日本バーチャルリアリティ学会第 13 回大会論文集(2008 年 9 月)

家庭での利用を目的とした VR 調理学習
システムのための固体群操作モデルの検討
Manipulation Model of Group of Individual Bodies
for VR Cooking System舟橋健司 1)，小栗進一郎 2)
Kenji FUNAHASHI and Shin-ichiro OGURI
1) 名古屋工業大学 情報基盤センター(〒466-8555 名古屋市昭和区御器所町, kenji@nitech.ac.jp)
2) 株式会社アルゴグラフィックス(〒103-0015 東京都中央区日本橋箱崎町 5-14 アイデン日本橋ビル)
Abstract: In recent years, researches of an interactive manipulation for a group of individual bodies (i.e. sandand lava) have been performed. We treat a group of individual bodies as one object which is operated, and anew manipulation model of a group of individual bodies is presented in this paper. One of goals of this modelis VR cooking system to use at personal home. Using an experimental system, subjects can move fried rice ina saute pan by moving it. Calculation time is short sufficiently, and time to add many processes for integrated
VR system is remain.
Key Words: a group of individual bodies, VR cooking system, home use

1. はじめにえれば、総合的なシステムとして固体群も扱い、さらに近年、単なる固体だけでなく固体の集まりと考えること様々な処理を同時に扱うことは困難である。のできる対象（例えば砂や溶岩など）に対する対話操作の本論文で提案するモデルは挙動の厳密さではなく、まず、研究が行われている[1,2]。しかしこれらは、粒子法を用体験者が違和感を感じない自然さと処理の高速さを重要いたモデルであり、十分な計算時間が必要となり、一般家視する。また最初の検討として、操作対象の固体群は容器庭向けのシステムへの適用は困難である。本研究では「固に入っているものとし、その容器を傾けることにより固体体群」を「１つの操作対象」として扱うことにより計算時群を操作（移動）することを考える。

間を短縮する新たな固体群操作モデルを提案する。本モデルは家庭での利用を前提とした VR 調理学習システム「バ2.2 曲面近似による操作ーチャルお料理教室」を１つの目的としており、VR システ

まず、個々の固体に作用するそれぞれの力は考慮せず、ムの一般家庭への普及を期待したものである。実験システ

固体群を１つの操作対象として扱い、全体に作用する力をムではフライパンの中の炒飯を、フライパンを動かすこともとに固体群の挙動を近似的に算出する。

により移動することが可能である。計算時間は十分短く、

図１左に示すように容器内に固体群が存在し、容器を図

総合的な VR システムを構築するにあたり様々な処理を追１右に示す通り傾けた場合、固体群の左側の高さを高くし、加する余裕が残されている。

右側の高さを低くする。具体的には、容器に対して水平に格子を配置し、各格子点の高さにより固体群を表現する。

2. 固体群モデル

その上で、図２(1)に示す容器（断面表示）が図２(2)のよ

2.1 前提および方針

うに傾けられた場合に、図中、黒く示す部分の固体群の高

本来、固体群の挙動を厳密に求めるには、個々の固体そさを高くする（図２(3)）。さらに、体積が操作前と等しくれぞれの挙動を考える必要がある。近年は粒子法（例えばなるように全体の高さを低くする（図２(4)）。この黒く示[3]）により流体だけでなく固体の挙動も表現されているした部分を適切な曲面として定義することにより、固体群が、GPU を利用するなどした上で、実験システムとしてリの挙動を表現する。

アルタイム処理が実現されているのが現状である。言い換
171図１モデルの概念図(1)

(2)

(3)

(4)

図２

モデルの概要（断面図）

2.3 変形曲面の算出

図３

変形曲面柱の定義

図４

実験システムの様子

CPU 使用率を表１に示す。この結果から、提案モデルは自前述の曲面を変形曲面と呼ぶ。変形曲面の決定、算出に然と感じられる挙動を表現しつつ、高速な計算が実現でき多大な計算時間を要さないように、半楕円柱とする（図３）。 ていると言える。
具体的に半楕円柱を決定するためには、楕円の長半径（容4. むすび器底面に平行）、短半径（容器底面に垂直）、柱の高さ、容器に対する位置と方向を決定する必要がある。柱の高さ

本研究では、変形曲面による固体群操作モデルを提案し（容器に対して水平方向）は十分な高さとし、容器外の部た。本モデルを利用することにより、厳密な挙動ではない分は考慮しないものとする。方向は固体群に働いている力が、自然と感じられる固体群の挙動を、高速な計算時間に（容器の傾き）をもとに決定し、位置は固体群の重心およおいて表現することが可能である。今後は、固体群の存在び力をもとに決定した方向より決定する。長半径、短半径範囲を容器外にも拡張すること、VR 調理学習システム「バは固体群を１つの対象として考えた場合に働く力学的パーチャルお料理教室」などの具体的なアプリケーションにラメータをもとに決定する。

適用していくことを予定している。

2.4 各種補正

表 1

変形曲面による変形に加えて、微小乱数のノイズにより補間を行い、また凹凸感の表現も行う。さらに、各固体の最小サイズを表現するために、決められた高さ未満の格子点については、その高さ分を隣の格子点に加えることにより、流体ではなく固体群の挙動らしさを表現する。

3. 実験および結果処理速度に関する実験結果

格子点数

CPU 使用率(%)

FPS

331

1%未満

20919

29201519

602021078819

上述のモデルを用いて、PC (1.86GHz, 1GB) 上に実験システムを構築した。容器を移動するための入力装置は、任参考文献

天堂 Wii リモコンを利用した。容器としてフライパンを、[1] 小田康行，村岡一信，千葉 則茂：溶岩流の粒子ベース・ビジ

固体群として炒飯を想定している。描画においては、固体ュアルシミュレーション，芸術科学会論文誌，Vol.2, No.1,
pp.51-60, 2003.

群表面にテクスチャマッピングを行う。描画更新を 20FPS[2] 尾上耕一，西田友是：柔らかい地面上の物体による痕跡の高以下に制限し、固体群を表現する頂点数を変化させて５名の被験者に対して実験を行った（図４）。格子点数 311 以速表示法，画像電子学会誌，Vol.32, No.4, pp.328-335, 2003.

上で、固体群として挙動が自然であるとの評価を得た。ま[3] 田中正幸，越塚誠一：粒子法を用いた赤血球の変形シミュレ

た処理速度に関する実験結果として、格子点数に対するーション，日本流体力学会誌， Vol.26, No.1, pp.49-55, 2007.

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