2014 Fiscal Year Annual Research Report
技能伝承のための触力覚分散協調訓練の生体信号適応制御による円滑化
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25280126
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| Research Institution | The Open University of Japan |
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Principal Investigator |
浅井 紀久夫 放送大学, 教養学部, 准教授 (90290874)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高野 邦彦 東京都立産業技術高等専門学校, その他部局等, 准教授 (10353260)
大西 仁 放送大学, 教養学部, 准教授 (40280549)
佐藤 誠 東京工業大学, 精密工学研究所, 教授 (50114872)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 触力感覚 / インタフェース / 力覚フィードバック / 情報可視化 / ホログラフィ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高度な技術や技能の体得には、技を習熟する訓練が必要である。学習者が指導者を含む他者との体感的インタラクションを通して感覚情報を交換できるようにするため、触力感覚を再現する触力覚インタフェースを構築する。
力覚インタフェースとして複数の糸に張力を与えて反力フィードバックを二次元的に提示する手法を採用しており、このインタフェースを軸にして仮想物体との接触状態に基づく力覚提示の仕組みを構築している。本年度は、奥行きの測定によって取得した現実世界の三次元構造を触知できるようにするシステムを構築し、効果的に触知情報を提示するための仕組みを設計した。
力覚インタフェースは二次元的に反力フィードバックを与えるため、二次元的な反力で三次元的な形状を表現する必要がある。一般には、二次元反力を発生するために、三次元形状の勾配が使われるが、幾何学形状との接触を十分に表現するには至っていない。そのため、力積に基づく反力発生の手法を採用した。この手法では、プローブのポリゴン面との接触具合を加味するようになっている。三次元形状を構成するポリゴンの数が多い場合、処理に時間がかかる。そこで、三次元形状面のポリゴンリダクションを実装した。学習コンテンツとして、分子結合において三次元構造を触知するシステムを構築し、視覚情報に整合した触力覚情報の提示を可能にした。
体感的インタラクションでは、視覚的臨場感が重要な役割を果たす。そこで、三次元情報を立体的に提示する仕組みについても検討を進めた。動画ホログラフィを実現するため、粘性を持つ媒質を加えた流水や空間に噴霧した霧を使用することにより、立体像を投影できるようにした。揺らぎを軽減したり、視域を広くしたりして、安定した投影像が得られるようになった。
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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
本年度は、触力覚インタフェースによる触力覚提示の高度化を図るため、力覚フィードバックの制御手法、触力感覚の提示に整合した可視化手法、立体像の表示という流れで研究を推進した。技能伝承のための訓練や分散協調などの検討には至っていないが、触力覚提示の仕組み、触力感覚と視覚情報との併用、視覚的臨場感の検討に重点を置いて研究を進めた。
力覚フィードバックの制御手法については、三次元形状面の凹凸を二次元的な反力で提示するという制限の中で、力積に基づく力発生の手法を実装することにより、効果的なハプティックレンダリングを構築した。仮想物体どうしの衝突具合を考慮した制御にしたことにより、プローブがはねるような感じはあるものの、剛体どうしの衝突や接触に対する触力感覚を再現している。
触力感覚の提示に整合した可視化手法については、力覚インタフェースの二次元的力覚提示を支援する視覚情報の適切な提示を検討した。三次元形状面を二次元面に展開する可視化手法を実装し、わかりやすい情報提示を可能にした。
立体像の表示については、動画ホログラフィを実現するため、立体像投影システムを検討した。粘性を持つ媒質を加えた流水や空間に噴霧した霧を利用することにより、揺らぎの軽減や視域の拡大を達成でき、投影像の安定化に大きく寄与した。
上記のように研究が進んでおり、「おおむね順調に進展している」と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
力覚フィードバックの制御手法、触力感覚の呈示に整合した可視化手法、立体像の表示という流れを踏襲し、本年度も研究を推進する計画である。技能伝承の訓練や分散協調、生体信号適応制御などの検討は手薄になっているが、触力覚呈示の仕組み、触力感覚の視覚情報との併用、視覚的臨場感の検討を重点的に行う。
力覚フィードバックの制御手法については、三次元形状とプローブとの接触具合を再現するために、力積に基づく反力発生の手法を導入していたが、これを三次元形状の勾配に基づく手法に応用する予定である。これは、プローブが三次元形状との接触に伴ってはねるような感じが出てしまうのを抑制するための機構であり、仮想物体どうしの衝突具合の再現性が改善されると見込まれる。
触力感覚の呈示に整合した可視化手法については、三次元形状の触知を支援する視覚情報の適切な呈示を、引き続き検討する。触力覚インタラクションは三次元空間で与えられるが、我々が普及を進める触力覚インタフェースは二次元面での操作に限られる。二次元面に展開する可視化を中心に効果的手法を考案し、実装していく予定である。
視覚的臨場感については、動画ホログラフィを用いて立体像を呈示するシステムを構築している。立体像投影方式において、循環する液体に粘性を持つ媒質を加えた人工滝や空間に噴霧した霧などの利用を高度化し、投影像のさらなる安定化を図っていく予定である。
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| Causes of Carryover |
生体信号を計測するための測定器を購入する予定であったが、要求仕様を満たすものは高額であり、本年度予算では不十分であった。そのため、これを見送った。また、システムの評価実験を大規模に実施する予定であったが、参加者の参集具合に従って規模を縮小した。以上により、次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
触力覚インタフェースを操作するときの生体信号を計測し、そのデータを分析する計画である。これに必要な機器や分析システムが必要である。また、力覚フィードバックの制御手法について詳細な制御を行うための方策を検討することにしている。制御手法を評価するための測定に必要な器具等が必要になっている。今年度に規模を縮小したシステム評価について、規模を拡大して評価を実施する計画である。以上、次年度使用額については、適切に使用する予定である。
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