2015 Fiscal Year Annual Research Report
非一様かつ大変形を伴う仮想柔軟物間の精緻な実時間視力覚インタラクション手法の研究
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15H02742
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
田川 和義 立命館大学, 立命館グローバル・イノベーション研究機構, 准教授 (40401319)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | バーチャルリアリティ / 変形・接触モデル / 力覚インタラクション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
まず，時空間適応的埋め込み変形シミュレーション手法の研究においては，時空間適応的な変形シミュレーションに適した疎行列格納法・更新法の検討と，GPU(CUDA)への実装を進めた．最初に，リメッシュ処理（二分割二統合に基づくオンラインリメッシュの際の全体剛性行列の更新）および変形シミュレーション（勾配法等による収束演算）に適した全体剛性行列（大規模疎行列）の圧縮／格納／更新手法を検討し，固定幅のCSR方式（ELL方式に相当）の拡張フォーマットとこれを用いる更新手法を提案した．そして，提案手法の評価のため，適応的有限要素変形シミュレーションコードを独自カーネルを用いてGPU(CUDA)実装し，鉗子（剛体）による臓器モデル（柔軟物）に対する力覚を伴う変形操作を対象とした処理時間の評価を行った．その結果，モデルの複雑さによらずリメッシュ処理に要する処理時間が0.65 ms程度であり，力覚提示への応用にも十分であることがわかった．
次に，剛体－柔軟物間の多重解像度接触モデルの考案・実装においては，各物体の計算自由度を独立化・高速計算が期待できるペナルティ法を採用し，多点接触化／多重解像度化対応の接触計算コードの作成を行った．
そして，ハイブリッド型干渉検出法の検討・実装においては，対象物を外包する適応的四面体格子を多重解像度のバウンディングボリュームと捉え，目的の（干渉が発生していると考えられる）候補四面体を階層的に探索する方法と，隣接四面体を辿りながら目的の四面体を探索するローソンの探査法を併用した，柔軟物対応の効率的な干渉検出法を検討・考案した．従来の探索法（ローソンの探索法のみを使用）と比較して，探索回数が1/10程度となることがわかった．並行して提案手法の実装も進め，手術鉗子と臓器間の干渉検出を例として，その実行可能性の確認を終えた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
多重解像度接触モデルの考案・実装にて多少の遅れが見られるものの，全体的には手法の考案・実装が着実に進んでおり，また研究会や国際会議での発表も行うなど，おおむね当初の想定通りに順調に進展している．
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| Strategy for Future Research Activity |
それぞれの研究項目（時空間適応的埋め込み変形シミュレーション，多重解像度接触モデル，ハイブリッド型干渉検出法）に修士（もしくは院進希望）の学生を１名ずつ割り当て，手法の考案・実装・評価の加速化を図る．研究会や国際会議だけではなく，雑誌論文への投稿も行う．
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[Presentation] Remote and Low Cost VR Surgery Simulator2016
Author(s)
Kazuyoshi Tagawa, Hiromi T. Tanaka, Masaru Komori, Yoshimasa Kurumi, Shigehiro Morikawa
Organizer
IEEE Virtual Reality
Place of Presentation
Hyatt Regency Greenville hotel (Greenville, USA)
Year and Date
2016-03-21
Int'l Joint Research
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