解説AR（Augmented Reality）のその先──Noise Canceling Head Mounted Display の実現を目指して──

酒 田 信 親Nobuchika SAKATA

先端理工学部電子情報通信課程

准教授

Associate Professor, Electronics, Information and Communication Engineering Course

1．はじめに現在までの AR（Augmented Reality）システムは基本的には実世界と同じ，または実世界以上の表現力をもった視界の提供を目指していた．これら既存の AR システム が 提 供 す る 情 報 支 援 で は，HMD（Head Mounted Display）と 頭 部 装 着 型 カ メ ラ（Head Mounted Camera）を組み合わせたヘッドセットシステムを装着すると「見えなかったものが見え図1るようになる」といったユーザ視界を強化する手法

Noise Canceling Head Mounted Display のコンセプトが一般的であった．これは現在のメガネでいえば近しさを減衰するサングラスの関係と似ている．本稿視用にあたるものであると考えられる．一方で，一では，ユーザにとって重要性が低い視野領域を減衰

般的には様々な用途のメガネがある．例えば，サンするという新しいコンセプトである Reduced Real-グラスでは「眩しくないように」「角膜を紫外線でity を解説する．また，Reduced Reality の概念に基傷つけないように」といった使用法である．そこでづいて自分の視野をコントロールする研究の一例と本研究では，このサングラスのコンセプトを ARして，没入型ビデオシースルー HMD システムを開ヘッドセットシステムに適用することを考えてい発した（図 3）．このシステムでは，HMD の視野内る．このコンセプトの適用により，「過度の視覚情の人のサイズを仮想的に調整し，不適切な対人距離報で気が疲れないように」「現実の視覚情報で心がに起因する違和感を軽減できる．3 章以降で，この乱されないように」「余計な視覚情報を抑えてあるシステムに関して詳説する．

対象に集中するように」といった HMD のあたらしい応用が実現できると考えている．

ビデオシースルー HMD：通常は HMD を被ると装着者は外の視界を得られないが，自身の目の代わ

通 常 の AR 型 HMD と Reduced Reality を 導 入 しりに小型カメラを HMD の前面に取り付ける．そした NCHMD（図 1）の関係は，近視向けメガネと眩て，取り付けたカメラからの外の映像と CG 物体―１―

を重畳して HMD 内に提示することで AR を実現に減衰しても「情報をなんとなく推測可能」となりする．

周囲の状況変化に気付けることも目指している．
スマートフォンのホーム画面のアイコンの並びや2．Reduced Reality

アプリケーション等の設定が個人によって大きく異現在，隠消現実感技術（Diminished Reality，以下DR）の発達なるのと同様に，スマートフォンに比べてもよりによって，映像中のある対象物をパーソナルなメディアである HMD は，より個人のある程度違和感なく消去可能になってきている．し嗜好に基づいた情報を表示する事を求められると筆かし，この DR によって単純に視界中の人やモノ者は予測している．つまり HMD より提供される一を消去すると，人やモノとの衝突の危険性が高まる

人称映像はパーソナルなものなので，将来的に人々と想定される．さらに，例えば「道路標識や看板なは自分の視界，つまり HMD に表示される日常生活どの注意書き」「車や自転車などの移動物体」「話かの風景を自分でコントロールしたくなるのではないけてきた人」等を消去してしまうと視界から得られかと考えている．

［9］
［14］

る情報が減り，社会生活に支障を来すとも想定されこれまで，このような実世界の視界のカスタマイる．そこで，視界中の人やモノを単純に消去するのズは，人が必要とする情報を視界中に重畳するといではなく，見え方や存在感を減衰する手法の適用をう AR の基本的な概念に沿っており，既存研究で考えた．

は視覚情報を強化・付加するものが多かった．しか具体的な減衰の実現方法に関しては，初期段階はし，その個人にとって重要性が低い視界中の領域を

図 2 右のようなボケ，モザイク，モノクロ処理，縮視覚的ノイズとし，それらを Reduced Reality のコ

小表示，半透明の処理を考えている．次段階としンセプトに基づいて視覚上で存在感を減衰することて，人間の注視の引きつけやすさを表す視覚的顕著は，視覚的なマイナスの情報フィルタリングと捉え性に基づいた減衰処理を実装し，適切な視線誘導がられる．現存する例で言えば，電子メールでのスパ可能な減衰映像を生成する．特に他者から自分に向ムフィルタが有用であるのと同様に，Reduced Real-

けられる視線に注目し，それをコントロールするこ

ity は有用であると考えている．とで自分の視界を意図的に他者からの監視環境下へ

前述のように従来の AR 型 HMD と Reduced Re-と設定したり，また，だれも自分に注目していない

ality の機能を持つ HMD の関係は，近視向けメガといった空間に設定したりもする．Reduced Reality

ネと眩しさを減衰するサングラスの関係と似ていのコンセプトに基づき，視覚的ノイズの消去ではなる．このように，AR の研究領域に重要性が低い視く減衰という手法で，日常生活での衝突などの危険覚領域を減衰するという新しいコンセプトを提示可な状況の発生や誘発をさせない．また，図 2 右の様能と考えている．

3．仮想身体サイズによる対人距離のコント
ロール
パーソナルスペース（personal space）は，社会生
活 を 円 滑 に 営 む 上 で 重 要 な 要 素 の 1 つ で あ る．
Robert Sommer は，パーソナルスペースを侵入者が入れないように，その人の身体を取り囲む，見えない境界を持った領域と説明した［1］．また，その領域
図2

Reduced Reality の実装方法

は様々な状況に応じて広がったり縮んだりするとも―２―

述べている．すなわち，自分を取り巻く環境や人が変われば，それに応じてパーソナルスペースの大き［3］さも変化する［2］．また，同じ環境にいる場合でも人によって適切であると感じる距離は異なっている．そのため，常に快適なパーソナルスペースを確保しておくことは困難である．また，エレベータや満員電車などの狭い空間に知らない人と共に入る場合も，自ら動いて対人距離を調節できないため，充図3分な対人距離が確保できずに不快感を覚えることが提案システムイメージ図予想される．本稿では，このように充分な対人距離を確保できない状況を解決する手段として，拡張現この手法が有用であるか検証するため，本研究で実感の技術を利用する．実世界に対して CG を重は HMD（ Oculus Rift DK2［4］Oculus VR 社 ， 解 像

畳する AR の典型的な特徴を生かした手法は 2 つ

度：1920 x 1080, 450 g），深 度 セ ン サ と RGB カ メ考えられる．1 つ目は，ユーザが不快だと感じる距ラ（Kinect for Windows v2, Microsoft 社，深 度 解 像

離に存在している全ての人間をユーザの視界内から

度：512 x 424, RGB 解像度：1920 x 1080, 600 g）で消してしまう手法である．この手法を用いれば対人構成されたビデオシースルー没入型ヘッドセットシ

距離による不快感は完全に解決できるが，ユーザはステムを用いる（本稿ではこれを提案システムと呼視界から消えた人物がどこにいるのかを知ることが称する）．

できない．そのためユーザが他人と衝突する危険が本稿では，提案した手法が有効であるかを検証すあり，日常生活においてこの手法を用いるのは困難るため評価実験を行った．ここからは提案システムであると言える．2 つ目の手法は，ユーザ周辺の人を用いた実験について説明し，その後実験結果と考物を，ユーザが対人距離による不快感を覚えない人察について述べ，最後にこのコンセプトの応用方法物と視覚的に入れ替えてしまう方法である．この手の提案を行う．

法を用いた場合，ユーザは周囲にいる人物が本当は誰なのかを判別できないため，適切な対人距離が取3.1

関連研究れなかったり，不適切な会話によって，適切な社会Bailenson らは，バーチャルリアリティ（Virtual関係を維持できなくなったりする可能性がある．よReality : VR）の 環 境 に お い て も，パ ー ソ ナ ル スってこれらの AR を用いた手法による 解 決 で は，ペースは存在することを確認した［5］．このことは，ユーザが社会生活を円滑に営むことが困難になる可本研究で扱 お う と し て い る AR 環 境 に お い て も能性がある．本研究では，できるだけこれらの社会パーソナルスペースの概念を持ち込める可能性や，関係に影響を与えず，かつ現実感を維持し，そしてその重要性を示している．

対人距離から発生する不快感を取り除く手法を目指す．

また，鳴海らはクッキーなど食べ物の見た目サイズを変更することで，人の満腹感の調節に成功しユーザの円滑な社会生活を保証したまま対人距離た［6］．鳴海らは他にも，中重量物体の明度変更によの問題を解決するため，本研究ではヘッドマウントる持ち上げ作業の疲労度軽減［7］や，クッキーの見たディスプレイ（Head Mounted Display : HMD）の視目変更と匂い提示による味覚操作［8］を実現させてい界内で人物サイズを変更することで対人距離を調節る．これらの研究は AR を用いて人間の認知操作する手法を提案する（図 3）．

を行っており，本研究のコンセプトである視覚情報―３―

の改変による距離感の操作の可能性と有効性を示している．
続いて現実世界の物体を隠蔽・除去する隠消現実感（Diminished Reality : DR）に関する研究を挙げる．ビデオシースルー環境における隠消現実感の実
現には，消したい物体に重畳表示するための隠背景の観測とモデル化が必要である［9］．隠背景の取得方
法には様々な手法が存在し，隠背景を観測するためのカメラを用意する手法［10］や，事前に隠背景を取得しておく手法［11］などがある．清水らは，複数の

図4

提案システム装着図

図5

システム全体の流れカメラとデプスカメラを併用することで，遮蔽物体を除去したリアルタイム合成映像を生成した［12］．
また，本田らはカラー画像と距離画像を組み合わせることで，背景が 3 次元形状を持つときのスマートフォン上での物体除去を実現した［13］．森らはビデオ映像内で事前に取得しておいた画像を重畳表示することで平面上の物体を除去している．その際，光学的な整合性に不具合が生じた場合，周囲の色情報を用いることで不具合を解決できるようにした［14］．
限定された状況であれば隠背景を取得せずに周囲か人物サイズの変更は以下のような手順で実行されら推定することで隠背景画像を作成することも可能

る．提 案 シ ス テ ム は，ま ず Kinect に 内 蔵 さ れ たであり，単純なテクスチャ上の物体を除去する研RGB カメラから画像を取得する．次に Kinect で得［15］た深度情報から，Kinect for Windows SDK の人体検

これらの映像内の遮蔽物除去に関する研究は，後出機能によって画像内の人物領域を認識し抽出す

述の画像修復において今後一部利用する可能性が高る．次に人物領域のみに拡大縮小処理を施し，処理

い．DR 研究の遮蔽物体を画像から除去する技術

後の画像を HMD で出力する．この手順を行うことは，本研究の映像内の人物除去に有用である．ただで，HMD 装着者の視界内で人物の見た目サイズのし，上述の研究のような背景モデルの事前取得や複みが変更される．図 5 に全体の流れを示す．

究などが存在している．

数カメラの事前配置，使用用途の限定は，様々な場画像処理にはすべて OpenCV の機能を使用する．

所での利用を考慮した場合は困難であると予想され単純にサイズを変えたい人物を内包する矩形領域をるので，ユーザが装着したデバイスのみでどこでも拡大すると，矩形領域と背景の間で不整合な部分が使えるよう工夫する必要がある．

生じてしまう．そこで，不整合が生じている背景部分に元サイズの背景を再描画することで整合な背景3.2画像を作成した（図 6）．縮小も同様に人物領域を提案システム

提案システムは HMD，深度セ ン サ，RGB カ メ

内包する矩形領域を縮小し，非人物領域に縮小前のラで構成されたウェアラブルシステムであり（図背景を再描画している（図 7）．しかし，人物サイ4），単純な画像処理技術を用いて HMD の視界内でズを変更すると図 8 左のように，元は人物領域だっ人物サイズを変更する．

た部分を背景として再描画しなければならない状況―４―

サイズに応じてユーザの距離感も変化すると考えられる．これを用いれば対人距離が適切になるよう調節できるため，提案システムは不適切な対人距離から発生する不快感を軽減できると考えられる．

4．実験
本研究は，ユーザの距離感は HMD 視界内の人物
図6

サイズに応じて変化し，対人距離による不快感もそ拡大時れに伴い変化するという前提に基づいている．静止画においては人物サイズの変化によって印象が変化することが知られている［16］が，HMD を装着したユーザはディスプレイを通して相手を見るため，印象変化の傾向が異なっている可能性がある．よって，ユーザが HMD に視界映像を提示された時，現実感をある程度維持したまま不快感が人物サイズによって変化するかを検証する必要がある．そこで，
図7

提案システムの人物サイズ変更により不快感を軽減縮小時可能なことを確認する実験を行う．
4.1

予備実験

初めに，提案システムによりユーザの距離感を調整できるかを確認するための予備実験を行った．予備実験で被験者は 1 人の人物と向かい合い，その人物のサイズを提案システムで変更し，その印象をアンケートで評価した．予備実験の結果から，提案シ

図8

人物サイズが変更されると，元の人物画像に隠 れ て い た 部 分 の 背 景 が 得 ら れ な い（左図）．これを解決するため，提案システ
ムでは元の人物画像領域に画像修復を行い補間している（右図の赤線内部）

ステムが人物サイズを大きくしていくほどユーザはその人物を近く感じ，人物サイズを小さくしていくほど遠く感じることが分かった．また，5 倍や 0.2倍など，あまりに極端なサイズを提示した場合は映が発生する．この領域の画素は背景としては何も情像に現実感を覚えなくなるという結果も得られた．

報を持たず，このままにすると適切な背景を描画でこの予備実験で得られた結果は，提案システムで適き な い．そ こ で 元 の 人 物 領 域 に Navier-Stokes 法

切なサイズ変更を行えば，現実感を維持しつつ見たベースで画像修復を行い，周囲の背景画素から画素目の対人距離が変更可能であり，不適切な対人距離値を予測して補間している（図 8 右）．補間後の画から発生する不快感を軽減できる可能性を示唆して像は不整合感を緩和した背景画像となっているのいる．

で，提案システムではこれを提示画像の背景として4.2用いている．
HMD 視界内で人物サイズのみが変更されれば，―５―

本実験手順

予備実験により提案システムは距離感を調整でき

5）1）〜4）の行程終了後，事後アンケートを行るという結果が得られたため，次に不適切な対人距

う．

離から発生した不快感が提案システムにより軽減できるかを検証する本実験を行った．また，不適切な対人距離が多発する状況は，混雑した場所など多数

4.3

実験条件の人間が存在している場合が多いと想定されるた対象人物 2 人は風貌や身長，威圧感などの不快感め，提案システムは複数人に対しても効果を発揮でを覚える要素を一定にするため，実験を通して同じきなければならない．そのため，本実験では同時に人物に固定している．被験者は 22〜25 歳の男性 142 人のサイズを変更した．本実験は以下の手順で行名，女性 1 名の計 15 名である．提案システムによった．なお，実験を通して被験者は提案システムをる提示サイズは 1.0 倍，0.9 倍，0.8 倍，0.7 倍であ装着している．

る．これらの倍率は予備実験で被験者が，提示される画像によって現実感を失わないと感じた倍率から

図 9 に実験風景，図 10 に実験の流れを示す．

決定している．順序効果を考慮し，倍率を提示する
順番は被験者ごとに変更した．また，被験者がサイ

1）被験者はサイズ変更の対象となる人物（以下ズ変更後の視界に戸惑って評価値に揺らぎが発生す対象人物）2 人と，充分な距離を置いて向かい合う（図 9，図 10 の 1 コマ目）．
2）被験者が不快だと感じる距離になるまで対象人物が接近する（図 10, 2 コマ目）
3）提案システムを用い被験者の視界内で対象人
物 の サ イ ズ を 4 段 階 で 変 更（図 10, 3 コ マ目），各サイズで手順 4）を実行する．
4）被験者は対象人物の印象についてのアンケー
トに回答する（図 10, 4 コマ目）．

図 10

図9

実験風景
―６―

始めに，被験者と対象人物は充分な距離を置いて向かい合う．その後，対象人物は被験者が不快だと感じる距離まで接近する．被験者は提案システムでサイズを変更し，各サイズについて印象に関するアンケートに答える．

るのを防ぐため，被験者にはあらかじめ全てのサイズを一度見せておき，サイズ変更に慣れた状態から実験を行った．印象に関するアンケートでの質問項
目は以下のように定めた．
不快−不快ではない
近い−近くない
圧迫感のある−圧迫感のない気まずい−気まずくない
邪魔−邪魔ではない
現実感のない−現実感のある
違和感のある−違和感のない
項目ごとに左を 1，右を 7 として 7 段階の絶対評価を行う．不快感，近さ，圧迫感，気まずさ，邪魔についての項目は，提案システムの不快感軽減効果を確認するために設定した．現実感と違和感の項目
は，サイズを変更していった場合に視界の自然さはどの程度保たれるかを確認するために設定した．
4.4実験結果

本実験によって得られた評価値をプロットすると，「不 快−不 快 で は な い」，「近 い−近 く な い」，「圧迫感のある−圧迫感のない」，「気まずい−気まずくない」，「邪魔−邪魔ではない」の 5 項目については類似したグラフが得られた．
これらのグラフを図 11 に示す．なお，横軸は評価値，角 括 弧 は 有 意 差（p＜0.05）を 表 し て い る．
また検定手法にはウィルコクソンの符号順位検定を用いた．各サイズでの評価値を見ると，1.0 倍が最

図 11 システムの効果に関する項目（1.0 倍時もデバイスを着用）も低く，そこからサイズが小さくなるにつれて評価値が上昇していき，0.7 倍で最高値を出すという結果が，前述した 5 項目全てのグラフに認められた．

被験者にインタビューを行ったところ，「どれも変また，事後アンケートで最も快適であった倍率を尋わらない」という回答を得た．また，「システムにねたところ，15 人中 14 人の被験者が変更後の倍率

よって不快感が軽減したか」という質問では 14 人である 0.9 倍，0.8 倍，0.7 倍を選択した．その内訳が「はい」を選択した．

は，0.9 倍 が 4 人，0.8 倍 が 8 人，0.7 倍 が 2 人 で あ「現実感のない−現実感のある」「違和感のある−る．なお，変更後の倍率を選択しなかった唯 1 人の違和感のない」の評価値には，前述した 5 項目とは―７―

外れるほど大きく動いたり，システムに正対しない姿勢で写ったりすると人体のトラッキングが外れる場合がある．また，対象人物がユーザから見てほとんど重なった状態で 2 人いる場合もトラッキングが成功しないことがある．システムの効果を向上させるためには人体検出の精度向上が本研究では重要であり，DR 分野等の更なる研究が必要とされる．また，今回使用したビデオシースルータイプのヘッドセットシステムは 1 kg ほどの重量があり，これらのハードウェアに関しても未だ実用には技術的課題が多数存在している．本研究の貢献は，人の見た目サイズを変更することで距離感を調節し，現実感を図 12

できるだけ維持したまま不適切な対人距離による不視界の自然さに関する項目快感を軽減するというコンセプトの提示にある．

異なる形で共通の傾向が見られた．図 12 にこれら現実感と違和感の 2 項目では，他の項目と全く逆のグラフを示す．これらの 2 項目については，0.7の現象が見られた．1.0 倍での評価が最も高く，サ倍での評価が最も低く，サイズが大きくなるにつれイズを小さくするほど評価値が下がっていった．先て上昇していき，1.0 倍で最高の評価値を示すとい行研究［17］では現実感の項目にこれほど大きな差はう共通点があった．

見られず，どのサイズでも似た評価値となっていた．この違いの原因として考えられるのは，使用し5．考察たデバイスの違いである．本研究で用いたデバイス

提案システムの不適切な対人距離から発生する不は，先行研究と比べて解像度とユーザの視野角が向快感を軽減する効果を確認するために設定した 5 項

上しており，より現実の視野に近い状態となってい目は全て同様の傾向を示し，サイズが小さくなってる．その結果，絶対評価をしているものの，被験者いくほど評価値が上昇した．この結果から，提案シは 1.0 倍での現実感を基準に他サイズを比較してしステムは不適切な対人距離により発生した不快感をまい，相対的に評価値が下がってしまった可能性が軽減できると言える．また，対象が複数人であってある．また，現在のシステムは単眼システムとなっもその効果は発揮されることが分かった．事後アンており，両眼視差による立体視を提供していない．

ケートで，ほとんどの被験者が最も快適な倍率とし今後デバイスの改良を進めて立体視を実現すれば，て 1.0 倍以外を選択したことも提案システムにより1.0 倍での現実感はさらに向上すると考えられ，他状況が改善されたことを示している．

サイズでの現実感は相対的にますます下がっていく

提案システムは，現状では非常に簡単な画像処理しか用いていない．それでも不快感を削減できたこと考えられる．そのため，縮小時の現実感を向上させることが今後の課題である．とに大きな意味があると我々は考えている．今後

また，事後アンケートの自由記述の項目で，0.7は，関連研究で挙げた隠消現実感など，高度な技術倍まで小さくすると距離が遠くなったのではなく，と組み合わせることができればさらに大きな効果が目の前に小さな人がいる感覚になると回答している

期待できると思われる．

被験者がいた．ユーザが社会生活を円滑に営むため

ただし現在のシステムでは，対象人物が視界からには，ある程度の現実感が必要であると考えられる―８―ので，不快感軽減と現実感損失のバランスが取れる倍率を探っていくことも本研究では重要であると考7．おわりに本稿で紹介した Reduced Reality のコンセプトをえている．

基に開発された仮想身体サイズによる対人距離のコ

6．NCHMD の提案

ントロールが可能な NCHMD は，視野中のすべて提案コンセプトは，はじめに述べた AR の典型の人を消したりする DR の手法や，他の人に置き手法とは異なり，ユーザ周囲の情報を大きく損なう換えたりするような典型的な AR の手法とは異なことなく対人距離による不快感を軽減できる．そのり，視覚情報を大きく変化させることなく，不適切ためユーザの社会生活を阻害する可能性は低く，な対人距離による不快感の軽減ができた．
今回の実装では 2015-2016 年当時の技術を使い，ユーザが動けない状況だけではなく，歩いている場深度カメラからの距離情報に基づいて人物領域を切合への応用にも期待できる．
前章の実験後，被験者にサイズ変更対象に衝突すり抜いていた．2022 年現在では，ディープラーニる可能性はあるか尋ねたところ，「その可能性は低ング技術の発展により，学習済みネットワークを使い」という感想が複数人の被験者から得られた．衝

えば，人物領域の切り出しだけでなく，セグメン突の可能性が低いことが今後実証でき，デバイス面テーションやラベリングも実時間で行えるため，よでの問題が解消すれば，提案コンセプトはユーザがり高度な NCHMD を実現できると考えている．ま動いている状態でも有効になると我々は期待していた今後は，デバイスの大きさや重さの問題が解決さる．

れれば，電車や小さなエレベータなどの人混みの中現状の簡易なシステムでも，複数人を対象に不適でも使えると期待している．

切な対人距離を調節する効果が認められたことか
ら，我々は本研究で検証したコンセプトのアプリケーションとして「ノイズキャンセリング HMD」を提案する．近年，ノイズキャンセリングヘッドフ

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ノイズキャンセリングヘッドフォンは，ユーザが周囲の雑音によって不快感を覚えたときに装着され，Vol.2, pp.41-49, 1985

［ 3 ］ 鈴 木 晶 夫：パ ー ソ ナ ル・ス ペ ー ス の 基 礎 的 研 究（1），早稲田大学人間科学研究Vol, 1, No.1, 1988

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virtual environments. , Personality and Social Psychol-

ことで，それと似た支援が可能になると考えている．ユーザが不快に感じる距離に他人がいる場合，ogy Bulletin, Vol.29, No.7, pp.819-833, 2003.
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ユーザにとってより快適な状態にできる．これは言Interaction, 2012

わば視覚的なノイズキャンセリングであり，実環境［ 7 ］ 鳴海拓志，伴祐樹，藤井達也，櫻井翔，井村純，谷川智洋，廣瀬通孝：拡張持久力：拡張現実感を利用での使用に耐えうるデバイスができれば，「ノイズした重量知覚操作による力作業支援，日本バーチャキャンセリング HMD」として期待できる（図 1）．

ルリアリティ学会論文誌，Vol.17 No.4, pp.333-342,
2012 年 12 月．
［ 8 ］ Narumi, T., Kajinami, T., Tanikawa, T., and Hirose, M.

―９―Meta cookie.

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VoL 19, No.2, pp.105-116［14］ Shohei Mori, Akifumi Komukai, Fumihisa Shibata,

実在する物体を視覚的に隠蔽・消去・透視する技術

Asako Kimura, and Hideyuki Tamura： Effective Useについて（〈特集〉複合現実感 5）．日本バーチャルof Planar Structure of Hidden Area and Surrounding

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カメラを用いたリアルタイム領域抽出による隠消現
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― １０ ―

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