風を知るインタラクションシステム
白谷 栄梨子†, 有賀 清一†, 鈴木 太朗

†

，飯田 誠

††

, 荒川 忠一††

INTERACTION System to See Wind Flow
ERIKO SHIRAYA

１．

†, SEIICHI ARIGA†, TARO SUZUKI†, MAKOTO IIDA††

and CHUICHI ARAKAWA††

はじめに風 は，私 たちが日 常 的 に経 験 している現 象 であるにもかかわらず，直接流れの様相を視覚的に捉えることができない．人々は風について，過去の経験や想像カメラによって空想に基づいて想起することになる．
シミュレーションやコンピュータ・グラフィックスの分

パソコン

野においては，本 研究 でも扱うことになる風 を含む流プロジェクタ

図 1．システムの基本概念図
Fig.1 Basic concept chart of system

体の動きを，アニメーションとして可視化されてきた．たとえば，Irving ら 1） ，Losasso ら 2） は流体の高精度な可視化を目的としているため，多くの処理時間を要する．
そのためこれらの可視化表現 をインタラクティブメディアとして活用することはむずかしい．
他方インタラクティブ性 の観 点 から，たとえば Ishii
ら3）

STEP1: 映像の取得

は都 市 計 画 ツールとして風 の可 視 化 を行 っている．建 造 物 などの模 型 を動 かすと，それに応 じた
風 の流 れがリアルタイムに表 示 される．いわば，模型 として縮 小 された風 を確 認 することができる．
本 研 究 においては，人 々が普 段 感 じている等 身
STEP2: 二値化処理

大 と し て の 風 を ， 視 覚 的 に表 現 す る こ と を 目 的 と して，鑑 賞 者 がリアルタイムに変 化 する風 を見 ることができるインタラクションシステムを実 現 した．「風 をSTEP3:半ラグランジェ法による流体計算知 る」というコンセプトのもと，鑑 賞 者 の動 作 によって変 化 する風 の流 れをその表 現 とした．そのために，
鑑 賞 者 自 身 の動 作 を入 力 とし，リアルタイムに数値 流 体 計 算 を行 い，その変 化 を可 視 化 した．

2． 風 を 知 る た め の シ ス テ ム
本 システムの構 成 を図 １に示 す．鑑 賞 者はスクリー

STEP4:

描画

ンとプロジェクタの間に立ち，カメラはスクリーンに向け
図 2. 処理の流れ
Fig.2 Flow Chart.て設置される． カメラは３０FPS でキャプチャされ，PCが同速度で数値計算および描画を行った．
処理フローを図２に示す．キャプチャされた各フレー
ムを OpenCV で二値化することで人物領域を判別させた．
得られた各フレームでの人物領域を障害物として，
式（１）に示す二次 Navier-Stokes 方程式を基礎方程†東京大学大学院学際情報学府
GraduateSchoolof

式とした流体計算を行い，流れ場を求めた．
Interdisciplinary

Information Studies, the Univ. of Tokyo††

東京大学大学院工学系研究科
School of Eng., the Univ. of Tokyo∂v
1+ ( v ⋅∇ ) v = −∇p +∆v
Re∂t･･･（1）

情報処理学会 インタラクション 2007

このような流 体計 算 は一 般 的 には高 負 荷 で，非 常 にれる」，「変化がきれい」という感想もあった．これは，処多くの計算時間を要するものである．本稿では，インタ

理速度が速いため，高いインタラクティブ性が実現で

4）

ラクティブ性を高めるために Fedkiw らが開発した半ラきたと考えられる．

グランジェ解法を採用し，計算負荷を低減した．本解法で得られる結果は，物理現象としては厳密ではないものの，渦 の生 成 ・放 出 などの流 体 特 有 の現 象 を再現する可能で，視覚的に風 の流れを捉えるには十分であると判断した．
描画には，OpenGL を用いた．一般的によく用いられる風の表現のひとつであるベクトル表示に加え，本研究では速度に応じて色のグラデーション処理など，風にさらに動きを加えた表現を実現している．

3. 風 と の イ ン タ ラ ク シ ョ ン

図 4．風を遮っている様子

本システムでは，風は障害物が何もない状況でも，図の左から右方向へ流れているものとし，描画される．
鑑賞者は，自分自身の存 在 によって流れている流体を遮ることになる．これにより，鑑賞者は自分自身のまわりを流 れてゆく仮 想 的 な風 の流 れを視 覚 的 に感 じ取 り，それに対 してシステムはインタラクティブな動 作を流 れに反 映 させ，鑑 賞 者 の行 動 による変 化 を楽 しむことができる．図 3 には，手を動かすことにより流れが動的に変化している様子を示している．

Fig.4 Appearance of interrupting wind

5. ま と め と 今 後 の 展 望
本稿では，「風を知る」というコンセプトのもと，鑑賞者の動作によって変化する，風の流れを表現するシステムを実 現 した．鑑 賞 者 自 身 を入 力 とすることで，日常的な空間の風の流れを疑似的に体感することができるインタラクションを実現した．
本システムを用いて，展示空間という特定の場所だけでなく，公 共 の場 やコンサートでの演 出 など，様 々な空間での応用の可能性を考えている．また，今回は鑑賞者が遮った風の流れを表現したが，今後動作によって生み出された風の表現など，実際の現象により近づいたインタラクションを目指していく．
参考文献
1) Geoffrey Irving, Eran Guendelman, Frank Losasso,

図 3. 手 と風 のインタラク

RonaldFedkiw``Efficient

ション例

Bodies of Water by Coupling Two and ThreeFig. 3 Interaction of

Dimensional

Wind with HandTOG 25, pp.805-811, 2006.

Techniques''

Simulationof

SIGGRAPH2006,Large
ACM2) Frank Losasso, Tamar Shinar, Andrew Selle,

4. 展示例
今回のシステムを用い，東京大学大学院学際情報RonaldFedkiw``Multiple

Interacting

Liquids''

SIGGRAPH2006, ACM TOG 25, pp.812-819, 2006.

学府 情報学環コンテンツ創造科学産学連携プログラ

3) Ishii H. and Ullmer B. ``Tangible Bits: Towards

ム制作展 iii Exhibition6 5) にて展示を行った．500 人

Seamless Interfaces between, Bits and Atoms'', Inを超える来 場 者数 があった中，様々な感 想を聞くこと

Proc. of CHI ’97, Atlanta, ACM, pp.234-241, 1997.

ができた．「風を遮るのが楽しかった」，「目に見えない

4) Ronald Fedkiw, Jos Stam, Henrik Wann Jensen

ものが視覚化されて面白い」など，鑑賞者はビジュアラ``Visual Simulation of Smoke'', SIGGRAPH 2001,

イゼーションされた風の流れというものに触れ，体感でpp.23-30, 2001.

きるということで，多くの人 に好 評 であった．自 由に身5) 東京 大学大 学院学際 情報 学府 情報学 環 コンテンツ創

体を動かし，見えないはずの風とたわむれる鑑賞者の造科学産学連携プログラム制作展 iii exhibition 6

姿を観ることができた．また，「自分の動きにあわせてく

http://www.iii.u-tokyo.ac.jp/i3e6/