「インタラクション2000」平成12年2月

仮想空間における人間の空間知覚特性
日隈直紀＊1島田義之＊1福井幸男＊1＊2 山下樹里＊2＊1筑波大学電子・情報工学系 ＊2生命工学工業技術研究所人間環境システム部

1．はじめに3次元入力装置を用いた仮想空間の操作システムは、

表1：空間知覚特性の組み合わせ

医療用VRや3次元CADなどで要求されている空間変化させるパラメータ

選択目標の直感的操作を実現するために必要となる技術である。

実験A目標までの距離と目標の大きさ
位琴

現実空間と仮想空間での人間の空間知覚特性の違い

実験B

仮想空間に対する視点方向［1］［2］を反映したより使いやすいシステムの開発が望実験C目標までの角度差と目標の大きさまれている。本研究では3次元入力装置によってCR

実験D

方向

仮想空間に村する視点方向

T画面上に投影表示された仮想空間を操作する場合に空間をどのように認知して操作しているのかを調べる

実験A及びBでは、設定された実験課題においてスため、操作時間を指標とした定量評価を行った。

タート位置から指示された目標位置まで速く正確に2．空間知覚特性測定実験

定した。このときカーソルのスタート位置を座標原点カーソル移動させ、その移動経路及び経過時間Tを測2．1実験シネテ皐とし、．選択目標として目標位置を中心とする半径Sの実験システムは3次元入力装置として6自由度を持球を表示した。

つP脚ToM［3］を使用し、視覚表示として仮想空間の実験Aの実験課題は目標位置までの距離Dと目標の座標原点を透視投影の注視点とした透視投影図をCR大きさSによって決定する。その組み合わせとしてT画面上に表示した（図1，図2）。CRTディスプレ（D，S）＝ 30，3），（40，3），（40，4），（40，5），（50，3），

イは被験者の正面に、PWT班は被験者の右前方に設（50，5）l（皿）の6通りを用意した。また、1課題につ置した。

き12試行を課した。

実験Bの実験課題は視点方向によって決定する。1

課題につき12試行を課した。視点方向は座標原点を中心とする球座標系を考えたとき、水平軸周りの回転をβ、鉛直軸周りの回転を≠として、（β，≠）＝†（−50，一50），（50，−50），（0，0），（−50，50），（50，50）i（degree）の6通りを用意した。ただし、（β，≠）＝（0，0）を視軸の手前方向〜（正面方向）とする。
実験C及びDでは、設定された実験課題についてス
タート方向（正面方向）から指示された目標方向まで速

図1選択目標が位置の場合

図2選択目標が方向の場合

く正確にカーソルを傾けさせ、その移動経路及び経過時間Tを測定した。このとき選択目標はスタート方向

2．2実験方法
計算機に十分なれた右利きの大学生7名（男性6名、女性1名）を被験者として、それぞれ4つの実験を行った（表1）。

から中心軸までの角度差をD、頂角を2Sとする円錐とした。
実験Cの実験課題は目標方向までの角度差Dと目標の大きさSによって決定する。その組み合わせとしてChara蝕ris鮎SOtSpa馳けer快画OnintheVi仙al＄押比（D，S）＝†（20，6），（30，6），（30，8），（30，10），（40，6），

NaokiHIGUMA 1．YoshiyukjSHIMADA●1，YukioFUKUJ 1 2，JuliYAMASHITA 2（40，10）f（degree）の6通りを用意した。1課題につき●1univer叫頑Ts】kuba

12試行を課した。

●2NationallnstituteofBioscienoeandHuman・Technology

実験Dでの実験課題は実験Bと同様である。

−81−

操作練習を遂行させた。実験BとDについては各課題毎に3試行の操作練習を遂行させた。課題の提示順序︵︒心∽︶ト匝螢7 6 5 4 3 2︵︒￠S︶ト臣蟄

2．3実験手順
実験AとCについては測定開始に先立って8試行の4042650

302

三10

−■〜6に示した。また個人差をこえた各課題の有意性の検定結果を表2に示した。

図3実験Aの結果（位置目標）︵︒OS︶ト匪皆

各課題毎の経過時間の平均値とその標準偏差を図3

声6420︵OUめ︶ト匪蕾

を実験時果

46（a）目横角度差D（degree）（b）目標の大きさS（degree）

表2：個人差をこえた各課題の有意性の検定結果

F2，】2＝7・81…，p＜0・0160（a） 目標距離D（mm）（b） 目標の大きさS（mm）

入力を行うことで課題試行の終了とした。

S：目標の大きさ

巨頭

2

行を開始させた。目標にカーソルを移動させ再びキー

F乙12＝0・86，p＝0■45

54
320

はランダムであり、被験者のキー入力によって課題試

D：目標までの距離76

図4実験Cの結果（方向目標）

実験A

β：視点方向（水平軸周り） F乙12＝12・23…，p＜0・01●∂（水平軸周り）●∂（水平軸周り）

義￠（鉛直軸周り）

暮￠（鉛直軸周り）

実験B

8F乙12＝18・05日，p＜0・01

S：目標の大きさ

F2，12＝11・76…；p＜0・01

実験C︵︒︒S︶ト匪皆D：目標までの角度差︵U￠S︶ト匝蜜≠：視点方向（鉛直軸周り） F2．12＝28・22＊＊，p＜0・0164

β：視点方向（水平軸周り） F2．12＝8・87＊■，p＜0・012≠：視点方向（鉛直軸周り） F2，12＝13・85＊＊，p＜0・010

実験D（＊＊は1％有意）視点方向（degroe）

4．考察

視点方向（degroe）

園5実験Bの結果

図6実験Dの結果（位置目標）（方向目標）

選択目標を位置とした場合、今回測定した距離範囲
では操作時間に影響しないが（図3a）、目標の大きさ5．今後の課題については弱い負の相関がある（図3b）。これより目標までの距離が短く目標の大きさが小さい場合、空間本研究の4つの実験を通して測定値の偏差が大きくを拡大表示することで操作時間の短縮が期待できる。

なっているが、これは透視投影表示された仮想空間の空間理解が比較的難しかったためと考えられる。これ

また入力装置を被験者が見る方向に近い視点方向でについては立体視ディスプレイを用いた場合との比較

は操作時間が正面方向と同程度となっている（図5）。

実験を行いたい。また、それぞれの課題についてより選択目標を方向とした場合、目標角度差と操作時間広い範囲、より高い精度での測定を行うことを考えてには弱い正の相関があり（図4a）、目標の大きさについる。

いては弱い負の相関があった（図4b）。また正面方向から外れた視点方向では同程度の操作時間の増加がみられる（図6）。

参考文献

方向目標において位置目標のような視点方向による［1】増田智弘他 人工現実空間における視空間特性の個人差，，日本経過時間の増加の傾向がみられないのは、角度を合わ

ヴァーチャルリアリティ学会誌第4回大会論文集，Sept．1999

せる際に被験者が空間を3次元としてではなく2次元Pl福井幸男他，，視覚と触覚・力覚の協調動作での課訝，，Hu皿anInter払ceNewsandReportvol．7no．2，PP239−242，1992

として扱っているためと考えられる。

【3］T．H．Massie，

操作に最適な視点方向は図5，6より入力装置を見た方向よりの正面方向近傍に存在すると考えられる。

InitialHapticExplorationswiththePhantOm：

VirtualTouchThroughPointInteraction
M．Ⅰ．T．，1996−82−，Master，sthesisat