２０２３ 年 度

修士論文概要

主査

舟橋健司

副査

佐藤淳

研究室

舟橋研究室

入学年度

2022 年度

学籍番号34414012

氏名

稲垣正太郎

論文題目

パノラマ 360 度画像の HMD 視聴における静的及び動的な視線方向制御と不快感の軽減 (Static anddynamic eye direction control and discomfort reduction in viewing panoramic images with HMD)

1

はじめに

(a)

(b)

𝑣
180°𝑣′𝑓(𝑟)

近年の HMD の普及により多くの人が自宅で VR コンテンツを楽しんでいる．自宅では座った状態で利用𝑑(𝑟)されることが多いが，人間の首腰の可動域から後方視

𝑒 𝑟 =𝑟90°

認が困難である．そこで当研究室ではこれまでに，椅
𝑟!

𝑎子に座った状態での HMD 利用時の後方視認を容易化する “視線方向誇張手法” を提案している [1]．視線方向の角度をプログラムで誇張し，実際の視線方向と異0𝑎90°𝑟

なるより後方の風景を HMD に提示することで，腰を浮かせずとも容易に後方視認ができる．本研究ではこ図 1: (a) 実視線方向と仮想視線方向の例，(b) 視線方の視線方向誇張手法をもとに３つの新たな提案を行う．

向誇張手法の概念図

一つ目は “シグモイド関数誇張” である．これまでは座位を前提にしており視線方向が一周することを想定しこの b を “変化量”，c (c ⊆ N ) を “変化方法” と呼ぶ．ていなかったため，後方付近で視線方向の角度を滑ら式 (1) における加減算符号は右回旋の時は加算，左回旋かに接続することで，一周できるようにする．二つ目の時は減算として計算する．実験では誇張 (c, a) のようは動的な視線方向誇張である．首の回旋速度が速いとにパラメータ c と a を変えることでいくつかの誇張パきに，角速度に応じて誇張量を変化させる．首の回旋ターンを用意した（図 2(a)）．変化点の角度が大きく速度が速いときにいち早くより後方の風景を視界に入なるほど満足度が低く，低次で直線に近い誇張が好まれられるようにする．最後はベクション誘発による不れることが確認された．また，通常の状態（誇張なし）快感の軽減である．視線方向誇張時にパーティクルをでは後方が見えにくいが，誇張により後方が見やすく提示し意図的にベクションを誘発することで不快感のなったとの感想が得られており，視線方向誇張手法の軽減を試みる．

有用性が確認できた．

2

視線方向誇張手法の基本

3

シグモイド関数誇張

見ている方向を視線方向と呼ぶが, 本手法では特に，前節で述べた視線方向誇張手法は，視線方向が水平にHMD に関わらず実際の顔の向きを “実視線方向”，プ一周することを想定していない．しかし家庭での座位にログラムにより HMD に表示する風景の向きを “ 仮想おいても，時には姿勢の変更や回転する椅子により 90

視線方向” と呼ぶ．仮想視線方向は，本来は実視線方向度より後方に顔を向けることもあるかもしれない．そこと等しいが，本手法では視線方向の角度を誇張して実で，前方付近では直線に近く後方付近では傾きが小さく視線方向と異なる仮想視線方向の風景を HMD に表示

なるシグモイド関数による誇張を試みる（図 2(b)）．シする（図 1(a)）．仮想視線方向が実視線方向と異なりグモイド関数誇張は，実視線方向の角度 r 度 (−180 ≤始める角度を “変化点” と呼ぶ．実視線方向の角度を rr ≤ 180) に対して，仮想視線方向の角度 v = h(r) 度度 (−90 ≤ r ≤ 90)，仮想視線方向の角度を v = h(r) 度(−180 ≤ v ≤ 180) を以下のように表す．

(−180 ≤ v ≤ 180)，変化点の角度を a 度 (0 ≤ a ≤ 90)v = h(r) =として以下の式を考える（図 1(b)）．
{v = h(r) = e(r) = r (|r| ≤ a)v = h(r) = f (r) = r ± b|r − a|c(|r| > a)

(1)

360
− 180
1 + egr(2)

ゲイン g は例えば，関数 h(r) の原点付近での傾きが，以前の実験で最も評価の高かった誇張 (1,0) の傾きと等しくなるように g = −0.025 とする．

(b)

180

180

165

165

150

150

135

135120120

仮想視線⽅向の⾓度

仮想視線⽅向の⾓度

(a)

105
9075
60

150

90②

𝑟

60

60

30151530①-330-300-270-240-210-180-150-120-90-60-30

0030

456075実視線⽅向の⾓度

90

𝒅𝟐

75

45

15③12090300𝑣 = ℎ(𝑟)④180ℎ 𝑟105450v

𝑣

01530

45607530

r
60

90120

150

180-3090実視線⽅向の⾓度-60-90

図 2: （a）視線方向誇張における誇張パターンの例（左図 3: 動的視線方向誇張の概念図-120から誇張 (1,0)，誇張 (2,30)），（b）シグモイド関数誇張-150

いて −ω で回転している．視線方向誇張時には，HMD-180

4′

内の風景は −h (r)ω で回転する．そこで，以下のよう動的視線方向誇張にパーティクルを描画する．ただし，ω = 0，すなわち利用する VR コンテンツによって首を動かす速度は変わる．そこで，これまでの視線方向誇張をベースに首の角加速度に応じて動的に視線方向を誇張する．時
刻 t における首の向いている角度，すなわち実視線方視線方向が回旋していないときは表示しない．

1. 仰角（俯角）が上下ともに HMD 座標系で θ1 ≤ θ ≤θ2 の領域を右回旋または左回旋する
2. HMD 座標系において角速度 −ω/h′ (r)ϵ 相当で移向の角度が r(t)[deg] であるとき，首の角速度は ω(t) =r′ (t)[deg/s] と表せる．また，首の角加速度は β(t) =ω ′ (t)[deg/s2 ] と表せる．ここで，ζ ′ を定数，画面のリフレッシュ間隔を ∆t として，ζ = ζ ′ ∆t[s2 ] と定義する．

動する（ϵ は定数)

3. およそ 5.5m の距離に対して直径 10cm の大きさ
4. 上下合わせて同時に γ 個が被験者の周りに存在する（HMD の水平視野はおよそ 90 度であり，およこの ζ は動的に視線方向を誇張する度合いを示しており，ζ ′ はシステムのリフレッシュ間隔に応じて決定するパラメータである．この ζ を用いて動的視線方向誇張における仮想視線方向の角度 v を以下のように表す．

v = h(r) + ζβ(t)(3)

首の角速度が増加しているときは d2 = ζβ(t) が大きくなり，従来の視線方向誇張 h(r) から乖離し，より後方を視認できる．一方で，首の角速度が減少している
ときは d2 がマイナスになり乖離した分が少なくなってh(r) に再び近づく．例えば仮に v = h(r) = r であり，r = 0 の時点で首の角速度が ω であるとする．そこから首が等角速度で回旋した場合，v はそのまま線上を動1 ）．一方で角速度が増加した場合，v は h(r)く（図 3○2 ）．乖離したのち，角速度が一定から乖離する（図 3○3 ）．もし角速度のときは傾きは h(r) と等しい（図 3○4 ）．
が減少した場合には h(r) に近づく（図 3○5

ベクション誘発による不快感軽減
被験者の周囲を水平円運動する白色不透明のパーティ

クルを半透明な尾を引くように HMD 内に表示して，実そ γ/4 個が視野内に存在する）

5. 透明度 α で，δ 秒分の軌跡の尾を引く

6むすびシグモイド関数誇張では，顔が真後ろを向いたあたりで滑らかに一周できることを確認した．しかし一方で，姿勢変更や椅子の回転により実際の後方へ首を向けているときに，従来の誇張方法に比べて強い不快感を感じることも分かった．動的視線方向誇張では，素早く視線方向を合わせられることが確認できた．ベクション誘発による不快感軽減では，HMD 内の風景の動きが首の動きよりも緩やかな場合において，不快感を軽減できた．シグモイド関数誇張にパーティクルを適用したところ，少ない違和感で視線方向を一周できることが確認できた．今後の課題として，動的視線方向誇張における動的誇張度合いの精査が挙げられる．また視線方向誇張手法を実際に利用されている VR サー
ビス，コンテンツに適用し，長期的に利用してもらうことで新たな課題の調査や本手法の有用性についての評価を行いたい．

視線方向の変化を適切に感じられるようなベクションを参考文献誘発させる．コンテンツの視聴を妨げないように，パー[1] Seitaro Inagaki, Kenji Funahashi, “Easy rearward

ティクルの表示位置や大きさを適切に設定する必要がvisibility by the control of eye direction in viewing

ある．実視線方向の角速度がグローバル座標系において ω であるとき，HMD 内の風景は HMD 座標系におpanoramic images with HMD,” ACM SIGGRAPH
Posters, 2022.