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第 23 回日本バーチャルリアリティ学会大会論文集（2018 年 9 月）

テレイグジスタンスの研究（第９４報）-VR 空間内で物体固有の触感を提示可能な触覚提示システムの提案中郁己 1) 2)，加藤史洋 2)，井上康之 2) ，舘暲 2)1) 東京大学 新領域創成科学研究科 （〒277-8561 千葉県柏市柏の葉 5 丁目 1－5, naka@hapis.k.u-tokyo.ac.jp）
2) 東京大学 高齢社会総合研究機構 （〒113-8654 東京都文京区本郷 7 丁目 3－1, {naka, fumihiro.kato, y-inoue,tachi}@tachilab.org）
概要：VR 空間内の物体の触感を指腹に提示可能なグローブ装着型の触覚提示システムを提案する．
9 軸慣性センサを用いて手指の位置と姿勢を計測し，VR 空間内のアバターハンドに反映させる．ア
バターハンドと VR 空間に置かれたバーチャル物体との接触状態を推定する．接触状態に基づいて，触覚提示モジュールを用いて触覚刺激を指腹に提示するシステムである．予め物体の表面に設定する触感情報に基づいて，振動と温度とをユーザの指腹に提示する．
キーワード：触覚ディスプレイ，触原色，テレイグジスタンス

1. はじめに触感を再現するデバイスは VR において没入感を高める．

3. 要求仕様
ユーザの手と同じ動きを VR 空間内のアバターハンドに

今日では，NintendoSwich 等をはじめとする多くの触覚を反映させるため，ユーザの手指の位置と姿勢のデータを計提示するデバイスが実用化されている．しかし，提示デバ測する必要がある．実際の手の動きに対するアバターハン

イスの多くが振動の提示しかできず，現実で接する多様なドの遅れは没入感の妨げとなるため，リアルタイムに計測触感の再現はできていない．近年では，多様な触感の再現し，アバターハンドに反映させる必要がある．

をするため，力などの触覚刺激や温度を振動刺激に組み合バーチャル物体の材質に応じた振動と温度を提示するわせた複合型触感提示が提案されている．複合型触感提ため，触覚提示モジュールを指先に装着する必要がある．

示において，触原色理論に基づいた多様な触覚を再現する

触覚提示モジュールは，感覚受容器が知覚できる範囲の振方法を田島ら[1]は考案した．実際の物体に触れた時の触動と温度の提示ができる必要がある．振動受容器において，感と，複合型触感提示デバイスで提示した人工の触感とをマイスナー小体は振動変位 40Hz 付近で約 10μm，パチニ比較することで，触原色理論に基づいた方法による触覚の小体は振動変位 200Hz 付近で約 0.1μm の範囲で振動を知再現度を評価した．

覚する．また，温覚受容器において，自由神経終末は約 15

本報告では，触原色理論に基づいた複合型触感提示手法～45℃の範囲で温度を知覚する．したがって，上記を満たを用いて，VR シミュレータ内の物体固有の触感を提示可す範囲での振動と温度の提示をモジュールができる必要

能な触覚提示システムを提案する．

がある．

2. 触原色理論

4. 提案システム

触原色理論とは，力・振動・温度の三原触に分解し組みユーザの手指の動きを計測するセンサグローブの指先合わせて提示することで，触覚の再現が可能になるというに触感を提示する触覚提示モジュールを組み込み，VR シ概念である．触覚受容器では，圧力をメルケル細胞が，せミュレータ内に配した試料をユーザが触れることで触感ん断力をルフィニ終末が，低周波振動をマイスナー小体を感じるシステムを構築する．図１はセンサグローブを装が，高周波振動をパチニ小体が，温度を自由神経終末が着し，VR シミュレータ内の試料へ手を動かす様子である．

知覚する．したがって三原触を組み合わせて提示すること

次節では，センサグローブ，触覚提示モジュール，VR シで，現実で接する多様な触覚の再現が期待できる．

ミュレータについて説明する．

図 1：VR シミュレータ使用時の様子

図 3：2 触覚モジュール[3]4.1 センサグローブ
センサグローブは，図 2 に示すスパイス社の IGS Cobra
Glove を使用する．手甲部に 1 個，末節骨に 4 個，中節骨に 4 個，基節骨に 5 個，中手骨に 2 個の計 16 個の 9 軸慣性センサがグローブを構成する．
手甲部と各指節に取り付けた 16 個のセンサ群によって手指の姿勢をサンプリング周波数 60Hz で計測する．センサグローブで取得した手指の情報から逆運動学に基づく姿勢推定手法[2]を用いてユーザの指先位置を正確に再現するアバターハンド各指の関節角度を計算し，VR シミュ

図 4：振動素子の周波数特性[4]レータ内のアバターハンドに反映させる．
4.3 VR シミュレータ
VR シミュレータ内でアバターハンドが試料に触れるときに，振動と温度を指腹に提示する．実際に動作している VR シミュレータの様子を図 5 に示す．3D 空間内を動くアバターハンドと，板に置かれた複数の試料が VR シミ
ュレータを構成する．
アバターハンドはユーザの手指の動きに合わせて自在に動く．アバターとユーザの動きが一致するシステムは先行研究[2][5]を用いる．シミュレータ内には複数の試料を再現し，触感を提示する振動強度と温度を各試料に設定する．アバターの指先が試料に触れるときに，バーチャル物体の材質を示す触感を 2 触覚モジュールを通してユー
図 2：センサグローブ

ザの指腹に提示する．

4.2 触覚提示モジュール
グローブの親指・人差し指・中指の指先に触覚提示モ
ジュールを装着する．触覚提示モジュールは，JST ACCEL
プロジェクト[3]で研究開発した図 3 に示す 2 触覚モジュールを使用する．2 触覚モジュールは，内部の振動素子と上部の電熱線とペルチェ素子から構成される．振動素子の周波数特性[4]を図 4 に示す．40Hz 付近で約 60μm，200Hz付近で約 40μm の提示ができることがわかる．電熱線は50℃までの加熱が，ペルチェ素子は 10℃までの冷却ができる．したがって，2 触覚モジュールを用いることで，感覚受容器の知覚範囲を満たす振動と温度の提示が可能となる．

図 5：VR シミュレータ

5. まとめ

参考文献

本報告では，VR 空間内の物体の触感を提示できる触覚[1] 田島優輝，加藤史洋，井上康之，舘暲：テレイグジス

提示システムを提案した．9 軸慣性センサが構成するセンタンスの研究 （第 92 報）―力／振動／温度を触原色

サグローブで計測した手指の位置と姿勢の情報を VR シミとする触感の提示手法と提示装置の提案―，日本バュレータ内のアバターハンドに反映させる．VR シミュレ

ーチャルリアリティ学会第 22 回大会論文集，2017.

ータ内の試料にアバターハンドが触れる際に，試料ごとに[2] 井上康之，加藤史洋，舘暲：テレイグジスタンスの研設定した触感をユーザが知覚する．振動素子と電熱線と究（第 93 報）―精緻な手指作業を実現するマスター

ペルチェ素子を組み込んだ触覚提示モジュールを用いて，スレーブ計算手法―，日本バーチャルリアリティ学

振動刺激と温度刺激を指腹に提示することで触感を再現

会第 23 回大会論文集，2018.

する．

6. 今後の課題
被検者への触感提示実験を行い，触感の再現性を調べる．
振動の強度や温度を変えて提示し，再現に必要な条件を見つける．また，実環境を再現する VR シミュレータを構築し，テレイグジスタンス環境での触感提示につなげたい．

[3] https://tachilab.org/jp/accel_project.html[4] Masashi Nakatani，Katsunari Sato，Kunio Sato，Yuzuru
Kawana，Daisuke Takai，Kouta Minamizawa and Susumu
Tachi: A novel multimodal tactile module that can provide
vibro-thermal feedback ， AsiaHaptics2016 ， 82F-1 ，Kashiwa，Japan，2016.11．

[5] 井上康之，M. Y. Saraiji，C. L. Fernando，加藤史洋，山崎喬輔，田島優輝，舘暲：テレイグジスタンスの研究

7. 謝辞
本研究は，国立研究開発法人科学技術振興機構（JST）の戦略的創造研究推進事業（ACCEL）「触原色に立脚した身体性メディア技術の基盤構築と応用展開」の支援によって行われた．ご支援いただいた篠田裕之東京大学大学院新領域創成科学研究科教授に感謝の意を表する．

（第 89 報）―テレイグジスタンスのためのロボットシミュレーションシステム―，日本バーチャルリア
リティ学会第 22 回大会論文集，2017