立石科学技術振興財団

助成研究成果集(第30号) 2021

［ 研究助成 (A) ］

仮想空間における触れあいインタラクションに着目した
プレタッチの研究
Investigation of Pre-Touch Reaction Distance in a Virtual Reality Environment
2201008

研究代表者

慶應義塾大学

理工学部

訪問研究員

木本充

彦

る舞い設計の際には，接触といった動作が生じ[研 究 の 目 的]た時点やそれ以降だけでなく，それが行われる
人は抱擁や撫で，握手などの接触動作を通し前の所作が，人が抱く自然な印象や，心的負担て，精神的意図や感情を表現し伝え合う。介護の軽減に重要であることが指摘されている。例

現場では，優しく撫でることで高齢者の不安をえばロボット研究の場では，ロボットが人から解消することが行われているなど，人の精神的触れられる際には，人が反応を示すのと同様の安寧にとってこうした身体接触を伴うインタラ

距離で接触より前に反応を示すことが，自然なクションは重要な役割を持つ。本研究では，仮印象の形成とって重要であると報告されている。

想空間 (VR 空間) において，人と自然に触れ本研究では，このような接触が行われる前のあい，関わり合うことのできるバーチャルエー振る舞い設計に焦点を当て，VR 空間においてジェントの実現を目指す。

人から触れられる前に自然な反応を示すことのできるバーチャルエージェントの開発に取り組んだ。具体的には，人が他者から触れられる前[研究の内容，成果］に反応を示す距離であるプレタッチ反応距離に着目し，VR 空間における人のプレタッチ反応

1．はじめにVR 空間において触覚刺激を利用したインタ距離を調査した。そして，得られた結果に基づラクションの研究が進んでいる。例えば，自然き，人と同様に触れられる前に自然な反応動作な触覚刺激を提示する新たなデバイスの開発や，を示すことのできるバーチャルエージェントの人間の触覚に対する認知を利用した触覚刺激提開発に取り組んだ。

示アルゴリズムの開発が進んでいる。こうした研究を通じて，VR 空間においてバーチャル2．プレタッチ反応距離の調査

エージェントとの触覚刺激を伴うインタラク

バーチャルエージェントの触れられる前の反ションが可能になりつつある。しかし，これら応動作設計に役立てるため，まず，人が VR 空の研究は人がバーチャルエージェントに触れた間において接触前にどの程度の距離まで接近行際や触れた後の振る舞いに着目しており，人か動を許容できるのか，すなわち，どの程度の距ら触れられる前の状況は着目されてこなかった。

離で反応動作を示すのかを調査した。具体的にそのため，バーチャルエージェントが人から触は，対 人 距 離 研 究 で 広 く 用 い ら れ る stop-れられる前にどのように振る舞うべきか，は明distance 法に基づいた計測法を設計し，人がらかでなかった。人と接するエージェントの振VR 空間でバーチャルエージェントから顔や身― 1 ―立石科学技術振興財団

体に手を近付けられた際に，どの程度の距離まで手が接近すると不快感を抱くのかを調査した。
2. 1．システム概要

プレタッチ反応距離計測のため，VR 空間で実験参加者が操作可能なアバタ，手を近付けてくるバーチャルエージェント，近づいてくる手の任意のタイミングでの停止や，その際の距離測定機能などで構成されるシステムを開発した。
実験参加者は，椅子に座った状態もしくは起立した状態でヘッドマウントディスプレイを装着し，コントローラを握った状態で実験に参加した。コントローラは，実験参加者の実空間における手の動きの VR 空間への反映と，近づい図1てくるバーチャルエージェントの手の停止処理

実験で利用したアバタとエージェントに利用された。実験参加者は任意のタイミング(図 1)。これらアバタとバーチャルエージェン

でコントローラのボタンを押下可能であり，こトのモデルは関節を備えており，実空間におけれ以上手を近付けられたくないという不快感をる動作のアバタへの反映や，バーチャルエー抱いたタイミングでボタンを押下した。システ

ジェントによる手の接近動作を行うことが可能

ムはボタンが押下された時点での，バーチャルである。

エージェントの手と近付ける手の目標点となっ

2. 3．接近動作の実装ていた実験参加者のアバタの顔もしくは身体とバーチャルエージェントの手の接近動作としの距離を計測した。て，VR 空間での実験参加者アバタの顔と身体

2. 2．アバタとバーチャルエージェント

へ右手を近付ける動作を実装した。具体的には，アバタの外見や形状などは，それを操作する顔へ手を近づける動作として，アバタの顔正面人が感じる，アバタの身体をあたかも自己の身方向に対して，水平方向に 15 度刻みで±30 度

体であるかのように感じる感覚，身体所有感にまで 5 通り，垂直方向に 15 度刻みで±45 度ま影響を与えることが知られている。本研究で扱での 7 通りを掛け合わせた合計 35 通りの角度

うプレタッチ反応距離は，自己の身体へ手を近から手を近付ける動作を実装した (図 2a)。身付けられた際の感覚に関わる距離であり，この体へ手を近付ける動作としては，アバタの身体ようなアバタの種類が反応距離に影響を与えるの 13 点 (首，胸部，腹部，両肩，両肘，両手，ことが考えられる。例えば，実際の身体と類似

腰の左部，腰の右部，両膝) の正面方向から手したアバタとかけ離れたアバタでは，身体所有感が異なり，VR 空間内で手の接近を許容できる距離が異なることが考えられる。そこで，アバタとして男性・女性・ロボットの 3 種類の3D モデルを用いた (図 1)。ロボットの 3D モ
デルには，SoftBank Robotics 社が販売するロボット，Pepper を利用した。手を近付けてくるバーチャルエージェントも同様に，男性・女性・ロボットの 3 種類の 3D モデルを用いた
― 2 ―

図2

バーチャルエージェントの手の接近動作例

Tateisi Science and Technology Foundationを近付ける動作を実装した (図 2b)。バーチャ

顔へのプレタッチ反応距離計測の際，アバタのルエージェントの手は，まずアバタから 70 cm

顔向きは正面方向に固定されており，手の接近離れた位置に表示され，約 0.2 m/s の速さで目角度は全ての参加者で同一だった。

標点へ接近するように実装した。また，顔，身次に，身体への手の接近動作に対するプレ体への接近動作はそれぞれランダムな順番で選

タッチ反応距離の計測を，顔への場合と同様の択され，最終的に全てのパターンが実施された。

方法で行った。ただし，アバタの顔向きは固定

2. 4．実験手順

せず，実験参加者には身体へ接近してくる手を実験参加者は実験説明を受けた後，同意書に眺めながら，これ以上近付けられたくないと感記入した。そして，ヘッドマウントディスプレじた時点で手を停止するよう指示した。両腕をイの装着と調整を行った。その後，以下の手順

含む身体の位置は固定されており，手の接近動でプレタッチ反応距離の計測を行った。実験に作は全ての参加者で同一だった。身体のプレは男女各 10 名の合計 20 名が参加した。

タッチ反応距離の計測の後，手を近付けてくる

1．操作するアバタの体験

バーチャルエージェントの種類を変更し，再度2．顔のプレタッチ反応距離の計測

手 順 2〜3 を 行 っ た。こ れ を，3 種 類 の バ ー

3．身体のプレタッチ反応距離の計測

チャルエージェントで繰り返した。全てのバー

まず実験参加者は，手順 1〜3 で利用するアチャルエージェントで計測を行った後，アバタバタを約 2 分間体験した。具体的には，起立しの種類を変更し，手順 1〜3 を行った。実験参た状態のアバタの手や頭部を動かしながら，そ加者はこれらを全てのアバタで繰り返した。最の様子をアバタの正面に置かれた鏡を通して眺

終的に実験参加者は，アバタ 3 種類×バーチャめた (図 3)。その際，実空間での人の頭部やルエージェント 3 種類の合計 9 種類の条件を体腕部の動作は，ヘッドマウントディスプレイと験した。

実験参加者が両手に持つコントローラの位置を2. 5．結果と考察

環境センサで認識することでアバタの動作として反映された。

顔周りの全ての角度における平均距離と身体の全ての部位の平均距離ををそれぞれ図 4 に示

アバタを体験した後，まず顔への手の接近動す。顔の平均プレタッチ反応距離は 14.4 cm，作に対するプレタッチ反応距離を計測した。計

身体の平均プレタッチ反応距離は 9.26 cm で測が始まると，まずバーチャルエージェントのあった。関連研究において実空間で人を対象と右手が停止した状態で表示された。そして，実して得られた顔のプレタッチ反応距離の平均は

験参加者がコントローラのボタンを押下すると，19.97 cm であり，これと比較して VR 空間で手の移動が開始された。実験参加者はこれ以上はより近くまで接近動作を許容できることが分手を近付けられたくないという不快感を抱いた

かった。得られたデータに対して，アバタの種

時点でもう一度ボタンを押下した，システムは，類 (Avatar：男 性，女 性，ロ ボ ッ ト)，バ ー

その時点でのバーチャルエージェントの手とアチャルエージェントの種類 (Agent：男性，女バタの顔との距離を計測した。これを 2. 3 節で性，ロボット)。実験参加者の性別 (Gender：述べた角度からランダムな順番で繰り返した。

男性，女性) を要因として分散分析を行った。
まず，顔のプレタッチ反応距離に関して，アバタ種類要因 (F(2,36)=10.31, p<0.001, η 2 =0.036) と エ ー ジ ェ ン ト 種 類 要 因 (F (1.47,26.48) =34.74, p<0.001，η 2 =0.073) に 有 意 な

図3

鏡の前に立ちアバタを体験する様子

主効果が認められた。要因間の交互作用及び実― 3 ―立石科学技術振興財団

バーチャルエージェントの種類要因に関する多重比較の結果，ロボットエージェント条件では男性エージェント条件 (p=0.026) や女性エージ ェ ン ト 条 件 (p=0.040) よ り も 有 意 に 値 が
大 き い こ と が 示 さ れ た (robot agent>male/female agent)。
以上の結果はプレタッチ反応距離が，実験参加者の性別によらず VR 空間における身体の形体によって変化しうること，また，手を近付けてくる相手の身体の形体によって変化しうることを示している。特に，女性アバタを利用すると許容できる距離が遠ざかること，ロボットエージェントからの接触動作に対して許容できる距離が遠ざかることが明らかになった。
図4

顔と身体へのプレタッチ反応距離3．プレタッチ反応を示すエージェント験参加者の性別要因については有意な効果は認得られた結果に基づき，顔と身体への手の接められなかった。アバタの種類要因に関する多近に対して反応を示すバーチャルエージェント

重比較の結果，女性アバタ条件では男性アバタを開発した。具体的には図 5a に示すようにア条件 (p=0.024) やロボットアバタ条件 (p=バタの種類ごとに反応を示すべき面を設計し，0.005) よりも有意に値が大きいことが示されその距離まで手が近づいた際に反応を示すバーた (female avatar>male/robot avatar)。バー

チャルエージェントを実装した。手の接近に対チャルエージェントの種類要因に関する多重比して反応を示す様子の例を図 5b に示す。

較の結果，ロボット条件では，男性エージェン
ト条件 (p<0.001) や，女性エージェント条件[今後の研究の方向，課題］

よりも有意に値が小さいこと (p<0.001) が示された (robot agent>male/female agent)。
次に，身体のプレタッチ反応距離に関して，
ア バ タ 種 類 要 因 (F (1.36,24.41) =14.251, p<0.001, η 2 =0.094) とエージェント種類要因 (F(2,36) =5.773, p=0.007，η 2 =0.014) に 有 意 な
主効果が認められた。実験参加者の性別要因については有意な効果は認められなかった。ア
バタの種類要因に関する多重比較の結果，女性
アバタ条件は男性アバタ条件 (p=0.010) や，ロボットアバタ条件よりも有意に値が大きい(p=0.001) こ と (female avatar>male/robot

図5avatar)，また，男性アバタ条件はロボットア

正面方向からの手の接近に対して反応を示すべき面の例と反応を示すバーチャルエージェント

バタ条件よりも有意に値が大きいこと (maleVR 空間におけるプレタッチ反応距離を調査

avatar>robot avatar，p=0.014) が示された。

し，人と同様の距離で反応を示すバーチャル― 4 ―Tateisi Science and Technology Foundation

エージェントの開発を行った。本研究を通して，ションを通じて，人と豊かな関係性を構築可能

VR 空間でのプレタッチ反応距離の特徴，例えなエージェントの開発を目指す。

ば，実空間における身体でなく VR 空間内での身体の影響を受けることなどが明らかとなった[成果の発表，論文等］

が，アバタの身体のどのような特徴が結果に影[ 1 ] 木本充彦，齊藤青葉，飯尾尊優，下原勝憲，塩響を与えたのか主要因は明らかとなっていない，

見昌裕，“仮想空間におけるプレタッチ反応距離のその特定は課題である。今後は，本研究で得ら調 査 ,”情 報 処 理 学 会 第 83 回 全 国 大 会，Virtualれた知見を活かしつつ，触れあいインタラク― 5 ―Conference, 7E-04, Mar. 2021.