3D映像，Vol. 33，No. 1，pp. 41 – 72 (2021年1月)「最新の映像情報技術と視覚系に関する話題」

大学で行った講義の配布資料を修正

桑山 哲郎
博士（芸術工学 ：神戸芸術工科大学）
千葉大学工学部 情報画像学科 非常勤講師「画像技術史」の講義を担当
2020年10月 講義1

略歴と自己紹介
1975年 東京工業大学大学院 機械物理工学専攻 修士課
程了（卒業論文はスペックル干渉計測，修士論文はホログラフィー干渉計測）
1975年 キヤノン株式会社入社 中央研究所に所属し物理光学関連の研究を行う
・白色干渉計による膜厚測定が最初の研究テーマ →現在の OCTと同じ原理
1987年より 千葉大学工学部画像工学科非常勤講師「画像技術史」の講義を担当 現在に至る
2003年 博士（芸術工学）の学位取得（神戸芸術工科大学）
2016 年 キヤノン株式会社 退職

日本写真学会幹事 広報委員会副委員長，三次元映像のフォーラム事務局業務などを担当
著書：「光の百科事典」（丸善出版），「画像電子情報ハンドブック」（東京電機大学出版），「3次元画像工学ハンドブック」（朝倉書店），「ホログラフィック・ディスプレイ」（産業図書）ほか
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2020年10月 桑山哲郎

全体の構成１．はじめに：導入
キーワードとねらい（ ６．まとめ ）２．注目の映像技術の話題
2-1 LEDアレイを用いる空中像表示（品川駅）
2-2 全天球映像技術の発展
2-3 ハーフミラー合成「ペッパーズ・ゴースト」
３．結像に関する注意とヒトの視覚系で注意すべき点
４．工学技術としての「画像」はどのようにして成り立つか
５．その他興味深い映像技術の紹介
・プロジェクションマッピング
・半透明スクリーン・参考資料
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2020年10月 桑山哲郎

1-１ キーワードとねらい1.

ヒトは網膜上に作り出された光の強度分布から「最も確かと思える世界」を推測する。 → 「この目で見たから確か」 は誤りで「目はすぐにだまされる」という説明が適切。

2.

実物を見ているときと同様に，人は映像機器からの物理的な刺激からこれまでの視体験を呼び起こす。→映像機器が成り立つ原理。

3.

「太陽の下，新しい物は無い」(光学機械では、全く同じ機構が時代を経て何回も登場する。生物の視覚でも同じ技術が用いられる)■ねらい• 学生の皆さんがこれから勉強し，また社会に出て活動する際に役立つと思える「知恵」をお伝えしたい。（私自身の体験から）• 「画像」という，工学技術の範囲からはみ出す特別なものについてその一端を伝えたい。
• 「ヒトの視覚系，感覚・知覚・認知」と「ハードウェア」，「ソフトウェア」，「コンテンツ」のかかわりについて知る。
• 最新の話題とこれから学ぶ「情報技術」のかかわりを考える。
• Webからは大量の情報が入手できる状況なので，その一端を紹介し4たい。
2020年10月 桑山哲郎

先にまとめ１．注目すべき新しい映像技術が身近に存在することを紹介。
２．結像光学系と眼球について，間違いが修正されることなく流通していることを指摘。
３．「工学技術としての画像の成り立ち」から，「ヒトの視知覚における感覚・知覚の手がかり」と，用いられる光学/工学技術について概観。
４．さらに加え，最先端と古くからの技術が組み合わされ，新しい魅力的な映像のしかけが作り出されていることを紹介。

■ 講演者が撮影した写真と描いた図の他は，学会や会社，個人の公開済みの著作物である。流用には著作権に注意いただ
きたい。
2020年10月 桑山哲郎

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２ 注目の映像技術
・回転LEDアレイによる空中ディスプレイがJR品川駅に出現（写真は2019年6月撮影）

・錯視図形（台形アナモルフォーズ）による案内サインが注目を集める（京急 羽田空港国際線ターミナル駅）
・桑山「画像からくり」【日本写真学会誌】 リンク・プロジェクターによる案内サイン（京急羽田空港国際線ターミナル駅）

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参考情報：桑山，日本写真学会連載「画像からくり」50回公開
Google 「桑山哲郎 画像からくり」で検索 https://www.spij.jp/tag/publish_ja/72-1 公共の場所に登場した空中像表示(2019年6月)「何も無い空中に浮かぶ3D映像」
であるが，そこで用いられている技術は視覚の特性（残像と仮現運動 : かげんうんどう）を利用している。

YouTube のアドレス

渋谷の 3D Phantom
YouTubeリンク先
リンク先：
3D Phantom
Kino-mo HYPERVSN

回転する黒い4本の腕の上に， 3D Phantom, Kino-mo などいろいろRGBのLEDを並べフルカラー な商品名で販売されているが，感情移入し易い3D映像を用い，像を立体動画を表示している。
的に見せている。
2020年10月 桑山哲郎

ついでに：凹面顔錯視の話題 ：トップダウン処理
凹凸判断において最優先の要素として「対象物に対する知識」がある。お面の内側に描かれた顔が凹面であることを知覚するのは,大変困難である。 YouTube へのリンク

照明方向
文献：桑山哲郎，連載「画像からくり」第25回 奥行き
反転錯視物体を手作りす
る，日本写真学会誌，第77巻2号(2014年5月)
文献へのリンク

YouTubeへのリンク

2020年10月 桑山哲郎

照明方向

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2-2 全天球映像技術の進展
INSTA 360® ONE X
Webサイト へのリンク

YouTube のアドレス

2020年10月 桑山哲郎

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2-2 全天球映像の成立に必要な要素技術
2017年9月 INSTA 360°カメラ発売https://www.insta360.com/product/insta360-one/

2013年発売の
リコー THETA• 撮影画角220°を超える魚眼レンズ1組で撮影→自撮り棒が消失！
• つなぎ目で遠近物体の位置がずれるのを目立つ物体優先でつなぎ合わせ• 球面にマッピングされた画像データを重力検知結果に従い切り出し，水平線確立• 加速度センサーのデータを用いてブレ補正• ネット上での視聴と共有の仕組みによりコミ
ュニティが成り立ち，利用範囲が拡大

日本写真学会誌「全天球撮像デバイス“RICOH THETA”の開発
論文への リンク11

2020年10月 桑山哲郎

2-3 ハーフミラー合成(ペッパーズゴースト)の今昔

名古屋 中部電力「でんきの科学館」に存在した世界最大級の展示（1985年）

商品名“マジックビジョン”
情報提供元：電通プロックス（旧 電通映画社）1985年
研究発表への リンク
2020年10月 桑山哲郎

写真提供：電通プロックス

12参考 CRT上の像を「体積」を持った像として見せた効果
1982年アメリカ・フロリダのEPCOTセンターから始まった現代型ペッパーズ・ゴースト

中でも圧巻は，スペリー社の提供するホログラフィーだ。このエプコット・センターを動かしているコンピューター・ルームの紹介で，その舞台裏を見せてくれるのだが，案内役にホログラフィーの立体像が登場する。
（中略）テレビ画面でコンピューターの説明をしてくれた若い女性が，40 センチほどの小人の像となってコンピューター・ルームに浮かび出てくるのだ。そして，コンピューター・システ
ムの操作パネルの上をその小人が手を振って説明しながら歩き回るのが，実に見事な立体像だ。その証拠に，ちょっと動いた時，背中が見えることもある。3次元映画のように偏光眼鏡をかけることもしないので，間違いなくホログラフィーなのだろう。
その立体像が，手足を動かし，動き回るのである。
森谷正規：「遊ビジネスの時代先端技術と遊びの世界」，朝日文庫，朝日新聞社，p. 102
13（1994）【原文は1984 年発表】 より
2020年10月 桑山

ペッパーズゴースト

19世紀の幽霊舞台から21世紀に←19世紀1870年代末の舞台とその仕掛け(ペッパーズゴースト)EVAROO 社 トップページ↑ 商品宣伝ショーケースEVAROO社 YouTubeへの リンク

スマートフォンと透明プラ板を組み合わせた「手作りホログラム」がブームになっている。【YouTubeで検索してください】
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2020年10月 桑山哲郎

３ 結像と眼球光学系の話題勉強にあたり困ること：「物造り」の観点からは，間違っているあるいは不正確で害を生じる説明図が流通している。

適切な図→

？
ピンホールカメラの図は正しいのに，凸レンズを組み合わせると物体の大きさがレンズと同じになってしまう！

不適切な図↓

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2020年10月 桑山哲郎

3 眼球光学系について：正しい説明と不正確な説明

判定

間違った/不正確な説明

正しい説明

×

眼球光学系の水平断面図を垂直と 中心窩，視神経，盲点が現れるのは眼球の水平断面だけでする間違いが多い
ある△

水晶体はカメラのレンズに対応

×

眼球の光学系は色収差が補正され 眼球光学系は色収差が補正されておらず，視覚系の情報処ているので色滲みが見えない
理により色収差が見えない△

瞳の大きさが変わることで光量調 視覚が有効な照度のレンジは106 を超えるのに対し，瞳によ節が行われる調節は10倍以下△

広い範囲が一度に高い視力で見え 視力が高いのはごく狭い範囲で，注視点を動かすことで広いる範囲を見ている△

全視野がフルカラーで見える

周辺の視野では色は分からず赤・緑が見える範囲は大変狭い△

網膜は撮像素子に対応する

対応関係は正しいが，光検出部が外側に向かう「反転網膜」
で神経と血管は光検出部に影を落としている

結像光学系（凸レンズ）の屈折力の70％は角膜第1面が分担し，水晶体は残りを分担

2020年10月 桑山哲郎

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3 良くある不正確な説明図

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2020年10月 桑山哲郎

3 正しい眼球光学系

鼻

耳側側

右目の水平断面図18
2020年10月 桑山哲郎

「正しい図」を見分けることが重要
間違った図を拡散させる人に「どうして社会的に有害な情報を広めるの？」と問いただすと「私は非難される筋合いは無い。
皆と同じことをしているだけ」と反論されることが多いのですが，間違いは指摘することが重要と思います。【私見】

カメラと眼球光学系の対比
桑山，「画像からくり」第48回 日本写真学会誌，第83巻p.1(2020年)
リンク
2020年10月 桑山哲郎

正しい!! 1630年にデカルトが描いた眼球光学系

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3 瞳による光量調節はごく一部

網膜の視細胞には，明るいとき働く錐体と暗いとき働く桿体があり，それぞれの感度調節で 100万倍を超える明るさ変化に対応している。

2020年10月 桑山哲郎 20

4工学技術としての映像・画像が成り立つモデル：
4-1 5つの要素とその検出・再現手段
要素

工学技術

物理的な正確さ

形と大きさ
明暗

線透視図法（レンズを通し平面上に撮影・表示）
輝度域の圧縮実物通りの大きさと形を再現
絶対輝度を検出・再現

色彩

三色分解撮影と合成

分光エネルギー分布の検出・再現

動き

時分割撮影と表示

実際の動きを時間軸の連続関数として再現

奥行き 多様な検出・再現手段

実物通りの奥行きに表示

桑山哲郎：「映像技術の成り立ち」，神戸芸術工科大学博士論文(2003年3月)
2020年10月 桑山哲郎

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4 「映像」はどのようにして工学技術として成り立つか?
4-2 一般化したモデル
実物視と映像観賞
現実世界

物理的手掛
かり

再構成

現実世界の知覚

映像装置

物理的手掛
かり

再構成

映像を観賞

再構成

現実世界に属する
映像

枠なし画像，空中像表示など →網点画像を「ニセの中間調画像」と非難する人はあまりない

立体パノラマとその仕掛け（1900年パリ万国博）
平面像を「立体」に見せると「騙し」と非難される
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2020年10月 桑山哲郎

4-3 「視覚の奥行き感度」
これらの要素より，対象に対する知識の方が勝つ

2009-10-29 桑山 特別講義
2020年10月 桑山哲郎

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4-4 奥行きを感じる手がかり
表１：3次元空間の認識に必要な視覚要因
1.単眼視

A調節＊{水晶体調節,焦点深度}<5m|

B空気透視{コントラスト低下,青着色}|

C色{進出色－後退色}|

D網膜像の大きさ＊{既知の物体}|E線透視(図法) {消点←平行線}|

F均一模様の密度勾配|

G不均整構図{対称性欠除}→立体反転図形|

H重なり合い|I 光と影の分布{照明条件の判断}|

J単眼運動視差{多方向観察}

<300m

↓

K視野{画枠効果除去}→大画面表示

>50m

2.両眼視

L両眼視差{前後弁別}→2眼式立体表示

<250m

3.同時視

プルフリッヒ効果【特殊な奥行効果】

4.単一視M 輻輳(ふくそう)＊ {眼球筋肉緊張}

2020年10月 桑山哲郎

<500m

<20m

項目“A”から“K”まで10要因が単眼視に属し左右の目を用いるのは 2項目だけである
・畑田豊彦 ほか：「視覚の科学」,写真工業出版社（1975） p.151 掲載の表より抜粋＊は対象物までの絶対距離の手がかりを与える
要因24

4-5 奥行きを感じる手がかり 3D映像表示の分類例
メガネ不要

実物視

実体モデル，３次元造形データ

単一面遠方表示，空中像，大画面取り囲み，照明効果

空間像形成

空間標本式

多層スクリーン，液晶積層式，ミラーシャッター

空間走査式

移動・回転スクリーン，振動ミラー，バリフォーカルミラー

ホログラフィ

フレネルホログラム，リップマンホログ
ラム，レインボーホログラム，イメージ
ホログラム

並列面

メガネ，接眼レンズ
必要その他空間瞳分離

大型フィールドレンズ，全反射プリズム

メガネ

分離アナグリフ（赤青），偏光，時分割
プルフリッヒ方式

左右像
時間遅れ

ステレオビューア，ヘッドマウンテッドディスプレイ

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2020年10月 桑山哲郎

４ 奥行きを感じさせる手がかり－５ 追加

放射線の構
図は強い奥行き感を作り出す。

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2020年10月 桑山哲郎

４ 奥行きを感じる手がかり－６
手前に置かれた物は奥の物を覆い隠す

建物を見下ろして撮影した写真は,コントラストを強調するとミニチュアに見える(1)(2) は前後関係が明らか (3)(4)はどちらが前かはっきりしな
い【畑田1975より】
2020年10月 桑山哲郎

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５．注目の映像技術（追記）
5-1 プロジェクションマッピング (Projection Mapping)とは、コンピュータで作成したCG映像データと（複数の）プロジェクター等映写機器を用いて，建物や物体，空間などに対して映像を映しだし，ときには音と同期させる技術の総称をいう。【Wikipediaに加筆】 動画共有サイト YouTube は，プロジェクションマッピングの情報収集に最適で，長時間（100時間は超える？）の動画を視聴することができる。
2012年12月開催の作品コンペ受賞作“GAKUBUCHI”
YouTubeへのリンク

シドニーのオペラハウス Wikipediaより2020年10月 桑山哲郎

3D Projection Mapping promoting The
Tourist in Dallas YouTubeへのンク
Music Video “瞳を閉じて”アナログ手法だが，鑑賞者の心に訴える表現
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YouTubeへのリンク

5-2 半透明スクリーンの利用
空中に浮かぶバーチャルアイドル「初音ミク」のコンサートが人気を集めている。これは,半透明の（黒い）スクリーンをステージ上に設置,観客席とは反対側からスクリーンに3D CG によるアイドルの映像を映写するものである。【YouTubeで“Hatsune Miku”を検索すると多数見つかる】
この原理は,1798年に始まった「ファンタスマゴリア公演」と同一である。当時ヨーロッパで大変人気を集めた報道の記録が多数残されているが,現在でも注目される3D映像技術である。

公演(1798年) 初音ミク へのYouTubeリンク
2020年10月 桑山哲郎

仕掛けの解説図 29

奥行反転図形に関連した事柄の年表
15世紀 台形アナモルフォーズ描かれる（線透視図法の知識が普及する）
1832年 スイスの鉱物学者，L.A. ネッカーが結晶をスケッチしている際，「ネッカー・キューブの錯視」を発見する
1887年 オーストリアの物理学者・科学哲学者 エルンスト・マッハ，「マッハの本」の錯視を著書で発表する
1984年 『不思議なボルト・ナット』（ジェリー・アンドラス：作）巡回展『遊びの博物館パートII』で展示され，注目を集める
1994年 『ウインク・マジック』（ジェリー・アンドラス：作）出版される
1998年 ジェリー・アンドラス氏，「首振りドラゴン」の展開図を描く
マーチン・ガードナー氏への感謝の言葉が書き込まれている2009年 パトリック・ヒューズ氏の前後反転作品『水の都』注目を集める
2020年10月 桑山哲郎

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「追い越していく顔」の解析
観察角度変化の倍の角度首を振る様に見える「いつもこちらを向いている」という間違った説明が多い
桑山：私信 1989年

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2020年10月 桑山哲郎

参考情報

北岡明佳 先生の錯視のページ
http://www.ritsumei.ac.jp/~akitaoka/

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