情報処理学会 インタラクション 2014
IPSJ Interaction 2014

14INT012
2014/2/28

効率のよい計測のためのナビゲーションを実現する
効率のよい計測のためのナビゲーションを実現する
領域制限に基づく
領域制限に基づく 3D インタラクティブモデリング上羽優貴†1酒田信親†1

西田正吾†1

近年，家庭用ゲーム機や 3D プリンタへの入力として，広く 3D モデルが扱われ始めている．そのため，一般のユーザに向けた 3D モデリングの需要が高まってきたと言える．従来のハンドヘルド型の 3D モデリングシステムでは，
ユーザはディスプレイに表示された対象のモデリングの生成状況を何度も確認しながら，未計測箇所を見つけ出して計測し，ユーザ自身が満足した時点でモデリングを完了としていた．このようにユーザが行わなければならない操作が多いため，負担が大きいという問題がある．そこで本稿では，領域制限に基づく 3D インタラクティブモデリング
システムを提案する．領域を制限することにより，未計測領域を推定するアルゴリズムを実装でき，そのアルゴリズ
ムを用いることで最適な計測位置へのナビゲーションを行え，モデリングの完了も自動的に判断できる．そして，領域制限を用いた際，モデリングに所要する時間やユーザへの心理的な負荷を調査するため実験を行った．その結果，モデリングを開始する前に領域制限を行なうだけで，素早く簡単に，少ない心理的負荷でモデリングを実現できることが判った．

Interactive 3D Modeling with Automatic Termination andRoute Navigation Based on Area Limitation
YUKI UEBA†1 NOBUCHIKA SAKATA†1SHOGO NISHIDA†1
In these days, 3D models are introduced as new digital contents such as video games and data material for 3D printer. The
demand of 3D modeling for ordinary people has been increased. While using existed hand-held 3D modeling system, users haveto estimate unmeasured area through a display. Also users have to terminate modeling with watching a process of modeling.
Thus, many user operations such as estimating unmeasured spot and moving the hand-held device impose burdens to users. In
this paper, we propose a novel modeling system which provides route guidance for users by means of area limitation of modelingat the beginning. By area limitation of modeling, users can obtain desired 3D model with watching effective route guidance formeasuring and automatic termination of modeling. To realize route guide and automatic termination, we propose new method tofind unmeasured and measurable spot. We conduct experiment to investigate required time, and mental effort by means of our
proposed area limitation. As a result, our proposed method can realize 3D modeling with low burden effectively, easily andquickly.

1. はじめにとで未計測部分をユーザ自身が考えて推定しなければならないため，所要時間が長くなる．これらの問題に対して，

近年，家庭用ゲーム機[1]や 3D プリンタ[2]への入力とし一般のユーザでも容易にモデリング可能な手法の研究が進て 3D モデルが多用されている．従来，このような 3D モデ

んでいる[5, 6]．これらの手法では，未計測部分をユーザに

ルは専門家により作成されてきたが，3D モデルに対する需

提示することにより，一般のユーザにとって容易なモデリ

要の高まりにより，一般のユーザでも気軽に 3D モデリン

ングを実現している．しかしこれらの手法では，ハンドヘグを行える手法の提案は意味があるといえる．

ルド型のデバイスを用いているにも関わらず，紙上に乗せ従来の 3D モデリングシステムでは，一般のユーザにとって実物体の 3D モデルを得ることは難しかった．ここでた物体[5] や把持した物体[6]しかモデリングできないため，大きさに制限があるという問題は残ったままである．

本論文では，実物体の 3D 形状計測を 3D モデリングと称す

そこで本研究では，一般のユーザでも容易に素早くモデる．例えば，Rapidform[3]は対象を回転台の上に置くことリング可能な領域制限に基づく手法を提案する．モデリン

により，モデリングを行うものである．これは簡単な操作

グの開始時に領域を制限することにより，未計測領域推定

で高精度の 3D モデルを得られるが，回転台の上に計測対アルゴリズムを実装でき，そのアルゴリズムに基づいて計象を設置する必要があり，モデリング可能な対象の大きさ

測位置ナビゲーションをユーザに与えられる．さらにモデに制限がある．Artec Eva[4]では，画面上に表示された対象

リングの完了も自動的に判断できるため，容易で素早いモのモデルの生成状況を確認しながら，ハンドヘルド型デバ

デリングが可能となる．なお本研究では，建築物や歴史的イスによりモデリングを行う．これは対象の大きさによら遺物など高精度な計測を必要とするものではなく，ユーザ

ずモデリング可能であるが，ディスプレイを何度も見るこに身近な物体を対象とする．取得した 3D モデルはオーク†1 大阪大学大学院基礎工学研究科
Graduate School of Engineering Science, Osaka University© 2014 Information Processing Society of Japan

ションサイトなどの WEB サイトに掲載したり，3D プリン
タへの入力に用いることを想定している．

84

2. 関連研究

ムがユーザに対象の測定方法を提示することで，ユーザ操

実物体のモデリングを行う手法としては，レーザ測距装置を用いる方法[3, 4]，ビデオカメラにより得られた動画か
ら視体積交差法を用いて 3D モデルを生成する方法[5, 7]などがある．近年では安価な深度センサ[9, 10]の登場により，
3D モデリングに関する研究は盛んに行われている[11, 12,13]．どのモデリング手法においても，一度に形状を計測できるのは全体の一部分であり，さまざまな角度から対象物体を観測する必要がある．そこで，実物体の全周を一度で計測するために様々な 3D スキャナのインタフェースが提案されてきた．3D モデリングシステムのユーザインタフェースには主として回転台型インタフェース[3]，ハンドヘルド型インタフェース[4]が存在する．回転台型インタフェー

作を少なくし，短い時間で効率的に 3D モデルを獲得する手法について様々な研究が行われている．不殿らの研究[5]では，ハンドヘルドビデオカメラでの撮影位置の指示と，モデルのプレビューを表示することにより，簡便なモデリングを提案している．しかしこのシステムでは，対象の大きさが紙上に乗せて動かせるものに制限され，モデリングの完了の判断もユーザがしなければならない．松本らによる研究[15]では，対象物体の再計測が必要な部位を多く計測できる位置と姿勢をユーザに提示することにより，取りこぼしが少ない 3D モデルを得ることが可能となっている．
しかしこのシステムでは，再計測のたびに長い時間を所要するため，リアルタイム性に欠けるという問題点がある．

スでは，対象物体を回転台に乗せることで，3D モデリングを自動的に行える．これは，計測を始める前に対象を回転台の上に乗せる必要があるため，台の上に乗せられる大きさの対象しかモデリングできない．一方ハンドヘルド型イ

3. 領域制限に基づく
領域制限に基づく 3D モデリング
ここでは本研究で提案する領域制限に基づく 3D モデリ
ングについて述べる．

ンタフェースでは，対象物体の大きさによらずモデリングが可能であるが，ユーザはモデリング中に未計測の部分を計測したくない物体
計測したくない物体

推定して計測を続ける必要がある．またユーザの望むタイ
ミングでユーザ自身がモデリングの完了を判断しなければならない．このようにユーザに要求する操作が多いために，計測に時間が掛かるという問題点がある．また対象の上から箱型のデバイスをかぶせることにより，瞬時に対象の 3Dモデルを取得する研究も行われている[14]．しかしこの方法でも，予め決められた箱の大きさの対象しかモデリングできない．これらの特徴をまとめたもの表 1 に示す．
表 1

3D モデリングインタフェースの比較

Table 1Comparison of Interface for 3D Modeling

領域制限
図 1

3D モデリングインタフェースの比較

Fig. 1Comparison of Interface for 3D Modeling

領域を制限しないでモデリングを行う場合，図 1 の左部に示すように，3D モデルを得たい対象以外にもその周りにインタフェース

ユーザ操作

対象の大きさ

所要時間

回転台

少ない

小さい対象

短い

ハンドヘルド

多い

幅広い対象

長い

箱型

少ない

小さい対象

短い

の手間が増えてしまう．また未計測領域を推定した時に，

提案手法

少ない

幅広い対象

短い

その推定した未計測領域が対象以外の物体であった場合，存在する物体まで計測されてしまう．そのため，作成した
3D モデルから余分なデータを除去する必要があり，ユーザ

ユーザが所望しない物体の 3D データまでモデリングさせ
表 1 のように，回転台型，箱型の 3D モデリングシステることになり，適切な指示をユーザに与えるのが困難にな

ムでは，対象の大きさに制限がある．そのため，計測可能る．そのため，ディスプレイに表示されているモデリングな対象の大きさの範囲を広げようとすると，それに従い装の生成状況を確認しながらモデリングを行い，ユーザのタ置が大型化してしまうため，一般のユーザを対象としたモイミングで完了を決める必要がある．

デリングには向かない．一方でハンドヘルド型の 3D モデ

一方で領域を制限してモデリングを行う場合，図 1 の右リングシステムでは，ユーザ操作が多く，他のインタフェ

部に示すように，ユーザが望む対象のみ 3D モデルが作成

ースよりもモデリングの所要時間が長いという問題点が存されていることがわかる．そのため後処理として余分なデ在するが，ユーザ操作を少なくすることでこの問題を解決

ータを除去する必要がない．また未計測領域を推定した時，できると考えられる．そこで本研究では，幅広い大きさのその領域は必ず対象物体に属するため，ユーザに適切な指対象を計測可能なハンドヘルド型のモデリングシステムに示を与えられる．この手法は 3D モデリング上でのある種着目する．ハンドヘルド型のモデリングシステムにおいて，のマスキングと考えている．

対象物体の形状を推定することにより，モデリングシステ© 2014 Information Processing Society of Japan

これを実現するため，領域制限に基づく 3D インタラク

85

ティブモデリングシステムを提案する．モデリング開始時

内部がモデリング領域として定義される．なお，領域の高に，あらかじめ計測領域をユーザの手動操作によって制限

さ方向の長さは予め設定したが，自動的に推定することもする．制限することにより定義される有限の領域のうち，可能である．このとき，対象が置かれている面は平面であ計測された領域が占める割合を調べることにより，モデリ

ると仮定し，RANSAC により対象が置かれている平面を推ングの完了率を決定できる．そしてこの完了率が閾値を超定した．

えた時にモデリング完了と判断できる．また全体のうち，計測がまだ終わっていない部分を未計測領域と推定でき，ユーザに計測位置のナビゲーションを与えられる．
次に領域制限に関するインタラクション手法について述べる．従来の研究では紙上の領域[5]や把持物体[6]をモデ
リング領域としていたので，モデリング可能な対象の大き投影された枠

さに制限があった．ここではモデリング領域の大きさを自スマートフォン

由に変えられる手軽な手法について述べる．
本研究ではハンドヘルド型のシステムを想定しており，
一般のユーザにとって簡単で素早いモデリングを目指している．ディスプレイ上で領域を制限する場合[7]，3 次元を

深度センサ

対象としているので複雑な操作が要求される．そのため素早く領域を制限できず，ユーザが気軽にモデリングを始めようとするモチベーションを下げてしまうことが懸念される．そこで本研究では，領域の制限を実世界上で行うこととする．ClippingLight[16]のように対象物体の周りにプロジ
ェクタで枠を投影し枠の内部をモデリング領域とすること

図 2
Fig. 2

投影枠による領域の制限

Projecting Frame to Limit Modeling Area

により，実世界上での領域制限を行なう．これにより素早く容易に領域制限ができると考えられる．
図 2 のようにプロジェクタにより枠を投影する．ハンド
ヘルドデバイスの傾きにより枠の大きさを変化させ，その初期化(すべてのボクセルは”未計測”)

ステージ 1: 計測による“物体表面”ボクセルの格納ステージ 2:“空”ボクセルの推定

空
未計測
物体表面
計測可能

ステージ 4:
物体内部の”空”ボクセルの推定

図 3
Fig. 3© 2014 Information Processing Society of Japan

ステージ 3:”計測可能”ボクセルの推定

ボクセル属性決定の処理の流れ
Outline of Judging Attribute of Voxels864. 未計測領域推定アルゴリズムに基づくモデ
未計測領域推定アルゴリズムに基づくモデリング完了の自動化と計測位置ナビゲーション
ここでは未計測領域推定アルゴリズムの提案、及びモデリングを自動的に完了させるための手法と，ユーザへの計
測位置ナビゲーションの提供方法について述べる．本研究では 3D モデルを表現するためにボクセルを用い，それぞれのボクセルに四属性のいずれかを持たせることにより，これを実現した．

ボクセルが占める割合を調べることにより，モデリングの完了率を計算できる．しかし，物体の内部など，外から計測できない領域に多く”未計測”ボクセルが残っているため，ある値以上”未計測”ボクセルの数を減らすことができず，モデリングが完了となる閾値にとどかない可能性がある．
そのため，モデリング完了の判断を自動的に行うのが困難になる．そこでこの問題を解決するための手法について述べる．図 4 は，水平面上のボクセルを表している．図 4 のように，物体の内部のある 1 ボクセルに着目した時，その4.1 ボクセル属性に基づく未計測領域
ボクセル属性に基づく未計測領域推定アルゴリズム
未計測領域推定アルゴリズム
実装したシステムではモデリングの完了率を計算するため，ボクセルを用いて 3D モデルを表す．ボクセルのサイ
ズは処理速度などを考慮して 5×5×5 [mm]とした．
本研究で提案する手法ではモデリング完了率を計算するために，ボクセルは"物体表面"，”空”，"未計測"，"計測可能"の四属性のいずれかを持つ．図 3 に，ボクセル属性決定の処理の流れを示す．これは 2 次元上の画素により表しボクセルを通る任意の直線上には，少なくとも二つの"物体表面"ボクセルが存在する．そのため，二つの"物体表面"
ボクセル間を結ぶ直線上に存在するボクセルは，物体内部に存在するボクセルとみなせる．ボクセル空間に対して，
水平方向にラスタ走査していき，一つの線上で"物体表面"
ボクセルが偶数回目に出現した時，その前に出現した"物体表面"ボクセルとの間に存在するボクセルを物体内(“空”のボクセル)と判断する．

たものであるが，容易に 3 次元に拡張できる．ステージ 1からステージ４を繰り返すことにより，ボクセルの属性を更新していく．以下より，処理の詳細について述べる．
初期化: モデリング領域を制限しボクセル空間が作成された時，すべてのボクセルは"未計測"の属性(図 3 の灰色のボクセル)である．
ステージ 1: 深度センサにより計測された対象の 3D データ
は，ボクセル空間上の対応する点に格納される．この時，対象表面に相当するボクセルは"物体表面"の属性(図 3 の黒

空
未計測
物体表面
スキャン対象物体内部

色のボクセル)に変化する．
図 4

ステージ 2: デバイス位置とそのフレームで取得した"物体Fig. 4表面"ボクセル間の線分上に存在するボクセルは”空”の属

物体内部の推定

Detecting Inside of the Target性(図 3 の白色のボクセル)に変化する．デバイス位置をボ
クセル空間の座標系で表し，”物体表面”ボクセルとの線分上に存在するすべてのボクセルを”空”の状態とした．なお，
線分はブレゼンハムのアルゴリズム[17]により求めた．

これらの処理を施した後，全ボクセル中の，"空"と"物体表面"ボクセルの占める割合を調べることでモデリングの完了率を決定する．これらの処理を繰り返し，その割合が 1%

システムが”未計測”ボクセルを計測するようを下回った時にモデリング完了と判断した．図 5 に示すのにユーザに指示を与えたとしても，対象物体の内部に存在は，計測途中の 3D モデルを表示したものである．赤い領

ステージ 3:

するものは深度センサでは計測できないため，それらのボ
クセルの計測を終えられない．そこで計測位置のナビゲー

域が”計測可能”ボクセル，青い領域が制限された領域を表している．

ションのため， "未計測"ボクセルの中から，"計測可能"であるものを見つけ出すことが必要となる．ある一つの"未計測"ボクセルに着目し，その上下，左右，前後の六つのボクセルの中に，一つでも”空”のボクセルが存在するとき，4.2 計測位置のナビゲーション
計測位置のナビゲーション方法
ナビゲーション方法"計測可能"ボクセルを効率良く計測するために最適な計
測位置のナビゲーション方法について述べる．

そのボクセルは”空”のボクセルの方向から計測可能と判

図 5 に示すように，"計測可能"ボクセルの数は対象を見断できる．そこで，ボクセルの属性を"計測可能"に変化さる角度により大きく異なる．そのため"計測可能"ボクセルせる(図 3 の橙色のボクセル)．このような”計測可能”ボが多く見える位置から計測を行なうようにユーザに指示すクセルを計測するようにユーザへ指示を与えることにより，れば，効率的に未計測ボクセルを減らせると考えた．

効率的にモデリングを進められる．
ステージ 4: 全ボクセルのうち，"空"ボクセルと"物体表面"

予めいくつかの計測候補位置をターゲットの周りに配置しておく．その各候補位置から見える"計測可能"ボクセ
ルの数を調べていく．なお，各ボクセルと候補位置の間の© 2014 Information Processing Society of Japan87

線分上に存在するボクセルを調べていき，すべてのボクセムを示す．Asus Xtion Pro を用いて 3 次元計測を行った．まルが”空”の属性であればそのボクセルは候補位置から観た 領 域 制 限 の た め に ハ ン ド ヘ ル ド プ ロ ジ ェ ク タ (3M

測できると判断した．また，デバイス位置と各候補位置とMP160)を用いた．スマートフォン(Sony Ericson Xperia arc)の距離も計算する．"計測可能"ボクセルの数と候補位置まのディスプレイにモデルのプレビューを表示した．なお，での距離の重みの比を 4:1 として，各候補位置に対してス

スマートフォン内蔵の慣性センサによりデバイスの回転角

コア付けを行う．このスコアが最も高い位置をユーザへ提を取得し，領域の大きさの調整に用いる．デバイス位置の示する指示位置とした．今回の実装では計算量を考慮して，

トラッキングには ARToolKitPlus を用いた．なお本研究で

図 6 のように有限の数の撮影の候補位置を，対象を中心とはトラッキングではなく，モデリングにおけるインタラク

した半球上に，緯度 30°ずつ，経度 30°ずつの計 36 ヶ所

ション技術に焦点を当てて研究を行っている．そのため，を配置した．

実装が容易でロバストなビジュアルマーカを用いた．また
このビジュアルマーカは計測対象の大きさを制限することはない．今後は SLAM などによるマーカレスのトラッキン
グ手法を取り入れていく予定である．

スマートフォン (Sony Xperia Arc) OS: Android 2.3.2
 CPU: Qualcomm MSM8255 1GHz Display Size: 4.2 inch
 118g
3D 深度センサ(Asus Xtion Pro LIVE) Distance of Use: 0.8-3.5m
 Field of View: 58°H, 45°V, 70°D
 Depth Image Size: VGA (30fps)
 134g

プロジェクタ (3M Mp160)
 Resolution: SVGA Brightness: 32 lumens
 Size: 1.2 H x 5.9 D x 2.5 W
 300g

図 7

3D モデリングインタフェースの比較

Fig. 7Comparison of Interface for 3D Modeling

本研究で用いたシステムには，ディスプレイ，プロジェ
クタとビジュアルフィードバックを与えられるデバイスを
図 5
Fig. 5“計測可能”ボクセルの可視化二つ持つ．そこで予備実験としてディスプレイ，プロジェ

Visualization of “Measurable” Voxels

クタにより指示を受けながらモデリングを行った際に，ユーザが受ける影響を比較調査した．その結果プロジェクタ
による指示では，ユーザが計測している範囲を把握することが俯瞰的に困難であるため，対象を捉え続けることが難しいことが分かった．また，プロジェクタでは空中に映像を結像できないために，未計測領域がどこに存在するかユーザは確認できない問題があった．一方でディスプレイによる指示では，指示と同時に未計測領域の位置をひと目で把握できる．そのため，ディスプレイによる指示の方が好

計測候補位置
現在のデバイス
現在のデバイス位置
デバイス位置最適なデバイス
最適なデバイス位置
デバイス位置まれる傾向にあった．プロジェクタの輝度が低いことも，
この結果に影響を与えたと考えられる．そのため本研究ではディスプレイ上でユーザに指示を与えることにした．

図 6

計測候補位置の配置

ユーザにスマートフォンの画面上で提示する指示イン

Fig. 6

Candidate Camera Position

タフェースを図 8 に示す． 3D モデルのプレビューを”計測可能”ボクセルを赤くして表示している．ユーザはタッチパ

5. 実装
図 7 に本研究で用いたハンドヘルド型モデリングシステ© 2014 Information Processing Society of Japan

ネルにより，このモデルを自由に回転できる．またモデリングの完了率と，撮影画像をリアルタイムで表示している．
ユーザに与える指示は，図のように矢印と文字で表される．

88

ユーザはこれに従ってデバイスを動かすことにより，効率計測したくない
計測したくない物体
したくない物体

対象物体

よく”計測可能”ボクセルを計測できる．今回の実装では，"Up"，"Down"，"Right"，"Left"，"Stay"の 5 種類の指示を用意した．これらは現在のデバイス位置と指示位置により決定される．また指示位置までの距離に応じて矢印の色を変84.1 [cm]化させた(近: 黄色，遠: 赤)．

40.0 [cm]118.9 [cm]

3D モデル

図 9
完了率Fig. 9実験における対象物体の配置

Configuration of the Target Object at Experiment

撮影画像

ユーザにはモデリングを開始する際に固定の位置に立指示アノテーションってもらい，ディスプレイ上の START ボタンを押すと同時にタスクを開始した．計測を行なっている最中にユーザがモデリング状況を詳細に確認するために，ユーザにはディスプレイに表示されている 3D モデルのプレビューをタ

図 8

指示インタフェース

ッチパネルにより自由に回転してもらった．また計測の初Fig. 8Instruction Interface期段階では，すべてのボクセルが”未計測”の属性であるため，どこから計測を始めてもよいが，例えば真上から計測

6. 評価実験を開始する場合と，低い位置から計測を開始する場合といったように，その初期動作によって残存する未計測領域に

上記の未計測領域推定アルゴリズムにより，ユーザは対ばらつきが出ることが考えられる．そのため対象の周りに象に合わせて適切な大きさの領域に制限することにより，90°ずつ四つのチェックポイントを設定し，それらを通過

未計測領域を効率的に撮影できる計測位置のナビゲーショ

してから指示を与えることにした．指示が与えられてからンを受けられるようになった．そこで，領域制限によってはその指示に従いモデリングを行なってもらった．ユーザ

手軽で素早い撮影が行なえることを確認するため，実験をは領域制限がある場合，ない場合のそれぞれの状況で実験行った．予め大きめに設定された領域でモデリングを行っを行う前に 1 回の練習を行ってもらい，本実験のモデリンた場合と，領域制限によりモデリングを行った場合とで比グをそれぞれ 5 回行ってもらった．

較を行った．仮説として領域制限を行った場合，未計測ボ

なお，領域制限の際に対象の一部が見切れたり，人によ

クセルは撮影対象上にのみ存在するため，無駄な指示が減って領域の大きさが違ったりする場合も想定される．そこると予想される．そのため，素早くモデリングを完了でき，で，領域指定というインタラクションの効果を純粋に評価

心理的にも負担が少なくなると考えている．

するため，実験ではユーザに領域制限の作業も行なってもらうが，実際にはモデリング領域は対象が完全に収まるよ

6.1 実験設定
モデリング対象を，指示を受けながらモデリングしてもうに予め設定し，比較を行った．なお領域の大きさは30x30x45[cm]とした．

らい，完了と判断されるまで計測を続けることを実験タス

予め大きめに設定された領域でモデリングを行う場合クとした．図 9 に示すように，対象が置かれたマーカシー

を””領域制限なし”の実験条件として設定し，比較対象とし

トは A0 のサイズ(84.1x118.9[cm])である．複数の物体からた．なお，従来の様にマーカシート上にモデリング領域がユーザの望む対象のみをモデリングすることを想定し，マ存在する場合[5]を想定し，A0 のマーカシートの面積で領ーカシート上には，中央に配置された対象物体以外にも対域制限ありの場合と同じ高さを持つ大きさをモデリング領

象の左右に二つの物体を配置した．なお，対象の高さは域として設定した(84.1x118.9x40.0[cm])．この条件において40[cm]であり，余裕を持ってモデリング領域は 45[cm]に設も，ユーザは提案手法と同じように計測の指示を受けられ定した．ここでは高さを予め設定したが，この高さを自動る．

的に推定することも可能である．ボクセル空間のうちのあ

実験手順は，まず被験者にモデリングシステムの使用方

る水平面がすべて”空”のボクセルである場合，その高さま法と計測対象について説明し，しばらくの間練習を行ってでをモデリング領域の高さとすることにより，高さを自動もらい，その後実験を開始した．デバイスによる順序効果

的に推定可能である．

を打ち消すため，被験者の半分は領域制限を先に，もう半© 2014 Information Processing Society of Japan

89

分は領域制限なしを先に実験した．図 10 に実験風景を示す．

指示の分かりやすさ

p=1.000

VAR00008
領域制限あり6.2 実験結果
被験者は 21 歳から 24 歳の 14 人である．それぞれの状

VAR00009
領域制限なし況下で定性的な評価を行うため，実験タスク後に 5 段階評

1

2

分かりにくいモデリングの早さ

価のアンケートも実施した．指示の分かりやすさ（1:分かりにくい，5:分かりやすい），早く終わったと感じたか（1:遅い，5:早い），短い距離で終わったと感じたか（1:短い，

領域制限あり5:長い），容易さ（1:困難，5:容易），プレビューの見易さ（1:VAR00013
領域制限なしVAR00012

3

4

5

分かり易い
p=0.004

12

7

見にくい，5:見やすい）の項目を調査した．さらに定量的
1

な調査項目として，撮影が完了する時間とデバイスを動かした距離についても計測した．領域制限ありの場合，タス
ク完了時間には領域制限に要する時間も含まれている．
それぞれの状況で，ウィルコクソンの符号順位和検定に

2遅い
移動距離の長さ
領域制限ありVAR00010

3

4

5

早い
p=0.002

14

12

2

3

7

VAR00011
領域制限なしより領域制限の有りと無しの差を危険率 0.05 で統計的に1分析した．結果を図 11，12 に示す．

長いモデリングの容易さ

指示の分かりやすさ，プレビューの見やすさの項目では，有意な差が見られなかったが，その他のすべての項目において，領域制限ありの方がポジティブな結果となり，統計的にも有意差が見られた．

4

5

短い
p=0.013

VAR00014
領域制限ありVAR00015
領域制限なし1

2

難しい
プレビューの見易さ

3

4

5

易しい
p=0.088

VAR00016
領域制限ありVAR00017
領域制限なし1

見難い
モデリングシステム

図 12
Fig. 12

2

3

4

5

見易い

アンケート結果
Questionnaire Survey

7. 考察
モデリング時間とデバイス移動距離に関して，領域制限

対象物体

実験風景

を行ったほうが短い時間・移動距離でモデリングが可能でExperiment Apparatus

あるという結果を得た．対象物体以外の計測のための指示

図 10
Fig. 10がないため，このような結果になったと予想される．モデリング領域が小さくなっているため，このようになるのはモデリング完了時間
VAR00001
領域制限ありp=0.000

VAR00002
領域制限なし

61

0.0

20.0

40.0

27

案手法は有効であると考えられる．また，上羽ら[16]によ57

80.0 [s]60.0デバイス移動距離p=0.000

ると，プロジェクタにより領域制限を行った場合，ユーザの望む領域と実際に制限した領域の大きさの比が平均で0.8 と，おおよそ一致する結果となっている．そのため，

VAR00006
領域制限あり37

実際に制限した領域がユーザの望む領域の大きさと違って

VAR00007
領域制限なし

11

0.0

図 11
Fig. 11

自然な結果であるが，領域制限ありの場合のモデリング時
間には，領域制限に所要する時間も含まれているため，提

37

5.0

10.0

15.0

20.0

いても差は僅かであり，モデリング完了時間も長くなりに58

25.0[m]

くいと考えられる．

実験における定量評価結果

また，いずれの場合もモデリングに所要する時間が大きResult of Quantitative Evaluation

くなることがあった．これは，AR マーカによるトラッキ© 2014 Information Processing Society of Japan90

ングが少しずれた結果，計測できない位置に”計測可能”ボクセルが位置してしまったためだと考えられる．将来的には，[18][19][20]のような，ハンドヘルドカメラによるトラッキング手法を用いることにより，マーカレスで高精度のトラッキングすることを考えている．これにより，トラッ
キングエラーが解消され，モデリングの終了判定が正確に行えると考えている．
指示の分かりやすさに関しては有意な結果は得られなかった．指示の提示方法自体が同じなので，このような結果になったと考えられる．モデリングの速さ，移動距離の少なさに関しては，領域制限を行った方が良いという結果を得た．定量的にも示されているように，ユーザが感じる
肉体的な負担も少なくなった．何人かの被験者から，領域制限がある方がタスク中のプレビュー表示が見やすいという意見も得た．対象物体のみがディスプレイに表示されるため，未計測領域を把握しやすかったからだと考えられる．
本実験では，対象物体の大きさを固定してタスクを実行したが，我々は対象が大きくなればなるほど，領域制限による効果も大きくなると予想している．なぜならば対象の大きさが大きくなるほど，未計測領域が増えるため，対象以外を計測する機会が増えるからである．そこで領域制限を用いれば，無駄な指示を大幅に減らせるため，対象が大きいほど，領域制限により削減できるモデリング時間も大きくなると考えている．一方で小さい対象をモデリングするとき，領域制限により削減できる無駄な指示は少なくなるが，後処理として無駄なデータを除去する必要がなくな
るため，いずれにせよ領域制限による貢献は大きいと考えている．

8. おわりに
本稿では，モデリングの開始時に領域を制限することにより，未計測領域推定アルゴリズムの提案と実装，それに基づいたモデリングの完了の自動化と，効率的な計測のための指示をユーザに与えるモデリングシステムを提案した．
また，この効果を確かめるために被験者実験を行った．その結果，領域指定を行うことにより短い時間，少ない心理的な負荷でモデリングを行えた． 今後の方針としては，ハンドヘルドカメラによる高精度なトラッキング手法を取り入れることにより，マーカレスで 3D モデルを取得可能にすることを考えている．また制限された領域内の情報だけ
でなく，その周辺の情報も計測し利用することにより，対象以外の物体による隠蔽なども考慮したより効率のよい計
測方法のナビゲーションについても考察する予定である．

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