計測自動制御学会東北支部 第 267 回研究集会 (2011.10.28)
資料番号 267-17

運動強調ディスプレイの評価
Evaluation of an Enhanced-Motion Display○役山寛将，妻木勇一，多田隈理一郎○ Hiroyuki YAKUYAMA, Yuichi TSUMAKI，Riichiro Tadakuma
山形大学

Yamagata University
キーワード : 能動ディスプレイ (Active Display)，バーチャルリアリティ (Virtual Reality)，ユーザーイ
ンタフェース (User Interface)

連絡先 : 〒 992-8510 米沢市城南 4-3-16 山形大学 大学院理工学研究科 機械システム工学専攻 妻木研究室
役山寛将，Tel& Fax: (0238)26-3252，E-mail: tmx87644@yz.yamagata-u.ac.jp

1.

緒言

ターで構成され，操作者の頭部を回転中心とした球面に沿ってディスプレイを動かすことがでVR 技術として視覚情報を高い臨場感と伴に提示することが求められている．例えば顔に装着するタイプの HMD (Head Mounted Display)を使用した方法や，使用者の周りを取り囲むよきるシステムである．能動ディスプレイを Fig. 1に示す 3) 4) ．このシステムでは，視界を機器で覆うことはないので，ロボットの操作も容易である．

うにディスプレイを配置することで使用者の視野角を覆う方法がある 1) 2) ．これらの方法は体性感覚と一致した映像を表示することで，高い臨場感を操作者に与えている．

一方，能動ディスプレイのように物理的にディスプレイを動かすと，単に映像だけを動かすよりも高い臨場感があることが実験から明らかになった．そこで，この現象を利用して運動強調

しかし，HMD は装着者の顔が隠れてしまい，人の表情が重要となるコミュニケーションシス
テムにおいて使用するには致命的な欠点となる．
また，全周囲ディスプレイはシステムが複雑で大型であるという欠点がある．これに対して我々
は，HMD のような臨場感を持たせつつ，人の表情をキャプチャできる視覚システムとして，ディ呈示法と呼ぶ手法を提案した．これは，映像内の動きを強調させるために，動いている物体の物体座標系にディスプレイの動きを一致させる手法である．ディスプレイの動きを多自由度にすることで，幅広い映像に対応できる．運動強調呈示法は一種のモーションメディアと考えられる．

スプレイ自体を能動的に動かすことで，高い臨場感を実現する能動ディスプレイシステムを提案，開発してきた．能動ディスプレイは 2 つのモーションメディアとは，ロボット等の実在するモーションをテキスト，音声，画像，映像と同じように捉えたものである．すなわち，実際アーム，液晶ディスプレイ，3 つのアクチュエー–1–

とが主眼であるため，必ずしも実際の見え方と整合性を取る必要はないと考えられる．運動強調呈示法の概念図を Fig. 2 に示す．Fig. 2(a) に示されるよう物体の並進の動きとディスプレイの並進の動きを同期させたり，Fig. 2(b) のように物体の回転と並進を同期させるなどが挙げられる．また，ディスプレイの自由度を上げることにより，Fig. 2(c) のような 3 次元の並進と回転を持つ自由な動きを持たせる方法も考えられる．本論文では能動ディスプレイを用い，運動強調呈示法の有効性を検証する．

Fig. 1

能動ディスプレイの物体の動きによって高い臨場感の創出を狙っ

3.

実験

3.1

実験装置たものと考えることができる．また，似たよう実験装置として能動ディスプレイを使用した．

な例としてディスプレイを前後に動かすことで，能動ディスプレイは 15 型 XGA 液晶ディスプレ

人物の動きを強調するシステムの報告がある 5) ．

イを使用している．ディスプレイを駆動するアー

しかし，同期させる対象は人のみであり，ディムは球面 5 リンク機構を採用している．この機スプレイの移動も前後方向の 1 自由度に限定さ構はすべての関節軸が一点で交わっており，関れている．

節軸の交点を中心とした球面上を動くリンク機

本論では，提案する運動強調呈示法を能動ディ構である．この関節軸の交点が操作者の頭部中スプレイを用いて実現し，評価実験によりその心となるように設計することで操作者から見て，有効性を示す．

2.

A運動強調呈示法

提案する運動強調呈示法では，動いている物体の物体座標系にディスプレイの動きを一致させることで，映像内の動きを強調する．すなわ

0A0(a)(b)

ち物体としてリアルに存在するディスプレイの動きを映像の動きと同期させることで動きを強調し実現する方法である．
A

強調する動きは 2 次元でも 3 次元でもかまわない．ただし 3 次元的に動かす場合には，ディスプレイ自体が動くことで映像の座標系が移動0するため，扱う映像はディスプレイの動きの座(c)標系を考慮し加工されなければならない．ただし，本手法の目的は，物体の動きを強調するこ–2–

Fig. 2運動強調呈示法の例

一定半径の球面上を運動するディスプレイを実3.3現している．土台部の 2 関節が能動関節，残りの関節は受動関節である．この機構ではディスプレイを平行に保つことができないため，手先部にはディスプレイを水平に保つためのモーターを配置し，全体で 3 自由度の自由度を持つ機構となっている．ディスプレイは頭部中心から，半径 450mm の球面上を運動する．ディスプレイの動作範囲はアジマス角，エレベーション角はそれぞれ± 25 deg である．

実験

実装したシステムはディスプレイの座標軸と表示されたボールの座標軸を固定させ，ボールの回転・並進といった運動を強調する．能動ディ
スプレイは，ディスプレイの移動と回転の動きが可能である．この二つを利用して，ディスプレイと表示されたボールの回転・並進を同期させる．グラフィックスはボールと地面から構成される．今回はディスプレイの動きにボールの回転の動きを合わせる構成にし，ディスプレイの動きとグラフィックスの動きを同期させた．

3.2

システム構成ディスプレイに描画されるグラフィックスは，システムの構成図を Fig. 3 に示す．制御 PC

ディスプレイに対しボールが固定され，地面がで運動学の計算を行い，能動ディスプレイの情ボールの回りを回転するように描画される．し報を LAN 経由で描画用 PC に送ることで，能動かし，ディスプレイの回転角度を制御 PC からディスプレイの動きをグラフィックスに反映さリアルタイムで送り，地面を同期させ回転させせる．通信により送られる情報は，手先の球面るので，実際に提示される地面は操作者に対し上での位置であるアジマス角，エレベーション常に水平を保つように表示される．なおディス角と回転補正用のモーターの回転角である．通プレイは回転と同時に並進移動も行っている．

信のプログラムは指令の遅延を防ぐため，マルボールの回転がわかりやすいようサッカーボー

チスレッドプログラムにより別スレッドで実行

ルの模様を使用している．グラフィックスにはしている．

DirectX を使用した．

Active display

24V
Motor

4.
TiTechdriver

評価実験

実装した運動強調呈示法による映像にもたらす効果を検証するため実験を行った．運動強調

Encoder

呈示法を用いた場合の映像と，運動強調呈示法
Ritechinterfaceboardを用いなかった場合の映像の比較により検証を行った．

PCI Bus

Monitor4.1

実験条件

運動強調呈示法を用いた場合を運動強調ディTCP/IP

スプレイ，運動強調呈示法を用いなかった場合を固定ディスプレイと呼ぶことにする．運動強PC for CG(WindowsXp & DirectX)

Fig. 3

実験システムController(RT-Linux)

調ディスプレイでは，先に述べたボールとディスプレイが同期して転がるという運動強調呈示の映像を使用する．映像はディスプレイを被験–3–

運動強調ディスプレイ
固定ディスプレイ

(1)

(4)

(2)

(5)

98
7654
32
10

見やすさ

Fig. 5

4.2
(3)

臨場感

面白さ

実験結果

実験結果

(6)

実験は被験者に運動強調ディスプレイの映像，(a) 運動強調ディスプレイ

固定ディスプレイの映像の両方を見せ，その後それぞれの映像についてのアンケートをとり評価してもらった．被験者は，男子大学生 20 名で(1)(2)ある．以下に示した設問に 9 段階のリッカート(3)尺度で評価してもらった．

• 映像が見やすかった
(4)

(5)

(6)

• ボールが臨場感を持って転がっているよう(b) 固定ディスプレイ
Fig. 4に感じた• 見ていて面白いと感じた

実験映像

1 はまったくあてはまらない，3 はあてはまら者から左端に寄せた状態で右端までボールが回転していく．ただしボールのスピードは一定とした．固定ディスプレイでは，能動ディスプレイを固定したままボールが転がるという映像を見せた．ディスプレイの位置は被験者の正面にない，5 はどちらともいえない，7 はあてはまる，9 は非常にあてはまるに対応させた．また，段階評価だけでなく，感想・コメント欄でも記述式で答えてもらった．
アンケート結果に対して有意水準 5% で符号くるようにし水平状態とした．映像の条件をなるべく近いものにするためボールの回転量は運動強調ディスプレイと同じにした．固定ディスプレイでの横の動きが解るように，地面には緑と黄緑の縞模様をつけた．実際に被験者に提示した映像を一定間隔で撮影した写真を Fig. 4 に示す．

検定を行った．実験結果を Fig. 5 に示す．見やすさについては p=0.02 となり，固定ディスプレイが映像が見やすいという結果がでた．臨場感については p=0.0007，面白さについては p=0.00002となり，運動強調呈示ディスプレイのほうが高い評価を得た．

–4–

5.

考察

参考文献

映像の見やすさについては，固定ディスプレ

1) 山田俊郎，棚橋秀樹，小木哲郎，廣瀬道孝:

イのほうが高い評価を得た．これは，グラフィッ

完全没入型 6 面ディスプレイ COSMOS のクスカードの性能により映像にぶれが見られる

開発と空間ナビゲーションにおける効果，ことや，ディスプレイが横に移動しているため，日本バーチャルリアリティ学会論文誌，4-首を使って映像を追う必要があったためと考え

3，531/538 (1999)．

られる．また，ディスプレイが球面に動くことが気になると言った人がいたことから，ディスプレイの位置や姿勢による映像との整合性がとられていないことが映像を見づらくしていた可能性もある．臨場感については，運動強調ディ2) 荒井健一，木村真弘, 高橋誠，山本克之: 4
面 HMD を用いて呈示した視覚刺激が立位姿勢保持におよぼす影響，日本バーチャルリ
アリティ学会論文誌，4-1，269/274 (1999)．

スプレイのほうが高い評価を得た．動きが同期

3) 河合聡志，田村哲也，葛西昭治，妻木勇一:

していることで臨場感を感じたというコメント

能動ディスプレイの制御，日本バーチャルリもあり，物体としてリアルに存在するディスプ

アリティ学会第十回論文集，49/52 (2005)．

レイの動きが映像の動きと同期することで動きを強調できたと考えられる．面白さについても，運動強調ディスプレイのほうが高い評価を得た．
動きが同期していることで面白いと感じたとい

4) Yuichi Tsumaki, Satosi Kawai, Takuya
Sato:

Development of Active Display,Proceedings of ICAT2007, 49/52 (2005)．

うコメントもあり，運動強調呈示により面白さ

5) 加藤慶，中西英之，石黒浩: 人物の接近のを演出できることがわかった．実際の動きを見て強調が社会的テレプレゼンスに及ぼす影響，いるようで面白いと感じたというコメントもあ

情報処理学会 インタラクション 2011，9/16

り，臨場感を高めることができたと考えられる．

(2011)．

6.

結言本論では能動ディスプレイによりボールの運動を強調する運動強調呈示法を実装し，検証実験を行い感性評価を行った．評価実験より，運動強調呈示法により高い臨場感を得られ，映像に関して面白いと感じることが示された．ただし，運動強調呈示法が固定ディスプレイに比べ見づらいと感じさせることがわかった．今後は，例で示したような映像や実写の映像や，ダイナミクスを考慮したグラフィックスに対する運動強調呈示法の検証を行う予定である．また，映像の見づらさを緩和する方法についても検討する．

–5–