2021 Fiscal Year Annual Research Report
Mathematical modeling of depth illusion in natural environment and its applications to safety and education
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21H03530
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Meiji University |
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Principal Investigator |
杉原 厚吉 明治大学, 研究・知財戦略機構(中野), 研究推進員 (40144117)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大谷 智子 明治大学, 総合数理学部, 助教 (40422406)
宮下 芳明 明治大学, 総合数理学部, 専任教授 (40447694)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 立体錯視 / 視覚の数理モデル / 錯視遊具 / VR / 遊び / 奥行き誇張画像 / 運動錯視 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、自然環境下で起こる錯視について、（１）その仕組みを説明する数理モデルの構築、（2）数理モデルを応用した安全環境整備、（3）錯視体験遊具の試作と安全教育への応用を推進することである。
研究代表者杉原は、数理モデルの構築とその応用を主に受け持ち、特に画像から奥行きを知覚する場合に、横たわったものが立ち上がって見えたり（起き上がり錯視）、左右が反転して見えたり（左右反転錯視）、凹凸が逆転したり（高さ反転錯視）する視覚現象を収集し、それらが画像を見る姿勢が要因となって起こることを突き止めた。安全環境づくりでは、奥行きが誇張された画像から錯視の原因を取り除き、撮影した場所に立って見まわしたとき見えるはずのシーンのありのままの姿を復元する画像変換法を開発し特許も出願した。錯視体験遊具としては、乗って歩ける無限ループ階段の設計法を開発し、その実装例を国内のテーマパークでのエッシャー展に付随する体験遊具として設置して、参加者が錯視を体験できることを確認できた。
研究分担者宮下は、錯視を体験するVRやコンテンツの開発を主に受け持ち、特に輝度変化による運動錯視を用いたアニメーション作成ツールに関する研究を行った。これは、入力画像に対して錯視を発生させる領域および動かしたい方向を選択することで、一定方向に無限に運動するように知覚される錯視映像を生成できるソフトウェアである。
研究分担者大谷は、身近にある木や紙素材を使って創作できる遊具の開発を主に受け持ち、科学的知見に基づいた、体験しながら学べるワークショッププログラムを開発し、実施した。また、ガラスや鏡でできた立体物の存在が消失してしまう錯覚で奥行きが分からなくなる現象に着目し、鏡面の存在が知覚しづらくなる条件を整理した。
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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
第1の研究目的である錯視を説明する視覚の数理モデル構築については、対象を鏡に映したときに期待に反した知覚が生じる錯視に注目し、対象と鏡を見る姿勢および重力方向の影響を受けることを明らかにできた。この成果は、従来の多義図形の研究に新しい側面からのアプローチの可能性を示したものである。
第2の研究目的である安全環境整備では、奥行きが誇張された画像から誇張の生じる錯視要因を取り除き、対象の正しい奥行きが知覚できるよう画像を変換する技術を構築した。これにより、インターネットショッピングなどにおける消費者の商品形状誤認を軽減する方法を提供できるようになった。
第3の研究目的である錯視遊具については、輝度変化による運動錯視を生成するアニメーションツールの開発、貴や紙素材を使った錯視遊具の開発、乗って歩ける無限ループ階段の開発ができた。これにより、錯視遊具の可能性を大きく広げることができた。
以上のように、3つの研究目的のすべてにおいて、計画通りの成果を上げることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
予定通り、視覚の数理モデルの改良、その安全環境整備への応用、錯視遊具の開発と応用の3本柱で研究を継続する。
研究代表者の杉原は、視覚の数理モデルの改良とその応用を主に受け持つ。歪のある画像からありのままを復元する方法を、360度カメラ画像にも適用できるように改良する。道路の安全への応用では、ドライバーへ向けてのメッセージが立ち上がって見えるように路面に描く方法を開発する。歩ける無限ループ階段は手すりをつけて安全を確保する対策を施して、もっと大きいもの開発する。雪の大型滑り台は、今までの左右対称形ではなくて非対称な形での実現を目指す。鏡に映すと姿が変わる変身立体も、等身大の人の姿などの大型のものを設計する。これらの試作を通して収集した視覚効果データをフィードバックすることにより、視覚の数理モデルを改良していく。
研究分担者宮下は、まず、輝度変化による運動錯視が、Brain-Computer Interface (SSVEPベースBCI)のユーザインタフェースに応用可能であるかを検証する。また、VR酔を軽減する目的で、オプティカルフローに応じた非円形視野制限を行う手法について検証する。
研究分担者大谷は、鏡面が消失する錯覚の生起要因について、心理物理学的な検証を行う。これまでの知見と合わせ、発達段階にあう安全視覚教育の指針づくりを行う。2023年度は、中学生・高校生を対象とし、錯覚が起きる法則を体験しながら学べるワークショッププログラムの開発と実証実験を行う。
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