IVRC-23
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第 26 回日本バーチャルリアリティ学会大会論文集（2021 年 9 月）

なぎさんぽ
NagiSanpo松尾 彰太 1)，押見 洋土 1)，窪田 太一 1) ，横路 海斗 1) ，磯山 直也 1) ，内山 英昭 1) ，清川 清 1) ，Shota MATSUO, Hiroto OSHIMI, Taichi KUBOTA, Kaito YOKORO, Naoya ISOYAMA, Hideaki UCHIYAMA, andKiyoshi KIYOKAWA1) 奈良先端科学技術大学院大学（〒630-0192 奈良県生駒市高山町 8916-5, {matsuo.shota.mq3, oshimi.hiroto.og6,
kubota.taichi.kr8, yokoro.kaito.yi3, isoyama, hideaki.uchiyama, kiyo} @is.naist.jp）
概要: コロナ禍による外出自粛に伴い，リモート会議や出前配達などの外出行為の代替となるサービスが流行した．しかし，旅行などの外出自体を楽しむ行為については，VR などを用いた視覚的体験が中心であり，そのシーン内を実際に歩いているような感覚の提示はできていない．また，足裏に感覚を提示する手法は既に提案されているが，シーンごとの単一の感覚提示に留まっている．そのため現状では，海岸などの，砂や海水といった複数の要因が感触を変化させるシーンへの適用の際に，提示される足裏感覚と理想的な足裏感覚の乖離を生む可能性が高い．そこで，浜の乾いた砂や波打ち際の水分を含んだ砂の触感とその変化を足裏に段階的に提示する手法を提案し，HMD による視覚情報の提示と組み合わせることで，自宅で海岸散歩を体験できるシステムを開発する．
キーワード：感覚提示，皮膚感覚，人工現実感，バーチャルリアリティ

1. はじめに氷のような変形する地表を仮想環境で提示する手法が提2020 年は新型コロナウイルスの感染拡大による外出自案されている[1]．しかし，これらの床面を用いる手法では，粛により，リモート会議や出前配達など，外出を必要とす床面デバイスがある場所のみでしか使用できないことや，る行為の代替となるサービスが流行した．しかし，これら広い範囲で使用することを考慮した場合，設備を整えるののサービスは，旅行などの外出自体を楽しむことを目的とに多くの費用や広い場所が必要になる問題がある．

した行為には適用できない．この問題点に対する解決策とこの問題の解決策として，靴底に踏みしめ感覚を提示すして，人工現実感 (VR: Virtual Reality) を用いた仮想的なる機能を組み込んだ靴型デバイスが提案されている．靴

旅行や散歩体験が挙げられるが，VR を用いた体験は視覚型デバイスによる踏みしめ感覚を提示する機能を組み込情報の提示のみである．そのため，旅行や散歩体験といっむことで，場所に限定されることなく自由に歩き回るこた，本来歩行を伴うシーンにおいて，歩行時の足裏感覚をとができるため，床面を用いた手法に比べて手軽に扱い提示しないため，その場にいる臨場感をあまり得ることがやすい利点がある．CEREVO 社が開発した Taclim [2]でできない．

は，音声データから生成した振動パターンにより，砂やこの問題について，適切な足裏感覚を加えることでより芝 の 感 覚 を 表 現 す る 方 法 が 採 用 さ れ て い る ． Snow

臨場感が得られるのではないかと考えた．そこで我々は，Walking [3] では，雪の上を歩いている感覚を提示するデバ「外出を目的とした行為」として考えられる具体例の中でイスを提案している．このデバイスでは，スライダー機構も，1 シーン内で砂や水などの複数の要因により幅広い表を用いて，垂直方向の感覚を再現している．また，Real現を求められる海岸散歩について，適切な足裏感覚の変化

Walk[4]では，磁気流体を用いて，地面の形や触感を再現すを提示し，自宅にいながら海岸散歩を体験できるシステムるデバイスを提案している．しかし，これらの靴型デバイ「なぎさんぽ」を提案する．

スでは，段階的に踏みしめ感覚が変化するシーンについては考慮されておらず，表現可能なシーンが制限される

2. 関連研究問題がある．

シーンに応じた地面の踏みしめ感覚の提示について，床面を踏みしめた時に足にかかる力を計測・推定し、土やⒸ 2021 日本バーチャルリアリティ学会-IVRC-23-

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図 3 海岸シーンサンプル

図 1 完成イメージ

図 4 海岸シーンサンプル（ペット表示）
図 2 システム構成図
空間に存在する足の位置が変化する．また，バーチャル空3. 提案システム

間上の足がどこにあるかを Arduino に通知し，ポンプの我々は，1 シーン内で段階的な感覚の変化が生じる「海制御を行う．Arduino はポンプを介して空気，水の流入岸において砂浜から波打ち際へ向かって歩く」シーンに着出制御を行い．足裏触感提示システム上のインソールの目し，自宅にいながら海岸散歩を体験できるシステムを提硬さを変化させることで足裏感覚を再現する．

案する．段階的に踏みしめ感覚が変化するシステムを実現

3.2 仮想映像提示システム

するために，提案システムは図 1 のように，仮想映像提示

提案システムでは，海岸散歩体験をする際，視覚情報システムと足裏触感提示システムの 2つのシステムで構成をユーザに提示するために，図 3 のような海岸シーンを，される．仮想映像提示システムでは，バーチャル空間上にHMD を介してユーザに提示する．足裏触感提示システ作成した海岸の視覚的提示を行う．また，足裏触感提示シ

ムに組み込まれた VIVE Tracker から，現実空間上の足のステムでは，3 層の異なる素材のインソールによる踏みし位置を取得し，バーチャル空間上の足の位置と同期させる．

め感覚の再現を行う．

また，バーチャル空間上に存在する砂や水混じりの砂，海ユーザは視覚的体験をするための頭部装着型ディスプ

中の砂上で移動した際，それぞれの上を歩いているようレイ (HMD: Head Mount Display) と，踏みしめ感覚を再現な感覚を提示するために，バーチャル空間上の足が地面にするための足裏感覚提示デバイス（以降シューズと表記）

触れたことを検知し，そこが海と砂浜の境界部からどのくを装着する．HMD には，バーチャル空間上に作成されたらいの距離にあるかを算出し Arduino に通知する．

海岸が表示される．バーチャル空間上は移動が可能で，バ作品を展示する際のスペースを考慮した際，ユーザのーチャル空間上に存在する砂や水混じりの砂，海中の砂上移動可能範囲には制限が生じる問題がある．この問題にをユーザが移動した際に，それぞれの上を歩いているようついて私たちは，自然にユーザを誘導する必要があるとな感覚をシューズから提示する．シューズは砂層，水層，考えた．そこで本システムでは，ユーザを誘導するキャビーズ層の 3 層から構成されており，層ごとに空気や水のラクターを追加することで，空間の制限を意識させない流入出を変化させ，段階的に異なる触感を足裏に提示する．

形で誘導が可能になると考え，図 4 のようにユーザがペ3.1 システム構成

ットを散歩させているという設定を追加した．将来的に提案システムの構成図を図 2 に示す．システムは，利用者に視覚的情報を提示する仮想映像提示システムと，足裏はリードをつけるなどの効果的な誘導の手法を検討する．
3.3 足裏触感提示システムに歩いている感覚を提示する足裏触感提示システムで構

砂浜の足裏感覚の段階的な再現のため，シューズのイン成される．2 つのシステムの通信には，Arduino を用いる．

ソールを砂層・水層・ビーズ層の 3 層で構成する．層を分足裏触感提示システム上の VIVE Tracker を用いてユーザけることで，層ごとに空気や水の流入出による，段階的なの足の位置を取得し，取得した足の位置に合わせて，仮想踏みしめ感覚の変化を実現する．

映像提示システムの Unity 上に作成したバーチャルⒸ 2021 日本バーチャルリアリティ学会-IVRC-23-

IVRC-23が確認できた．
袋状に成形したシリコンを図 6，作成した各層のサンプ
ルを図 7 に示す．ビーズ層に対して TPU フィルムと同様の耐荷重試験を行った結果，ビーズ層の耐久性については良好であった．結果から，少なくとも 3 分間の体験には耐えることができると考えられる．また，袋状に成形したシリコンは均一に膨張するため，TPU フィルムに比べて破裂しづらいほか，粒の感触が伝わりやすいことが確認できた．プロトタイプ作成時点において，触感の再現，素材の耐久性の観点から考えると，シリコン素材は層を形成する袋状素材として優れていた．しかし，シリコン素材には型
図 5 TPU フィルムによる足裏素材サンプルの造形が難しいという問題点があることに加え，厚みや型についても調整の余地が大きいため，より多くの検証が必要と考える．

4. 評価方法
体験の臨場感と本システムの特徴である段階的な表現の変化について，アンケート調査による効果と完成度の評価を行う．実験では被験者に乾いた砂から波打ち際（水中の砂）まで歩いてもらう．その際に 4 パターンの感覚提示を行う．それぞれのパターンを以下に示す.
(1) 乾いた砂の感覚（ビーズ層に空気を注入した状態）(2) 水混じりの砂の感覚（ビーズ層の空気を抜き，水層の水を注入した状態）

図 6 筒状シリコンの作成サンプル(3) 水中の砂の感覚（ビーズ層に空気を注入し，水層の水を注入した状態）(4) (1) ~ (3) が連続的に変化する感覚
それぞれのパターンについて歩行感覚の評価を行い，(1) ~ (3) の単一の足裏感覚のパターンと (4) の段階的に変化するパターンを比較する． (4) の評価が最も高ければ，連続的な感覚表現を実現できていると判断する．

5. まとめ本企画では，段階的に足裏の感覚が変化させることに着目し，自宅にいながら海岸散策ができるシステムを提案した．従来手法では，1 シーンごとに指定されたパターンの

図 7 シリコン素材による足裏素材サンプル感覚を提示するのみであったが，提案手法では，シーン内各層の役割は以下の通りである．

で連続して変化する感覚の提示を可能にした．今回は海岸・ビーズ層：踏み込みの奥行の再現，空気の量で密度を散歩というシーンに限定したが，提案手法の応用により，街中散歩やゲームなどの様々な場面において，足裏に提示調整し，地面の硬さを表現するできる感覚の幅がより広がることを期待する．

・砂層：実際の砂の表面の触感の再現
・水層：水混じりの砂を踏みしめた感覚の再現
層を形成する袋状素材には複数候補があり，プロトタイ

参考文献

プにおいては TPU フィルムを溶着することで作成する[1] Yon Visell, Alvin Law, Jessica Ip, Rishi Rajalingham,

方式と，シリコンを袋状に形成する方式について試作と試

Severin Smith, Jeremy R. Cooperstock McGill University,

験を行っている．実際に作成した，TPU フィルムによるイMontreal, Canada, “Interaction Capture in Immersive

ンソールのサンプルを図 5 に示す．体重をかけた踏みつけ

Virtual Environments via an Intelligent Floor Surface”,による耐荷重試験を行った結果，溶着のみの TPU フィル

IEEE Virtual Reality Conference 2010, (2010).

ムでは体重を支えることが難しいことが分かった．また，伸縮する素材ではないため，粒の感触を表現できないことⒸ 2021 日本バーチャルリアリティ学会-IVRC-23-IVRC-23[2] CEREVO，”Taclim”，2018 年 1 月 10 日(最終閲覧日: 5月 31 日)，https://taclim.cerevo.com.
[3] Tomohiro Yokota, Motohiro Ohtake, Yukihiro Nishimura,Toshiya Yui, Rico Uchikura, and Tomoko Hashida, “Snowwalking: Motion-limiting device that reproduces theexperience of walking in deep snow,” in Proc. 6th
Augmented Human Int., pp. 45–48, (2015).
[4] Tae-Heon Yang, Hyungki Son, Sangkyu Byeon, Hyunjae Gil,
Inwook Hwang, Gwanghyun Jo, Seungmoon Choi, SangYoun Kim, and Jin Ryong Kim, "Magnetorheological Fluid
Haptic Shoes for Walking in VR," IEEE Transactions on
Haptics, vol. 14, no. 1, pp. 83-94, (2021).

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