2019 Fiscal Year Research-status Report
空中操作が可能な完全無装着型MRの開発とグループ実験教育支援システムへの応用
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19K03079
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
竹村 淳 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (20297617)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 教育支援システム / バーチャルリアリティ / 実験教育 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
現在，理工学分野の教育において，「ものづくり」を含む実験教育が重要であり，利用者の様々な環境に対応させるために仮想現実(virtual reality; VR), 拡張現実(augmented reality; AR), 及びそれらを複合させた複合現実(mixed reality; MR) を用いた教育支援システムが期待されている。しかしながら，現行のVR・AR・MRは，個々の利用者が身体にデバイスを装着する必要があるため，実験などの作業を妨げ，また複数の利用者による共同作業ができないなどの問題があり，高度な実験教育に用いることが困難である。
このような現行のシステムの問題点を踏まえ，本研究は，身体に装着するデバイスを必要とせず，立体映像に対して実際にものに触れて操作することと同等の体験ができるMRの技術を開発し，実験教育支援システムへの応用を試みる。この提案システムを効率よく開発するために，令和元年度の研究では，次の(1)及び(2) を実現するための基礎的な技術の開発研究を行った：(1) 装着する機器を必要としないMR技術を開発し ，専門性の高い「ものづくり」実験教育を可能にする。(2) 現行の教育システムでは不可能である，MR空間で作製した物（電子回路やロボット）の動作（例：設計どおり動くか）を学ぶことを可能とし，高い教育効果が得られるシステムを開発する。
その結果，以下(a),(b) を実現する技術を構築することができた：(a) 裸眼立体ディスプレイによる立体映像と超音波を用いた触覚提示を組み合わせることによる完全無装着型のMRシステム, (b) MR空間内で立体映像を操作する手の動きに対する立体画像認識。
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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
提案システムを効率よく開発するために，初年度の研究では，(1) 完全無装着型のMR技術の実現, 及び (2) 空中操作の実現のための技術要素の開発研究を行った。(1)に関する研究では，超音波により空中で物に触れる感覚を提示するVR技術 (空中ハプティクス) を導入することにより，学習や実験の妨げとなる装着機器を必要としない触覚提示システムを構築できた。そして，(2) に関する研究では，裸眼立体ディスプレイによる立体映像に対して，(1)で構築した空中ハプティクスを応用したシステムを組み合わせることにより， 裸眼で見た立体映像に対して，実際に操作する体験ができる教育システムを試作した。これにより，提案する“空中操作が可能なMR技術”のハードウェアの主要部分，及びカメラ付距離センサを用いた手の動きの認識に関わるソフトウェアの開発研究を，ほぼ計画どおりに進めることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，構築した“空中操作が可能なMRシステム”を実験教育支援システムへ応用することを目的として，主にソフトウェア面の開発と教育支援システムとしての有用性の評価に関する研究を行う。具体的には，次の(1)及び(2)を可能にするための開発研究と評価実験を行う：(1) ものづくりの体験ができるMR教育支援支援システムを実現する。(2) MR空間で実際のものづくりや実験作業と同等の体験ができる。さらに，ものづくりによる製作物（回路やロボットなど）がどのように動作するかを学ぶことができる。
これらの研究により，構築したシステムにおいて，MR空間における「ものづくり」学習と製作物の動作の観察や計測を同時に学ぶことを可能にすることによって，実験教育支援システムとしての実用性を高める。
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| Causes of Carryover |
導入した設備の一部，及び英語論文の校閲において，価格変更(値下げ)によりコストの節約ができたため，次年度使用額が生じた。次年度使用学は，今後の成果発表(論文，国際学会) が当初の計画より増える見込みであるため，そのための校閲及び掲載料に使用する。
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