バーチャルリアリティ環境における物体操作

広田

光一（大学院情報学環・准教授）

１．はじめに人は目や耳などの感覚器を通して環境を知向上により、精細さが飛躍的に改善した。運動覚・認識し、手足などの筋肉の運動を通して、計測も、画像処理技術の進歩により、身近に利環境に作用したり環境にある物を操作したりす用できるようになった。しかしながら、VR環る。バーチャルリアリティ（VR）は、計算機境に対する作用や操作は、今なお現実的とはにより運動を計測し、感覚情報を生成すること言えず、実用にも遠い状況である。もちろん、で、実環境に代わる新しい環境を構築する技術

ゲームなどのインタラクティブなコンテンツにである。VRという言葉が使われるようになっは身体運動を利用するものや、空間的なジェスたのは1980年代末頃である。VR技術を象徴すチャを利用するものがあるが、実環境とのインるインタフェースデバイスとして、頭部搭載型タラクションに比べて非常に単純化・模式化さディスプレイやデータグローブが提案された。

れている。これではまだ実環境に代わる環境とこれらは、運動や感覚の情報を人間と計算機のはいえない。このような観点から、筆者らは、間で直接的に結合するという概念を端的に示しVR環境において実環境と同じような物体操作たものであった。

を可能にする技術について、システムの構築と現在のVR技術は、様々な面で進歩した。視人間の特性の両側面から検討している。

覚提示は、ディスプレイの解像度と描画性能の２．研究概要
2.1

手のモデル

人と物は接触することで、双方の状態が変化

VRシステムにおいては、人は実環境にいて、することから、この問題はそれらが連成した問操作の対象となる物はモデルとして計算機の中題である。状態の変化とは、たとえば、物体がにあるため、感覚提示や動作計測のデバイス類運動したり皮膚が変形したりすることである。

を介して相互に関係づける必要がある。このこ195

とは、空間的な分解能や時間的な収束性に問題きるようになる。計算された力を人に提示すれを生じる。たとえば、接触の際に皮膚に作用すば、現実と相似な関係が得られる。

る力の分布を表現するのに十分な自由度をもつ

このような考え方にもとづいて、筆者らは手力覚ディスプレイはない。そこで、人の一部をのモデルの構築を試みている（図１）。有限要モデル化して計算機の中でシミュレーションに素法により軟組織をモデル化し、関節角より計より応答を生成することが考えられる。たとえ測される骨の位置と、物体との接触により表面ば、手のモデルを計算機の中につくり、人の状に与えられる境界条件をもとに、手指の変形を態としては手指の関節角のみを与え、皮膚の変計算する。この方法では、たとえば、関節の部形はシミュレーションで計算することが考えら分のしわの発生も計算により生成されることにれる。これにより、接触に伴う変形や境界面上なる。現状では、軟組織に均質な材質を仮定しでの接触の状態などは、デバイスを介することているが、今後の検討の中ではより精緻なモデなく、計算機の中に閉じた計算を行うことがでル化も検討したい。

2.2

感覚フィードバック

多くの場合、操作には接触や力の感覚を伴う。残念ながら、把持操作にともなう触力覚をい。そもそも、触力覚が効果的に利用されるのは、視覚がない状況であることが多い。

提示する技術は十分に確立されていない。手の視覚によらない表現として、筆者らは、聴覚骨格のもつ20以上の自由度に力やトルクを提による代替を検討している（図２）。具体的に示するデバイスは実現が困難であり、また、体は、指や掌の上での接触の位置や強さ、エッジの中でも特に分解能が高いとされる手および指の触感などの触力覚情報を、音程や音色、音の表面に相応の解像度の触覚刺激を与えるデバ量、方向定位などの聴覚情報に変換・代替してイスも実現されていない。

提示する。手探りで物の形を認識したり、物体触力覚の欠如や不正確さは、操作においてを探り当ててつかんだりする作業が、聴覚代替様々な問題を生じる。たとえば、接触力や拘束によっても可能であることを確認しているが、力が発生しないと、指や掌が物体に容易に侵入パフォーマンスは実環境での作業に比較してますることになり、その状態の認識も難しくなだ劣っている。なお、このような感覚代替に関る。つかんだ物をはなそうとしても、指が物体する実験では、習熟の程度が結果に大きく影響の内部に侵入しているため、適切なタイミンし、人の適応力を再認識させられる。たとえばグで物から指を離すことができず、操作性が低車の運転のように、有用性が高ければある程度下する。接触の状態を、触力覚の代わりに視覚の習熟の手間は許容される場合がある。実用的的に表現する方法はこれまでにも提案されていには、人の適応力に頼る解を考えてもよいかもるが、視覚の及ばない範囲での操作には使えなしれない。

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東京大学大学院情報学環紀要

情報学研究

№85

2.3

対象の認識操作や動作とそれに伴う感覚情報との関係はその中身をある程度知ることができる。

VR環境の実現において重要な要素である。こ逆に、振る動作とそれに伴う力や振動の関係の関係を通して、人は環境や対象物の従う規則を表現するデバイスをつくることができれば、性や法則性を知ることができ、見た目では得ら箱を振ってみたのと同じ体験ができるはずであれない深い意味での現実感が構成されると考える。運動と力の関係は、物理シミュレーションられている。このような関係性は、特に操作にによって計算することができ、様々な法則性をおいては、触力覚によっても認識される。この再現することが可能である。このような考えに場合の法則性は、物の機械的性質を反映したも基づいて、デバイスと比較的単純な物理モデルのとなる。たとえば、変形と力の関係からやわを試作してみている（図３）。たとえば、箱のらかさの情報が得られる。もっと複雑な関係に中身の重さや反発の強さなどの違いをおよそ判ついても、人はある種のモデルを推定すること別できる程度の提示が可能であることを確かめができて、たとえば、箱を振ってみることで、ている。

2.4

操作とスキル

人は学習によって巧緻な動作を行うことがで玉は古典的なボール遊びであるが、VR環境できるようになる。このように学習で獲得されるはまだ現実ほど思い通りにボールを操ることが動作能力のことをスキルと呼ぶ。もしVR環境難しい（図４）。これには、上述の感覚フィーが現実と同様の知覚と操作を提供しているのでドバックの問題や、VR環境内の手とボールのあれば、VR環境においても実環境で得たスキ接触と応答の計算にみられる現実との乖離などルを活用できるはずである。逆に、スキルの活が影響していることが明らかになっている。一用を阻害している要因がわかれば、それがVR方で、被験者毎のパフォーマンスを調べると、環境構築の技術的課題であると考えることがで現実環境で操作が上手な人は、VR環境でも上きる。

手であることがわかり、すなわち、ある種のス筆者らは、スキルを必要とする操作をVR環境で行うことで、VRシステムについて問題発キルがVR環境においても利用できることが示
唆されている。

見的な検討をおこなっている。たとえば、お手

３．おわりに最近になって、光学式モーションキャプチャバイスは比較的高価で、装着の手間などの問題により、手の骨格モデルを比較的容易に計測でもあったのに対して、新しい技術では比較的安きるようになってきた。従来のグローブ型のデ価なデバイスで非装着での計測が可能になり、バーチャルリアリティ環境における物体操作

197これにより、手によるVR環境の操作がより身を現実的で実用的なものにする技術をこれから近な体験になると期待される。このような体験も追求していきたい。

図１

図３

FEMによる手のモデル

図２

振ってみる感覚を提示する装置

広田光一（ひろた

聴覚による触力覚情報の代替

図４

VR環境での「お手玉」

こういち）

1965 年 2 月 22 日生まれ
［専門領域］バーチャルリアリティ、ハプティックス［著書・論文］◦ 水鳥 未那人 , 西 晃生 , 広田 光一 , 池井 寧 : 素早い動作を可能とした VR 環境の構築及び検証 ; 日本 VR 学会
論文誌 , 17(4), 429-438, 2012
◦ Yasuhiro Tanaka, Koichi Hirota: Shaking a box to estimate the property of content; Proc. EuroHaptics 2013,564-576, 2012
◦ Koichi HIROTA, Yasushi IKEI: Switching Torque Converter: Concept and Preliminary Implementation; J.
System Design and Dynamics, 6(4), 386-400, 2012
◦ Koichi Hirota, Yoko Ito, Tomohiro Amemiya, Yasushi Ikei: Generation of Directional Wind by Colliding
Airflows; Proc. WHC 2013, 509-514, 2013
◦ 広田 光一 , 田川 和義 : 計測にもとづくインパルス応答変形モデルの構築 ; 日本 VR 学会論文誌 , 18(2), 171180, 2013
［現在の所属］情報学環 先端表現情報学コース［所属学会］日本バーチャルリアリティ学会、ヒューマンインタフェース学会、日本機械学会

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