視覚的感性の数理モデルの導出とデザイン生成アルゴリズムの開発

• Project/Area Number: 21K11771
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 60020:Mathematical informatics-related
• Research Institution: Ehime University
• Principal Investigator: 松浦 真也 愛媛大学, 理工学研究科(理学系), 教授 (70334258)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2022: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2021: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
• Keywords: 数理曲線 / 視覚的感性 / デザイン生成

Outline of Research at the Start

今、世界ではＡＩの進展とともに、モノづくりの手法が大きな変貌を遂げており、広範な産業において、いかに数理・ＤＳ（データサイエンス）・ＡＩの技術を活用するかが、国際競争に勝ち抜くカギを握っている。本研究では、モノづくりのうち、特にプロダクトデザインに焦点を絞り、「デザイン×数理・ＤＳ・ＡＩ」という立場で研究開発を進める。具体的には、北欧デザインで活用されている数理曲線を用い、視覚的感性に関する各種調査を実施し、感性工学の手法や多変量解析、深層学習等のＤＳの手法を用いて解析する。これにより、視覚的感性の数理モデルを導出する。さらに、個人の感性に応じてデザインを自動生成するアルゴリズムを開発する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、プロダクトデザインに関し、「デザイン×数理・ＤＳ・ＡＩ」という立場で研究開発を進めている。具体的には、北欧デザインで用いられているラメ曲線や、それを拡張したギーリス曲線などの数理曲線を用い、次のA、Bについて調べている。
A. 多くの人から高く評価されているデザインは、感性工学の諸手法を用い、数理曲線の幾何学的特性量の言葉で整理すると、どう表現できるのか？特に、数理曲線のパラメータ分布を用いて、視覚的感性が数理モデルとしてどう記述できるのか？
B. 視覚的感性について、個人の嗜好性が数理曲線のパラメータ分布を始め、幾何学的特性量にどう反映されるのか？そして、その結果、上記の視覚的感性の数理モデルに、どのような形でどの程度、嗜好性に応じた個人差が生じるのか？
研究２年目となる令和４年度には、前年度に引き続き、主として上記のAの部分に取り組んだ。具体的には、「数理曲線の幾何学的特性量についての理論的な解析」「本格的なアンケート調査実施のための準備」「収集データを機械学習を用いて解析するためのプログラムの構築」の3つの方向性の研究を進めた。理論的な解析においては、約400種類のギーリス曲線を、対称性や周期性などのいくつかの基準により分類した上で、特に対称性の高い曲線を中心に、曲線の幾何学的特性量と方程式のパラメータとの間の関係の対応付けを行った。アンケート調査実施のための準備としては、対面での調査に加え、オンラインでも正確かつ効率的に調査できるよう、インタラクティブな操作性に優れた調査用のインターフェースの開発を進めた。さらに、機械学習を用いた解析プログラムについては、Pythonの機械学習用のパッケージをいくつか試し、視覚的感性の観点から数理曲線を解析するのにふさわしいパッケージの候補を絞り込んだ。、

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

理論的な解析は順調に進んだが、アンケート調査の対面実施に関して、新型コロナウイルス感染症の影響が引き続き残り、海外も含め、幅広く調査を実施するには至らなかった。このため、オンラインでも幅広くアンケート調査を実施できるよう、インタラクティブに操作可能で、直観的に回答可能な調査用のインターフェースの開発に努めた。このため、当初の予定にない作業に時間を費やすこととなったが、次年度以降は、このインターフェースも有効活用して、作業の効率化を図る。

Strategy for Future Research Activity

令和５年度には、人間の感性に対するアンケート調査を本格的に実施する。その際、令和４年度から開発を進めているアンケート調査回答用のインタラクティブなツールを有効活用する。また、新型コロナウイルス感染症の位置づけも変わり、人の往来を伴う国際的な学術交流も戻りつつあるため、北欧にある愛媛大学の学術協定校（ウプサラ大学、ルンド大学等）との、対面での交流も本格的に再開されることが見込まれている。こうした機会も上手く活用して、海外も含め、幅広く調査を実施できるようにする。
また、Pythonを用いた機械学習のプログラムの構築を既に始めており、用いるパッケージや手法の絞り込みが進んでいるので、令和５年度には、それらの知見を有効に活用して、プログラムの構築に本格的に取り組み、加速化を図る。
理論面では、これまで、正多角形と円とが組み合わさった形、正多角形とハート形が組み合わさった形、星形など、対称性の高い図形を中心に扱ってきた。対称性の有無は、人間の感性と大きく関わっていると思われるため、令和５年度には、非対称性の強い図形も分析し、対称性の高い図形との比較を試みたい。その際、これまでに対称性の高い図形の解析に用いてきた手法を準用することで、非対称性の強い図形の解析も効率的に進める。