情報処理学会 インタラクション 2016
IPSJ Interaction 2016

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マトリックス RFID リーダと姿勢検知パッシブタグ連動型 VR システム飯塚 直亮†1
野口 正寿†2

柴原 直也†1
佐伯 典貢†2

樋渡 和憲†1
岩井 将行†1

概要：近年，RFID などの無線通信による情報読み取り技術が発展していく中で電子マネーや社員証などの非接触型のデバイスが多く増えている．こうした技術で，リアルタイムでの情報読み取りが可能になっている．またその情報を仮想空間に送ることによって実空間と仮想空間の連携が容易に行えると考える．既存の実空間と仮想空間での連携を行うサービスとして多くのものは画像認識を用いて対象物の認識を行っている．画像認識を用いると機材が大きくなり搬入が困難になる場合がある．また，対象物が傷付くと上手く認識の動作が働かない可能性がある．そこで本研
究では，格子状にアンテナを配置したマトリックス RFID リーダと姿勢検出のできる RF 帯センサ付き無電池タグを開発してタグの姿勢情報を元に実空間と仮想空間の連携システムを提案する．

Matrix RFID Reader andAttitude Detectable Passive-Tags Linked VR System
NAOAKI IIZUKA†1 NAOAYA SHIBAHARA†1 KAZUNORI HIWATASHI†1NORITSUGU SAEKI†2 MASATOSHI NOGUCHI†2 MASAYUKI IWAI†1Abstract: In recent years, non-contact devices, such as electronic money and an employee ID card is increasing number in theinformation reading technique according to wireless communication by evolving RFID technologies. Among these technologies,
which enables the information read in real time. Also considered to be performed easily to cooperate in the real space and virtual
space by sending the information to the virtual space. Many things as services that existing in the real space that is currently thecooperation in the virtual space is performed recognition of the object by using image recognition. When using image recognition,equipment become large. Therefore carrying will be difficult. In addition, there is a possibility that the operation of the recognition
does not work properly when the recognition object damaged. In this study, we have developed a non-battery-tagged RF band
sensor capable of lattice-like matrix RFID reader and the attitude detection was placed antenna, we propose a cooperation systemof the real space and virtual space and orientation information of the tag to the original.

1. はじめに
1.1 本研究の背景
近年，RFID などの無線通信による情報読み取り技術が発展していくことで電子マネーや社員証などの非接触型のデバイスが多く増えている．その中で，リアルタイムでの情報読み取りで実空間の状態をより仮想空間に送ることがっているサービスの例として，株式会社 SEGA が画像認識を用いて連携を行っているものがある[3]．
画像認識で連携を行う場合，ゲームを行うための筐体が大きくなってしまうことや認識する対象物が傷付くと正常に読み取りが行えないなど問題が生じる．
そこで我々は，RFID 技術を用いた物体の位置情報と共に姿勢情報を認識できる技術を開発した．

できるようになりつつあると考える．
RFID 技術で実空間内にある物体等の認識はパッシブタ

1.2 本研究の新規性

グを用いる手法[1]とアクティブタグを用いる手法[2]があ本研究では，センサを内蔵した無電池式 RFID（以下，パる．前者後者共に，物体の位置に関する情報を認識できるッシブセンサタグ）を開発した．仮想空間と連携するためがタグ自身の状態を認識できるわけではない．また，後者に電子コンパス等のセンサを内蔵させ姿勢情報を取得可能の場合はアクティブタグを利用しているので自身に電池をにした．また，パッシブセンサタグの位置情報の取得と給内蔵しているためサイズが大きくなり，また電池の交換な電を行うためのアンテナをマトリックス（格子）状に配置どの手間がかかるものであった．さらにタグ 1 つに対してした特殊アンテナの開発を行った．のコストが上昇する．
また RFID 無線通信以外で実空間と仮想空間の連携を行

実空間のタグ姿勢をパッシブセンサタグで取得し，Unity[4]で開発したアプリケーションへ情報を送ることに†1 東京電機大学
Tokyo Denki University.
†2 タカヤ 株式会社
TAKAYA Inc.

© 2016 Information Processing Society of Japan421

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よって仮想空間に別オブジェクトとして表示をして連携を行う．また，実用的なデモアプリケーションを作成して実161C63
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図2

マトリックス RFID リーダの実物

Figure2

Real matrix RFID reader.

用性を示す．

2. 姿勢の定義
本研究でのパッシブセンサタグの姿勢の定義を以下に示す．姿勢情報とは，「デジタルコンパスセンサによる方位，ジャイロセンサによる回転角度から求められる向きの情報」と「加速度センサによる反転及び傾きから求められる表裏情報」のことを指すものとする．また，パッシブセンサタ
グの初期姿勢の登録は方位の補正値で行う．
例. E007A200000009DA,-2406,22

図3

マトリックス RFID リーダの実物

Figure3

Real matrix RFID reader.

左から，パッシブセンサタグの UID・x 軸の方位角の補正値・y 軸の方位角の補正値となっている．方位角の z 軸

リーダは，アンテナの交差部での認識でマス目上の位置の補正値を定めない理由として，表裏の判定は加速度で行を持っている．パッシブセンサタグをリーダ上に置くことっているためである．

によってそのタグの姿勢や格子状での位置の情報を取得で3. ハードウェア構成きるものとなっている．リーダ上に複数のパッシブセンサ実空間の情報を送る上での RFID リーダとセンサ付きRFID タグについての説明を以下で示す．
3.1 マトリックス RFID リーダ
本研究ではセンサ付き無電池タグの情報を読み取るための特殊な RFID リーダ（以下，リーダ）を用いる．
リーダの図面を図 1 に，実物を図 2，図 3 に示す．
図面では縦と横のアンテナ本数は任意の数であること

タグが置かれても，それぞれの姿勢と位置情報が取得できるため最大で 16 個まで同時に読み取ることが可能である．
3.2 センサ内蔵無電池 RF タグ
実空間の情報を持つオブジェクトとして本研究では，姿勢情報を取得できるパッシブセンサタグを用いる．
パッシブセンサタグを図 4 に示す．

を示している．本研究のリーダは 4×4 で作成した．

図4

パッシブセンサタグの実物

Figure4

Actual passive sensor tag.

パッシブセンサタグには姿勢情報の取得必要な，デジタ
図1

マトリックス RFID リーダの図面

Figure1Drawings of matrix RFID reader.

ルコンパスセンサ・ジャイロセンサ・加速度センサの 3 つが内蔵されている．
またパッシブタグなので，タグ自身は電力の供給源を持っておらずリーダに置くことによってリーダから電力の供給が行われてセンサの起動を行う．パッシブセンサタグ自身に電力供給源を持たせないことにより，軽量化と簡素化が可能になる．

4. フィジカル VR 連携システムの構成
前項で述べたハードウェアを用いた VR 連携システムに© 2016 Information Processing Society of Japan422

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ついての説明を以下で示す．
4.1 VR 連携システムの構成
本研究のシステムは，タグ情報読み取りアプリケーションとタグ情報表示アプリケーションの 2 つのアプリケーシ
ョンによって構成されている．2 つのアプリケーションの連携については，UDP 通信を用いてパッシブセンサタグの位置情報と姿勢情報を受け渡すことに行われている．
アプリケーションを切り分けた理由として，UDP 通信を図6

アプリケーション起動時の画面用いることによってマルチキャストで同じタグ情報読み取

Figure6

Screen of the application startup.

りアプリケーションから複数のタグ情報表示アプリケーシ
ョンに対して情報の受け渡しが可能になるため将来的に多人数での連携が行えるからである．
4.2 タグ情報読み取りモジュール
このアプリケーションではリーダに対して，設置されているパッシブセンサタグの情報を読み取る命令を送るものである．Visual Studio で C#を用いてアプリケーションの開発を行った．
定期的にリーダに対して自身の現在状況を認識させ，パ

図7

タグが置かれた時の画面ッシブセンサタグが置かれていた場合パッシブセンサタグ

Figure7

Screen when the tag is placed.

自身の情報をさらに取得させるといったフローになっている．前項で述べた姿勢の読み取りを行う．それに加えて，

本研究では，リーダの盤面を部屋の床にパッシブセンサ

パッシブセンサタグがリーダ上での 4×4 のマス内でどこタグを家具と例えて仮想の部屋をリーダ上から仮想の部屋のマスに属しているかの情報がリーダを使うことによってのレイアウトを操作するというデモアプリケーションを作わかる．それぞれの情報を，方位角と回転角からパッシブ成した．

センサタグの向いている向き，加速度から表裏，マス目か実空間の情報を元に仮想の部屋のレイアウトを操作すら自身の位置を json 形式で UDP 送信し続けるアプリケーるというアプリケーションは，株式会社ネクストが行ってションになっている．読み取れるデータを図 5 に示す．

いる GRID VRICK[4]がある．GRID VRICK では LEGO(R)
ブロックを家具に見立ててブロックを配置することによって仮想の部屋のレイアウトを操作するというものである．
カメラを用いてブロックの色と向きを取得して，対応した家具の表示を行っている．LEGO(R)を用いて表現しているため向きの自由度が低いものである．しかし，このアプリ
ケーションの場合はパッシブセンサタグの向きを元に家具の向きを指定しているため向きの自由度が高いものになっている．パッシブセンサタグの情報の取り扱いは，表 1 に示す．

図5
Figure5

パッシブセンサタグから取れるデータ一覧
Data list that can be taken from the passive sensor tag.

表1

パッシブセンサタグ情報と家具情報の関係

Table1

Relationship of passive sensor tag information andfurniture information.

タグ姿勢情報に基づく VR 表示変更アプリケーション

UDP で送られる情報

家具での情報このアプリケーションでは，タグ情報読み取りアプリケ

マス目上の位置

部屋の中での位置ーションが UDP で送っているリーダの現在状況を受信し向き家具の向きて仮想空間に対してフィードバックを行うものである．

表裏

家具の色

Unity を用いて開発を行った．

UID

家具の種類

アプリケーション起動時の状態を図 6 に示す．
また，タグが置かれた状態を図 7 に示す© 2016 Information Processing Society of Japan423

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仮想の部屋に配置可能な家具を図 8 示す．

図8Figure8

配置可能な家具のモデル
Model that can be placed furniture.

また，家具のモデルデータは Unity の AssetStore からダウンロードしたものを使用した．
UID によって表示している 3D モデルを変更しているので，3D モデルであればどんなものでも問題ないので家具以

図9

タグを置いた時の状態の連携

Figure9

Coordination state when placing the tags.

図 10

図 9 の状態からタグを回転させた状態外にも人間のモデル等を表示させることは可能である．
4.3 VR 連携システム
4.3 内で述べた通り，本研究では Unity 内の仮想の部屋と実空間のリーダ上の状況を連携させている．タグ情報読み取りアプリケーションが UDP でタグの情報をタグ情報表
示アプリケーションに送ることによって実空間の VR 連携システムが成り立つ．実空間のリーダを仮想空間の部屋の床に，パッシブセンサタグを家具にそれぞれ連携させている．
実空間と Unity の仮想空間の状況を図 9～11 に示す．図中右側が実空間，左側が Unity の仮想空間である．
TODO:画像の差し替え

Figure10 While rotating the tag from the state shown in FIG. 9.

© 2016 Information Processing Society of Japan424

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図 12
Figure12

パッシブタグの個数に対しての同期遅延時間
The synchronization delay time with respect to thenumber of passive tag.

仮想空間での視点はユーザが操作可能になっている．切り替えられるユーザの視点は中央からの視点・部屋の 4 隅・
図 11
Figure11

別視点から見た状態

When viewed from a different perspective.

課題点として実空間と仮想空間の情報送信から状態の同期をするタイムラグについては，置かれているパッシブセンサタグの数が増えると比例してタイムラグが増える傾天井からの見下ろしとなっている．中央からの視点時のみ周辺の見渡しが可能である．

5. 展示会での評価
本研究で作った VR 連携システムは，2015 年 9 月 16 日

向にある．リーダにパッシブタグを置いた時の同期までに～9 月 18 日に行われた自動認識総合展で展示を行った．展

要する時間に関するグラフを図 12 に示す．原因として，パ

示会では，他の出展企業や展示会に来られたユーザからッシブセンサタグ自身への電力供給をリーダから行ってい様々なフィードバックを受けた．てパッシブセンサタグ内のセンサを起動するのに約 0.5 秒要し，それに加えてセンサの情報を取得する過程でセンサ5.1 ユーザの意見自身が情報を取得するのに約 0.2 秒要する．そのため，リ一番多く受けた意見として，パッシブセンサタグを置いーダがパッシブタグの情報を取得するのに多くの時間を要た時の仮想空間でのフィードバックの遅延についてだった．

するためである．また，パッシブセンサタグの情報読み取展示会に出展した時の UDP 送信のフローは，「リーダ上にりは同時に複数個行えず必ず 1 つずつになってしまうのも置いてある全てのパッシブセンサタグのセンサ情報を読み原因の 1 つである．

取ってから情報送信を行う．」というものであった．

またリーダの仕様上，格子状に設置されているアンテナ

このフローだとパッシブセンサタグの数が増えると，全パ1 つずつパッシブセンサタグの情報読み取りを行うため単ッシブセンサタグの情報を取得し終えるまでの時間がタイ

一の読み取りに関しては高速であるが全アンテナの読み取ムラグになってしまうため即座に反映されないことに違和りが終わる状態になるためには最短で「パッシブセンサタ感があるというものであった．

グが置かれていない時の読み取り時間（約 0.3 秒）×8（アンテナの本数）」となる．

その他に受けた意見として，部屋の間取りを再現しているのにもかかわらず視点の自由度が少ないというものであ

アンテナ状にタグがある場合読み取り時間が，タグ 1 つった．GRID VRICK は，ヘッドマウントディスプレイを用につき約 1.3 秒かかるので置かれている個数が多いほど比いて仮想空間で作られた部屋を歩き回れるのに対してこの例して同期するまでの遅延時間が生じる．

アプリケーションは中央からの視点以外では固定での視点になってしまっているため視点の自由度が低いものである．
5.2 アプリケーションへのフィードバック
意見を受けた中で，仮想空間でのタイムラグについて即座に修正するべきと考え UDP の送信フローを新しく考え直した．新しいフローでは，「タグ情報を読み取った時点で© 2016 Information Processing Society of Japan425

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情報送信を行う」というものである．このフローの場合，パッシブセンサタグの個数が増えたとしてもそれぞれの仮想空間のタグ情報の反映は比較的高速になる．しかし，パ

2) 長坂康史，金子尚人:アクティブ RFID 技術を用いた移動体位置推定アルゴリズムに関する研究, 広島工業大学紀要研究編,第 43巻 pp.299-304（2009）.

ッシブセンサタグが置かれている状態から置かれていない状態になった時の反映させる全体の同期部分が遅くなって

3) 画像認識技術をつかったアーケードゲーム
http://cedec.cesa.or.jp/2009/ssn_archive/pdf/sep2nd/SP19sega.pdf

しまう問題が起こった．この問題に関しては，ハードウェ
4) Unity3d
http://unity3d.com/jp/5?gclid=CjwKEAjwh8exBRDyyqqH9pvf1ncSJA
Au4OE3oz98pSgL7hui3vqTHyLpercRbL012NlYhTWK4pQphoCI0Tw_wcB

アの仕様も兼ねて今後解決していく課題である．

6. おわりに

5) GRID VRICK（グリッドブリック）－株式会社ネクスト
ジニア Blog
http://nextdeveloper.hatenablog.com/entry/2014/11/05/195845

今後の展望を以下に示す．
—

タイムラグがあり実空間の状況を即座に仮想空間に表現できていないので UDP の送信方法等多方面からの解決案の提示．
—

6) Gear VR Innovator Edition for S6 | ウェアラブル | Galaxy
http://www.samsung.com/jp/product/SM-R321/#gallery

現在のタグ情報表示アプリケーションが PC でのアプリ

ケーションになっているが Android などの端末で表示を可能し，Gear VR[5]のようなヘッドマウンドディスプレイでの表示．
—

仮想の空間を部屋以外に見立てて，実用的なゲーム（将棋やオセロなど）の作成．
—

複数タグ表示アプリケーションでタグ情報読み取りア

プリケーションの UDP のソケット受け取りを行い複数端末での連携．
我々は，本研究においてセンサを内蔵した無電池式 RFIDを開発し．仮想空間と連携するために電子コンパス等のセンサを内蔵させ姿勢情報を取得可能にした．また，パッシ
ブセンサタグの位置情報の取得と給電を行うためのアンテナをマトリックス（格子）状に配置した特殊アンテナの開発を行った．
リアルタイムでの実空間の情報をパッシブセンサタグで取得し，Unity で開発したアプリケーションへ情報を送り仮想空間でフィードバックを行い仮想空間と実空間の連携を可能にした．
また，自動認識展においてアプリケーションを作成しフィードバックを得ることに成功し，実用性を示した．
また，特許の出願を行った．（識別番号100109221

特願2015-207088）
謝辞

本研究に対し様々な発想と提案を頂いた

TAKAYA 株式会社様に感謝いたします.また,本論の研究を手伝って頂いた東京電機大学未来科学部情報メディア学科
実空間コンピューティング研究室の皆様に感謝いたします．

参考文献
1) 中村英生，桑原義彦，石田和生，甲斐正義:パッシブ RFID タグの位置推定,電子情報通信学会技術研究報告. A・P, アンテナ・伝
播 109(218), pp.85-90 (2009)© 2016 Information Processing Society of Japan426

エン