H1-3

仮想立体上での絵付け学習を目的としたAR と力覚提示装置を用いた情報提示システム
Development of an Interactive Training Support System for Drawing andPainting Skill on a 3D Object with AR and Haptic Device
島 治季*1, 曽我 真人*2
Haruki SHIMA*1, Masato SOGA*2*1 和歌山大学システム工学研究科*1Graduate School of System Engineering, University of WAKAYAMA*2 和歌山大学*2University of WAKAYAMA
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：絵付け，描画支援，拡張現実感，デジタルスケッチ，力覚提示装置

1.

研究目的および提案手法

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．システムを用いた描画支援に関する研究は多くの人に行われてきたが，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．
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（図 1）．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，Bart Adams
らは力覚提示装置を用いて 3D オブジェクトに絵を描くことができるシステムを開発している．このシステムは 3D オブジェクトに絵を描くことを目的としているが，実物の絵と比較する機能は実装されていない(2)．
そのため，本システムでは，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（拡張現実感）
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．

図1

2.

使用した力覚提示装置

システムの概要

本システムには「絵付けモード」と「AR モード」の 2 つのモードがある．
2.1 絵付けモード
タ絵付けモードでは，学習者は仮想立体に絵付けを行う（図 2）．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．
学習者は画面上の UI およびキーボード入力に― 113 ―

教育システム情報学会 JSiSE2019
第44回全国大会 2019/9/11-9/13

より，色や太さ，オブジェクトの位置を変更することができる．

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

2.2 AR モード表 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

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 3）．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．

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

図2

図3

3.

絵付けモード4.

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．

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 the 28th Annual Conference on
Computer Graphics and Interactive Techniques, pp.461468(2001)(2) Bart Adams, Martin Wicke, Philip Dutré, Markus Gross,Mark Pauly, Matthias Teschner: ”Interactive 3D Painting on
Point-Sampled Objects”, Proceedings of the Eurographics
Symposium on Point-Based Graphics, pp.57-66(2004)― 114 ―