第 17 回日本バーチャルリアリティ学会大会論文集(2012 年 9 月)

テレイグジスタンスの研究第 71 報
-主観的視線方向と頭部運動の相関Study on Telexistence LXXI
- Subjective Line of Sight and Head Movement –古川正紘 1)，Charith Fernando1)，家室証 2)，南澤孝太 1)，舘暲 1)
Masahiro FURUKAWA, Charith FERNANDO, Sho KAMURO, Kouta MINAMIZAWA and Susumu TACHI1) 慶應義塾大学 大学院メディアデザイン研究科(〒223-0061 神奈川県横浜市港北区日吉 4-1-1, {m.furukawa, charith, kouta, tachi}@tachilab.org)
2) 東京大学 大学院情報理工学系研究科(〒113-0033 東京都文京区本郷 7-3-1，kamuro@tachilab.org)
Abstract: Operation on hand requires us to gaze at our hand. Telesar5 is designed to achieve such requirement
in a remote place. There is, however, situations that operators have to look down much more if they wear theHMD, because it limits our field of view. So it can be mismatch kinesthetic sense compared with naked eye.
In this paper, we consider using an offset angle around the tile axis of head to transfer user's head movement
to the avatar robot. Experimental result shows the offset angle seems to reduce the posture error while gazing.
Key Words: Telexistence, Master Slave System, Subjective Line of Sight, Gaze

1. はじめに
まるでその場にいるかのような高い臨場感を伝達することで，遠隔作業・遠隔体験を実現することを目指した概念であるテレイグジスタンスを我々は提案している[1]．
特に，目の前のものに触れ把持・操作する際に，実体性のある体験を実現するためには，視聴覚だけでなく触覚フィードバックが求められる．既に我々は，触覚を伝送可能なテレイグジスタンスロボットシステムの実証研究プラットフォームである Telesar5 を構築してきた[2][3]．本稿
では特に手元の作業に不可欠な注視動作に着目し，主観的な視線方向を考慮した頭部姿勢の制御手法について検討
図 1: Telesar5 マスタ・スレーブ外観を行った．
2. 頭部姿勢の制御手法

めには，本来生じるはずの眼球運動を代替する頭部運動が2.1 手元での作業を行う上での課題必要になる．つまり，同一の手元の点を注視しても，HMD触覚は，本質的に身体の能動的な運動を必要とすること

装着時には十分に顎を引く方向に頭部を回転させる必要から，極めて身体的な感覚であるといえる．そこで，が生じる．このことから，HMD を装着し手元を注視すると，Telesar5 は腰から上半身にかけて合計 53 自由度の高い自主観的な視線方向は同一であるにもかかわらず，裸眼時と由度数をもつため，腰部の自由度を用いた覗きこみ動作だ

比較し頭部姿勢が大きく異なりうる．

けでなく，両手を用いた器用な作業を行うことができる．

2.2 スレーブロボットの頭部姿勢制御

手元を注視しながら作業を行う場合，ユーザの目と手のスレーブロボットの頭部位置姿勢 W’ PslaveEye は式(1)で得間に視覚提示系を構成することが望ましいことから，頭部られる．ただしマスタ側の座標系 W からスレーブ側の座標搭載型ディスプレイ(Head Mounted Display: HMD)を用い系 W’へ射影するための変換行列を W’ TW とし，マスタ側のた視覚情報伝達が適している．一方で HMD を介して手元を頭部位置姿勢を W PmasterEye とする．

注視するとき，視野範囲よりも外にある物体を注視するたW'

PslaveEye W 'TW W PmasterEyeりの頭部回転角である．被験者は次の手順で視標を注視す(１)るよう指示を受けた．まず P1 を注視したまま初期姿勢とここで本稿ではマスタ・スレーブ間の姿勢の対応関係を式(2)に基づいて再定義を行い

W’

PslaveEyeOffset を用いる効果

し 5 秒間安静を保ち，次に P2 を 5 秒間注視した．
3.3 結果及び考察について検討する．同式はマスタの頭部姿勢をチルト軸周視標を注視したまま姿勢が安定したと思われる時刻をりにオフセット角を与えることを意味している．例えばθ

選択し，頭部回転角として利用した．計測結果を図 2 右にが正の時，マスタの頭部姿勢に対してスレーブの頭部姿勢示す．横軸は図 2 左における視標位置(P1,P2)を，縦軸は被が下を向くようにオフセット角が定常的に与えられる．本験者の頭部運動を仰俯角で表したものである．負の値は被稿ではこのオフセット角の頭部回転角への寄与について験者が下を向いていることを意味する．裸眼条件は Naked

実験的に明らかにする．

Eye，HMD 装着条件の内オフセット角を含むものを HMD w/

W'PslaveEyeOffset W 'PslaveEye slaveEyeRy ( ) slaveEyeOffset

offset，含まないものを HMD no offset とし，被験者 3 名(２)の平均値をプロットした．エラーバーは標準偏差を表している．

3. 視線移動時の頭部運動の計測

まず視標 P1 を注視している時，裸眼・オフセット角な

3.1 実験条件

し条件において頭部回転はほぼ認められない．一方で，オ視標はマスタ・スレーブともに左右方向に対して中央にフセット角あり条件では平均 15 度程度の仰角が認められ2 個設置した．設置位置は側面図(図 2 左)の通りである．

た．これは，HMD を通して視野中央で視標を捉えるために視標には，背景と十分に色相差をもち明瞭に見分けられるは，与えたオフセット角を相殺する方向に頭部を回転させ色に着色された木製ブロックを用いた．大きさは一辺る必要があったためと解釈できる．

2.5cm の立方体である． マスタ・スレーブ双方ともにロー

次に視標 P2 を注視している時，裸眼条件では俯角平均

ル軸中心から前方に 600mm の位置に P1 を設置した．P1 の25 度程度であるのに対して，オフセット角なし条件では高さはマスタ側であれば眼球に，スレーブ側であればカメ俯角平均 45 度程度であった．このことから，裸眼視に対ラの高さと一致させてある．今回想定している作業領域でして HMD を通して視標を注視する際の頭部回転角が大きある「手元」として，P1 から下方 600mm，手前 100mm に P2く異なることがわかる．これは視線移動が眼球の回転によを設置した．っても行われたためであり，オフセット角あり条件に着目実験条件として，(1)裸眼条件(2)HMD 装着・オフセット

すると，オフセット角なし条件におけるグラフの傾きとほ角なし(3)HMD 装着・オフセット角(俯角 20 度固定)ありのぼ並行を保っていることから，定常的にオフセット角が被3 条件を設定し，被験者内比較を行った．被験者は 24～30

験者の頭部回転角に寄与し続けていることがわかる．その代の健常な男性 3 名で，1 セット目を条件(1)(3)，2 セッ

結果，P2 注視時には俯角平均 30 度と裸眼視条件の俯角 25ト目を条件(1)(2)とし，同一条件を 3 試行繰り返したため度に近い結果となった．つまり手元を注視するという主観合計 12 試行である．各セット内で提示される条件はラン的な視線方向は維持されたまま，裸眼注視時と比較し姿勢ダムである．のずれが低減されたと解釈できる．

HMD は前報の設計[3]に基づき開発された旭光電機社製

4. まとめFSH(画角水平 61×垂直 40 度，解像度 1280×800 pixel)をTelesar5 を用いた手元での作業において，チルト軸回用い，頭部姿勢計測には OptiTrack V100:R2 を用いた．

りのオフセット角を用いた姿勢制御手法を検討した結果，

3.2 実験手順

HMD 装着時に生じる姿勢とのずれを低減する可能性が示さ

計測対象は，P1，P2 を注視する際の被験者のチルト軸回れた．今後は手の能動的な運動を含めて検討する．
謝辞
本研究の一部は科学研究費補助金基盤 A「能動的身体性に基づく臨場感の伝達と遠隔行動」の助成を受けている．

参考文献[1]S.Tachi:Telexistence,

World

Scientific,

ISBN-13

978-981-283-633-5 , 2010.
[2]舘暲，南澤孝太，古川正紘，佐藤克成：テレイグジス
タンスの研究（第 65 報）- Telesar5:触覚を伝えるテレイグジスタンスロボットシステム-，EntertainmentComputing (EC2011)，2011[3]古川正紘，佐藤克成，南澤孝太，舘暲：テレイグジス
図 2: (左)視標 P1, P2 の設置位置

タンスの研究（第 66 報）- Telesar5 のための視聴覚伝(右)注視位置に対するチルト軸回りの頭部回転角

送系の設計-，Entertainment Computing(EC2011)，2011