内容梗概
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拡張現実感を用いたバーチャルスタジオのための対話的表示誤差補正


近年、バーチャルスタジオを用いたスタジオ撮影が盛んに行われている。これにより、スタジオ内の演者と仮想空間を重畳表示することが可能である。一方で、仮想現実感の分野では、シースルー型のヘッドマウントディスプレイ(HMD)や左右で偏光の違う2台のプロジェクターを用いて現実空間と同時に仮想物体を直接立体視することができる拡張現実感と呼ばれる技術が利用されている。そこで、本稿では、拡張現実感を用いて仮想物体を操作する様子をバーチャルスタジオで撮影することを目的とし、その際に生じる現実空間と仮想空間の位置ずれの問題について議論する。

バーチャルスタジオにおいて演者が行う仮想物体操作を撮影するためには、拡張現実感を用いて仮想物体操作をするための現実空間と仮想空間の位置合わせと、その様子をバーチャルスタジオで撮影するための現実空間と仮想空間の位置合わせを同時に実現しなければならない。すなわち、演者が拡張現実感を用いて仮想物体と現実物体が一致したと知覚する時に、バーチャルスタジオで作成する合成画像においても2つの物体の位置が一致していなければならない。

このような現実空間と仮想空間の位置合わせを実現する際には、次の2つの誤差が問題となる。1つは、演者がHMDやプロジェクターなどの立体ディスプレイを通して現実空間と仮想空間を知覚する際、現実空間の知覚過程と仮想空間の知覚過程が完全には一致しないために生じる誤差(知覚誤差)である。もう1つは、バーチャルスタジオで現実空間中のカメラから得られる映像と仮想空間中の仮想カメラから得られるコンピュータグラフィクス(CG)映像とを合成する際に、現実空間を撮影するカメラと、仮想空間の映像を作成する仮想カメラの結像過程の間に生まれる誤差(キャリブレーション誤差)である。従来研究では、事前にこれらの誤差を個別に補正することが試みられていた。しかし、誤差補正を正確に行うには専門の設備や高度な技術が要求されることが多い。また、本研究のように仮想物体操作の撮影の実現を目的とする場合、誤差の許容範囲は仮想物体や操作内容に依存して決まるので、事前に個々の誤差を補正しておいたとしても、その精度が十分とは限らない。そこで本稿では、演者が実際に物体操作をする様子の撮影結果に基づき、合成画像上で生じる誤差の許容範囲の決定と、それに伴う現実空間と仮想空間の位置合わせを達成するための誤差補正の2つを対話的に同時に実現する手法を提案する。

上に挙げた2つの誤差、すなわち、知覚誤差とキャリブレーション誤差は、物体操作の撮影結果として得られる合成画像上において、現実空間と仮想空間の位置ずれという1つの誤差(表示誤差)となって現れることになる。よって本研究では、知覚誤差とキャリブレーション誤差を個々に補正するのではなく、これら2つの誤差の結果として生じる表示誤差を補正することを目指す。この補正の目標は、誤差補正によって、完全に表示誤差をゼロにすることではなく、表示誤差、仮想物体操作の様子を伝えるための許容範囲内に収めることである。このときの誤差の許容範囲は、仮想物体とそれに対する操作内容に基づいて決定する。演者が物体操作を行う際には、操作の利便性のために実物体と仮想物体の位置関係に関して``操作点は物体表面上に存在する''、``物体は互いに内部に入り込まない''など現実空間と同様の物理的制約が演者とシステムの間で共有される場合が多い。演者は、この物理的制約に基づいて物体操作を行うので、この時の誤差の許容範囲とはこのような制約を満足する物体操作が実現されるための最大誤差であると考えることができる。そこで、ユーザが指示する点の仮想空間での位置がこのような物体操作が実現されるように仮想物体の位置を補正することにより、その操作の許容範囲内に誤差を収めることを考える。このような補正は、演者の物体操作において、物理的制約が満足されない状況が生じる毎に実行し、それによる補正結果を以降の仮想物体操作の撮影に反映させることによって対話的に実現する。

本手法の有効性を確認するために以下のような実験を行った。演者が行う物体操作として指示棒を用いて静止した仮想物体を指示する場合を考え、様々な位置に提示された仮想物体を演者が指示する状況における誤差の変化を調べた。また、この時の仮想物体の大きさを変化させた場合に、本手法によって誤差がどこまで補正されるかについても調べた。結果として、物体操作が繰り返されるにつれ、誤差が減少していくことが確認できた。また、演者に提示する仮想物体の大きさが小さくなるにつれて誤差の値も小さくなり、指示対象の大きさによる誤差の許容範囲の変化に対応できることが示された。


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