情報処理学会 インタラクション 2024
IPSJ Interaction 2024

3P-76
2024/2/28

屋外作業機械シミュレータにおける視界の現実感が操作者に与える影響の基礎的検討
山野辺 健太†1,a) 横田 和哉†1 高橋 憲吾†2阿部 雅二朗†2

概要：クローラクレーン等の屋外作業機械では、転倒･過挙動等の危険事象を未然に防止するため、効果的な安全システムの構築が求められる。そのための設計開発環境として、VR 技術を用いた荷役等作業シミュレータの活用は有効と考えられる。本研究では、建設現場に存在する資材の追加や、光と影の描写の高度化を行い、視界の現実感の向上を目指す。さらに、荷役作業シミュレーションを行い、視覚に関する生体特性を測定することで、VR 空間内の視界の現実感が機械操作者の疲労や操作特性に及ぼす影響を考察する。

1. 緒言

2. 既存シミュレータおよび本研究の目的

クローラクレーンのような屋外作業機械は、プラントの2.1 既存の実験解析用シミュレータ

建設工事や橋梁建設工事など多くの工事現場で使用されて我々はこれまでに Unity を用いた屋外作業機械シミュレ

いる。一方で、転倒、つり荷の振れ回りおよび機体破損なータを構築している[1]。図 2(a)に示す実機を模擬した機械

どの危険事象から発生する事故が問題となることがある。

操作室内で VR-HMD を装着した人（操作者）がレバーを操大型な機械であるため、事故発生時には周辺への被害が甚作することで、図 2(b)に示す仮想空間上のクレーンモデル大になることがある。このような事故を未然に防止する新を操作可能である。図 2(b)に示すように、光や影の表現はたな対策が必要である。

十分ではなく、現実の作業現場とは視覚的な隔たりが存在

屋外作業機械の事故は、突風や軟弱地など「周辺環境のする。

変化に伴う機体の不安定化」、機械操作者の急操作など「人による認知・判断・操作ミス」、つり荷ワイヤロープの切断やジブの破損など「機体構成部品の破損とそれに伴う機体の不安定化」などに起因する。既存の安全装置、人の認知･判断･操作に依存し事故を防止することは容易ではない。
このような背景から、人と屋外作業機械が協調し、突風や軟弱地などの多様かつ複雑な作業環境下における安全性を確保し、つり荷の振れ回り等の過挙動や転倒等を防止す(a) 実機を模擬した操作室る、新しい安全システムの構築が求められている。そのよ

図2(b) 仮想空間上のクレーン

既存のシミュレータ：操作室と仮想空間

うなシステムの開発環境として、VR 技術を用いたシミュレータの活用は有効と考えられる。しかし、図 1 に示す、2.2 本研究の目的

著者らが開発した既存のシミュレータでは[1]、仮想空間上上述の問題に対し、本研究では高機能ゲームエンジンでの光や影の表現が乏しく、資材等のオブジェクトも簡易的ある Unreal Engine 5 を用いて、建設現場に存在する資材のなため、機械操作者へ提供する視界の現実感という観点で追加や、光と影の描写の高度化を行うことで、視界の現実は現実の作業現場と隔たりがある。

感の向上を目指す。さらに、荷役作業シミュレーションを

本研究では視界の現実感を向上させた新しいシミュレ行い、視覚に関する生体特性を測定することで、視界の現ータを開発し、視界の現実感が操作者に与える影響を定量

実感が操作者の疲労や操作特性に及ぼす影響を考察する。

的に評価するための基盤の構築を目指す。

3. 視界の現実感を向上させたシミュレータ
3.1 作業現場（フィールド）モデルの作成
Unreal Engine 5 にて、建設現場に存在する資材等を配置し、時間、天候条件などを変更したフィールドを作成した。
レンダリング手法として、現実世界での光の反射をシミュ
図1

既存の屋外作業機械シミュレータ[1]†1 長岡技術科学大学 機械系a) s213093@stn.nagaokaut.ac.jp†2 長岡技術科学大学 システム安全系© 2024 Information Processing Society of Japan

レーションするレイトレーシング法を採用し、現実に即した光の表現を実現した。図 3 に作成したフィールドモデルの例を示す。

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4. システムの有効性の評価
今後は実際の状況により近い荷役作業シミュレーションを行い、視線計測により注視時間や疲労度などを測定する。
荷役作業シミュレータの VR-HMD である Varjo Aero[2]は視線計測機能を備えており、視線計測データから表 1 に示す評価項目を算出する機能を実装予定である。
視界の現実感が高い場合と低い場合を比較し、その違いがシミュレータ操作者に与える影響を解析する。また、図3 に示したような天候、時間帯による視界の変化が操作者に与える影響も調べ、表 1 の視線に関する評価項目と、アンケート項目から定量的に考察する。
表 1 視線に関する評価項目および内容

図3

フィールドの例（上：晴天、下：雨天）

評価項目

内容

ヒートマップ

操作者の注視位置と注視時間のマップ

ゲイズマップ

操作者の視線の順序のマップ

瞳孔径 [mm]

人の興奮/リラックスの評価指標[3]瞬目 [回/min]

疲労度の評価指標[4]ピークサッケード
速度 [°/s]

3.2 つり荷振れシミュレーション

情報認知速度の評価指標[5]つり荷振れのシミュレーションについては、ゲーム用に開発された Unreal Engine 5 の物理エンジンは使用せず、MATLAB Simscape Multibody を用いた高精度なマルチボデ

5. 結言

ィ動力学解析を実施する。Unreal Engine 5 と MATLAB 間のUnreal Engine 5 を使用して、資材等のオブジェクトの有通信には TCP 接続を用い、操縦者の操作に対してリアルタ無や、詳細な光と影の描写の有無により、視界の現実感がイムにつり荷挙動の解析を行う。現在までに、荷役作業を異なるフィールドモデルを作成した。つり荷振れ等の物理念頭にした単振り子の解析モデルを実装しており、今後は挙動のシミュレーションと連携可能な、総合的に現実感をより詳細なワイヤロープ解析モデルを実装する。

高めたシミュレータを構築した。

3.3 操作室からの視界するための視線計測プログラムを荷役作業シミュレータに今後は、シミュレータ操作者の視覚生体特性情報を取得

図 4 に操作室からの視界の例を示す。図 2 に示した既存実装する。また、実際に荷役作業シミュレーションを行い、のシミュレータでは不可能であった、現実に即した光や雲視界の現実感がシミュレータ操作者に与える影響を評価し、の視覚的表現が可能となった。

既存のシミュレータと比較考察する。さらに、シミュレータを発展させ、風や地盤等の複雑環境下での作業も可能とし、これら環境下にて効果的な安全情報伝達等のシステムの適切な開発環境を実現することを目指す。

参考文献
[1]

[2]
[3]
[4]

[5]

図 4 操作室からの視界の例（上：晴天、下：雨天）© 2024 Information Processing Society of Japan

阿部雅二朗, 佐藤瑞紀, 仲川力, 不整地作業機械の安全設
計・制御のためのＭＲシミュレータの基盤開発, 日本機械学会北陸信越支部 第 57 期総会･講演会, 2020.
Varjo, “Varjo Aero”, https://varjo.jp/varjo-aero/, 2023 年 12 月 16日閲覧.
和泉慎太郎 他, 生体情報センシングと人の状態推定への応用, 技術情報協会, 2020.
Antonio Maffei, Alessandro Angrilli, Spontaneous eye blink rate:
An index of dopaminergic component of sustained attention andfatigue, International Journal of Psychophysiology, Vol.181, 2018.
Valentina Bachurina, Marie Arsalidou, Multiple levels of mental
attentional demand modulate peak saccade velocity and blink rate,
Heliyon, Vol.8(1), 2022.

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