研究分野:複合現実博物館

光学シースルーディスプレイにおける近接照明効果の補正手法

  • 研究者: 中嶋 康博
  • 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.

光学シースルーディスプレイにおける近接照明効果の補正手法   近年,コンピュータにより作られた仮想空間と実空間とを融合する複合現実感(Mixed Reality:MR) 技術に関する研究が盛んに行われている.複合現実感技術により実空間中の物体へ仮想空間中の情報を付加することができる.このため複合現実感技術は,医療・福祉,教育,建築・都市計画といった幅広い分野でユーザの作業支援や理解促進を目的として利用されている.複合現実感技術は実物体へ情報を付加することができるだけでなく,実空間の物体にコンピュータで作られた画像を重畳し,物体の見え方を変化させることもできる.このような実空間には存在しない仮想的な画像情報を実空間の物体と重畳してユーザに提示することで,物体の色をユーザの意図する色に変化させる色再現の研究が行われている.複合現実感技術を用いた色再現の研究の一つに光学シースルー方式を用いた研究がある.光学シースルー方式を用いることで,小型で安価な色再現システムを構築でき,システムを使用する際にユーザは不快感を覚えることはない.この光学シースルー方式を用いた色再現の研究では,ディスプレイとハーフミラーを用い,ディスプレイに表示させたコンピュータの画像をハーフミラーを用いて色再現の対象となる実空間の物体と重畳させることで色再現を行う.しかし,色再現システムと対象物体が近接すると,近接した際に生じる光学現象のため色再現精度が低下してしまう.そこで,本研究では,光学現象のモデル化を行い,モデルの逆問題を解き光学現象の影響を補正し,システムと対象物体が近接する場合において色再現精度の向上を目指す.   

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近接光学シースルー方式複合現実感ディスプレイのための光学補正モデル

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

近接光学シースルー方式複合現実感ディスプレイのための光学補正モデル
  近年,コンピュータにより作られた仮想空間と実空間とを融合する複合現実感(MixedReality:MR) 技術に関する研究が行われている.複合現実感技術により,ユーザは仮想空間と実空間が融合した空間を体験することができる.このため,複合現実感技術は,アートやエンターテイメント,医療・福祉,教育,建築・都市計画といった幅広い分野での利用が期待されている.この複合現実感技術を用いて,実空間の物体にコンピュータで作られた画像を重畳し,物体の見え方を変化させることができる.このような実空間には存在しない仮想的な情報をユーザに提示することで,物体の色をユーザの意図する色に変化させる色再現の研究が行われている.複合現実感技術を用いた色再現の研究の一つに光学シースルー方式を用いた研究がある.光学シースルー方式を用いることで,小型で安価な色再現システムを構築できる.また,システムを使用する際にユーザは不快感を覚えることはない.この光学シースルー方式を用いた色再現の研究では,ディスプレイとハーフミラーを用い,ディスプレイに表示させたコンピュータの画像をハーフミラーを用いて色再現の対象となる実空間の物体と重畳させることで色再現を行うことができる.しかし,色再現システムと対象物体が近接した際に色再現精度が低下してしまう.そこで,本研究では,色再現精度が低下する原因を明らかにし,システムと対象物体が近接する際に色再現精度の向上を目指す.
  

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光学シースルー複合現実環境下における奥行き面の知覚特性に関する研究

  • 研究者: 小谷 亘介
  • 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. 2005.

光学シースルー複合現実環境下における奥行き面の知覚特性に関する研究
  複合現実感 (MR: Mixed Reality) 技術の発達に伴い、娯楽分野や都市計画分野、医療・福祉分野、さらには災害対策分野や教育分野など、様々な応用分野が開拓されてきた。MRにおいては、CG (Computer Graphics) で形成される仮想世界と、実際にわれわれが暮らしている現実世界とを重畳してユーザに提示する。その際、違和感を生じさせないために、仮想世界と現実世界との間の位置ずれや、照明条件の不一致、時間遅れなどを解決する必要がある。また、立体表示ディスプレイを用いて仮想世界を提示する場合、奥行きを知覚させる手がかりの不一致に起因する、没入感の消失や、疲労などの問題も報告されている。本研究では、MR環境下におけるヒトの奥行き知覚特性を調べ、MRコンテンツの設計指針を得ることを目的とする。そこで、立体表示ディスプレイを用いて、光学シースルー型MRシステムを構築し、MR環境下でのヒトの奥行き弁別精度について調べた。実験1では、前額面に平行な実物の平面と、立体表示ディスプレイによって提示された仮想平面との間で弁別課題を行った結果、どちらも仮想平面であった場合に比べて、弁別閾のシフトが見られた。また、仮想平面と実物の平面との重複領域の有無や、両者の大小関係によって、シフトに差があることもわかった。このことは、MR環境において、仮想平面と実物の平面との間に、奥行き知覚に関する相互作用があることを示している。同様の現象が、奥行き方向に傾きを持つ面に関しても起こるということが、Hill ら (2004) や Oruc ら (2003) 、Raymond ら (1999) らによって心理物理学的な手法を用いて確認されている。実験2では、鉛直軸に対してある傾きを持った実物の平面と、それとは独立な傾きに知覚されるような視差勾配のついた仮想平面とを重畳して提示し、実物の平面と前額面との弁別課題を行った。その結果、仮想物体の視差勾配が、前額面との傾き差の検出率に影響を及ぼすことがわかった。以上の結果と、両眼に異なる映像を提示できるという立体表示ディスプレイの特徴を踏まえ、光沢感を持ったテクスチャを現実の物体に付加するというアプリケーションを提案、試作システムを構築した。
  

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透過度可変型光学シースルー方式を利用した実物体に対する色再現システム

  • 研究者: 青木 洋一
  • 論文種別・提出年: 卒業論文, 大阪大学基礎工学部, Mar. 2005.

透過度可変型光学シースルー方式を利用した実物体に対する色再現システム
  複合現実感 (Mixed Reality:MR) は,従来のバーチャル・リアリティー (VR) やコンピュータ・グラフィックス (CG) で描画した仮想空間と現実世界を融合させる技術であり,近年では,アートやエンタテイメントの分野に留まらず,医療・教育・都市計画といった幅広い分野で盛んに研究されている.実世界と仮想世界を違和感なく融合させるには,時間的整合性,幾何学的整合性,光学的整合性の三つの整合性を実現することが必要不可欠である.時間的整合性とは実世界と仮想像の動きを時間的に整合させることである.また幾何学的整合性とは実世界と仮想像の幾何学的位置に整合性を持たせることであり,光学的整合性とは実物体と仮想像との間の陰影関係や色調などを一致させることである.従来,時間的・幾何学的に実世界と仮想像を整合させる研究は盛んに行われている.光学的整合性の問題に関しても,実物体と仮想像の陰影関係や反射特性などを整合させる研究は行われている.しかし,MR 技術をデザイン作業支援システムや文化財の仮想的修復に応用するためには MR 環境で合成される色彩が得たい色を正しく色再現されたものであることが必須である.本論文では,MR 技術における色彩に着目し,実物体を目標色に適切に色再現するシステムを提案する.MR 技術としては,従来方式の一つである光学シースルー方式を拡張し,透過度可変の素子を付加した透過度可変型光学シースルー方式を提案する.本システムは,透過度が可変であることにより実物体の分光反射率に依存することなく色再現が可能であることが大きな特徴である.
  

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LCDキューブによる光学的複合現実感

  • 研究者: 中山 浩佑
  • 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.

LCDキューブによる光学的複合現実感
  複合現実感においてより高い現実感を得るために、実世界と仮想世界の整合性を的確に取ることが求められている。この整合性としては幾何学的整合性、光学的整合性、時間的整合性といったものが代表的に挙げられる。本論文では、特に光学的整合性に注目して考案する。光学的整合性の実現には実世界の照明環境の取得と、この照明環境の精確な再現が必要となる。本論文では、照明環境の再現を目的とした新たな全周パターン照明装置”LCDキューブ”を提案し、この照明装置による光学的複合現実感の実現を目指す。
  

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液晶ハーフミラーを用いたMR型色再現

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

液晶ハーフミラーを用いたMR型色再現
  複合現実感において,視覚や聴覚,触覚といった感覚情報の適切な提示が必要であるが,実世界と仮想環境が合成されたときに受け取られる感覚の整合性には多くの問題が残されている.本研究では,この問題の中から,作業者に提供する最も有力な感覚情報として視覚情報を取り上げ,光学的な整合問題の1つである色彩情報の再現性について述べる.MR技術としてハーフミラーを用いた光学シースルー方式を用い,実世界の物体色に仮想色を光学的に重畳する実物体ベースの色再現システムを提案する.本システムでは,透過度を調節できるハーフミラーとして液晶パネルを用いることで、分光反射率の低い実物体に対して、実環境の影響を最小限に抑えながらユーザが意図する物体の色の見えを再現することができる.本研究で提案した手法を用いて,対象物体に対して目標色を設定し,その目標色を再現する実験を行った.その結果,実物体の分光反射率や実世界の照明状況や実物体の分光反射率に対応した目標色を再現できることが確認された.
  

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