2022 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) |
宮下 芳明 明治大学, 総合数理学部, 専任教授 (40447694)
大谷 智子 明治大学, 総合数理学部, 助教 (40422406)
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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 / 変身立体 / 起き上がり立体 / 対称性 / 高さ反転錯視 / 平行移動錯視 |
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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、その仕組みを説明する数理モデルの構築、数理モデルを応用した安全環境整備、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った。絵を立体と誤認するために起こる錯視の収集では、起き上がり錯視など5種類を確認できた。両目で見ても起きる立体錯視については、鏡に正面を向いたものが、鏡の中で振り向かないで同じ向きのまま平行移動するように見えるという新しい錯視を発見した。この成果を、視覚の数理モデルに組み込み、モデルの改良もできた。画像から奥行きを誤認する現象については、昨年度開発した広角レンズ画像の変換法を360度画像にも適用できるものに拡張し、360度画像から奥行きを正しく知覚できる画像へ変換する計算法を構築した。大型錯視遊具については、昨年度設計した歩ける無限ループ階段に手すりを付ける改良を施し、その有効性を確認できた。
研究分担者宮下は、VRコンテンツやインタフェースの開発を主に受け持っている。オプティカルフローに応じた非円形視野制限によるVR酔い軽減手法をはじめ、様々なユーザインタフェースに関する手法提案と評価を行った。さらに、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の開発・評価を通じ、SSVEP（定常状態視覚誘発電位）ベースのBCI (Brain-computer Interface)への応用可能性を見いだした。
研究分担者大谷は、小型遊具の開発と利用法を主に受け持っている。2022年度は、中学・高校生を対象とし、教育科目との連続性も意識したプログラムを開発し、ワークショッププログラムを開発し、実施した。また、側面が鏡面であることで、立体の存在が消失してしまうことで奥行きが分からなくなる現象に着目し、鏡面消失を起こす底面パターンの条件を検討した。
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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
錯視の数理モデル構築のための錯視例収集については、絵を鏡に映した時に生じる錯視的視覚効果が少なくとも5種類観察できることを発見し、立体を鏡に映した時に生じる錯視的視覚効果としては、鏡に正面を向いたものが鏡の中で振り向かないで平行移動する現象を見つけた。理論的な視点位置から大きくずれても錯視が起き続けるという立体錯視の頑健性については、視点に依存しない立体の対称性などの幾何学的性質が関与していることが分かった。同じ場所で動いているのにもかかわらず移動し続ける近くが生じる錯視は、人とコンピュータの会話画面でのアイコンに効果的に使えることが分かった。錯視遊具に関しては、教育用プログラムの開発、歩ける無限ループ階段の手すり付きのものの実装など、現場での成果が得られた。このように、計画時点で示したすべての項目について、一定の成果が得られた。
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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、錯視遊具の開発と利用の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。鏡に映したとき右を向いていたものが左を向く「左右反転錯視」と、鏡に正面を向いたものが鏡の中で振り向かないで同じ方向を向いたままとなる「平行移動錯視」をすでに見つけているが、この二つの錯視が同時に起きるという新しい錯視立体の可能性を探求する。錯視の安全環境整備への応用では、路面に描いた絵が立ち上がって見えるタイプの案内標識を作成するシステムを開発する。大型錯視遊具の開発では、すでに見つけている高さ反転錯視を応用して、ある場所に立った自分の姿を鏡に映すと別の場所に立っているように感じる錯視遊具を試作してその有効性を確かめる。これらの研究活動で得られる知見を視覚の数理モデルに反映させて、モデルの性能を高めていく。
研究分担者宮下は、輝度変化による運動錯視を応用し、SSVEP（定常状態視覚誘発電位）ベースのBCI (Brain-computer Interface)におけるユーザインタフェースデザインに活用できないかを探索するほか、グラフィカルユーザインタフェースにおける視覚的フィードバックの影響も調査する。
研究分担者大谷は、小型遊具の開発を主に受け持ち、これまでの検証をもとに，対象者の発達段階に応じた錯視を意識化するプログラムの実証実験を行う。このプログラムの到達目標は，開発した小型遊具を用い，参加者が体験を通じて自然環境下で起こる錯視を意識化することである。
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