研究分野:ユーザインタフェース

タブレット型拡張現実感のための利用者視点推定に基づくカメラ画像整合法

  • 研究者: 冨岡 誠
  • 論文種別・提出年: 修士論文,大阪大学大学院基礎工学研究科, Mar. 2015.

user_screen   カメラが内蔵されたタブレット型情報端末(以下,タブレット) は,タッチパネルディスプレイを介することで手軽に仮想物体とのインタラクションができ,商用化,小型化されていることなどから拡張現実感(Augmented Reality: AR) を実現するデバイスとして広く普及している.しかし,タブレットにおける拡張現実感では,一般の拡張現実感の場合と同様の実シーンと仮想物体との間の各種整合性問題に加え,ディスプレイに表示された実シーンの映像と実シーンそのものとの間の位置ずれや色ずれ,時間ずれといったタブレット特有の幾何学的,光学的,時間的整合性問題が生じる.本研究では,タブレットを用いたビデオシースルー型の拡張現実感において,実シーンがタブレットを透過しているかのように見える利用者視点画像を提示することで,タブレット特有の幾何学的整合性問題の解決を図る.本論文では,利用者視点画像を生成する際の二点の問題に対してアプローチする.
  利用者視点画像生成はそもそも不良設定問題である.これに対しては,環境の形状を大幅に簡略したモデルで近似し,見かけ上の位置ずれを最小化する手法を提案する.具体的には,タブレットに搭載された外側カメラと内側カメラから実環シーンの三次元形状およびユーザ視点の三次元位置をそれぞれ取得し,実シーン画像をホモグラフィー変換することで,利用者視点画像を生成する.一般的なタブレットと同等の,2D ディスプレイ,2 台のカメラの構成で提案手法を実装した.近似誤差の生じない平面環境においては,位置ずれ5mm 以下の達成,および画面内外を対応付けるタスクにおいて約50%の作業効率の向上( = 0:05) を確認した.これらに加え,提案手法が原理的には正確な透視変換とならない非平面環境においても,近似誤差により局所的な位置ずれの生じるのにもかかわらず約25%の作業効率向上を確認し,提案手法の実用可能性を示した.   

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非拘束掌タッチインタフェースのための3次元接触力の画像センシング

  • 研究者: 大野 良介
  • 論文種別・提出年: 修士論文,大阪大学大学院基礎工学研究科, Mar. 2015.

touch_interface   物体に対して指で触れる動作によって,システムへの入力を行うタッチ入力は,人々にとって慣れ親しんだ入力方式である.近年,ユーザが自身の身体を対象にタッチ入力を行い,場所を問わずコンテンツを操作できる,身体タッチインタフェースが注目されている.従来の身体タッチインタフェースで主に利用されている,タッチ入力の有無や指で触れた位置の情報に加え,指と皮膚の接触力の情報を利用することができれば,より自由度の高いコンテンツ操作が可能となる.また,RGB カメラを用いてタッチ入力する部分の位置や色といった情報を取得することで,タッチ入力を非接触で計測することができれば,ユーザの行動や衣服,力触覚を制限しない非拘束な身体タッチインタフェースが実現可能となる.RGB カメラを用いた接触力の計測方法として,弾性体内部のマーカの変位や,押下時の爪の色変化から接触力を推定する手法が提案されている.しかし,身体タッチインタフェースの利用場面を考えると,マーカの配置は望ましくなく,色情報を利用するために環境光を統制することは難しい. また,ユーザが自由な姿勢でタッチ入力することを考えると,カメラに対する身体の位置姿勢を考慮して,タッチ入力時の皮膚の変位を計測する必要がある.
  本研究では,身体の中でも容易に皮膚に触れることができる掌へのタッチ入力に着目し,指と皮膚の間の3 次元接触力をRGB カメラで画像計測する,非拘束掌タッチインタフェースのためのセンシングシステムの開発を目的とする.特に,掌の皮膚変位を計測するために,画像フレーム間の輝度勾配の変化に基づく密なオプティカルフローを利用した,マーカの設置や光条件の統制が不要な接触力推定手法を提案する.さらに,掌を平面と仮定し,掌平面の並進回転運動を表すオプティカルフローから,掌に設定した座標系から画像中の掌平面へのホモグラフィ変換行列を推定し,掌に対する皮膚変位を取得することで,掌の自由な位置姿勢や移動に対して安定した接触力推定を実現する.掌の皮膚変位から3 次元接触力の各成分の寄与を抽出し,空間平均をとることで接触力の変化に関する特徴量を取得する.接触開始時のフレームからの特徴量の時間積分から,3 次元接触力を推定する.   

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立体透明視における視線に基づくレイヤー透過制御

  • 研究者: 北嶋 友喜
  • 論文種別・提出年: 卒業論文, 大阪大学基礎工学部, Mar. 2015.

Layer   人工現実感や複合現実感において,仮想物体と実物体,仮想物体と仮想物体間での隠蔽関係を表現し,両物体を利用者に認識させる技術がある.これらの技術は,コンピュータグラフィックスにより階層的な3D モデルの重なりを表現するボリュームレンダリングや,実物体により隠されているとする仮想物体を利用者に提示するX-ray Vision への応用がある.利用者に物体を提示する際には,隠蔽関係にある物体の幾何学的情報(構造,配置)と光学的情報(色,模様)を認識させることが重要となる.本研究では,それぞれの物体像(レイヤー)を正確に認識させる物体像の提示手法について扱う.両レイヤーを認識させる目的に対して,双方を透過合成し,手前のレイヤーにより隠された奥のレイヤーを利用者に認識させる手法が提案されている.しかし,レイヤーが複雑な模様を有して重なり合う場合は,模様を詳細に認識させることは困難となる.また,両方のレイヤーを認識させる目的に対して,単純には,スイッチや音声,ジェスチャで提示するレイヤーを切り替えることが考えられるが,これらの方法では,切り替えるために割り当てた動作を別の動作に割り当てることが出来なくなる.
  そこで,本研究では,切替のための専用の動作なしで,重なりあう複数のレイヤーのそれぞれを詳細に認識することを目的とし,利用者の視線に基づいてレイヤー提示を制御する手法を提案する.具体的には,利用者の両眼の輻輳角を検出して,その大きさによってレイヤーを強調・抑制する.提案手法では視線によって提示画像を切替えるため,レイヤーにある物体像を見て認識する上で,切替のための専用動作が不要となる.   

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発話時の表情変化に基づいた疲労推定

  • 研究者: 川村 亮介
  • 論文種別・提出年: 卒業論文, 大阪大学基礎工学部, Mar. 2015.

  近年,過度の疲労の蓄積による重大な交通事故の発生,過労による疾病の誘引や作業効率の悪化など,様々な側面において疲労が及ぼす悪影響が問題となっている.このような状況の解決には,疲労状態を推定し,適切な対処を施す必要がある.
  本論文では,疲労状態を推定するシステムを構築し,上記の問題の解決を目指す.疲労を推定する指標は多く存在しているが,その中でも,表情は人間の疲労や感情など,内部状態の変化を敏感に表出するといわれているため,疲労を表す重要な指標になりうる.しかし,軽度の疲労では,表情の変化が小さいため,表情の変化に基づいた精神疲労の推定は難しいと考えられる.そこで,会話時には笑う,話すなど表情の動きが大きくなり,疲労による表情の変化も大きくなると考えられるため会話時の表情変化に着目する.   

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携帯端末を用いたバーチャルハンド操作のための3指タッチ座標に基づく手指状態推定

  • 研究者: 上田 雄太
  • 論文種別・提出年: 卒業論文, 大阪大学基礎工学部, Mar. 2015.

VH   本研究では,CG などの仮想物体や,手の届かない範囲にある遠隔対象に対して,手で直接対象を扱うかのような働きかけを行うために,手の三次元CGモデルであるバーチャルハンドを使用する.近年,タッチ操作のように対象を身体動作で直観的に操作する技術が研究されている.例えば,公共スペースに設置された広告ディスプレイにバーチャルハンドを使用し,ディスプレイ内の商品を手に取るように扱うことが出来れば,ユーザは商品の構造やイメージをより直観的に理解することが出来る.
  このような日常的な場面では,ユーザの位置・姿勢に拘束がなく,室内外や照明条件に関わらず多くの環境下でバーチャルハンドが操作できる必要がある.従来,手の状態の計測にはカメラやデータグローブが使用されてきた.しかし,カメラは照明に影響を受け,データグローブは装着の必要性があるため,想定状況に適さない.このため,スマートフォンのタッチパネルで手の状態を計測し,想定状況下でのバーチャルハンドの操作を可能とする.しかし,スマートフォンの画面サイズは手に対して小さく,タッチ座標を同時に計測可能な指は3 指程度に限られ,計測可能な手の情報は少ない.バーチャルハンド上で5 指を使用した手の実用的な動作を実現するために,タッチしていない指の状態についても推定を行う.   

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Parallax Elimination be Impaiting

  • 研究者: Antonio Eduardo Chaves de Medeiros
  • 論文種別・提出年: テクニカルレポート, Aug. 2015. [pdf]

Parallax Elimination be Impaiting
   Nowadays the use of our hand as a way to interact with virtual environments is becoming increasingly popular. Using our own bodily function to control and interact with virtual objects is much easier and satisfactory than a mouse pointer or other similar device. Still, even though considered more accurate and user-friendly, the use of our hand has its setbacks, with the Retinal Disparity being one of the most prominent problems. Most of the already existing applications with 3D environments uses 2D cursors to interact with the objects so they do not have to deal with this problem. However, the use of 2D cursors generate various implications, namely speed, accuracy and usability, some may even cause discomfort for the user.   

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視覚と温覚の非接触同時提示のための視温覚融合投影インタフェース

  • 研究者: 吉川 佑生
  • 論文種別・提出年: 修士論文,大阪大学大学院基礎工学研究科,Mar.2014.

視覚と温覚の非接触同時提示のための視温覚融合投影インタフェース   本論文では,視覚と温覚の同時刺激を行うインタフェースと,インタフェースを用いた場合のヒトの反応に関連する研究を二部構成にて報告する.
  第一部では接触型ディスプレイを用いた色と温度感覚の関係について調査する.物体の色を赤色と青色に変えたときの温覚生起の閾値,手の色を赤色と青色に変えた時の温覚生起の閾値をそれぞれ測定し,結果に対する考察を行う.
  第二部ではまず,視温覚の非接触提示方法について考察する.他の皮膚感覚刺激提示ディスプレイと比較しながら本研究の位置づけを行い,非接触にて視覚と温覚を同時に刺激することが可能な視温覚融合投影インタフェースを提案する.提案したシステムが出力可能な刺激の強度および分布を測定し,第一部で行った実験を提案システムに拡張する.被験者実験では視覚と温覚を同時に提示した場合,視覚刺激を先に提示し,温覚を後から提示した場合それぞれについて刺激強度の温覚生起の閾値を測定する.続いて各実験および提案システムを構成する部品について考察を行う.最後に各実験で得られた知見から視温覚融合投影システムを用いたアプリケーションについて考察する.   

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タブレット型拡張現実感における焦点ボケを考慮した目の奥行き知覚不整合の軽減

  • 研究者: 大嶋 晃平
  • 論文種別・提出年: 卒業論文, 大阪大学基礎工学部, Mar. 2014.

タブレット型拡張現実感における焦点ボケを考慮した目の奥行き知覚不整合の軽減   カメラが内蔵されたタブレット型情報端末は,タッチパネルディスプレイを介することで手軽に仮想物体とのインタラクションができ,商用化,小型化されていることなどから拡張現実感 (Augmented Reality:AR) を実現するデバイスとして広く普及している.しかし,タブレットにおける拡張現実感では,一般の拡張現実感の場合と同様の実シーンと仮想物体との間の各種整合性問題に加え,ディスプレイに表示された実シーンの映像と実シーンそのものとの間の位置ずれと奥行きずれがタブレット特有の幾何学的整合性問題となる.
  本研究では,タブレットを用いたビデオシースルー型の拡張現実感における画像補正手法を提案し,タブレット特有の奥行き知覚不整合の軽減を図る.提案手法では,タブレットが外側カメラと内側カメラ,視線検出器を搭載していることを想定し,実環境の 3 次元形状とユーザの視点位置から位置ずれ補正画像を求め,瞳孔径と視線方向,視点位置からユーザの目の点拡がり関数 (Point Spread Function:PSF) を求める.位置ずれ補正画像とユーザの目の PSF をデコンボリューションしてタブレット上に表示することにより,ユーザにタブレット上の実シーン画像の奥行きを正しく知覚させる.実験では,提案手法の実現可能性を示すために主要処理部分であるユーザの目の PSF 推定と焦点ぼけ補正画像生成を検証した.   

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5本指タッチインタフェースのための手指動作認識

  • 研究者: 小川 修平
  • 論文種別・提出年: 修士論文,大阪大学大学院基礎工学研究科,Mar.2013.

5本指タッチインタフェースのための手指動作認識   本稿では,手指を用いて仮想オブジェクトを直観的かつ直接的に操作するインタフェースを提案し,その実現に必要な手指の動作認識について述べる.手指を用いて仮想オブジェクトを操作する手法の代表例として,マウスを用いてポインティングを行う手法があげられるが,デバイスを把持しなければならないという煩わしさや,ポインタを介しての操作であるため,直接的とは言い難いといった欠点がある.そこで,本研究では,机や壁といった日常空間のあらゆる平面からの指先押下及び押下方向を用いて直接的かつ直観的に仮想オブジェクトを操作することを試みる.
  さらに,10 feet UI に見られるような,操作対象となる仮想オブジェクトがユーザの手の届かない範囲に位置する状況下において仮想オブジェクトを操作する手法を提案する.手の届かない位置にある仮想オブジェクトの操作を行うための手法として,マウスを用いたポインティングは代表的であるが,タッチパネルに見られるような仮想オブジェクトに対して手指で触れるといった直接的な動作を実現することはできない.そこで,拇指から小指までの 5 本指の指先押下及び押下方向を用いて,ディスプレイに重畳表示された仮想の手 Extended Hand を操作することにより,あたかもユーザ自身の手で仮想オブジェクトを操作しているかのような,より直接的な操作を実現する手法についても述べる.
  本研究では,指先押下時の爪色変化を利用して,カメラでとらえた画像から押下認識を行う.爪色変化を利用した指先押下認識は従来からも研究が行われているが,爪色変化の個人差や,照明条件が変化したときの爪画像の変化を考慮していない.そこで,本研究では,個人差や照明条件の変化に対応した指先押下認識手法を提案する.提案手法では,学習データとして用意した全指先画像に対してクラスタリングを施し,得られたクラスタから複数の識別器を生成し,複数の識別器からの認識結果をもとに押下判定を行う.押下認識精度を調査する実験の結果,従来の手法では 40.8 % であった認識率を,提案手法を用いることにより 98.2% まで改善することができた.
  さらに,5 本指の指先押下を用いて Extended Hand に平行移動と把持の動作を実現するための手法について論じる.提案手法では,ユーザごとにあらかじめ得ておいた 5 本指による,前後左右への平行移動時,及び把持時の押下方向をもとに,Extended Hand に平行移動と把持の二つの動作を行わせる.平行移動と把持の動作を実際に行わせることができるか調査した実験結果より,これら二つの動作を行わせることが可能であることが示唆された.また,将来的には,Extended Hand を実空間に対して投影することで,仮想オブジェクトだけでなく,手の届かない位置にある実対象に対しても指示・把持といった操作を行うことが可能になると考えられる.   

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不快な光環境に誘発される無意識的な表情の認識

  • 研究者: 北村 謙典
  • 論文種別・提出年: 修士論文,大阪大学大学院基礎工学研究科,Mar.2013.

不快な光環境に誘発される無意識的な表情の認識   オフィスの温度や湿度あるいは照度や光のスペクトルといった物理的環境が,作業者の知的生産性に及ぼす影響は,生理/心理的な側面から様々に評価されている.近年では,東日本大震災を受けた電力需給の逼迫から,節電対策として照明を減灯するオフィスが増加しており,その悪影響が危惧されている.知的生産性向上のためには,それら物理的環境に対する十分な配慮が必要なことは言うまでもない.しかしながら現状では,環境制御機器のマニュアル制御,かつ物理的環境の理想値一括制御が主流であり,各個人にとっての快適環境が必ずしも保たれているとは言い難い.
  我々はこれらの問題に対して,「知的な」環境制御システムを提案し,その解決を図る.具体的には,現在の物理的環境に対するユーザの無意識的な反応(表情・行動・発話等)から個々のユーザの快適度を推定し,全ての人にとって快適環境となるよう,環境制御機器を自動制御するシステムである.ここで無意識的な反応とは,例えば,眩しいときに目を瞑る,暑いときに服を扇ぐといった反応を指す.
  提案システムの構築に際しては,解決すべき課題が数多く挙げられる.それらは次の三つの観点で分類することができる.
1. 現在の物理的環境に対するユーザの無意識的な反応の「認識」
2. 現在の物理的環境に対するユーザの快適度の「推定」
3. 環境制御機器の「制御」
本研究では,不快な光環境に誘発されるユーザの無意識的な表情(不快表情)に着目し,「不快表情の分析及びその認識」を研究目的と定める.
  前者について,本論文では 150 名の被験者に対して様々な照度変化を与え,どのような不快表情が露呈されるかを検証する実験(不快表情抽出実験)を行った.その結果,光環境の変化に対して不快感を感じた際,多くのユーザは「瞬き」や「顔を顰める」といった,提案システムの制御トリガとなり得る不快表情を露呈することを明らかにした. 続いて後者について,本論文では単フレームの顔画像に対して,その表情が不快表情か否かを識別する識別器を提案した.それは目領域周辺の特徴ベクトルを,表情のパターンに合わせてクラスタリングし,SVM を用いて識別する手法である.実験では,非人物依存のモデルを用いて最大 TPR=84.1%, FPR=7.90%の汎化性能を達成した.   

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人物対話行動における応答時間分布抽出とその利用

  • 研究者: 木村 綾平
  • 論文種別・提出年: 修士論文,大阪大学大学院基礎工学研究科,Mar.2013.

人物対話行動における応答時間分布抽出とその利用   近年の様々なセンサ・認識技術の発展に伴い,人との相互対話を通じて人の活動支援を行うシステムに関する研究が盛んに行われている.システムが人との自然な相互対話を行うためには,人同士の相互対話を理解すること,すなわち対話構造をシステムが理解可能な形で明らかにする必要がある.
  本研究では,人物の姿勢やジェスチャ,音声といったマルチモーダル情報を用いて人物対話行動を構造化することを目指す.複数人物の対話行動から身体各部位の三次元位置データ及び音声データを取得し,対話行動事例データベースを構築する.事例データベースからは三次元位置データのクラスタリング及び発話区間検出により,行動の基本単位である行動素の抽出を行う.さらに,各行動素間の観測時間差を応答時間とし,その分布を抽出することで,時間関係を含めた形で人同士の対話行動を構造化する.得られた対話行動構造化記述を用いて,人同士の対話行動の解析・理解を行い,新規入力とした対話行動の認識までを本研究の目的とする.   

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実画像アバタシステムの再生技術と有用性の検討

  • 研究者: 原 健太
  • 論文種別・提出年: 修士論文,大阪大学大学院基礎工学研究科,Mar.2013.

実画像アバタシステムの再生技術と有用性の検討   近年,人間とインタラクションを行うことで社会的関係を構築することを目的としたシステムとして,実空間ではコンパニオンロボットやペットロボット,仮想空間ではビデオアバタや CG キャラクタなどを用いたシステムが数多く開発されている.これらのシステムを用いた対人インタラクションにより,社会的な交流を円滑化してユーザに安心感を与えたり,システムに愛着を感じられることができれば,社会の様々な場面での活用が実現可能となり,このような対人インタラクションシステムのさらなる応用形態の拡大が期待される.
  本研究ではこのような対人インタラクションシステムのうち,映像によって表現されるアバタ,特に実画像ベースアバタとのインタラクションシステムに注目し,その再生技術と有用性について検討を行う.映像を用いたアバタはコミュニケーションロボットよりもハードウェア面の制限が少なく,ユーザの視点に応じた映像再生技術などによって,臨場感が高く違和感の少ないインタラクションを実現することが可能であると期待されている.また,実画像を用いることにより,将来的には実際の人間と会話するビデオ会議システムと同レベルのコミュニケーションが実現できる可能性がある.このようなインタラクションアバタは,近年各所で数多く導入されつつあるデジタルサイネージや大型ディスプレイ,写真などを表示するディジタルフォトフレームなどを用いたシステムへの応用が考えられる.   

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皮膚変形の画像計測による掌入力インタフェース−掌タッチパッド−

  • 研究者: 大野 良介
  • 論文種別・提出年: 卒業論文, 大阪大学基礎工学部, Mar. 2013.

皮膚変形の画像計測による掌入力インタフェース−掌タッチパッド−   現在,コンピュータの小型化や高性能化,ネットワーク技術の発展によってユビキタスコンピューティングという考えが注目されている.この考えに基づくユビキタス社会では,コンピュータの利用目的とそのユーザの層は多様化している.その多様性に適応するために,汎用性があり,対象の挙動と関連性の高い操作が可能なUser Interface(UI) の需要が高まっている.家具や家電などの環境中の至る所に存在する対象を操作するUI において,身体を操作面として入力を行うことに着目する.特に,掌を操作面として,もう一方の手指による掌の任意の位置に対する接触や押し込み,回転などの多様な動作を入力方式に取り入れ,あらゆる対象に対して,対象に求める挙動と関連性の高い操作方法を実現するUI を想定する.本研究では,掌に対してもう一方の手指で加えた押下力を推定し,入力として利用して対象の挙動と関連性の高い操作を実現できるUI の製作を目的とする.
  本研究では,掌と垂直に撮影したカメラ画像から,掌に対して垂直に与えた押下力を推定する手法を提案する.力を加えることによって変形する掌の変形量を,押下位置の周辺の点のフレーム間のオプティカルフローとして取得し,その点と押下位置を結ぶ直線上への射影成分に注目することで,フレーム間の動作の方向と変形の大きさを表す平均変位を抽出する.平均変位を積分することによって掌の総変形量を取得し,これを特徴量として押下力との関係をモデル化することで,掌に垂直に与えられた力を推定する.
  次に,提案手法による押下力推定システムを試作し,較正された圧力センサを用いて基本特性の調査を行った.押下時の特徴量と押下力の関係を線形近似によってモデル化したところ,推定誤差が1.84±1.55 N となった.これより,計測可能な最大押下力の15 % 程度の誤差で入力可能なUI を実現できると考えられる.また,入力条件を変えた時のシステムの特性の変化を,線形近似時の傾きのパラメータと押下力の推定誤差を指標に調査した.入力速度と掌における押下位置を変化させて実験を行ったところ,これらの入力条件によって傾きのパラメータが異なることがわかり,システムの感度が異なることが確認された.従って,これらの入力条件による特性の変化を利用して,システムの補正を行って入力条件によらずシステムに一定の挙動をさせることや,入力条件の違いに応じて別の操作を実現することができると考えられる.
  最後に,本提案手法によって推定された押下力を入力し,対象物体の変形操作を行えるモデリングアプリケーションを製作した.弾性物体の変形シミュレーションを行い,対象がへこむという挙動に対して,押し込むという関連性の高い操作を実現することができた.また,押下位置によって押下力に対する対象の変形量を変えることが可能であったため,変形させたい量に応じて押下位置を変えて入力を行うことで,ユーザが変形量のゲインを選択可能であることが示唆された.   

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カメラ内蔵タブレット型拡張現実感のための実画像幾何補正

  • 研究者: 冨岡 誠
  • 論文種別・提出年: 卒業論文,大阪大学基礎工学部,Mar.2013.

カメラ内蔵タブレット型拡張現実感のための実画像幾何補正   カメラが内蔵されたタブレット型情報端末(以下,タブレット) は,タッチパネルディスプレイを介することで手軽に仮想物体とのインタラクションができ,商用化,小型化されていることなどから拡張現実感(Augmented Reality: AR) を実現するデバイスとして広く普及している.しかし,タブレットにおける拡張現実感では,一般の拡張現実感の場合と同様の実シーンと仮想物体との間の各種整合性問題に加え,ディスプレイに表示された実シーンの映像と実シーンそのもとの間の位置ずれや色ずれがそれぞれタブレット特有の幾何学的・光学的整合性問題となる.
  本研究では,タブレットを用いたビデオシースルー型の拡張現実感における新しい画像の提示手法を提案し,タブレット特有の幾何学的整合性問題の解決を図る.提案手法では,タブレットに搭載された外側カメラと内側カメラから実環境の三次元形状およびユーザ視点の三次元位置をそれぞれ取得し,実シーン画像をhomography 変換することにより端末の画面部分があたかも透けているかのような実画像(以下,擬似透過画像) を生成する.実験では,試作したシステムに提示される擬似透過画像の位置合わせ精度を検証した.また,擬似透過画像を提示した際のタブレット画面内の提示画像と実シーンとの対応付けにおける視認性を確認した.位置合わせ精度の検証実験により,一般のタブレットに近い構成,すなわちカメラ2台のみによるセンシングで擬似透過画像が生成されることが確認できた.また,擬似透過画像を提示することでタブレット画面に提示された情報から実シーン中の物体を探索するタスクの達成時間が減少し,視認性が向上したことが確認できた.
研究の詳細はこちら   

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視温覚融合投影インターフェースにおける視覚情報付加による温度感覚への影響に関する考察

  • 研究者: 吉川 佑生
  • 論文種別・提出年: 卒業論文, 大阪大学基礎工学部, Mar. 2012.

視温覚融合投影インターフェースにおける視覚情報付加による温度感覚への影響に関する考察   VR(Virtual Reality) やテレプレゼンス研究の発達に伴い,視覚情報に触覚情報を付加する試みが注目されてきている.その中でも温度情報を提供するものはまだあまり注目されていない.視覚情報に加えて温度情報を付加することにより,バーチャル空間上のオブジェクト位置に手を持って行ったときに,手を持って行った位置にあるオブジェクトの識別がより簡単になる.視覚情報と温度情報を同時に提示できるシステムを実現させるためには非接触で温度情報を提供する必要がある.しかしながら,近年提案されている温度感覚を提供するシステムについては専用のデバイスへの接触によるものがほとんどであり,接触を必要とせずに温度感覚を提供することのできるシステムは少ない.
  そこで本研究では視覚情報はプロジェクタから可視光を投影し,温度情報は遠赤外線を照射させて提供するシステムを構築した.温度情報はパンチルトミラーを用いることで実空間中の所望の位置に遠赤外線を照射できる.このシステムを用いて視温覚が同時に提示される際の人間の基礎特性を調査した.ヒトの温度感覚は応答時間と空間分解能が低いことが知られている.そこで本論文では試作機を用いて温度情報に加えて視覚情報を与えることによる温度感覚の応答時間への影響や空間分解能を検証した.その結果,応答時間においては赤外線による熱のみを与えた場合より熱に加えて可視光による視覚情報を与えた場合の方が平均で約2秒応答時間が早くなった.また,空間分解能に関しても可視光による視覚情報の方へ温度感覚を感じる範囲を引きずることができた.   

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筆記動作のアンビエントセンシングによるユーザ心理推定

  • 研究者: 濱口 菜々
  • 論文種別・提出年: 修士論文, 大阪大学大学院基礎工学研究科, Mar. 2011.

筆記動作のアンビエントセンシングによるユーザ心理推定
  近年,コンピュータの小型化やセンサ技術の発達に伴い,日常生活の中にそれらが介在し我々の生活をサポートする場面が増えている.しかしこれらのサポートの恩恵を受けるためには,人間がシステムの扱い方に対する知識を持っていること,明確な目的を持ってシステムを扱うことが強要されているのが現状である.ここで,システム側が人間の動作や心理を把握し時と場合により臨機応変にサポートの形を変化させることができれば,刻一刻と変化するニーズに適応したサービスを受けることができるようになると考える.そこで本研究では,人間の動作や心理を推定するシステムの構築を目指す.本論文では,日常生活の中でも特に筆記動作に着目し,筆記動作時に生じる心理変化の推定を行うシステムを2 種提案する.人間の本来の行動を阻害せずにアンビエントに人間をセンシングするため,マイク一つを用いて筆記動作時に筆記面上に生じる振動音を入力とする.筆記動作に含まれる情報として,1. 筆記・非筆記の遷移,2. 筆圧,3. 筆記速度の3点に着目し,それぞれについて心理変化との関係を調べた.また,これらの筆記動作情報が,マイクから取得される音響情報により認識可能かどうか検討した.その結果,筆記・非筆記の継続時間の比を算出することにより主観的難易度が,また1 課題中のストローク毎に平静時とストレス負荷時を分類し,分類された割合の大きい方と判別することにより精神的負担に起因する心理的負担が推定できる可能性が示された.   

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爪画像と実物体認識を用いたテーブルトップインタフェース

  • 研究者: 原 健太
  • 論文種別・提出年: 卒業論文, 大阪大学基礎工学部, Mar. 2011.

爪画像と実物体認識を用いたテーブルトップインタフェース
  近年,テーブル上に直接映像をプロジェクションしたり,水平に設置されたディスプレイの映像へ直接ユーザが操作を行えるテーブルトップインタフェースの研究が盛んに行われている.また,タブレット型PC などの電子書籍端末も一般社会に広く普及しており,いずれはこれまでの紙や雑誌などに加えてデジタルメディアの利用が生活の中心になることは容易に想像できる.しかし,物理形状を持つ物体とデジタルメディアが混在する環境において,アナログ空間とデジタル空間でのデータ交換や両空間における操作方法の差異がユーザに違和感を与えるとして問題視されており,それらを解消するための研究が数多く行われてきたが,未だその差異を解消しきれていないのが現状である.そこで本研究では机上での紙利用に注目し,テーブル上に書類を置く,自分の鞄から書類をテーブル上に広げる,書類を取って自分の鞄に入れるといったテーブルがある環境における紙に対する操作をデジタルメディアに対しても可能にすることで,ユーザが大きな違和感を抱くことなく異なる形態の物体に対してインタラクションすることができると考え,テーブルトップディスプレイと電子書籍端末を用いて実世界と同様の動作でデジタル空間における操作を可能とするシステムを提案する.   

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多指の爪色画像計測による指先押下及び押下方向の検出

  • 研究者: 小川 修平
  • 論文種別・提出年: 卒業論文, 大阪大学基礎工学部, Mar. 2011.

多指の爪色画像計測による指先押下及び押下方向の検出
  人間は,拇指・示指・中指・薬指・小指の五本の指を巧みに使用し外界への働きかけを行っている.それぞれの指には役割が存在し,器用に使いこなすことで対象物体に直接作用することや,道具を用いて間接的に働きかけることを可能にしている.近年でもタッチセンシング技術の向上により,Microsoft Surface やiPhone,iPad など多くのタッチディスプレイに代表されるように,あたかも実物体をふれるかのように,ディスプレイに表示されたコンテンツに対して直接的なアクセスが可能となっている.しかしながら,これらのタッチディスプレイは指先の接触判定可能な範囲がタッチパネル上に限定される.また,タッチディスプレイへの入力は,指先との接触のみであり,どの程度の力を指先に加えて対象に触れたかを推定するには至っていない.そこで本研究では,片手五本の指それぞれの指先に加えた力とその方向を利用した新たな入力インタフェースを提案する.本手法では,カメラを用いて押下時の指先画像の色模様変化を検出し,指先の押下判定を行う.入力デバイスとしてカメラを用いることで,指先の接触判定面をパネル上に限定する必要がなくなる.これにより,机上や壁面など日常空間のあらゆる面を介してディスプレイに表示された物体とインタラクションを行うことができる.さらに,入力を指先との接触面に限らず,接触した際に指先に加えられた力及びその方向を利用することで,自由度の高い操作を行うことが可能となる.   

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人物対話行動における応答時間分布抽出

  • 研究者: 木村 綾平
  • 論文種別・提出年: 卒業論文, 大阪大学基礎工学部, Mar. 2011.

人物対話行動における応答時間分布抽出
  近年,様々なセンサ・認識技術の発展に伴い,人との相互対話を通して活動支援を行うシステムに関する研究が活発に行われている.システムが自然な対話行動を行うためには,時間関係を含めた対話構造を明らかにする必要がある.本研究では,人物の姿勢やジェスチャ,音声といったマルチモーダル情報を用いて人物対話行動を構造化することを目指す.複数人物の対話行動から身体各部位の三次元位置データ及び音声データを取得し,対話行動事例データベースを構築する.事例データベースからは三次元位置データのクラスタリング及び発話区間検出により,行動の基本単位である行動素の抽出を行う.さらに,各行動素間の観測時間差を応答時間とし,その分布を抽出することを本研究の目的とする.行動素と応答時間を抽出することが出来れば,それらを用いて対話行動構造化記述を得ることが出来,対話行動の理解に繋がる.本稿では,人物対話行動構造化のための提案モデルを示し,対話行動構造化に用いる応答時間分布の抽出方法について述べ,応答時間分布抽出実験について記す.   

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快適な光環境構築のための表出行動抽出

  • 研究者: 北村 謙典
  • 論文種別・提出年: 卒業論文, 大阪大学基礎工学部, Mar. 2011.

快適な光環境構築のための表出行動抽出
  現在,我が国では,「いつでも,どこでも,何でも,誰でも」ネットワークとつながり,情報の自由なやりとりを行うことのできる社会,すなわち「ユビキタス(ubiquitous)情報社会」が実現に向かいつつある.しかし,科学技術の飛躍的な発展を背景に,「アンビエント(ambient)情報社会」と呼ばれる新たな社会構想が叫ばれるようになってきた.本社会においては,コンピュータは個々のユーザの情報を自律的に測定し,情報を解析,ひいてはユーザの意図を推定することで,その要求に合致したサービスを提供しなければならない.本研究ではこのような社会構想をもとに,居住空間における「快適な光環境の構築」をその目的として定める.そして環境に不快と感じる照度変化が生じた際,その局面におけるユーザの情報を非接触で測定し,ユーザの快適度を推定,もってその改善を行うシステムを提案する.ここで本システムを構築するに際して,次の三つが明確にすべき問題として挙げられる.第一に,環境に不快と感じる照度変化が生じた際,ユーザにいかなる表出行動が観測されるかという問題である.第二に,それらの行動をいかなるセンサをもって測定するかという問題である.第三に,それらの情報からいかにユーザの快適度を推定するかという問題である.本論文では,第一,第二の問題について抽出実験及び評価実験を行った.前者に関しては11 名の被験者に対して照度変化を与え,その結果,頭部姿勢・視線方向の変化,瞬き,口の動き,本の角度調節等を表出行動として抽出した.またそれらを個人差や照度変化のパターンに起因し得る行動へと分類し,ユーザの行動が照明制御のトリガとなり得ることを確認した.後者に関してはオムロン株式会社製顔画像センシング技術を使用し,本研究におけるその有効性評価を行った.本技術は各々の行動に対して概ね有効であったが,低照度・低解像度画像に対する精度が低く,その改善あるいは新たな測定手法の構築が必要との結論を得た.   

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補色多重化偏光投影による実影のみでアクセス可能な映像情報隠蔽

  • 研究者: 三木 麻理子
  • 論文種別・提出年: 卒業論文, 大阪大学基礎工学部, Mar. 2011.

補色多重化偏光投影による実影のみでアクセス可能な映像情報隠蔽
  我々が知的活動を行う際に,コンピュータにアクセスすることで能動的に情報を取得する機会は頻繁に生じている. コンピュータにアクセスする際にはマウスやキーボード等の入力デバイスを用いた利用形態が一般的であるが,機器の操作を誰にとってもより扱いやすくするために,それらのデバイスを介せず,自らの体肢を用いて情報にアクセスすることのできる環境が望ましいと考えられる.また,人間は情報の大半を視覚により取得しており,コンピュータからの視覚的な情報提示のための媒体として様々なディスプレイ技術が進歩している.その中でも長年,人間が作業を行う際に利用してきた机をディスプレイとするシステムでは,ユーザにコンピュータの存在を意識させないユビキタスな環境を構築することが可能になると期待できる. 本研究では,体肢を用いることで机を媒体とした視覚的情報へのアクセスを可能にする手法の構築として,手を用いて情報にアクセスできるテーブルトップインタフェースの実現を考える.ここで問題となるのが,何らかの自動認識技術を用いてユーザの入力動作に対するフィードバックを返すテーブルトップシステムにおいては,通常の机と同じように使用した際,ユーザが意図して入力動作を行っていなくても誤認識により入力がなされたと判断してしまう可能性がある点である.そのため本研究では情報へのアクセス法として,ユーザが意図した部分への情報提示に着目し,入力デバイスを用いずに,テーブル上にかざしたユーザの手の影のみに情報を提示するシステムの提案を行う.3 台のプロジェクタ(2 台はテーブルトップ上方に,残り1 台は背面に設置)より補色画像を投影し,影以外の領域(影を作る遮蔽物・テーブルに置かれた書類・影以外のテーブル表面等)には,単一白色光を投影表示することで実現をする.   

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爪画像を用いた指先の押下方向推定によるインタラクティブサーフェス

  • 研究者: 杉田 尚基
  • 論文種別・提出年: 修士論文, 大阪大学大学院基礎工学研究科, Mar. 2010.

爪画像を用いた指先の押下方向推定によるインタラクティブサーフェス
  近年,インタラクティブディスプレイが普及してきており,映像に対して直観的かつ直接的な操作を行える点で注目されている.現在,指先の接触判定にはタッチパネルが用いられているが,これは接触判定可能な範囲がパネル上に限定されるという問題点がある.そのため,プロジェクタにより情報表示機能を持たない様々な実物体の面上に投影された映像とのインタラクションを行う場合には,タッチパネルを用いることは容易ではない.そこで,いかなる物体表面においても適用可能な,カメラを用いた指先の接触判定法を提案する.本手法では,指先を硬物体に押し当てると爪の色模様が変化する性質を利用することで接触判定を行う.これにより,ユーザの触感覚を妨げず,かつ場所を限定しない指先接触判定が可能となる.また,指先で加える押下方向も判定可能であるため,現在主流のタッチパネルでは困難であった,新たな入力インタフェースが実現可能となる.
  

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感性情報処理に基づく舞台照明の解析と生成

  • 研究者: 片岡 真史
  • 論文種別・提出年: 卒業論文, 大阪大学基礎工学部, Mar. 2010.

感性情報処理に基づく舞台照明の解析と生成
  複数の要因の組合せによって構成されるものに対して, 感性情報を扱う際に全ての組合せと感性情報の関係を取得するのは困難である.本研究では,複数の要因の組合せで構成されるものに対して簡単なモデル式を仮定しそれを適用して感性情報処理にもとづく解析と生成を行い,感性情報のモデル化について検証する.そこで具体例として複数の照明機材の組合せでシーンを生成する舞台照明を対象にする.舞台照明において,シーンの持つ感性情報は各照明機材の持つ感性情報への影響値とその照明機材の出力による重みつきの線形和で表すというモデルを仮定し定式化する.そしてそのモデルについて検証し,複数の要因の組合せで構成されるものに対する感性情報のモデルの一例を提案する.
  

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ラビング(拓本)インタフェース

  • 研究者: 松本 翔平
  • 論文種別・提出年: レポート, Octobar. 2009.

ラビング(拓本)インタフェース
  近年,オフィスのペーパーレス化や電子ブックリーダーへの書籍データ配信などに伴い,紙面情報を印刷せず,デジタルデータのままで取り扱う風潮が高まっている.一方で,紙や本を現在に至るまでキラーインタフェースたらしめてきた,その直接操作性,実体性,一覧性などの特徴がデジタル機器によって十分に補完されることはなく,実体としての"紙"と,データとしての"紙"は,依然として利用場面が棲み分けられている.実体としての紙利用をデジタル世界へと融合させる試みは,HI分野で数多く研究されてきたが,いずれもPC利用を前提としたデスクワーク支援に留まっており,PCを用いない場面における紙利用のデジタル化は実現されていない.
  本研究は,手に取る,並べる,写し取るなどの紙利用におけるタンジブルな操作の一部を,ハンドヘルド型ディスプレイを用いたインタフェースによって代替し,更に同インタフェースによる新たなスクラッピングのメンタルモデルの形成によって,デジタルデータの利点たる容易な複製,大量のデータ管理といった操作を,タンジブルな紙操作として拡張する試みである.この目的に向け,まずハンドヘルド型ディスプレイデバイスを紙面に押し付けることで,デバイスを重ねた部分の情報をそのまま写し取る「ラビング(拓本)インタフェース」を実装した.これにより押し付けることで紙面情報が複写され,階層的に格納されていくという新たなスクラッピングインタフェースの可能性を模索した.
  

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Grip Pressure and Steering Acceleration Sensors Integration into an Aerospace Control System(航空操縦システムのための把持圧と加速度センサの操縦桿への組み込み)

  • 研究者: Antti Alexander Kestila
  • 論文種別・提出年: テクニカルレポート, Mar. 2009. [pdf]

Grip Pressure and Steering Acceleration Sensors Integration into an Aerospace Control System(航空操縦システムのための把持圧と加速度センサの操縦桿への組み込み)
   The successful integration of the decisions and actions of a pilot and the aircraft's automated control system (ACS) is a significant challenge. The ACS is capable for the task, and the main cause of 78 percent of aircraft accidents is attributed to pilot errors. However, in fact, many of these accidents are due to insufficient interaction and information exchange between the ACS and the pilot. Thus more information sharing and cooperation between the pilot and the ACS is in order. This paper is about the research over the integration of a Bluetooth variable-capacitance pressure sensor and accelerometer, into an aerospace control system, in this case a typical aircraft yoke. The sensor was monitored and controlled with Matlab, and the yoke was used in a simulated flight with Microsoft Flight Simulator and Orbiter Space Simulator. The goal for the pressure sensor was to find out the minute pressure signals coming from the pilot, such as heart rate and blood pressure, while the accelerometer recorded the detailed movement of the yoke, and thus supplied the ACS with critical information concerning the pilot's condition. Working integration was achieved successfully, and various pilot inputs were detected and recorded. The results showed that it is possible to record pilot input in real-time, even when problems such as noise, lack of sensitivity, and sensor axis coupling interfere. These problems should not only be addressed, but also the FFT algorithm should be improved, using e.g. Goertzel's algorithm. The next step is from integration to application, and is to create a feedback system capable of decision making, and able to modify the pilot's inputs, without taking control away, in such a manner as to be able to improve the crew's overall performance.
  
  (航空機の自動制御システム(ACS)の重要な課題の一つにパイロットの意思決定と行動の良好な統合がある。航空機事故の78%を占める主な原因はパイロットのエラーに起因しており、ACSはこれらへの対処を行う。しかし実際、これらの事故原因の多くにはパイロットとACSとの間の不十分な相互作用と情報交換がある。典型的な航空操縦デバイスである操縦桿にBluetooth対応の可変静電容量圧力センサや加速度計を用いて、このように詳細な情報を共有し、パイロットとACSとの間で協調を目指したのが本研究である。マイクロソフトフライトシミュレータとオービター宇宙シミュレータで航空機の操縦をシミュレートし、圧力センサがパイロットからの信号を心拍数や血圧などの中の信号を、加速度計が操縦桿の詳細な動きを記録し、Matlabで分析し、ACSのための重要な情報をパイロットに提供する条件を明らかにした。様々なパイロットの操縦をリアルタイム入力するプロトタイプシステムを構築し、FFTアルゴリズムやGoertzelアルゴリズムで、ノイズ対策、感度向上、およびセンサー間干渉に対処した。今後の展望は、このようなマンマシンフィードバックシステムに基づき、パイロットの意思決定や特性が反映され、パイロット毎に適応的に操縦性能が改善できるようにするようにした全体的に操縦パフォーマンスを改善する統合アプリケーションを作成することである。)
  

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二つの携帯型ディスプレイを用いた仮想物体の双腕型操作・閲覧手法

  • 研究者: 鷹田 陽介
  • 論文種別・提出年: 修士論文, 大阪大学大学院基礎工学研究科, Mar. 2009.

二つの携帯型ディスプレイを用いた仮想物体の双腕型操作・閲覧手法
  従来ディスプレイは机上で利用されてきたが,小型化,軽量化に伴い,携帯型のディスプレイが普及し,ディスプレイを手に持って利用する機会が増えてきた.携帯型ディスプレイは入出力一体型のデバイスとして利用され,それを仮想物体の操作閲覧に応用する研究が従来から行われている.一方,複数の入出力を持つシステムの研究も従来から行われており,複数の入出力により,作業の効率や入力の自由度が上がるといった効果がある. 本研究では,従来から行われてきた携帯型ディスプレイを用いて仮想物体の操作閲覧を行う手法を拡張し,二つの携帯型ディスプレイを用いて,その位置姿勢をユーザが制御することで三次元仮想物体の操作閲覧を行う手法について述べる.まず,仮想物体の特徴を分類することで,操作閲覧時に想定される状況や必要となる操作について述べる.次に,二つの携帯型ディスプレイを用いたシステムを要素ごとに分類することで,一つの操作方法がどのような要素からなっているか検討する.これら,想定される操作項目と操作方法を構成する要素を組み合わせることで,仮想三次元物体を操作閲覧する手法を網羅的に示す.それら組み合わせた手法について被験者実験を行うことで,各手法のユーザビリティやディスプレイの利用方法を明らかにする.この実験で得られる知見を基に,二つの携帯型ディスプレイを有効に用いる操作閲覧手法について述べ,本研究をまとめる.
  

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作業時の把持圧に基づく動画検索システム

  • 研究者: 南部 俊輔
  • 論文種別・提出年: 修士論文, 大阪大学大学院基礎工学研究科, Mar. 2009.

作業時の把持圧に基づく動画検索システム
  記録デバイスの進歩により映像データを長時間記録し続けることが可能になったことから,作業の一部始終を撮影するという映像データの記録方法が用いられる機会が増えてきている.それに伴い,映像検索,すなわち長時間記録された映像データの中から必要とする場面を選び出す技術が必要とされている.そこで,本論文ではこの問題に対する解決策として,作業時に映像と共に作業者の把持圧の変化を記録し,把持圧情報から求められる作業状態を有効に提示することで映像データの検索を行うシステムを提案する.物を持ち上げる際には握るという行為が行われ,その強さは対象の「重-軽」,「硬-柔」によって変化する.さらに,道具を使用する際は,手に強い力が込められる.把持圧は手と道具の間に発生する圧力であり,その大きさは握る強さに応じて変化する.そのため,把持圧には物を握ったかどうかという情報,握った物の性質に関する情報,握った道具で行う作業に関する情報が含まれていると考えられる.そこでまず,把持圧を分析することで手の状態を判別する手法を提案し,実験により判別精度の検証を行う.そして,これらの把持状態,把持対象,瞬時的な作業に関する情報は作業を表す基本的な情報であるため,作業映像を解釈するに当たって非常に重要な情報となる.そこで,把持状態,把持対象の情報,瞬時的な作業の発生情報を有効に利用することで,効率的な作業映像の検索を可能にするシステムの構築を行う.
  

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仮想影の拡張表現による影インタフェースの操作性に関する研究

  • 研究者: 池田 和人
  • 論文種別・提出年: 卒業論文, 大阪大学基礎工学部, Mar. 2009.

仮想影の拡張表現による影インタフェースの操作性に関する研究
  人間は自らの影と日常的に接しており、影の特徴については経験的に理解している。インタフェースが多様化する中で、この影を利用したインタフェースも提案されており、影を用いたポインティング操作やジェスチャを用いた入力を可能としている。しかし、未だ影インタフェースの設計指針は確立しておらず、詳細なインタフェース設計により操作性を向上できる可能性がある。本研究では、影を拡張表現することでインタフェースの操作性が向上されると考え、2種の拡張表現法を提案し、提案手法に従い2種のシステムを設計・実装した。そのシステムを用いて拡張表現が操作性に与える影響をそれぞれ検証した。
  

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筆記動作のアンビエントセンシングによるユーザ状態推定

  • 研究者: 濱口 菜々
  • 論文種別・提出年: 卒業論文, 大阪大学基礎工学部, Mar. 2009.

筆記動作のアンビエントセンシングによるユーザ状態推定
  近年,コンピュータの小型化やセンサ技術の発達に伴い,日常生活の中にそれらが介在し人々の活動をサポートする場面が増えている.本論文で提案するシステムではユーザが意図的にコンピュータを利用するのではなく,ユーザの本来の活動を妨害せずにアンビエントにユーザを計測することで,状況に応じたサポートを提供することを目指す.本論文では特に筆記動作に着目して,筆記音からユーザの心理状態を推定する.まず予備実験として被験者に筆記タスクを行わせ,振動センサにより机上の筆記音を,加速度センサによりユーザの着座している椅子の動きを計測し,ユーザの心理状態により筆記動作が変化することを確認した.次に計測データを特徴量とし,ユーザの筆記動作のパタンを分類することで,ユーザの心理推定を試みた.その結果,心理状態毎に筆記音がスペクトルによって特徴付けられ,筆記動作の変化として検出できることが分かった.更に,一画毎の筆記音のスペクトルにより,筆記動作時のユーザの心理状態が識別可能であることが示された.
  

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THE SHAKE INTERFACE: 振る動作を用いた家電機器操作インタフェース

  • 研究者: 松本 翔平
  • 論文種別・提出年: 卒業論文, 大阪大学基礎工学部, Mar. 2008.

THE SHAKE INTERFACE: 振る動作を用いた家電機器操作インタフェース
  近年,高度情報化の進む我が国では,「ユビキタスネットワーク社会」の実現に向けた流れの中で,家庭環境で利用される身近な家電機器のインテリジェント化も進んでいる.今後このような家電機器が,ユーザの状態を高度にセンシングできる技術と協働し,ユーザの状態に合わせたアプリケーションを自動的に提供することで,その生活を支援するような場面が増えていくであろう.しかし,自動化された支援システムでは,主観性や状況依存性の強いユーザの満足を常に得られるとは限らず,時として,システムの「おせっかい」が逆にユーザの不満や不安の原因ともなる.このときユーザには,自身の“ 感覚的 ”な不満の程度を家電機器に対して意思表示したいというニーズが生まれる.今後,人間と家電機器の快適な協調を実現していくためには,人間の“ 感覚的 ”な不満を定量化し,家電機器に伝えるための入力手法が必要となる.そこで本研究では,人間がその内面に持っている“ 感覚的 ”な量,すなわち「感性量」を家電機器に対して定量的に伝えるための「感性量入力インタフェース」を提案し,その実装として「振る」動作を用いた家電機器操作インタフェース「シェイクインタフェース」を製作,検証した.
  

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温度感覚複合現実感グローブ ThermoEnhancer

  • 研究者: 岩中 由紀
  • 論文種別・提出年: 修士論文, 大阪大学大学院基礎工学研究科, Mar. 2007.

温度感覚複合現実感グローブ ThermoEnhancer
  情報通信技術は,今後とも,五感通信を目指して発展していくことが期待されている.五感のなかでも,次世代メディアとして触覚が注目され,様々なハプティックディスプレイが開発されている.本研究では,温度感覚に着目し,掌に装着する形態の新たなユーザインタフェースデバイスを開発している.温度感覚提示に関する従来研究としては,物体側の材質温度感を提示するインタフェースが主流であったが,本研究では,温度感覚を拡張し,人間側の感度を高めるインタフェースの提案という全く新しいアプローチを試みている.そこで本論文では温度センサ・風速センサにより得られたセンサ情報をもとに温度刺激を決定し,ペルチェ素子を介してその温度刺激を提示することで温度感覚を拡張するシステムを提案する.そして心理評価から,風刺激により温度感覚の弁別閾が変化するという特性を示し,また,温度刺激が与えられた場合の弁別閾について調査する.
  

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ジェスチャによる家電機器操作のためのインタフェース設計と評価

  • 研究者: 越澤 勇太
  • 論文種別・提出年: 修士論文, 大阪大学大学院基礎工学研究科, Mar. 2007.

ジェスチャによる家電機器操作のためのインタフェース設計と評価
  本研究ではポインティングによる家電機器UI(User Interface)を提案した.特に,大量の項目の中から目的のものを選択する際に有用な新しいUIの設計,評価を行った.また,家電機器操作におけるポインティング手段としてジェスチャが適しているのではないかと考え,ジェスチャによる操作環境を試作した.家電機器の高機能化に伴い操作は複雑化している.家電機器(特に操作が複雑化しているテレビやオーディオ機器など)の一般的なUIはリモコンであるが,従来のリモコンは8のボタンと8チャンネルのようにボタンと操作を対応付けたものであった.そのようなUIでは機能の数だけボタンを増やす必要があり,高機能化した機器には対応することができない.近年ではハードウェアのUIを単純化し,ソフトウェアの作り出したディスプレイ上のUIを用いて操作をするものが増えてきている.ソフトウェアベースの最も成功したUIの一つにGUI(Graphical User Interface)が挙げられる.GUIではポインティングによって操作を行うが,本研究ではその直観性,汎用性に着目し家電機器操作にもポインティングを採用することでユーザビリティを向上できるのではないかと考えた.しかし,マウスを使用するには机などの平面が必要であり,様々な環境で行われる家電機器操作には適さない.また,リモコンなどの機器には手に取るわずらわしさがある.ジェスチャによってポインティングを行えばそれらの問題は解決できるものと考えられる.また,近年ではハードディスクが大容量化し,家電機器で大量の動画や音楽を扱うことも増えている.そのような場合にはスクロールバーがよく用いられるが,スクロールバーの調節はターゲットが少ない場合には必要のない余分な操作でありわずらわしい.スクロールバーに代わる新しいUIとして”Ring”と”Arc”を設計した.
  

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三次元造形支援システムのための操作インタフェース

  • 研究者: 山本 景子
  • 論文種別・提出年: 修士論文, 大阪大学大学院基礎工学研究科, Mar. 2007.

三次元造形支援システムのための操作インタフェース
  本論文は,工業デザイン向け支援システムのための三次元造形操作インタフェースに関するものである.従来のコンピュータ支援設計 (CAD:Computer Aided Design) システムでは,GUI によって大量の
  情報を提示され,マウスによって面や曲線をコントロールするといった不自然な行為が当たり前のように行われていた.そのため,CAD システムを操作する専門のオペレータがおり,デザイナ自らが意図を反映するのは困難であった.さらに平面ディスプレイでの立体表示では,質感やボリューム感といった感性評価上重要な指標を読み取る事が困難であるため,製品のデジタルデータを元に実物体を試作し評価するといった過程が必要不可欠である.しかしこの実物体モデルの作製にも専門技術が必要であり,その変形操作には熟練を要する.そこで本論文では,道具を握るときの手のフォームをコンピュータに取り込むことによって,実際に道具を持ち替えるのではなく握りを変えることによって道具を持ち替えるのと同様の効果をもたらす「握りインタフェース」を提案する.このインタフェースによりデザイナが道具を自然に使用することが可能となることから,三次元形状を確認することに集中しつつ自ら直感的に変形操作を行うことが可能となる.さらにこのインタフェースを表示システム HYPERREAL に適用することにより,形状を評価しながら試作しかつ数値データ化することも可能となる.これによって意匠設計以外の設計工程との連携も期待できる.
  

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マルチディスプレイ環境における頭部姿勢に適応的な誘目インタフェース

  • 研究者: 木室 俊一
  • 論文種別・提出年: 卒業論文, 大阪大学基礎工学部, Mar. 2007.

マルチディスプレイ環境における頭部姿勢に適応的な誘目インタフェース
  近年,ディスプレイやプロジェクタを用いてユーザの周囲の複数の場所に情報を提示することが増えてきた.例えば,大型ディスプレイ・マルチディスプレイ環境における情報提示が増えてきている.また,プロジェクションによる遠隔指示システム・AR 投影型情報提示システムも提案されている.今後はユビキタスコンピューティング環境の浸透に伴い,ユーザの周りに多くの表示デバイスが設置されると考えられる.これらの環境下において情報や状況の変化がユーザの周辺視野や視野外に提示されることがあり,これらの情報の扱いが重要になってきている.そこで,ユーザが見ていないときや,気づいていないときに人目を引くことや,注意を集める,すなわち誘目することによってユーザに情報を気づかせる必要がある.現在も単一ディスプレイ上でユーザを誘目して変化を知らせるエフェクトがあるが,これらはユーザが気づいている時であってもユーザが止めない限り継続的に誘目する.これは,システム側はユーザが情報に気づいているのかどうかを判断できないからである.これを解消するために,Context-Awareness という考え方があり,ユーザのコンテキストを意識した上で情報を提示する必要がある.コンテキストとは,一般的にはユーザ自身のしぐさ,動作状態,感情,ユーザを取り巻く状況などを含む幅広い解釈が可能な言葉である.本研究ではユーザの頭部姿勢を計測しユーザの状態を推定し,それに合わせて情報提示方法を動的に変えることによってユーザを誘目する手法を提案する.本研究は誘目の部分と頭部姿勢に適応的な情報提示手法の部分にわけることができる.これらを統合することにより,今まで気づくことが難しかった場所に提示される情報をユーザに気づかせることができ,さらにはユーザが情報を認知する際の負荷を減らすことができる.
  

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インタラクティブな不可視物理現象の可視化システム

  • 研究者: 富樫 淳
  • 論文種別・提出年: 卒業論文, 大阪大学基礎工学部, Mar. 2007.

インタラクティブな不可視物理現象の可視化システム
  近年,教育機関で用いられている教材のほとんどが,紙でできた教科書である.しかし,紙の上での表現方法には限界があり,特に 3 次元空間内での物理現象の振る舞いを表現するのは困難である.本研究は,学生を対象とし,理論よりもイメージを与えることによって理解させるシステムの構築を目的とする.そして,ブロックによるインタラクティブなモデリングを行い,物理量を色で表現することで,物理現象の振る舞いを色の変化によって表すシステムを提案した.ブロックに色を表示する方法は,MR によってブロックと色とを重畳する手法を用いた.色の変化によるイメージの正当性や,ブロックを用いることの利点を評価実験で検討した.その結果,物理現象のイメージをユーザに与えることができ,インタラクティブにブロックを立体構成することで,物理現象に対する理解が増すことを確認した.
  

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ヒューマノイドを用いた遠隔作業指示システム

  • 研究者: 西平 樹広
  • 論文種別・提出年: 修士論文, 大阪大学大学院基礎工学研究科, Mar. 2006.

ヒューマノイドを用いた遠隔作業指示システム
  本研究では,物体の回転や配置を行うような作業において,遠隔地の作業者へ的確な指示を提示することを目的とする.遠隔地からこのような作業に関する指示を行う場合,テレビ会議システムでは実物体と作業指示の位置関係など立体的概念を伝達することが難しい.そこで本研究では,遠隔地への指示提示手法として,ヒューマノイドのジェスチャを用いた手法を提案する.この手法は,普段我々が対面でコミュニケーションを行う際に用いる見慣れたジェスチャによる表現であるため,学習や慣れを必要とせず,また,モニタ表示と異なり実物体との位置関係を理解しやすい.本論文では,ヒューマノイドを遠隔地から制御してジェスチャを行わせることにより遠隔地の作業者に指示を行う遠隔作業指示システムを構築し,システムの有効性,指示者の視点設定,指示入力用インタフェースのデザインなどについて評価する.指示の入力方式は,ヒューマノイドの動きを直接入力するようなマスタスレーブ方式でなく,物体の回転方向や変更内容など物体への操作そのものを入力し,かつ,サイト間ではより抽象度の高い情報として伝達する方式を採用する.ヒューマノイドの関節角度をそれぞれ入力するのはでは困難であるが,本手法では物体に施す操作を直接入力するため,指示入力が容易となる.また,遠隔地の指示者の位置(カメラの設定位置)とヒューマノイドの位置関係が異なる場合でも,適宜座標変換を行うことにより常に幾何学的に整合したジェスチャを行うことができ,ヒューマノイドの自由度が人間の自由度に比べて低い場合でも,人間が行うジェスチャをヒューマノイドが実行できるジェスチャに変換して提示することにより常に適切な表現が可能となる.さらに間での通信データ量を抑えることもできる.ヒューマノイドは指示者の指示入力により適切な指示を提示できる位置へ自動的に移動し,ジェスチャを実行する.以上のような遠隔作業指示システムを構築し,そのシステムを用いて指示を提示した時に遠隔地の作業者に正確に指示が伝わるか,また,このシステムのインタフェースを用いて的確な指示入力ができたかどうかなど,評価実験を通して本システムの有効性を確認する.
  

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姿勢入力を有するモバイル端末のための力覚提示

  • 研究者: 竹原 裕輔
  • 論文種別・提出年: 修士論文, 大阪大学大学院基礎工学研究科, Mar. 2006.

姿勢入力を有するモバイル端末のための力覚提示
  携帯電話やPDAを初めとするモバイル端末の小型・軽量化が進み,我々の生活に急速に浸透しつつある.しかしモバイル端末の手軽さや軽さと引き換えに,ユーザとのインタラクションは未だに小さな画面と少ない入力装置に限定されている.最近ではモバイル端末における画面のスクロールを効率的に行うために,モバイル端末に姿勢入力を付加する動きが登場している.姿勢入力は一度操作を覚えてしまえば,身体的な感覚を利用してスクロール操作を行うことができる.しかし,目的の場所でスクロールを止めるのが難しく,スクロール中に現在地がわからなくなるといった問題点も指摘されている.そこで本研究ではこれらの問題を解決するために姿勢入力に力覚フィードバックを組み合わせる.
  

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受講者の活性度と主観的評価の提示に基づく授業支援システム

  • 研究者: 相馬 奈美
  • 論文種別・提出年: 卒業論文, 大阪大学基礎工学部, Mar. 2006.

受講者の活性度と主観的評価の提示に基づく授業支援システム
  日本の授業は国際的な標準に比べ,講師と学生との間のインタラクションが活発でないと言われている.講師はひたすらに喋って説明を続け,学生は黙ったままただノートを取るなど,講師から学生へ一方的な状況となっている.講師は,学生が何の反応もないため,授業内容をちゃんと理解しているのかどうか理解し難い.また,生徒は,講師の説明に理解出来ない内容や疑問点が生じた場合でも発言しにくい.これでは,講師・学生間のコミュニケーションも乏しく,相互の理解が深まらない.このような授業の状況を改善し,講師・学生の相互理解を深め,かつ,気軽に質疑や意見交換が出来る授業環境の実現を目的とする.授業における講師と学生の間の情報には,学生の疑問点や授業の進度,わかりやすさなど,学生が意識することが出来る主観的なものと,学生の授業への集中度や覚醒度のような,意識することが難しいために客観的に測定せざるを得ないものとに分かれる.そこで本論文では,客観的情報の計測と主観的情報の提示を組み合わせるために,講義シーンの画像処理と学生の端末からの通信を同時に使用して,講師・学生の両方を支援するシステムを提案する.
  

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ジェスチャ操作に適した量操作ウィジェットの設計と評価

  • 研究者: 越澤 勇太
  • 論文種別・提出年: 卒業論文, 大阪大学基礎工学部, Mar. 2005.

ジェスチャ操作に適した量操作ウィジェットの設計と評価
  本論文では,ジェスチャによって操作を行うインタフェースにおける,インタフェースを構築する部品(ウィジェットと呼ぶ)の設計と評価を行う.ウィジェットの組み合わせで構築された汎用的なインタフェースの例として GUI が挙げられるが,GUI のウィジェットはマウス操作用に設計されており,ジェスチャ操作を行う場合そのようなウィジェットが向いているとは限らない.そこで,本研究では音量調節等に用いられる量操作ウィジェットを取り上げ,ジェスチャ操作の特性に基づいてジェスチャ操作用のウィジェットを設計した.また,それらのウィジェットとマウス操作用のウィジェットをジェスチャで操作したときの比較を行い,設計したウィジェットの評価を行った.
  

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ToolDevice:道具のメタファを利用した実世界指向インタフェース

  • 研究者: 池田 洋一
  • 論文種別・提出年: 修士論文, 大阪大学大学院基礎工学研究科, Mar. 2004.

ToolDevice:道具のメタファを利用した実世界指向インタフェース
  本論文では,自然で直感的なヒューマン・コンピュータ・インタラクションを実現するための情報操作デバイス,ToolDeviceについて述べた.ユビキタス・コンピューティングの発達に伴い,私たちの身の回りのデジタル情報機器は日常生活の中に透明な存在として溶け込みつつある.このような環境において,情報の取り扱いをユーザにとって分かりやすいものにするためには,自然に理解できる操作方法と,一貫性の高い情報提示手法が必要である.しかし,電子的な情報機器は操作をアフォードするような機械的構造を持たず,内部の処理も目に見えないため,はっきりとしたアフォーダンスがなく,ユーザが操作に対する適切なメンタルモデルを構築するのが難しい.そこで,物理的な道具が持つアフォーダンスとそのメタファに注目し,道具型入出力デバイスであるToolDeviceについて実装・検討を行った.
  

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ヒューマノイドを用いた遠隔作業指示に関する研究

  • 研究者: 西平 樹広
  • 論文種別・提出年: 卒業論文, 大阪大学基礎工学部, Mar. 2004.

ヒューマノイドを用いた遠隔作業指示に関する研究
  遠隔地へ作業指示を行う場合,テレビ会議システムでは実物体と指示の位置関係を理解することが難しい.そこでプロジェクタによる投影やHMDなどVR技術を用いた遠隔指示法が研究されているが,我々が対面でコミュニケーションするときに比べ見慣れない表現であるため,学習や慣れを必要とするという問題がある.そこで我々は,見慣れたジェスチャによる表現でありながら,モニタ表示と異なり実物体との位置関係が理解しやすいコミュニケーション手法として,ヒューマノイドのジェスチャを用いた意図伝達方式を提案し,評価を行った.
  

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触覚フィードバックを付加したMR型道具インタフェース

  • 研究者: 竹原 裕輔
  • 論文種別・提出年: 卒業論文, 大阪大学基礎工学部, Mar. 2004.

触覚フィードバックを付加したMR型道具インタフェース
  本論文では,PHANToMとMRディスプレイを用いることで,実際の道具に近い視覚・触覚フィードバックを提示することができるMR道具型インタフェース “MR Tool Interface”を提案した.MR Tool Interfaceで表示する道具の例としてスプーンのメタファとフォークのメタファを利用したアプリケーションを提案した.スプーンのメタファを利用するアプリケーションでは液晶ディスプレイに表示されたディジタルデータを“すくう”とそのデータの存在が重量感としてフィードバックされる.また,フォークのメタファを利用するアプリケーションではデータを“刺して”取得し,その際重量感に加えてデータを刺すときの抵抗感もフィードバックされる.MR Tool Interfaceを用いて,道具のメタファを利用するユーザインタフェースデバイスにおける視覚・触覚フィードバックの有効性,およびそれらの相乗効果に道具型インタフェースついて調査するためにユーザテストを行った.その結果,重量感や外力からの反発力など,リアリティのある道具の視覚・触覚フィードバックが提示されることによってユーザの操作感覚が向上することが確認された.現実の現象に近い触覚フィードバックが提示される場合には,視覚フィードバックがなくても操作感が高く,またMRによる視覚フィードバックが存在する場合には,触覚フィードバックのリアリティが多少落ちても,操作感が高いことがわかった.また,振動のような実際に道具を操作したときの触覚とは全く異なる触覚フィードバックを提示した場合には,操作感はあまり向上しないことがわかった.このユーザテストから,道具のメタファをディジタルデータの操作に応用する際にどのような視覚・触覚フィードバックがユーザの操作感覚の向上に有効なのかという指針を得ることができた.
  

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