仮想空間内の奥行知覚に及ぼす両眼視差と運動視差の効果

千葉大学人間生活工学研究室修論概要（2000）
平成 12 年度千葉大学大学院自然科学研究科修士論文
仮想空間内の奥行知覚に及ぼす両眼視差と運動視差の効果
学籍番号：99UM3124
所属分野：人間工学教育研究分野
山本伸樹
1. 研究背景及び目的
近年、バーチャルリアリティ（Virtual Reality ; VR）と
いう言葉がよく聞かれるようになってきた。この技術は
医療、建築設計、意匠設計、福祉、教育、エンターテイ
メントなど幅広い分野での利用が可能であり、また高い
利用価値があると考えられている。
VR には視覚、聴覚、触覚、味覚、嗅覚といったさまざ
まな感覚が関わっているが、本研究では VR に最もかか
わりの大きい視覚要因について、その立体視映像の提示
問題に着目した。
現在の多くの立体映像表示機器では両眼視差が奥行知
覚のために利用されているが、立体視映像の固有の問題
として焦点調節と輻輳の乖離がある。通常、焦点距離と
輻輳角はリンクしている。しかし両眼視差のみを与えて
いる立体視映像では、焦点調節への刺激位置は一定であ
るにもかかわらず輻輳刺激が異なっている対象を見続け
ることになる。この生理機能における実空間との働きの
違いが、
仮想空間における奥行知覚誤差を生じさせたり、
眼精疲労を生じさせる原因のひとつではないかと考えら
れている。本研究では、仮想空間における奥行知覚に焦
点を絞り、VR において有効な奥行知覚要因である両眼
視差と運動視差を組み合わせて実験を行い、それらの要
因が奥行知覚に及ぼす影響を明らかにすることを目的と
した。
2. 方法
■実験概要
本実験におけるタスクは、仮想空間に配置された２つ
の球に対し、
「２つに球の前後関係」、
「２つの球の奥行距
離」について回答するというものであった。仮想空間映
像は、ヘッドマウントディスプレイを通して被験者に与
えられた。2 枚のカラー LCD が使用されたヘッドマウン
トディスプレイには、コンピュータから出力された右目
用と左目用の映像が、コントロールユニットを介してそ
れぞれ入力された（図 1）。
左眼用映像
HMD で融像
■被験者
両眼立体視が可能な男子大学生8名（平均年齢22±0.5
歳）を被験者とした。いずれの被験者も視力 0.7 以上（矯
正視力含む）であり、視覚的異常はなかった。
■実験条件
実験には「提示映像」と「奥行距離」に関してそれぞ
れ 5 条件が設定された。提示映像条件は，A：運動視差の
み（左右の映像差なし），B：小さい両眼視差と運動視差，
C：小さい両眼視差のみ，D：大きい両眼視差と運動視差，
E：大きい両眼視差のみの 5 条件で，提示される 2 球間の
距離条件は，球の直径 D に対し，0，0.5D，1D，2D，5D
の 5 条件を設定した（図 2）。
5D
2D
1D
0.5D
0
D
図 2. 設定距離
■測定項目
測定項目は、
被験者の回答による前後判断と知覚距離、
及びタスク前後の近点距離、フリッカー値、視力、主観
評価、タスク中の血圧、瞬目率であった。
■実験手順
実験は提示映像条件ごとに行われた。電極コードの接
続、血圧計測用のカフ、ヘッドマウントディスプレイの
装着が完了すると、2 分間の開眼安静の後タスクを開始
した。被験者ごとにあるいは各試行ごとに回答するまで
の時間が異なったためタスク時間は 35-45 分と多少前後
した。以下に映像条件あたりの実験手順を示す（図 3）。
35∼45min
図 3. 実験手順
実験は、ヘッドマウントディスプレイの映像に集中さ
せるために暗室で行われた。実験者も同じ室内に入り、
操作、指示を行った。
運動視差は実験者によって 3-D マウスの操作で与えら
れた。その際、一定の運動視差を生じさせるために、ヘッ
ドマウントディスプレイに提示される映像は常に実験者
によって 2 台のモニタで確認された。
右眼用映像
奥行知覚
図 1. 提示映像例
1-4
3. 結果と考察
■前後判断の誤答率（図 4）
解析の結果、小さい両眼視差のみの条件（C）では誤答
率が 51.9％と最も高く、両眼視差に運動視差を加えた 2
つの条件（B,D)では誤答率は共に 20％台と低かった。こ
れらの結果から仮想空間における対象物の前後判断には
運動視差が有効であることが示唆された。また「小さい
両眼視差 + 運動視差」条件（B）は「大きい両眼視差」条
件（E）よりも有意に低かった。これは「小さい両眼視差」
条件（C）を基準とした場合、両眼視差を大きくすること
による奥行知覚感度の増加よりも、運動視差を与えるこ
とによる奥行知覚感度の増加の方がより有効であること
を示している。
距離条件に関しては、2 球間の距離が 0、0.5D の条件が
他の条件と比べて有意に高い値を示した。2 球間の距離
が大きくなるに従って誤答率は低くなった。
■知覚距離誤差（図 5）
分散分析の結果、５つの奥行距離条件のうち、4 つの
条件で有意な結果が得られた。どの奥行距離条件でも
「小さい両眼視差 + 運動視差」条件（B）が最も知覚距離
誤差が小さいという結果であった。また 2 球間の距離が
近い条件では「大きい両眼視差」条件（E）は誤差が大き
かった。この結果から、両眼視差が大きくなるというこ
とは、立体感、奥行感は増し、対象物の前後知覚の精度
は上がるが、その対象間の距離知覚の誤差も大きくなっ
てしまうことがわかる。これらの結果から、
「大きい両眼
視差」は対象物間の距離を正確に知覚するには効果的で
ないことがいえる。
（％）
（％）
.7
* *
60.6
80.8
*
*
*
*
* *
*
*
**
*
.7
60.6
.5
誤
40
答 .4
.3
率 20.2
誤 40.4
答 .3
率 20.2
.5
.1
提示映像条件
E
大.誤答率
D
大+誤答率
C
小.誤答率
B
小+誤答率
運動.誤答率
A
0
0
（Hz）
0
奥行1
0.5
奥行2
1
奥行3
2
7
6
5
4
38
3
37
2
36
1
0
35
34
A
タスク前タスク後
列4
列3
タスク前
タスク後
B
C
D
E
A.運動視差のみ
B.小視差+運動視差
C.小視差のみ
D.大視差+運動視差
E.大視差のみ
図6. フリッカー値の
経時変化と変化量
■主観評価
眼の疲労の項目に関しては有意差（タスク前後の値を
比較）がみられたものが多かった（＊：p ＜ 0.05）。
「眼の
疲れ」
の項目ではすべての映像条件で有意差がみられた。
提示映像条件別では、
「小さい視差のみ」の条件で眼の疲
労すべての項目で有意差が認められた。「小さい視差の
み」の条件では「前後判断」の誤答率が高かったが、判
断の難しい映像が眼を疲れさせる原因となったのであろ
う。
全
身
疲
労
だるさ吐き気肩こり発汗頭痛頭が重いめまいイライラ眠気眼の疲れ眼の乾き眼の痛み焦点あわせの困難度
A
B
C
*
*
*
*
*
D
*
*
*
*
*
*
*
E
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
5
奥行4
距離条件
（Hz）
41
40
39
眼
疲
労
.1
00
千葉大学人間生活工学研究室修論概要（2000）
■生理指標
各項目においてタスクによる眼の疲労あるいは精神的
負荷を示す結果となったが、映像条件による違いは認め
られなかった（図 6）。これは立体視、非立体視の別以前
に、手がかりに乏しい条件下において２つの球の距離判
断をするというタスク自体の負荷が大きかったのではな
いかと考えられる。
奥行5
図 7. 主観評価におけるタスクの前後値の比較結果
図 4. 映像条件と距離条件ごとの誤答率
＜奥行距離 1D＞
＜奥行距離 0＞
1.8
提示映像条件
4
*
*
*
E
2
1
B
8
*
6
*
4
3
2
1
A
小+運動視差奥行5
E
E
5
運動視差のみ奥行5
提示映像条件
A.運動視差のみ
B.小視差+運動視差
C.小視差のみ
D.大視差+運動視差
E.大視差のみ
D
大視差のみ奥行4
C
大+運動視差奥行4
B
小視差のみ奥行4
運動視差のみ奥行4
A
D
*
*
7
0
0
C
提示映像条件
＜奥行距離 5D＞
知
覚
距
離
誤
差
*
3
A
大視差のみ奥行3
D
大視差のみ奥行1
大+運動視差奥行1
C
＜奥行距離 2D＞
5
知
覚
距
離
誤
差
0
B
小視差のみ奥行1
A
小+運動視差奥行1
運動視差のみ奥行1
0
1
.5
B
C
D
提示映像条件
E
図5. 提示映像条件にお
ける知覚距離誤差
大視差のみ奥行5
.2
大+運動視差奥行3
.4
1.5
大+運動視差奥行5
.6
2
小視差のみ奥行3
1
.8
*
*
2.5
小視差のみ奥行5
*
1.2
知
覚
距
離
誤
差
*
**
小+運動視差奥行3
1.4
運動視差のみ奥行3
*
1.6
小+運動視差奥行4
知
覚
距
離
誤
差
3
4. まとめ
仮想空間における奥行知覚に関して、単純に対象物間
の前後を判断する場合と、対象間の距離を正確に判断す
る場合には、有効な奥行手がかりが異なることがわかっ
た。前後の判断のみを要求される仮想空間では運動視差
も両眼視差が大きいことも有効な手がかりである。しか
しその距離を正確に判断しようとした場合、大きな両眼
視差設定ではかえって誤差が大きくなってしまう傾向が
あることがわかった。このことは、作成する仮想空間の
目的に応じた奥行き手がかりを与えることの重要さを示
している。
例えば、ゲームやテーマパークなどのエンターテイメ
ントの分野においては、立体感、奥行感のために大きな
両眼視差は有効な手段である。しかし、医療分野や、設
計分野では、距離の正確な知覚が必要である。この場合
は画像を頭の動きに連動させることによる運動視差の奥
行き手がかりによって最適な環境を提供することになる
だろう。

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