関西地区

教育システム情報学会 2018年度学生研究発表会

仮想立体上での絵付け支援を目的とした AR による情報提示システムの構築
Development of Information Presentation System by Augmented Reality
to Support Painting on Virtual 3D Object
島 治季，曽我 真人
Haruki SHIMA，Masato SOGA
和歌山大学システム工学部
Faculty of Systems Engineering，Wakayama University
Email: s206122@wakayama-u.ac.jp
あらまし：描画支援の研究では，平面へのスケッチを支援する研究に比べて立体への絵付けを支援する研究は多くない．そこで，拡張現実感と力覚提示装置を用いて，立体への絵付けを支援できるシステムを開発することを最終目標とする．本稿では，仮想立体に絵付けを行い，現実世界で拡張現実として確認できるシステムとアンケートによるシステム評価について報告する．
キーワード：描画支援，拡張現実感，デジタルスケッチ

1.

である．力覚提示装置を用いた描画支援システムとして，Bill Baxter らは，スタイラスペンを絵筆として操作することで，仮想空間内の絵筆で仮想のキャンバスに絵を描くことのできるシステムを開発している[1]．しかし，このシステムはキャンバスにスケッチすることを対象としており，立体への絵付けを対象としているわけではない．
また、モデルの絵と学習者の絵を比較すること可能にするために，AR で仮想の立体を表示することを提案した．AR は，コンピュータを利用して，現実の風景に情報を重ね合わせて表示する技術である．
AR を用いることで，学習者が絵付けをした仮想モデルが現実世界でどのように見えるかを確認することが容易である．また，学習者が絵付けを行った仮想立体を実際の立体に重ねることで，実際の絵と学習者の絵のずれを確認することもできる．

はじめに従来の描画学習では，キャンバスにスケッチを行うのをサポートすることを目的としたものが多い．
しかし，立体に絵付けを行う際，曲面に描くことになるため，こういった描画学習では得られないスキルが必要となる．
学習者が必要なスキルを習得するために，手法 1「熟練者に教わる」，手法 2「書籍等を使って独学で学習する」の 2 つの例を挙げる．しかし，これらの手法には問題点がある．手法 1 では，常に熟練者が近くにいるとは限らない，他者に教えることのできる熟練者の数に限りがあるといった問題がある．また，手法 2 では，自らのスキルが向上したか分かりづらい，モチベーションが維持しづらいといった懸念がある．
このような問題を解決するため，システムを用いた，描画支援に関する研究が多くの人に行われてきた．しかし，平面上にスケッチすることを対象とした研究と比べると，立体上に絵付けをすることを対象とした研究は多くない．

2.

3.

システムの概要

3.1 絵付けモード
絵付けモードでは，学習者は仮想立体に絵付けを行う（図 1）．力覚提示装置を用いてシステム画面に表示された仮想ペンを操作することで仮想の立体に絵を描くことができる．
学習者が調整できるパラメータとして，ペン先の太さとペンのカラーがある．ペン先の太さは，1pxから 10px，12px，15px のいずれかを選択できる．ペンのカラーは RGB の要素ごとに 0 から 255 まで自由に調整することができ，学習者が設定した色はペン先の色を見ることで確認できる．
また，キーボード上の特定のボタンを押すことで，仮想の立体を移動，回転，ズームイン，ズームアウトさせることが可能である．

研究目的および提案手法

絵付けを練習するために現実世界の道具を用いると，場合によっては多くの費用を必要とする．また，モデルを用意して模写を行った際，モデルの絵と学習者の絵を比較することは容易ではない．
そこで，実物に絵付けをするのではなく，仮想の立体に絵付けできることを目的とした．仮想の立体に絵付けをすることにより，モデルの絵と学習者の絵を比較しながら絵付けをすることが可能である．
仮想の立体に絵付けをするためのインタフェースとして力覚提示装置を用いた．力覚提示装置は，操作者に対して力のフィードバックを与えられる装置である．力覚提示装置を用いることにより，仮想世界の立体に絵付けを行った際に，実世界の立体に絵付けを行っているような感覚を提示することが可能

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教育システム情報学会 2018年度学生研究発表会表 1 仮想ペンの操作による違和感は気になるか気になる
0人
どちらかというと気になる
7人
どちらかというと気にならない
3人
気にならない1人

図1

表 2 AR による重ね表示は役立ったか
役立つ
11 人
どちらかというと役立つ
0人
どちらかというと役立たない
0人
役立たない
0人

絵付けモード3.2 AR モード
AR モードでは，学習者は実物と仮想の立体を比較することができる（図 2）．仮想の立体は拡張現実感を用いて表示している．
キーボード上の特定のボタンを押すことで仮想の立体を半透明にすることができ，これにより実物の絵と学習者の描画した絵を重ね表示し，どれだけズレが生じているかを確認することができる．

4.

図2

表 3 本システムの操作は簡単か
簡単
どちらかというと簡単
普通
どちらかというと難しい
難しい

4人
3人
1人
3人
0人

表 4 システムをまた使いたいか
そう思う
どちらかというとそう思う
どちらかというとそう思わない
そう思わない

8人
3人0人
0人

5.

AR モード評価実験

本研究では，開発したシステムが絵付け支援システムとして適切であるかを検証するために評価実験を行った．被験者にはシステムの操作を確認した後，システムを使って仮想の立体に絵付けをしてもらった．評価方法は，被験者に対して実施したアンケー
ト調査とする．アンケートは，主にシステムのユーザビリティ評価を目的としており，段階評価と自由記述を含む 12 問の質問で構成されている．アンケー
トの結果の一部を表 1，表 2，表 3，表 4 に示す．
アンケートの結果を見ると，概ね高い評価を得たことが分かった．しかし，表 1 から力覚提示装置を用いて仮想ペンを操作することに違和感があった人は多いことが判明した．また，表 3 から本システムの操作が難しいと感じた人がいることも分かった．
これらは絵付けをする際に，学習者のストレスになる可能性があるため，システムを改良する必要があると考える．
さらに，自由記述では「システムを使うと疲れてしまう」，「インタフェースが多くスムーズに他の動作に移るのが難しい」といった意見も見られた．これは，本システムが力覚提示装置，マウス操作，キーボード操作，Web カメラで AR を表示するといった多数のタスクが必要なため，本システムを使うことが学習者の負担になっているからだと推測する．

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今後の課題

本システムが立体に絵付けをするシステムとして適切であるかを評価するために実施したアンケート
では，「力覚提示装置で仮想ペンを操作して絵付けをすること」，「AR で実物と仮想の立体を重ね表示すること」の双方で高い評価を得た．一方で，「システ
ムを使うと疲れてしまう」，「インタフェースが多くスムーズに他の動作に移ることが難しい」，「立体に絵付けをするという動作は仮想上では操作が難しい」といった意見も見られたため，本システムを使うことが学習者の負担になってしまうことが判明した．
また，比較検証を行っていないため，本実験ではシステムの優位性が測れないことも事実である．
これらの事実から，学習者の負担を減らすためにインタフェースや機能を再検討した後，他の手法との比較検証およびユーザビリティ評価を行う必要があると考える．
参考文献
(1)

Bill Baxter，Vincent Scheib，Ming C.Lin，Dinesh Manocha ： ”DAB: Interactive Haptic
Painting with 3D Virtual Brushes”，Proc. Of the28th Annual Conference on Computer Graphics
and Interactive Techniques, pp.461-468(2001)