2015 Fiscal Year Research-status Report
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15K04691
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
山口 雅浩 東京工業大学, 総合理工学研究科(研究院), 教授 (10220279)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 3Dディスプレイ / ユーザインタフェース / 3Dタッチインタフェース / ライトフィールド / ホログラフィックスクリーン / プロジェクター / 空中像 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
空中に再生された立体像に触ることによってユーザからの操作を認識する「3Dタッチ」ユーザインタフェース技術の研究を行った。従来のジェスチャー認識などを用いた手法とは異なり、本手法では、再生された３次元の実像に触ったときに指先で散乱される光をカメラで検出することで操作を認識する。このため、ディスプレイに表示された内容とユーザによる操作が直接対応し、位置ずれなどの不整合がなく使いやすいインタフェースを実現できると考えられる。立体像表示はライトフィールド再生の原理に基づいており、微小凸面鏡アレイの役割を持つホログラフィック光学素子（HOE）とプロジェクターによる光線の制御によって実現される。本研究では、HOEをRGBの３原色のレーザを用いて記録することで、フルカラーの立体像表示を可能とした。また、高解像度（4K）のプロジェクターを用いてこれまでの４倍の光線数を再生可能とし、立体像の品質を高めた。
色情報の利用技術として、まず２色のボタンの色を識別して異なる応答をするインタフェースを試作し、色を用いたインタフェースの基本機能を実証した。次に、より多くの色を用いるため、様々な色で空中に実像表示されたボタンへのタッチを繰り返してカメラで色を計測する実験を行った。その結果、ボタンの色によってカメラRGB信号値のばらつきの傾向が異なることがわかったため、ボタンの色ごとに実験的に閾値を定めて識別を行うこととした。実験の結果、撮影された画像の色によって少なくとも７色のボタンを識別できることが示された。
ユーザの指先位置の検出方法としては、指先による操作の検知後に、プロジェクターから指先位置検出用パターンをごく短時間投影して、構造化光投影の原理に基づき指先の位置や形状を取得する方法を検討した。このとき構造化光がライトフィールドとして投影されることを利用した従来にない構造化光パターンを案出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画通り、4K解像度のプロジェクターを用いたシステムを構築し、自動位置合わせを行ってライトフィールドとして再生する光線解像度の向上を確認するとともに、色を用いたインタフェースとして多色の識別が可能であることを実証できた。そして立体像の色を用いたユーザインタフェースの簡単な例を実装し、デモンストレーションを行った。また、次年度に実施予定の構造化光投影に関しても基礎検討を行うことができた。一方で、ホログラフィックスクリーンを用いた光線再生型3Dディスプレイの像品質や使い勝手を改善するには、ホログラム光学素子の再生照明光入射角の変更、要素ホログラム数の増加、回折効率の向上などの必要性が明らかになったため、次年度にホログラフィックスクリーンの再作成を行うこととした。
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| Strategy for Future Research Activity |
4K解像度のプロジェクタを用いたシステムにおいて、再生像の品質や使い勝手の改善が必要と考えられたことから、要素ホログラム数・再生照明光入射角度などを最適化したホログラフィックスクリーンの作成を行い、再生像の解像度の向上、短焦点投影による小型化を図る。また、再生像位置と分解能について実験的に評価し、ユーザ操作との関係についても定量的な評価を試みる。
インタフェースに関しては、当初の計画にある3Dでのマルチタッチの検討に加え、より実用性を考慮したデモシステムの構築を行う。具体的には２次元の液晶ディスプレイ等に情報表示を行い、ユーザインタフェースのみを3Dで表示するなど、本技術の効果的な利用方法を探索する。また構造化光投影を用いた手指形状認識に関しても当初の予定通り実施し、本年度検討した方式の実装と検証を行う。そして、直感的な3Dタッチインタフェースに適した手指動作を明らかにするための実験基盤を確立する。
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