Research | リアル身体での運動を伴わない身体没入型VRインタフェース

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リアル身体での運動を伴わない身体没入型VRインタフェース

　モーションキャプチャを用いた現行のVR（Virtual Reality）システムでは、バーチャルの身体の動きがリアルの身体で実行可能なものに制限されてしまいます。例えば、リアル身体とスケールの異なるバーチャル身体を操作するとき動作によってはリアル身体が干渉してしまうことが考えられます。また、関節可動域以上の運動はバーチャル空間で行うことができません。そこで、リアル身体での運動を伴わない身体没入型VRインターフェース「Motion-Less VR」という概念を提案し、身体の拡張を目指してその枠組みの中で様々な研究に取り組んでいます。

　Motion-Less VRは、リアル身体での運動を抑制した状態で、運動意図を正確に読み取り、その意図に応じて適切に感覚情報を提示することで実現されます。右図はMotion-Less VRを示指に適用した例です、ユーザが指を動かそうとした際に発生した力をセンサで取得し、力学に基づく形で運動意図の解釈を行い、その結果をHMD（Head Mounted Display）を用いて視覚へ提示しています。システムの評価実験を行ったところ、市販のハンドトラッキングデバイスと近い操作性が担保されていることが確認されました。

　Motion-Less VRに用いられる動力学モデルの関節には、運動の安定化や可動域表現の為に粘弾性特性が付与されています。この粘弾性特性の様々な変更に対するユーザの適応能力について、実験を通した調査を行っています。またMotion-Less VRでは身体を固定することが前提となっています。一方で身体の構造上、関節角度に応じて、筋発揮の仕方は異なります。そこで、リアル身体の固定姿勢に応じたユーザの運動意図を、バーチャル身体の入力信号として、適切な形に変換することが必要となります。この変換について、人間の特性や構造に基づいた手法の検討を進めています。

　そして、Motion-less VRにおいて人間への触覚提示を電気刺激によって行っています。電気刺激は機械受容器の神経を直接発火させることで、力覚によらず人間に触覚を提示します。また、機械受容器は四つ存在し。それぞれが異なる刺激を受け取りますが、その得られた刺激の統合により、どのような触覚が与えられたかを人間は判断しています。そこで、この原理を基に電気刺激を用いて、各受容器を別々に刺激するシステムを実現し、人間に様々な触覚を提示することを目的としています。現在では、足裏に重きをおいて、物体と接触した際に得られる摩擦感覚の提示に取り組んでいます。

研究業績

中村壮亮, "VRにおける身体没入に向けた課題とMotion-Less VRの取り組み"
日本知能情報ファジィ学会誌, Vol. 33, No. 3, pp. 13-20, 2021.8. （解説）

井口純志, 望月典樹, 今永尚志, 大谷拓也, 中村壮亮
"経皮電気刺激による足裏への摩擦感提示の基礎検討"
ロボティクスメカトロニクス講演会2021, 1P3-I12, 2021.6, オンライン

望月典樹, 中村壮亮
"Motion-Less VRの研究：上肢多関節運動の実現に向けた基礎開発"
第21回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会, 2D1-04, 2020.12, オンライン

望月典樹, 中村壮亮
"リアル身体の運動を伴わない身体没入型VRインタフェース「Motion-Less VR」の実現に向けて"
第70回サイバースペースと仮想都市研究会, 日本バーチャルリアリティ学会研究報告, Vol.25, No.CS-2, pp. 133-135, 2020.10, オンライン（受賞講演）

望月典樹, 中村壮亮
"Motion-Less VRの研究：二軸性関節における運動意図の取得に向けた基礎開発"
第25回日本バーチャルリアリティ学会大会, 3C1-3, 2020.9, オンライン

今永尚志, 望月典樹, 大谷拓也, 中村壮亮
"Motion-Less VR：リアル身体とバーチャル身体の姿勢相違を考慮した運動意図取得手法に関する基礎検討"
第25回日本バーチャルリアリティ学会大会, 3C1-3, 2020.9, オンライン

小山千皓, 望月典樹, 中村壮亮
"Motion-Less VRの研究：バーチャル腕における肘関節の粘弾性変化に対するユーザの適応能力の調査"
第25回日本バーチャルリアリティ学会大会, 1D3-7, 2020.9, オンライン

中井凜太郎, 望月典樹, 中村壮亮
"Motion-Less VRの研究：頭部の設計とVR酔いに関する事前検討"
第25回日本バーチャルリアリティ学会大会, 2C1-5, 2020.9, オンライン

N. Mochizuki, S. Nakamura
"Development of Immersive VR Interface of Finger Motion without Restriction of Real Environment"
The 2019 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS 2019), WePS2.69, 2019.

望月典樹, 今永尚志, 小山千皓, 中村壮亮
"Motion-Less VR: リアル身体の運動を必要としない身体没入型VRインタフェースに関する基礎検討"
日本バーチャルリアリティ学会第22回サイバースペースと仮想都市研究会シンポジウム, 日本バーチャルリアリティ学会研究報告, Vol.24, NO.CS-4, pp.13-14, 東京

望月典樹, 中村壮亮
"Motion-Less VR: リアル身体の運動を必要としない全身没入型VRインタフェース"
第24回日本バーチャルリアリティ学会大会, 6B-09, 2019.9, 東京

研究の担当者