解説

バーチャルリアリティにおける体験メディアの設計
──痛覚・温冷覚に関する研究事例──橋 口 哲 志
Satoshi HASHIGUCHI
理工学部情報メディア学科

助教

Assistant Professor, Department of Media Informatics

で，敢えて各感覚間に齟齬をつくると単独では起こ

1．はじめにり得ない錯覚現象（クロスモーダル効果）が生起す

人工現実感（Virtual Realty ; VR）とは，CG や動る場合もある．そこで，このような感覚モダリティ

画像で作られたパソコン上の空間（仮想空間）をまを考慮した設計として，MR を用いた視空間と触覚るで現実のように体験する技術である．2016 年以

刺激の組み合わせに関する研究について紹介する．

降，安 価 で 高 性 能 な 頭 部 装 着 型 デ ィ ス プ レ イ（Head Mounted Display ; HMD）の登場により，VR

2．Mixed Reality を用いた触覚刺激の設計

はアート＆エンターテインメント分野だけでなく，当該分野では，様々な方式の触覚提示装置が提教育，医療などといった他分野に新風を吹き込んで案・開発されてきたが，コンテンツに活用するにはいる．また，VR の発展形で仮想空間と現実空間をまだ多くの課題がある．大型・設置型の触覚提示装融合した拡張現実感（Augmented Reality ; AR）や置は，装置の個性を活かした作品になるため，表現複合現 実 感（Mixed Reality ; MR）が 実 現 で き るが限定的になってしまう．一方，装着型で汎用的なHMD も開発され，VR, AR, MR の総称である X-

振動覚刺激や電気刺激は，単体で用いるには提示範Reality（XR）の技術は発展が著しい．XR は仮想空囲が狭いため，単純に刺激素子を増やす，または触間と現実空間を活用した視空間，サラウンドシステ

覚の錯覚現象を用いるなどの工夫が必要となる．例

ムを用いた音場，その空間で感じられる力触覚なえば，ファントムセンセーション1）（Phantom Sen-ど，各感覚メディアを組み合わせて一つの体験を提sation ; PhS）という錯覚現象では，皮膚上の 2 点供できる．この体験メディアを用いて貴重な経験やを同時に刺激することで，その 2 点の中間に単一の危険な経験などを疑似体験させるためには，実現し刺激として知覚される．この PhS を活用することたい体験を分析し，感覚メディアをどのように組みで少ない提示箇所でも複数箇所への提示が可能とな合わせるかを設計しなければならない．この五感のるが，知覚できる刺激の位置が正確でないことや刺組み合わせは，単に同じような感覚として組み合わ激は実際の刺激よりも強度が弱い2）といった欠点もせるにも，各感覚の特性（感覚モダリティ）を考慮ある．よって，触覚提示装置をコンテンツに活用すしなれば体験を再現することができない．その一方るために，狙い通りの触覚をつくるには 3 つのこと

― １５ ―

万個，温点 3 万個と言われている12）．そこで，痛覚を考慮しなければならない．の知覚位置は明瞭な感覚であり，広範囲に提示する・汎用的な刺激であることには提示素子の個数が増え過ぎないようにする工夫

・少ない提示箇所でも任意に刺激位置を決定できが必要となる．一方，温冷覚の知覚位置は曖昧な感覚であり，正確な位置に知覚される方法が必要となることる．このように痛覚・温冷覚は，振動覚以上にコン・意図した箇所に正確に提示ができること

テンツに活用するための上記 3 条件を考慮すること
このように触覚提示技術には重要な課題がある．

が困難になる．

一方，MR では現実空間に仮想物体を実時間に継ぎそこで，痛覚・温冷覚でもコンテンツに応用でき目なく融合する．それ故に VR とは異なる特徴とる提示方法として，MR 型視覚刺激を用いた痛覚・して，現実空間に存在するものを効果的に利用し，温冷覚提示方法を提案した．提示方法としては，振それに付与したい情報だけを生成・融合できる．こ動覚刺激と同様に刺激素子による提示部に任意の仮の特徴は視覚による情報提示のみに特化したもので想物体を重畳描画することで提示位置の補完を図っはなく，触覚の情報提示としても新しい効果を生みた．

3-5）

出す．つまり，MR では本物の触感を得つつ，そこに視覚的にのみ電子的なデータを重ね合わせる（以降，「MR 型視覚刺激」と呼ぶ）ことで単独では3．MR 型視覚刺激が痛覚の知覚位置に与える影響起こり得ない効果が得られるのである．例えば，単体験システムには，ビデオシースルー型 HMD

純に触覚のイメージに準ずる仮想物体を重畳描画す（Canon, VH-2002）および MR Platform System を用ることで，触感のリアリティが向上する6）．また，いた（図 1）．体験者の頭部の位置姿勢情報は磁気

意図的に触覚刺激と異なる位置に仮想物体を同時にセンサ（POLHEMUS, 3 SPACE FASTRAK）から取提示することで，触覚の知覚位置が視覚刺激の方へ得する．皮膚に対する痛覚刺激には，熱，機械，化7）転移する ．このように，刺激素子による提示部及学，電気刺激など様々なものがある．VR/MR コン

び PhS による刺激に任意の仮想物体を重畳描画すテンツで痛覚を活用するには，大型で煩雑な装置はることで，刺激の強調及び提示位置の補完を図るこ

好ましくない．また，皮膚に裂傷を負うような刺激とができる．

や，注射針のような皮膚侵入を許容するものは使用

これらの相互作用は，振動覚に関して有効であるできない．これらの条件を満たす痛覚提示方法とし8）ことが確認されているが ．他の皮膚感覚である痛て，制御が容易であり，容易に装置の着脱が可能と覚や温冷覚では確認されていない．痛覚・温冷覚がなる電気刺激を採用する．この電気刺激は，温冷覚

コンテンツにもたらす効果は，振動覚にはない特徴のように曖昧な刺激とは対称的に鋭敏な刺激となをもっている．例えば，痛覚では裂傷を負うことなる．

く痛みを体験ができ，不快感や恐怖感への事前教示

痛覚提示装置に使用した部品と装置の概要を表などに応用できる．また温冷覚では他の触覚刺激で1，図 2 に示す．電気刺激の発生装置として，コッは再現できない質感を再現でき9）10），感情や心情にククロフト・ウォルトン回路を用いて昇圧した電流影響を与えられる11）．

を入出力ボード（共立電子産業，RBIO-2 U）に通しかし，これらの痛覚・温冷覚提示方法に関してしてコンピュータ制御する．使用する痛覚刺激は，も，振動覚刺激と同様の問題点がある．触覚の受容パルス幅 0.15 秒の人体に有害な生理的影響を与え器は，全身に痛点 200 万個，圧点 50 万個，冷点 25ない電気刺激13）であり，320 V, 1.8 A で裂傷しない― １６ ―

程度の安全な範囲で使用した．痛覚強度に関する予提示する．電極付きのゴムシートは人の平均前腕長備実験を行い，この痛覚刺激は体験者のほとんどがに近い縦 240 mm，横 50 mm のものを使用し，ゴム痛覚として認識できた．

シートの中央が前腕（橈骨点から橈骨茎突点間）の電極は，厚さ 1 mm の黒色ゴムシートに穴を空中央と一致する．また，前腕に電極部が密着するよけ，導 線（0.12 mm 径，10 芯）を こ の 穴 に 通 し てうに固定する．なお，体験者が電極の位置を予想で固定する．そして，導線に電流を流すことで痛覚をきないように，電極の位置をテープで隠している．
そこで，我々はこの痛覚提示を用いて MR アトラクションを試作し，「第 18 回

日本バーチャルリアリティ学会大会」（於グランフロント大阪）で技術展示を行った14）．この MR アトラクションでは，蜂に襲われる感覚を疑似体験させるため，P-PhS の提示と蜂の仮想物体を同期させて利用した（図 3）．
痛覚提示装置は 3 箇所に装着させたが，展示の結果から「装置を装着した 3 箇所よりも多く刺された感図1

システム構成（痛覚）覚があった」といったコメントが得られた．よって，少ない痛覚提示装置でも，より広域に痛覚を提表1

痛覚提示回路に用いた部品

部品名

詳細

コンデンサ（C） 耐 圧：1000 V，容 量：1500pF
順電圧：1.1 V，順電流：1 A
ダイオード（D）
逆電圧：1000 V

示できることを示唆した．さらに実験を行ったとこ
ろ，MR 型視覚刺激が痛覚の知覚位置に影響を与えることを確認し，痛覚のような鋭敏な刺激であってもクロスモーダル効果で刺激範囲を拡大できることがわかった15）．

4．MR 型視覚刺激が温冷覚の知覚位置に与える影響
体験システムには，ビデオシースルー型 HMD（Canon, HM-A1）お よ び MREAL Platform を 用 いた．MR 型視覚刺激を提示した際の視認しやすさを考慮して，前腕に温冷覚刺激を提示する．それに加え，温冷覚刺激の制御を考慮し，温冷覚提示装置を図2

卓上に固定した上 で 前 腕 の 腹 側 に 提 示 す る（図痛覚提示装置4）．よって，提示温度を一定に保つ単純な制御のみで，温度の設定条件を統一した．温冷覚提示装置には，一定に保つ制御を有するペルチェ温度コントローラセット（VPE 20-5-20 S，株式会社ビックス）を使用する（図 5）．ペルチェ素子の大きさは 20×20 mm で 40×40 mm の 台 に 固 定 さ れ て い る．また，被験者の肘と手首を支えるように，手首と肘に

図3

技術展示の体験風景

手置き台（ペルチェ素子は付いていない）を 1 台ず― １７ ―

つ配置している．この台に手首と肘を置くことによ・MR 型視覚刺激の幅を変更すると，温冷覚の知って，前腕と温冷覚提示装置の接触部に過度な圧力覚幅も同様に変化する．特に温冷覚提示装置よがかからないようにする．

りも狭く MR 型視覚刺激の幅を提示した場合，実験に使用する MR 型視覚刺激は，長方形の仮想物体を提示する．これは，シンプルな形状の視覚

温冷覚の知覚幅も狭く感じる
・以上の傾向は，温度によって影響は変わらなかった

刺激を用いることで，MR 型視覚刺激の提示位置や提示幅を系統的に実験するためである．長方形の長辺は，図 4 のように前腕の幅よりも十分に長くなる

これらの結果より，ペルチェ素子のように一定のよう 120 mm に設定し，短辺は各実験によって変更

接触面積を必要とする温冷覚提示装置であっても，する．また，長方形の色を温覚刺激の場合は赤色

MR 型視覚刺激を提示することで，その知覚幅をよ（R : 255, G : 0, B : 0），冷覚刺激の場合は青色り狭く錯覚させることが可能であることが示唆され（R : 0, G : 0, B : 255）に設定した．これは，被験た．更に視触覚の相互作用を応用することで，制御者に暖色や寒色を提示することによって温度をイが困難である温冷覚提示での装置の小型化や制御のメージしやすくするためである．

簡易化に貢献できることを示唆した．

これらのシステムを用いて系統的に実験を行った
ところ，次のようなことがわかった16）．

5．おわりにMR 型視覚刺激を用いた痛覚・温冷覚提示方法と・MR 型視覚刺激と温冷覚刺激との提示位置に差して，刺激素子による提示部に任意の仮想物体を重異が生じた場合，温冷覚の知覚位置が視覚刺激畳描画することで提示位置の補完を図る手法を提案の提示位置に引きずられるした．痛覚・温冷覚刺激と異なる位置に MR 型視覚刺激を提示した場合，視覚刺激の方に引きずられる傾向にあった．それ故に刺激箇所だけでなく，視覚刺激によって提示位置の補完ができることを確認した．
今後もこれらの研究事例のように感覚モダリティを考慮した設計を行うことで臨場感のある体験が提供し，かつ次世代メディアを用いたヒューマンインタフェースの設計指針として人間拡張の可能性についても探っていきたいと考えている．

図4

MR 型視覚刺激（温冷覚）
参考文献
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図5

温冷覚提示装置

３）家崎明子，杣田明弘，木村朝子，柴田史久，田村秀― １８ ―

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