| 研究課題/領域番号 |
15K00960
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| 研究機関 | 宮城教育大学 |
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研究代表者 |
岡 正明 宮城教育大学, 教育学部, 教授 (50292355)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 植物学習 / ICT / 拡張現実感 / プロジェクションマッピング / インタラクティブパフォーマンス |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、AR（拡張現実感）、VR（バーチャルリアリティ）、プロジェクションマッピング、インタラクティブパフォーマンス、などの最新の情報技術を活用し、効率的・効果的な植物学習を実現する教材開発を行う。主な成果は、以下の4項目である。
１．ARとプロジェクションマッピングを用いた複数の花壇設計技術を開発した。“だまし絵”手法を利用して、投射方向と直角でない床面にチューリップ花壇を投影し、それぞれの個体がその場に直立しているように見せるVR技術を作成した。またARとプロジェクションマッピングを同期させる技術を用いて、壁面に配置した印刷ARマーカーを動かしながら、数種類の草花の配置画像を確認できる手法も作成した。
２．茎と根で形状・配置の異なる植物道管について、水が流れる道管の3DCGアニメーションを円筒に投影し、生徒がその違いを立体的に認識できるプロジェクションマッピングを作成した。
３．手のひらに置いた仮想の植物に対して栽培的操作（摘芽、摘葉など）を行い、その成長を観察するインタラクティブパフォーマンス開発の第一段階として、手のひらの筋（手相）をマーカーとした個人識別手法を作成し、各生徒に対応する植物体3DCGを透過型スマートグラスで観察するシステムを開発した。
４．その他 (1)インタラクティブパフォーマンスの動作入力装置として予定しているKinectを用いて鎌振り動作の特徴抽出手法を開発し、訓練前後の動作変化を比較した。(2)圃場における植物配置のARと光合成量推定計算を組み合わせる手法として、農学研究用に開発していた“受光量シミュレーション”を中学生でも使用できるソフトウエアに書き換えた。(3)仮想空間での植物生育環境条件の制御と、現実空間での植物成長との関係を実証するために、3Dプリンタを用いて新規形状の栽培ポットを作成し、その性能を評価した。
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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
初年度は、ARとプロジェクションマッピング、成長シミュレーションなどの技術を利用した教材開発を予定していたが、これらの技術を活用した複数の花壇設計技術、学習用“受光量シミュレータ”などを開発することができた。また、次年度に予定しているVR・インタラクティブパフォーマンスの基盤となる技術開発として、三次元入力装置（Kinect）の評価、手相による個人識別、なども行えた。概ね、初年度予定していた計画を達成したと考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
二年目は、AR・VRと組み合わせた植物成長シミュレーションの開発を予定しており、さらに最終年度に完成予定のインタラクティブパフォーマンスの技術開発も進める。具体的な二年目の予定は、以下の3項目である。
１．ARとプロジェクションマッピングを同期させた花壇設計技術では、床面に置いたマーカーの動きと連動する3DCG投影システムを開発する。AR用カメラとマーカーまでの距離や角度により、投影3DCGを調整する技術開発が課題である。また、手の形状などで位置認識するマーカーレスAR花壇設計技術も目標とする。さらに、これらの技術を屋外の花壇（草花を定植する前の花壇）で実行するVRの試行も予定している。
２．初年度に達成した手のひら上に再現した植物体3DCGに操作を加えるインタラクティブパフォーマンス技術を開発する。植物体3DCGを表示する仮想空間の三次元座標と、現実空間のマーカー（操作位置を指定する点）の三次元座標とを対応させる技術開発がハードルであるが、初年度に使用したKinect、あるいは磁力線式三次元デジタイザ、または画像計測手法を利用して、この課題を解決する予定である。開発中の植物体成長シミュレーション手法と組み合わせ、枝や葉、頂芽などを取り除いた仮想植物体が成長していくその後の過程を、スマートグラスを通して観察できるシステムも、三年目にかけて行っていく。
３．開発したICT植物体教材を、学外向け講座やイベントなどで、小中学校教員・小中学校生徒に試行してもらい、いただいた指摘をもとに、教育現場で活用できるシステムに改良していく。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当初は、プロジェクションマッピングに使用する液晶プロジェクタとして、高輝度かつ高画素数の50万円を超える機種（1台）の購入を申請していたが、研究を進める中で、開発教材の利用場面には様々な条件があり、短距離で大画面を投影できるプロジェクタ、バッテリーなど電源無しに使用できるプロジェクタ、などが必要な教育現場を想定するに至った。研究費の予算枠を考え、初年度には、ある程度の明るさのある空間（一般的な教室など）で使用できる機種1台（30万円台：高輝度であるものの通常の画素数）を購入し、研究に用いている。二年目に開発する教材システムの利用場面を考慮して機種選定をし、繰り越した研究費で特徴の異なる液晶プロジェクタを購入する予定である。
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| 次年度使用額の使用計画 |
上記“理由”に記載したように、二年目に開発する教材システムの利用場面を考えた上で、購入済みの液晶プロジェクタとは特徴の異なる機種を購入する予定である。現時点では、前述のように、近距離で大画面が投影可能な液晶プロジェクタ（10～20万円）、またバッテリー駆動の機種（10万円程度）の購入を考えている。
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