実物表面に貼りつかずに奥にめり込んで表示可能な裸眼3D表示方式に関する研究

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20K21817
• 研究機関: 宇都宮大学
• 研究代表者: 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)
• 研究分担者: 水科 晴樹 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 講師 (20389224)
• 研究期間 (年度): 2020-07-30 – 2023-03-31
• キーワード: 3D表示 / ヒューマンインタフェース / 遠距離表示 / 実物 / 運動視差 / ナビゲーション / 貼りつき

研究実績の概要

不透明な実物の奥にめり込んで，浮遊3D像を提示することができれば，多くの応用が開けることは言うまでもない．本研究では，立体視の要因をほぼ満足できるアーク3D表示やDFD表示を用いて，実物の奥に浮遊3D像を感じさせることができる可能性を探っていくことを目的とする．
１．アーク3D表示は，連続的な運動視差を有しているため，これを実物の奥に感じさせることができる条件の確立を目指す．まず，数10 cm程度の近距離において，頭部やアーク3D基板を動かすことにより，実物の奥に知覚可能とできることが分かった．これをさらに拡大し，数m以上と遠く離れたアーク3D像においても，頭部やアーク3D基板を動かし，かつ観察方法を工夫することにより，実物の奥にめり込んで3D像を知覚させることができることを明らかにした．
２．DFD表示では，3D像の前後に実際の表示面があるため，実物の奥に感じさせ易いことが予想され，その条件の確立を目指す．DFD像を実物の奥に感じさせるには，前後の表示面を実物の奥に感じさせられればよい．表示面を遠距離に知覚させるための提示方法として，光学的な遠距離像の形成だけでは困難だが，部分透過ミラーなどにより光学系そのものを見えにくくすることで，表示面を遠距離に感じさせられることを明らかにした．さらに，表示面や頭部を動かすと，より実物の奥に感じ易くなることも分かった．
３．種々の応用において，アーク3D像とDFD像を，近距離から遠距離まで提示可能とすることが必要であり，奥行き範囲の拡大を目指す．アーク3D表示の円弧状線刻の半径と照明角度の最適化により，奥行き範囲を大幅に拡大できることを明らかにした．DFD表示方式においても，単眼運動視差により，奥行き範囲を数m以上に拡大できることを明らかにした．
以上，浮遊3D像を，実物の奥に感じさせることができる具体的な方法を新たに見出すことができた．

研究成果

• [雑誌論文] Formation of multiple aerial LED signs in multiple lanes formed with AIRR by use of two beam splitters (2023)
  • 著者名/発表者名: Shinya Sakane,Daiki Kudo,Naoya Mukojima,Masaki Yasugi,Shiro Suyama,Hirotsugu Yamamoto
  • 雑誌名: Optical Review 巻: 30 ページ: 84-92
  • DOI: 10.1007/s10043-022-00771-y
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analysis and fabrication for the dimensional expansion of arc 3D display to cone-shaped display (2023)
  • 著者名/発表者名: Akua Kawakami,Haruki Mizushina,Shiro Suyama,Kenji Yamamoto
  • 雑誌名: Optical Review 巻: 30 ページ: 93-99
  • DOI: 10.1007/s10043-022-00772-x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improved resolution for aerial imaging by retro-reflection with two transparent spheres (2023)
  • 著者名/発表者名: Kazuaki Takiyama,Kengo Fujii,Masaki Yasugi,Shiro Suyama,Hirotsugu Yamamoto
  • 雑誌名: Optical Review 巻: 30 ページ: 122-133
  • DOI: 10.1007/s10043-022-00783-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reduction of converging distance change in an aquatic display formed with aerial imaging by retro-reflection in conjugated optical structure (2023)
  • 著者名/発表者名: Daiki Kudo,Masaki Yasugi,Nao Ninomiya,Shiro Suyama,Hirotsugu Yamamoto
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 31 ページ: 10965-10977
  • DOI: 10.1364/OE.479940
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of Response Time of AIRR with Immersive Aerial Interface by 3D Motion Capture (2022)
  • 著者名/発表者名: Adachi Mayu,Inoue Kosuke,Yasugi Masaki,Ninomiya Nao,Suyama Shiro,Yamamoto Hirotsugu
  • 雑誌名: Proceedings of the International Display Workshops 巻: - ページ: 792-
  • DOI: 10.36463/idw.2022.0792
  • 査読あり
• [雑誌論文] 3D Aerial Display Combining Optical See-Through Aerial Imaging by Retro-Reflection with Depth-Fused 3D Display (2022)
  • 著者名/発表者名: Omoto Takahiro,Fujii Kengo,Yasugi Masaki,Suyama Shiro,Yamamoto Hirotsugu
  • 雑誌名: Proceedings of the International Display Workshops 巻: - ページ: 379-
  • DOI: 10.36463/idw.2022.0379
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multiple Aerial Images in Two-Directions with Varying Angle of a Pair of Infinity Mirror in Aerial Imaging by Retro-Reflection (2022)
  • 著者名/発表者名: Kishinami Kohei,Fujii Kengo,Yasugi Masaki,Suyama Shiro,Yamamoto Hirotsugu
  • 雑誌名: Proceedings of the International Display Workshops 巻: - ページ: 383-
  • DOI: 10.36463/idw.2022.0383
  • 査読あり
• [雑誌論文] Elimination of Apparent Image on Single-Pixel-Imaging by Use of High-Frame-Rate Display With Latent Random Dot Patterns (2022)
  • 著者名/発表者名: Takatsuka Hiroki,Yasugi Masaki,Mukojima Naoya,Suyama Shiro,Yamamoto Hirotsugu
  • 雑誌名: Proceedings of the International Display Workshops 巻: - ページ: 1035-
  • DOI: 10.36463/idw.2022.1035
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reconstruction of Gesture Images by Using Banner as Illumination of Single-Pixel Imaging (2022)
  • 著者名/発表者名: Mukojima Naoya,Takatsuka Hiroki,Yasugi Masaki,Suyama Shiro,Yamamoto Hirotsugu
  • 雑誌名: Proceedings of the International Display Workshops 巻: - ページ: 1039-
  • DOI: 10.36463/idw.2022.1039
  • 査読あり
• [雑誌論文] Depth Perception Characteristics in Plane Fog Screen (2022)
  • 著者名/発表者名: Umemoto Masaki,Mizushina Haruki,Suyama Shiro,Yamamoto Kenji
  • 雑誌名: Proceedings of the International Display Workshops 巻: - ページ: 563-
  • DOI: 10.36463/idw.2022.0563
  • 査読あり
• [雑誌論文] Proposal of Spatial Blending That Realizes Eye-Matching by Use of Aerial Display (2022)
  • 著者名/発表者名: Sato Keigo,Yasugi Masaki,Suyama Shiro,Yamamoto Hirotsugu
  • 雑誌名: Proceedings of the International Display Workshops 巻: - ページ: 375-
  • DOI: 10.36463/idw.2022.0375
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of the Diameter of Transparent Spheres Introduced in AIRR Optical System on the Modulation Transfer Function (2022)
  • 著者名/発表者名: Takiyama Kazuaki,Fujii Kengo,Yasugi Masaki,Suyama Shiro,Yamamoto Hirotsugu
  • 雑誌名: Proceedings of the International Display Workshops 巻: - ページ: 305-
  • DOI: 10.36463/idw.2022.0305
  • 査読あり
• [雑誌論文] Change in Long-Range Pop-up Distance of Arc 3D Display Due to Substrate Installation Angle (2022)
  • 著者名/発表者名: Oishi Hiroto,Yasugi Masaki,Suyama Shiro,Yamamoto Hirotsugu
  • 雑誌名: Proceedings of the International Display Workshops 巻: - ページ: 779-
  • DOI: 10.36463/idw.2022.0779
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparison of Super-Resolution Effect by Sub-Frame Division Method of Subjective Super-Resolution Aerial Display (2022)
  • 著者名/発表者名: Kawaguchi Shoya,Tsuji Akinori,Tokimoto Toyotaro,Yasugi Masaki,Suyama Shiro,Yamamoto Hirotsugu
  • 雑誌名: Proceedings of the International Display Workshops 巻: - ページ: 657-
  • DOI: 10.36463/idw.2022.0657
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of Motion Parallax to Reduce Cardboard Effect when Stimulus of Stereo Images Are Natural Scene (2022)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Kosuke,Mizushina Haruki,Suyama Shiro,Yamamoto Kenji
  • 雑誌名: Proceedings of the International Display Workshops 巻: - ページ: 592-
  • DOI: 10.36463/idw.2022.0592
  • 査読あり
• [雑誌論文] Automatic identification of tiger puffer in an aquaculture tank using Deep Learning (2022)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Ito,Yusuke Fukushima,Hirotsugu Yamamoto,Yukitoshi Otani,Shiro Suyama,Masaki Yasugi,Yasutoshi Yoshiura
  • 雑誌名: OPTICAL TECHNOLOGY AND MEASUREMENT FOR INDUSTRIAL APPLICATIONS CONFERENCE 2022 巻: 12480 ページ: 124800H 1-4
  • DOI: 10.1117/12.2660183
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improvement of perceived depth instability by motion parallax in binocular stereopsis with left-right retinal image mismatch (2022)
  • 著者名/発表者名: Haruki Mizushina,Yusuke Fukuta,Shiro Suyama,Kenji Yamamoto
  • 雑誌名: IEEE Industry Applications Society Annual Meeting 巻: 2022 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1109/IAS54023.2022.9939943
  • 査読あり
• [雑誌論文] Aerial video-calling system with eye-matching feature based on polarization-modulated aerial imaging by retro-reflection (p-AIRR) (2022)
  • 著者名/発表者名: Kengo Fujii,Nobuaki Endo,Nathan Hagen,Masaki Yasugi,Shiro Suyama,Hirotsugu Yamamoto
  • 雑誌名: Optical Review 巻: 29 ページ: 429-439
  • DOI: 10.1007/s10043-022-00757-w
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of Aerial Interface by Integrating Omnidirectional Aerial Display, Motion Tracking, and Virtual Reality Space Construction (2022)
  • 著者名/発表者名: Masaki Yasugi,Mayu Adachi,Kosuke Inoue,Nao Ninomiya,Shiro Suyama,Hirotsugu Yamamoto
  • 雑誌名: Journal of Robotics and Mechatronics 巻: 34 ページ: 1175-1183
  • DOI: 10.20965/jrm.2022.p1175
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unstable Depth Perception of Aerial Images in Crossed Mirror Array Can Be Controlled by Changing Fixation Distance (2022)
  • 著者名/発表者名: Haruki Mizushina,Kohei Yamamoto,Shiro Suyama
  • 雑誌名: IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS 巻: 58 ページ: 6793-6800
  • DOI: 10.1109/TIA.2022.3189971
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improved Modulation Transfer Function (MTF) for Aerial Image Formed with AIRR by Use of Two Transparent Spheres (2022)
  • 著者名/発表者名: Kazuaki Takiyama,Haotong Guo,Kengo Fujii,Masaki Yasugi,Shiro Suyama,Hirotsugu Yamamoto
  • 雑誌名: Digest of Technical Papers - SID International Symposium 巻: 53 ページ: 1257-1260
  • DOI: 10.1002/sdtp.15735
  • 査読あり
• [学会発表] アーク3D表示における観察位置に依存しない像の表示方法の提案とその解析 An analysis for displaying a motionless aerial point in arc 3D display while observers move their head (2023)
  • 著者名/発表者名: 川上 亜玖吾,水科 晴樹,陶山 史朗,山本 健詞
  • 学会等名: 映像情報メディア学会技術報告
• [学会発表] 単一光源と円弧線刻で構成されるアーク3D表示における長浮遊飛び出し距離の解析 Analysis on Long-range Pop-up Distance of Arc 3D Display Composed of Arc-shaped Scratches Illuminated by a Single Light (2023)
  • 著者名/発表者名: 大石 尋斗,藤井 賢吾,八杉 公基,陶山 史朗,山本 裕紹
  • 学会等名: 映像情報メディア学会技術報告
• [学会発表] 2枚のハーフミラーの非平行配置を用いたAIRRによる2次元展開された空中多重像の形成 Two-Dimensional Multiplication of Aerial Images Formed with AIRR by Use of Non-Parallel Two Half Mirrors (2023)
  • 著者名/発表者名: 岸波 康平,藤井 賢吾,八杉 公基,陶山 史朗,山本 裕紹
  • 学会等名: 映像情報メディア学会技術報告
• [学会発表] 投影角度可変式平面フォグスクリーンに2次元画像を投影した際に生じる奥行き知覚の評価 Evaluation of Depth Perception While Changing the Projection Angle of Plane Fog Screen (2023)
  • 著者名/発表者名: 梅本 真己,水科 晴樹,陶山 史朗,山本 健詞
  • 学会等名: 映像情報メディア学会技術報告
• [学会発表] 奥行きの推定が困難な物体での運動視差と書き割り効果の関係 Relationship between motion parallax and cardboard effect in objects with difficult depth estimation (2023)
  • 著者名/発表者名: 高橋 宏輔,水科 晴樹,陶山 史朗,山本 健詞
  • 学会等名: 映像情報メディア学会技術報告
• [学会発表] 高セキュリティディスプレイ(HiViS 3D)で使用されるドットサイズと見やすさ,視域の関係 Relationship between readability, viewing zone and dot size used in Highly-Visually-Secued Depth-Fused 3D displays (HiViS 3D) (2023)
  • 著者名/発表者名: 藤川 和也,水科 晴樹,陶山 史朗,山本 健詞
  • 学会等名: 映像情報メディア学会技術報告
• [学会発表] 映像情報メディア年報2023シリーズ(第1回)の研究開発動向 The Trend of Three Dimensional Image Technology (2023)
  • 著者名/発表者名: 掛谷 英紀,陶山 史朗,高木 康博,堤 公孝
  • 学会等名: 映像情報メディア学会誌
• [学会発表] 回転式平面フォグスクリーンに投影した2次元画像の奥行き知覚 (2022)
  • 著者名/発表者名: 梅本 真己,水科 晴樹,陶山 史朗,山本 健詞
  • 学会等名: Optics & Photonics Japan 2022
• [学会発表] 円柱形アーク3D表示における知覚される像点の位置の解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 川上 亜玖吾,水科 晴樹,陶山 史朗,山本 健詞
  • 学会等名: Optics & Photonics Japan 2022
• [学会発表] Pseudo Gaze Direction Change Method with Wide Gaze Direction Range by Spatial Blending of 2D Face Videos with Different Gaze Direction (2022)
  • 著者名/発表者名: Yurie Nakagawa,Haruki Mizushina,Shiro Suyama,Kenji Yamamo
  • 学会等名: The 13th International Conference on 3D Systems and Applications
  • 国際学会
• [学会発表] Evaluation of Dot Size for Readability of Information Used in Highly-Visually-Secured Depth-Fused 3D (HiViS 3D) (2022)
  • 著者名/発表者名: Kazuya Fujikawa,Haruki Mizushina,Shiro Suyama,Kenji Yamamoto
  • 学会等名: The 13th International Conference on 3D Systems and Applications
  • 国際学会
• [学会発表] 日常的なシーンのステレオ画像で発生した書き割り効果における運動視差の付加による改善効果の評価 (2022)
  • 著者名/発表者名: 高橋 宏輔,水科 晴樹,陶山 史朗,山本 健詞
  • 学会等名: 信学技報
• [学会発表] 動的ガイドフレームを有する主観的超解像空中表示における表示背景の視認性の影響 Effect of Display Background Visibility on Subjective Super-Resolution Display with Dynamic Guide Frame in Aerial Display (2022)
  • 著者名/発表者名: 河口 将也,松下 孝二郎,辻 明典,時本 豊太郎,八杉 公基,陶山 史朗,山本 裕紹
  • 学会等名: 映像情報メディア学会技術報告
• [学会発表] 平面フォグスクリーンに二次元画像を投影した際に生じる奥行き知覚の評価 Evaluation of Depth Perception in 2D Images Projected on Plane Fog Screen (2022)
  • 著者名/発表者名: 梅本 真己,水科 晴樹,陶山 史朗,山本 健詞
  • 学会等名: 映像情報メディア学会技術報告
• [学会発表] フレネル型線刻を用いたアーク3D表示方式の提案と基礎検討 Proposal and Basic Study of Arc 3D Display Using Fresnel Type Scratch (2022)
  • 著者名/発表者名: 田口 遼斗,水科 晴樹,陶山 史朗,山本 健詞
  • 学会等名: 映像情報メディア学会技術報告
• [学会発表] 招待講演 再帰反射による空中結像を用いた空中3Dインターフェース Aerial 3D Interface Formed by Aerial Imaging by Retro-Reflection (2022)
  • 著者名/発表者名: 藤井 賢吾,八杉 公基,陶山 史朗,山本 裕紹
  • 学会等名: 映像情報メディア学会技術報告
  • 招待講演
• [学会発表] AIRR光学系に導入する透明球の直径が解像度の向上に与える影響 Effect of Diameter of Transparent Spheres Introduced Into AIRR Optical System on Improvement of Resolution (2022)
  • 著者名/発表者名: 滝山 和晃,藤井 賢吾,八杉 公基,陶山 史朗,山本 裕紹
  • 学会等名: 映像情報メディア学会技術報告
• [学会発表] Effects of Motion Parallax and Shooting Distance for Reducing Cardboard Effect in Stereo Images (2022)
  • 著者名/発表者名: Kosuke Takahashi,Haruki Mizushina,Shiro Suyama,Kenji Yamamoto
  • 学会等名: The 22nd International Meeting on Information Display
  • 国際学会
• [学会発表] Relationship between Cone Shape and Perceived Image in Cone-Shaped arc 3D Display (2022)
  • 著者名/発表者名: Akua Kawakami,Haruki Mizushina,Shiro Suyama,Kenji Yamamoto
  • 学会等名: The 22nd International Meeting on Information Display
  • 国際学会
• [学会発表] Floating Spatial-Blending Faces for Gazing Communication by Using Aerial Display (2022)
  • 著者名/発表者名: Keigo Sato,Masaki Yasugi,Shiro Suyama,Hirotsugu Yamamoto
  • 学会等名: The 22nd International Meeting on Information Display
  • 国際学会
• [学会発表] Appropriate Position of Sensing Device for Detecting the User Movement in Manipulating Aerial Display (2022)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Omoto,Kengo Fujii,Masaki Yasugi,Shiro Suyama,Hirotsugu Yamamoto
  • 学会等名: The 22nd International Meeting on Information Display
  • 国際学会
• [学会発表] Evaluation of Depth Perception Characteristics in Plane Fog Screen (2022)
  • 著者名/発表者名: Masaki Umemoto,Haruki Mizushina,Shiro Suyama,Kenji Yamamoto
  • 学会等名: The 22nd International Meeting on Information Display
  • 国際学会
• [学会発表] Aerial Display That Can Be Observed From 360 Degrees Around by AIRR Using a Conical Beam Splitter (2022)
  • 著者名/発表者名: Kenta Watanabe,Daiki Kudo,Masaki Yasugi,Shiro Suyama,Hirotsugu Yamamoto
  • 学会等名: The 22nd International Meeting on Information Display
  • 国際学会
• [学会発表] Blur Width in Pop-Up Arc 3D Image Is Reduced With Observation Distance (2022)
  • 著者名/発表者名: Hiroto Oishi,Yuki Sato,Masaki Yasugi,Shiro Suyama,Hirotsugu Yamamoto
  • 学会等名: The 22nd International Meeting on Information Display
  • 国際学会
• [学会発表] Response Time Evaluation of Large Aerial Image Interface by 3D Motion Capture and AIRR (2022)
  • 著者名/発表者名: Mayu Adachi,Kosuke Inoue,Masaki Yasugi,Nao Ninomiya,Shiro Suyama,Hirotsugu Yamamoto
  • 学会等名: The 22nd International Meeting on Information Display
  • 国際学会
• [学会発表] Expansion of arc 3D display to cone-shaped display (2022)
  • 著者名/発表者名: Akua Kawakami,Haruki Mizushina,Shiro Suyama,Kenji Yamamoto
  • 学会等名: Proc. OPTICAL & PHOTONICS International Conference
  • 国際学会