| 研究課題/領域番号 |
21K02848
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分09070:教育工学関連
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| 研究機関 | 新居浜工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
松友 真哉 新居浜工業高等専門学校, 電子制御工学科, 准教授 (90413856)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2024年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2021年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
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| キーワード | 複合現実感 / 電磁気学教育 / 学習支援システム / 可視化 / オンライン授業 / 電磁界可視化 / 電磁界シミュレーション / 有限要素法 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究の目的は、複合現実感（MR）技術を利用して、電磁界をリアルタイムかつインタラクティブに体験することが可能な可視化システムを開発し、オンライン環境下を含む電磁界教育の現場での有用性を検証することである。
新しい生活様式に根差した授業・学生実験のコンテンツの必要性が急拡大する中で、単に教科書的な内容をオンラインで説明しても学生の興味や理解は不十分である。複合現実感（MR）を利用したオンライン３次元電磁界体験システムを開発すれば、①学生が興味を持って電磁界をイメージでき、②オンライン環境下においても学生同士や教員との効果的な議論を生む手段となり得る。
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| 研究実績の概要 |
本年度の研究実績は以下の通りである。
①＜ハンドトラッキングを利用したMR可視化＞ハンドトラッキングによってモデルを変更し電磁界の可視化結果を観察できるシステムを開発した。MR空間内で永久磁石や鉄心の形状をユーザ自身の手の動きで変更でき、それに応じた電磁界の変化を観察できるシステムを構築した。ヘッドマウントディスプレイに搭載されている計算機性能では表示できるモデルが小規模なものに限定される課題はあるが、今後のオンライン化によって解決を試みる。
②＜オンライン実行に向けた検証＞メタバース空間での可視化技術を応用することで複数人のユーザでの同時観察の実行可能性を検討した。オンライン環境下では、モデルデータを共有しながら、ユーザはそれぞれ異なった視点で空間を観察できることが必須である。これを実現するための通信データ構成の検証を行った。その結果、通信量と各計算機の性能によって、どの程度の描画が可能であるか、指標が得られた。
③＜デジタルツイン技術を利用したシステムへの発展＞サイバー空間での可視化を現実の実験装置とリンクさせて可視化を行うことで、本研究テーマのMR可視化をデジタルツイン技術と融合させる試みを行った。これによって、例えばユーザが現実空間にある装置のつまみを調整すると、仮想空間にその情報が読み込まれて反映され、実際には不可視な現象を仮想空間で観察しながら実験を進めることなどが可能となる。
④＜新たな適用例での検証＞荷電粒子の電磁界中での挙動や磁性材料のスピンの可視化、また永久磁石内部の磁化分布を含めた可視化を検討するなどし、適用例を増やすことで教材としてのバリエーションが広がった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
これまでの研究成果をベースにオンライン化やデジタルツイン技術との融合、さらに様々な新規の適用モデルへと可視化対象を拡大し検証できたことから「おおむね順調に進展している。」と判断する。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究テーマ３年間の検討内容を踏まえて、以下の推進方策で最終年度の研究総括を行う。
（１）本研究課題に適した３次元電磁界シミュレーション手法の開発を継続する。また、計算機シミュレーションに限定せず、実験での実測値をリアルタイムに反映させながら可視化を行う方法を検討し、現実のモータや磁性体の内部の可視化など次世代の可視化技術への発展可能性を検証し研究を総括する。
（２）本研究課題で開発した３次元電磁界体験システムの教育効果の検証を行う。可視化アルゴリズムに関する検討を重ねてきたが、開発したシステムによって得られる教育効果に係わるデータを定量的に得て検証し総括する。
（３）ここ数年、MRデバイスやメタバース空間、デジタルツインの技術は急速に発展し普及してきており、最新の動向を踏まえて本研究を発展させながら今後の課題を明確にする。電磁界のリアルタイム可視化とMR技術を融合させ「オンライン環環での３次元電磁界体験システム」の実現を目指した本研究の成果と課題をまとめて総括する。
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