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第 28 回日本バーチャルリアリティ学会大会論文集（2023 年 9 月）

Haptic retargeting で与えられたズレに対する慣れの影響
Influence of Habituation to Displacement Given in Haptic Retargeting鳥海青真 1)，小方博之 2)，亀谷恭子 3)，安田晶子 4)
Seima TORIUMI, Hiroyuki OGATA, Kyoko KAMEYA, and Shoko YASUDA
1) 成蹊大学 理工学研究科 （〒180-8633 東京都武蔵野市吉祥寺北町 3-3-1, dm236311@cc.seikei.ac.jp）
2) 成蹊大学 理工学部 （〒180-8633 東京都武蔵野市吉祥寺北町 3-3-1, ogata@st.seikei.ac.jp）
3) 成蹊大学 理工学部 （〒180-8633 東京都武蔵野市吉祥寺北町 3-3-1, kkameya@st.seikei.ac.jp）
4) 一橋大学 森有礼高等教育国際流動化機構 （〒186-8601 東京都国立市中 2-1, s.yasuda@r.hit-u.ac.jp）
概要：現実空間の一つのオブジェクトを利用して、VR 空間の複数のオブジェクトの触覚フィードバックを与える haptic retargeting がある。これは、ユーザに知覚されない範囲で VR 空間のオブジェクトの座標を操作することで実現しているが、特定量の操作が続いた場合にユーザがそれに慣れ、知覚されない範囲が変化する可能性がある。本研究では操作された映像に慣れる前後での知覚されない範囲を比較し、慣れによる影響を検証した。その結果、オブジェクトが奥行き方向にずれた映像に慣れることにより、PSE および知覚されない範囲が同じ方向にずれることが明らかになった。
キーワード：haptic retargeting, マルチモーダル, 視覚, 位置覚

1. はじめにィードバックを実空間の一つの箱で与えている。このよVR（Virtual Reality）の分野では現実とは少し異なる映像うに映像を操作する倍率を変えることで、VR 空間の様々を見せることで錯覚させ、省スペースや簡単化を実現すな位置にある箱の触覚フィードバックを実空間の一つのるさまざまな方法が提案されている。代表的な例として箱で与えることができる。

リダイレクテッドウォーキング [1] がある。

映像を操作するズレの大きさは体験者に知覚されない

リダイレクテッドウォーキングとは、現実の体験者の範囲である必要があるが、ずれた状態を継続的に体験者位置や向きから少しずらした映像を提示することで、到に提示するうちに、慣れが生じてこの範囲が変化する可達可能な VR 空間を拡張する技術である。例えば実空間で能性がある。しかし、この範囲が慣れによって受ける影体験者が歩行するとき、2 倍の速度で進んでいる映像を響については明らかになっていない。

VR ゴーグルで提示する。すると実空間での歩行距離がそこで本研究では、haptic retargeting で与えられたズレ

1m であっても、体験者は 2m 歩行したと感じる。このよに慣れる前後の知覚されない範囲を比較することで、慣うに映像を操作する倍率を変えることで、体験者は短いれによる影響を明らかにすることを目的とする。

距離の歩行でも長い距離を歩行したと感じ、狭い室内であってもより広大な VR 空間を歩き回ることができる。
Haptic retargeting [2] もこれと同じように、現実の物体や体験者の手の位置を少しずらした映像を提示することで、VR 空間の複数の物体の触覚フィードバックを実空間の一つの物体で与える技術である。例えば実空間に箱があるとき、箱の位置が 2 倍遠く、体験者の手の奥行き方向の速度も 2 倍の映像を VR ゴーグルで提示する。この状態で箱を掴むと、VR 空間の遠い位置にある箱の触覚フィードバックを実空間の近い位置にある箱で与えることができる。図 1 は体験者の手の水平方向の速度を操作した映像を提示することで、VR 空間に並んだ三つの箱の触覚フⒸ 2023 日本バーチャルリアリティ学会-1C1-03-

図 1: Haptic retargeting [2]1C1-03
2. 慣れについて慣れについて一般的な定義がなかったため、習熟現象[3] を基に本研究における定義を行った。
2.1 習熟現象
習熟現象とは、同一の作業を繰り返すことによって、所要時間が減少していく現象である。これは、個人の動作要素のような小さな作業から、企業の大規模な生産システムにまで適用される。繰り返し回数に対してこの所要時間の変化をグラフにしたものを習熟曲線という。
ある生産数までの生産時間の平均をその生産数における累積平均時間といい、累積平均時間𝐻𝑁 と生産数𝑁の関図 2: VR ゴーグルで提示した映像係、すなわち習熟曲線は式(1)で表される。𝛼は習熟係数である。

タによる症状の 16 項目についてそれぞれ 4 段階で評価さ𝐻1
𝐻𝑁 = 𝛼𝑁(1)2.2 実験

せるものである。このうち 4 項目以上で 3、4 段階目の評価がある被験者はシミュレータ酔いをしたと判断する。
被験者は大学生 7 名（男性 6 名, 女性 1 名）であった。

予備実験において、実験者が VR 空間で合図をした後に被験者が箱を掴んで持ち上げる作業を繰り返してもらった。その結果、作業回数が増えると合図から箱を掴んで2.3 結果
SSQ を実施した結果、シミュレータ酔いをした被験者が 1 名いたため、そのデータを除いた。

持ち上げるまでの時間は減っていくが、その割合は一定

表 1 に習熟曲線から推定される、合図から箱を掴んでではなかった。そのため、累積平均時間の習熟曲線を用持ち上げるまでの累積平均時間が初めの時間の 90%にないることで掴んだ回数と掴むまでの時間の関係を近似式るときの掴む回数を示す。青の領域で示した一部は 30 回で表すことにする。

以上掴む必要があったが、ほとんどは 3～15 回の範囲で本研究では、習熟曲線を描き、合図から箱を掴んで持あった。被験者の負担を考え、ズレがある映像で掴むのち上げるまでの累積平均時間が初めの時間より一定割合に慣れる作業は 20 回以内が好ましい。そのため、習熟曲小さくなったときに慣れたと定義する。この実験ではこ線を描き、合図から箱を掴んで持ち上げるまでの累積平の一定割合の値を決定する。

均時間が初めの時間の 90%になったとき慣れたと定義す2.2.1 実験環境る。

機器は映像を提示する VR ゴーグルに VIVE Cosmos Elite
を、手と箱の動きを取得するのに VIVE トラッカー（3.0）
を使用した。提示する映像は Unity2020 で作成した。

3. 本実験
Haptic retargeting で与えられたズレに慣れる前と慣れたVIVE トラッカー（3.0）は被験者が掴む対象である一辺後で、ズレが知覚されない範囲を求める。これらの値をが 90mm の箱の上部と被験者が掴むのに使用する手の甲比較することで、haptic retargeting で与えられたズレに対に取り付けた。被験者には座面高が 410mm の椅子に座っする慣れの影響を探る。てもらい、手を膝の上に置いたときの VIVE トラッカー

Haptic retargeting で与えられたズレに対する慣れの影響（3.0）から正面に 400mm、高さ 650mm の位置に台を設置について検証するため、単に VR 空間で箱を掴むのに慣れし、その上に箱を置いた。

ることの影響を除く必要がある。そのため、ズレに慣れ

図 2 は VR ゴーグルで被験者に提示した手と箱の映像である。箱を置いている台などは箱までの距離感の手がかる前の知覚されない範囲を検証する前にはズレがない映像で掴むのに慣れる作業を行った。すなわち、りとなる可能性があるため描画しなかった。
表 1: 掴むまでの累積平均時間が初めの 90%になると2.2.2 実験方法
被験者には奥行き方向を正として 120mm ずれている箱

きの掴む回数

ズレなし [回] ズレあり [回]の映像を提示し、合図として箱の下に赤い円が表示されたら箱を掴んで持ち上げてもらった。このとき、合図か1人目3.31

7.04

ら箱を持ち上げるまでの時間を測定し、この作業を 20 回2人目

4.82

3.22繰り返した。その後、結果を比較するため箱がずれてい3人目

97.6

14.90

ない映像でも同様の作業を行った。なお、順序効果を考

4人目

3.00

33.52

慮し実験の半分は箱がずれていない映像での作業を先に5人目

6.79

3.14行った。実験後はシミュレータ酔いに関するアンケート

6人目

5.47

13.06

である SSQ [4] に回答してもらった。これはシミュレーⒸ 2023 日本バーチャルリアリティ学会-1C1-03-1C1-03①: ズレがない映像で掴むのに慣れる作業②: ズレがある映像で掴むのに慣れる前の知覚されない範囲の検証③: ズレがある映像で掴むのに慣れる作業④: ズレがある映像で掴むのに慣れた後の知覚されない範囲の検証の 4 ステップで実験を行った。また、順序効果を考慮して実験の半分は①②と③④を入れ替えて行った。実験の作業の間には適宜休憩を挟んだ。
予備実験において、被験者が掴む対象である一辺が90mm の箱は正面から掴むにはやや大きいという意見が見受けられた。そのため本実験では一辺が 70mm の箱を使

図 3: ズレに慣れる前用した。
被験者は大学生 16 名
（男性 14 名, 女性 2 名）であった。
ステップ①③は VR ゴーグルを用いて被験者に箱の映像を提示し、合図として箱の下に赤い円が表示されたら箱を掴んで持ち上げてもらった。このとき、合図から箱を持ち上げるまでの時間を測定し、習熟曲線を描いた。この作業を、合図から箱を掴んで持ち上げるまでの累積平均時間が初めの時間の 90%になるまで繰り返した。習熟曲線を描くため作業は最低 5 回繰り返し、20 回繰り返した時点で掴むまでの累積平均時間が初めの 90%に達していない場合は、初めから習熟していたとみなしてそこで終了した。ステップ①の箱は実空間の箱とズレはなく、
図 4: ズレに慣れた後ステップ③の箱は奥行き方向を正として 120mm ずれている。

表 2: ズレに慣れる前後の比較

ステップ②④は恒常法を用いて、箱のズレ量が異なる映像をランダムに 6 回ずつ提示し、箱を掴んでもらった。

[mm]

ズ レ の 大 き さ は 奥 行 き 方 向 を 正 と し て 、 -50mm か ら

ズレに慣れる前 ズレに慣れた後250mm の範囲で、50mm 刻みの計 7 パターンである。箱

PSE

122.8

142.4

を掴んだ直後に映像より箱が遠いか近いかどちらに感じ知覚されない範囲[73.1, 172.5][96.2, 188.6]

範囲の幅

99.492.4

たかを質問し、二肢強制選択法により回答を得た。
実験後は SSQ に回答してもらった。

ズレに慣れる前のズレの PSE は 122.8mm、ズレが知覚4. 結果
SSQ を実施した結果、シミュレータ酔いをした被験者が 2 名いたため、そのデータを除いた。
得られたデータを式(2)のロジスティック関数で近似しされない範囲は 73.1mm から 172.5mm となり、その幅は99.4mm であった。また、ズレに慣れた後のズレの PSE は142.4mm 、 ズ レ が 知 覚 さ れ な い 範 囲 は 96.2mm か ら
188.6mm となり、その幅は 92.4mm であった。

た。
𝑓(𝑥) =

1
1 + 𝑒 𝑎𝑥+𝑏(2)ズレに慣れる前後を比較すると、ズレに慣れた後はズレに慣れる前の結果を図 3、ズレに慣れた後の結果を
図 4、二つの結果をまとめたものを表 2 に示す。縦軸は質問に「遠い」と回答した割合で、横軸はズレの大きさである。赤線は結果に当てはめたロジスティック曲線で、エラーバーは標準誤差である。回答の割合が 50%の点を主観的等価点（PSE）とし、75%の点から 25%の点をズレが知覚されない範囲とした。

5. 考察
PSE および知覚されない範囲の上下の値が大きくなった。
これは箱の位置が奥行き方向にずれた映像で掴むのに慣れた結果、自身にとっての箱の位置の基準もずれたためPSE も同じ方向にずれたと考えられる。
ズレがある映像で掴むのに慣れる作業では 120mm ずらしたにも関わらず、慣れる前後でのズレの PSE の差は20mm 程度であった。これはズレに慣れる前で既に PSE が122.8mm と、本来の 0mm よりも大幅に大きいことに起因すると考える。

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ズレに慣れる前に既に PSE が大きくなっていた理由は二つ考えられる。一つは VR 空間の地平線の影響である。

レが小さかったことの原因は VR 空間の地平線の影響とVR ゴーグルの影響が考えられる。

身体の感覚以外に箱との距離感を測る基準を与えないた
め、VR 空間には箱と手以外の物体を置かなかった。しか参考文献

し、距離感を測るのに視覚情報は切り離せず、唯一手掛[1] Sharif Razzaque, Zachariah Kohn, and Mary C. Whitton.

かりになりうる地平線を基準にしてしまったと考える。

Redirected walking. Proceedings of EUROGRAPHICS. 9.

地平線は遥か遠方にあるため映像の箱は相対的に近いと感じ、結果として実空間の箱の方が遠いと感じたと考え

2001. 105-106[2] Mahdi Azmandian, Mark Hancock, Hrvoje Benko, Eyal Ofek,
Andrewられる。

D.

Wilson.

HapticRetargeting:

Dynamic

もう一つは VR ゴーグルの影響である。VR 空間においRepurposing of Passive Haptics for Enhanced Virtual Realityて、自己から対象物までの距離が実際よりも小さいと感じ

Experiences. CHI '16: Proceedings of the 2016 CHIる現象がある [5][6]。文献 [5] と [6] の研究は歩行条件下

Conference on Human Factors in Computing Systems. 2016.

でのものであるが、同様の現象がより近距離の把持条件下

1968-1979

でも起きたと考えられる。

[3] 師岡孝次. 習熟性工学：物的評価と計画の技術. 建帛社.

6. 結論

[4] Robert S. Kennedy, Norman E. Lane, Kevin S. Berbaum,

1969
本研究では、箱を掴む動作において haptic retargeting

Michael G. Lilienthal. Simulator Sickness Questionnaire: Anで与えられた奥行き方向のズレに慣れる前後の、ズレがEnhanced Method for Quantifying Simulator Sickness. The

知覚されない範囲を検証した。ここでは慣れを、合図かinternational Journal of Aviation Psychology. 3. (3). 1993.

ら箱を掴んで持ち上げるまでの累積平均時間の習熟曲線

203-220を描き、掴むまでの時間が初めの時間の 90%になった状[5] Jodie M. Plumert, Joseph K. Kearney, James F. Cremer, Kara態と定義した。また、実験に際して、慣れるためのズレ

Recker. Distance perception in real and virtual environments.の大きさは奥行き方向を正として 120mm とした。

ACM Transactions on Applied Perception. 2. (3). 2005. 216-

結果としてはズレに慣れる前のズレが知覚されない範囲は[73.1mm, 172.5mm]、ズレに慣れた後のズレが知覚さ

233[6] Peter Willemsen. Mark B. Colton. Sarah H. Creem-Regehr.

れない範囲は[96.2mm, 188.6mm]であった。このことから、

William B. Thompson. The Effects of head-mounted display

haptic retargeting で与えられた奥行き方向のズレに慣れる

mechanics on distance judgments in virtual environments.

ことにより、ズレが知覚されない範囲は同じ方向にずれAPGV '04: Proceedings of the 1st Symposium on Appliedることが明らかになった。

perception in graphics and visualization. 2004. 35-38

慣れたズレの大きさに対して、知覚されない範囲のズⒸ 2023 日本バーチャルリアリティ学会-1C1-03-