7410特集

日本バーチャルリアリティ学会誌第 19 巻 2 号 2014 年 6 月

プロジェクションマッピング

特集 ■ プロジェクションマッピング

発色型映像投影技術の試み

橋田朋子
Hashida Tomoko

早稲田大学

苗村健

東京大学

Naemura Takeshi

ローチは，そのままどのようなサーフェースにも展開で

1．はじめに印刷と投影は，どちらも私達にとって身近な情報を提きるものではないが，何らかの機能を有する材料を物理示する手段である．印刷された情報は，照明光の反射に刺激で制御するという観点は示唆に富む．そこで多様なよって観察する反射型の表示形式であるため，明るい場サーフェースに塗布できる化学材料で，電気に限らず他所でも見やすい．ただし動的に書き換えることはできなの物理刺激で制御できる材料を調べてみると，光や熱やい．投影された情報は発光型であるため暗い場所の方が圧力といった外部の物理刺激に応答して発色や消色と見やすく，多様な対象面での動的な表示は容易である．

いった物性を可逆的に変化させられるクロミック材料が一方で情報を書き込むことはできない．本特集である “ プある．特にフォトクロミック材料は光を非接触に投影しロジェクションマッピング ” という言葉から多くの人がて対象面の発色を制御できることから，多様な物体表面思い浮かべる技術はおそらく “ 投影 ” であり，建築物等に展開できる可能性が高い．またサーモクロミック材料の表面でピカピカ光る映像がダイナミックに移り変わるも光を照射して投影面で熱に変換することにより，投影様子だろう．このように可視光投影によってアナログな型の制御で発色を制御することも可能である．以上より対象物がある種の電子的な様相を呈することは，既にプ

筆者らはフォトクロミック材料を中心として一部サーモロジェクションマッピングのひとつの魅力となっている．

クロミック材料を用いた発色型映像投影技術のプロトタイプシステムの開発を幾つか進めている．

一方で，もし投影面が光るのではなく，まるで印刷のように見える情報が動的に変化したらどうだろうか？つ

ここでまず，フォトクロミック材料を活用した発色型まり印刷と投影の間のような技術である．この技術で得の情報提示システムについて，筆者らの仕組みも含め簡られる出力に派手さはないが，そのぶん日常空間に自然単に紹介したい．表 1 に投影光学系とフォトクロミックと溶け込む可能性がある．投影して書き込むため，書き材料の塗り方の 2 点から分類したものを示す．なおフォ込む瞬間しか電源がいらない，投影面がスケーラブルとトクロミック材料には大別して，紫外光を照射すると発いった新たな魅力も考えられる．このような観点から，色し紫外光の照射をやめる或は熱により消色するもの

筆者らは，日常空間・物体の多様なサーフェースを印刷と，紫外光を照射すると発色し可視光照射すると消色すのような反射型の表示形式で動的な情報表示が可能なメるものがある．表 1 における投影工学系とは主に発色をディアへと変換させる “ 発色型映像投影技術 ” の検討を制御するための紫外光に関するものである．
まず最も安価かつ安全な太陽光を活用した仕組みとし進めている．本稿ではそれらについて紹介したい．て，あらかじめ透明なフォトクロミック材料で文字情報を印刷しておき，太陽の下でのみ発色で情報が表示され

2．クロミック材料を活用した発色型映像投影技術
発光ではなく反射型ディスプレイとしては，E ink [1]る Solar Annual Report [2] や，太陽光の光路に光学素子をに代表される電子ペーパーが挙げられる．帯電粒子の顔

おいて太陽の高度変化を活用することで，刻々と変化す料とオイルが入ったマイクロカプセルに電圧をかけるこる発色パターンを空間表面に生成する仕組み SolaColorとで特定の色の顔料を表示面に集め情報を提示するアプ[3] がある．次により制御された投影光学系として紫外10

特集

プロジェクションマッピング

JVRSJ Vol.19 No.2 June, 20141175

LED や紫外レーザを用いた仕組みでは，遠隔地のユー然現象の偶然性の面白さを取り込むことができる（例えザ間の紙面で手描きスケッチのやりとりを可能にする

ば雲が通ると発色しなくなるなど）と考えた．

KAMI CHAT [4] や，紙・粘土・靴（衣服）のような様々

ソラ・カラでは紫外光を照射すると発色し可視光をな物体表面のパターンを動的に書き換える Slow Display

照射すると消色するフォトクロミック材料（DAE：ジが挙げられる [5]．さらに情報提示そのものを目的とすアリールエテン）を用いる．太陽光には紫外光も可視るわけではないが映像投影の高コントラスト化のため光も含まれるので，この材料に対して光を選択照射すに，プロジェクタ投影面にフォトクロミック材料を塗布ることで，発色の濃さを任意に制御できる．まず DAEしてその反射率を制御するシステム [6] もある．最後に，スクリーンを水平面に置くと太陽光のうちの直達光とより高度な投影光学系として 1024×768 の解像度の 2 次散乱光がふりそそぐが，主に直達光の光路に光学素子元の紫外光パターンを一度に照射できる紫外プロジェクをおくことで，波長選択した直達光と散乱光が照射さタを用いた仕組みとして，Photochromic+Projection [7] やれる領域を作る．さらにその波長選択した直達光を遮Hand-rewriting [8] は紙面の精緻な発色パターンを制御する遮蔽物を用意すると，散乱光のみが照射される領域る．さらにフォトクロミック材料の塗り方にも工夫したができる．例えば光学素子として紫外線バンドパスフィ

仕組みとして PhotochromicSculpture [9] は，透明なフォトルタを置くと，DAE スクリーン全体は濃く発色し，さクロミック材料を粒状に透明板に塗布して積層し，そのらにその先に人やモノなどの遮蔽物があるとそこだけ一粒一粒の発色を制御することで 3 次元的な発色表現をほぼ消色する．このようにして発色パターンの濃淡の可能にするシステムである．他にもインクジェット印刷

差により，遮蔽物の形にパターンを描ける．また遮蔽可能な CMYK フォトクロミック材料をあらかじめドッ物が動いたり光源が動いたりすれば，発色パターンをト上に印刷しておくことで，画素単位で紫外光を照射し何度でも書き換えられる．
この仕組みをミニチュア模型で実装した例が図 1 であてマルチカラーの発色を実現する仕組み [10] もある．

る．図 1 上はミニチュアの人を遮蔽物としておくことで，電気的な仕組みなしに影のパターンが消色で生成され，さらに遮蔽物を取り除いてもその場に 40-50 秒にわ

表 1 フォトクロミック材料を用いた発色型情報提示たり印刷のように残すことができる空間の様子である．

投影光学系
材料塗布

太陽光LED/レーザ

プロジェクタソラカラ[3]

KAMI CHAT[4]Photochromic

Slow Display[5]+Projection[7]日野ら[6]

Hand-rewriting[8]一様パターン

また太陽の高度変化をふまえた 2 層のスリットを作って直達光の光路に置くことで，所望の時間間隔で発色パターンが変化するような場も可能である．図 1 下は 9 月の日本において 10 時から 14 時までの間，およそ 3 分間
隔で縞模様が発色したり消色したりするという条件をみSolar Annual

Photochromic

Report [2]Sculpture[9]

たす空間を設計し，実際にそのようなパターンが得られ西村ら[10]ている様子である．

3．発色型映像投影技術
ここからは筆者らが開発してきた発色型映像投影技術について詳細にご紹介したい．
3.1

SolaColor[ ソラ・カラ ]ソラ・カラ [3] は太陽を活用した発色型の空間演出の仕組みである．情報提示の用途によっては，必ずしも常に高解像度・高リフレッシュレートが必要とされるわけではない．むしろ最初のプロトタイプシステムとしては安全かつ安価な紫外光源を用いた投影光学系が大事であると考え，自然光源である太陽に着目した．また太陽光を活用すれば，コンテンツも人工的に作り込まずとも自図 1 ソラ・カラによる表現の事例

11

1276

日本バーチャルリアリティ学会誌第 19 巻 2 号 2014 年 6 月

3.2

Photochromic+Projection特集

プロジェクションマッピング

う点が挙げられる．紙面の手描きスケッチを拡張する

ソラ・カラで発色型映像投影技術の基本原理が確認で研究は近年盛んであるがこのような高度に融合した表きたことから，次はより高度な制御による発色型映像投示形式での自動的な加筆，及び手描きスケッチの自動影技術の開発を行った．Photochromic+Projection [7] は紫外的な消去は残された課題である．そこで筆者らはこれ光を照射すると発色し，紫外光の照射をやめると自然消らの 2 つの機能を共に実現する Hand-rewriting [8] とい色するスピロピランを紙などのサーフェースに塗布してう仕組みも開発している．

スクリーン化し，1024×768 の解像度の 2 次元の紫外パター

Hand-rewriting に お け る 紙 面 へ の 発 色 型 で の 加 筆 はンを投影して発色パターンを生じさせる仕組みである．

Photochromic+Projection の仕組みと同じである．一方，任意の紫外光パターンを投影するため，筆者らは消去の機能は，サーモクロミック材料を活用して実現しDMD（Digital Micro Mirror）と呼ばれる 1 ピクセル単位ている．システム構成を図 3 に示す．まず，熱を与えるで光の照射の On/Off を制御できる光学素子と，比較的と透明になる市販のフリクションペンで紙に手描きをす

安全かつ目に見えない紫外領域として 365nm の波長のる．この紙は表にスピロピランが裏には黒いインクが印

光源を組み込んだ紫外プロジェクタを独自に開発してい刷してあり，裏側からレーザ光を照射することで黒い膜る．また紫外光を投影した時に発色だけを効果的に生成で光を熱に変えて，0.073mm 間隔で局所的な消去を実現できるよう（蛍光反応が生じないよう），漂白剤などをしている．また紙面の手描きスケッチの情報はカメラで含まない紙としてユポ紙にスピロピランを塗布してスク取得し，画像処理により適した発色や消色のパターンをリーンを制作している．これにより，目に見えない紫外生成している．以上により例えば図 4 に示すように，描光パターンをスピロピランスクリーンに投影すると，発いた文字の淵だけを残して立体文字を作成したり，ラフ色パターンが浮き上がり，紫外光の照射をやめてしばらに描いた絵を清書したりといった効果や，手描きスケッ

くするとその印字されたパターンが自然に消えて何度でチを自動的に塗りつぶして複製するような効果を紙面でも同じ紙に違う情報を描くことができる．

即時に行うことができる．

図 2 は黒色の「ようこそ」という文字が印刷された
1 枚の同じ紙に，紫外光を投影してピンク色の発色で英語やハングルの文字を書き換えている様子である．
スピロピランスクリーンの発色や消色の特性は，紫外光の放射照度や材料の種類と濃度によっても異なる
2が，現在の構成では 1500μW/cm の放射照度で紫外光を照射した際に 1-2 秒で発色し，消色は 10 分から 30分程度である．

図 3 Hand-rewriting の仕組み

図 2 発色で情報を書き換えている様子

3.3

Hand-rewriting

発色型映像投影技術のひとつの面白さとして，印刷された情報や手描きスケッチと併記した時に，どちらも反射型の表示形式であるため見え方が似ているとい

図 4 手描きスケッチの自動消去と加筆

12

特集

プロジェクションマッピング

3.4

Photochromic SculptureJVRSJ Vol.19 No.2 June, 20141377

参考文献[1] E ink : http://www.eink.com（2014 年 5 月現在）

ここまでは主に 2 次元の発色型映像投影に関するプロ[ 2 ] The Solar Annual Report : http://cargocollective.com/

トタイプシステムを紹介した．一方で，フォトクロミッ

llllllllllllllllllllllllll/Austria-Solar（2014 年 4 月現在）

ク材料の透明性に着目し，材料の塗り方や投影光を工[3] 橋田朋子，筧 康明，苗村 健：“ ソラ・カラ：太陽光を夫することで 3 次元的な情報提示を発色型で実現する活用した屋外空間の発色制御 ”，日本バーチャルリアリことも可能である．筆者らが開発している Photochromic

ティ学会論文誌，Vol.17, No.3, pp. 279-288（2012.9）

Sculpture [9] は，透明なフォトクロミック材料を粒状に[4] Okada, A., Takeshita, A., Miyahara, M., and Inakage, M.: KAMI

透明なガラスに塗布して積層した提示部と，開発した紫CHAT; In Proceedings of Advances in Computer Entertainment

外プロジェクタから構成されるシステムである（図 5）．

Technology 2008, p. 403（2008.12）

2 次元の紫外光パターンで奥行きのある 3 次元積層透明[5] Saakes, D., Chiu, K., Hutchison, T., Buczyk, B., Koizumi,板上の点群を制御するために，粒状のフォトクロミック

N., Inami, M., and Raskar, R.: Slow Display; In Proceedings

パターンが前後に重なり合わないように設計・配置してof SIGGRAPH ’10 , Emerging Technologies, Article No.22（2010.7）

いる．このような透明な体積点群の発色を目に見えない[6] 日野直登，岩井大輔，佐藤宏介：フォトクロミック材料

紫外光で制御することで，発色が 3 次元的な彫刻のようを用いた投影面の反射率変調による高コントラスト投影に見え，それを様々に変化させることができる．この先表示，電子上方通信学会技術研究報，Vol. 111, No. 379,pp.には例えば手に持って見られる 3 次元ディスプレイや，

145-150（2012.1）[ 7 ] 橋田朋子，筧 康明，苗村 健：フォトクロミック材料

太陽光を光源とすることで安価で大型の 3 次元発色型を用いた実世界指向インタフェースの基礎検討，信学技報

ディスプレイなどへの展開も考えられる．

MVE2010-18, pp. 65 -66（2010.5）[8] Tomoko Hashida, Kohei Nishimura, and Takeshi Naemura, : “Handrewriting: Automatic Rewriting like Natural Handwriting”, In
Proceedings of InteractiveTabletops and Surfaces, pp.153162（2012.11）[9] Tomoko Hashida，Yasuaki Kakehi and Takeshi Naemura,:“Photochromic Sculpture：Volumetric Color-forming Pixels”,
SIGGRAPH2011，Emerging Technologies, Article No.11（2011.8）[10] 西村光平，橋田朋子，苗村 健：発色型映像投影技術の多色化に向けた基礎検討，第 18 回日本バーチャルリアリ
ティ学会大会，PP. 100-103（2013.9）

図 5 Photochromic Sculpture【略歴】
橋田朋子（HASHIDA Tomoko）
2008 年東京大学大学院学際情報学府博士課程単位取得退学．

4．おわりに東京大学特任研究員を経て，現在は早稲田大学基幹理工学部

以上，クロミック材料に対し，主に紫外プロジェクタ表現工学科専任講師．実世界を拡張するメディア研究に従や太陽光を活用して光を投影し，多様な投影面で発色型事．博士（学際情報学）．の表示を実現するプロトタイプシステムを紹介した．現在，筆者らのグループでは，CMYK のドット印刷と紫苗村

外プロジェクタからの制御を組み合わせたマルチカラー健（NAEMURA Takeshi）

1997 年，東京大学大学院工学系研究科電子工学専攻博士課

発色映像投影技術の開発にも取り組んでおり，このよう程修了．米国スタンフォード大学客員助教授（日本学術振興な技術を用いることで，発色型でより表現豊かな情報提会海外特別研究員）を経て，2002 年，東京大学大学院情報示が行える可能性がある．一方，今後紫外プロジェクタ

学環 助教授．同情報理工学系研究科電子情報学専攻 准教授を用いて実際に大規模な空間に発色型でプロジェクショを経て，2013 年，同情報学環 教授，現在に至る．メディア

ンマッピングを行うには，安全面や投影面積についてさ＋コンテンツ，実写に基づく映像合成，複合現実感，実世界らなる検討が必要であり，太陽光の活用も含めてそれら指向情報環境，アート＆エンタテインメントなどの研究に従事．博士（工学）．の可能性を総合的に検討していきたいと考えている．

13