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デジ・ステーション


5分でわかる最新キーワード解説
両手で映像を操作!「触れる3Dテレビ」とは

日々進歩するIT技術は、ともすると取り残されてしまいそうな勢いで進化の速度を高めています。そこでキーマンズネット編集部がお届けするのが「5分でわかる最新キーワード解説」。このコーナーを読めば、最新IT事情がスラスラ読み解けるようになることうけあい。忙しいアナタもサラっと読めてタメになる、そんなコーナーを目指します。  今回のテーマ「触れる3Dテレビ」は、文字通り立体映像に手で触る感触を与える新技術。何もない空間に触る感覚を生み出す「錯触力覚」という技術で、新しい三次元インターフェースの可能性を切り開きます!

1.「触れる3Dテレビ」とは?

図1 触れる立体テレビ
触れる立体テレビ

立体映像の地球に触って変形させることができる

資料提供:産業技術総合研究所

独立行政法人 産業技術総合研究所(以下「産総研」)が開発した、人間の錯覚を利用して高感度な触力覚(物体を触った感覚とそれにより押し返される力の感覚)を空間上に伸ばした指先に与える技術が、「触れる3Dテレビ」である。この触覚とともに2次元のディスプレイで実装されているマルチタッチ機能を3次元空間に拡張することで物体を触るだけでなく、力を加えて変形させたり、回転させたりといった操作を可能にしている。


従来の技術では3次元空間で触る感触を得るためには、指や手に力を与えるためのアームとその反力を支えるベースが必要だった。

図2 従来型の触力覚再現の仕組み
従来型の触力覚再現の仕組み

従来型は、ロボットアームのような装置を介して力を伝えるか、ブルブルと振動させる

資料提供:産業技術総合研究所

こうした従来型の触覚再現の試みは、大掛かりな装置が必要なことや、アームがユーザの動きを制約するので使い心地が劣るなどの欠点があった。また、空気の噴射や音波などを使ったインターフェースも研究されているが、これも大きな装置と電力が必要であるほか、装置と手の間に遮蔽物があると、触覚、力感が寸断されてしまうなど、別の問題点も抱えている。

図3 非ベース型の振動デバイスと錯触力覚デバイス
非ベース型の振動デバイスと錯触力覚デバイス

資料提供:産業技術総合研究所

今回産総研が開発した「錯触覚」という技術は、文字通り人間の錯覚を利用したものだ。本来ならば、非ベース型は運動量の保存則に従い、一方向から継続的な力を与えることは難しい。しかし今回開発されたインターフェースは、人間の触力覚の特性を解析することにより、錯覚で擬似的な感触を与えることを実現しており、"感触"のみならず、実際に指が押し返されたように動いてしまう。
 指先に装着する小さな装置だけで、触力覚を再現できる点が画期的であり、本格的な触力覚インターフェースの普及の切り札として注目を集めている。

2.「触れる3Dテレビ」の技術

触感を与える技術
図4 指先につける格子マーカー
指先につける格子マーカー

指先にマーカーをつけ、これを複数のカメラで撮影して位置・姿勢を測定(トラッキング)する

資料提供:産業技術総合研究所

「触れる3Dテレビ」は、立体映像に感触や手応えを与える「可触化」、複数の指で立体映像を直接操作する「マルチタッチの3次元化」、および「立体映像の提示」といった複数の技術が組み合わされたバーチャルリアリティ空間生成システムである。
 立体映像の提示には、従来のものと基本的にはかわらない、複数の角度に対して異なる映像(視差)を表示する裸眼立体視タイプのディスプレイを使用している。

また、3次元映像で提示される物体とのマルチタッチのインタラクションを行うための指先の位置検知には、「マルチ・ポジション・トラッカーシステム」と呼ばれる、ユーザを複数のカメラで取り囲み、指先に装着したマーカーの位置を測定するシステムを用いている。


これらの技術は、従来のバーチャルリアリティや、モーションキャプチャにおいて用いられているものと基本的には変わらない。大きく異なるのは「錯触力覚」という擬似感覚を与える装置であり、実際に指が押し返され動いてしまう点にある。


図5 錯触力覚デバイス
錯触力覚デバイス

重さわずか10グラムの錯触力覚デバイス

資料提供:産業技術総合研究所

この「錯触力覚」を与えるデバイスは、わずか10グラムという重さであり、指先に装着して操作するのに十分な小ささと軽さを備えている。このデバイスの特徴は、従来不可能と考えられてきた連続的に押される感覚(力覚)を、ベースで支えられたアームなどの装置なしに、空間上で再現する点にある(図1参照)。
 この錯覚は、フライホイール(弾み車)を利用したジャイロ効果による空間力覚発生デバイスの研究のなかで発見された、まったく新しい現象である。


図6 フライホイール
フライホイール

フライホイールを使うことでも空間上に独立した力を与えることができる

資料提供:産業技術総合研究所

高速で回転するフライホイールをさらに捻るように回すことで、アームなどの支えがない状態でも、空間で独立した力を発生させることが可能であるが、その装置は十分な力を発生するためには3軸の大きなフライホイールと強力なモーターが不可欠であり、軽量化することが困難だった。


小型化と実用化に向けて大きな飛躍となったのが、2003年に発見された錯触力覚現象である。当初発見された現象は、重心の偏った錘を2つ同時に回転させることで振動を生み出す一種のバイブレータにより生み出された。


図7 スティック型錯触力覚デバイス
スティック型錯触力覚デバイス

ブレイクスルーとなったスティック型錯触力覚デバイス

資料提供:産業技術総合研究所

この2つの錘の回転をコントロールして、特殊な振動を生み出すことで、重力に逆らって浮き上がる感覚や、一定の方向へと引っ張られる感覚が得られることがわかった。2つの錘の回転の位相や回転速度のコントロールを、人間の実際の感じ方と感覚心理学的に解析することで、任意の方向の力を、錯覚によって生み出す基礎技術が得られたのである。
 この手で握るスティック型の錯触力覚デバイスを、指先に装着できるサイズにまで小型軽量化することで、触れる3Dテレビが実現したのだ。


3次元マルチタッチシステム

3次元のマルチタッチは前述した3つの技術要素を、コンピュータによるリアルタイム処理でインタラクティブにコントロールすることによって実現している。二次元タッチパネル上でのマルチタッチでは、複数の指でタッチパネルに触れることで移動・拡大・縮小・変形などの操作を直感的に行うことができるが、触れる3Dテレビでは、その触る感覚を3次元空間に拡張することができる。

図8 操作の様子
操作の様子

立体映像からの感触や手応えを得ながら、変形などの操作が可能

資料提供:産業技術総合研究所

このシステムは、マルチ・ポジション・トラッカーシステムによって検出した指の位置をもとに、指と物体との接触や、立体映像をつまむ動作を検出し、つまんだ状態からの動きから、拡大・縮小といった操作を実現しつつ、その際に発生する弾力などの力をリアルタイムに錯触力覚デバイスを通じて指先へフィードバックする。
 こうした一連のセンサーとデバイスの連携により、実際に立体映像に触って、その手応えを感じつつ操作するインタラクションが実現されている。これにより複数の指先を用いた直感的な立体の移動・変形・回転を3次元で行うことが可能となる。

3.「触れる3Dテレビ」将来の活用シーン

工業や建築の分野において用いられているCADによる設計デザインでは、形状情報の入力はマウスやキーボードによる数値入力に頼ってきたが、触れる3Dテレビの技術を用いれば、コンセプトイメージを表した感性的なデザイン画から、直感的に3次元形状をデザインすることが可能になると考えられている。例えば、ろくろを用いた陶芸のように、立体映像を回転させ感触で確認しながら壺の立体造形を行うといったデジタル造形やデジタルモックアップが可能になる。

また、すでに普及しているゲーム機や携帯電話などのバイブレーション機能を錯触力覚制御に対応させることで、ゲーム性の向上といった面でも期待がかかる。力の方向を提示できるため、魚釣りゲームなど体感型のゲーム体験を、よりリアルなものにすることが可能になる。
 システムの精度が向上すれば、医療分野における手術シミュレータや、これまで音声に頼ってきた視覚障害者に対するナビゲーションを力覚でより安全かつ緻密に行うなど、様々な範囲での応用が期待されている。

取材協力 :独立行政法人 産業技術総合研究所

掲載日:2010年11月24日

キーマンズネット

出典元:株式会社リクルート キーマンズネット 2010年10月20日掲載分

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