情報処理学会 インタラクション 2016
IPSJ Interaction 2016

162B23
2016/3/3

隠消現実感を用いた多層透視望遠鏡の試作
横田 茉紀†1 松木 ひとみ†1 森 尚平†1 池田 聖†1柴田 史久†1 木村 朝子†1 田村 秀行†1
遮蔽物によって人の目から隠された不可視領域を可視化する，隠消現実感技術の一手法であるシースルービジョンに関する研究が行われてきた．一例として，手前と奥の光景を同時に矛盾なく表示しようとする描画法や，手前と奥の 2 階層の画像を能動的に切り替える手法に関する研究が挙げられる．本論文では，こうした研究よりも多くの階層を透視することを想定したデバイスについて検討・設計・試作を行った．本デバイスを用いることで，ユーザの入力に応じた透視だけでなく望遠も可能になる多段階の透視が実現でき，この表示方法について検討及び実装した．

A Prototype of a Multi-layered See-through Telescope
Using Diminished Reality
MAKI YOKOTA†1 HITOMI MATSUKI†1 SHOHEI MORI†1 SEI IKEDA†1FUMIHISA SHIBATA†1 ASAKO KIMURA†1 HIDEYUKI TAMURA†1See-thorough Vision is one of diminished reality approaches to visualize backgrounds hidden from the user. In existingSee-through Vision studies, backgrounds and occluding objects (e.g. walls) are shown simultaneously or switched depending on
detected look-at-position. On the other hand, in this paper, we designed a prototype of multi-layered see-through device. Thedevice enables the user to see-through multiple layers seamlessly, i.e., it enables to see at a distance. We modeled representation
methods and implemented them as a prototype, which demonstrated such see-through representation.

1. はじめに仮 想 世 界 と 実 世 界 を 融 合 す る 複 合 現 実 感 (MixedReality; MR) や拡張現実感 (Augmented Reality; AR) において，遮蔽物によって人の目から隠された光景を可視化

よって，新たに望遠が可能となる表示方法について検討及び実装を行う．本稿では，この多層透視による望遠のための表示方法に関する実装と試作デバイスについて報告する．

2. 多段階透視法の検討するシースルービジョンに関する研究が行われてきた[1,

本研究では，体験者が任意の位置と向きで，奥行き方向

2] ． こ う し た 不 可 視 領 域 の 可 視 化 は 隠 消 現 実 感の不可視領域を可視化できる表示方法を目標としている．

(Diminished Reality; DR) の一手法と考えられている．既

原理的には，ある体験者視点における遮蔽物を無視した任存研究として，Sandor らは，不可視領域を遮蔽物に重畳意視点画像生成法が必要となる（図 1）．例えば，時間 (t)，する際に，遮蔽物のテクスチャのエッジ及び重要度の高い

位置 (X, Y, Z)，光線の方向 (θ, φ)，光線の波長 (λ) を入力

情報を残すことにより，奥行き知覚に関して違和感のないと し て ， 光 線 の 強 さ を 出 力 す る 7 次 元 関 数 Plenoptic

透過表示法を提案した[1]．Tsuda らは，不可視領域の提示Function[4]を利用することが考えられる．これを利用する手法として，ワイヤフレームによる表示や俯瞰図の表示等，ことにより，あらゆる視点から撮影した複数枚の画像を用

4 つの表示方法を実現し，体験者が直観的に空間を把握でいて，画角内の全画素（光線）を算出し，体験時視点からきる組み合わせを報告した[2]．

見た光景を再構成することが可能となる．すると，どの遮これらの研究は共に，不可視領域とその遮蔽物の 2 階層を同時に表示しようとするものである．よって，その更に奥を可視化したい場合，多くの階層が同時に表示されるこ蔽物までを無視して表示するかによって，多層透視が可能になると考えられる．
本研究においては，こうした表示方法を実現するためにとになり，奥行きの知覚や見え方において不都合が生じると考えられる．一方で，遮蔽物と不可視領域を 2 階層に分け，体験者の注視点の奥行きに応じて階層を能動的に切り替え表示する手法も提案されている[3]．しかし，注視点を切り替えのためのインタフェースとして用いる場合，やはり 2 階層より多くを切り替えることは困難である．
本研究では，こうした既存のシースルービジョンの拡張として，3 層目，4 層目と能動的な切り替えを行う透視に†1 立命館大学
Ritsumeikan University© 2016 Information Processing Society of Japan

図1

遮蔽を考慮した任意視点画像生成563情報処理学会 インタラクション 2016
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ziΔz

zi +1α値

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画像10Z軸dmin図2

視点移動表示の透過イメージ
zi +1zihα値

1Z軸0z

図3dmin(a) 視点移動

ズーム表示の透過イメージ(b) ズーム

図4

図5

デバイスのプロトタイプ

多段階の表示の切り替え方法を簡単化した．そのために，上記の遮蔽物の透過を体験者の入力に応じて変更する仕組みを導入し，デバイスの設計及び試作を行った．

デバイスから見える風景

4. 結果作成したデバイスのプロトタイプを図 4 に示す．また，3 章に示した表示方法で表示した結果を図 5 に示す．

3. デバイスの試作

地点 A，B，C で事前に画像をそれぞれ取得する．デバ

この試作では，2 章に示した方法から，体験者の位置とイスを覗きこんだ際，体験者にはまず地点 A の風景が表示

向きを固定とした．これにより，事前取得した複数枚の画される．そして，奥の階層に移動する入力を与えることに像 Ii を撮影位置 zi に応じて 1 列に並べ，体験者の入力に合より階層が切り替わり，地点 B の風景が表示される．(a) のわせて切り替える現実的な問題に簡単化した．事前撮影画

視点移動表示では，複数切り替えを行っても一定の画角で像の切り替えにはアルファブレンディング法を用い，その表示されていたため，奥の風景を広く把握できた．しかし，α 値を決める関数 f を設計する．以下，望遠のための多層どのくらい奥の階層に移動したかが，入力を繰り返すうち透視切り替え方法の一例として「視点移動」と「ズーム」に不明瞭になる．(b) のズーム表示では，デバイスの位置を挙げ，これを実装した．イメージを図 2，図 3 に示す．と向きを固定としたため，奥の階層に切り替えるほど画角【表示法 1：視点移動】体験者の入力に合わせて，撮影地点にが狭くなり，奥に何があるのかを把握するのが困難となる．

（仮想的に）視点移動する表示方法を実装する．体験者のしかし，奥の階層ほど画角が狭くなるというヒントから現入力を Δz とした時，事前撮影画像 Ii の位置 zi を z’i = zi -Δz

在どのくらいの階層にいるのかが直観的に分かる．に更新する．この時の Ii の透明度 αi を式 1 に示す．
0
 i  f ( z 'i )  1  z ' i 2 / d min 2
1


5. むすび( z 'i  0)
(0  z 'i  d min )(d min  z 'i )(1)

本論文では，多段階透視により望遠が可能な表示方法を検討し，望遠鏡型デバイスを提案及び試作した．今後は，ただし，dmin を画像間の最少間隔とする．

任意の視点で利用可能なデバイスの作成を目指す．

【表示法 2：ズーム】体験者の入力に合わせて，画角を変更し参考文献ながら透過する表示方法を実装する．体験者の入力 z (z’i =1) C. Sandor, et al.: “An augmented reality X-Ray system based onvisual saliency,” Proc. ISMAR, pp. 27 - 36, 2010.
2) T. Tsuda, et al.: “Visualization methods for outdoor See-throughVision,” Trans. on Information and Systems, Vol. E89-D, No. 6, pp.
1781 - 1789, 2006.
3) 池田聖，斉藤宏介：“注視動作反応型 X-ray Vision”，第 19 回日
本 VR 学会大会論文集，pp. 541 - 544, 2015.
4) M. Leonard, et al.: “Plenoptic Modeling: An image-based renderingsystem,” Proc. SIGGRAPH, pp. 39 - 46, 1995.

zi) が与えられたとして，式 2 により透明度 α を決定する．
02
 i  f ( z , z i )  1  z ' i / d min 2
1


( z ' i  z  d min )( z  d min / 2  z ' i  z  d min / 2)( z  d min  z ' i )(2)

尚，体験者の入力 z によって，画角 fovy は 2atan(h / 2z)のように変更される．ただし，h は画像の高さとする．

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