Head Mounted Display) の普及に正面を見ているときに足元を見られない．そのため，HMD

よって，AR (Augmented Reality) や VR (Virtual Reality)を装着したまま歩き回っているユーザが，見えない家具にの研究や産業応用，ゲーム開発などが盛んになってきてい足をぶつけたり，階段を降りる場合に踏み外す事による怪る [1]. HMD はレンズ等の接眼光学系を通して LCD など

我の危険性やそれらを危惧した恐怖心により，没入感や臨の高解像度のフラットパネルによる映像をユーザに提示す場感が低下する問題が生じると考えられる．近年，現実環ることで CG (Computer Graphics) による VR 環境をあた境のレイアウトを VR 環境に取り入れることで触覚の再現

かも現実のように感じさせられる．この VR 環境に入り込などを目指す事例が増えており [2], [3]，下方視野が狭い問んだような感覚は没入感や臨場感と呼ばれる．これらを高題は今後さらに顕著になる可能性がある．

めるための方法の一つとして，HMD の視野角を増加させ

一方，VR 用 HMD とカメラを併用してビデオシースルーることが挙げられる．しかしながら，単純なレンズと LCD(VST, Video See-through) HMD を構成することで，ARを組み合わせるだけでは与えられる視野角に限界がある．

による作業支援を行ったり，VR 空間に現実環境の一部を一般的な VR 用 HMD の視野角は対角 90〜110 度程度であ表示する事例も増えている [4], [5]．しかしながら HMD のり，垂直視野角は 70〜90 度程度である．これは人間の本

下方視野が狭いため，キーボードなどの卓上の物体を操作

来の垂直視野角 120〜135 度程度に比べて狭く，特に水平する際に首を深く曲げなければならないという問題がある．

から下方向の視野角は本来の 65〜70 度程度に対して 35〜

同様のシチュエーションとして HMD を装着したままの45 度程度しか提示できていない．

食事が挙げられる．高い没入感や臨場感を保ったまま生活

下方視野は卓上での作業や歩行などの日常的な動作にするためには [6] ，VR 空間での食事や VST-HMD を使用重要である．従って，下方視野が狭いと VR 環境内でこれした作業中に食事をすることは必要不可欠であるが，HMDらの作業や動作を再現する際にも問題が生じる．例えば，を装着したままの食事は，下方視野角の制限により，口付

Oculus Quest や VIVE Focus のような PC を必要としな近の情報提示が困難で食べにくい [7], [8]．

いスタンドアロン型 HMD の普及によって HMD を装着し以上の問題を解決するため，本研究では，既存の HMDに新しく下方視野用のディスプレイを追加し，下向きの視

1
a)
b)
c)
d)

奈良先端科学技術大学院大学
nakano.kizashi.nc2@is.naist.jp
isoyama@is.naist.jp
sakata@is.naist.jp
kiyo@is.naist.jp© 2020 Information Processing Society of Japan

野角を拡大する HMD の開発を行う．本研究の貢献を以下に示す．

• 下方視野用のディスプレイを追加した新たな HMD の106

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開発• 下方視野を拡大した VR HMD が没入感や臨場感に与える影響の調査• 下方視野を拡大した VST-HMD が卓上作業の作業効
率や首運動の負担に与える影響の調査

2. 関連研究
大きな視野角を持つ HMD は VR 酔いの危険性が増加す
るものの，高い没入感や臨場感を与えることが知られてい図 1

作成したデバイスの模式図（左：上面図，右： 側面図，黄色；

LCD，水色：接眼レンズ，緑色：Web カメラ）（黒線:HTC
VIVE, 赤線：新しく追加したデバイス）

る [9]．そのため，水平視野角 210 度，垂直視野角 130 度の広視野な HMD である StarVR などの研究開発が盛んに行角の制限によって食べ物を口付近に持ってきた場合，HMD

われている．また，中心視野に比べて周辺視野の情報受容のフロントカメラの下や手前にある食べ物を表示できない能力が低い [10] ことに着目した研究も多く存在する．Xiao

ため，食べにくさや置換後の食べ物の表示に問題がある．

らは多数のフルカラー LCD と拡散板を HMD の接眼光学

加えて，人物などが近づいてくることに気づかない危系の外側に設置し，HMD の映像と同期させることで，視野険性もある．そのため，HMD を装着した人物と現実世界角の拡大を行った [11]．解像度は低いが，ユーザに高い臨とのインタラクションを行う研究が多く行われている．

場感を与えることに加えて VR 酔いを軽減させることが確

Lindeman はダンボール製の HMD に対して接眼レンズの認された．また，Yamada らは通常の倍率の凸レンズと高下と両サイドに開口部を設けることで，低コストで現実世

倍率のフレネルレンズを組み合わせ，周辺視野にフレネル

界とインタラクションできる HMD を作成した [14]．また，レンズを通してボケた画像を投影することで安価に視野角Tran らは開口部の透過度が調整可能な液晶シャッタを設を拡大することに成功している [12]．しかしながら，これ置することで，没入感や臨場感を保ったまま，ユーザが好らの手法が提示できる映像は解像度が非常に低い問題があきなときに現実世界の様子を確認できる HMD を開発しる．また，Orlosky らは魚眼カメラを用いて通常のカメラ

た [15]. また，遠藤らは液晶シャッタの開口部を搭載したよりも広範囲の情報をユーザに提示することで視野角の拡HMD に加えて，サーボモータで開閉可能な現実世界を確大を行っている [13]．しかしながら，広画角の映像を狭画認できる HMD を開発した [16]．しかしながら，これらの角のディスプレイに提示しているため，視界が歪み，物体

研究は現実世界を確認する際に，VR 環境の没入感や臨場のサイズ感や距離感も変化してしまう．

感が失われてしまう問題や，開口部に映像を提示できない

また，VR 用 HMD は高い没入感や臨場感を与えるが，といった問題が存在する．

視界すべてを覆ってしまうため，現実環境とのインタラク

そこで本研究では，周辺視野に映像提示可能かつ現実環ションが難しいという問題がある．例えば，HMD を装着

境とのインタラクションを行える HMD の開発及び検証をした状態では現実環境のキーボードや飲み物を操作するこ行う．開発するシステムは，下方視野に高解像度 LCD をとは困難である．McGill ら [4] や Budhiraja ら [5] は HMD

設置することで視野角の拡大を目指し，外部に取り付けたのフロントカメラから取得したキーボードやコップを VR

カメラの映像を投影可能にすることで，下方視野を拡大し空間に AV（Augmented Virtuality）表示する手法によった VST-HMD としても機能する．これにより VR 空間内て現実環境とのインタラクションを可能にしている. これでの没入感や臨場感向上と現実環境とのインタラクション

により，VR を体験しながら卓上のキーボードやマウスをの両立を目指す．

操作したり，資料を見たり，コップを手にとって水を飲んだりすることができる．しかしながら HMD の下方視野が狭いため，キーボードなどの卓上の物体を操作する際に首を深く曲げなければならないという問題がある．

3. 下方視野を拡大した HMD の開発
3.1 ハードウェア構成
作成したデバイスの模式図を図 1 に示す．また，完成した

さらに，下向きの視野角の制限が問題となるシチュエー

デバイスの写真を図 2 に示す．HMD の本体はスマートフォションとして，HMD を装着したままの食事が挙げられる．

ンを用いる HMD より高い没入感や臨場感を得られる HTC

高い没入感を保ったまま生活するためには [6]，VR 空間

VIVE を使用した．HTC VIVE のカバー及び本体の一部での食事や VST-HMD を使用した作業中に食事をするこの下半分を切断し，HMD 用 LCD（Sharp LS029B3SX02，とは必要不可欠である．また，VST-HMD を用いた視覚変大きさ：2.9[inch], 表示領域：51.84×51.84[mm], 解像度：

調によって食べ物の見かけを置換し，ユーザが食べている

1440×1440, 120[fps]）を 2 枚配置した．LCD はユーザの眼

食べ物の味や種類を変化させることもできる [7], [8]．しか

球が下を向いたときに視認できるように，VIVE の接眼レ

し，これらの HMD を装着したままの食事は下向きの視野

ンズの下部に配置した．また，LCD を設置するスペースを© 2020 Information Processing Society of Japan107

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VR
103 x 165

図 2

VST
103 x 130

作成したデバイス．構造を見えやすくするために一部スポンジを取り外している (左上：正面図，左下：背面図，右：レンズと LCD 部分の拡大図)
図 4作成したデバイスの視野角および映像を出力した状態（左：VR モードの視野角 (水平：約 103 度，垂直：約 165 度)，
右：VST モードの視野角 (水平：約 103 度，垂直：約 130 度))

表 1 等距離射影式の魚眼カメラで計測した視野角
VR モードVST モード

視野角

水平

垂直

水平

垂直

VIVE の映像部分

約 103 度

約 100 度

約 103 度

約 60 度提案システム約 103 度

約 165 度

約 103 度約 130 度

視野角増減

±0 度

+65 度

±0 度

+70 度

示するバーチャルカメラを LCD に対応するように 2 つ用
意し，SteamVR のメインカメラに追従するようにした．また，また，バーチャルカメラの位置と姿勢は標準的な眼の位置と LCD の相対的な位置関係に合わせて初期値を設定
図 3作成したデバイスの画像表示方法（左上：Virtual Camera から映像を取得する VR 機能，右上：Web Camera から映像を取得する VST 機能）

し，手作業でチューニングを行った．
図 3 では，提案システムで VST 映像を提示するための処理の流れも示している．VR モードと VST モードのいずれの場合でも，LCD に表示する映像には樽型歪み補正を確保するため，VIVE の接眼レンズとユーザの眼の距離を行った．また，レンダーテクスチャを切り替えることで，VIVE の調整機能を用いて最長に設定した．下方視野用のVR モードと VST モードを簡単に切り替えられるように

LCD は接眼レンズとして用いた Google Cardboard のレン実装した．

ズとともに 3D プリンタで製作したハウジングで固定した．
ハウジングの最下部は口より高く，食事などの妨げになら

3.3 下方視野の視野角ない．レンズは使用するユーザの眼幅が異なることを考慮

提案システムの VR モードと VST モードの映像提示のして，左右にスライドできるようにした．また，VST 表示

様子および計測した視野角を図 4 に示す（それぞれ左眼のを行うため，薄型の Web カメラ (HIMAX HM1355, 解像

視野のみを示している) ．また，事前にカメラ構成を行った

度：1280×1024, 水平 FOV:60[度], 30[fps]) を HMD の外部

等距離射影式の魚眼カメラで視野角の計測を行った結果をに 2 台設置した．VIVE のフロントカメラの映像との連続

表 1 に示す．なお，HTC 社が公式に発表している VIVE の性を考慮して，眼とレンズと LCD を結んだ対角線上に配視野角はビューポートが真円のため (水平・垂直・対角：約置している．

110 度) である．以上より，提案手法は垂直視野角を約 70度拡大していることが分かる．水平視野角が公式スペック

3.2 レンダリング
提案システムで VR 環境を提示するための処理の流れを
図 3 に示す．開発には Unity 3D を用い，LCD に映像を提© 2020 Information Processing Society of Japan

からやや減少した理由として，VIVE の接眼レンズとユー
ザの眼の距離を VIVE の調整機能を用いて最長に設定したことが考えられる．

108

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4. VR モードにおける実験
4.1 概要本実験は提案システムが VR 環境における没入感や臨INT20012
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表 2

VR モードにおける実験結果 (各値は平均値および標準偏差)
Pres

SP

Inv

Real

Total

None

4.17±1.34

4.37±1.08

3.88±1.62

2.67±1.40

3.73±1.53

LCD

4.83±1.07

4.67±1.42

4.75±1.76

3.33±1.53

4.32±1.62

場感を向上させるかを調査することが目的である．各被験者は作成したシステムを装着した状態で，Unity 3D で作

4.4 考察成されたコース [17] の道路上を一周し，アンケートに回答

すべての指標について，平均値として None 条件よりもする．条件は LCD に映像を提示する条件（LCD 条件）とLCD 条件のスコアが高く，Total 項目に有意差があること提示しない（黒画面）条件（None 条件）の 2 条件であり，から，下方視野を拡大する提案システムは VR 環境の臨場

被験者ごとに異なる順序で行う．VR 環境内の移動は両手感を増加させる目的に対して有効である事がわかった．

に持つ VIVE コントローラ 2 台で行い，左コントローラ

また，Inv 項目に有意差が確認された．Inv 項目が現実のタッチパッドで前後左右の 4 方向移動，右コントローラ

への意識を示す指標であり，通常の HMD だと現実環境をのタッチパッドで左右の回転を行う．被験者には，コント

意識するきっかけとなりえる HMD カバーがある周辺視野

ローラを操作してコースを一周することだけを指示する．

にある程度 VR 環境の映像を提示できたためだと考えられ

また，実験中に VR 酔いで気分が悪くなるなど，任意の理る．加えて，Real 項目に有意差が確認された．Real 項目

由でいつでも直ちに実験を中止できることを事前に伝え，は，現実との類似度を示す指標であり，通常の HMD では本人の同意の上で実験を行う．

塞がれてしまう下方視野をある程度現実環境と同じように見ることができたためだと考えられる．被験者のコメント

4.2 実験手順と評価項目
各被験者は以下の手順で実験を実施する．

( 1 ) 机に座り実験手順の説明を受ける．

からは「LCD によって視野がひろがっているのが体感できた」，「歩く位置など，自分の位置を補正するのに LCDの表示が役に立った」という肯定的な意見が確認された．

( 2 ) 作成したシステム（HMD）を装着する．その際，下方一方，全体的なスコアは中庸の 4 付近を示している．こ

視野用のレンズの位置を VR 環境の床の映像を見ながれは視覚だけの情報提示やコントローラの操作性，座ったら調整する．

ままでの VR 体験などが影響していること，通常の HMD( 3 ) VIVE コントローラを両手で操作してコースを一周する．

よりも接眼レンズと眼の距離が遠く正面方向のディスプレ
イの視野角がやや狭くなっていることが原因として考えら( 4 ) HMD を外しアンケートに回答する．

れる．実際に被験者のコメントからは「いつも使用してい( 5 ) 手順 (2)〜(4) をもう一方の実験条件でも行う．

る HMD よりも凸レンズの距離が遠く，映画館で映像を見没入感や臨場感の評価には Igroup Presence Question-ているような気分だった」という意見が確認された．加えnaire (IPQ) の日本語版を使用した [18]．本実験では IPQて，「目下のディスプレイの遷移速度が早く見えたので，その下位項目のうち以下の 4 項目の評価軸で評価する.

ちらに意識がいってしまった」という意見が確認された．

• Pres: そこにいる感覚 (Sense of being there) または一般的なプレゼンス (General Presence)

これはバーチャルカメラの位置が本来設置すべき場所よりも地面に近かったため，ズームしたような表示になった結• SP: 空間の存在感 (Space Presence)

果，映像のオプティカルフローが速くなってしまったこと• Inv: 現実への意識 (Involvement)が原因として考えられ，カメラパラメータ校正の改善が必• Real: 現実との類似度 (Experienced Realism)

要である．また，「下のレンズを表示せず，前方のみに映像

それぞれ Pres は 1 項目，SP は 5 項目，Inv は 4 項目，があるほうがかえって集中できた感じがした」という意見

Real は 5 項目の設問で構成されている．加えて，本実験でも確認された．これは視野角が拡大した結果，様々な場所

は以下の総合評価を評価指標として使用する．

を見ようとしてかえって集中が阻害されたことを示してい• Total: 各評価項目の平均値とすべての値の合計値

る．VR コンテンツを作成する際は，広視野化が必ずしもユーザ体験の向上につながらない場合があることを考慮す

4.3 実験結果
22〜25 歳の男性 6 名を被験者として実験を実施した．実験結果を表 2 と図 5 に，実験の様子を図 6 に示す．各項目の None 条件と LCD 条件にウィルコクソンの符号順位検る必要がある．

5. VST モードにおける実験
5.1 概要定（Wilcoxon signed-rank test）を行ったところ，Inv 項目

本実験は作成したシステムによって VST-HMD の下方（p < 0.05），Real 項目（p < 0.05），Total 項目（p < 0.01）

視野拡大を行った場合に，卓上作業の作業効率が向上するにそれぞれ有意な差が確認された．

かや首運動の負担が軽減するかを調査することが目的であ© 2020 Information Processing Society of Japan109

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2020/3/9*p < 0.05 **p < 0.01 ***p < 0.001

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*HQHUDO3UHVHQFH
図 5

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£6SDWLDO3UHVHQFH

1RQH
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,QYROYHPHQW

1RQH
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1RQH
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([SHULHQFHG5HDOLVP
7RWDO

VR 実験における IPQ 結果の各項目平均値 (エラーバーは 95%信頼区間)

ぎない程度の難易度にしようとしたこと，手元を見なくてもトランプの配置が簡単にできすぎないことを考慮したためである．実験中に VR 酔いで気分が悪くなるなど，任意の理由でいつでも直ちに実験を中止できることを事前に伝え，本人の同意の上で実験を行う．

5.2 実験手順と評価項目
各被験者は以下の手順で実験を実施する．

( 1 ) 机に座り，実験手順の説明を受ける．
( 2 ) 実験に使用しないトランプの組を用いて，正解画像を提示されずにトランプを並べる練習を行う．

( 3 ) 作成したシステム（HMD）を装着する．その際，下方視野用のレンズの位置を現実環境の映像を見ながら調図 6 VR 実験の様子

整する．

( 4 ) 実験に使用しないトランプの組を用いて，正解画像をる．実験は作成したシステムを装着した状態で，卓上の絵提示されずに None 条件と LCD 条件の両方でトラン柄の異なる 12 枚のトランプを，正面方向のデスクトップ

プを並べる練習を行う．

モニタに表示される並び方に並び替えるまでの速さと正確( 5 ) 実験に使用するトランプ 1 組（12 枚）を受け取る．

さ，首の回転を計測する．実験条件は LCD に現実環境の( 6 ) 条件開始と同時に目の前のデスクトップモニタに表示

映像を提示する条件（LCD 条件）と提示しない (黒画面)
条件（None 条件）の 2 条件であり，被験者ごとに各条件される正解画像に従ってトランプを並べる．

( 7 ) 並べ終わったと感じたら「終わりました」と宣言する．

3 回ずつ合計 6 回の試行を None 条件と LCD 条件を交互

実験者は経過時間および誤配置数を計測する．

に，異なるトランプの組で行う．画面に表示されるトラン( 8 ) 手順 (5)〜(7) をもう一方の実験条件でも行う．

プは横 3 行縦 4 列に並べられ，ジョーカ 2 枚を含めた 54( 9 ) 手順 (5)〜(8) を合計 3 回行う．

枚のトランプを 2 組用意し，各組から 36 枚を無作為に選実験の評価方法は，トランプの並び替えるまでの Unity

んだものを 12 枚ずつに分けて，6 条件分使用する．トラ

3D 内の経過時間と間違えた枚数，首の回転を HMD の姿

ンプを選んだのは，映像の解像度が低すぎても問題なくタ勢を用いて 3 軸で計測し，比較した．

スクが完了してしまうと適切な比較にならないため，ある程度判別が難しいことや絵柄が身近であることが主な理由

5.3 実験結果である．また，横 3 行縦 4 列に並べさせる理由は，ひと目

22〜25 歳の男性 6 名を被験者として実験を実施した．実で配置を覚えられない程度の難しさでありながら，難しす

験結果を図 7,8,9,10 と表 3 に，実験の様子を図 11 に示す．

© 2020 Information Processing Society of Japan110

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1RQH

図 7

1RQH

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1RQH

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VST 実験での被験者の首の動き，縦軸：ピッチ角 (正面を向いたとき 0 度かつ＋ 90 度のとき完全に下を向いた状態)，横軸：フレーム数（22〜24[fps])，特に重要と思われる
結果を抜粋

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図 8 VST 実験での被験者の首の動きヒストグラム，縦軸：データの出現割合，横軸：5 度ごとに集計したピッチ角（正面を向いたとき 0 度かつ＋ 90 度のとき完全に下を向いた状態)

図 7 は頭部を上下方向へ変化させた際の向きであるピッ度を基準角度 0 と設定し，下方向に向いたときをプラス，

チ角について，被験者が水平に正面を向いた際の HMD 角

上方向に向いたときをマイナスとして，被験者の実験中© 2020 Information Processing Society of Japan111

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

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2020/3/9*p < 0.05 **p < 0.01 ***p < 0.001

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図9

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1RQH /&')

1RQH /&'7RWDO

VST 実験での被験者の単位時間あたりの首振り量 [deg/sec](エラーバーは 95%信頼区間)

p = 0.105*p < 0.05 **p < 0.01 ***p < 0.001

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1RQH

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図 10/&' 1RQH&/&' 1RQH'/&' 1RQH(/&' 1RQH
)

/&'

7RWDO

VST 実験での被験者のタスク完了までの首振りの総量 [deg](エラーバーは 95%信頼区間)

表 3 VST モードにおける実験結果（各値は平均値, 太字は有意な差が確認された値）
A

B

C

D

E

F

Angle

None

10.31

22.27

30.39

25.89

9.94

18.81

[deg]

LCD

9.38

21.03

32.46

15.03

4.09

16.75

Var

ピッチ方向の角度の平均値 [deg]，Var は首の角度の分散値[deg2 ]，Time はタスク完了までの平均時間 [sec] である．
また，被験者 B の LCD2 条件と被験者 C の LCD3 条件で2 枚（1 ペア）のミスが発生した．

None

134.13187.08177.40212.70119.22117.762[deg ]

LCD

47.27

185.33142.16

38.61

19.11

67.64

各被験者の各条件 3 施行分をつなぎ合わせ，各条件の合

Time

None

61.97

62.71

74.84

55.61

59.70

59.66

[sec]

LCD

69.02

72.41

77.39

91.19

90.37

78.70

計として F 検定を行った．結果，被験者 A,C,D,E,F に有意な差が確認された (p < 0.001).

の変化を示す．紙面の関係上，特に重要と思われる被験者

B,D,E の結果を抜粋している．ロール角とヨー角については大きな変化がなかった．None1, None2, None3 はそれぞれ None 条件の第 1, 2, 3 回目を，LCD1, LCD2, LCD3 はそれぞれ LCD 条件の第 1, 2, 3 回目を表している．実験時の計測フレームレートは約 22〜24[fps] であった．
表 3 は各被験者の各条件の平均値を示す．Angle は首の© 2020 Information Processing Society of Japan

図 8 は None 条件と LCD 条件の首の角度を 5 度ずつヒ
ストグラム化したものを示す．None 条件と LCD 条件ではデータ数が大きく異なっており，正確な比較を行うため，データ数に対する割合で正規化を行っている．
図 9 は，各被験者の None 条件と LCD 条件の単位時間あたりの首振り量 [deg/sec] を示す．Total 項目は全被験者のデータを合わせたものを表している．Total 項目に対112情報処理学会 インタラクション 2020
IPSJ Interaction 2020

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2020/3/9の大まかな位置を確認するような方法であれば，タスクの平均時間の増加を抑えつつ首の運動量低下を行える可能性が示唆された．
特に，図 7 で示した被験者 D と E に首の角度の分散が小さくなり，作業時間が長くなる傾向が確認できた．詳しく解析すると，彼らの LCD 条件時の分散値は None 条件
時よりも非常に小さいが，タスク完了までの平均時間が約37% 増加している．彼らにインタビューを行うと「LCDをメインに使ってタスクを行った．下が見えることによって，深く屈み込む必要がなくて良い」と回答していた．つまり，作業時間は長くなるが，首の動きが少なくなること
による疲労軽減を目的とした使用方法も可能であることが示唆された．
図 11

VST 実験の様子

図 8 のヒストグラムを確認すると，被験者 A, D, E, Fの None 条件時において，0 度付近と下方向を見ている 40

して対応のある t 検定を行うと顕著な有意差が確認された

度付近に二峰性が確認できる．これは，None 条件では，正(p < 0.001). また，図 10 は各被験者の None 条件と LCD

面のディスプレイを見ている状態と下のトランプ配置を確条件のタスク完了までの首振りの総量 [deg] を示す．Total

認している状態の 2 状態を行き来しなければならないこと

項目に対して対応のある t 検定を行ったが統計的有意差はを示している．一方，LCD 条件では，None 条件の最初の確認されなかった (p = 0.105)．

山の右側の 5〜10 度付近に単峰性が確認できる．これは下方向が見えることによって，首を大きく動かす頻度が減っ

5.4 考察たことを示していると考えられ，提案手法が首の負担を減

すべての被験者において，平均値として LCD 条件でのらすことに有効であることが示唆される．F 検定で有意な首のピッチ方向への角度の分散値が None 条件の分散値よ差が確認できなかった被験者 B のヒストグラムはどちらのりも低いことが確認され，F 検定の結果，被験者 B 以外に条件も似た形になっていて，LCD 表示を活かせてない可

有意差が確認された．これにより，下方視野用のディスプ能性がある．これらのことから提案システムをうまく使う

レイを追加して下向きの視野角を拡大する提案手法は，首ためには慣れとコツが必要である可能性が考えられる．

を動かす頻度を低下させることに有効であることが示唆さ

被験者 C のヒストグラムはどちらの条件も二峰性が確認れた．また，被験者 B に有意差が確認されなかった原因とでき，角度が大きい場所に最頻値が確認できる．これは，して，図 7 を確認すると，None 条件と LCD 条件で同様の下を向いて作業しながら，低頻度で正解画像を確認してい首の動きをしている傾向が読み取れるため，追加した LCDたためだと考えられる．常に下を向いた状態でたまに上をを使用していない可能性が考えられる．

見るような方法の場合，下方視野の拡大が活かせない．こ一方，タスク完了までの平均時間はすべての被験者において，LCD 条件が None 条件よりも時間がかかることがれに対処するには，下方向だけでなく上方向の視野拡大の必要があり，今後の課題である．

確認された．また，LCD 条件のみタスクのミスが観測さ

図 9 を確認すると，すべての被験者および Total 項目にれた．これは接眼レンズを含む下方視野用のディスプレイ

おいて単位時間あたりの首振り量が減少していることが確の配置や画像歪みの補正が十分ではなく，特に周辺視野に認できる．また，Total 項目に対して顕著な有意差が確認おいて映像を視認しづらかったことが原因として考えられされている．また，図 10 では，統計的有意差はみられな

る．VIVE の映像と LCD の映像の位置ずれが発生していかったものの (p = 0.105)，単位時間あたりの首振り量だ

たこと，LCD 表示のカメラに遅延があり，VIVE の映像とけでなく，タスク完了までの首振りの総量についてもすべ同期が取れていなかったことなども影響していると考えらての被験者について LCD 条件のほうが None 条件よりもれ，改良が必要である．

少ないことが確認されている．これらは，提案手法を用いタスクの平均時間の差が 10% 程度と小さく，LCD 条件

ることで被験者の首の動きが減っていることを示してお時の分散値が None 条件時よりもかなり小さい（LCD 条り，VST-HMD の下方視野拡大を行った場合に，首運動の件: 47.27, None 条件: 134.13）被験者 A にインタビューを

負担を軽減させることができることを示唆している．

行うと「基本は VIVE 表示を見ながら，LCD 表示はサブとしてタスクを行った」と回答していた．つまり，現実環
境と同じように基本は中心視野を用いて，周辺視野は物体© 2020 Information Processing Society of Japan

6. 制限
下方視野用のディスプレイを HMD に追加する提案手法

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2020/3/9

は，VR 実験では臨場感を向上させ，VST 実験では首運動の負担軽減に効果的であることが実験により判明した．VR
実験では，ユーザの自己位置推定に有効であるとの感想も[6]得られている．一方，通常の HMD と比較した場合では，VIVE の接眼レンズとユーザの眼の距離が開き，正面方向の視野角が狭くなることによる没入感や臨場感低下や情報量が増えることによる集中の阻害の問題も指摘された．
作成したシステムは開発者の顔の形に合うように設計さ[7]れたため，被験者からはつけ心地の悪さが指摘された．また，接眼レンズの位置調整機能が不十分であり，被験者に[8]

よって見え方が不十分であったことや LCD 表示の遅延による VIVE 映像との不一致によって，没入感や臨場感低下
や作業時間の増加につながったことも問題である．また，今回の実験では実験を途中で棄権する被験者がいなかった[9]が，周辺視野に提示する情報量が増加することによる VR
酔いの危険性増加の問題が考えられる．
提案システムを用いて食事を行う場合についても，解決しなければならない問題が数多く存在する．例えば，LCD[10]に収まらないような大きなものを見たときに，VIVE の映像提示と LCD 映像提示のスケールや形が合わない問題や，

LCD 表示の遅延による VIVE 映像との不一致の問題があ[11]

り，改良が必要である．

7. おわりに[12]

一般的な HMD に下方視野用のディスプレイを追加し，下向きの視野角を拡大する HMD を提案した．提案システ
ムは VR 空間における臨場感の向上に効果的であり，ビデ
オシースルー表示での作業における不必要な首の動きを軽[13]減する可能性が示唆された．一方，情報量が増えることによる集中の阻害や映像提示の不完全さによる作業時間増加，システムの効果には個人差があることも考えられ，今後さらなる研究が必要である．
参考文献
[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

B. H. Thomas: “A Survey of Visual, Mixed, and Augmented Reality Gaming,” Computers in Entertainment(CIE), Vol. 10, No. 3, pp. 1–33, 2012.
K. Kanamori, N. Sakata, T. Tominaga, Y. Hijikata, K.
Harada, and K. Kiyokawa: “Obstacle Avoidance Method
in Real Space for Virtual Reality Immersion,” Proceedings of 2018 IEEE International Symposium on Mixed
and Augmented Reality (ISMAR), pp. 80–89, 2018.
L. Shapira and D. Freedman: “Reality Skins: Creating
Immersive and Tactile Virtual Environments,” Proceedings of 2016 IEEE International Symposium on Mixed
and Augmented Reality (ISMAR), pp. 115–124, 2016.
M. McGill, D. Boland, R. Murray-Smith, and S. Brewster: “A Dose of Reality: Overcoming Usability Challenges in VR Head-Mounted Displays,” Proceedings ofthe 33rd Annual ACM Conference on Human Factors
in Computing Systems (CHI ’15), pp. 2143–2152, 2015.
P. Budhiraja, R. Sodhi, B. Jones, K. Karsch, B. Bai-

© 2020 Information Processing Society of Japan

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

ley, and D. Forsyth: “Where’s My Drink? Enabling Peripheral Real World Interactions While Using HMDs,”
ArXiv, abs/1502.04744, 2015.
J. Guo, D. Weng, Z. Zhang, H. Jiang, Y. Liu, BL. Duh,and Y. Wang : “Mixed Reality Oﬃce System Basedon Maslow‘s Hierarchy of Needs: Towards the LongTerm Immersion in Virtual Environments,” Proceedingsof 2019 IEEE International Symposium on Mixed andAugmented Reality (ISMAR), pp. 340–351, 2019.
中野 萌士, 鳴海 拓志, 酒田 信親, 清川 清: “麺類を対象とした視覚変調による味覚操作インタフェースの有効性評
価,” 第 23 回日本 VR 学会大会論文集, 21B-1, 2018.
K. Nakano, D. Horita, N. Sakata, K. Kiyokawa, K. Yanai,
and T. Narumi : “DeepTaste: Augmented Reality Gustatory Manipulation with GAN-based Real-time Foodto-Food Translation”, Proceedings of 2019 IEEE International Symposium on Mixed and Augmented Reality(ISMAR), pp. 328–339, 2019.
J. J. -W. Lin, H. B. L. Duh, D. E. Parker, H. Abi-Rached,and T. A. Furness: “Eﬀects of Field of View on Presence,
Enjoyment, Memory, and Simulator Sickness in a Virtual
Environment,” Proceedings IEEE Virtual Reality 2002,
pp. 164–171, 2002.
石黒 祥生, 暦本 純一: “Peripheral Vision Annotation：
拡張現実感環境のための視線計測による周辺視野領域情報提示手法,” 情報処理学会論文誌, Vol. 53, No. 4, pp.
1328–1337, 2012.
R. Xiao and H. Benko: “Augmenting the Field-of-View
of Head-Mounted Displays with Sparse Peripheral Displays,” Proceedings of the 34th Annual ACM Conference on Human Factors in Computing Systems (CHI
’16), pp. 1221–1232, 2016.
W. Yamada and H. Manabe: “Expanding the Field-ofView of Head-Mounted Displays with Peripheral Blurblack Images,” Proceedings of the 29th Annual Symposium on User Interface Software and Technology (UIST’16 Adjunct), pp. 141–142, 2016.
J. Orlosky, Q. Wu, K. Kiyokawa, H. Takemura, and C.
Nitschke: “Fisheye Vision: Peripheral Spatial Compression for Improved Field of View in Head Mounted Displays,” Proceedings of the 2nd ACM Symposium on
Spatial User Interaction (SUI ’14), pp. 54–61, 2014.
R. W. Lindeman: “A Low-cost, Low-latency Approachto Dynamic Immersion in Occlusive Head-mounted Displays,” Proceedings of 2016 IEEE Virtual Reality (VR),
pp. 221–222, 2016.
K. T. P. Tran, S. Jung, S. Hoermann, and R. W. Lindeman: “MDI: A Multi-channel Dynamic Immersion Headset for Seamless Switching between Virtual and RealWorld Activities,” Proceedings of 2019 IEEE Conference on Virtual Reality and 3D User Interfaces (VR),
pp. 350–358, 2019.
遠藤 勇, 工藤 義礎, 高嶋 和毅, 藤田 和之, 北村 喜文: “周辺環境への気づきやインタラクションが可能な HMD に関する検討,” 第 23 回日本 VR 学会大会論文集, 6C-01,
2019.
Lake Race Track, NIANDREI, https://assetstore.
unity.com/packages/3d/environments/roadways/
lake-race-track-55908（参照 2019-10-20）.
igroup presence questionnaire (IPQ), igroup, http://
www.igroup.org/pq/ipq/download.php#Japanese（参照 2019-10-20）.

114