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

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回転移動を模したテクスチャ表示機能をもつ球体型移動ロボット
土田 修平1,a)

竹森 達也2,b)

寺田 努1,3,c)

塚本 昌彦1,d)

概要：人と移動ロボットを組み合わせたパフォーマンスを設計する際には，求められる機能や形状を考慮しなければならない．しかし，要求に対して機構の実現が難しい場合がある．本論文では，身体パフォー
マンスにおいて広く用いられているボールと同じ形状である球体型移動ロボットを想定する．球体型移動ロボットには，高い俊敏性や球体特有の転がるといった動作が必要となるが，そのような特徴をすべて備えた球体型移動ロボットは著者らの知る限り存在しない．そこで，本論文では移動性能の高い車輪型の全方位移動ロボット上に球状 LED ディスプレイを搭載し，球体特有の動きを聴衆に錯覚させる機能をもつ
移動ロボットを提案する．提案システムのプロトタイプを用いた実験結果から，提案手法により球体の転がりを十分に錯視させられ，演出の幅を広げられることがわかった．

Sphere-shaped Mobile Robot
with Function to Imitate Rotational Movements
Tsuchida Shuhei1,a)Takemori Tatsuya2,b)Terada Tsutomu1,3,c)Tsukamoto Masahiko1,d)Abstract: When designing a performance with both people and mobile robots, we must consider the functions and the shape required of the robot. However, it can be diﬃcult to actualize the required functions.
In this paper we will assume a sphere-shaped mobile robot with the same shape as the balls widely used inphysical performances. A sphere-shaped mobile robot needs to be highly sensitive, to get easily self-position,and to be able to roll as characteristic of spheres. However, no sphere-shaped mobile robot with all of thesecharacteristics currently exists as far as we know. Therefore, we propose a mobile robot that can give theaudience the illusion of the unique movement of spheres by equipping a spherical LED display on a highagility mobile wheeled robot. From the results of the experiment using our proposed system prototype, we
found that we are able to broaden the existing range of performances by giving the illusion of the rolling of
spheres through our proposed method.

1. はじめに務めるもの [1]，踊る人型ロボット [2]，ファンタジーの世界に登場するキャラクターを模したもの [3]，人とカメラの

近年，人と移動ロボットを組み合わせた様々な舞台パ

間に割って入る演出に利用されるもの [4]，演者の動作に合

フォーマンスが見られる．壇上にいない出演者の代わりをわせて移動する人よりも大きなもの [5, 6]，演者の動作に合わせて移動する人より小さなもの [7, 8] などを利用した多

1

2

3

a)
b)
c)
d)

神戸大学大学院工学研究科
Graduate School of Engineering, Kobe University
京都大学工学部
Undergraduate School of Engineering, Kyoto University
科学技術振興機構さきがけ
PRESTO, Japan Science and Technology Agency
shuhei.t@stu.kobe-u.ac.jp
takemori.tatsuya.23a@st.kyoto-u.ac.jp
tsutomu@eedept.kobe-u.ac.jp
tuka@kobe-u.ac.jp© 2016 Information Processing Society of Japan

数のパフォーマンスが存在する．具体的に，Manabe ら [9]は，ダンサーの身体動作をデータとして使用し，制御されたクアッドコプターとダンサーを組み合わせたパフォーマンス「dance with dornes」を提供した．これら移動ロボットの設計を行う場合には，人と移動ロボットを組み合わせ
たパフォーマンスに求められる機能，形状を考慮しなければならない．しかし，求められる機能と形状によっては機140

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2016/3/4構の実現が難しい場合がある．例えば，空中に浮かんで移そこで本論文では，高い俊敏性を備え，形状特有の動動するようなオブジェクトによる演出を考えた場合，現在作を錯視させる球状 LED ディスプレイを搭載した移動ロは実際に飛行するドローンを高度に制御することでステー

ボットを提案する．提案する移動ロボットは，移動の際にジを実現しているが，コストが高く，制御も困難である．

回転運動を行うのではなく，床に接地したオムニホイール

しかしそのような演出要求に対し，「自由に飛んでいるよを用いて高速かつ精度よく移動することができるだけでな

うに見える」演出をワイヤなどを使って実現することで，く，球殻でおおわれていないためさまざまなデバイスを付

同じ演出効果を低コストかつ安定的に提供できる．本研究加することで機能を拡張しやすい，また，ロボットに搭載の目的は，特に球体型の移動ロボットによる演出を採り上した球形の表面にある LED の点灯パターンを利用し，テげ，そのような代替演出を実現する機構を確立することにクスチャの変化を制御することによって，転がりながら移ある．

動しているように錯覚させる．

新体操，ジャグリング，マジック，フリースタイルフッ

本論文では，提案する移動ロボット実現のために，球状

トボールやパントマイムといった古典的な身体パフォーマ

LED ディスプレイを作製し，光を用いた視覚効果についてンスに加え，MOVEment [10], Moon Beams [11]，Meta-

調査を行った．調査結果を基に提案システムを改良し，デmorphose(s) [12]，Ballons de baudruche [13], La danse desバイスの評価実験を行った．

ballons [14] といった作品で見られるように，身体表現と以降，2 章では関連研究について述べ，3 章で問題意識

球体のオブジェクトを組み合わせたパフォーマンスが多くとして球体型自走ロボットを用いたパフォーマンスを紹介みられる．球体型の移動ロボットを使う例として，これらする．4 章で提案システムの詳細，提案システムを用いてパフォーマンスにおいて移動ロボットを組み合わせたもの

行った視覚効果についての調査結果と考察を述べる．5 章を想定すると，一般には球体特有の転がるといった動作をでは提案システムの改良点を挙げ，改良した提案システム

実現したロボットである Sphero2.0 [15] 等を用いる方法がを用いて行った視覚効果についての調査結果と考察を述べ有力である．著者らの先行研究 [16] においても，ダンス

る．最後に 6 章でまとめを行う．

パフォーマンスとこのような球体型自走ロボットを融合させたパフォーマンスシステムを構築し，実際に運用してき

2. 関連研究た．しかし，このような回転型移動ロボットでは直接車輪

光の視覚効果を用いた錯覚に関する研究をいくつか挙げで接地するロボットに比べて運動性が劣る．重心移動で転る．港ら [17] は，運動錯視を用いた携帯型遠隔操作ヒューがる仕組みでは加速度を大きくすることができない．またマノイドを開発した．人間の頷き動作を再現するために，球体という形状では遠心力を受けて横転してしまうため，適した LED の配置や明滅パターンを評価した．LED の点

急な旋回を行うことができない．このように，パフォーマ

滅ではロボットの運動そのものを生成することはできないの素早い動作と連携させるには俊敏性が不足している．まが，運動を錯覚させるだけでもコミュニケーションの質はた，球体型自走ロボットでは位置推定を行うことも困難で向上する．本論文では，LED の点滅によって物体の実際のある．これは駆動部分や各種センサをすべて球体殻の中に運動と同レベルの錯視効果を目指す．

収める必要があり，ロボット自身による外界センシングや，

仮想世界で球体をよりリアルに再現する方法として様々ロボットにマーカーなどを取り付けることによる外界からな反射モデルが提案されている．神原ら [20] は，現実環境のセンシングなどが難しいことが理由である．たとえカメの照明環境を推定することによって，提示するステレオビ

ラなどを用いて位置を計測することは可能であっても，透

デオシースルー拡張現実感において，実時間で正確なキャ

明でない球殻に覆われた内部の移動ロボットの姿勢を計測

ストシャドウを行った．しかし，現実世界において，反射することは困難である．移動ロボットの姿勢に大きな誤差モデルを考慮しロボット単体でリアルタイムに影を生成すがあった場合，指定した向きにロボットが移動しないためることは難しい．また，コンピュータグラフィックスを用

パフォーマンスに大きな問題を生じる．さらに，このよういて，重力下で移動する物体の，人の運動知覚に関する研な球体ロボットで光る球が転がるような表現をするのは困究は多数見られる [18, 19]．しかし，発光する移動物体を用難である．球の中に入っているロボット自体は転がらない

いて，球体の実際の運動を再現する試みは見られない．本ため，球殻に LED をつける必要があるが，球殻の内側は

論文では，移動ロボットに取り付けた光源を点滅させるこロボットが走行するために球状になっている必要があり，とによって，物体の物理的な運動の錯視を引き起こす．

この制約の中で球殻に LED やマイコン，バッテリーなど

多くの演出家や芸術家が，様々な技術によって移動さを球殻に固定することは難しい．このように，球体型自走せた物体を用いて身体表現の拡張を試みている [21, 22]．

ロボットをパフォーマンスに利用するには多くの制約があ

CHUNKEY MOVE [23] は，身体の動作に合わせてオブり，実際の舞台パフォーマンスにおいて利用するには問題

ジェクト群を上下移動させることによって，まるで空間を点が多数存在する．

操っているのようなパフォーマンス「CONNECTED」を© 2016 Information Processing Society of Japan141

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図 1

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図 2

様々な身体パフォーマンスとの組み合わせ

実環境におけるパフォーマンス

ることができれば，このような問題も解決することができ行った．また，Wurtzel [24] は，床に置かれた風を起こする．本研究の目的は球体ロボットやドローンなどの不安定

装置によって縦横無尽に舞い上がる布とダンサーを組み合要素をもつオブジェクトをステージ等で利用する際に，物わせたパフォーマンス「AMALUNA」を提供した．これら

理運動を他の機構で代替させることで，観客に与える効果

移動する物体とパフォーマを組み合わせたパフォーマンス

を同等かそれ以上に高めつつ，パフォーマンスの安定性をに，光による錯視効果を加えれば，新しいエンターテイン

高めることであり，本論文では，特に球体型の移動ロボッ

メントを提供できる可能性がある．

トによる演出に着目し，回転移動を他の機構で代替させる

3. 問題意識著者らはこれまで球体型自走ロボットを利用したパフォー
マンスを数多く行ってきた．2015 年 3 月 6-8 日にかけて日ための視覚効果について，調査を行った．

4. 球状 LED ディスプレイの回転移動表現の
視覚効果の予備検討

本科学未来館で開催されたインタラクション 2015 におい本研究では，実際には回転していない球形のロボットにて，球体型自走ロボットと身体パフォーマンスを組み合わ

対して，移動時に球形表面にボールが回転しているかのよ

せたデモを行った (図 1)．約 1 分程度のパフォーマンスをうな模様変化を提示することで，聴衆に回転移動を錯視さ

2 時間程度，繰り返し安定して行うことができた．しかし，せることが目的である．そのため，実際に球体型ディスプ

球体が目標位置からずれてしまうことが多く，パフォーマレイを備えた移動ロボットを作成し，視覚効果の評価をンス時間が長くなるにつれエラー率が大幅に上がってしま行う．

うと想定できる．これは，ロボットの姿勢の計測誤差が時光を用いた視覚効果を利用して，物体の運動を錯視させ間経過とともに大きくなることが原因である．透明でないるためには，光が連続的に移動することが必要である．こ球殻に覆われたロボットの姿勢を外部から計測することがれを実現するためには，球体の表面下に LED を隙間なく難しいため，外から補正することも困難である．また，移敷き詰める手法を考えた．また，光り方をシミュレートし動ロボットの動きも，移動の加速度が小さいことや，遠心つつ敷き詰められた LED を制御することができれば，視力によって横転してしまうため急旋回できないなどの制約

覚効果のパターン生成効率が向上すると考えられる．そのがあり，表現の幅が限られていた．

ため，これら要件を満たす球状 LED ディスプレイと光のさらに，製作した球体型自走ロボットを用いて，様々な制御用アプリケーションを作成した．また，作製した球状

ジャンルのパフォーマの方とのパフォーマンスを行ってき

LED ディスプレイを土佐電子社の TDSTO48-350 [27] にた（図 2）．これらのパフォーマンスでは，球体型自走ロ搭載した（図 3）．これにより，球状 LED ディスプレイを

ボットを把持したいというような要求が多かった．球体内

移動させることができる．

部に駆動部分が収められた場合，重量が重いため持ちづら
く，内部のロボットの故障を防ぐために激しく動かすこと

4.1 提案システム

ができない

4.1.1 球状 LED ディスプレイ

本論文で提案する球体型移動ロボットの外側にモーショ作製した球状 LED ディスプレイの外観を図 4 に示す．

ンキャプチャに用いられるマーカ等の機構を外側に追加し直径 120mm の透明なプラスチック製の球体カプセルの中たり，球状 LED ディスプレイを移動ロボットから着脱すに，Adafruit 社の DotStar LEDs [25] を敷き詰めた．530© 2016 Information Processing Society of Japan142

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2016/3/4d^dKϰϴͲϯϱϬ⌫≧>䝕䜱䝇䝥䝺䜲

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図 5 光の制御用アプリケーションの画面

ターンを割り振っており，点灯パターンをキーボード操作で変更できる．また，点灯パターンの点灯範囲，光の回転の速度，回転の方向についても同様にキーボード上で操作⤌䜏❧䛶㏵୰᱁⣡᫬

図 3 球状 LED ディスプレイと移動ロボットの連結できる．シミュレータ上で点灯している部分，点灯していない部分のすべての情報が，PC から球状 LED ディスプレ
イに送信されているため，操作結果はリアルタイムに球状LED ディスプレイに反映される．
4.2 実験方法
光を用いた視覚効果の影響について調査するために，実験を行った．今回，調査する項目は以下の 3 つである

( 1 ) 点灯パターンと錯視の関係
䝁䞊䝔䜱䞁䜾๓䝁䞊䝔䜱䞁䜾ᚋ( 2 ) 回転方向と錯視の関係( 3 ) 球と聴衆の距離と錯視の関係
これらの調査により，錯視を引き起すために重要な要素がわかると考えられる．
被験者は平均年齢 23.8 歳，視力 0.8 以上の男性 9 名，女性

2 名である．被験者には以下に示す移動する球状 LED ディ
スプレイを用いた 9 つのパフォーマンスを見てもらった．

P1 1 つの円を進行方向に回転 (観測点 A)⌫యෆ
図 4

球状 LED ディスプレイの外観

P2 2 つの円を進行方向に回転 (観測点 A)
P3 6 つの円を進行方向に回転 (観測点 A)
P4 1 つの円を進行方向に回転 (観測点 B)
P5 2 つの円を進行方向に回転 (観測点 B)

個のフルカラー LED を搭載し，12 個の Arduino nano [26]P6 6 つの円を進行方向に回転 (観測点 B)

によって制御されている．また，LED の光を拡散させ，点P7 1 つの円を水平方向に回転 (観測点 B)

灯していない LED を隠すために，白色の液状ゴムスプレー

P8 2 つの円を水平方向に回転 (観測点 B)を使用し，球全体をコーティングした．

P9 6 つの円を水平方向に回転 (観測点 B)

4.1.2 光の制御用アプリケーション
光の制御用アプリケーションの画面を図 5 に示す．アプ

それぞれの点灯パターンは図 6 に示す通りである．また，図 7 に示すように，観測点 A から観察する場合は鏡越リケーションの開発には openFrameworks を用いた．アプ

しに 10m の距離からの観察であり，観測点 B から観察す

リケーション上に表示されている 1 つ 1 つの球体が LED1

る場合は 5.5m の距離から直接の観察である．

個分と対応しており，25msec 毎に点灯パターンを球状 LED

パフォーマンスは 30 秒程度のダンスパフォーマンスを

ディスプレイに接続されたすべての Arduino nano に送信行った．使用した曲の速さは 110bpm である．移動ロボッ

する．キーボード上の複数のキーにそれぞれ光の点灯パ

トを視認しないように，被験者は床から約 110cm 離れた高© 2016 Information Processing Society of Japan143

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図 8 Q1 の評価アンケート結果

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図 6

光の点灯パターンϯ͘ϬϮ͘Ϭ⌫≧>䝕䜱䝇䝥䝺䜲䜢ᦚ㍕䛧䛯⛣ື䝻䝪䝑䝖

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図 9 Q2 の評価アンケート結果

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ト結果を図 9 に示す．それぞれ，縦軸は被験者 11 名の各
パフォーマンスにおける 5 段階評価の平均値で，縦棒は標

ほ

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Ϭ͘ϱŵ

準偏差を示す．また，横軸は各パフォーマンスを示す．
結果から，距離による差は見られないが，被験者から，ϰ͘ϰŵ

図 7 フロアプラン

離れた方が光り方が綺麗に見えた，大きな舞台であれば十分利用される可能性があるだろうといったコメントが見られ，距離によって光の見え方が変わっていることが推測でさよりパフォーマンスを観察した．LED の発光を目立たきる．よって今回の実験に関しては 6m と 10m の 2 か所せるために部屋の照明は落とし，パフォーマのみをスポッでの観察であったが，今後より広い範囲での調査が必要でトライトで浮かび上がらせた．点灯パターンが進行方向へある．

回転する場合は，移動ロボットの移動速度を約 0.3m/sec，

点灯パターンは，円の数が多いほど，高い評価が得られ水平方向へ回転する場合は移動ロボットの移動速度を約る傾向が見られる．これについては，被験者から，点灯部

0.05m/sec にそれぞれ設定した．すべてのパフォーマンス

分は球と認識できる程度の表面積が必要，模様が多い方がを観た後に以下の 3 つの質問を 5 段階で評価してもらった．

動いているように見えたといったコメントが得られたこと

Q1 球体が回転しているように見えたか？

から，点灯する表面積やばらつきが錯視を引き起こしやす

Q2 球体が回転しながら移動しているように見えたか？

くする要因の可能性が高いと考えられる．また，図 8 から

Q1，Q2 に関しては，それぞれのパフォーマンスについも模様が複雑なほど，評価が高い傾向が見られる．点灯すて回答してもらった．さらに，錯視しにくかった原因，よる表面積やばらつきと錯視の関係については，今後より詳り錯視しやすいのではないかと考えられる改善点，また，細な調査が必要である．

大きさ，形状，移動速度に変化を感じたなど，気づいた点について自由にコメントしてもらった．

光の回転方向に関しては差がほとんど見られなかったが，被験者によっては水平方向に回転した場合，より錯視が引き起こされたという意見があった．

4.3 結果と考察
Q1 の評価アンケート結果を図 8 に，Q2 の評価アンケー© 2016 Information Processing Society of Japanまた，図 8，図 9 から，Q1 よりも Q2 の評価が低い傾向がわかる．これより，その場で回転しているように錯視す144情報処理学会 インタラクション 2016
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表 1⌫≧>䝕䜱䝇䝥䝺䜲

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ʔϯϱϬŵŵ㏿ᗘ䠈ྥ䛝TDSTO48-350 と製作した移動ロボットの性能比較
TDSTO48-350作製した移動ロボット

直径

350mm

200mm

重量

3500g

600g

最大速度

0.42m/s

3.50m/s

CPU

H8/36064

STM32F405

連続駆動時間約 60 分

約 30 分䠄ůƵĞƚŽŽƚŚ㏻ಙ䠅ᥦ᱌䝅䝇䝔䝮䠄ᨵⰋ๓䠅^ƉŚĞƌŽ

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図 10Ϭ͘ϬϬƐĞĐ

Ϭ͘ϯϯƐĞĐ

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ϭ͘ϬϬƐĞĐ

システム構成の比較᱁⣡᫬ᒎ㛤᫬⌫≧>䝕䜱䝇䝥䝺䜲⛣ື䝻䝪䝑䝖

図 12
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ŵďĞĚ

䝰䞊䝍䠉䜹䝞䞊
yďĞĞϳ͘ϰǀ䝞䝑䝔䝸͸

に，TDSTO48-350 と製作した移動ロボットの性能を表 1ϯ͘ϳǀ䝞䝑䝔䝸͸

図 11

球体型移動ロボットの加速度比較テスト

䜹䝞䞊

システム外観に示す．製作した移動ロボットの最大速度は 3.5m/s であり，視覚効果の調査で使用した TDSTO48-350 に比べて 8るよりも，転がっている，コマのように回転しながら移動

倍のレンジをもつ．また，移動ロボット全体をカバーで行するといった動作を錯視する可能性は低いと考えられる．

うことによって，駆動部分が隠れており，球体の真下に移これについては，球体の移動速度と光の回転速度のずれに動ロボットがあると視認されにくいため，球体が転がっついて 11 人中 9 人からコメントされていたため，移動速ていると錯視させやすくなったと考えられる．さらに，移度と回転速度が同期するシステムを構築する必要があると動ロボットの直径も TDSTO48-350 に比べて 0.67 倍とな考えられる．

り，目立ちにくい．機構をすべてカバーに収めるために，

5. 球体型移動ロボットの開発と評価実験
5.1 システムの改良

制御用マイコンを Arduino nano12 個から ARM 社 [28] のmbed1 個に変更した．
移動ロボットはリアルタイムに速度情報と角度情報を

前章の調査結果から，移動ロボットの移動距離と球状

mbed に送信している．mbed は受信した速度と進行方向

LED ディスプレイの光の回転量を同期させる必要があるから，LED の点灯パターンをリアルタイムに生成し，ディことがわかる．また，舞台パフォーマンスでの実運用を考

スプレイの表示を制御する．これにより，移動ロボットの慮すると，球体が転がっていると錯視させやすくするため

移動距離と球状 LED ディスプレイの光の回転量を同期でに，移動ロボットの駆動部分をより低く，より小さくする

きる．また，mbed 内で点灯パターンを生成するため，視必要がある．以上に挙げた問題点を解決するために，シス

覚効果の調査で使用した光の制御用アプリケーションからテムの改良を行った．

生成される点灯パターンは必要なく，移動ロボットに送信システム構成の比較を図 10 に，システムの外観を図 11© 2016 Information Processing Society of Japan

する情報量を大幅に削減できた．

145

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Sphero2.0 と作製した移動ロボットとの走行性能を比較した（図 12）．加速度について調べるために，1.0m の距離の到達時間を比べた．結果，Sphero2.0 は 1.39 秒，製作した移動ロボットは 1.00 秒かかった．よって，製作した移動ロボットの方が十分に加速度が大きいことがわかる．

⌫≧>䝕䜱䝇䝥䝺䜲

5.2 実験方法
移動ロボットの移動速度と光の回転速度について調査するために，実験を行った．今回，調査する項目は以下の 3
つである( 1 ) 何も知らない状態で球体ロボットの動作を見た際に球体が転がっていると錯視するかᐇ㝿䛻㌿䛜䛩>䝪䞊䝹
図 13

提示する点灯パターン( 2 ) 速度と錯視の関係( 3 ) 移動距離と光の回転量のずれが錯視に与える影響

し，口頭にて仕組みに気付いたか確認を行った．手順 3 に

項目 (1) については，実際のパフォーマンスで使用されおいて，被験者が観測する位置は手順 1 と同様であり，実る場面を想定し，初めて見た球状 LED ディスプレイに対際に転がす LED ボールと提示する点灯パターンを図 13 にして，LED の光が回っていると認識するのではなく，球示す．また，手順 4 において，被験者が観測する位置は手体が物理的に単に転がっていると認識するかについて調査

順 1 と同様であり，球状 LED ディスプレイが提示する視する．単に転がっていると錯視させることができるのであ覚効果は以下の 7 パターンである．

れば，実際の舞台パフォーマンスに利用できると考えられ

速度 0.3m/s，0.6m/s，0.9m/s，1.2m/s．

る．(2)，(3) については，それぞれ錯視に及ぼす影響を調移動距離に対する光の回転量 0.5 倍，1.5 倍，2.0 倍．（移査することにより，錯視を引き起こす項目ごとの許容範囲

動速度は 0.6m/s に固定）．

がわかる．特に (3) については，実際の球体が転がる際に人と移動ロボットを組みあわせたパフォーマンスを想定

床の状況によっては，例えばボーリングのように，滑りなした場合，パフォーマの移動速度を平均歩行速度である約がら回転移動する場合がある．そういった特殊な回転につ

1.3m/s 以内と仮定し，その範囲で球体型移動ロボットの速いても錯視を引き起こすことができるのかがわかる．特殊度を設定した．それぞれの視覚効果を観た直後に次の質問

な回転を錯視せることができるのであれば，例えばパントについてアンケートをとった．

マイムにおいて床が氷のような状況にみせるパフォーマン

Q1 球体が回転しているように見えたか？

スを行う場合に，その表現をより強調することができると考えられ，より演出の幅を広げることができる．
被験者は平均年齢 22.7，視力 0.7 以上の男性 12 名．実

実際のボールの転がりを 5 段階評価の最高点である 5 に位置づけ，これを基準とし，評価してもらった．また，自由コメント欄を設けた．

験手順は以下の通りである．
手順 1

球状 LED ディスプレイを搭載する移動ロボットを用いたパフォーマンスを見て，球体が転がっているように見えたかの確認を行う．
手順 2

球状 LED ディスプレイの機能についての説明を受け，仕組みを知ってもらう．
手順 3

実際の LED ボール（ロボットではない）の回転を

見る．
手順 4

球状 LED ディスプレイの視覚効果を見て，実際の LED ボールと比較した評価を行う．

5.3 結果と考察
パフォーマンスを見た時に球体が単に転がっている（球体 LED 状ディスプレイが移動していると気づかない）と錯視した被験者は 12 人中 11 人であった．パフォーマンス
後に球状 LED ディスプレイの光の回転であることを説明すると，「ただ LED の球が転がっているだけだと思っていた．」「LED の球を電動で動くレールなどで押されながら転がしていると思っていた．」「LED が巻かれた球の中に駆動するものを入れて，重心移動によって転がっている

フロアプラン，提示するパフォーマンスは 4.2 章と同様と思っていた」などの返答があった．また，物理的に球体である．手順 1 において，被験者が観測する位置は図 7 のが転がっているのではなくて，光による回転と認識した被観測点 B で，回転方向は進行方向のみの回転を提示した．

験者が 1 人いた．この被験者からは，光が連続的でなくて提示後，被験者に口頭にて「球体が転がっているように見

離散的に光っているのがはっきり見えたというコメントがえたか？」，「どのような仕組みで動作していると思った得られた．原因としては，被験者の光を受ける目の感受性か？」の質問を行った．手順 2 において，球状 LED ディの違いやこれまでの光に対する経験的ななにかが影響を及

スプレイを搭載する移動ロボットの仕組みについて説明

ぼしているなど様々な可能性が考えられる．以上のことか© 2016 Information Processing Society of Japan146

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図 14 速度に関する評価アンケート結果

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図 15

移動距離に対する回転量の割合に関する評価アンケート結果

ら，すべての人に対して錯視効果を与えることはできない（p < .05）．移動距離に対して回転量を増やしすぎると錯視

が，舞台パフォーマンスにおいて球体の転がりを錯視させ効果が弱まることがわかった．また，回転量を減少させるる効果として利用できる可能性が高いことがわかる．

よりも増加させた方が，錯視効果は維持される傾向が見ら

次に，5.2 節の項目 (2) を調査することを目的とした速度れる．コメント欄を見てみると，「移動距離に対して回転量に関する評価アンケートの結果を図 14 に示す．縦軸は被が多い方が転がっているように見えた．
」「回転らしい気が験者 12 人の Q1 の平均値で，縦棒は標準偏差を示す．横軸

した．
」「同期した時と同じ錯視が起こると感じた．
」といっは視覚効果が提示された際の移動ロボットの速度である．

た意見が確認できた．回転量については増加方向へのノイ

速度間において分散分析を行ったところ差が見られなかっズがあっても錯視効果への影響は少ない傾向があると考えた．しかし，グラフを見たところ，速度が遅い 0.3m/s とられる．また，回転量を減少した場合の評価は低くなって速度が速い 1.2m/s の評価がそれぞれ低い．コメント欄をいるが，コメント欄を見てみると，「ボーリングが滑ってい見てみると，「速度が遅い場合は，LED ディスプレイの光るような回転に見えた．
」「光り方が面白い」といった意見の変化がなめらかではなく，カクカクと変化していることが見られ，工夫次第では演出の幅を広げることができるとがわかった．
」「じっくり見ると違和感を感じた．
」「LED の考えられる．さらに，全体的に，少し低めの評価となってつぶつぶが見えた．
」といった意見が確認できた．これらにおり，演出を組みたてる際は，回転量と移動距離の関係については，より小さな LED を細かく敷き詰める，LED の注意する必要があると考えられる．

光をぼやかせるといった方法で回避できると考えられる．
また同様に，速度が速い場合は，「球に写される模様のチラ

5.4 今後の課題

つきが目立って球の見た目が損なわれた．
」「球体が乱雑に

5.4.1 錯視効果による球体の再現

光りながら動いているようにしか見えなかった．」といっ製作した球状 LED ディスプレイのテクスチャを表示すた意見が確認できた．これらについては，現在 LED ディ

る際の光の強さは，点灯と消灯の 2 パターンのみを用いた．

スプレイが 30fps で表示されているため，フレームレート

より模様の回転を滑らかにみせるために，中間の光強度もを上げれば錯視できる範囲を広げられると考えられる．以用いるといった改良が考えられる．

上より，速度が遅い，もしくは速い場合においても，ハーまた，実際の運動とは独立して球の模様の回転を制御で

ドウェア・ソフトウェアの改良によって同様に錯視できる

きるため，ボウリング球のように球が床に対して滑りながと考えらえる．また，全体的に評価は 4 付近に集中しておら動く状態の表現も可能である．そのためには摩擦力や球り，実際の球体の転がりと比べると同じ様な転がりとは言

体の質量も考慮して移動と模様の回転を制御する必要があい切れないが，球体の転がりとして認識される可能性は高る．さらに，平面での運動に限らず，上下も含めた細かないと考えられる．

動きを光の錯視効果やアクチュエータによって実現できれ

5.2 節の項目 (3) を調査することを目的とした移動距離にば，壁に衝突して少し跳ねるような動きもアクチュエータ

対する回転量の割合に関する評価アンケート結果を図 15 にの追加によって再現できると考えられる．

示す．縦軸は被験者 12 人の Q1 の平均値で，縦棒は標準偏5.4.2 超現実表現

差を示す．横軸は視覚効果が提示された際の移動ロボット

一方，現実的な球体の動きを再現するだけでなく，能動の移動距離に対する回転量の割合を示す．移動ロボットの的に坂道を登ったり，急加速，急停止，回転の向きに対し

移動距離に対する回転量の割合間において分散分析を行って逆走するなど，本来球体にはありえない動きを作成するたところ，有意差が確認できた（F(2,22) = 5.01, p < .05）．

ことで物理法則に矛盾した動きを現実に起こすような表現

さらに，各割合において Bonferroni 法を用いて多重比較をが可能であると考えられる．

行ったところ，1.5 と 2.0 の間において有意差が認められた© 2016 Information Processing Society of Japan

球状 LED ディスプレイのリアルな球体の表現を利用す147

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れば，環境の状態を錯視させることができると考えられる．

移動距離に対する回転量のずれが大きく増加した際には，

例えば，球体の回転速度と移動速度に極端なずれを生じさ

錯視効果が大幅に弱まることが分かった．今回，限定されせることで床に対して滑っているように見せられれば，そたパフォーマンスにおける実験であったために，今後移動の部分は滑りやすいつるつるした床 (氷の床など) と観衆にロボットのより高速な移動を含め，様々なパフォーマンス

イメージさせることができると考えられる．また，転がろを想定した実験を行っていく必要がある．

うとしている球体が突然押し戻されるように回転すれば，謝辞

本研究の一部は，科学技術振興機構戦略的創造研

見えない力 (風など) の存在を表現できるし，壁に衝突する究推進事業 (さきがけ)，科学技術振興機構研究成果展開事

ような動作を見せることによって，見えない壁を表現でき

業スーパークラスタプログラム，文部科学省科学研究費補る．例えば，パントマイムにおいて床を氷のようにみせた

助金基盤研究 (A)(23240010) および立石科学技術振興科学

り，風が吹き荒れる状況や見えない壁を表現した際に，上財団 2015 年度研究助成 (C) によるものである．ここに記にあげた環境の演出を付加すれば，よりパフォーマの演出

して謝意を表すを強調することができる．さらに，球状 LED ディスプレ
イを上下させられる機構を追加すれば，凹凸のある床を転参考文献がる様子や，見えない階段を転がって昇降する様子の表現[1]も考えられる．以上に挙げたような環境の状態を錯視させる手法についても，今後調査していく必要がある．

5.4.3 パフォーマンス以外での利用の可能性[2]

スポーツへの応用が考えられる．例えば，身体を思うよ
うに動かせない幼児や老人同士でも，ボウリングのような重いボールを再現した転がし遊びができる．サッカーのパスの掛け合いといったことも簡単にでき，様々なデジタル[3]

スポーツの創造につながると考えられる．球体の動き方を
プログラミングによって改良することで特殊な変化球を生み出すなど，情報教育とスポーツを組み合わせるような応用も考えられる．
また，情報装置としての応用が考えらえる．例えば，球状 LED ディスプレイを利用して表情を提示し，方向を 3

[4]
[5]
[6]
[7]

次元で示しつつ，移動する案内ロボットとして活躍できるだろう．球体という外観はロボットであることが目立ちに[8]

くく，抽象的な形であることから病院や美術館のような場[9]にも溶け込み易いと考えられる．
[10]

6. まとめ[11]

本研究では，高い俊敏性と容易な自己方向推定の機能を備え，形状特有の動作を錯視させる球状 LED ディスプレ[12]イを搭載した移動ロボットを提案した．提案システムを作[13]

成し，光を用いた視覚効果について調査を行った．結果，
距離，回転方向に差は見られなかったが，点灯パターンに[14]

よって錯視効果に差の傾向が見られた．また，光の回転速[15]度と移動ロボットの移動速度の関係が錯視に重要である
可能性が被験者のコメントから伺えた．その結果を踏まえ[16]て，提案システムの改良を行った．改良した提案システム
は，移動ロボットから得られる速度，方向を基に，リアル
タイムに点灯パターンを生成し，LED を制御できる．これ[17]により，移動ロボットの移動距離と光の回転量を同期させることができる．このシステムを利用して，光を用いた視覚効果についての調査を行った．結果，12 人中 11 人に球体が単に転がっていると錯視させることができた．また，© 2016 Information Processing Society of Japan[18]

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