hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
WWW上のイベント自動追跡システムに関する研究

今年度は、まず、イベントの自動追跡で必要とされる同一の出来事を異なる表現で表すいわゆる言い換えの関係の自動学習の研究、ならびにページタイプの同定に関する研究を行った。まず、言い換えの自動学習に関しては、日本語のいわゆる並列動詞句ならびに、動詞と名詞の共起頻度をもとに、言い換えの関係にあり、なおかつ論理的な含意関係を持つ二つの記述間の関係を大量のコーパスから自動的に学習する手法について研究した。特に、論理的含意を持ちやすい記述間の関係を高精度で学習するため、形式論理における意味理論にインスパイアされた手法を開発した。これは、形式論理における含意の概念を突き詰めていくと、これはある言語表現で現され得るイベントのインスタンス間での写像に関する条件に対応し、その写像をランダムに構成するときの「構成の容易さ」を確率で表すことにより、含意の成立のしやすさを表すパラメータとして単なる動詞の出現頻度を考えることができるという発想によっている。これにより、実際に含意関係の獲得精度が10%近く向上し、実際にアルゴリズムが出力したイベント間の関係の約70%が実際に論理的含意関係を持っていることが実験により確認された。ページタイプの同定に関しては、具体的にはリンク集を主たるコンテンツとするページ(リンク集ページ)か否かの判別を行った。判別はHTMLタグのパターンマッチによってリンク集を検出することにより行う。リンク集ページは更新頻度が少ないページと考えられるので、これらを定期観察するページから除外することによりイベントの自動追跡の効率化が可能となる。本研究では、WWW上のドキュメントを元に、そのドキュメントに書かれている対象(たとえば、「カローラ」のような特定の車種の自動車)がどのような時間的変遷を辿るかを、WWW上で自動的に追跡し、その対象に関する新規で重要なイベントをユーザーに通知するシステムを開発する。このような自動追跡のタスクを実行するには、まず、ドキュメントが記述する対象、イベントの同一性を認識する必要がある。より具体的には、「トヨタのカローラ」と「トヨタ自動車の大衆車」が同一対象を指しえることを認識したり、自動車に関するドキュメントでは、「モデルチェンジ」と「改良」、さらには「発売」といったイベントを表す語が往々にして同じ意味を持つということを認識する必要がある。本年度は、以上のような問題を解く最初のステップとして、「上位語・下位語の自動学習」ならびに「イベント語り抽出と同義のイベント語の学習」といった研究を行った。まず、「上位語・下位語の自動学習」では、「カローラ」が「車種」であり、「トヨタ」や「トヨタ自動車」が「会社」であるといった単語の比較的細粒度の分類がWWW上の文書から自動的にある程度の精度で学習できるようになった。また、「イベント語の抽出と同義のイベント語の学習」においては、自動車に関するWWW上の文書では、「発売」「モデルチェンジ」といった語が重要な意味を表し、さらには、「発売」と「モデルチェンジ」が往々にして同義であるということを認識することを目的として研究をおこなった。また、自動追跡タスクを効率的に実行するには、イベントの変化が定期的に更新されるようなウェブページを同定する必要がある。この際、ウェブページ間に貼られたリンクが有用な手がかりとなる。例えば、あるページから,「このページでは自動車の最新モデルの一覧がある」という記述とともに別のウェブページにリンクが貼られていれば、リンク先ページは自動追跡を行うページとして有望である。今年度は、その最初のステップとして、リンク周辺に存在するウェブページに関する記述の自動抽出を行った。本研究では、WWW上のドキュメントを元に、そのドキュメントに書かれている対象がどのような時間的変遷を辿るかをWWW上で自動的に追跡し、その対象に関する新規で重要なイベントをユーザーに通知するシステムを開発する。ここでいうイベントとは、例えば、新規に開発される自動車が対象であるとすれば、開発の噂から、発売発表、評論家の評価、モデルチェンジといった自動車が辿る典型的なイベントを考えている。本年度は、昨年度に引き続き、対象にとって重要なイベントをさす「イベント語」の自動抽出と、イベント語間の言い換えの抽出に関して研究を行った。この際にHTML文書中のHTMLタグが重要な手がかりを与えてくれることを確認した。また、ある対象を辿るにあたって、対象が通る道筋である「対象の準備」「対象の用途」を指し示す表現の自動獲得についての研究も行った。例えば、この手法を使うと、通常、「本を出版する」は「本を読む」というイベントの準備段階であるとみなすことができ、さらに「本を読む」ことに時間的に先立つといった知識が獲得できる。このような知識は「本」に関するイベントに関する情報を追跡する際に非常に重要な役割を果たすものと考えられる。さらに、対象に関する情報を抽出する際に重要な手がかかりになると考えられる対象の上位語を自動獲得する手法に関する研究も行った。さらに、イベント追跡の対象となるウェブページ(モニタリング対象ページ)の選別に関する研究にも取り組んだ。まず、追跡対象となるイベントを表わすキーワードをクエリとして検索を行った。次に、得られたウェブページの中から頻繁に更新されるページを選別した。この際、実際にウェブページを定期的に観察しなくても、リンク構造やページ内の更新を示唆するキーワード(「最終更新」など)が選別の有効な手がかりとなることを確認した。また、モニタリング対象ページに対して定期的に観測を行い、ユーザに通知するべきイベントを検出する手法の検討を行った。

まず、言い換えの自動学習に関しては、日本語のいわゆる並列動詞句ならびに、動詞と名詞の共起頻度をもとに、言い換えの関係にあり、なおかつ論理的な含意関係を持つ二つの記述間の関係を大量のコーパスから自動的に学習する手法について研究した。特に、論理的含意を持ちやすい記述間の関係を高精度で学習するため、形式論理における意味理論にインスパイアされた手法を開発した。これは、形式論理における含意の概念を突き詰めていくと、これはある言語表現で現され得るイベントのインスタンス間での写像に関する条件に対応し、その写像をランダムに構成するときの「構成の容易さ」を確率で表すことにより、含意の成立のしやすさを表すパラメータとして単なる動詞の出現頻度を考えることができるという発想によっている。これにより、実際に含意関係の獲得精度が10%近く向上し、実際にアルゴリズムが出力したイベント間の関係の約70%が実際に論理的含意関係を持っていることが実験により確認された。ページタイプの同定に関しては、具体的にはリンク集を主たるコンテンツとするページ(リンク集ページ)か否かの判別を行った。判別はHTMLタグのパターンマッチによってリンク集を検出することにより行う。リンク集ページは更新頻度が少ないページと考えられるので、これらを定期観察するページから除外することによりイベントの自動追跡の効率化が可能となる。
液滴生成時の界面分裂現象のスケーリング則とその遷移過程の解明

液滴の生成は自然現象として観察されるだけでなく、燃焼や蒸発など産業のあらゆる分野で応用されている。この現象は表面張力の作用によるが、その生成機構は完全に理解されているわけではない。例えば、生成する液滴は人為的に制御しない限り幅広い液滴径分布をもつが、何がその分布を決定するかを明らかにすることは一般に容易ではない。本研究では、界面が断裂して液滴が生成する直前の界面形状のダイナミクスに注目し、そのスケーリング則の遷移過程を数値シミュレーションによって検討した。また、二っの液滴生成機構、DrippingとJettingの遷移過程についても同様に検討した。その結果、有限Re数のスケーリング則はRe-0のスケーリング則に遷移することを確認した。また、DrippingとJettingの遷移は、We数とCa数で整理できることを確認した液滴の生成は自然現象として観察されるだけでなく、燃焼や蒸発など産業のあらゆる分野で応用されている。また、DrippingとJettingの遷移は、We数とCa数で整理できることを確認した液滴が生成する現象は日常至るところで観察されるとともに、産業界においても非常に重要な役割を果たしている。液滴の生成に関しては、ジェットやシートの安定解析、カオス的挙動などの基礎的研究からスプレーやインクジェットなど応用研究に至るまで非常に多くの報告がある。一方、分裂点(ピンチオフ)近傍の界面のダイナミックスは、サテライト生成など液滴生成に関する非線形現象を根本的に理解するために近年非常に注目され、研究が急速に進展している。本研究では液滴生成のメカニズムを解明するために、軸対称のジェットが分裂し液滴を生成する場合のピンチオフ近傍の界面運動のダイナミクスについて理論的および数値的に検討した。平成18年度は、二次元軸対称円筒座標系のナビア-ストークス式と界面位置の方程式をスレンダージェット近似し二流体系における一次元モデルを導出した。また、既存の界面追跡法(フロントトラッキング)/有限差分法によるナビア-ストークス解析コードを高解像度用に修正し、既往の実験結果と比較しコードが妥当であることを確認した。さらに、そのコードを用い、各種条件における数値実験を実施した結果、既往のスケーリング則が成立すること、およびスケーリング則がポテンシャル流れからストークス流れへと遷移することを確認した。本研究の成果は、化学工学会第38回秋季大会にて発表された。液滴が生成する理象は日常至るところで観察されるとともに,産業界においても非常に重要な役割を果たしている.液滴の生成に関しては,ジェットやシートの安定解析,カオス的挙動などの基礎的研究からスプレーやインクジェットなど応用研究に至るまで非常に多くの報告がある.一方,分裂点(ピンチオフ)近傍の界面のダイナミックスは,サテライト生成など液滴生成に関する非線形現象を根本的に理解するために近年非常に注目され,研究が急速に進展している.本研究では液滴生成のメカニズムを解明するために,軸対称のジェットが分裂し液滴を生成する場合のピンチオフ近傍の界面運動のダイナミクスについて理論的および数値的に検討した.平成19年度は,平成18年度に開発した界面追跡法(フロントトラッキング)/有限差分法によるナビアーストークス解析コードをさらに高解像度用に修正すると共に,各種条件における数値実験を実施し,広い範囲で既往のスケーリング則が成立することを確認した.また,界面の初期形状が分裂点近傍の界面運動に影響を与えるかどうか試験した結果,スケーリング則は,物性値(密度、粘度、界面張力)以外の条件因子に依存しないことを確認した.さらに,粘度比および密度比を1(二流体の粘度および密度が等しい場合)に固定し,粘度、密度、表面張力を変化させた数値実験を実施し、スケーリング則の遷移を確認した.本研究の成果は,アメリカ機械学会主催の、第5回日米流体工学会議および日本混相流学会年会講演会2007にて口頭発表した.液滴が生成する現象は日常至るところで観察されるとともに、産業界においても非常に重要な役割を果たしている。液滴め生成に関しては、ジェットやシートの安定解析、カオス的挙動などの基礎的研究からスプレーやインクジェットなど応用研究に至るまで非常に多くの報告がある。本研究では液滴生成のメカニズムを解明するために、軸対称のジェットが分裂し液滴を生成する場合のピンチオフ近傍の界面運動のダイナミクスについて検討した。平成20年度は、応用問題としてジェットの周りを流体が平行して流れる状態を界面追跡法(フロントトラッキング)/有限差分法によるナビアーストークス解析コードで再現し、液滴の生成挙動を解析した。液滴の生成はドリッピングとジェッティングモードで異なり、それらモード間の遷移をウエーバー数およびキャピラリー数で整理できることを明らかにした。

本研究の成果は、プロセス強化に関する国際シンポジウム、アメリカ化学工学学年会、および日本混相流学会年会講演会2008にて口頭発表した。また、化学工学会の英文誌に投稿した結果、掲載可の判定で現在最終原稿を作成中である。
イチゴ栽培から食べ物への興味・関心を引き出すことができる食育プログラムの開発

本研究では、地域の子供を対象に、大学、イチゴ農家、栄養教諭等が連携して、それぞれの専門性を活かした食育プログラムの開発を行い、実施・評価することを目的としている。2年間で実施した食育プログラム(第1回:農園見学、第2回:ジャムづくり、第3回:栄養素等に関する実験といった食育体験プログラム及び各家庭での継続的なイチゴ栽培とワークブックへの取り組み)を通して、子供が食物を大事にし、食物の生産等に関わる人々へ感謝する心を持つことができ、様々な食品にはそれぞれの栄養学的な特徴があることに気づき、日常生活の中で食べ物に興味・関心を持つことができるきっかけとなったと推察された。本研究では、地域の子どもを対象に、大学、イチゴ農家、栄養教諭等が連携して、それぞれの専門性を活かした「イチゴ栽培から食べ物への興味・関心を引き出すことができる食育プログラムの開発」を行い、実施・評価することを目的としている。本年度は、1ワークブック(絵本形式)の作成、2第1回食育体験プログラム、3イチゴ栽培とワークブックへの取り組みを行うことにより、食物を大事にし、食物の生産等に関わる人々へ感謝する心をもつことを目的とした。1ワークブック(第13巻)は、イチゴ農園や農家、イチゴの成長について知ることができる内容とした。作成に際し、イチゴ農園に興味を持ち、農家の仕事や思いを知ること、イチゴの育て方や成長過程を知り、継続して観察し、成長や変化に気づくことができるように工夫した。2第1回食育体験プログラムでは、イチゴ農家や栄養教諭等の専門家市民と協力し、イチゴ農園の見学やイチゴ栽培についての説明を通して、イチゴ農家の仕事や思いを知ることができるプログラムを実施した。さらに、各家庭においてイチゴを栽培する気持ちを引き出し、自身が育てるイチゴプランターと栽培を効果的に実施することができるワークブックを配布した。3現在、各家庭に持ち帰ったイチゴの苗を栽培し、ワークブックを用いて日々の観察記録やミッション等を継続的に取り組んで頂いている。児童のワークブックや第1回食育体験プログラム後の振り返りシートへの記述および保護者へのアンケート結果から、ワークブックやイチゴ農園の見学を通して農園に興味を持たせ、農家の仕事と思いを伝えることで生産者への感謝の心を持たせることができたと推察された。本年度は、1ワークブックの作成、2第1回食育体験プログラムの実施、3各家庭での継続的なイチゴ栽培とワークブックへの取り組みを行うことを目標としていた。児童のワークブックや第1回食育体験プログラム後の振り返りシートおよび保護者へのアンケート調査から得られた結果の解析を含め、おおむね順調に進展している。本研究では、地域の子どもを対象に、大学、イチゴ農家、栄養教諭等が連携して、それぞれの専門性を活かした食育プログラムの開発を行い、実施・評価することを目的としている。本年度は、昨年度に引き続き1イチゴ栽培とワークブックへの取り組み、2絵本形式のワークブックの作成及び書籍化、3第2回および第3回食育体験プログラムを実施した。1各家庭に持ち帰ったイチゴの苗を昨年度から継続的に栽培し、ワークブックを用いて日々の観察記録やミッション等に取り組むことで、食べ物にも命があること等を知ることが出来るように工夫した。2ワークブック(第4巻)は、イチゴに含まれる栄養素等の種類や働きについてオリジナルのキャラクターを用いることで、子どもたちが親しみをもって知ることができるように工夫した。また、昨年度作成したワークブックと併せて書籍化することにより、より多くの人が活用できるようにした。3イチゴ農家や栄養教諭等の専門家市民と協力し実施した第2回食育体験プログラムでは、イチゴジャムを作りながらその状態が変化することに着目することで、イチゴに含まれている成分に気づくことができ、第3回食育体験プログラムでは、ペクチンやアスコルビン酸等、イチゴに含まれている成分を用いた実験を行うことで、栄養素等の種類やその働きについて楽しく学ぶことができるプログラムとなるように工夫した。以上のことより、2年間で実施した食育プログラム(第1回:農園見学、第2回:ジャムづくり、第3回:栄養素等に関する実験といった食育体験プログラム及び各家庭での継続的なイチゴ栽培とワークブックへの取り組み)を通して、子どもが食物を大事にし、食物の生産等に関わる人々へ感謝する心をもつことができ、様々な食品にはそれぞれの栄養学的な特徴があることに気づき、日常生活の中で食べ物に興味・関心をもつことができるきっかけとなったと推察された。基本的には当初計画通りの研究展開である、2回の食育体験プログラムの実施および各家庭での継続的なイチゴ栽培とワークブックへの取り組みを行うことにより、児童が食物を大事にし、食物の生産等に関わる人々へ感謝する心をもつことができ、様々な食品にはそれぞれの栄養的な特徴があることに気づき、日常生活の中で食べ物に興味・関心をもつことができるようになることができたか評価することを目指す。基礎栄養学差額が生じた理由として、主に下記理由が挙げられる。

1H29年度に実施される第2回プログラムにおいて、いちごジャムづくりを実施する予定であるが、その試作を本年度から行う予定であった。しかし、H29年度4月以降に試作を実施するように計画を変更したため。2地域情報誌等への掲載による参加者の募集方法を予定していたが、各小学校への直接送付による募集方法へ変更することにより、広告費が削減できたため。次年度に延期する試作費として使用する。また、より多くの人へ研究成果を公表する方法(作成したワークブックの製本やデジタル化等)を検討する。
量的・質的研究アプローチによる知的障がい者のための森林教育活動に関する研究

本研究は、(1)森林での活動を構成する諸要素と活動への評価の関係性の検討、(2)重度者の参加様態の精査、(3)森林活動のストレス低減効果の検討から地域資源としての森林の活用策について提言を行う事を目的とする。平成30年度は知的障がい者施設との連携による森林教育活動の実践から各調査項目に係る調査分析に取り組んだ。研究項目(1)では、申請者が平成30年度に実践した活動並びに過去の実践活動への施設職員からの評価に統計手法を適用し、施設職員が森林活動の評価で重視する「活動の雰囲気」の基準と活動構成要素との関連性を検討した。なお、活動の構成要素については、「内容」「場所」「参加形態」「移動」「要求動作」「器材」「動植物」「安全性」「準備」「時間」「活動目的」「降雨」の12条件とした(総事例数109:数量化I類を適用)。その結果、活動の雰囲気では「参加形態」「器材」「動植物」「安全管理」「準備」「時間」、への配慮の重要性が見出され、具体的には、「理解しやすい内容」「使いやすい器材」「帰属意識・対抗意識・参加者の交流」「新規性の高い体験」が求められていた。研究項目(2)も同様に、これまでの実践活動に対する評価への統計手法の適用と自由記載の類型化を試みた。その結果、重度者の参加への配慮事項として「内容」「移動」「要求動作」「器材・教材」「動植物」「時間」「活動目的」が強く求められることがわかった。また、重度者への配慮事項として具体的に求められる事柄として、「重複障がい」「天候」「植物の誤食」「興味関心」「集中力」「重度者とのコミュニケーション」「重度者へのアプローチ」が見出された。研究項目(3)では、被験者の心拍間隔から自律神経の状態を測定する器機を用いて、被験者19名を対象に活動前後のストレス状況の測定を行った。その結果15名の被験者にストレス緩和の状況が認められた。平成30年度は知的障がい者施設や特別支援学校との連携による森林教育活動の実践や申請者が過去に実践した活動から得られたデータ(職員・教師からの評価や意見・ストレス測定値等)を用いた分析検討により、研究申請時に掲げた調査項目に関して適切な成果を得ることができたと考えられるため。前年度に引き続き、申請時に掲げた各研究項目に係る調査を進めるとともに成果のとりまとめを行う。本課題は事業の目的のより精緻な達成のために研究期間の延長(1年)を願い出て、これを認めて頂いた経過があり、最終年である今年度も適切に研究活動を継続したく考えている。本研究は、(1)森林での活動を構成する諸要素と活動への評価の関係性の検討、(2)重度者の参加様態の精査、(3)森林活動のストレス低減効果の検討から地域資源としての森林の活用策について提言を行うことを目的とする。平成28年度は追加採択のため、申請者が過去に実施した調査データを用いて各調査項目に関する分析を試みた。研究項目(1)では、申請者が実践した知的障がい者との森林教育活動への施設職員による評価に統計手法を適用し、森林教育活動の良否を測る基準を抽出すると共に、これらの基準の良否と活動構成要素との関連性を検討した。良否の基準については、「活動の雰囲気」(基準1)、「重度者の参加」(基準2)が見出された。また、これらと活動構成要素との関連性の検討から、基準1では「内容」「場所」「移動」「要求動作」、基準2では「内容」「場所」「要求動作」「動植物の提示」との関わりが強いことが示された。研究項目(2)では、過去の森林教育活動の映像より障がいの重い人たちの活動参加時における行動をMーABCチェックリストにあてはめ、得られた結果に統計手法を適用した。その結果、障がいの重い人たちの活動における行動特性を示す軸として、「多動性・衝動性」(第1軸)、「言語使用・参加姿勢」(第2軸)が見出され、障がいの重い人たちの参加様態は大きく、1能動的で多動性・衝動性が高いグループ、2受動的で多動性・衝動性が低いグループに大別することができた。研究項目(3)では、申請者による唾液コルチゾールを指標とした過去の測定(H2021年度)の再検証を行った。唾液コルチゾールによる測定はアミラーゼモニターを用いて行ったが、各被験者の数値からは明確な傾向などは見出されなかった。理由として、測定に要する時間や侵襲性等が考えられたことから、こうした課題を軽減できる器機を用いた測定を平成29年度より試みることとした。平成28年度は追加採択(平成28年10月末)のため、フィールドでの実践による調査活動を進めることが叶わなかったが、申請者がこれまでに取り組んだ知的障がい者との森林教育活動から得たデータを用いた分析検討により、研究申請時に掲げた調査項目に関して適切な成果が得られたと考えられるため。平成29年度は知的障がい者施設等との連携による森林教育活動の実践から各調査項目に係る調査分析に取り組んだ。

研究項目(1)では、申請者が平成29年度に実践した活動並びに過去に実践した活動への施設職員からの評価に統計手法を適用し、施設職員が森林活動の評価で重視する「活動の雰囲気」「重度者の参加」の基準と活動構成要素との関連性を検討した。なお、活動の構成要素については、これまでの7条件(内容・場所・参加形態・移動・要求動作・器材・動植物)に安全性・準備・時間・活動目的・降雨の5条件を加えた12の条件とした(総事例数100:数量化I類を適用)。その結果、活動の雰囲気では「場所」「参加形態」「器材」「安全管理」「時間」「活動目的」、重度者の参加では上記に加えて、「要求動作」「動植物」「準備」「時間」「降雨」への配慮が求められることが示唆された。研究項目(2)では、活動評価に係るアンケート調査の自由記載の内容に形態素解析・主成分分析を適用して得られた結果より、ゲーム・体験型活動と散策型活動への意見(特に重度者のための改善に関するもの)を抽出・例示した。その結果、重度者の参加への配慮事項は散策型の活動では「時間」「体力」「天候」「散策路の状態」「運営」の状況との関連が強く、ゲームや体験型では「時間」「興味・理解」「安全」「実施環境」との関連が強いことがわかった。研究項目(3)では、被験者の心拍間隔から自律神経の状態を測定する器機を用いて、被験者16名を対象に活動前後のストレス状況の測定を行った。その結果、9名の被験者にストレス緩和の状況が認められた。平成29年度は知的障がい者施設や特別支援学校との連携による森林教育活動の実践や申請者が過去に実践した活動から得られたデータ(職員・教師からの評価や意見・ストレス測定値等)を用いた分析検討により、研究申請時に掲げた調査項目に関して適切な成果を得ることができたと考えられるため。本研究は、(1)森林での活動を構成する諸要素と活動への評価の関係性の検討、(2)重度者の参加様態の精査、(3)森林活動のストレス低減効果の検討から地域資源としての森林の活用策について提言を行う事を目的とする。平成30年度は知的障がい者施設との連携による森林教育活動の実践から各調査項目に係る調査分析に取り組んだ。研究項目(1)では、申請者が平成30年度に実践した活動並びに過去の実践活動への施設職員からの評価に統計手法を適用し、施設職員が森林活動の評価で重視する「活動の雰囲気」の基準と活動構成要素との関連性を検討した。なお、活動の構成要素については、「内容」「場所」「参加形態」「移動」「要求動作」「器材」「動植物」「安全性」「準備」「時間」「活動目的」「降雨」の12条件とした(総事例数109:数量化I類を適用)。その結果、活動の雰囲気では「参加形態」「器材」「動植物」「安全管理」「準備」「時間」、への配慮の重要性が見出され、具体的には、「理解しやすい内容」「使いやすい器材」「帰属意識・対抗意識・参加者の交流」「新規性の高い体験」が求められていた。研究項目(2)も同様に、これまでの実践活動に対する評価への統計手法の適用と自由記載の類型化を試みた。その結果、重度者の参加への配慮事項として「内容」「移動」「要求動作」「器材・教材」「動植物」「時間」「活動目的」が強く求められることがわかった。また、重度者への配慮事項として具体的に求められる事柄として、「重複障がい」「天候」「植物の誤食」「興味関心」「集中力」「重度者とのコミュニケーション」「重度者へのアプローチ」が見出された。研究項目(3)では、被験者の心拍間隔から自律神経の状態を測定する器機を用いて、被験者19名を対象に活動前後のストレス状況の測定を行った。その結果15名の被験者にストレス緩和の状況が認められた。
超高密度情報記録システムのためのナノ分子流体膜のトライボダイナミクス評価

超高密度磁気ディスク装置用のヘッド機構実現を目指して、3 nm程度の超微小すきまで相対すべり運動する記録ヘッドの動的挙動を、ミクロ/ナノメータ領域における分子気体および分子液体による力学作用を考慮して詳細に解析しうるシミュレーション技術および物性評価の高精度技術を開発し、これによりヘッド形状設計のための指針を得た。本研究の目的は、超高密度磁気ディスク装置用のヘッド機構実現を目指して、3mm程度以下の超微小すきまで相対すべり運動する記録ヘッドの動的挙動を、ミクロ/ナノメータ領域における分子気体や分子液体による力学作用を考慮して詳細に解析しうるシミュレーション技術および物性評価の高精度技術を開発し、これによりヘッド形状設計のための指針を得ることである。平成22年度には、超高密度記録実現の有力技術である、(1)BPM (Bit Patterned Media)媒体を対象に、BPM媒体上のヘッド浮上特性、(2)熱アシスト記録(TAMR)方式を対象に、加熱された固体面上の液膜変形とヘッド浮上特性の解析、(3)その他を行った。より具体的な研究実績は、以下の通りである。i)周期的な分布を持つ媒質面(ディスク)上に、数nm10nm程度のすきまで対向する固体(ヘッド)に働くvdW力を精緻に数値解析する手法を確立した。また、ii)媒質分布による不均一なvdW力が作用する場合のスライダ動的挙動の解析手法を検討した。2.TAMRにおける加熱された記録面上のnm浮上ヘッドの分子気体潤滑(MGL)特性と液膜変形i)境界面が温度分布を有し数nm程度の超微小すきまで対向しかつ走行する場合に生ずる発生圧力を、この状況で特有な熱ほふく流をも考慮したMGL方程式を用いて基本解析を行った。ii)局所的に加熱されたディスク面上の超薄膜の液体潤滑剤の流動および液膜変形について、ペルチェ素子による加熱実験および長波方程式を用いた理論解析を行った。iii)レーザ加熱による液膜/基板系の熱伝達とマランゴニ効果を、数値シミュレーションによる精緻に進めた。3.その他液体超薄膜の基本特性の検証のため、メニスカス破断時の液体移着量を、実験的・解析的に解明した。本研究の目的は、超高密度磁気ディスク装置用のヘッド機構実現を目指して、3nm程度以下の超微小すきまで相対すべり運動する記録ヘッドの動的挙動を、ミクロ/ナノメータ領域における分子気体や分子液体による力学作用を考慮して詳細に解析しうるシミュレーション技術および物性評価の高精度技術を開発し、これによりヘッド形状設計のための指針を得ることである。平成23年度には、超高密度記録実現の有力技術である、(1)BPM(Bit Patterned Media)媒体を対象に、BPM媒体上のヘッド浮上特性、(2)熱アシスト記録(TAMR)方式を対象に、加熱された固体面上の液膜変形とヘッド浮上特性の解析、(3)その他を行った。1.BPM媒体上のナノメータ浮上ヘッドの浮上特性の解析走行方向に凹凸分布(すきま分布)と屈折率分布(ファンデルワールス分布)を併せもつディスク面上を走行するナノメータ浮上スライダの動特性解析手法を確立し、すきま変動量を明らかにした.特に,BPMディスクにおける凹凸分布と屈折率分布の相互の関係(位相)の影響を明らかにした。2.TAMRにおける加熱された記録面上のnm浮上ヘッドの分子気体潤滑(MGL)特性と液膜変形i)境界面に局所的な温度分布を有し数nm程度の超微小すきまで対向しかつ走行する場合に生ずる発生圧力を、この状況で特有な熱ほふく流をも考慮したMGL方程式を用いて基本解析を行った。ii)局所的に加熱されたディスク面上の超薄膜の液体潤滑剤の液膜変形特性を、加熱実験および長波方程式解析により明らかにした。iii)レーザ加熱による液膜/基板系の熱伝達とマランゴニ効果および不安定現象を、理論的・数値的に明らかにした。平成24年度には、超高密度記録実現の有力技術である、(1) BPM(Bit Patterned Media)媒体を対象とした、数nmで対向するヘッドが受けるファンデルワールス(vdW)力の精緻な解析手法の確立、(2)熱アシスト記録(TAMR)方式を対象に、温度分布を有する走行面上を浮上する数nm浮上ヘッドの静的および動的浮上特性の解析手法の確立を行った。具体的な研究実績は、以下の通りである。1.BPM媒体上の数nmで対向するヘッドが受けるvdW引力の詳細解析半無限固体(ディスク)が、i)走行方向に周期的な屈折率分布(vdW分布)をもつ場合、およびii) 2種の屈折率分布(走行方向に半無限)だけで構成される場合を対象に、数nmで対向するヘッドが受ける引力を精緻に解析する手法を確立し、局所的に互いによく一致する条件を明確にした.

2.局所加熱された記録面上の数nm浮上ヘッド(TAMR)の分子気体潤滑(t-MGL)特性と液膜変形i)走行する境界面に局所的な温度分布が存在し、数nm程度の超微小すきまでヘッドが対向する場合のすきま内の発生圧力を、(a)分子気体潤滑理論(t-MGL方程式)による結果と、(b)モンテカルロ直接シミュレーション(DSMC)法による結果を比較し、t-MGL理論の妥当性を明らかにした。また、t-MGL方程式の2つの近似解を示し、数値解析結果とよく一致することを示した。さらに、うねり走行する境界面により生ずる変動圧力をt-MGL理論より求め、ヘッドの動的挙動を解析する手法を示し、境界面温度分布が存在する場合のヘッド追従性の変化を定量的に示した。ii)局所的に加熱されたディスク面上の超薄膜の液体潤滑剤の液膜変形特性を、加熱実験および長波方程式解析により明らかにした。将来の超高密度記録に適したBPMディスク上のヘッド浮上特性の全体像が明らかになりつつあり、また、境界面温度分布を考慮した浮上特性の理論的・数値的解析手法も確立されつつある。本研究の目的達成に向けて、概ね順調に推移していると考えている。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後は、境界面温度分布を考慮した浮上特性解析として、これまでの分子気体潤滑方程式に基づく特性解析と相補的な関係にある直接シミュレーションモンテカルロ(DSMC)法を用いた解析結果と比較検討し、より精緻な解析を進める。
転位力学を用いたナノスケール応力推定法の開発

1)転位発生試験用試験片のTEM観察半導体用薄膜(窒化膜)の真性応力によって発生した転位ループのTEMと腐食ピット観察データにより、真性応力値と温度に依存した転位の幾何学的配置データを得た。このデータは企業より提供されたものである。本研究の手法開発の範囲内では、これらの提供データで十分な検討が行えるため、共同でのTEM観察を行った。2)応力推定法の高精度化と手法の確立前年度開発した二次元転位動力学シミュレータを発展させた三次元転位動力学シミュレータを新たに開発した。三次元計算においては、二次元では問題にならなかった転位素片の自動分割、転位素片同士の相互作用(張力)、転位素片の鏡像力・転位同士の消滅・ジャンクションの生成の取り扱いが難しくなるため、これらのアルゴリズムを新たに取り入れた。これにより転位の形状予測の精度が格段にあがり、応力推定が可能になった。また、薄膜に発生する応力の予測のための表面・界面応力を分子動力学で予測する手法を提案し、応力推定の精度を上げる検討を行った3)実デバイスにおける転位発生事例への適用前年度は二次元で行った窒化膜の真性応力による転位発生問題に三次元で行った。結果、二次元では取り扱えなかった転位ループの詳細な形状の表現と、二次元では表現不可能であった三次元方向への転位の分布の考慮が可能となり、よりリアルな転位形状表現が可能となった。実験のTEM観察の転位ループ形状に二次元と比べより近づく結果となった。これにより、転位発生サンプルについてTEM観察を行えば、応力が推定できるシミュレータを開発・検証できた。(1)転位力学計算手法の開発転位論に基づく転位の動力学を、転位ループを二次元形状に近似することによって計算する転位力学ソフトを開発した。転位にかかる外部応力による力をピーチケラーの式より求め、転位同士の相互作用、表面による鏡像力を転位論により考慮し、不純物酸素濃度の影響を実験値より取り入れてモデル化を行った。転位の発生については応力特異場の弾性論と転位論により、発生基準を提案した。作成したソフトを半導体プロセスにおけるSiN薄膜の真性応力による転位発生の問題に適用した。具体的には、プロセス温度を700°C900°Cに、不純物酸素濃度をCZウェーハ(高濃度)とFzウェーハ(低濃度)に設定し、真性応力を持つSiNを堆積させて転位を発生させた実験との比較を同条件で行った。実験による転位観察はTEM(透過型電子顕微鏡)によるデータの提供を受け転位発生についての定量的データを得た。転位の発生数・分布・間隔を比較し、転位の発生数・温度依存性についての定性的な一致を見た。また、三次元効果の考察を行い、実験結果との定量的な一致のためには三次元転位ループの計算が必要であることがわかった。また、不純物酸素濃度の影響は三次元化によっても定量予測は不可能と考えられ、別途モデル化が必要であることがわかった。次年度は三次元転位ループの計算及び酸素濃度の影響のモデル化を行う。(2)転位発生試験法の開発本年度は既存の転位発生実験によるTEM観察結果のデータの提供を受け、転位発生についての定量的なデータを得た。試験法の開発は次年度の課題としたい。
小分子化合物を利用したiPS細胞の腫瘍化抑制技術による歯槽骨増生法の確立

現在の歯科治療において,骨誘導能をもたない既存の骨補填材を用いた骨再生あるいは骨造成には技術的な困難が伴う。近年,iPS細胞等を用いた骨増生技術の確立に期待が寄せられているが,iPS細胞から確実に骨芽細胞へ分化誘導し,移植先で腫瘍を形成させない技術が求められている。本研究で我々は,iPS細胞の骨芽細胞分化を促進し,腫瘍形成を抑制するいくつかの小分子化合物を見出した。また,スタチン系薬剤を用いることで,iPS細胞による腫瘍形成を抑制しながら効果的な骨再生が得られる可能性が示唆された。本研究成果が,iPS細胞を用いた新たな骨増生技術の確立へと発展していくことが期待される。補綴歯科治療において、広範な歯槽骨の欠損を補うためには、従来の歯科補綴学的手法に加え、骨誘導能をもつ細胞の移植を基盤とした新たな治療法を開発することが望まれる。iPS細胞はその分化万能性ゆえに、移植後に腫瘍化することが大きな問題となっている。本研究の目的は、ケミカルバイオロジーのアプローチによって、数ある生理活性化合物の中からiPS細胞の腫瘍化抑制作用および骨芽細胞分化促進作用を併せもつ化合物を同定し、その作用機序を解析することである。本年度は、LOPAC化合物ライブラリーおよび数種類の骨芽細胞分化促進化合物を用いて、マウスiPS細胞の石灰化促進作用を有する化合物のスクリーニングを行った。その結果、当初の予想よりも多くのヒット化合物(harmine、resveratrol、phenamil、HMG-CoA還元酵素阻害剤、リン酸化酵素阻害剤等)が得られた。また、iPS細胞を骨芽細胞へ分化誘導する際に、これらの化合物が実際に骨芽細胞分化マーカー遺伝子の発現を促進することをRT-PCR解析を用いて確認した。さらに、いくつかのヒット化合物では、iPS細胞の骨芽細胞分化を強力に促進すると同時に多くの細胞が培養プレートから剥離していく現象が観察された。また、これらヒット化合物を試験管内でiPS細胞へ作用させ、細胞毒性試験を行った結果、これら化合物がiPS細胞の細胞増殖能および細胞死を制御している可能性を示す知見を得た。これらの研究成果は、化合物を利用した簡便なiPS細胞の腫瘍化抑制技術による歯槽骨増生技術に繋がる可能性があり、今後の研究の発展が期待される。前年度に行った化合物スクリーニング実験の結果、当初の予想よりも多くのヒット化合物が得られたことに加え、ヒット化合物の中でもスタチン系薬剤が細胞の生死を制御している可能性を示す知見を得た。本年度は、これら化合物を用いて培養したiPS細胞の腫瘍形成性および骨形成能を動物実験で評価した。シンバスタチン存在下で骨芽細胞へ分化誘導したiPS細胞の集合体を免疫不全マウスの皮下に移植した結果、腫瘍化せずに異所性の骨形成を示した。また、免疫不全ラットの頭蓋骨に形成した欠損部に、シンバスタチン存在下で骨芽細胞へ分化誘導したiPS細胞を移植した結果、腫瘍化することなく骨再生を促進した。さらに、GFPで標識したiPS細胞を同様にシンバスタチンで処理して移植した結果、iPS細胞が骨芽細胞および骨細胞として骨再生に寄与していることが明らかとなった。現在、この化合物における腫瘍化形成抑制の機序解明に向け、これら化合物がiPS細胞の分化過程におけるアポトーシスに及ぼす影響を中心に分子生物学的な検討を行っている。本研究の目的は、ケミカルバイオロジーのアプローチによって、iPS細胞の腫瘍化抑制作用および骨芽細胞分化促進作用を併せもつ化合物を同定し、その作用機序を解析することである。前年度までに、骨芽細胞の分化を促進する化合物をスクリーニングし、ヒット化合物の中でスタチン系薬剤が細胞の生死を制御している可能性を示す知見を得た。また、iPS細胞を移植体として用いるために、試験管内でiPS細胞から三次元骨様細胞構造体を誘導することに成功した。この細胞構造体をスタチン化合物を用いて培養した結果、腫瘍化せずに異所性の骨形成を示した。さらに、免疫不全ラットの頭蓋骨に形成した欠損部に、シンバスタチン存在下で骨芽細胞へ分化誘導したiPS細胞を移植すると、腫瘍化することなく骨再生を促進した。本年度は、シンバスタチンにおける腫瘍化形成抑制の機序解明に向け、これら化合物がiPS細胞の分化過程におけるアポトーシスに及ぼす影響を中心に分子生物学的な検討を行った。骨芽細胞への分化誘導過程で、シンバスタチンはSSEA-1陽性を示す未分化iPS細胞の細胞数を濃度依存的に減少させる一方で、SSEA-1陰性を示す細胞におけるOsteocalcin遺伝子の発現を濃度依存的に有意に促進した。また、シンバスタチンは、SSEA-1陽性細胞のCaspase3/7の活性およびミトコンドリア膜電位の消失を促進し、AnnexinV陽性アポトーシス細胞の割合を有意に増加させた。

以上の結果より、シンバスタチンはマウスiPS細胞の骨芽細胞分化誘導過程で、骨芽細胞への分化を促進するとともに未分化なiPS細胞をアポトーシスに誘導する可能性が示唆された。また、シンバスタチンを用いて作製したiPS細胞構造体は、移植先における腫瘍形成を抑制しながら骨欠損部の再生を可能にする可能性が示唆された。現在の歯科治療において,骨誘導能をもたない既存の骨補填材を用いた骨再生あるいは骨造成には技術的な困難が伴う。近年,iPS細胞等を用いた骨増生技術の確立に期待が寄せられているが,iPS細胞から確実に骨芽細胞へ分化誘導し,移植先で腫瘍を形成させない技術が求められている。本研究で我々は,iPS細胞の骨芽細胞分化を促進し,腫瘍形成を抑制するいくつかの小分子化合物を見出した。また,スタチン系薬剤を用いることで,iPS細胞による腫瘍形成を抑制しながら効果的な骨再生が得られる可能性が示唆された。本研究成果が,iPS細胞を用いた新たな骨増生技術の確立へと発展していくことが期待される。本年度に目的の作用を有するいくつかの化合物を見出していることは、研究目的の達成に向けて順調であることを示している。予定よりも多くのヒット化合物がみつかっているため、追加実験により本年度の計画を半年間延長する必要が生じている状況ではあるが、この追加実験が当初予定していた二次スクリーニングに置き換わる可能性が高いため、最終的には期間内の研究目的の達成は可能と思われる。本研究の目的は、iPS細胞の腫瘍化抑制作用および骨芽細胞分化促進作用を併せもつ化合物を同定し、その作用機序を解析することであるが、すでに化合物候補の同定を終え、特定の化合物が実際に動物実験でも腫瘍抑制作用および骨形成促進作用を示すことを明らかにしているため。27年度が最終年度であるため、記入しない。歯科補綴学本年度に得られたヒット化合物について、当初の予定に加えてiPS細胞の骨芽細胞分化促進作用の評価を詳細に行うとともに、細胞死に及ぼす影響を蛍光観察等の実験手技を用いて明らかにしていく。今後は、同定した化合物における腫瘍化形成抑制の機序解明に向け、この化合物がiPS細胞の分化過程におけるアポトーシスや細胞周期に及ぼす影響を中心に分子生物学的な検討を行っていく。化合物スクリーニング実験の結果、平成25年12月に当初の予想よりも多くのヒット化合物が得られたことに加え、いくつかのヒット化合物が細胞の生死を制御している可能性を示す新たな知見を得た。研究の遂行上、すべてのヒット化合物について評価を追加したうえで、蛍光観察等の追加の研究方式を決定することとなったため、次年度に必要な経費について繰越する。研究代表者が平成26年4月に東北大学に異動となり、すぐには本研究計画を進めるために必要なすべての実験機器環境および試薬の調達が整わなかったため、次年度使用額が生じた。追加実験の後半(平成26年4月6月)には、追加実験に要する機器(蛍光観察顕微鏡、液体窒素保存容器等)の購入が必要となるが、研究代表者が平成26年4月に東北大学に異動となるため、研究計画の遂行上、これらの器機は異動先で購入する。実験計画自体は順調に進んでいるため、次年度には遺伝子・蛋白質の解析にまとまった金額が必要となる。
肝細胞の三次元培養法を利用した動物実験代替のための薬物代謝シミュレーターの開発

本研究では初代肝細胞を用いた薬物代謝シミュレーターを開発するにあたり、以下の項目について検討した。1.大型動物肝細胞の大量調製法の確立大型動物肝細胞の大量調製を行うために摘出肝臓をコラゲナーゼ灌流する装置および106μmのメッシュにより細胞単位まで濾過分別する器具を開発した。これにより、体重約10kgのブタ(肝重量:300g)から2.5時間程度で生存率90%以上の肝細胞を約180g(収率:約60%)調製できるようになった。2.肝細胞球状組織体(スフェロイド)の早期形成条件の確立ポリウレタン発泡体(PUF)による肝細胞のスフェロイド形成には37日の培養期間を要する。そこで、PUF原料のポリオールとイソシアネートの混合比を変化させて親水性PUFを作製し、ラット、イヌおよびブタ肝細胞を培養した結果、どの肝細胞も培養1日目に良好なスフェロイドを形成することを見い出した。また、肝細胞が生産する自己分泌物質が肝細胞スフェロイドの早期形成に関与することも見い出した。3.既知の薬物であるリドカイン、アセトアミノフェン、7-エトキシクマリンをモデル薬物として使用し、ラット・イヌ・ブタの肝細胞スフェロイドの薬物構造変換機能を評価した。その結果、これらの構造変換過程は生体肝臓で起こる反応過程と同様であることが示された。また、従来の単層培養肝細胞では培養2日程度でこの機能が消失してしまうが、肝細胞スフェロイドでは培養2週間でも良好な機能維持が見られた。4.肝細胞スフェロイドの薬物代謝酵素誘導の評価3-メチルコラントレンによる薬物代謝酵素活性の誘導を取り上げ、肝細胞スフェロイドの応答を評価した。その結果、ラット肝細胞スフェロイドは培養2週間目でも薬物代謝酵素活性が誘導されることを見い出した。5.肝細胞スフェロイドの灌流培養装置を利用した薬物代謝速度の評価PUF/肝細胞スフェロイド充填層型灌流培養装置を開発した。この装置内にラット生体肝臓の1/25の細胞量(約0.4g)を充填し、モデル薬物(リドカイン、アセトアミノフェン)の代謝速度を測定した結果、ラットの全肝臓(約10g)を用いて測定した結果と比べ、単位細胞量当たりほぼ等しい代謝速度が得られた。スポンジ様の多孔質材であるポリウレタンフォーム(PUF)を培養担体として初代ラット肝細胞を培養すると,そのPUF孔内において直径約100μmの球状細胞集塊であるスフェロイドを形成した。これまで用いられてきた単層培養では肝特異的機能は生体外で速やかに消失していたのに対し,このPUF/肝細胞スフェロイド培養では静置培養下で10日間以上良好に維持した。特に,解熱鎮痛剤であるアセトアミノフェンをグルクロン酸および硫酸抱合した化合物に変換し,生体内での肝臓における代謝経路を生体外で再現することに成功した。また,局所麻酔剤であるリドカインもN-脱エチル化により,モノエチルグリシンキシリダイド(MEGX)へと代謝され,アセトアミノフェンと同様な結果が得られた。肝細胞スフェロイドのこれらの機能は単層培養肝細胞の1.52.0倍のレベルを培養10日間良好に維持していた。

また,リドカインの肝細胞毒性においても肝細胞スフェロイドは耐性を示し,リドカイン濃度が8mMの場合に単層培養肝細胞が全て死滅したのに対し,肝細胞スフェロイドは50%以上の生存率を示した。以上の結果から,本培養方法は動物実験代替法である薬物代謝シミュレーターとして有望であることが示された。医薬品開発の一つの評価項目として、新規化合物が生体肝臓内の薬物代謝酵素活性の誘導や阻害に与える影響が動物実験によって評価される。そこで動物実験によって研究報告例が多い代表的な反応として、3-メチルコラントレンによる薬物代謝酵素活性の誘導を取り上げ、肝細胞スフェロイドの応答を評価した。その結果,ラット肝細胞スフェロイドは培養2週間目でも薬物代謝酵素活性が誘導されることを見い出した。また,医薬品開発においては定性的評価のみならず、薬物の代謝速度(定量的)の評価も重要である。通常,この評価は実験動物への直接投与や灌流させている摘出肝臓への投与による経時的なサンプリングによって評価される。本研究では,細胞への酸素や栄養素の供給や代謝老廃物の除去など良好な物質交換が行える培養環境のもとで薬物代謝速度を評価するために、PUFに充填した肝細胞スフェロイドを灌流培養する装置を開発した。個の装置は摘出肝臓の灌流培養を模倣した装置として考えることができる。本装置内にラット生体肝臓の1/25の細胞量(約0.4g)を充填し,モデル薬物(リドカイン,アセトアミノフェン)の代謝速度を測定した結果,他の研究者がラットの全肝臓(約10g)を用いて測定した結果と比べ,単位細胞量当たりほぼ等しい代謝速度が得られ、この装置を用いることによって少ない細胞量で生体肝臓内の薬物代謝速度を予測できる可能性が示された。
開発途上国援助における計画の意味

日本の開発途上国に対する援助は,内政干渉を防ぐため,要請主義の立場をとっている。要請は,先進国の協力によるF/Sに基づくことが多く,先進国主導になりがちなため,問題が生じる。先進国の援助方針に,いわば"流行"があること,道路への援助が多く,軌道系の交通機関への援助が少ないなど先進国のやり方をそのまま移植することが多いこと,適正技術が考慮されていないこと,F/Sのプロセスにはかなりの時間がかかり,計画の実施時点では,境界条件が異なってしまっていることなどである。タイの東部臨海開発計画,南部臨海開発計画,バンコクの軌道系交通機関,バンコクの高速道路第2期計画を検討対象として,計画のリードタイム,計画時点と実施時点での条件の相違,その原因などについて検討した。その結果,政策決定機関の変更,実施事務局の変更などに伴う計画の遅れに伴う周辺の条件の変化,外交上の問題,政党間の争いなど国内政治的な理由,政権交代に伴う政策の非継続性などが主要な問題である。各種の要因で計画の実施が遅れ,そのために周辺の条件が変わり,さらに計画が遅れるという悪循環に陥ることに対処するには,実施段階で柔軟に計画を変更できる余地を残しておくことを考える必要がある。交通需要の伸びと施設の建設の方法にいくつかのケースを想定し,一般的な場合について現在価値を比較した。需要の伸び方によらず,需要に応じて建設する場合に,現在価値は最大となり,段階建設がそれにつぐ。しかし,需要の動向を見て建設を進めるには,いくつかの問題がある。F/Sの段階では,需要予測ができないということと同じことになり,計画が自己矛盾を起こしていること,所要資金の総額,完成時期などプロジェクトの全体計画が判明していなければ,審査ができないことなどである。これを実現する1つの可能性は,貸付額,事業期間などに範囲を持たせることであろう。
描画手法を考慮したコンピュータグラフィックスによる油彩画の3次元画像表現

油彩画の表面には,絵具による凹凸形状があり,これらは画家が意図して作品に描画したものである.しかしながら,今日までに,油彩画をディジタルデータとして保存することを目的として開発されてきたディジタルアーカイブ技術では,解像度や色に注目したものが多く,残念ながら油彩画表面の形状については考慮されていない.そこで,本研究では,油彩画を平面ではなく立体的な芸術作品として位置づけ,その表面上の凹凸形状を正確に保存し,かつ,3次元CG表示により鑑賞可能なディジタルアーカイブシステムを提案する.本研究により提案するシステムは,保存システムと鑑賞システムの2つのサブシステムにより構成されている.保存システムにおいては,非接触カメラ式形状計測装置を用いて,油彩画表面の凹凸形状を3次元ディジタルデータとして保存する.このとき,オーバーハングと呼ばれる絵具のエッジ部分に測定誤差が生じることが,油彩画サンプルに対して3次元スキャナを用いて行った実験から明らかとなった.そこで,複数枚のデータから誤差の特徴を解析することで,誤差の発生箇所であるオーバーハングを油彩画から特定する手法と,その箇所に対して,測定された幅と高さの値から誤差を予測し,補正する手法を提案した.次に,取得された油彩画の3次元ディジタルデータを,ディスプレイに表示し,鑑賞者の入力に応じて視点位置を変更可能なブラウザを鑑賞システムとして開発した.しかしながら,本システムによって表示されたディジタル油彩画と,実物との間で鑑賞の比較実験を行ったところ,特に立体感に関して印象の違いがあることが明らかになった.そこで,保存という観点から離れ,より実物に近い印象を得るための鑑賞用のディジタル油彩画を作成する手法について検討し,オーバーハング部分の形状の盛り上げ操作を行う手法と,テクスチャのコントラストを操作する手法を提案した.両者ともに,操作前に比べて立体感の改善を得ることには成果を得ており,形状操作の方がやや立体感の改善効果が大きく,コントラスト操作の方は処理時間の観点で有効であることが明らかとなった.1.油彩画における絵具の3次元形状データの保存に関する基礎的検討:油彩画の形状取得は、非接触カメラ式形状計測装置VIVID700を用いたシステム構成により行われる。VIVID700による計測には、測定条件や形状特徴に起因した測定誤差が発生していると推測され、正確な形状保存のためには、誤差の特徴を特定する必要がある。油彩画家との議論を行い、最初から油彩画全体を計測の対象とするのは困難であるために、本研究では、描画の際に重要とされるオーバーハングと呼ばれる部分に注目することとし、実験試料の作成を行った。次に、作成した試料の同箇所について、VIVID700および3次元スキャナ(接触式)を用いて計測し、両者の結果を比較することによって、提案するシステムにおいて発生する測定誤差を解析した。その結果、オーバーハングの特定箇所に、VIVID700のレーザ照射座標と、測定試料の垂直方向座標との間に、相対的な誤差の増減が見られることが明らかとなった。2.画像の幾何構造に基づいた注視点解析に関する基礎的検討:油彩画の鑑賞を考える場合に、鑑賞者が、画像のどこに注目しているかという情報が重要である。そこで、画像には、その画像内容に固有の情報によって生じる注視点が存在すると考え、画像の幾何情報に基づいた鑑賞者の視線推移の導出を行った。本来は、油彩画を対象とすべきではあるが、基礎的検討として、ランドルト氏環を用いた実験を行った。具体的には、入力された画像の輝度分布から、その画像の輝度勾配ベクタ場を生成し、それに基づいて、色彩変化の連続性(各ベクトルの1次連結成分)と幾何構造の連続性(各ベクトルの2次連結成分)を導出した。本実験により、連結成分の始点あるいは終点が、ランドルト氏環の中央およびギャップの部分に対応するという結果が得られたことから、画像のベクタ場解析により、鑑賞者の興味推移に沿ったサッカードの推測が可能であることを明らかにした。1.油彩画における絵具の3次元形状データの保存に関する基礎的検討:本研究においては,油彩画における絵具のキャンバス上の盛り上がりに注目し,それを3次元形状データとして保存することで,油彩画の3次元データによるディジタルアーカイブを志向している.ここで,絵具の軌跡の中でも鑑賞時に重要な部分となるオーバーハングに着目し,その箇所を非接触カメラ式形状計測装置VIVID700で計測することにより,データの取得を行っている.しかしながら,VIVID700にはレーザの照射角度に起因する測定誤差が含まれることが,実験により明らかとなった.そこで,キャンバス上の同一箇所を接触式の3次元スキャナを用いて測定し,得られた形状の比較を行うことで誤差の特徴について解析を行った.その結果,オーバーハングの形状(盛り上がりの偏り)と大きさ(幅および高さ)に応じて,誤差の発生量が異なっていることがわかった.さらに,この特徴をVIVID700による測定結果のみから推定するために,上下を反転させて取得した2種類のデータを取得し,これらの間の対応付けを行うことで,形状の種類と幅,そして高さのピーク値を取得することができた.現在は,取得された推定値に基づいた形状全体の補間を行い,その結果と3次元スキャナによる実測形状と比較することで,推定形状の精度に対する検討を行っている.2.画像の幾何構造に基づいた注視点解析に関する基礎的検討:人間が絵画(画像)を鑑賞する場合には,画像中のどの箇所に注目をしているかという注視情報が重要となる.実際の画像観測では,注視位置は画像上に連続した軌跡として現れ,これを注視経路と定義するとき,視線追跡装置による実験が従来における注視経路を得るための唯一の手法であった.