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Nagoya Institute of Technology, Japan // English Page

舟橋研究室 名古屋工業大学 情報基盤センター 舟橋研究室
舟 橋 研 究 室
"バーチャルリアリティセンター"

舟橋研究室：
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旧 情報メディア教育センター（旧々 情報処理教育センター）は、 平成18年度より新 情報基盤センターの一部として発展的に解消しました。

お知らせ

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研究内容

主にバーチャルリアリティを中心とし、コンピュータグラフィックス、画 像処理、コンピュータビジョン等、映像、画像関係をてがけています。各テー マは基本的に「人間が中心」に位置しており、人間が外から「それ」を見るの ではなく、それぞれの「その中」から世界を見ている、という感じでしょうか。 常に、「素直な目」を忘れずに、研究のための研究とならないように心掛けて います。広くは、ヒューマン・コミュニケーション、ヒューマン・マシン・イ ンタラクション、感性情報処理、エンターテイメント、等も研究対象としてい ます。

バーチャルリアリティ

対話操作モデル

バーチャルとは、みかけや形は現物そのものではないが、本質的あるいは 効果として現実であり現物である、という意味です。すなわち「現実のエッセ ンス」と言えるでしょう。空想、夢物語のことをバーチャルと言うのではあり ません。バーチャルリアリティとは、CG により表示している、という意味で はなく、現実そのものではないが現実の効力を有することにより現実そのもの のように感じる仕組み、技術のことです。CGどころか、そもそも視覚フィード バックは考慮しない聴覚のみのVRもあります。バーチャルリアリティ(VR)によ り、医療や宇宙開発など「ちょっと試してみる」ことが困難な対象を、同等の エッセンスを有するVR空間として構築し、「試して」みるという効果を得るこ とが可能になります。

仮想手による物体操作
仮想空間に仮想の手を構築し、仮想手はグローブ型入力装置を介して操作者の 動きに同期して動きます。面接触や摩擦等を厳密に考慮すると実時間での計算 が困難となり、仮想のブロックを持ち上げてもその様子が表示されるのは数分 後、なんていうおかしな状況になってしまいます。そこで、手による把持操作 を幾何的にモデル化し、物体の把持操作を実現しています。物体の自由落下、 落下後の床面上での転がりや安定した状態で止ることも実現しています。
仮想の両手による協調操作
仮想手による物体操作の拡張です。両手による操作は、基本的には両手が全く バラバラに動くのではなく、目的の操作に向かって動くことに注目し、統合手 という考え方を導入し、実時間での両手による仮想物体操作を実現しています。 一つの目的に対して行動することに注目し、二人のそれぞれの手による協調操 作も実現可能です。
仮想道具を介した操作の実現
仮想手により直接仮想物体を操作するだけでなく、仮想の道具を介しての物体 操作を実現しています。個々の道具をプログラム上で実現すると、新たな道具 を導入したい場合にはプログラムを編集する必要が出てきます。そこで、手と 道具、道具と物体、それぞれの知識を、道具の形状とともにデータファイルと して保存する形式を提案しています。
粒子体積に基づく仮想液体操作モデル
操作対象を従来、主に考慮されていた固体のみから、液体へと広げました。流 体力学に基づく計算は厳密であるが、計算時間も必要であり、VRというリアル タイム処理には適しません。そこで、液体を自由落下と容器内で静止している 二通りに限定して考え、それぞれを個々の粒子と体積としてのみ扱い、容器に よる仮想液体操作を実現しています。
密度遷移モデルによる液体の流れ
二通りに限定していた液体の状態を、流れの状態にも拡張しました。CGでよく 行われているパーティクルによる流れの表現では計算時間の関係から実時間処 理が困難です。そこで液体を格子状の領域に分け、それぞれの密度パラメータ を設定し、その密度を近傍の領域と比較、遷移させることにより操作可能な仮 想液体を実現しました。
粒子体積ベース液体モデルの波とかき混ぜ動作
密度遷移モデルは、パーティクルベースよりも高速ではありますが、多量の液 体を対象とすると必然的に計算時間も増加してしまいました。そこで、波動方 程式に基づき、容器内で体積のみに注目する状態の液体に対し、液面にのみ適 切な波を表示することにより、高い臨場感と高速処理を実現しました。またか き混ぜ動作による「渦」も表現しています。
粒子体積ベース液体モデルと色の表現
これまで単色だった液体のモデルに色を導入しました。単に色を付けるだけで はなく、拡散方程式により色がにじみ、ひろがっていく様子を表現しました。 自由落下状態の液体と静止状態の液体との色の干渉、静止状態同士の液体の色 の干渉が実現できています。同様に臨場感を高めつつ高速処理を維持しており、 「VR化学実験室」、「バーチャルお料理教室」への適用などを考えています。
粒子体積ベース液体モデルの凹形状容器と流れ
仮想液体操作モデルを「VR化学実験室」へ適用することを視野に入れ、これま で簡易処理を目的に凸形状に限定していた容器を凹形状にも拡張します。加え て、試験管の管の部分を流れる液体の表現も実現します。これらの対応により、 より臨場感の高い体験が実現できます。
変形曲面に基づく固体群操作モデル
砂や溶岩、さらには炒飯のような、多くの「固体」が集まった対象に対する操 作を考えてみましょう。一般的には「多くの固体」同士の干渉として計算を行 います。しかしこれでは多大な計算時間が必要となってします。ここでは固体 群（固体の集まり）を「１つのもの」として扱い、その挙動を考えます。具体 的には、個体群を格子により表現し、曲面に基づき全体の挙動を決定します。
粒子法による改良型固体群操作モデル
個体群モデルではやはり挙動の表現に限界があります。しかし粒子法などは多 大な計算時間が必要です。そこで個体群モデルをベースに、一部の挙動に確立 に基づき制御する粒子を取り入れることにより、計算時間を抑えたまま個体群 の移動における臨場感を高めています。さらに、個体群の容器外での挙動（フ ライパンから皿への移動、フライパンから「舞い上がらせる」など）も考慮し ています。
固体群操作モデルの対象とする容器の拡張
固体群操作モデルでは、処理を簡略化するために対象物を入れる容器を、底面 が平面の多角柱と限定していました。しかし炒飯を調理するフライパンのよう に曲面で構成される容器も存在します。そこで、容器形状を球の一部で表現し、 操作モデルを拡張します。様々な操作の実現を目標にしています。
バネモデルによる仮想気体操作
操作対象を、気体へと広げました。ここでは、空間内に空気の流れを計算する ための粒子を配置し、それぞれをバネで接続しています。位置センサを取り付 けたうちわを振ることにより仮想のうちわを操作し、仮想空間内の風鈴をなら すことが可能です。
仮想はさみによる紙の切断
道具の中でも、身近で、可動部分を有するはさみに注目し、仮想空間内で実現 しました。グローブ型入力装置を装着して仮想手を動かし、仮想はさみを操作 し、仮想の紙を切断します。視覚のみのフィードバックのため操作が若干難し くなります、そこで様々な補正方法を考案しました。この補正の考え方ははさ み以外の道具を構築する際にも適用できるでしょう。
希薄フィードバック環境下の仮想はさみ
体性感覚（触覚、力覚）フィードバック装置は、価格、サイズの面において大 規模になりがちです。医療や宇宙開発などの分野であれば導入に対する問題も 少ないでしょうけど、家庭レベルでの導入となると、携帯電話やゲームコント ローラで馴染みのある振動子程度でしょう。そこで、振動子と簡単なスピーカ、 および視覚ディスプレイにより仮想はさみによる紙切断の操作性を向上させる ことを検討します。

VRコンテンツ

VRは、ある種のメディアと考えることができます。音響の記録再生が可能とな り、音響メディアにより音楽という文化が発展しました。映像の記録再生が可 能となり、映像メディアにより映画などの文化が発展しました。音声映像の記 録再生、生成技術そのものに対する研究開発も重要ですが、それをどのように 利用しているか、という文化面も見逃せません。VRにおける技術そのものも重 要ですが、それをどのように活用できるのでしょうか。VR技術により伝えるこ とのできるコンテンツ、一言で表すのならば「体験」という言葉が良いでしょ うか。特に、練習、訓練、トレーニングに適したメディアかもしれません。も ちろん、何でもあり（失礼…）のアートにも適しているでしょう。

触れるインターネットショッピング
近年普及してきたインターネットショッピング。カタログ誌とちがい、好きな 時に、好きな方向から見ることができたり、動きや音も確認できたりと便利に なりました。でも、ちょっと手にとって、大きさや好みを直感的に判断するこ とはできません。絵（静止画、動画）をじっと見つめ、数字で示されたサイズ を定規で確認したことはありませんか。本研究では、振動子を基本に、家庭へ の普及を考慮したVRネットショッピングシステムを構築していきます。
バーチャルお料理教室 - 調理学習システム
バーチャルリアリティという言葉は、多分、多くの人が知っているでしょう。 でも、VRが何かというと、アミューズメントパークのアトラクションや、SF映 画の中の話、くらいにしか思っていないのではないでしょうか。本研究では、 家庭で利用することを意識した新しいコンテンツとして「バーチャルお料理教 室」を構築しています。料理の手順などを体を動かして覚えていくシステムで す。技術的には、仮想液体モデルや固体群操作モデルなどを利用します。
VR化学実験室システム
e-Learning システムが普及してきています。しかし、実際はテキストをベー スに、音声、動画コンテンツが加えられている程度で、対話性があるといって も「実際に体験」する学習には敵していません。このシステムは、初等教育に おける「化学実験」を自宅などで、「実際に手を動かして」体験できることを 目指しています。教科書やビデオなどで化学反応を受動的に見るだけではなく、 自分で体験することにより理解を深めることが可能になるでしょう。
センサー数の少ないデータグローブの補正法
VRコンテンツを家庭に普及させるためには、安価な入出力装置が必要になりま す。しかし、例えばデータグローブの場合、数十万円から数百万円もするため、 気軽に買うことはできません。ところで、PAX PowerGlove というものを知っ ていますか？ 実は、１万円程度のデータグローブも存在しています（した）。 当然、精度が低いだけでなく、センサー数も限られています。そこで、各関節 動作の相関や、操作対象物体の形状方法を基にデータ補正を行います。

ミクストリアリティ

バーチャルリアリティが現実そのものではないが現実そのもののように感じる 技術であることはVRの項目で説明しましたが、多くの場合、視覚フィードバッ クが中心であり、またそれはCGにより表現されることがほとんどです。もちろ ん、テクスチャマッピングなどにより写真を利用することもあります。そして、 内部データや表示系のデータの主な部分を実写（写真、動画）に基づき生成し 利用しているVRを、特にミクストリアリティ(MR)ということがあります。注意 したいのは、MRというのは実写を利用しているということではなく、音なども 含め、実データを利用している、という点です。また、MR技術により生成され た空間というものは既に現実そのものではなく、また現実そのもののように感 じさせる技術であり、MRはVRの一部です。実写が中心となっている場合に拡張 現実感(AR)と表現することもありますが、これもVRの一部であり、MRと類義語 と言えるでしょう。またCGを中心に少々の実写データを利用しているものをリ アルバーチャリティと言うことがありますが、一般的ではありません。結局の ところこれもVRであり、AR/MRに分類されるでしょう。

仮想物体の実物体への干渉
ミクストリアリティ環境において、実物体と仮想物体の接触、干渉を実現して います。干渉を実現するためには、実物体の「2次元的な見え方」だけでなく、 ３次元的な位置、形状を再構成する必要があります。この技術自体は、コンピュー タビジョン(CV)の分野においてたくさん研究されています。
知識を利用した実物体の仮想化
実物体の３次元的な位置、形状を、家庭用のカメラでちょっと撮影しただけで 再構成し、そのままその場で仮想物体との干渉を実現しています。再構成には 様々な条件が必要ですが、ここでは対象物が角柱などの人工的な形状である場 合が多いことを仮定し、全自動化を実現しています。
ビジョン（イメージ）ベースデータグローブ
データグローブは、研究用の高価なものからゲーム用の比較的安価なものまで、 種々販売されています。しかし安価とはいえ普及には至っていません。PCカメ ラを利用した画像に基づく非常に安価なデータグローブ（システム）を開発し ています。これを入口とし、VR装置やコンテンツの普及、生産数の増加による 価格の低下が見込まれます。

その他

Swimming Across the Pacific
太平洋を泳いで横断しよう！これは、アートワークです。実際に太平洋を泳ぐ わけではなく、太平洋上空を飛ぶ飛行機の中で泳ぎ続けることを考えます。と いっても飛行機にプールを設置するのは難しいでしょう。そこで、VR技術によ る仮想水泳システムの構築を考えます。このプロジェクトは現在、仮想水泳シ ステムが完成している状態で止っており、スポンサー（飛行機）を探している ところです(!?)。
VRのための波と水しぶき
SAP プロジェクトの一部として、VR システムのための波と水しぶきの表現モ デルを考案しました。非リアルタイムであれば写真と見間違うような水のCGも ありますが、VR システムへの応用は困難です。ここでは、SAP システムを目 的に、インタラクション可能な波と水しぶきの CG モデルを開発しました。
脳内血流による身体性評価
VRシステムの評価は、多くの場合、主観的な評価になりがちです。何故ならば、 存在自体は計測することが可能でも、どのように効果を感じているかは、なか なか数値的な測定が難しいからです。ここでは仮想はさみを題材に、実際のは さみによる切断操作などとの違いを脳内血流の変化から評価します。将来的に は、「VRの度合い」を測定できることを目標にしています。
自動車運転時の危険示唆法
某車関係のCMなどで、フロントガラス上の歩行者が、ロボットアニメのコック ピットからの映像のように強調表示されているのを見たことがある方も多いで しょう。しかしこの表示のためには、歩行者検出技術のみならず、運転者の視 点検出とその視点に合わせた重畳表示が必要です。本研究では、視点検出の不 要な簡易表示法を提案することにより、大衆車へのシステム搭載を目指します。
BGMによるシーンの色付け
映画などを見るときに、BGM や効果音から影響を受けます。聴覚から得られる 感覚を視覚により擬似的に感じることができれば、聴覚障害者が視覚情報だけ で映画などのBGM などの効果を受けることが可能になります。心理評価に基づ き、画面の周囲に色彩効果を付加し、BGM の効果を視覚的に表現することを試 みます。なお、サンプル画像は著作権を考慮しモザイク処理してあります。
XMLを利用したインターネット上での動画編集システム
インターネットの普及により映像コンテンツが動画共有サービスで閲覧可能に なってきました。既存の動画共有サービスではWeb上の動画を観賞することに 重きを置いて設計されていています。しかし、著作権の侵害等の問題が発生し やすいシステムのため、現在はダウンロードに規制をかけるなどの対応がとら れています。そこでXMLベースによる、Web上の動画をダウンロードせずに動画 編集を可能とするWebアプリケーションとしての動画編集システムを提案して います。
動画撮影時のメタデータ付与と編集
動画撮影後の編集時に、欲しいシーンを探すのに苦労した経験はありませんか。 スマートフォンなどのプログラム開発可能なビデオ撮影デバイスにおいて、撮 影時に「付箋」を貼っておくことのできるシステムを開発します。この目印を 元に、編集時に容易に「欲しい」（だろう）シーンを確認し、最終的に編集を 完了させます。SNSなどのサイトに即座に投稿が可能となります。
GNPの改良手法を用いたヘテロエージェントの学習
マルチエージェントシステムとは、単体のエージェントでは行えないタスクを、 複数の協調によって達成するシステムです。また、ヘテロジニアスエージェン トの自動生成を行う手法として遺伝的ネットワークプログラミング(GNP)があ ります。共同作業における従来手法のGNPと改良手法のIGNP、GNPIAMの性能に ついて検討し、また、ヘテロジニアスエージェントに対して共進化と非共進化 手法を提案しそれぞれの性能の比較をします。
学生の就学傾向分析とその就学指導
本学では全ての講義室に、学生証により電子的に出席を確認するリーダーが設 置されています。さらに各回のレポート提出状況や成績などはe-Learningシス テムにより管理することができます。これらの情報を元にデータマイニングを 行います。そして見出された傾向から、今後、授業の中盤において不可となる 可能性の高い学生や、受講を放棄してしまう可能性の高い学生を事前に発見し、 前もって対応していくことを目標としています。

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業績・論文

次のページをご覧下さい。→ 業績・論文(舟橋健司)のページ （PDF 等あり）
学位論文等は、以下「メンバー」をご覧下さい。

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メンバー、研究室の歴史

2012年度

2011年度

2010年度

2009年度

2008年度

2007年度

（卒業生の皆さん、連絡先や所属の変更があれば連絡ください。）

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リンク

共同研究

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コンタクト

共同研究等、常時受け付けています。また、自由応募による卒研生や、学外か らの院生も歓迎しています。研究内容に興味のある方は、気軽に連絡、見学し てください。研究生（留学生）については、 英語のページもご覧下さい。

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