| 研究課題/領域番号 |
25280126
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 研究機関 | 放送大学 |
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研究代表者 |
浅井 紀久夫 放送大学, 教養学部, 准教授 (90290874)
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| 研究分担者 |
大西 仁 放送大学, 教養学部, 准教授 (40280549)
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)
佐藤 誠 東京工業大学, 精密工学研究所, 教授 (50114872)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 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 / 体感的インタラクション |
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| 研究概要 |
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。そこで、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呈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感覚呈示の仕組みを構築している。本年度は、分子構造のような立体構造を持つ三次元形状を二次元面に展開するなど、わかりやすく触知できるように視覚的呈示の効果的手法を設計してきた。二次元面への展開では、三次元形状の重心を軸にして三次元形状の表面を短冊状に区切り、それをメルカトル図法と同じ要領で展開した。力の計算は、表面の静電的な設定と三次元形状の凹凸に基づいて行われ、計算結果が力情報として力覚デバイスに送られる。これにより、三次元形状に関する触知情報を二次元的に呈示できるようになった。三次元形状表面を二次元面に展開して表示する手法は操作の次元を減らして、デバイスの次元に合わせるという意味ではわかりやすくなっており、三次元形状表面と二次元展開面との対応付けを工夫することにより、触力覚情報と整合した視覚情報の呈示が可能になるものと考えられる。
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呈示するシステムについても検討を進め、ホログラフィを用いた立体像の呈示を導入することにした。動画ホログラフィを実現するために、同一の表示素子に複数のホログラムを高速に切替えながら連続表示し、時分割多重により像を再生する方法を採用した。この時分割再生法による再生像の画質改善を図った。
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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
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という目的に対して、本年度は、触力感覚を再現する触力覚インタフェースの構築、視覚情報の可視化手法の設計、三次元情報を立体的に呈示するシステムの検討を計画していた。
触力感覚を再現する触力覚インタフェースの構築については、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呈示する手法を採用し、仮想物体との接触状態に基づく力覚呈示の仕組みを構築している。三次元物体の表面上の凹凸を表現するため、仮想物体と接触するプローブのめり込み距離に応じて反力を返す手法を適用した。プローブが対象物体に高速で衝突しても低速で衝突しても同じ反力を与えることになるが、安定的にデバイスに反力を与えることになるため、触力覚インタフェースとして安定して動作する。
視覚情報の可視化手法の設計については、立体構造を持つ三次元形状を二次元面に展開することにより、わかりやすく触知できるように視覚的呈示の効果的手法を設計した。三次元形状表面を二次元面に展開して表示する手法は操作の次元を減らして、デバイスの次元に合わせるという意味ではわかりやすくなっており、触力覚情報に適した視覚情報の可視化に貢献している。
三次元情報を立体的に呈示するシステムの検討については、ホログラフィを用いた立体像の呈示を導入した。時分割多重により像を再生する方法を採用し、再生像の画質改善を図っている。
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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| 今後の研究の推進方策 |
今後、触力覚インタフェースによる触力覚呈示の高度化を図るため、力覚フィードバックの制御手法、触力感覚の呈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する計画である。技能伝承のための訓練や分散協調環境、生体信号適応制御などの検討には至っていないが、今後は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に重点を置いて研究を進める予定である。
力覚フィードバックの制御手法については、再現する現象に対して力覚フィードバックの制御を、もう少し細やかに実行するための方策を考案していく。仮想物体同士の衝突具合を考慮した制御にすれば、力覚フィードバックが全般的に撥ねるような感じになる可能性はあるものの、剛体同士の衝突や接触に対してはうまく働くと予想される。
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検討する。触力覚インタラクションは三次元空間において与えられるが、システムの普及を考慮すると、三次元インタフェースは使用しづらく、二次元面での操作に限る方がわかりやすい。そこで、二次元面に展開する可視化を中心に効果的手法を設計していく。
立体像の表示については、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検討している。両眼立体視による立体視映像の呈示は手軽ではあるが、輻輳と調整の不整合問題があるため、長時間利用に向かない。この不整合問題の影響の評価とこれを回避するホログラフィの利用を同時並行で進めていく。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
調達した物品等が、当初予定したものより安く納入できた。また、システムの評価実験をもう少し大きな規模で実施する予定だったが、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。
次年度は、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。また、触力感覚の呈示に整合した可視化手法についても、三次元形状表面の二次元面への展開手法等の改善を進める計画にしている。検証の信頼性を向上させるため、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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