魅力的な放射線教育教材の開発と体験的出前授業の実践

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K12402
• Research Institution: National Institute of Technology, Kumamoto College
• Principal Investigator: 小田 明範 熊本高等専門学校, その他部局等, 教授 (60224234)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 霧箱 / 飛跡 / 放射線教育 / 理科教材 / 拡張現実感技術

Outline of Annual Research Achievements

市販の高感度の霧箱装置を購入し，この装置で得られた放射線の飛跡（ひせき）の動画からOpenCV（オープンソースのコンピュータ・ビジョン・ライブラリ）による画像処理により飛跡を認識し，さらに“計数”するシステムの構築に着手した．鮮明な飛跡の場合，その認識はほぼ適切にできているが，より精度や再現性の高い画像処理法の検討が必要である．放射線強度に対応する飛跡の時間依存の計数については，まだ完成に至っていない．
本予算で購入したMacOS型ノートPCで放射線シミュレーションコードGeant4の利用のための設定やテスト計算などを行った．その計算結果を拡張現実感技術（AR技術）を利用することで放射線の挙動を体感できるシステムの構築に着手した．AR技術については，MacOSでの利用可能な情報が少ない一方，WindowsOSでの情報は豊富にある．Geant4はWindows環境での利用も可能であるので，主にAR技術の利用を念頭にいれWindows環境でのAR技術利用に向けた様々な検討を開始した．その一環で，Windows環境でのAR技術の利用としてマーカ（AR技術において，情報を表示する位置を指定するための標識となるパターンの画像）を利用したものや，マーカーレス（マーカを必要としない）での方法を検討した．
中学３年生を対象として１回の出前講義を行った．この際，現在検討中の教材を利用するにはいたらず，ドライアイス冷却の霧箱やゲルマニウム型核種分析装置等による放射線教育となった．平成２８年度は，開発中の理科教材（試作段階レベル）を利用して講義を実施したい．

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

現時点での進捗状況として「遅れている」と自己評価する．その理由について，以下に記す．
本研究では，小中学校および高専の生徒等への理科教育への適用を想定し，受講生が興味を持つ，PC 等の情報機器を利用した魅力的な放射線教育理科教材の開発を目指している．この目的達成のために，まず本予算で購入した市販の霧箱装置で得られた放射線の飛跡の動画を，OpenCVにより画像処理することに取り組んだ．鮮明な飛跡の場合，その認識はほぼ適切にできているが，より精度の高い画像処理法の検討等が必要である．時間依存で放射線強度（飛跡の数）を“計数”することに着手したところである．これらを完成させ，さらに，講義用教材として利用しやすいよう体裁等を整える必要がある．
放射線用のシミュレーションソフトウエア（Geant4）とAR 技術（拡張現実感技術）を連携/利用した放射線の挙動を体感できるシステムについて，当初はGeant4の利用しやすさの観点でMacOS型PCでの利用を予定であった．しかし，AR 技術について，Mac環境での最近の入手可能な情報が少なく，その点で，Windows環境がはるかに優位である．そこで，AR技術の利用の観点で，Mac環境から方針を変更しWindows環境で開発を行うこととした．現在は，以上の認識のもと，Windows環境でのマーカ型，マーカーレス型の最近のAR技術の利用方法の調査を開始したところであり，当初の予定より遅れている．

Strategy for Future Research Activity

本予算で購入した市販の霧箱装置で得られた放射線の飛跡の動画をOpenCVにより画像処理するシステムを，放射線用理科教育の教材として完成させる．そのために，より精度の高い画像処理法の検討とその既存プログラムへの組み込み，時間依存で放射線強度（飛跡の数）を“計数”するプログラムなどの完成を急ぐ．
放射線用のシミュレーションソフトウエア（Geant4）とAR 技術（拡張現実感技術）を連携/利用した放射線の挙動を体感できるシステムについて，Windows環境での開発を行う．Windows環境でのマーカ型，マーカーレス型の最近のAR技術動向を広く調べた上で，Geant4との連携的利用を検討する．また，Geant4とは特に連携させず，AR技術だけでの検討も並行しておこなう．これらの目的のために，最近，様々な製品がなされている，仮想現実（VR=Virtual Reality）用のPC接続型のヘッドマウントディスプレイ（Oculus Rift、HTC Vive等）と，それを利用する性能を有するためのスペックを備えたWindows用ノートPCを購入する．
これらにより，小中学校の生徒等の理科教育で受講生が興味・関心を持つ，魅力的な放射線教育理科教材の開発を行う．ある程度完成した段階で，実際に出前講義等で利用し受講生の反応を調べる．
なお，本研究では予算等の関係で「ドライアイスを用いない低温冷却型霧箱の開発」は行わないこととした．

Causes of Carryover

物品(霧箱，MacOS型ノートPC,ビデオアイウエア）購入により，予定した研究を進めることでき，当該助成金について利用する必要がなかったため結果的に残額が発生した．

Expenditure Plan for Carryover Budget

翌年度とした助成金と合わせて，以下の物品の購入を計画している．
■VR・AR用のPC接続型のヘッドマウントディスプレイ（Oculus Rift、HTC Vive等）■前記のHMDを利用する性能を有するスペックを備えたWindows用ノートPC