立体と線画の対応のために3Dビューが果たす心的回転の補助的役割について

山岸
1.はじめに将大

2.実験

1-1.研究背景と目的

2-1.本実験の目的

3Dモデリングソフトの普及やBIMの利用などによ実物立体である標準刺激に対して、二次元的な情報り、従来の平面の画像や図面などによる情報伝達(以である「線画」による比較刺激の提示と三次元的な情下「二次元的な情報伝達」という。)に加えて、360°報である「3Dビュー」による比較刺激の提示という全ての方向から対象の3Dモデルを見ることのできる２条件でMRTを行うことで、実物立体と比較情報の3Dビューによる情報伝達(以下「三次元的な情報伝達」

対応に要する時間及び正答数に関して比較刺激の提示という。)の利用が建築分野での様々な場面で試みら方法の違いがもたらす影響を分析し、二次元的な情報れている。一方で、3Dビューでの情報伝達を二次元伝達と比較した際の3Dビューによる情報伝達の有用的な情報伝達に比べた際の機能性や有用性について建性、特徴を明らかにすることを目的とする。
2-2.方法築分野での利用を踏まえて述べられた論文は少ない。

2-2-1.実験参加者

本論文では、二次元的な情報として提示されたものを比較対象の物体の向きに対応させるために頭の中で九州大学工学部建築学科の学生16人(男性13人、女行う回転(心的回転)を、3Dビューによる三次元的な情性3人、20歳〜 24歳)を対象とした。

2-2-2.本実験に用いるMRTプログラムの特徴

報伝達がいかに補助するかに焦点を当てて、両者を比較することによって、3Dビューの有用性、特徴を明本実験で作成したMRTプログラムの特徴は主に２らかにすることを目的とする。

点あり、1) 標準刺激が線画ではなく立体模型である

1-2.Mental Rotation Test についてこと。2) 比較刺激は線画での表示であるが、操作

Mental Rotation Test (MRT)は心理学の分野を中心により任意方向に三次元的な回転が可能であること。に空間認識力を測る一つの尺度として用いられる実験(3Dビュー表示の場合)である。1)に関しては、一般に的手法であり、本論文でも二次元的な情報伝達と3D建築の分野において行われる「立体と図面の対応」のビューによる情報伝達を比較分析するにあたり指標とための心的回転という状況に近づけるために「線画 -してこのMRTを用いた。

線画」ではなく「立体 - 線画」の組み合わせを用いてMRTとは、図1に示すような一対の線画が同時的にいる。

提示され、その両者が同じものを回転したものか、それとも鏡映像的なものかを被験者に判断してもらい、

2-2-3.実験刺激
まず、三次元物体を2パターン設定し、これらを構その反応速度を基に空間認識力を測るものである。一成する立方体の一辺を100mmとする立体模型を作成

般に、比較する2つの対象物の角度差に比例して反応し、これを標準刺激とした。また、立体模型の正面にに時間が長くなることが知られている。また、鎌田ら

立ち、標準目線高から見た際の視点位置からの透視図(1999)によって回転軸をどの方向に傾けても反応時を比較刺激の基準とした。(図2)間に関しては同じ結果となり、人間の視覚認知におい比較刺激に関しては、まず上記で設定した基準を正て得手・不得手な合成軸は存在しないこともわかって像とした場合にそれを左右反転させた像である鏡像をいる。

作成した。

図1

図2

メンタル・ローテーションの刺激図形〔Shepard & Metzler(1971)による〕

31-1

標準刺激として用いた2パターンの立体模型(左写真)
比較刺激の基準として用いた透視図の線画(右図)回転に関しては、2パターンの三次元物体それぞれる比較刺激提示の２パターンで行ってもらった。連続の中心を原点とし、図3のようにα軸・β軸を設定し、で試行を行うことでの慣れの影響を考慮して、被験者それぞれの軸に対して回転角は0°から180°まで30°を二グループに分け、一つのグループには線画での提刻みで7段階に変えられた。それに加えて、問題を複示のセットを先に行ってもらい、もう一方のグループ雑化するために一方の軸方向に180°回転させた上ででは3Dビューでの提示のセットを先に行ってもらっ

他方の軸方向に0°から180°まで30°刻みで7段階に変た。

えられたものも100通りずつ用意した。

図3

比較刺激の各軸周りの回転の例(実際の提示では軸は表示されない)

図4

一致例

図5

不一致例

2-2-3.実験条件
標準刺激である図2の模型2パターンをそれぞれ5セットずつ用意した。これらを正面から見た際に比較刺激の透視図と見え方が一致するように机の上に並べて設置した。室内の10個の標準刺激の配置に関してはランダム性を可能な限り担保するために、模型それぞれにエクセル上で乱数を割り振ってその数値の小さ3. 反応時間いものから順に周回できるように配置した。比較刺激3-1.結果と分析に関しては、提示ディスプレイとしてタブレットを用い、用意した100種類の比較刺激を対応する標準刺激

反応時間に関して正解した問題の反応時間のみを分に合わせてランダムに画面上に表示するプログラムを析対象として、比較刺激を線画で提示した場合と3D作成した。

ビューで提示したで場合それぞれの軸に関する回転角

2-2-5.実験の流れ

度ごとの反応時間の平均値を算出し、折れ線グラフに始めに被験者には、実験の大まかな流れとタブレットの使い方を口頭で説明する。

示した。また表示方法(線画、3Dビュー )と角度(0°〜画面上に表示された180°)に対して平均反応時間を従属変数とする２要因三次元物体と目の前に立体模型を見比べて、それが「同分散分析を行った。それぞれのグラフ、表を図6に示す。

じ」もの(実像)か「異なる」もの(鏡像)かをできるだ

図6の分散分析の結果の通り、本実験ではどの場合

け速く正確に判断し、タブレット上に表示されているに関しても表示方法の主効果に関して反応時間に有意「同じ」もしくは「異なる」のボタンを押すように指な差は見られず、また、表示方法と回転角度の交互作示した。(図4,図5)

用に関しても有意な差は見られなかった。しかしながボタンを押すとその選択の正誤と「次の問題へ」のら、回転角度の主効果は有意となっている場合が多くボタンが表示されるプログラムになっている。一問答

見られ、グラフの傾きからも3Dビューでの判断の場え終わるごとに、被験者には一つ隣の模型の正面に移合も線画の判断の場合と同様に回転角度が大きくなる

動してもらい、「次の問題へ」のボタンを押し、先ほほど平均反応時間が増加していくということが言える。

どの選択のタームに戻るという流れを室内を回りながま た、 平 均 反 応 時 間 を 従 属 変 数 と し て そ の 他

ら繰り返してもらう。の条件に対して行った分散分析に関して特筆す

標準刺激条件(2パターン)×回転角度条件(前述25パ

べ き 点 は、 回 転 方 向 と 表 示 方 法 に 関 し て で あターン)×2(正像 or 鏡像)のトータル100試行。20試る。回転方向も独立変数に加えて多要因分散 分 析行(室内二周)を1セットとし、ブロックごとに短い休を 行 っ た 結 果、 一 軸 回 転 を 行 っ た 実 像 に 関 し て憩を挟み5セットを行ってもらった。

表 示 方 法 の 主 効 果(F(1,14)=0.050,p=.827)と 回 転

これを、線画による比較刺激提示と3Dビューによ方 向 の 主 効 果(F(1,14)=2.670,p=.125)に 有 意 な 差
31-2

図6

各回転角度における平均反応時間と2要因分散分析の結果

は な か っ た が、 表 示 方 法 と 回 転 方 向 の 交 互 作 用と平均反応時間が同じくらいもしくは長くなっている(F(1,14)=14.896,p=.002)が 有 意 で あ っ た。 下 位 検ことが多く見受けられ、α軸方向に180°回転した上定の結果、線画による提示における回転方向の単純でのβ軸回転の場合は3Dビューの方が平均反応時間主効果が有意傾向となり、α軸方向の方(M=2.290s,が短くなる場合が多く見受けられ、これらは軸の得手・SE=0.145)がβ方向(M=2.134s, SE=0.166)よりも平均不得手で説明がつく。
4.正答数

反応時間が長くかかった。一方で3Dビューによる提4-1.結果と分析示における回転方向の単純主効果は有意となり、α軸方向の方(M=2.024s, SE=0.145)がβ方向(M=2.330s,比較刺激を静止画として提示した場合と3DビューSE=0.166)よりも平均反応時間が短かった。

で提示したで場合それぞれの軸に関する回転角度ごと3-2.反応時間に関する考察の正答数を算出し、折れ線グラフに示した。また表示

反応時間に関しては上記の通り、3Dビューでモデ方法(静止画、3Dビュー )と角度(0°〜 180°)に対してルを回転して一致不一致を判断する場合も頭の中で図正答数を従属変数とする２要因分散分析を行った。そ形を回転させて判断する場合と同様に比較刺激の回転れぞれのグラフ、表を図7に示す。

角に比例して平均反応時間が長くなることがわかった。

図7の分散分析の結果から、正答数に関しては反応

これは3Dビューでモデルを回転させる際その角度差時間と異なり、半数以上の場合において表示方法の主に比例して操作時間が長くなることにより説明できる。

効果に有意差が見られている。

一方で、回転方向と表示方法の交互作用が見られたことに関しては、3Dビューでの判断に関して得手・4-2.正答数に関する考察グラフからも分かるとおり、正答数に関しては3D不得手な回転軸があることが考えられる。今回に関ビューを用いた場合の方が好成績を望めることが分かしては、3Dビューはα軸への回転が得手でβ軸へのる。3Dビューは心的回転に対して正確な判断の補助回転が不得手だったと考えると、有意差が見られた一をすることが確かめられた。

軸回転の実像以外の場合でも、一軸回転の鏡像に関また、3.2の軸方向への得手・不得手に関しての考してはα方向の回転に関して角度が大きい場合に3D察を踏まえて正答数に関するグラフまたは分散分析のビューの方が平均反応時間が短くなっていること、二結果を見ると、正答数に関しても平均反応時間の際と軸回転に関しても実像、鏡像それぞれβ軸方向に180同様の傾向が見られることが分かる。

°回転した上でのα軸回転の場合は3Dビューが静止画α軸方向の回転に関して回転角度が大きい場合に31-3図7

各回転角度における正答数と2要因分散分析の結果

3Dビューにおいての正答数が線画の場合と比べるとの考慮した利用を行うことで3Dビューの効果がよりその差は大きく、3Dビュー表示の方が成績が高い場有効に得られると考えられる。
4-2.今後の展望合がほとんどである。一方でβ軸方向の回転に関しては3Dビューの方が多少優位な場合もあるが、大きな本実験では、軸による得手不得手の違いの要因を明差はなく同様のグラフの動きをしていることが分かる。

確に検証できていない。標準刺激が立体であることのよって、正答数の場合は表示方法の主効果において影響、被験者が三次元物体の回転に関して比較的慣れ有意な差があり3Dビューの方が正答数が高くなる傾ている建築学生であることの影響など様々な要因が考向がある。さらにα方向の回転に関してその傾向が大えられるので対照実験等で明らかにする必要がある。
また本実験では上記で定義したα軸とβ軸のに方向きくなると言える。
4. 結びへの回転に関して取り扱ったが、今回設定した軸方向

4-1. 総合考察以外の回転軸に関してはどのような特徴が見られるのか調べることも有効であると考えられる。

本研究で取り扱った実験において、立体と線画の対応に対して比較刺激の提示に3Dビューを用いた場合、線画での提示に比べて、反応時間には有意な差は見ら

参考文献
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れなかったが、3Dビューの方が正答数に関して高い

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裕士（2016）フリーの統計分析ソフトHAD：機能の紹介と統計・学習・教育、研究実践における利用方法の提案

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メディア・情報・コミュ

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れる。今回の場合、3Dビューは心的回転に対してα[5]軸回転を得手とし、β軸を不得手とするような傾向がCooper, L.A., & Shepard, R.N. (1973) Chronometric studies of

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見られた。

orocessing. Academic Press, Pp. 75 〜 176.

よって、立体と線画の対応の判断を行うことが比較的多い建築分野で3Dビューを用いる場合は回、転軸31-4