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第 28 回日本バーチャルリアリティ学会大会論文集（2023 年 9 月）

相対奥行き知覚から絶対奥行き知覚への相互変換の検証
加藤 拓実 1) ，原 彰良 1) ，古川 正紘 1,2) , 横山 喜大 1) ， 前田 太郎 1,2)

Takumi KATO, Akiyoshi HARA, Masahiro FURUKAWA, and Taro MAEDA
1) 大阪大学大学院情報科学研究科（〒 565-0871 大阪府吹田市山田丘 1-4,
{takumi.kato, akiyoshi-hara}@hiel.ist.osaka-u.ac.jp）
2) 脳情報通信融合研究センター（〒 565-0871 大阪府吹田市山田丘 1-4, {m.furukawa, t maeda}@ist.osaka-u.ac.jp)
概要: ヒトの身体行動スキルの正確な再現には奥行きの絶対量知覚が不可欠である. 奥行きの絶対量知覚
では, 視覚と体性感覚のように知覚モーダル間に残る観測量の相互不定性を拘束して等価にするために変換係数を得る必要があり, 受動運動視の際には得られないこの係数を能動運動視では得ることが出来る.
そこで本報告ではこの定数の条件間転移を上肢リーチングを用いた視覚運動協応課題として検証した.
キーワード： 感覚尺度構成, 視覚運動協応, モーダル間整合

はじめに

1.

モーダル間の整合性を維持し続けなければ単一の知覚表象

ヒトの身体行動スキルの再現には空間の定量的な把握がを生じえない. すなわち, 複数モーダル間の感覚尺度間を相必須であり, 視覚運動協応においては視覚と体性感覚の間で互に整合させる 1 つの定数関係を, 我々は感覚統合過程で保空間表象を物理空間で完全に一致させることが求められる.

持し続けなければならないことを意味する.

特に奥行き知覚を伴う 3 次元空間への定量的な応答として,ここでリーチング課題を対象とし, 視覚運動協応において能動運動視に伴う作業と受動運動視に伴う作業では, 到達運感覚信号と知覚表象の関係を定式化する. 被験者が知覚する動の位置の再現性に大きな隔たりが生まれる [1]. 感覚モー現象そのものを事象 A, 観察者が事象 A を感覚することで体ダル間の空間表象の変換においては, 測定尺の上限である比内に発生する感覚 (sensation) 信号を S(A), このとき生じる率尺度においてさえ残る定数の不定性が感覚モーダルごと知覚 (perception) 表象を P (A) とそれぞれ表す. 各モーダに生じることになり, これらを 1 つの不定性に拘束しない限ルにおける位置知覚は測定尺度として比率尺度 (ratio scale)

り感覚モーダル間の予測変換を一意に実現することはできを満たすことから, これらの関係は式 (1) の様に表せる.

ない. そこで本報告では, 空間表象は感覚モーダル間で相互P (A) ＝αS(A)変換される過程を観察するため, 運動視を用いた視対象まで

式 (1) は, 感覚信号 S(A) と知覚表象 P (A) とが単調な関のリーチング課題による回答位置の分布を観察することで数関係にあることを表している. 定数 α(̸= 0) は観測時に比妥当性を検討する.

率尺度に残される不定定数である.

2.3

測定尺度

2.
2.1

不定 2 定数関係を拘束する視覚運動協応定数の導入

代表的なリーチング課題では, 視対象の位置を視覚的に知感覚モーダル間の空間表象整合問題

感覚は, 物理現象に知覚尺度を割り当てる測定とみなすことができる [3]. ここで, 単一の感覚モーダルにある知覚尺度が他の感覚モーダルと独立に成立するとする. 視覚運動協応とは,「見たものに触れる」と形容されるように, 視空間表象と体性感覚空間表象が整合することを意味し, 多感覚モーダル間の知覚尺度が整合している状態を指す. 本報告ではこの多感覚モーダル間の空間表象整合問題を感覚尺度構成の観点で論じ, 2 つの感覚尺度間を相互に整合させる 1

覚し, その位置に手を伸ばすことが求められる. 視空間, 体性感覚空間ともに位置表象がそれぞれ独立に成立している
ことから, これらの 2 つの知覚表象はともに比率尺度を満たしている. つまり, この α は視覚モーダル (vision modal)
で αv が, 体性感覚モーダル (somatosensory modal) で αsがそれぞれ定義され, 知覚表象として定常安定状態である限り,αv ,αs は各々不定性を残すが定常安定状態であると仮定できる. これらを用い,つの定数を導出する.

2.2

(1)

単一感覚モーダル内の尺度上限

視知覚：Pv (A) ＝αv Sv (A)(2)

体性知覚：Ps (A) ＝αs Ss (A)(3)

単一モーダル内において測定尺度の上限である比率尺度を得る. 式 (2)(3) は心理学における刺激 (S)・反応 (R) 対を満たすと仮定しても, 物理現象を知覚表象に変換する上で応 (S-R 型) であり, 本稿では視知覚 Pv が視空間表象を, 体の不定性は 1 自由度残る. さらに, 単一モーダルが 1 自由度

性知覚 Ps が体性感覚空間表象を意味する. このとき, そのの不定性をもっていたとしても, 我々の知覚統合過程は複数位置に手を伸ばすという運動を実現するためには,Pv の Ps

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3B1-11への写像結果が, 実空間で完全に一致することが求められる

2.6[3] . これを本稿では視覚運動協応と呼ぶ.

運動視を用いた視覚運動協応

運動視は網膜像として運動を観察することを意味し, 自己視知覚 Pv の体性知覚 Ps への写像が実空間で完全に一致運動手がかりも得られる能動運動視と, 網膜像のみを得る受することが求められるという要件は, 感覚統合過程におけ動運動視に大別される. 能動運動視は自己運動速度 V と網る写像関係の拘束条件である. この拘束条件は, 視空間と体膜像の角速度 ω を感覚し, 視対象の絶対奥行き距離 D を知性感覚空間の両空間を相互変換する役割を持つため, 定数覚する [2]. 前述の議論から, 能動運動視は絶対奥行き知覚表

αv (̸= 0),αs (̸= 0) がある定数関係として保持されなければ象を与え, 測定尺度の上限である比率尺度を満たす.

ならない. この定数を視覚運動協応 (vision-somatosensory

一方で, 受動運動視では網膜像の角速度 ω の運動のみがconcordance) 定数 Cc (̸= 0) と呼び, 視覚運動協応は, 定数感覚され, 奥行き距離 D は不定性をもつ. また, 異なる奥行Cc を獲得することで実現される.にある視対象の運動視は, 各視対象の奥行に比例した角速度

2.4ω の比として感覚され, 各視対象間の相対奥行き距離を知視覚運動協応の獲得過程

ここで, 感覚モーダル間の協応が獲得される過程を定式化していく. 初期状態において, 感覚モーダル間が協応しない覚する. すなわち, 受動運動視は相対奥行き知覚表象を与え,測定尺度は比率尺度を満たさず間隔尺度を満たす.

場合,Pv (A) ̸= Ps (A) であるから, 各々の感覚モーダルを基受動運動視で成立する測定尺度上限は Pv (A) ＝αv Sv (A)+βv (βv ̸= 0) に示される 2 つの不定定数をもつ間隔尺度 (in-準とした知覚誤差 ε がモーダル毎に知覚される.
視知覚誤差： εv (A) ＝ Ps (A) − Pv (A)(4)

体性知覚誤差： εs (A) ＝ Pv (A) − Ps (A)(5)

この誤差 ε は位置の差として知覚されるため, 誤差の測定尺度は間隔尺度である. 視覚運動協応の獲得過程は εv → 0かつ εs → 0 として定式化でき, 位置の差は正負の極性を与terval scale) であり, 式 (1) に示した比率尺度を満たす能動運動視と測定尺度が異なる.

運動視を用いた視覚運動協応定数の観察

3.
3.1

実験の目的

文献 [1] では，受動運動視を用いると奥行き判断を必要とえるため,εv = 0 かつ εs = 0 に収束する. その結果, 視空間する建機作業シミュレーションにおいて, 受動運動視を用いと体性感覚空間は物理空間上で完全に一致し, 式 (6) を満たた場合は能動運動視を用いた場合にくらべ，作業特性が低す視覚運動協応が成立する.

下し，到達誤差が大きくなることが確認されている. これ

視覚運動協応：Pv (A) ＝ Ps (A)(6)

は，本報告の考察に基づくと, 受動運動視では視覚運動協応式 (1) の定義から, 式 (6) の視覚運動協応は比率尺度を満が行えないことにより, 視覚と体性感覚間の誤差検出ができたす. これは視覚運動協応という比率尺度が, 知覚誤差といず, その結果, 視覚運動協応定数 Cc が不定となることによう間隔尺度を介して獲得されなければならないことを意味り生じたと考えられる．
そこで本報告では, 能動運動視により獲得された視覚運動する.
このことから, 感覚モーダル間の不定定数 α 間の比が保協応定数 Cc が, 受動運動視における定数として転移が生じ持されると仮定し, 式 (7) の通り視覚運動協応定数 Cc を不るかを明らかにすることが目的である. この転移が確認さ定定数の比として定義する. この定数は視覚運動協応の過れることによって，視覚運動協応定数 Cc の共通性と唯一性程における誤差検出から随時修正される形で空間感覚統合が検証可能であると考えられる．の内部定数として獲得・保持されている.

3.2

視覚運動協応定数：Cc ＝

2.5

αsαv

本実験では, 異なる奥行き方向に 2 つの光源 A と B を設(7)定し, この 2 点へのリーチング応答を計測する視覚運動協応実験を行う. 運動視要因として次に列挙する 4 条件を設

視覚運動協応における感覚間相互写像

式 (2)(3)(6) より αv Sv (A) ＝αs Ss (A) であるから, 式 (7)定し, 視距離要因として 300[mm],400[mm] の 2 条件を設定し, 2 要因全 8 条件の被験者内実験計画を立てた. 各条件のを適用し, 次式を得る.

Sv (A) ＝ Cc Ss (A)

実験条件

(8)

式 (8) は心理物理学における S-S 型 [4] であり, 表象 P

提示と回答の手順を図 1 に示す．
能受 光源 A を点灯させ, 光源 B は消灯した状態で, 被験者に能動運動視を行わせる. その後, 光源 B 点灯させ,2を直接観測せずに視空間を体性感覚空間として観測するとつの光源が点灯している状態で受動運動視を行わせいう, リーチング課題の定式化に相当する. 以上から, 視覚る. この際, 被験者は静止している. 最後に光源 A のSv , 体性感覚 Ss の感覚信号間の等比性を論拠に視覚運動協み消灯し, 光源 B が点灯している状態で光源 B の位応定数 Cc が導出されると期待される.

置にリーチングを行わせる.

本報告では, 当該定数 Cc の実在性を示すことを目的に,運動視を用いた視覚運動協応手続きを用いて視覚運動協応受能 2 つの光源を点灯させた状態で被験者に受動運動視を行わせる. この際, 被験者は静止している. その後, 光定数を観測する.

源 B を消灯させ, 光源 A のみを点灯させた状態で能動運動視を行わせる. 最後に, 光源 A を消灯させ, 光Ⓒ 2023 日本バーチャルリアリティ学会-3B1-11-

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源 B を点灯させた状態で光源 B の位置にリーチングB を設置し, この 2 点へのリーチング応答を計測する視覚を行わせる.

運動協応実験を行う. 本実験は暗室内で行った．光源には

能 1 点 2 つの光源のいずれかを点灯させ, 被験者に能動運動

表面実装用青色 LED の光量を被験者にとって視認可能な最視を行わせる. その後, 点灯させた光源が点灯してい小限に設定して用いることで, 焦点ずれにより発生するにじる状態でその光源の位置にリーチングを行わせる.

みを知覚不能にした. この設定は, にじみを知覚することで受 1 点 2 つの光源のいずれかを点灯させ, 被験者に受動運動視を行わせる. その後, 点灯させた光源が点灯している状態でその光源の位置にリーチングを行わせる.

行うアコモデーションを不可能にし, 焦点ずれを奥行き知覚の手がかりとして与えないことで, 本実験では奥行き知覚の手がかりを運動視差に限定するために行った. リーチング
回答の際に光源に直接手が触れないようにするため, 実光源リーチングは同一条件下で 5 回実施した. 従って, 同一運を頭上に配置し, 被験者は表面鏡を介し等価的に目線高さに動視条件において計 10 回, リーチングを合計 40 回実施し光源が位置して見えるように配置した. 本実験では左目のた. 実験は回答の安定性を担保するため, 運動視条件を能受

みの単眼で光源を視認するが, 頭部移動により表面鏡を介し, 受能, 能 1 点, 受 1 点の順に実施した. 同一運動視条件をて光源を視認不可能になることを防ぐため, 使用した表面鏡継続して実施し, 同一運動視条件内での順序効果を統制する

178[mm] に対し, 頭部移動幅は原点を中心に片側 140[mm]ため, 被験者に視距離条件を予測させないため, 視距離条件とした. 対して, 受動運動視の際に 2 つの光源が動く移動幅をランダム化した.

は 140[mm] とした.

能受, 受能条件ではリーチングさせる視距離条件に応じて,また,2 つの光源の内, どちらを消灯したかを判別可能にすの光源 A と光源 B の点灯条件を入れ替えて行う. また, リーるため, 被験者から見たとき, 原点から z 軸方向に引いた中チングは常に右手で行い, ペン先に親指の腹を押し当てるこ

心線から左に 10[mm], 眼球から 300[mm] の地点と, 中心線とで, 親指の爪先でリーチング地点を指せる状態で行う.

から右に 10[mm], 眼球から 400[mm] の地点の 2 点に光源

リーチングした結果として, 被験者の目線の高さに用意した方眼紙にボールペンで点を打った跡が残る. 本実験では,を設置した.

3.4

実験結果

実験開始時の左目の初期位置を原点とし, 頭部の水平移動す能受, 受能, 能 1 点の 3 実験では被験者に能動運動を行わる方向を左方向を正とした x 軸, 奥行き方向を身体から光源せた後, 被験者自身で左目を初期位置に戻る様に移動させたへの方向を正とした z 軸としてリーチング結果を測定した.

ため, リーチングは左目の位置が初期位置から x 軸方向へ最能動運動視の際の頭部移動と受動運動視の際の光源移動

大 47[mm] の誤差が生じている状態で行った. 統計検定を奥は共に移動幅の最大値を取る様に 5 回往復した. この際,1行距離 z のみを対象として実施した. 被験者 1 名の結果を往復するのにかかる時間は固定しなかった. 受 1 点は能動

図 3 に示す.

運動視を行わないため, リーチングの際の左目の位置は初期能受 (active-passive) 条件：同一条件における回答 z 座標位置に固定された状態であった. 2 つの光源を点灯, 消灯さ分布に正規性が認められ (Shapiro-Wilk 検定，ps3 = 0.49,せる瞬間は,2 つの光源の内どちらの光源が点灯, 消灯していps4 = 0.50)，等分散性が認められたため (ルービン検定,pl =るかを確認させるため, 被験者がその瞬間を確認している状0.46), t 検定の結果, 回答奥行きの条件間平均値に有意差が態で行った. 被験者は 20 代男性で, 視機能の既往がない晴認められなかった (p = 0.76). 1

眼者である 1 名で行った.

3.3

実験装置

実験装置の模式図を図 2 に示す. 本実験では, 奥行き方
向に眼球から 300[mm],400[mm] の地点に 2 つの光源 A と

図 2: 運動視実験装置

図 1: 実験手続き (回答時の視距離が 400[mm] の場合)
1p

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s3 , ps4 はそれぞれ視距離 300, 400[mm] 条件それぞれに対する-3B1-11-

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図 3: 実験結果 (n=1). 能受 (A-P ) 条件, 受能 (P-A) 条件, 能 1 点 (A-1 ) 条件, 受 1 点 (P-1 ) 条件ごとにそれぞれ示す.
グラフの原点は眼球瞳位置を表す. 赤プロットは視距離 300[mm], 青プロットは視距離 400[mm] 条件の結果を示す.
受能 (passive-active) 条件：正規性および等分散性が認め動視へ転移可能であることを示す．この Cc の転移が可能でられたため (ps3 = 0.39, ps4 = 0.53, pl = 0.07), t 検定を実あることは獲得した空間感覚統合の内部定数としての視覚施した結果, 回答奥行きの条件間平均値に有意差が認められ運動協応定数 Cc を唯一のものとして獲得・保持し，利用した (p < 0.05).

たことを意味する．よって，受能条件における転移の存在

能 1 点 (active 1 point ) 条件：正規性および等分散性がは, 視覚運動協応定数 Cc の共通性と唯一性を支持するもの認められたため (ps3 = 0.38, ps4 = 0.12, pl = 0.34), t 検定である. 一方で能受条件において同様の転移が成立しなかっを実施した結果, 回答奥行きの条件間平均値に有意差が認めたことは, 条件間の転移の一方向性を示唆するものであり，られた (p < 0.05).

これは事象の対称性の崩れにも思われる．同定数の獲得と受 1 点 (passive 1 point ) 条件：正規性および等分散性が認められたため (ps3 = 0.29, ps4 = 0.52, pl = 0.19), t 検定

忘却過程における発生条件にこの非対称を説明する余地が存在するかを検討するべきであろう．

を実施した結果, 回答奥行きの条件間平均値に有意差が認め3.5

おわりに4.

られなかった (p = 0.30).

知覚運動協応に必要なマルチモーダルでの空間統合にお考察

能動運動視覚である能 1 点 (A-1 ) 条件では，2 つの視距

いては, 視覚と体性感覚のように知覚モーダル間に残る観測

離条件において奥行き方向へのリーチング応答に有意差が量の相互不定性を拘束して等価にするために変換係数を得認められ，受 1 点 (P-1 ) 条件では認められなかった．このる必要があり, 受動運動視の際には得られないこの係数を能事実は文献 [1] で確認された作業特性の低下に対応するもの動運動視では得ることが出来る. そこで本報告ではこの定数と考えられる．の条件間転移を上肢リーチングを用いた視覚運動協応課題

2 つの光源の位置関係を獲得可能な受動運動視プロセスとして検証した.の後，一方の光源に対してのみ視覚運動協応定数 Cc を獲得可能な能動運動視プロセスを経由し，受動運動視のみで観参考文献[1] Masataka Kurokawa,

Masahiro Furukawa,

Taro

察した光源へのリーチング応答を求められる受能条件ではMaeda : Can changing brightness with head move-

奥行き方向へのリーチング応答に有意差がみられた．一方，ment deliver depth perception like as motion par-1 つの光源に対し視覚運動協応定数 Cc を獲得可能な能動運

allax?, The 15th Asia-Paciﬁc Conference on Vision,動視プロセス後，2 つの光源の位置関係獲得可能な受動運動視プロセスを経由し，受動運動視のみで観察した光源への2019.
[2] 松岡哲平, 黒川正崇, 宮本拓, 中谷内優人, 古川正紘, 前田

リーチング応答を求められる能受条件では奥行き方向への太郎：能動運動視による絶対奥行き知覚-拡張テレイグリーチング応答に有意差がみられなかった．

ジスタンスへの挑戦第１報-, 第 26 回日本バーチャルリ

受能条件にて，能 1 点条件同様に 2 つの奥行き距離の回答に差が生じたことは，視知覚誤差と体性知覚誤差の最小化が可能である能動運動視でしか獲得不可能な Cc を受動運

アリティ学会大会論文集, 2021.
[3] 前田太郎：空間位置知覚のための感覚統合過程に関する研究, 博士論文，pp.17–22, 1994. DOI:10.11501/3115687[4] 大山正：刺激-反応関係より見た知覚測定, 心理学評論,

Shapiro-Wilk 検定結果の p 値を示す.

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4, pp.215–230, 1960.

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