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日本バーチャルリアリティ学会誌第 10 巻 2 号 2005 年 6 月

特集

ユビキタスと VR

特集 ■ユビキタスと VR

ユビキタス VR 学習システムおよびコンテンツの開発

中澤篤志

大阪大学

NAKAZAWA ATSUSHI

梶田将司

名古屋大学

角所考

京都大学

KAKUSHO KOH

KAJITA SHOJI

1．はじめに情報しか把握できない．
4. 様々な閲覧環境および通信環境に対応できなかった

平成 16 年より文部科学省によって開始された研究プ
ロジェクト『知的資産の電子的な保存・活用を支援すり，その能力を使いきれないことがある．

るソフトウェア技術基盤の構築』の一つとして，名古1 の問題として，アニメーションや講義映像，3 次元

屋大学情報連携基盤センター ( 間瀬研究室 )，京都大学学

オブジェクトなどの先進的な教育教材を，統一的に扱う

術情報メディアセンター ( 美濃研究室，壇辻研究室，中ことができないという問題がある．現状でも部分的には村研究室 )，大阪大学サイバーメディアセンター ( 竹村

プラグイン等で対応可能ではあるが，それぞれの情報研究室 )，株式会社 CSK のグループでは，大学等の高等をリンクやアノテーション等で有機的に結合できなけれ教育機関で使用するためのコースマネジメントシステば，効果的な教育教材とすることは難しい．2，3，4 の問ム (CMS) を 開 発 す る プ ロ ジ ェ ク ト (Ubiquitos Learning

題は，現状の Web ベースの CMS では不可避な問題であり，Project for Next Generation: ULAN, 代 表 間 瀬 健 二 ) を 推

よりよい操作性の提供，携帯電話やモバイル端末，モバ進している．CMS とは，近年米国，カナダ，オースト

イル通信環境への対応などが考慮されていない．我々は，ラリア等の高等教育機関で盛んに導入が進んでいる教育

次世代の CMS としてこれらの問題を解決したシステム

支援システムであり，学習コースの教材提示や出欠管理，を開発することで，よりよい学習環境をユーザに提供す進捗状況や成績管理を統合的に把握することができる．

ることができると考え，「CMS のユビキタス化」をテー

学生はインターネット等を通じ，サーバに準備された学マに各種問題解決を図る技術開発を開始している．

習コンテンツにアクセス・閲覧することができ，講師は研究プロジェクト全体の中で本グループは，デジタル本システムを通じて出欠確認，学習の進捗状況の確認，化された各種コンテンツを教育用途に利活用するためのレポートやテスト，成績管理などを効率的に行うことが技術開発を担っている．ここでは以下に挙げるような，できる．一方で，従来の CMS は，教育管理システムと従来にはない特徴を備えた CMS および学習コンテンツしての基本的な機能をサポートすることを中心としていを開発しようとしている．

たため，以下のような制約があることが指摘されている．

・デジタル化された文化財コンテンツの利活用

1. 基本的にテキストと画像のみで成り立つコンテンツを・教材および学習環境のユビキタス化想定しており，マルチメディア等を利用した高度な学・教材および学習環境の VR 対応化

習コンテンツを効果的に取り入れることができない．

文化財コンテンツのデジタル化は，既存のいくつかの2. インタフェースとして一般的な Web ブラウザが用い

研究 [1-3] や本プロジェクトの他グループの研究によってられているため，ユーザビリティの点から見て非現実多くなされており，日本の大仏や海外の世界遺産を代表的な操作性を強いることがある．とする多くの遺跡の 3 次元形状ライブラリが収集されよ3. 同様の理由で，ユーザの状況や行動に対して限定的なうとしている．これらを学習コンテンツとして利活用す

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ユビキタスと VRることは高等教育の新しい展開として重要であり，デジに応じて様々な形に変換できる仕組みが必要である．

タル文化財データを通じて文化や歴史，語学や建築等に●通信のユビキタス化おける深い理解が可能になるものと考えられる．

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ユビキタス環境での様々な通信環境に対応することも以降では，まず 2 章に我々が考える CMS のユビキタ重要である．PHS 等のナローバンドからブロードバンス化の開発要素を述べ，それを用いた利用シーンを示す．

ド環境まで，様々な通信環境が想定されるため，ユーザー

その後，京都大学サブグループで行われている VR 対応の通信環境に応じたコンテンツの選択，変換，配信手法学習コンテンツの開発，大阪大学サブグループで行われを導入することが必要である．ているセンシング技術や提示技術の開発，最後に名古屋●学習のユビキタス化大学および株式会社 CSK で行われている CMS 基盤ソ

学習のユビキタス化とは，学習が「いつでもどこでも」フトウェアの開発について述べる．

行える機能に加え，学習の連続性を可能にすることが重要である．特にモバイル環境では，人の移動に応じてい

2．CMS のユビキタス化の要素くつかの環境に移行することが想定されるが，その間で学習システムにおけるユビキタス化とは，「ユーザが連続して学習が続けられるように，人の移動や提示手法，いつでもどこでも学べるようにする」ことであるが，我々インタフェースの変化などを検知して，教材をシームレが目指す CMS のユビキタス化では，具体的に以下の要スに提示する必要がある．

素をユビキタス化することが必要であると考えている．
3．VR 学習環境における利用シーン●提示手法のユビキタス化開発する CMS を用いた学習の想定シーンの一つをユビキタス化を実現するためには，教室のみでなく，

図 1 に示す．

モバイル環境での様々な端末でコンテンツを提示することが必要である．また教室では，通常の PC ディスプ
レイに加え，HMD や立体ディスプレイ等の発展的な素材が提示できるディスプレイも想定している．開発する

講師（講義室，アーカイブ）

CMS では，ユーザが用いているディスプレイ能力を検知して適切なコンテンツ提示方法をシームレスに切り替立体ディスプレイ
���

える機能を持たせる．このために，ユーザのディスプレ
イ検知手法，ディスプレイの能力に応じたコンテンツの�次元��データ切り替え・変換手法などを持たせる．

解説
受講者情報

●インタフェースのユビキタス化
提示手法のユビキタス化と同様に，ユーザが用いる端次世代���末によって操作インタフェースは異なる．例えば，PCなどの場合のキーボード・マウスインタフェースや，携講義配信

��モデルデータ配信
解説情報の��検索
講義や質問
位置情報

学習者（モバイル環境）

帯電話でのボタンインタフェース，PDA 等でのペン入
図1

力デバイスや，VR 環境での接触型・非接触ジェスチャ想定される利用環境（無形文化財の場合）デバイスなどが挙げられる．
上は，建築物や仏像等，有形文化財コンテンツの利用●教材のユビキタス化
提示手法やインタフェースに応じて，教材自体も様々を想定した学習シーンである．有形文化財データのユビな環境に対応できるようにならなければならない．モバ

キタス環境下での利用を考えた場合，ユーザが実際にそイル端末と PC 端末では，提示装置のサイズが異なるたの場所に赴き，実物を目にしながら学習を行うことが考め，教材コンテンツもそれにおいて調整されるべきであえられる．このとき想定される学習環境としては，PDA

り，HMD や立体ディスプレイを使用する場合には，3や携帯電話等の小型スクリーン・低描画能力の端末であ次元化されたデータに基づく学習コンテンツが準備されり，通信環境は PHS 等のナローバンド環境が想定されなければならない．しかし，これら全ての状況に応じたる．ユーザは様々な場所へ移動し，様々な方向に向いて教材コンテンツを準備するのは不可能であるし無駄も多周りを観察するため，その変化に応じた学習教材の提示いため，基本的なコンテンツのメタ情報から，提示手法が必要である．

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4．VR 対応学習コンテンツ
本章では，京都大学サブグループによって行われている，文化財デジタルデータを利用した学習コンテンツ作
成，および講義のコンテンツ化技術について紹介する．
4.1(a) 従来手法に基づく圧縮結果

文化財デジタルデータを利用した学習コンテンツ

京都大学サブグループでは，東京大学池内研究室提供の東大寺大仏殿・廬舎那大仏の 3 次元 CG を利用し(b) 提案手法に基づく圧縮結果た英語教材を作成している．本教材では，英語コミュ
ニケーションの場面設定 ( 状況設定 ) として，日本人女
図3

子学生の恵美が，アメリカ人留学生 ( 研究生 )John を東

画像の対象領域の重要度に合わせた動的画像圧縮の例

大寺を舞台にしたツアーで案内するというスタンスで会話が進行する ( 図 2)．ここでは，東大寺近辺の地図が提示され，この地図中の大仏殿 ( 金堂 ) をクリックするする試みが国内外の大学で行われている．アーカイブ化

ことにより，東大寺を舞台にしたバーチャル・ツアーされた映像やスライド等のメディアを視聴することで，が始まる．ツアーでは東大寺の大仏殿の CG が提示さ講義室に来ることができない学習者が，異なる場所で異れるなかで，恵美が John に英語で東大寺の説明を行うなる時間に擬似的に講義を受講することが可能となる．という内容になっている．

このような講義のアーカイブ化に関して，従来のシステムは，講義中の講師の映像を手動で撮影し，講義中に提示されたスライドを保存して，時間同期した画面を学������� ����、 ��� ���� �� ���� ��� �� � ������� ���� ����� ����� ������ ���� �� ������� ������������
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図2

習者に視聴させるものであった．しかし，講義の様子を手動で記録する作業は人的な負担が大きく，また講義室
では，講師だけではなく受講者もその表情や仕草に由来する情報を発信していることから，受講者の映像を記録することで，授業改善などに役立つことが期待される．
京都大学サブグループでは，本研究業務に先立って，従来からこのような講義のアーカイブ化のためのシステム開発ならびにその運用を行っており，コンピュータビジョンや音声情報を用いて，講師及び受講者を複数台の文化財デジタルデータを利用した学習コンテンツ撮影カメラで自動撮影するシステムをすでに開発している．今後は，獲得された映像をユビキタス環境に適応さこれらの学習コンテンツは，可能な学習端末においてせるため，映像信号を様々な通信環境下に配信する技術

は，ビデオではなく 3 次元 CG としてレンダリングできや，映像の内容に応じた QoS 制御技術，画像の対象領るため，学習者は任意の視点を取りながら対象に触れる域の重要度に合わせた動的画像圧縮の適用などが開発項ことができ，その視点等に応じた学習をインタラクティ

目である ( 図 3)．

ブに展開することも可能である．このように 3 次元 VR
5．VR 学習を支援するための提示・インタフェース技術

モデルを用いることで，学習対象および内容に対する理

上記のような VR 学習コンテンツを提示するためのプ解が，より深まるものと期待できる．

ラグインとして，大阪大学サブグループでは以下のよう4.2

講義の自動デジタルアーカイブ化技術な技術を開発している．

一般的な e-learning においては，視覚的な訴求力の高・ウェアラブルコンピューティング技術を利用した人のさから，講義アーカイブや解説映像等，様々な映像コン状態推定テンツが利用されることが多い．例えば，大学における・3 次元ボリュームデータの効率的圧縮，配信，レンダ一斉講義型の対面授業を電子化して蓄積 ( アーカイブ化 )

リング技術

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・それらを同時に使用したビューの一致技術
文化財の 3 次元データは圧縮された形で次世代 CMSの中に蓄積されている．端末の描画能力や帯域幅，ユーザの位置や視線は端末から適宜 CMS に送られ，CMS はその情報に応じた適切なボリュームデータを配信する．
ユーザは持ち合わせの携帯端末を使って，目の前にある文化財に関するより詳しい情報を学び取ることが可能になる．また，ユーザの情報を CMS を通じて公開する設定にすることで，移動場所に応じた講師からの解説や質問を受け取ることも可能となる．
一方，無形文化財コンテンツの利用方法としては，他

図4の研究グループ等でも取得された「3 次元ビデオ」[4][5]

HMD と HiBall による VR 学習コンテンツ提示システムを学習コンテンツとして利活用することを考えている．
3 次元ビデオで得られるデータは物体の時系列ボリュー求められる．我々は，復元されたボリュームデータや，ムデータであり，人体を対象とした場合，舞踊等の無形濃淡画像のみから人の関節角度を復元する手法の開発に

文化財の動きデータを意味している．我々の開発テーマ取り組んでおり，これが実現されれば人の動きに関するは，こうして取得されたデータをいかにして学習者に送大幅な情報圧縮が可能になる．

信・提示するかであるが，現在以下の 2 種類を想定して6．CMS 本体の VR 対応技術いる．
・人の動きボリュームデータを様々な視点から 3 次元的これらのコンテンツを蓄積し，プラグインに対してユビキタス機能を提供する CMS サーバおよびクライアンに閲覧する技術
・ボリュームデータから人体姿勢を復元し，CG としてトにおけるサーバアクセスモジュールは，名古屋大学お提示する技術

よび CSK サブグループで開発している．本 CMS プラッ

前者の技術は主に，獲得されたデータを広帯域のネッ

トフォームは，(1) クライアント層，(2) ポータル層，(3)トワークを利用して遠隔地に送信し閲覧する状況を想定

アプリケーション層，(4) データ層，の 4 層アーキテクチャしている．広帯域なのでデータ量はそれほど問題とならにより構成される ( 図 5)．
実装段階において効率よく開発ないが，ユーザーは視点位置を自由に移動でき，人の動するため，オープンソースシステムを活用している．さきを詳細に観察できるといった自由度が求められる．こらに，既存ベンダー製 CMS とも連携可能とすることで，こでは，ユーザに HMD(Head Mounted Display) を装着し，様々な高等教育機関において利用できるようにすることその視点位置や視線を正確に把握することで，あたかもを目指している．ここでは，本開発 CMS のユビキタス

目の前に対象が存在するような提示技術を開発すること化に向けたサービス部分について述べる．

HMD と HiBall システを目指している ( 図 4)．このため，ムを組み合わせた提示システムを開発する予定である．

利用者コンテキスト
��ベース���
クライアントHiBall とは，LED アレイとパッシブセンサを用いることで，対象の 6 自由度の姿勢を得るシステムである．こ利用者コンテキスト
アウェアポータル機能

れにより，広帯域環境ではボリュームデータを直接送信しこの提示環境で表示させることで，任意視点からの動独自開発

き情報の観察が可能となる．しかし，モバイル環境を想既存���定すると，時系列のボリュームデータは情報量として膨ベンダー製大であり，無形文化財と同様の圧縮・伝送方式を使用しリッチ���クライアントソフトウェア

ポータルフレームワーク���������

������������������

国内������

クライアント層

ポータル層

アプリケーション層（���エンジン）

利用者コンテキスト
アウェアモジュール

たとしても受信・閲覧することは不可能である．これに利用者コンテキスト
アウェアコンテンツ

対し，対象が人物としてわかっている場合，その関節角������

データベース層度レベルまで情報を圧縮し，提示手法としてアバターなどの表現手法を用いることにより情報を提示する技術が

図537

本 CMS プラットフォームの 4 層アーキテクチャ

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特集������� ��� ����������
������ ����������

▲ユビキタスと VR▲������� �����
����

���▲

�����������������コンテンツ閲覧の状況
閲覧時間．など

��������������������������������
▲������������

ユーザ毎のコンテキスト情報が時系列で蓄積されていく�����������������
▲▲▲コンテキスト情報を蓄積するもの．

��� �����������������������������

サーバ
クライアント群

図6������������������������������� ����������������������

�����

▲

���������������

�������
���������

CMS サーバとクライアントモジュールの関係

バ側の Context Repository に送信される ( 図 6)．Context
6.1

Repository は複数の Context Store と接続し，コンテキス

利用者コンテキストアウェアな CMS のためのアーキテクチャ設計

トの種類に応じて適切な Context Store にコンテキストをCMS クライアントとサーバの間で授受される利用者転送する．Context Store はコンテキストを保存・蓄積すコンテキスト形式と，サーバ側でのコンテキスト情報のるデータベースや，学務システム等のアプリケーション保持および利用のアーキテクチャの概要を図 6 に示す．などが考えられる．システムはユーザごとのコンテキス●利用者コンテキストの定義

トを一定間隔ごとにコンテンツレポジトリから取得し，利用者コンテキストはクライアント側での利用者情報

ユーザ環境に最も適したコンテンツやその提供方法などを定義するものであり，以下の情報を想定している．

を決定しユーザに提示する．

● 画面サイズ●利用者コンテキストの獲得● クライアント機種

利用者コンテキストは，クライアント側のモジュール● 接続中の回線速度 ( 実測値 )にて獲得される ( 図 6 参照 )．本モジュールは以下の要素● カメラ情報 ( 映像データ )から構成される．

● マイクロフォン情報 ( 音声データ )● Sensor Processor● ノイズレベル

カメラ・マイク・計測機器などのサンプリングデータ● 明るさを元にコンテキストを算出し，Context Manager へ登

利用者の利用状況を表す利用者コンテキスト空間は，録する．
● Context Manager

上記の利用者コンテキスト情報からユーザごとに形成，保持される．利用者コンテキストの表現は，属性値を持接続された Sensor Processor より提出されたコンテキつ連想配列として定義される．コンテキストの持つべきストを管理し，Context Connector へ提供する．
● Context Connector

属性値は以下である．
● タイムスタンプ

コンテキストアウェア環境を利用するユーザごとに生● サンプリングレート

成され，指定した Context Manager からコンテキスト● コンテキスト値を取得する．また，Context Repository へのユーザ認

コンテキスト値の内容はコンテキストごとに任意に定証サービスも提供する．

義が可能である．タイムスタンプ，サンプリングレート

Sensor Processor が コ ン テ キ ス ト を 生 成 し，Contextはすべてのコンテキストが持つべき共通情報とする．コManager が集約することでユーザ環境を定義，Context

ンテキストはシステムで定義済みのものだけでなく拡張

Manager が Context Connector へコンテキストを提供する可能であり，このコンテキストを利用するサービス独自ことで各ユーザが自分の状況 ( ＝コンテキスト ) をサーの定義が可能である．

バ側へ登録可能となる．Context Manager は各ユーザごクライアント側で収集されたコンテキストはサーとにも設置できる．例えば，教室環境などを収集する

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Context Manager を設置して，各ユーザで共有することれたシステムは実際の応用を通じてユーザ評価を行い，も可能である．

それをフィードバックすることでより高いレベルに達す●利用者コンテキストの管理ることが一貫した研究開発方針である．

利 用 者 コ ン テ キ ス ト は Context Connector か ら Context
Repository に 登 録 さ れ る． 登 録 さ れ た コ ン テ キ ス ト は

参考文献

Context Store に収録され，Context Aware Tool から利用できる．

[1]K. Ikeuchi and Y. Sato, Modeling from Reality, Kluwer● Context Repository

Academic Press 2001.
[2]M. Levoy et. al., “The digital Michelangelo project,”

コンテキスト管理を担うモジュール．ユーザ認証，コンテキスト登録・参照，Context Store 管理を行う．

SIGGRAPH 2000, New Orleans.

● Context Store[3]J. Wasserman, Michelangelo’s Florence Pieta, Princeton
University Press 2003.

コンテキストを保管するモジュール．各種データベー[4] 北原格，大田友一，斎藤英雄，秋道慎志，尾野徹，スと連携し，コンテキストの永続的な記録サービスを提供する．

金出武雄：大規模空間における多視点映像の撮影と● Context Aware Tool

自由視点映像生成，映像メディア学会誌，Vol.56, No.8,

Context Repository を利用するためのインタフェース

pp.120-125 (2002)[5]T. Matsuyama: Exploitation of 3D Video Technologies,を提供する．ユーザ認証，コンテキスト参照などの機

Proc. of International Conference on Informatics Research

能を有する．
Context Aware Tool を外部システムが利用することで，for Development of Knowledge Society Infrastructure,
pp.7-14 (2004)

コンテキストアウェア環境を利用することが容易に実現できる．

【略歴】●コンテキストアウェア環境への対応

中澤篤志（NAKAZAWA Atsushi）

現在のところ，本グループでは利用者のコンテキス
ト管理を中心に開発を行ってきたが，今後は以下のよ

大阪大学

うな，より教材コンテキストに注力した開発を行おう

1997 年大阪大学基礎工学部システム工学科卒業，2001

サイバーメディアセンター

講師としている．

年同大学院基礎工学研究科博士課程修了，博士 ( 工学 )，● Context Aware Tool の実装

同年科学技術振興事業団研究員 ( 東京大学生産技術研究● Context Repository への利用ユーザの登録

所 )．2003 年より現職．画像計測，3 次元デジタルアー● 拡張コンテキストの定義 ( オプション )カイブ，分散視覚システム，動作解析の研究に従事．

● Sensor Processor の実装 ( オプション )● コンテキストごとのコンテンツ対応

梶田将司（KAJITA Shoji）
名古屋大学

情報連携基盤センター助教授

1990 年名古屋大学情報工学科卒業，1995 年同大学院工7．まとめ
本稿では，我々が取り組んでいる次世代ユビキタス化学研究科情報工学専攻満了．博士 ( 工学 )．同年名古屋大CMS 構想について述べ，CMS におけるユビキタス化の学工学部助手，1998 年名古屋大学情報メディア教育セ

要素や，VR を用いた学習システムなどを紹介し，そのンター助手，2002 年より現職．メディア処理，大学情利用シーンや具体的開発項目について述べた．本テーマ

報基盤デザインの研究・実践に従事．

は大きく三つのサブグループに分かれ，CMS のコア部考（KAKUSHO Koh）分を担当する名大，CSK グループと，VR 化の部分を担角所当する大阪大学，コンテンツの作成を担当する京大から京都大学 学術情報メディアセンター 助教授構成されている．これらの開発に必要となる基礎技術は1988 年名古屋大学工学部電気学科卒業．1993 年大阪大

多岐にわたっており，ソフトウェア工学，VR 技術，ネッ

学大学院工学研究科通信工学専攻博士課程修了．
博士 ( 工トワーク技術，コンピュータビジョン，コンピュータグ

学 )．1992 〜 94 年日本学術振興会特別研究員，1994 年

ラフィックスなどの技術を援用しながら，新たな分野を大阪大学産業科学研究所助手，1997 年より京都大学助

切り開かなければならないと考えている．ここで開発さ教授．視覚メディア処理，コミュニケーション，インタ39