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第 21 回日本バーチャルリアリティ学会大会論文集（2016 年 9 月）

テレイグジスタンスの研究 (第 87 報)―空中における身体拡張感のための飛行型テレイグジスタンスシステムの提案―
Study on Telexistence LXXXVII: Design of Flight Telexistence System for Embodiment of Flying Experience
早川 裕彦 1) , サライジ ムハマドヤメン 1) , フェルナンド チャリス 1) , 南澤 孝太 1) , 舘 暲 2)1) 慶應義塾大学大学院メディアデザイン研究科（〒 223-8526 神奈川県港北区日吉 4-1-1, ）2) 東京大学高齢社会総合研究機構（〒 113-8656 東京都文京区本郷 7-3-1, info@iog.u-tokyo.ac.jp）
概要: 本稿では，体験者が日常的な生活空間にいながらにしてあたかも空を飛んでいるかのような体験を提供するための概念として飛行型テレイグジスタンスを提案し，そのプロトタイプの開発と評価について述べる．体験者と飛行型ロボットを統合することで，身長や体格といった身体的な制限を飛び越えるような体験をすることができるシステムとして飛行型テレイグジスタンスシステムを構築した．
キーワード： 身体拡張，飛行体験，テレイグジスタンス，超人スポーツ

1.

緒言
エクストリームスポーツは，実空間におけるスポーツのフィールドを境界線を三次元空間に併合することで，多くの身体拡張感を体験者に与える．しかしながら，それらのエクストリームなスポーツは危険さと過激さを伴っていることから，万人が体験することは困難である．一方ファン
タジーの世界では人間が空を自由に飛び回り空中を飛び交うスポーツが多く描かれていることから，空中での活動という私たちが持たない身体能力への羨望が垣間見える．
さて，2020 年に東京でオリンピック・パラリンピックが
図 1: 空中における身体拡張感のイメージ開催されることが決まり，私たちのスポーツに対する関心は日々高まっている．しかし，自国で開催される大会に自らがアスリートとして参加する選手は，どれほどいるだろうか．そうした背景の中，スポーツとデザイン及びテクノロジーの融合により人間の身体能力を補綴・拡張する人間拡張工学に基づいた「超人」としてフィールドで競技を行う「人機一体」の新領域のスポーツを創造する「超人スポーツ」という概念が生まれた．体験者の身体性を伴っていながらも安全であり，且つ空という高さに制限のないフィールドを提供することができるとしたら，どんな新しいスポーツを体験できるだろうか．
そこで，空中における没入型のスポーツを実現するため，
図 1 の様に体験者があたかも空を自由に飛んでいるかのような身体拡張感を工学的に実現することを本研究の目的とする．本研究では，「空中をフィールドとするスポーツである

Hirohiko HAYAKAWA, MHD Yamen SARAIJI,
Charith Lasantha FERNANDO, Kouta MINAMIZAWA, and Susumu TACHI© 2016 日本バーチャルリアリティ学会

こと」「身体能力を超えたパフォーマンスであること」「ルールの下で公正に競技が行われていること」に該当するもの
を空中スポーツとする．スポーツとテクノロジーの融合で身長や体格といった身体的な制限を飛び越えることにより，身体能力の拡張を行い，誰もが新しいフィールドで，新しいスポーツを楽しむことができる．さらに，それらの新しいスポーツを体験しているとき，超人的な力を手に入れる可能性を見出すことができる．一方，当然ながら私たちは鳥のような飛行能力を物理的に構築することは困難であることから，体験者にとって本質的に飛行しているかのような感覚を得ることができれば良いと考えられる．従って，本研究では体験者が地上にいながらにして空中にいるかの様な遠隔存在感を得ながら，まるで体験者自身の身体能力が拡張された感覚を得ることのできるシステムを提案する．

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2.

先行研究
飛行感の演出方法は以前よりバーチャルリアリティの研

3.

設計

3.1

設計要件

究として行われている．Birdly[1] では， HMD と運動制御

これらに対し，本研究では空中スポーツにおける身体拡ユニットを用いる事で体験者が飛行しているかのような感張感を獲得することを目指していることから，「身体性」「自覚を経験することを可能にしている．鳥が飛行する時のよ在性」「浮遊感」が求められると考えられる．実空間におけ

うに，うつ伏せの状態である体験者が腕全体を動かすことる空中でインタラクションを行い，空中を意のままに動きでバーチャルリアリティの世界の中を飛び回ることができ回り，さらに体験者が空中に存在しているかの様な感覚をる．また，飛行に応じ体験者の前方に取り付けられた送風得られるシステムを構築する．

機により風が送られることで，体験者に没入感を提供している．しかし，体験者は HMD を通して見ている世界に対体験者に没入感を提供するため，視覚と頭部運動を人とドローンの間で同期します

してのみ体験者の行動が反映され，システムを通じた体験空中において自在な移動を実現するため，身体性を伴っ者の行為が現実の世界に対し影響を与えることは不可能でた操作方法を提案します．また，移動するだけでなく，そのあり，制御ユニットに身体が固定されている事により，即場に留まり続けることのできることが求められるため，マ時的且つ相互作用的な行為が要求されるスポーツ体験を創

ルチコプター型のドローンを用います．

造することはできない．

3.2

身体性

フィールドを駆け回るようなスポーツを競技する場面に飛行型テレイグジスタンスは，飛行体験への没入感や空おいて，競技者との位置関係を計測しながら追跡する自律中スポーツのための競技性向上を目指しているため，体験者飛行ヘリコプターによる空中自由視点でのコンテンツ撮影があたかも空中を自由に移動するかのような感覚が得られが提案されている [2]．Higuchi ら [3] は，体験者の頭部をることで，身体能力が拡張される体験を実現する．従って，トラッキングすることで，体験者の頭部動作とドローンの地上にいる体験者の能動的な身体動作によって正確に飛行制御を同期するより直感的な操作メカニズムの提案を行い，型ロボットが制御され，それぞれの動きが一致している必

従来の操作手法より優位性を持つことを示した．また，ド要がある．また，体験者の身体動作による飛行型ロボットローンの制御に体験者の身体動作を伴うことにより，ドローの制御を行う事で，従来のような手元で操作する形のコンンの移動距離を体験者自身の身体感覚から推定することをトローラーが排除されるため，体験者の手足が自由となり，可能としている．しかし，頭部動作とドローンの動きが正飛行型ロボットと他の体験者の関係性への関与に止まらず，確に同期していることから，めまぐるしい試合展開が起こ

飛行型ロボットと飛行型ロボットに乗り移っている体験者

るスポーツでは，視野角の移動が追いつかない．古川ら [4]自身，あるいは飛行型ロボットに乗り移っている体験者とは，ドローンの飛行高度の変化に応じ，搭載された両眼カ他の体験者とが協力して行うような，様々な形でのインタメラの距離を変化させることで，体験者自身の身体スケーラクションが行われる可能性を示唆している．

ルが変化したかのような感覚を提供するシステムの提案を3.3行っている．

自在性

飛行型テレイグジスタンスにおける視覚情報の伝送シス

これまで述べてきた様な VR 技術を用いた没入感や遠隔テムの目標は，自在性を創出することである．従って，我々存在感は，一般にテレイグジスタンス [5] と呼ばれている．

が自身の目で直接見て得られる視覚と等価な感覚が伝送系

テレイグジスタンスとは，遠隔地に居ながらにして，あたかを介して得られることである．まず，飛行体験をする際，対もその場にいるかのような臨場感と没入感を得ながら，人間象物との正確な距離を得られていなければ危険なため，両眼にとって自然な三次元空間をリアルタイムに自由に行動す立体視が必要となる．次に，飛行体験を行う際，積極的に視る事で，その環境とのインタラクションを生み出す概念で点を動かし周囲の状況を観察し把握するため，運動視差がある．Charith らはテレイグジスタンスのプラットフォー必要となる．さらに，体験者の身体の動きと共に視点移動ムとして，TELESAR V[6] を開発した．廣多らが開発したが行われるような，能動的な視点移動が行われる必要があ

TELUBee[7] では，それを小型化し，更に可動式のロボッる．また，違和感のない視野角を確保する事が必要である．

トを遠隔操作することで遠隔地で自由に動き回り，瞬時に3.4

移動したかのような感覚を体験することができる．

浮遊感

地上にいながらにして空中にいるかの様な体験をするこ

こうした事例は，体験者とドローンを統合する事，そしとのできるシステムの構築を目指す．そこで，浮遊感を演て身長や体格といった身体的な制限を飛び越える事により，出するコックピットを設計することで，体験者に飛行体験誰もが「空」という新しいフィールドで活動できる可能性を提供する．

を示唆している．

4.

システム説明4.1

システム構成本システム（図 2）は，遠隔地に存在するロボットと体験者側のコックピットから構成されている．

© 2016 日本バーチャルリアリティ学会- 14E-04 -14E-04

図 2: システム全体図
図 4: システムブロック図
ホバリングできること，ホバリングの精度が高いこと，カメラや PC 等のデバイスを取り付けるためのペイロードがあることを満たすとして，ロボットの機体として DJI 社の運動情報は体験者の頭部及び身体動作（位置，角速度）は，Phantom3 Professional を使用した．また，見回しに関す体験者が装着している HMD に内臓された加速度及びジャる時間遅延の解決を図り，全天球カメラである RICOH 社

イロセンサー，そして体験者に向けられた赤外線カメラかの THETA S を使用した．

ら位置情報が取得される．その情報は Unity 上のプログラ

ロボット視点の映像を取得するため，カメラ及びカメラでムにより UDP Server に伝送され，DJI 社が開発者向けに取得した映像を体験者側の PC に伝送するための PC，また提供している mobile SDK を用いて作成されたアプリケー

PC 用のバッテリーをロボットに搭載する必要がある．そこションにより Android 端末で取得される．そして，Androidで，3DCAD ソフトウェアを用いプロトタイプにおける頭端末に USB で接続された送信機にデータが送られ，送信機部機構の設計を行い，ロボットの試作を行った（図 3）．

からロボットの受信機に伝送される．これにより，HMD の位置や動作によりロボットのピッチ軸・ヨー軸・ロール軸への制御が行われる（図 5），

図 3: 飛行型テレイグジスタンスロボット

図 5: 運動情報の同期メカニズム

本システムにおけるブロック図を，図 4 に示す．視覚情報伝送は，まずロボットに搭載された全天球カメラにより20fps の映像を取得し，USB で接続された StickPC を用いWebRTC の伝送経路を通り体験者側の PC に送られる．次に，Unity 上のプログラムにて全天球映像が取得され，全天球オブジェクトにテクスチャを貼り付けられる．そして，体験者が装着している HMD に映像がレンダリングされることで，体験者はロボット視点の映像を連続的に見ることができる．また，体験者が視野方向を移動する際，HMD のセンサ情報を用いることで頭部動作が検出され，その情報を基にレンダリングされる方向を変化させることで視野方向の移動を行う．従って，体験者の視野方向の移動に伴いネットワークを介す様な情報伝送は行われることがなく，体験者側の PC におけるソフト内での処理により表示される映像は変化されるため，映像遅延はほぼ生じることがない．

© 2016 日本バーチャルリアリティ学会

一方，図 6 の様に，体験者の前方に送風機を設置し，また体験者の足が接地しない椅子に座ることで，まるで空中にいるかの様な感覚を創出するコックピットの設計を行った．

4.2

評価実験

体験者が HMD で映像を見た時，映像の視野は体験者の頭部動作に正確に追従されていたため，遅延はほぼ生じていないと言える．
プロトタイプにおけるシステムの評価試験（図 7）のため，システムを用い，横 3.5m・縦 3.5m・高さ 3m に設置されたコース上を移動する実験を行った．出発地点から地面に設置されたマーカまで前後左右に進みながら，マーカの地点でヨー軸を中心として回転を行い，ゴールまで移動することができた．ところどころ前後左右にドリフトをしている様子が見て取れたが，実験場所での電波干渉や気流の影響が考えられる．

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本研究は JSPS 科研費 26240030 の助成を受けて行われた．

参考文献[1] Max Rheiner: Birdly an Attempt to Fly, SIGGRAPH’14 ACM SIGGRAPH 2014 Emerging Technologies
Article, No.3, 2014.
[2] Keita Higuchi, Yoshio Ishiguro, and Jun Rekimoto:Flying Eyes: Free-space Content Creation Using Autonomous Aerial Vehicles, CHI ’11 Extended Abstracts on Human Factors in Computing Systems,
pp.561–570, 2011.
[3] Keita Higuchi, and Jun Rekimoto: Flying Head: A
Head Motion Synchronization Mechanism for Unmanned Aerial Vehicle Control, CHI ’13 Extended
図 6: システムにおけるコックピット

Abstracts on Human Factors in Computing Systems,
pp.2029–2038, 2013.
[4] 古川 正紘, MHD Yamen SARAIJI, Charith Lasantha
FERNANDO, 南澤 孝太, 舘暲: テレイグジスタンスの研究 (第 76 報): 巨人化体験のための視覚伝送系の設計と実時間映像伝送系の実装, ロボティクス・メカトロニ
クス講演会講演概要集 2014, 2014.

[5] S. Tachi: Telexistence, World Scientific, 2010.
[6] Charith Lasantha Fernando, Masahiro Furukawa,Tadatoshi Kurogi, Sho Kamuro, Katsunari Sato,
Kouta Minamizawa, and Susumu Tachi, “Design ofTELESAR V for Transferring Bodily Consciousness
図 7: 評価試験の様子

in Telexistence”, IEEE/RSJ International Conferenceon Intelligent Robots and Systems, pp.5112–5118,

5.

2012.

結論
本研究では没入型空中スポーツのための飛行体験の工学[7] 廣多 馨, Saraiji Yamen, Charith Fernando, 古川 正紘,的実装について述べ，飛行型テレイグジスタンスの実現可南澤 孝太, 舘 暲: テレイグジスタンスの研究（第 72 報）-

能性を示した．今後は飛行型テレイグジスタンスシステム

複数のスレーブロボットを用いた広域分散型テレイグジが実際に活用されていく中で，目的に適応した新しいアプスタンスの試作-, 日本バーチャルリアリティ学会 第 17リケーションの出現が期待される．

回大会, 32A-3, 2012.

謝辞 謝辞は結論の後に書いてください．

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