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1 ヒューマンメディア工学 Human Media Engineering 情報環境ヒューマンインタフェースと体感メディア技術 加藤俊一 Toshi KATO 最初にクイズ 情報環境 って何だ? ( ネットでも検索してみよう ) 人間と情報環境とのインタラクション 情報環境 情報の創造 処理加工 伝達 蓄積を行う過程で それを実現するための情報メディア ソフトウエア データベースなどの利用可能な環境をいう ( 三省堂 大辞林第二版 ) 情報を取り巻く環境のことである 環境情報ということもあるが若干意味合いが異なる場合が多い 情報に対してアクセス ( 収集 発信 ) する環境と情報を加工する環境があるとされている 情報環境の要素としては 一般的にネットワークやコンピュータといったものが連想されやすいが 図書館や書店 テレビやラジオといったものも情報に関わっているので これらも要素といえる (Wikipedia 2006 年 6 月 18 日 2008 年 6 月 2 日 ) Wikipediaの説明は ちょっとヘンだな 人間と情報環境とのインタラクション cf. 環境 ( 三省堂 大辞林第二版 ) 取り囲んでいる周りの世界 人間や生物の周囲にあって 意識や行動の面でそれらと何らかの相互作用を及ぼし合うもの また その外界の状態 自然環境の他に社会的 文化的な環境もある が良い に左右される 家庭 破壊 周囲の境界 まわり 人間と情報環境とのインタラクション 人間 ( あるいは人間の集まり ) 接点で相互作用 (interaction) 情報環境 人間の知的活動や身体的行動を支援するための様々な情報サービスを実現するための環境 マルチメディアコンテンツ データベース 知識ベース 情報処理 ネットワーク センサー 表示装置などから構成される 人間と情報環境とのインタラクション interact (vi) 相互に作用する, (~ と ) 互いに影響しあう [with] interaction (n) 相互作用 [with]; 相互連関 [between]. interactive (adj) 相互に作用する ; コンピュータ 対話式の, インタラクティブな. 1

2 人間と情報環境とのインタラクション interface (n) ( 異なる物の ) 境界面, 中間共通面 ; 共有領域 ; コンピュータ インタフェース interface (vi, vt) 連結する [with]; 調和 ( 整 ) する [ させる ]; コンピュータ インタフェースをとる. ( 復習 ) ヒューマンインタフェース 人が 機器 と接する部分 サービス と接する部分 人 社会 と接する部分 何を書いてほしかったか ( 復習 ) ヒューマンインタフェース 人に優しいヒューマンインタフェース ( 例 ) 使いやすい 見やすい 押しやすい わかりやすい 練習いらず 失敗なし 満足感 楽しい ストレスなし 実は やわらかアタマ で考えてほしかった ネット上には 古いパラダイムの考えばかりがめだつ! そんなのを参考にしてたら 20 世紀の製品 サービス しか企画できない人になっちゃうョ! 何を書いてほしかったか ( 復習 ) ヒューマンインタフェースの視点 身体的側面 機器と身体的な特性との整合性 形状 運動能力 ( 操作性 ) 知覚能力 ( 視認性 ) ボタンの押しやすさ 画面の見易さ (1980 年代まで = 大量生産時代の観点 ) 情報の表現方法の自然性 マルチメディア マルチモーダル マルチメディア時代 & バリアフリーへの配慮が始まる (1980 年代後半からの観点 ) 何を書いてほしかったか ( 復習 ) ヒューマンインタフェースの視点 知識的側面 操作方法の明快さ 類推可能性 操作ミス ( エラー ) からの回復 機能の体系の明快さ 提供する機能の粒度 規模 過不足 常識 要求される背景知識 類推可能性 人間への メンタルな負荷 ヒューマンエラー に対する配慮が始まる (1990 年代から ) 何を書いてほしかったか ( 復習 ) ヒューマンインタフェースの視点 感性的側面 主観的な特性との整合性 嗜好 価値観 目的意識 カスタマイズ可能な範囲 目的との整合性 表層的 vs 深層的 個人情報 再利用 高度利用 セキュリティ 人間は何に満足感を求めようとしているのか?(21 世紀の視点 ) ( 表層 ) 製品の個別性 ( 例 : 差別化欲求 ) ( 深層 ) サービスを利用する本来の目的 ( 例 : つながり感 癒し 自己実現欲求など ) 2

3 GUI (Graphical User Interface) 計算機のユーザインタフェース 40 年代 : 電気配線 + ランプ 50 年代 : 紙テープ + プリンタ 60 年代 : キーボード + キャラクタディスプレイ入出力装置の 電子 化 70 年代 : キーボード + グラフィックディスプレイ航空管制データのグラフ化 マップ化 GUI (Graphical User Interface) 計算機のユーザインタフェース 80 年代 : キーボード + マウス + ビットマップデスクトップメタファ 実世界 のモデル化と投影 90? 00? 10 年代?: ビジュアルエージェント執事メタファ 00? 10 年代?: 実世界インタフェース実世界メタファ Scientific Visualization コンピュータシミュレーションと可視化技術 70 年代 : データの 2 次元グラフ化計測 記録されたデータの把握 80 年代 : コンピュータグラフィックス物理法則に基づくシミュレーション忠実に可視化 (2 次元 ) 90 年代 : ステレオ表示可視化 (2 次元 3 次元 ) 人為的ルール 00 年代 : どこに向かう? 現実世界の中で? Scientific Visualization 可視化技術 物理現象 : 物理化学法則のシミュレーション ( 分子運動 CG) 物理化学的な計測値 (AMEDAS) 論理 ルール : アルゴリズム ( フローチャート アニメ ) 法律上の制約 ( 建築基準法 ) 感性 : 感性モデル ( 相関関係 モデルの対比 ) [ 課題 1] Scientific Visualization ( ビデオ資料を見ながら ) 可視化とはどういうことか? 不可視情報を可視化することによって 大幅に理解が容易になり 便利になると考えられるものを 列挙してみよう その理由は? ( 参考 ) 不可視情報そのほんの一例 ( 狭義 ) 目には見えない情報 ( 広義 ) 人間が直接感じ取ることが難しい情報 赤外線 紫外線 電波 小さすぎるもの ( 原子 分子 ) 大きすぎるもの( 天体 宇宙 ) 表面に現れてないもの ( 皮下 内臓 骨格 ; 地下 ; 水中 ) 振動 超音波 ( 高周波 ) 低周波 流れ ( 水 空気 ; 交通 ; 情報 ) 温度 湿度の分布 早すぎるもの ( 化学反応 ) 遅すぎるもの( 成長 ) 危険 安全 健康状態 体力 疲労 エネルギー 学習 知識 感情 感性 3

4 VR: Virtual Reality ( 仮想現実 ) virtual (adj) 限定 ( 名目上はそうではないが ) 実質上の 事実上の 実際上の virtual memory( 仮想記憶 ) 光学 虚の 仮の 注意 : vain (adj) カラの 実質のない が原義 むなしい 中身のない ; つまらない 価値のない ; 虚栄心の強い うぬぼれの強い Vanity Fair( 虚栄の市 ) VR: Virtual Reality ( 仮想現実 ) Virtual Reality 人間の五感 ( 視覚 聴覚 触覚 + 味覚 嗅覚 ) である感覚器官に知覚させるための技術 物理法則やルールに基づいた 世界 の構築 Animated cartoon physics 計算機内に現実世界を 模擬 投影 参考 : CG: Computer Graphics 主として視覚情報 次世代の CG を VR だと言う人もいる Virtual Reality の基本的な要件 (1) 没入感 immersion, immersive: 全感覚 ( 現状は視聴覚 ) で感じる外界が すべて計算機制御された空間 Cf. 計算機制御された空間を 全感覚 ( 現状は視聴覚 ) を通して知覚 質感 e.g. 高精細 高品位 Virtual Reality の基本的な要件 (2) インタラクティブ性 interactivity: 人間が対象 状況に働きかけられる Cf. 特定の対象を選び出して Cf. 対象群のおかれている状況に対して 対象 状況が人間に働きかけられる Cf. 常時モニタ可能 Virtual Reality の基本的な要件 (3) リアルタイム性 real-time: ( 相互 ) 作用した結果を直ちに反映 Cf. ( 相互 ) 作用の高速な計算 Cf. 計算結果の高速な可視化 ( 可感化 ) 現実の世界と同じ時間スケールで再現 Cf. 現実の世界と同じ空間スケールで再現 Cf. 現実の世界と同じ刺激スケールで再現 データグローブ 初期の VR システム (VPL) ヘッドマウントディスプレイ 4

5 立体視 奥行きの知覚 筋肉 : 水晶体 ( レンズ厚 ) 両眼の輻輳角 画像 : 両眼視差 運動視差 画像 : 陰影 テクスチャなど 立体視 両眼視差 ( 人間 ) 左目 右目の距離 輻輳角 距離 ( と大きさ ) ランダムドットステレオグラム 遠近法 ネッカーのキューブ 立体視 視差をつけた撮影 ( 機械 ) 左目 右目の距離 輻輳角 距離 ( と大きさ ) を再現する感じさせる [ 実験 1] 立体視 視差をつけた画像の計算 生成 (CG) 左目画像 右目画像 [ 実験 2] 立体視 東京タワー 運動視差による奥行きの知覚 六本木ヒルズ 5

6 [ 実験 3] 奥行きと遠近感 ( 参考 ) ネッカーのキューブ ポンゾの錯視 奥行き知覚は 視差 だけではない 立体視 コンピュータビジョン カメラの輻輳角 対応点マッチング テクスチャ解析 立体視 バーチャルリアリティ 両眼交互刺激 刺激の限界提示時間 ( 上限 ) と解像度 ( 密 ) 両眼同時刺激 解像度 ( 粗 ) バーチャルリアリティ Head Mounted Display 両眼交互刺激 限界提示時間 ( 上限 ) 解像度 ( 密 ) 液晶シャッター 偏光メガネ 赤青メガネ ( モノクロ ) 6

7 時分割表示 + 液晶シャッターメガネ 偏光スクリーン + 偏光メガネ CAVE( ( 多面ディスプレイ ) WALL( ( 大画面 ) +Head Tracking 広視野角ディスプレイ + ビデオ資料 全天周 広視野角ディスプレイ コンテンツ ( 大画面 遠景 ) を工夫すれば 奥行き を感じる 視差を与えれば 立体感 を感じる 7

8 裸眼立体視の仕組み 裸眼立体ディスプレイ (WoW) レンティキュラーレンズによる両眼同時刺激 空間解像度 ( 粗 ) 裸眼立体ディスプレイ (Synthagram) 球状裸眼立体視ディスプレイ (prospecta) See-through type Head Mounted Display ( 透過型 HMD) See-through type Head Mounted Display ( 透過型 HMD) 8

9 力覚ディスプレイ (Phantom( Phantom) 力覚 ( 加速度 )+ 視覚 Virtual Reality Ride (Simulation Ride) 力覚 ( 加速度 )+ 視覚 嗅覚ディスプレイ 加速度感 ( スピード感 ) と視覚のマルチモーダル性 VR: Virtual Reality ( 仮想現実 ) データグローブ & データスーツ Virtual Reality を利用した入力 操作 利用者 システム 計算機内部に構成された仮想世界に 働きかけ 視覚 : アイカメラ ( 視線 ) 聴覚 : 音声触覚 : 力の向き 強さ 位置 (Data Glove, Data Suit, 磁気センサ ) 速度 ( 加速度 ) 9

10 Motion Capture(1) Motion Capture(2) Motion Capture(3) ユビキタス空間内での動作の検出 OpenCV を使った顔認識 OpenCV: インテルが開発 公開しているオープンソースのコンピュータビジョン ( 画像処理 画像認識 ) のライブラリ 景色の中から人間の顔 ( らしい部分 ) を検出する機能も提供されている OpenCV を使った顔認識 視線入力装置 顔を抽出できれば 視線も検出できる! QuickGlance3 アイトラッキングシステム 例 : キーボード 音声に代わる文字入力手段 ( マルチモーダルインタフェース ) 10

11 視線追尾システム VIEW-TRACKER ( 例 ) 飛行機操縦の視線解析水平メーターと着陸する位置を何度も確認している様子が分かる ( 参考 ) ちょっと未来の視線検出 Interactive Data Eyeglasses フラウンホファー研究機構( ドイツ ) 現状のヘッドマウントディスプレイの問題は 高い 重い でかい 人間工学的じゃない 彼らはアイトラッキング機能を備えたCMOSチップを19.3 x 17mmというサイズで設計 このチップをメガネのヒンジに取り付ければ どこかを見つめたり視線を動かしたりするとコンテンツの選択やスクロールが行えるメガネが出来るという目論見です 私達はメガネを 新しいアプリケーション分野が登場するような 双方向で対話的ものとしたいのです と 同機構のMichael Scholles 博士 メガネはPDAなどと接続することで表示コンテンツを取得 コンテンツはメガネに埋め込まれたマイクロディスプレイに投影されます マイクロディスプレイは環境光に負けないコントラストにするため OLEDを利用 着用者からすると 1メートル先に像があるように見えるとのことです ( 参考 ) ちょっと未来の視線検出 自動車技術展人とくるまのテクノロジー展 2009 運転者状態認識システム ( 東芝 参考出展 ) 画像処理で ドライバーの顔の向きから視線を検出し 注視している装置やエリアなどをシステムが認識していることを教えてくれる ドライバーの頭部全体のワイヤーフレームモデルを作成 作成したワイヤーフレームモデルと その時々の頭部の映像を照合 ドライバーの顔の向きを推定 顔の向きをもとに視線の方向を推定 最終的に注視方向を推定する ( 将来 ) 個人認証 ( 将来 ) 開眼状態検出 (= 居眠りの検出 ) ( 将来 ) 表情認識 ドライバーの状態を認識し 安全で快適な運転環境を提供するシステム 将来 : ドライバーの状態や嗜好に応じた情報提供を行なう 自動車技術展人とくるまのテクノロジー展 2009 運転者状態認識システム ( 東芝 参考出展 ) 自動車技術展人とくるまのテクノロジー展 2009 運転者状態認識システム ( 東芝 参考出展 ) 頭のワイヤーフレームモデル顔の輪郭顔の向き 目の抽出 虹彩の抽出これらを総合して 視線 11

12 ( 参考 ) 次世代メディアデザインアイコンタクト (ATR) ( 参考 ) 次世代メディアデザインアイコンタクト (ATR) 単眼視線推定技術 広視野 高解像度カメラで捉えた画像から 3 次元眼球および虹彩モデルを生成し カメラ画像と照合して眼球中心と虹彩を結ぶ視線方向を推定する 1 台のカメラ画像で視線推定が行え かつ生成したモデルから視線方向を直接推定するためキャリブレーション作業が不要 ( 将来の応用 ) 来場者の視線を検出することにより 見ている場所や商品に関する情報提供が行える 新製品のプロモーション用途やミュージアムメディアとしての応用を目指している VR: Virtual Reality ( 仮想現実 ) インタフェースの多様化 : 人間の五感 ( 視覚 聴覚 触覚 + 味覚 嗅覚 ) を通してインタラクションするための技術 物理法則やルールに基づいた 世界 の構築計算機内に現実世界を 模擬 投影 システム 利用者計算機内部に構成された仮想世界を 体験 利用者 システム計算機内部に構成された仮想世界に 働きかけ VR: Virtual Reality ( 仮想現実 ) Virtual Reality を利用した出力 提示 システム 利用者 計算機内部に構成された仮想世界を 体験 視覚 : Head Mount Display 液晶シャッター 広視野角聴覚 : ステレオ音源 触覚 : 力覚ディスプレイ 位置 速度 ( 加速度 ) VR: Virtual Reality ( 仮想現実 ) Virtual Reality を利用した入力 操作 利用者 システム 計算機内部に構成された仮想世界に 働きかけ 視覚 : アイカメラ ( 視線 ) 聴覚 : 音声触覚 : 力の向き 強さ 位置 (Data Glove, Data Suit, 磁気センサ ) 速度 ( 加速度 ) バーチャルリアリティ 視差 自分の体 ( 位置 大きさ ) を基準とした量 立体に見える & 対象の 絶対的な大きさ も知覚 コンテンツ制作上の課題 12

13 [ 宿題 1] Virtual Reality の基本要件 世間的に VR と思われているシステムをいくつか取り上げて VR の基本要件から批評してみよう 没入感 インタラクティブ性 リアルタイム性 ( 例 ) アーケードゲーム 運転シミュレータ ミクロアドベンチャー など Star Tours (Tokyo Disney Land) Storm Rider (Tokyo Disney Sea) 感覚 没入感 立体感 インタラクティブ性 なぜ 多人数で乗り込むのか? Star Trek Experience (Las Vegas Hilton) 感覚 没入感 立体感 インタラクティブ性 (*)Borg のアトラクションでは 簡易ゴーグルを使用 Micro Adventure (Tokyo Disney Land) 感覚 没入感 立体感 インタラクティブ性 なぜ 観客が小さくならないといけないのか? Magic Carpet (Tokyo Disney Sea) 感覚 没入感 立体感 インタラクティブ性 なぜ 主たるコンテンツ ( 登場人物 ) がジーニーなのか? バズ ライトイヤーのアストロブラスター (Tokyo Disney Land) 感覚 没入感 立体感 インタラクティブ性リアルタイム性 13

14 速報 (1) 特別講演会 矢吹瑛明さん 6 月 29 日 高度情報化社会の技術やビジネスのあり方についての研究家 ビジョナリスト & セレンディピティ 速報 (2) 特別講演会 小阪裕司さん 7 月 8 日または13 日 感性を大事にしたビジネスのデザインの仕方 実践の仕方を説く超売れっ子コンサルタント & エバンジェリスト 速報 (3) VR 施設の見学会 加藤研究室 (6 月 15 日または 22 日?) 3D 物体検索システム + 立体視 Silicon Graphics WS + 液晶シャッター眼鏡 SHARP PC + 裸眼立体視 モバイル EYE-TREK 慧眼 透過型 HMD + 情報提供サービス 電脳ショップ ユビキタスセンサー群 Extra HI モニタディスプレイ 世界に数台しかない 最高の質感表示 他 速報 (3) VR 施設の見学会 情報 (6 月 15 日または 22 日?) CAVE 大画面偏光立体視スクリーン CAVE アプリ コンテンツ開発環境 Phillips 製 42 インチ裸眼立体視ディスプレイ WoW 参考図書 情報処理学会編 エンサイクロペディア情報処理 第 4 章マルチメディアとバーチャルリアリティ 野村 澤田 バーチャルリアリティ 朝倉書店 1997 年 14

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