スパイダーヒーロー：張力提示システムを導入した VR アプリケーション
石 橋北寺 田直圭賢†樹†祐†

Toni Da Luz††
姜南†
藤 田 恭 平†Remy Eynard††
瀬 木宏†
宮 田 一 乘†Spider Hero: A VR Application Introducing Pulling Force Feedback System.
Ken Ishibashi,† Toni Da Luz,†† Remy Eynard,†† Naoki Kita,†Nan Jiang,† Hiroshi Segi,† Keisuke Terada,† Kyohei Fujita†
and Kazunori Miyata †1) Aiming phase

1. は じ め にスパイダーヒーローは，スパイダーマン TM のようにクモの糸を使ってバーチャル都市空間を自由に飛び回ることができる VR アプリケーションである．本VR アプリケーションにおける力覚提示としてクモの糸の張力提示が特に重要となる．力覚を提示する代表的なデバイスとして，SPIDAR1) や PHANTOM2) などが挙げられる．先行研究においても，張力を提示する様々なデバイスが提案されているが，構造が複雑または高コストである問題が挙げられる．そこで，筆者らは単純な構造かつ低コストであるバキュームデバイスを用いた張力提示システムを提案する．本稿では，提案する張力提示システムとその張力提示システムを

2) Lauching phaseFig. 1

3) Moving phase

図 1 体験の流れ
Flow of the user’s experience

導入した VR アプリケーションについて述べる．

2. スパイダーヒーロー

ンを押すことで目標とするビルにポインタを固定する．

2) 次に，ユーザは前方に腕を振りトリガーボタンを制作した VR アプリーケーションは，ユーザが手離すことで，目標とするビルにクモの糸を発射する．

袋型の操作デバイス（以下，ウェブシュータ）でクモ

ユーザの腕を振る速さは，クモの糸の飛距離と対応しの糸を発射しビルに張り付け，そのクモの糸によってているため，より遠くのビルが目標となる場合は，よ引っ張られながらバーチャル都市空間上を飛び回る体

り速く腕を振る必要がある．

験イメージを提供する．図 1 に体験の流れを示す．

3) クモの糸がビルに到達すると同時に，その糸に

1) まず，ユーザは装着したウェブシュータを用いて引っ張られながら移動する．ここで，張力提示システ

画面上に表示されるポインタを操作することで，目標

ムと風覚提示システムによって，クモの糸を使って移とするビルを選択する．また，ユーザはトリガーボタ動する感覚が与えられる．また，圧力センサにより† 北陸先端科学技術大学院大学
Japan Advanced Institute of Science and Technology†† Arts et metiers ParisTech

ユーザの姿勢を検知しているため，ユーザの体重移動に応じて仮想空間上で視点移動が可能である．以上の操作手順を繰り返し，次々とビルの谷間を移動する．

情報処理学会 インタラクション 2010

3. システムの概要

4. 張力提示システム

本システムは，感覚提示システム，映像システム，4.1 関 連 研 究そして音響システムで構成され，ウェブシュータと圧

既存の代表的な力覚提示システムとして，SPIDAR

力センサの 2 種類の操作デバイスを用いる．システムと PHANTOM が挙げられる．SPIDAR は，糸の張の全体構成とシステムレイアウトを図 2 に示す．

力を用いたシステムであり，ユーザは糸が取り付けられているリング型のキャップを指先に装着し，モータ

HAPTIC FEEDBACK

VISUAL FEEDBACK

air fans

でその糸を巻き取り指先に任意の力を加える．また，rear projection

ロータリーエンコーダで糸の長さを計測して指先の 3
pulling force
feedback system

次元位置を計測する．一方 PHANTOM は，ペン型のMIDI Control

デバイスを用いている．ユーザは，ペン型のデバイス

OSC Control
Generates

3D Application+ motion blur pixel shader

を指先に装着し，自由に指を動かすことができる．ペ+ accelation focus

ン型のデバイスはロボットアームによって制御されてattached
INPUT DEVICES

SOUND FEEDBACK

web-shooter- IR CameraPC : Virtools Application
Generates

おり，仮想空間上のオブジェクトと接触した場合，ペsound system

OSC data

ン型のデバイスに任意の力が加えられる．また，SP-OSC data

IDAR を応用したシステムとして，Virtual Canoe3)- Action trigger- Acceleration- Rumble
OSC datapressure sensor- Environement sounds- Wind soundや RoboGamer4) などが挙げられる．さらに，牽引力を提示するシステムとして Force Display5) （ぶるなび）が提案されている．

- 4 Weight data

4.2 システムの詳細
前節で述べた各システムは，高コストまたは複雑なForce Feedback System構造である問題点が挙げられる．そこで筆者らは，新しい張力提示システムを提案する．提案する張力提示
Projection System

システムの構成図を図 3 に示す．

Sound SystemPCPressure Sensor

Vacuum Device

Servomotor
PipingIn the case that
openable cap is closed

図 2 （上図）システムの全体構成（下図）システムレイアウト
Fig. 2 (Upper)System overview (Lower) System layout
User’s hand
Rubber Plug

Openable Cap

感覚提示は，バキュームデバイスによる張力提示と 2 基のエアファンによる風覚提示がある．映像システムでは，ブラーやフォーカス効果，リフレクションマッピング，シャドウマッピングなどの視覚効果をLine

図 3 張力提示システム
Fig. 3 Pulling force feedback system

用いて没入感を演出し，背面投影によってユーザの操作スペースを確保する．音響システムにおいては，本システムは，次に示す過程で張力を提示する．バ街の環境音と風の効果音を用いる．また，バーチャル

キュームデバイスは，調光器（ELATION 製：CYBER

都市空間の構築には，高精細な建築物モデルおよびPAK）によって電圧を制御されており，PC から MIDIテクスチャを用いる．操作デバイスは，ユーザが両腕信号が調光器に送られることで作動する．同時に開閉に装着するウェブシュータと，視点移動に用いる圧力式キャップが閉まることでパイプ内が減圧する．それセンサを使用する．なお，VR アプリケーションの開に伴い，パイプ内のゴムプラグが吸い上げられ，ゴム発には Virtools

TM4.0 を利用し，動作に必要なデータプラグに取り付けられた糸がユーザに張力を与える．

は GlovePIE でサポートしている OSC（Open Sound

本システムに用いた糸は，釣り糸とボリウレタン製のControl）プロトコルを介して通信する．

ゴム紐（水晶の線）を繋ぎ合わせており，糸の強度とスパイダーヒーロー：張力提示システムを導入した VR アプリケーション

クモの糸の伸びる感覚を兼ね備えている．また，開閉理由として，張力提示システムの糸の映り込み防止や，式キャップが空気口の大きさを変化させることで，張ユーザの操作スペースを確保することが挙げられる．

力だけでなくクモの糸が切れる感覚も提示できる．

また，音響面では街の環境音や風の効果音によって臨本システムは，バキュームデバイスと開閉式キャッ場感を演出している．なお，ユーザの操作スペースはプで構成され，既存の張力提示デバイスに比べて，低全て暗幕で覆われており，映像の鮮明化と音響効果をコストかつ単純な構造である点が特徴として挙げられ高める効果がある．

る．また，従来のモータを動力とするシステムとは異なり，空気圧を用いているため強い張力を提示するこ

6. テクニカルプログラミングとが可能であり，安全性も高く，張力提示の応答性も6.1 マルチポインタ

良い．さらに，ユーザが強い力で糸を引いた場合にお制作した VR アプリケーションは，VirtoolsTM 4.0

いても，モータが直接的な動力ではないため故障するで開発している．前述したようにウェブシュータを 2

危険性が少なく，堅牢性の高いシステムと言える．

つ使用して次々とビルを移動することから，画面上の5. その他のシステムおよびデバイスポインタが 2 つ必要となる．しかし，それを扱うコンポーネントが存在しないため，以下のような方法を5.1 風覚提示システム用いた．主観カメラの直近に透明なレイヤーを設け，本 VR アプリケーションでは，高層ビル間を移動すポインタはそのレイヤー上を移動する．目標とするビること，クモの糸によるユーザの移動は加速度運動でルにポインタを固定する場合，組み込みの Buildingあることを前提としており，移動の際の向かい風を再Block である Ray Intersection モジュールにより主観現すること，ユーザの移動速度に応じて風覚を変化さ

カメラの中心からポインタに向かって光線を発射する．

せることが必要である．そこで，筆者らは調光器と 2

その光線が 3D オブジェクトに接した場所にポインタ基のエアファン（Honeywell 製：HFT-115）を用いた．

が固定される．その概念図を図 4 に示す．

調光器によってエアファンの電圧を制御することで，ユーザの移動速度に合わせて風量を変化させることを可能にしている．さらに，空中移動中にユーザが視点移動すると，クモの糸によって引っ張られながら移動している方向から強い風が感じられ，その反対方向からは風が弱く感じられることが予想されるため，ユーザの視点移動に応じて左右の風量を変化させている．

5.2 操作デバイス
5.2.1 ウェブシュータ
ウェブシュータは，目標のビルを選択し，クモの糸図 4 複数ポインタの概念図
Fig. 4 Multi pointsを発射するための手袋型のデバイスである．本デバイ
スは，Wii リモコン TM を基盤とし，赤外線カメラ，トリガーボタン，加速度センサ，そして振動モータで構成される．赤外線カメラは，画面上に表示されるポインタを操作するために，トリガーボタンは，ポインタを目標に固定するために使用する．加速度センサは，以上の方法で，複数のポインタを扱えることを可能にしている．

6.2 衝 突 判 定

ユーザの腕の速さを検知することで，クモの糸の飛距

衝突判定は，アバター（ユーザが操作する対象）が離を決定するために，振動モータはクモの糸を発射す

ビルに衝突する際，衝突の有無を検出するための処理る際の力覚提示に使用する．

である．アバターの周りに 48 の面（六面体の各面に5.2.2 圧力センサ8 面ずつ）からなるボックスを作成し，そのボックス圧力センサは，ユーザの姿勢を検知することで，仮を衝突判定に使用する．図 5 にその例を示す．

想空間上でのユーザの視点移動に用いる．今回は，バランス Wii ボード

TMを使用した．

衝突した面に応じて，前方からビルに衝突した場合は後方に跳ね返り，右側面から衝突した場合は左側面

5.3 映像および音響システムに跳ね返るなど，衝突後の跳ね返りの方向を変化させ映像の投影方法は，背面投影を採用している．そのている．

情報処理学会 インタラクション 2010

分な張力を提示していることを示しており，本システムが効果的であることが分かる．さらに，総計 7 日間の展示においても本システムが安定して動作したことから，本システムの堅牢性の高さが確かめられる．
一方で操作性においては，体験者のコメントから「操作するのが難しい」，「体重移動とポインタ操作の両方に気を配ることができない」といった意見が挙げられた．また，同表より操作性に関して低く評価されていることが確認できる．没入感の評価値が低い点も

図 5 衝突判定
Fig. 5 Collision detection

操作に気を配り，コンテンツに集中できないことが原因であると考えられる．

7. 評 価 実 験

8. お わ り に2009 年 10 月 22 日〜25 日に開催された IVRC（国本稿では，提案する張力提示システムとそのシステ

際学生対抗バーチャルリアリティコンテスト）および，ムを導入した VR アプリケーションについて述べた．

同年 10 月 30 日〜11 月 1 日に開催された “いしかわ評価実験の結果から，張力提示システムが効果的かつ夢未来博 2009” において「スパイダーヒーロー」を展

高い堅牢性を有し，制作した VR アプリケーションに示した．図 6 に展示の様子を示す．また，展示におい高いエンターテインメント性があることが確認できた．て 5 段階評価のアンケートによる評価実験を行った．

今後の課題として，比較的評価の低かった操作性をなお，評価値の最大値は 5，最小値は 1 とする．その改善していくと同時に，多方向からの張力提示や張力結果を表 1 に示す．に強弱を設けることを検討していきたいと考えている．
謝辞 本研究は，IVRC 実行委員会および文部科学省が実施する “組織的な大学院教育改革推進プログラム” の支援によるものである．ここに謝意を表したい．

参 考

図 6 展示の様子
Fig. 6 The state of exhibition

表 1 評価結果
Table 1 Evaluation results
項目 満足度 操作性 没入感 魅力度 爽快感 張力提示 風覚提示
平均

4.43

3.00

3.26

4.26

3.68

4.43

3.57

同表から，満足度と張力提示の項目において高い評価を得ていることが確認できる．満足度においては，スパイダーヒーローの糸で引っ張られながら空中を移動する体験が，今までにない新鮮な感覚としてユーザを楽しませたことが理由として挙げられる．張力提示においては，提案する張力提示システムがユーザに十文

献1) Burdea, G.C.: Force and Touch Feedback for
Virtual Reality, A Wiley-Interscience Publication (1996).
2) Massie, T. H. and Salisbury, K. J.: Phantomhaptic interface: a device for probing virtualobjects, Proceedings of the 1994 International
Mechanical Engineering Congress and Exposion (1994).
3) Hasegawa, S., Dobashi, Y., Kato, M., Sato,M., Yamamoto, T. and Nishita, T.: Virtual Canoe: Real-Time Realistic Water Simulation for
Haptic Interaction, Proceedings of SIGGRAPH
2005 (2005).
4) Shirai, A., Dominjon, L. and Takahashi,
M.: RoboGamer: Development of Robotic TV
Game Player using Haptic Interface and GPU
Image Recognition, Proceedings of ACE 2005
(2005).
5) Amamiya, T., Maeda, T., and Ando, H.:
Location-free haptic interaction for large-areasocial applications, Personal and UbiquitousCompution, Vol.13, No.5, pp.379-386, Springer(2009)