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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）

皮膚上を移動する触覚刺激に伴って変化する視覚情報が触覚認知に及ぼす効果青木琢朗 1) ，牧野泰才 1) ，篠田裕之 1)

Takuro AOKI, Yasutoshi MAKINO, and Hiroyuki SHINODA
1) 東京大学 情報理工学系研究科（〒 113-8656 東京都文京区本郷 7-3-1, )概要: 本論文では，皮膚上を移動する触覚刺激に同期して視覚情報も提示し，その映像を変化させたときに知覚される触感がどう変化するかを調査する．触覚刺激としては空中超音波触覚刺激を利用し，これに同期して白丸の映像を指先から手首まで等速移動するように提示する．このとき，触覚刺激について 3 つの条件：途中で消える，途中で弱くなる，変化しない，を用意し，視覚刺激についても同様に以下の 3 つの条件：映像なし，途中で消える，変化しない，を提示した．この組み合わせについて，触覚がどのように知覚されたかを被験者実験により評価し，触覚刺激に対する視覚情報の効果について検証する．
キーワード： 触覚，視覚，マルチモーダル

序論

1.

空中超音波触覚刺激と白い丸の映像を被験者の掌に提示し，近年，触覚技術が発展し，把持型 [1] やグローブ型 [2]，非被験者にはその刺激をどのように触覚として知覚したかを接触型 [3] など様々な触覚デバイスが開発されている．これ評価してもらった．

らの触覚デバイスを用いて，視覚と触覚を組み合わせたシ

2.2

実験装置

ステムが提案されている [4][5][6]．視覚と触覚を組み合わせ

図 1 に実験装置の概要を示す．この装置は，触覚刺激提示たシステムでは，視覚情報によって触覚認知が変化する可を行うためのの 8 台の空中超音波触覚ディスプレイ (AUTD)

能性があると考えられており，様々な研究が行われている．と視覚刺激提示を行うためのプロジェクタで構成されてい例えば，バーチャルな映像が触覚の快感に影響を与えるこる．AUTD とは，多数の超音波振動子をアレイ状に配列しとがわかっている [7]．

たデバイスである [3]．各振動子の位相を制御することで，本研究では，皮膚上に映像と触覚刺激を同期させて提示

空中の任意の位置に超音波を集束させ，音響放射圧による非した際の，視覚情報が触覚認知に及ぼす効果を明らかにす

接触な触覚を提示することができる．AUTD を用いることることを目的とする．本研究では，触覚プロジェクタ [6] とで，触覚提示位置を変化させるなど物理的な接触デバイスにいう空中超音波触覚提示とプロジェクションマッピングをよる触覚提示では困難な刺激を提示できる．また，AUTD組み合わせた装置を利用する．触覚プロジェクタは皮膚上は非接触の触覚を提示するため，映像と触覚刺激を重畳すに映像と触覚刺激を重畳提示でき，エンターテインメントることが容易である．

や情報伝達の手段として期待されている．本研究では，視覚，触覚の空間パターンを自由に制御できる装置として活用する．
一般的な接触型の触覚提示装置では，刺激提示時に接触部位を視認できないため，移動する触刺激と映像情報との組み合わせによる効果についてはこれまで十分検証されていなかった．本研究では，視触覚重畳提示により，視覚情報と触覚情報それぞれを途中で変化させたときの触知覚への影響を明らかにする．

2.

実験

2.1

実験概要

本実験では，皮膚上を移動する触覚刺激と，それに伴って変化する視覚情報とが，知覚される触感に及ぼす効果の検証を目的として被験者実験を行った．同期して移動するⒸ 2023 日本バーチャルリアリティ学会-1C1-10-

図 1: 実験装置概要

1C1-102.3

実験手順

ターン全ての触覚刺激を体験した．実験中の試行では，ど男性 2 名を対象に被験者実験を行った．被験者は実験装の触覚刺激かを伝えずに提示し，被験者は 3 種類の触覚刺置の前に座り，掌に触覚刺激と視覚刺激を提示される．触激のうちどれだと感じたかを回答した．被験者の回答と真覚刺激は，AUTD を用いて 150 Hz の正弦波変調を行った値を比較することで，触覚認知の評価を行い，触覚刺激にものを提示した．視覚刺激は，プロジェクタを用いて白い対する視覚情報の効果について検証した．

丸の映像を提示した．刺激提示のイメージ図を図 2 に示す．
視覚刺激と触覚刺激は速度を 6 cm/s で固定し，指から手首結果3.

へ向けて掌上を移動するように提示した．触覚・視覚刺激

実験結果を表 1，2，3 に示す．触覚刺激の真値と被験者が 3 秒間で 18 cm 手から肘へ向けて移動し，再び指へ戻りの回答を示しており，真値と回答の同じ対角成分が正答で2 回繰り返す，計 6 秒間の刺激提示を 1 試行とした．実験ある．表の値は，被験者の回答の回数を表す．触覚刺激の 3

中は，聴覚の影響を減らすために，被験者はホワイトノイ

つのパターンは，A: 途中で消える，B: 途中で弱くなる，C:ズを聴いた．

変化しない，である．
表 1 より，視覚刺激「1: 映像なし」では，被験者 1，2 ともに全て正しく回答した．表 2 より，視覚刺激「2: 途中で消える」では，被験者 1 が一回触覚刺激 A を B と誤答し，被験者 2 が一回触覚刺激 B を C と誤答した．その他はすべて正答であった．表 3 より，視覚刺激「3: 変化しない」では，被験者 1 が一回触覚刺激 A を B と誤答し，3 回触覚刺激 B を C と誤答した．また，被験者 2 が一回触覚刺激 B をC と誤答した．
表 1: 視覚刺激「1: 映像なし」での実験結果．値は回答の回数を表す．

(a) 被験者 1

真値＼回答ABC

図 2: 刺激提示のイメージ図．被験者の掌に触覚刺激と映像A500が提示される．

B050C005(b) 被験者 2

触覚刺激と視覚刺激のそれぞれで 3 つのパターンを用意した．触覚刺激の 3 つのパターンは，A: 途中で消える，B:途中で弱くなる，C: 変化しない，であり，視覚刺激の 3 つのパターンは，1: 映像なし，2: 途中で消える，3: 変化しない，である．触覚または視覚刺激が途中で変化する際，指から手首へ移動する 3 秒間のうち 1.35 秒から 1.6 秒の 0.25秒間変化する．触覚刺激を弱くする際には，触覚刺激の強真値＼回答ABC

A500B050C005

度を二分の一にした．視覚刺激を固定し，図 3 のように，3パターンの触覚刺激をランダムな順番で 5 回ずつ合計 15 試行を行った．視覚刺激は 3 パターンのため，実験全体では考察4.

視覚刺激「1: 映像なし」のとき，被験者 1，2 ともに全て合計 45 試行を行った．

正しく回答した．映像がなければ，触覚刺激の変化を認知することが可能であると考えられる．
視覚刺激「2: 途中で消える」のとき，被験者 1 が一回触図 3: 実験手順の例．視覚刺激を固定し，3 パターンの触覚刺激をランダムな順番で 5 回ずつ合計 15 試行を行う．ほ
かの視覚刺激についても同様に行う．

覚刺激 A を B と誤答し，被験者 2 が一回触覚刺激 B を Cと誤答した．著者の主観的なコメントであるが，映像が途中で消えたことで，映像の変化に注意が向き，触覚の認知が難しかったと感じた．
視覚刺激「3: 変化しない」のとき，被験者 1 が一回触覚

被験者は，実験前に提示される触覚刺激を伝えられ，3 パⒸ 2023 日本バーチャルリアリティ学会

刺激 A を B と誤答し，3 回触覚刺激 B を C と誤答した．ま-1C1-10-1C1-10

表 2: 視覚刺激「2: 途中で消える」での実験結果．値は回答の回数を表す．

結論

5.

皮膚上を移動する触覚刺激に伴って変化する視覚情報が触覚認知に及ぼす効果を検証した．空中超音波触覚ディスプレイとプロジェクタを用いて掌に触覚刺激と視覚刺激を(a) 被験者 1

重畳提示する装置を作成し，様々な触覚と視覚の組み合わ

真値＼回答

AB

C

せでの触覚認知を調査する被験者実験を行った．実験結果

A410から，視覚刺激が存在しない場合，正しく触覚認知をする

B

050C005ことが可能であった．また，視覚刺激が存在する場合，触覚刺激の変化を正しく認知できないことがあり，視覚情報によって，触覚の認知が変化していることが示唆された．

(b) 被験者 2
謝辞 本研究は JST CREST JPMJCR18A2 の支援を受け

真値＼回答ABCA500

B041C005て行われた．

参考文献[1] 3D SYSTEMS, https://ja.3dsystems.com/hapticsdevices/touch[2] R. Hinchet, V. Vechev, H. Shea, and O. Hilliges,DextrES: Wearable haptic feedback for grasping

表 3: 視覚刺激「3: 変化しない」での実験結果．値は回答

in VR via a thin form-factor electrostatic brake,の回数を表す．

inProc. 31st Annu. ACM Symp. User Interface Softw.
Technol., pp. 901–912, Oct. 2018.

(a) 被験者 1[3] S. Suzuki, S. Inoue, M. Fujiwara, Y. Makino and真値＼回答AB

CH. Shinoda, ”AUTD3: Scalable Airborne UltrasoundA410

Tactile Display,” in IEEE Transactions on Haptics,

B023[4] Atsushi Matsubayashi, Yasutoshi Makino, and Hi-C005

vol. 14, no. 4, pp. 740-749, Oct.-Dec. 2021.
royuki Shinoda,

Direct Finger Manipulation of 3D

Object Image with Ultrasound Haptic Feedback,(b) 被験者 2

Proceedings of the 2019 CHI Conference on Human

真値＼回答ABCA

500Factors in Computing Systems, Glasgow, Scotland
UK, May 04 – 09, 2019.
[5] Yasuaki Monnai, Keisuke Hasegawa, Masahiro Fu-B

041jiwara, Seki Inoue, and Hiroyuki Shinoda,

C005

toMime: Mid-Air Haptic Interactions with a Floating Virtual Screen,くかったと考えられる．

pp.663-667, Hawaii, USA Oct. 5-8, 2014.
[6] Keisuke Hasegawa, Hiroyuki Shinoda,

映像 1，2，3 全体を比較すると，被験者 1 は触覚刺激 A

Temporal Resolution using Large-Aperture Airborne
Ultrasound Phased Array,答していないことがわかる．このことから，触覚刺激に対Proc. IEEE World Hap-tics Conference 2013, Oral, pp.31-36, Daejeon, Korea,

する視覚情報の効果には個人差があると考えられる．

April 14-18, 2013.
[7] 原口岳丸，北崎充晃， バーチャルな視覚的触覚が情動が 5 回と少なかったため，被験者数や試行回数を増やす必要があると考えられる．また，刺激の移動速度や強度，変化時間などのパラメータによる影響も考慮する必要があると考えられる．

Ⓒ 2023 日本バーチャルリアリティ学会

Aerial Dis-

play of Vibrotactile Sensation with High Spatial-

を B と誤答したことがあるのに対し，被験者 2 は一度も誤本実験では，被験者が二人であり，各条件での試行回数

Proc. 27th ACM User Interface

Software and Technology Symposium (UIST2014),

た，被験者 2 が一回触覚刺激 B を C と誤答した．映像の存在に引っ張られ，触覚刺激の消失や強度の減少に気づきに

Hap--1C1-10-的触覚認知に及ぼす影響 ，第 27 回日本バーチャルリアリティ学会大会，1B3-3．