| 研究課題/領域番号 |
20H05702
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| 研究種目 |
基盤研究(S)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
大区分J
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| 研究機関 | 宇都宮大学 |
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研究代表者 |
山本 裕紹 宇都宮大学, 工学部, 教授 (00284315)
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| 研究分担者 |
大谷 幸利 宇都宮大学, 工学部, 教授 (10233165)
八杉 公基 福井県立大学, 海洋生物資源学部, 准教授 (50722790)
亀井 保博 基礎生物学研究所, 超階層生物学センター, RMC教授 (70372563)
陶山 史朗 宇都宮大学, オプティクス教育研究センター, 特任教授 (70457331)
伊藤 篤 中央大学, 経済学部, 教授 (80500074)
石川 智治 宇都宮大学, 工学部, 教授 (90343186)
吉浦 康寿 福井県立大学, 海洋生物資源学部, 教授 (90372052)
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| 研究期間 (年度) |
2020-08-31 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
188,370千円 (直接経費: 144,900千円、間接経費: 43,470千円)
2024年度: 35,100千円 (直接経費: 27,000千円、間接経費: 8,100千円)
2023年度: 37,050千円 (直接経費: 28,500千円、間接経費: 8,550千円)
2022年度: 41,340千円 (直接経費: 31,800千円、間接経費: 9,540千円)
2021年度: 39,260千円 (直接経費: 30,200千円、間接経費: 9,060千円)
2020年度: 35,620千円 (直接経費: 27,400千円、間接経費: 8,220千円)
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| キーワード | 空中ディスプレイ / 水中ディスプレイ / 水産AI / 高産肉性トラフグ / VR動物学 / AI / 精密養殖 / 国際標準化 / 水産養殖用AI / 再帰反射 / 解像度 / 国際標準 / 多重反射 / 深層学習 / 水産繁養殖学 / 再帰反射素子 / 偏光 / 水産養殖 / 個体識別 / 水柱ディスプレイ / バーチャルリアリティー / VR Biology / 機械学習 / 水中CAVE / VRバイオロジー |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，空中ディスプレイ光学系に偏光変調を活用した多重反射を導入することで空中ディスプレイの薄型化を実現する．薄型化した空中ディスプレイを水槽内に設置することで水中に映像を形成する．没入型の水中映像空間（水中CAVE）により世界で初めて魚に水中映像を見せる．これまでは水中に映像を提示する実験では，映像のある位置に何らかの物理的ハードウェアが存在するため，純粋に光情報だけを手掛かりとする刺激の提示は不可能であった．純粋に光情報だけを刺激として魚の行動を観察する「VR生物学」の学術領域を拓く．さらに，水中ディスプレイに表示した定規映像を用いて水中で魚の平均体長・体重を深層学習により推定する．
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| 研究実績の概要 |
空中ディスプレイの薄型化を実現する光学の基本設計に必要な計測と原理検証を行った．再帰反射による空中結像（AIRR：aerial imaging by retro-reflection）向けに新たに開発した金型を用いたリフレクターの成形品について光学測定を行い，成形手法による特性の違いを明らかにした．その結果，プリズムと空気の間の全反射を用いる場合には熱プレス成形品よりも射出成形品の方が再帰反射性能が高いことがわかった． AIRRの光学系に非平行に配置した複数のビームスプリッターを用いた多重反射を導入することで多方向の空中映像を形成する新しい設計を考案して原理を実証した．
光工学と感性メディア工学の融合研究として，空中ディスプレイの画質の感性評価実験および水中映像に対する観察実験を行い，水の存在により知覚特性に変化が生じることを明らかにした．
魚を対象とした深層学習の学習データの蓄積とVR動物学実験を行った．対象魚として養育した高産肉性トラフグの遺伝子解析を行った．さらに，対象魚として，認知や社会性に関する基礎研究が展開され，また実験用のモデル動物としての活用が進むメダカを追加して，メダカに対する個体識別AIについて，多様な種類のメダカに対する実験を進めた．トラフグに関してもAIによる個体識別が可能であることを実証した．
空中ディスプレイの性能評価指標とその計測方法について，IEC/TC110/WG6での審議を進めて，国際標準の創成のためのCommittee Draftを国際展開した．
光工学分野の展示会（光とレーザーの科学技術展），国際会議IDW (International Display Workshops)および応用物理学会においてデモ展示を行ない，本研究課題の派生技術の実用化や社会実装を進めるためのアウトリーチ活動を行った．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
空中ディスプレイは，広い範囲から光を集束させることで何もない空中に映像を形成する技術であり，本研究では空中ディスプレイの高画質化と薄型化を実現する光学系を開発する．薄型化された空中ディスプレイを水槽の中に設置して，水中映像空間（水中CAVE）を実現して，魚への水中映像提示の有効性を実験により明らかにすることを本課題の目的としている．具体的には，光工学・生物学・水産学・感性メディア工学・情報工学の研究者による異分野融合により次の６つの課題を解決することを目標としている．①再帰反射による空中結像（AIRR）に偏光変調と多重反射を導入して薄型化を実現する．②水中CAVEを世界で初めて実現する．③水中の映像に対するヒトの奥行き知覚特性を明らかにする．④水中CAVEシステムを魚への刺激映像の提示に用いたVR動物学実験を行う．⑤養殖水槽のリモート監視システムを構築して⑥養殖魚の平均体長・平均体重を推定するシステムを構築する．
これらの６項目に対して目標達成に向けて計画通りに進めるとともに，実験動物として汎用性の高いメダカの個体識別に成功したほか，派生技術に関する産学連携や社会実装について当初の計画以上に進展している．令和４年度には空中ディスプレイがテレビドラマ（テレビ朝日木曜ミステリー『警視庁・捜査一課長season6』）に用いられるなど，当初の計画以上に進展している．
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| 今後の研究の推進方策 |
研究計画の当初は，国立研究開発法人水産研究・教育機構 瀬戸内海区水産研究所 資源生産部 養殖生産グループの香川県高松市にある研究施設において，高産肉性トラフグを飼育して実験予定であったが，水産研究・教育機構における研究施設の整理統合により廃止となるため，このトラフグ親魚を共同開発した水産養殖会社において，契約により，系統の維持管理が行われることとなり，本課題の研究についても同社の協力をいただいて継続できることとなった．同社では鯖やヒラメ，カワハギなどの養殖も行われているため，対象とする魚種を増やすことを推進策の一つと考えている．さらに，これまで研究協力者として空中ディスプレイおよび水産AIやVR動物学実験に参加された八杉博士が，福井県立大学の海洋生物資源学部先端増養殖科学科に准教授として令和5年2月から着任されたため，令和5年度からは研究分担者として参加をいただき，研究の深化と展開を加速させる．
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| 評価記号 |
中間評価所見 (区分)
A: 研究領域の設定目的に照らして、期待どおりの進展が認められる
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