情報処理学会 インタラクション 2023
IPSJ Interaction 2023

1B-152023/3/1

空間座標入力で 3 次元部屋環境モデルを作成する
VR アプリケーションの初期評価
党文博†1岡哲資†2

概要：メタバースでは，ユーザーが自由に仮想世界の 3D モデル（ワールド）をアップロードし，仮想空間に入り込むことができる．だが，仮想世界の 3D モデルを作るのに一定のモデリング知識やモデリングソフトのスキルなどが必要とされているため，VR 初心者が想像した 3D モデルを作成することは難しい．このような 3D モデルを作るのに，簡単に操作できるシステムが必要と考えられる．そこで本研究では，仮想世界を作る前段階として，3 次元部屋環境モデルを作成する VR アプリケーションの開発を行い，有用性を検証する．本稿では，そのシステムの構成及び評価実験による初期評価について述べる．体験者は，5 分間のチュートリアルを通して各ツールの使い方を習い，指定された部屋モデルを作成し出力する．今回は 5 名の大学生及び大学院生を対象に実験を実施し，被験者全員が 10分以内でモデルを作ることができた．所要時間から多くの人が 5 分以内にタスクを完了することができると推測された．多くの人が各モデルを作る際には，0.3m 以内の誤差が出ると推測された．また，実験データおよび実験後のアンケートから，開発したアプリケーションが 3D モデリング経験のない人に有用であると考えた．

1. はじめに環境構築のツールである．このツールは，モデリングソフトウェアではなく，事前に作られた 3D モデルを仮想空間

近年，仮想現実（Virtual Reality：VR）技術の発達によに生成させ，配置やアレンジすることで仮想環境を作るツり，VRChat や Cluster などのメタバースが登場してきた．

ールである．だが，使用者は自由に 3D モデルを作成する

このようなメタバースでは，ユーザーが自由に仮想世界のことができない．また，一般ユーザー向けのメタバース用

3D モデル（ワールド）をアップロードし，仮想空間に入の部屋モデルを作成することができない．

り込み，あたかも現実のように体験できる．また，これらプリミティブなモデルを使った環境構築に対して，仮のメタバースには，ほかのユーザーがアップロードされて想空間内で自由にモデリングするスケッチという手法は多いる仮想世界が数多く存在する．しかしながら，仮想世界

くの研究がされている[3]．その中の 1 つに Lift-Off[4]はの 3D モデルを作成するのに，一定のモデリング知識やモJackson らがペン型デバイスを利用して 2D スケッチからデリングソフトのスキルなどが必要とされている．そのた

3D モデルを生成する研究である．だが，仮想空間におけめ，VR の初心者が想像した 3D モデル，例えば「自分のるスケッチは，絵の描けない人に対してすぐ部屋のモデル部屋を SF 風にモデリングしたい」ということを実現するを作成することができない．のが難しいと考えられる．このような 3D モデルを作るのに，簡単に操作できるシステムが必要と考えられる．

また，これらの研究と類似するツールとしては，仮想空間内でコントローラや手で建物を設計できる建築ツール

そこで本研究では，3 次元部屋環境のモデル作成に注目「Arkio」[a]や， スケッチによる 3DCG を制作できるアプした．Meta Quest2 を用いて両手コントローラで空間座標

リ「Gravity Sketch」[ b ]が挙げられる．しかし，これらのを入力し，3 次元部屋環境モデルを作成する VR アプリケ

ツールは，学習コストが高く，すぐ手軽に自分の部屋のーションの開発及び評価を行う．本稿では，そのシステム3D モデルを作ることができない．の構成及び評価実験による初期評価について述べる．

2. 関連研究3. VR アプリケーション
3.1 システム構成

仮想空間における 3 次元物体の作成と操作をする初期的システムの構成を図 1 に示す． Meta Quest2 の両手コンなシステムの 1 つは Butterworth らが設計・開発されたトローラを利用して，コントローラ座標とボタンで入力を3DM[1]である．3DM は没入型モデリングソフトウェアで，行う．また，システム内で入力された座標をポリゴンとしユーザーが仮想空間において簡単にプリミティブな物体をて生成し，3D モデルデータと 3D モデルファイルが出力作成することができる．だが，このシステムは一度に 1 つされる．入力とするコントローラのボタン（トリガー，Aの視点しか提供できないため，視点を変えるには「飛ぶ」ボタン等）の配置を図 2 に示す．メニューの操作に関してか「スケール」機能を使用する必要がある．

は，右コントローラから出ているレーザーポインタで選択

もう１つの ISSAC[2]は，Mine らが設計した没入型仮想†1 日本大学大学院生産工学研究科数理情報工学専攻†2 日本大学© 2023 Information Processing Society of Japanを行い，A ボタンでメニューボタンのクリックを行う．さa) https://www.arkio.is/b) https://www.gravitysketch.com/

170情報処理学会 インタラクション 2023
IPSJ Interaction 2023

らに，アプリケーションでの操作の流れを図 3 に示す．

1B-15
2023/3/1を提案した．1 つ目は壁の高さと壁の角を指定して壁・天井及び床を作成するツールである．2 つ目はテーブルの角を 4 つ指定して 4 本脚の四角形テーブルを作成するツールである．3 つ目はある四角柱物体の 4 つの角を指定して四角柱を作成するツールである．
3.3 壁・天井・床の作成
天井の高さは右コントローラを使ってメニューの UI ボタンで設定し，これを Y 座標とする．またトリガーボタンでコントローラの X 座標と Z 座標を時計回りに記録し，コントローラを仮想空間で時計回りに移動して順次に座標を 2 個～10 個まで記録する．記録を終え，A ボタンで

図1

システム構成図

壁・天井・床が生成される．なお，面（face）に関しては4 つの頂点が図 4 の順で生成され，壁・天井・床の面がそれぞれ 2 枚片面のポリゴンを複製して反転した 4 枚のポリゴンからできている平面である．
3.4 テーブルの作成
テーブルの作成には高さの設定が不要であるが，コントローラの高さによりテーブルの高さが指定される．すなわ
ち，コントローラの X 座標・Y 座標・Z 座標が全部記録対象となる．これも 3.3 と同じく，トリガーボタンで座標の記録を行い，コントローラを仮想空間で時計回りに移動して順次に座標を 4 回記録するものである．生成も同じく，A ボタンを利用する．なお，コントローラの Y 座標が常に同じ値にならないことを想定して，4 回記録された Y 座標の平均を取り，記録された Y 座標に置き換える．

図2

使用するコントローラのボタン配置

生成したモデルは図 4 を基準として，2 つのポリゴンを上に 0.025m 押し出して，押し出された側面の 4 つの面をさらに各法線方向に 0.025m 押し出す．また，テーブルの脚はプリミティブなキューブを 0.02m×0.02m×記録された Y 座標の平均で生成し，座標(𝑥𝑎 , 𝑦𝑚𝑒𝑎𝑛 /2, 𝑧𝑎 )に 4 つ配置される．𝑥𝑎 は，a 番目の X 座標で，𝑧𝑎 はａ番目のＺ座標である．また，𝑦𝑚𝑒𝑎𝑛 は記録された Y 座標の平均である．
テーブルのワイヤーフレームを図 5 に示す．
3.5 四角柱の作成
四角柱の作成では，高さを最後に設定できるように設計した．これも 2.4 の座標記録と同じく，コントローラを仮想空間で時計回りに移動し，トリガーボタンで４つの空間座標の記録を行う．記録を終え，A ボタンを押しながら上

図3

操作の流れに移動し，底面から離れた距離を四角柱の高さとする．
四角柱のワイヤーフレームを図 6 に示す．

3.2 提案ツール
本研究では，Unity[ c ]を使用し Probuilder[ d ]パッケージと Oculus Integration[e]アセットを利用して VR 環境でオブジェクトのランタイム操作を行う．これによって 3D モデルを作成する VR アプリケーションにおいて 3 つのツールc) https://unity.com/jad) https://unity.com/ja/features/probuildere) https://assetstore.unity.com/packages/tools/integration/oculus -integration82022© 2023 Information Processing Society of Japan

図4面の生成171

情報処理学会 インタラクション 2023
IPSJ Interaction 2023

図51B-152023/3/1a)b)c)d)

テーブルのワイヤーフレーム図8メニューの操作 UI

4. 評価実験
4.1 実験目的
本研究では，開発した VR アプリケーションを使って，使用者が指定されたモデルを作ることで，所要時間とモデ
図6四角柱のワイヤーフレームルの誤差の見通しを得ることと，アプリケーションの有用性の検証および問題点を発見するために初期評価として実3.6 仮想空間
仮想空間では，20m×20m の平面オブジェクトを床，周験を行う．

りに非表示されたキューブオブジェクトを境界として設置

4.2 実験条件した．また，カメラと両手コントローラのモデルをに入れ，本実験の被験者は 5 名（内男性 5 名）で，平均年齢 22.4

左手アンカーにメニューの UI を設置した．仮想空間の様歳の大学生または大学院生である．実験は，被験者がアプ子を図 7 に示す．メインメニュー以外に，壁メニュー，テリを初めて使用することを前提として，大学の研究室でーブルメニュー，四角柱メニューを図 8 の a，b，c に示す．

Meta Quest2 を使って実施した．

モデルをエクスポートする際には，メインメニューの中心

4.3 実験手順に出力先のパスが図 8 の d のように表示される．

開発したアプリケーションの有用性を検証するために，以下の手順に沿って初期評価実験を行った．
(1) 事前説明
説明・同意書を配布し，開発した VR アプリケーションの概要・実験目的・コントローラの使い方の説明を行う．
(2) チュートリアル
ヘッドマウントディスプレイを装着し，メニュー操作及びチュートリアルに関する説明を行い，被験者からの質問に答える．チュートリアルシーンでは，図 9 の右図のように予め作成した部屋のモデルに半透明なマテリアルを適用した．被験者は，各ツールの説明を受け，このモデルを再現させる作業を行い，obj ファイルとして出力する．

図7

アプリ内の仮想空間の様子
図9© 2023 Information Processing Society of Japan

チュートリアル用モデル

172

情報処理学会 インタラクション 2023
IPSJ Interaction 2023

(3) 課題

1B-15
2023/3/1

体験の映像から，テーブルと椅子を作成する際に，間違タイトルシーンに戻り，課題のシーンに切り替える．課題シーンには，課題の要件が目の前に固定されている．被った操作を行ったことで，やり直し操作を多く行ったことが見られた．

験者は，課題の要件に指定されたモデルを作成し，obj フシステム全体に関しての主観評価を図 16 に示す．設問

ァイルとして出力する．作成する 3D モデルは，壁，テー

1 は「コントローラを使用して，物体の角の位置に関してブル，椅子，ベッドとした．また，課題の要件を図 10 にの記録操作がしやすかった」，設問 2 は「記録された位置示す．なお，被験者が各モデルを作成する前に，実験実施(赤・青の球)の場所が確認しやすく，モデルの作成に役立者は各課題の要件の説明を行う．課題では，被験者からのつと思う」，設問 3 は「提案するツールを使って，ストレ質問を受け付けないこととする．

スなく部屋モデルの作成ができた」である．設問 1 である(4) 調査

角座標の記録についての評価平均点が 4 点，設問 2 である実験を終え，3 つの設問「コントローラを使用して物体記録された点がモデリングに役立つかについての評価平均の角の位置に関しての記録操作がしやすかったか」，「記録点が 4.2 点，設問 3 である提案したツールの使いやすさにされた位置の場所が確認しやすく，モデルの作成に役立つついての評価平均点が 3.8 点あり，それぞれの最高評価がと思うか」，「提案するツールを使って，ストレスなく部屋5 点で，最低評価が 3 点であった．

モデルの作成ができたか」について，アンケートの調査を自由記述のうち，感想，意見，改善点等について書かれて実施した．回答は，「あてはまる」を 5 点，「ややあてはまいるものを次にまとめる．

る」を 4 点，「とちらともいえない」を 3 点，「あまり当て・「空間的な操作」でオブジェクトを作れる技術はパソコはまらない」を 2 点，「当てはまらない」を 1 点とした点

ンの 2 次元画面を介さず，直観的に作ることができる．

数で主観的評価をしてもらった．そのうえで，体験した感・大きいものを作るときに，座標の確認がしづらい．

想や改善点等を自由記述してもらった．加えて各モデルを・高さが把握しにくいので高さを提示してくれると助かる．

作成するのに所要時間を計測し，モデルのそれぞれの頂点・作成したモデルは斜め向きの線になるときがあるため，座標から指定された数値との誤差を記録した．

自動校正がほしい．
・プリミティブがあってもいいと感じた．
・移動が X 軸，Y 軸などに沿って移動できるとモデルの作成がもっとやりやすいと思う．
・VR 経験はあまりないが，部屋モデルを簡単に作成できた．
・記録された点は時計回りの順で記録しづらかった．
表1
タスク種類

図 10

課題の要件

タスク所要時間の統計

平均値[s]

中央値[s]

標準偏差壁35.04331.463

6.565

テーブル

45.48844.45216.057

椅子

65.59489.18838.684ベッド

19.51220.997

2.641

タスク全体

165.638186.858

58.585

5. 実験結果と考察

120

5.1 実験結果100

被験者が作成した壁，テーブル，椅子，ベッドのモデルについて，所要時間の平均，中央値，標準偏差を表 1 に，それぞれのタスク完了時間の分布を図 11 に示す． 実験での分布をそれぞれ図 12，図 13，図 14，図 15 に示す．グ60s]

また，各作成された 3D モデルと指定された値との誤差

間[は，被験者全員が 10 分以内にタスクのモデルを作れた．

80
時

4020

ラフでは，「座標 a-b」が a 番目の座標と b 番目の座標の距離と指定された値の誤差を示す．さらに，プラスの値は指定された値より不足している値であり，マイナスの値は指定された値より超過した値である．

© 2023 Information Processing Society of Japan0
壁

図 11

テーブル

イス

ベッド

タスク所要時間分布173情報処理学会 インタラクション 2023
IPSJ Interaction 2023

1B-15
2023/3/1

0.020
0.015
誤0.010差

0.005[0.000m座標1-2]-0.005

座標2-3座標3-4

座標4-1-0.010-0.015

図 12

壁の各座標間距離の誤差

0.300
0.200
誤

図 160.100

主観評価

5.2 考察差(1) 所要時間0.000[座標1-2座標2-3座標3-4座標4-1

高さm -0.100

所要時間について，壁の所要時間の平均値と標準偏差]から，95.5%信頼区間では，多くの人がおおよそ 48.2 秒以-0.200内に壁のモデルが作れると推測される．また，テーブルの所要時間の平均値と標準偏差から，95%信頼区間では，多-0.300

図 13テーブルの各座標間距離の誤差

くの人がおおよそ 77.6 秒以内にテーブルのモデルが作れると推測される．椅子の所要時間の平均値と標準偏差から，95.5%信頼区間では，多くの人がおおよそ 143.0 秒以内に0.300

椅子のモデルが作れると推測される．ベッドの所要時間の0.200

平均値と標準偏差から，95.5%信頼区間では，多くの人が0.100

おおよそ 24.8 秒以内にベッドのモデルが作れると推測さ差0.000れる．ここで，ベッドを作成する前に，椅子の作成に同じ四角柱ツールを使用したため，所要時間が短かったと考え[-0.100誤mられる．この中で，テーブルの高さはコントローラの Y]-0.200座標を利用するため，コントローラの高さを調整しつつ座-0.300

標を記録することで難易度が高くなり，所要時間の散らば-0.400りの度合いが大きくなったと考える．椅子はテーブルと四図 14角柱ツールの組み合わせから，難易度が高く，操作の手間椅子の各座標間距離の誤差が増えたと考えられる．よって，所要時間の散らばりの度合いがテーブルより大きいと見られる．また，被験者全員

0.500がタスク全体の所要時間から，多くの人がおおよそ 5 分以

誤

0.400

内にタスク全体を完成することができると予測される．

0.300(2) 誤差指定された値と作成されたモデル各座標間距離の誤差に差0.200

ついて，壁のモデリングでは，一番誤差が小さいことがわ[mかる．信頼区間 95.5%では，多くの人が壁の長さの誤差を0.000

0.018m 以内に作れると推測される．テーブルのモデリン

]

0.100

座標1-2

座標2-3

座標3-4

座標4-1-0.100

図 15グでは，高さを確保しながら座標を記録する必要があるか
ら，高さの誤差が小さいテーブルモデルには，幅と奥行きベッドの各座標間距離の誤差の誤差が大きくなる．また，高さの誤差が大きいテーブルモデルには，幅と奥行きの誤差が小さくなることが分かる．

© 2023 Information Processing Society of Japan174

情報処理学会 インタラクション 2023
IPSJ Interaction 2023

1B-15
2023/3/1

信頼区間 95.5%では，多くの人がテーブルの幅と奥行きの計回りの順で記録しづらかった」といった主観的な感想か

誤差を 0.213m 以内，高さの誤差を 0.224m 以内に作れる

ら，操作が難しく感じられることは問題だと考えられる．と推測される．椅子はまた，テーブルと四角柱ツールを使って作ったモデルであるため，誤差のばらつきが大きくな

6. おわりにっていることが分かる．信頼区間 95.5%では，多くの人が本稿では，Meta Quest2 を用いて両手コントローラで空間

椅子の幅と奥行きの誤差を 0.299m 以内，座面の高さの誤座標を入力し，3 次元部屋環境モデルを作成する VR アプ

差を 0.204m 以内，背もたれの高さの誤差を 0.137m 以内

リケーションを開発した．評価実験から， 5 分のチュートに作れると推測される．このことから，モデリングの操作リアルを通して，多くの人が壁，テーブル，椅子，ベッドをする際に，X 座標，Z 座標と高さ（Y 座標）を同時に確が配置されている部屋のモデルを 5 分以内に作成すること保することが難しいことと，誤差が大きく発生することがができると推測された．作られたモデルの誤差では，見間わかる．また，ベッドのモデリングでは，5 人分のデータ違えがなければ正確に部屋のモデルが作れると考えているから，信頼区間 95.5%では，多くの人がベッドの幅と奥行が，多くの人が各モデルを作る際には，0.3m 以内の誤差

きの誤差を 0.385m 以内に作れると推測される．だが，外が出ると推測された．また，実験データおよび実験後のアれ値を排除すると，信頼区間 95.5%では，多くの人がベッンケートから，開発したアプリケーションが 3D モデリン

ドの幅と奥行きの誤差を 0.050m 以内に作れると推測されグ経験のない人に有用であると考えた．一方，作成された

る．外れ値に関しては，被験者が床のグリッド目盛りを見3D モデルの誤差と体験の映像および実験後アンケートか間違えたと考えている．なお，本実験ではサンプルサイズ

ら，以下に 2 つの問題点があると考えた．

が小さいため，推測した値が変動することがあると考えら

1.

大きい誤差が出ることがある．

れる．

2.

操作が難しく感じられることがある．

(3) 有用性

今後は実用に向けて，学習コストを最小限にアプリケー開発した VR アプリケーションが有用であると考える．

ションの改良を行うことを検討する．また，より多くの実

図 11 の所要時間より，多くの人が短時間で部屋のモデル

験参加者を募り，改良したアプリケーションの有用性を検を作成することができると考える．作成されたモデルでは，証していく予定である．

目盛りを見間違えて作ったものがあるが，慎重に作れば，正確なモデルが作れると考えられる．さらに，実験後アンケートから，アプリケーションの全体評価の平均点が 4 点であった．また，アンケートの自由記述から，「“空間的な操作”でオブジェクトを作れる技術は直観的に作ることができる」，「部屋モデルを簡単に作れた」といった感想が得られた．このことから，開発した VR アプリケーションが3D モデリング経験のない人に有用であると考えている．
(4) 問題点
問題点 1：大きい誤差が出ることがある．テーブル作成ツールを使用する際に，コントローラ の X 座標，Y 座標，Z 座標を同時に見る必要がある．図 13，図 14 より，作ら参考文献[1] Butterworth, J., A. Davidson, S. Hench, and T. M. Olano.: 3DM: A
Three Dimensional Modeler Using a Head-Mounted Display.
ACM Computer Graphics: Proceedings of 1992 Symposium onInteractive 3D Graphics, Cambridge, MA, pp. 135-138 (1992).
[2] Mine, M.: ISAAC: A virtual environment tool for the interactive
construction of virtual worlds. UNC Chapel Hill Computer
Science Technical Report TR95-020 (1995).
[3] Xu, P., Hospedales, T. M., Yin, Q., Song, Y. Z., Xiang, T., & Wang,L.: Deep learning for free-hand sketch: A survey. IEEETransactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence.
(2022)[4] Jackson, B., & Keefe, D. F.: Lift-Off: Using Reference Imagery
and Freehand Sketching to Create 3D Models in VR. IEEE
Transactions on Visualization and Computer Graphics. (2016)

れたテーブル，椅子モデルの誤差が 0.20m 以上出たことから，これらの座標を同時に見ることが難しいと考えられる．高さを重視すれば幅と奥行きの誤差が大きくなり，幅と奥行きを重視すれば高さの誤差が大きくなることがあるだろうと考えている．また，図 15 より，ベッドを作成する際に，見間違えがあったことで，0.30m 以上の誤差である外れ値が出た．このことから，モデルを作成する際に大きい誤差がでることがあることは問題だと考えられる．
問題点 2：操作が難しく感じられることがある．体験の映像から間違った操作が何度も行ったことがあった．また，
図 16 より，設問 3 のストレスなく部屋モデルの作成に関しての評価では，2 人が 3 点と評価された．自由記述より，「大きいものを作るときに，座標の確認がしづらい」，「時© 2023 Information Processing Society of Japan175