バーチャルリアリティ・制作～第三回～システムの実装（２）ディスプレイシステムディスプレイシステムの役割 「人間のに，現実世界が与えるのと同様なを与えること」 人間のが対象となる人間の感覚  特殊感覚  体性感覚  皮膚感覚   深部感覚（固有受容感覚，自己受容感覚）   内臓感覚  脳の役割  大脳皮質   脳幹  視床（大脳への入力ゲート）  外側膝状体：  内側膝状体：  視床下部：  小脳  脳の役割 Brodmannの脳地図(1909)  前頭葉   第4野（領野）手，足，顔などの細かで巧みな運動第8野（中枢）両側眼球の随意的共同運動  頭頂葉  第1,2,3野（領野）体性知覚，内臓知覚  側頭葉   第41野（領野）聴覚中枢，音の鑑別，認識第22野（Wernick領）言語理解  後頭葉   第17野（領野）色，形，動き，明るさ第18野（領野：後頭葉注視中枢）対象を注視，追跡する眼球運動中枢脳の役割 Penfieldの図(1950) 中心溝から前頭葉側中心溝から頭頂葉側視覚ディスプレイ  目的  ユーザにを与えること  視覚的臨場感の３要素     視覚領野の発見  三原色説年年奥行感を得る仕組み  人はどのようにして奥行きを知覚するか？  2m以内   20m以内   100m以内   200m以内  眼の構造  角膜，水晶体に像を結像する   錐体細胞に反応に集中，高分解能    杆体細胞   にのみ反応錐体細胞周囲で高密度輻輳の仕組み  輻輳    映像中の一点を見るとき，両眼がに動く近くを見る場合，視線がになるように動くで物体をとらえる方向に動く  輻輳角  の交差する角  輻輳角と眼間距離から対象物体との距離を測っている両眼視差の原理      のために透視変換に違いが生じる左右網膜に違った像が結像する視覚野において比較，奥行き感が生成される主に物体のを知る仕組みとして機能している距離1mにおいて数mm程度の高精度で検知可能水晶体調節と視角視角物体水晶体網膜像  水晶体調節眼球網膜像の調節  毛様体筋の力と水晶体の弾性→ の厚さ調節  筋の緊張から距離を推察  精度が悪く，対象物が約2m以内の場合のみ有効  視角  物体までのと物体のに関連する角度  網膜上の像の大きさと関係する  輻輳，視差と同様視角の重要な要素の一つ  Head Mounted Display (HMD)  頭の向いている前方の映像しか見ていない → 常に  “ダモクレスの剣” の映像を供給 + VPL社 Eyephone HMDの特徴  長所     欠点     HMDによる立体視による距離情報とによる距離情報の矛盾 → ミニチュア模型，実際の光景と感じない  凸レンズによる画面提示距離の変換   約2m，  は変えない，，が規定される「バーチャルプレーン」   距離でモノのと  バーチャルプレーンへの左右両眼用の透視変換 CGを作成，それぞれのディスプレイに提示 HMDの問題点1 重量  HMD重量による認識誤差  CRT→LCD→超小型LCD（0.7inch程度） HMDの問題点2 解像度  Eyephone90     視野角：水平48度，垂直 36度カラーLCD：1.3inch, 92 万画素(1920×480) 表示：640×480 1m先に45inch画面  問題１  水平方向１画素あたりの視野角は？  問題２  人間の目の中心窩における分解能は？ HMDの問題点2 解像度  SONY LDI-D100B   カラーLCD：0.7inch， 155万画素 1.2m先に30inch画面  問題  アスペクト比を4:3として，表示解像度と水平方向1画素当たりの視野角を求めなさい。 HMDの問題点2 解像度  CRTを利用すれば。  Datavisor80  n-Vision社製  解像度 640×480～ 1280×1024  視野角 120度  1inch CRT  どうしても大型になる。  重量？  視野角は広い  分解能は？ HMDの問題点3 光学系  没入感を感じる視野角 80度～100度  なるべく大きな視野角を持つ光学系を軽量に設計＝非常に困難  低い解像度→視野角拡大＝強度近視に相当する分解能  物理的に小さい視野角で高臨場感  実際の視野角より大きな視野角で透視変換された画像の提示など HMDの現状と将来  現状    冬の時代没入型が主流必要な技術    将来  Mixed Realityの分野での巻き返し？ 1面型大画面ディスプレイ  オムニマックス・スクリーン   ，スクリーンで観客を取り囲み，大映像を投影利点に映像提供できる   欠点   （リアルタイムインタラクションが困難）その他の1面型大画面ディスプレイ  アーチ型スクリーン •複数人同時使用可能 •立体視可能 •広い場所が必要  傾斜型スクリーン •手軽で比較的高い臨場感 •広い場所を必要としない •アプリケーション開発が容易スクリーンが1面の場合の立体視  アナグリフ     左右両眼の映像を青と赤の2色で描画左眼：青のフィルタ →赤の映像のみ供給右眼：赤のフィルタ →青の映像のみ供給色の情報が欠落スクリーンが1面の場合の立体視スクリーンが1面の場合の立体視  偏光方式の問題点  スクリーンは，を変化させないモノでなければならない鏡面反射＝シルバースクリーンなど  が必要となる  直線偏光と円偏光  直線偏光の方が正しい画像を生成できる  直線偏光はが変化すると偏光関係が崩れる  いったん円偏光に変換，眼のところで再度直線偏光に戻すスクリーンが1面の場合の立体視  時分割方式     人間の目の錯覚を利用インターレスのフィールド周波数 60Hz →連続映像と認識（TVの原理）のプロジェクタより，右眼用，左眼用の映像をに表示する同期してシャッターが開閉する液晶シャッター眼鏡を通して見るスクリーンが1面の場合の立体視  時分割方式  CrystalEYES3 StereoGraphics社スクリーンが1面の場合の立体視  時分割方式の問題点   ビデオ信号をそのまま用いた場合，左右両眼のが30Hzとなり，ちらつきが発生するビデオ信号のを 120Hzに変換する → 解像度はになってしまう多面型大画面ディスプレイ  CAVE (CAVE Automatic Virtual Environment)  SIGGRAPH’92でイリノイ大学が発表に10フィート  四方のスクリーンを配置   にステレオ映像投影スクリーンごとに1台のコンピュータを配置，制御用にもう1台コンピュータを利用 CAVE  同時に数人が入場可  1ユーザ（ドライバ）に位置センサ装着の両眼視差映像が投影される  スクリーンとユーザの距離が大きいため，ドライバ以外のユーザ（パッセンジャ）の違和感は  CAVEにおける立体視  各スクリーンに背面投影された映像を液晶シャッター眼鏡で見る  HMDとの違い      HMDでは，バーチャルプレーンが実際の表示面と場所につくられる CAVEでは，バーチャルプレーンと実プレーンの場所が首を動かすことなく広い視野を提供できる高精細プロジェクタの利用により解像度を上げられる（2500×2000/台）常にが見えている（HMDの場合，見えているのはバーチャルな自分） CAVEにおける立体視右眼プロジェクタ左眼物体  多数の面への提示像から一つの三次元物体が構成される  部屋の隅の違和感はほとんど無いプロジェクタ  CAVEの大きさが2m立方から3m立方なのはなぜか？日本の没入型システム  東京大学 CABIN 5面  岐阜県VRセンター     COSMOS 6面総務省通総研 UNIVERS 4面メディア教育開発センタ TEELeX 5.5面筑波大学 Co-CABIN 5面その他，埼玉大学，女子美大などその他の多面型大画面ディスプレイ  Holo Wall     広いに画面による深い没入感広い視野角，大きい物体の表示に適する多人数で見る事が可能側面が無いその他の多面型大画面ディスプレイ  HOLOSTAGE  SXGA(1280X1024)が5面  高輝度（6000ANSIルーメン）  多人数で見る事が可能  日本初導入は東海大学空間投影型立体ディスプレイ  Perspecta      三次元画像を二次元画像に分割，回転スクリーン上に二次元画像を投影立体眼鏡不要市販されているものとしては世界唯一直径10inch球状の画像解像度    768×768，198枚約100M voxel リフレッシュレート  24Hz 空間投影型立体ディスプレイ  Transpost (日立製作所 Hitachi Human Interaction Lab.)      リアルタイムに立体映像が生成可能リアルタイム通信も可能裸眼立体視が可能映像処理にディジタル処理が不要で仕組みが単純，低コスト原理  まず，24方向からの映像を撮影する。  撮影された映像が360度24方向円形に並んだ鏡へ投影される。  鏡の反射を利用して，360度24方向からの映像を回転するスクリーンへ投影する。 Transport 裸眼3D液晶ディスプレイ SHARPの3D液晶ディプレイ原理  スイッチ液晶によって，「視差バリア」を設ける。  視差バリアは，光の進行方向を制御し，左右の目に異なる光が届くように分離する事が出来る。  TFT液晶には，左眼用画像，右眼用画像から構成された特殊な画像を表示し，それぞれの目に対応する画像を届ける。  通常の2D画像の時にはスイッチ液晶を透過にする事により通常のディスプレイとして利用可能