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空間情報処理特論
～第二回～
空間情報のヒューマンインタフェース①
センサシステム
システム構成
 ディスプレイシステム

(Presence)
(Interaction)
→

 センサシステム
→



(Interaction)
センサ
センサ
 シミュレーションシステム

ディスプレイとセンサ（入出力）の
規定 (Autonomy)
を
センサシステム
 「どこで」「どんな」行為が行われたか？
 「どこで」の計測


三次元空間での
と
（

各座標軸方向の

座標軸周りの
 “Tracker”
 「どんな」の計測



これらの運動
が生成され，提示
のコンピュータへの入力
: 6DOF）
zyx-オイラー角
 z軸のまわりに角度α回転
 回転後のy軸のまわりに角度β回転
 回転後のx軸のまわりに角度γ回転
 （α，β，γ）を（azimuth, elevation, roll），または
（





x  1
 
y  0
z   0
，
0
cos 
 sin 
  cos 

sin    0
cos    sin 
0
，
0
1
0
 sin    cos 

0
   sin 
cos   
0
）とも言う
sin 
cos 
0
0  X

0  Y
1   Z





(X,Y,Z)：基準座標系，(x,y,z)：物体座標系
zyx-オイラー角
 z軸のまわりに角度α回転
 点Aについて，回転した後の座標軸上でのx座標を，元の
Ｙ
Ｙ
(X,Y)で表現する
A
α
Z
Ｘ
Ｘ
zyx-オイラー角
 z軸のまわりに角度α回転
 点Aについて，回転した後の座標軸上でのy座標を，元の
Ｙ
Ｙ
(X,Y)で表現する
A
α
Z
Ｘ
Ｘ
zyx-オイラー角
＜「どこで」の計測＞
Trackerの要件






と
の
合計
の計算ができること。
１回の計測に要する時間が
であること。
計測の
がユーザの自然な動きを表
すのに十分であること。
計測精度が各種
の精度に対して許容範
囲であること。
Trackerの計測可能範囲が想定する作業内容や人の動き
の範囲をカバーすること。
Trackerを身体に装着する場合には，人の運動をできるだ
け拘束せず，センシングする環境に対する拘束も少ない
こと。
磁気による空間位置計測
＜原理＞
受信コイル
(x,y,z,α,β,γ)
磁界の発生と
変化（交流電圧）
起電力の発生
V=f (x,y,z,α,β,γ)
発信源からの距離と，磁束方向とコイ
ル断面のなす角（コイルを貫く磁束）に
依存して変化
V=f (x,y,z,α,β,γ)
V=f (x,y,z,α,β,γ)
発信コイルも同様に直交コイル化
順番に励磁
発信コイル
（基準：固定）
９つの式，６つの未知数
磁気による空間位置計測
＜特徴＞
 長所

理想的環境では比較的




で計測可
位置精度数ミリ，角度精度1度以下
機械式と異なり非接触計測であるため
ない
超音波式と異なり
に影響されない
のため装着による動作拘束は少ない
 短所





高価
測定範囲が狭い（固定コイル中心，半径数m程度），レシーバケー
ブルの長さにも依存する
周りの
の影響を受け精度が劣化する。スチール製の
机でも影響は大きい
レシーバの数を増やすとサンプリングレートが低下する
ある特定の位置や姿勢の近傍で計測値が不安定になる（連立方程
式の解法に除算を含むため）。
＜「どんな」の計測＞
グローブ型デバイス
 １点位置計測＝
の動き
 もっと細かな人間の姿勢や動きの入力
＝
の入力
 たとえば，「手指の動き」

対話的な関わりの時にもっとも頻繁に利用する部
位
 自由度は20～30，1点計測型センサでは。。
グローブ型デバイス
グローブ型デバイス
＜基本原理＞
 手指に簡単なセンサを装着，その変形（曲
げ角度）を測定
の利用

 指の曲がり具合による
 VPL社，DataGlove,
の変化
1987
の利用

 指の曲がり具合による
 Virtual
の変化
Technologies社，CyberGlove
 コンピュータ内の
との対応
グローブ型デバイス
＜原理：光ファイバ＞
 透過率が指の曲がり
受
光
素
子
出
力
デ
ー
タ
r
ファイバ曲げ角θ
具合により変化
 曲線形状は個人差が
あるためキャリブレー
ションによりC，αの値
を決定する
 指数関数的な変化を
するため，曲げ角が
なったときの
検出精度が
す
る。
グローブ型デバイス
＜原理：導電性インク＞
短い＝
長い＝
導電性インクによる曲げ角度センサ
 導電性インク
 炭素など導電性をもつ粒
子を含ませた液体
 曲げ角度に応じて
の長さが変化，
が変化する
 柔軟性・伸縮性があるた
め手指にフィットし易い
 曲げ角度に対する出力が
であるため精度
が

曲げも計測可能
モーションキャプチャ
＜基本原理＞
 ユーザの体の各部にTrackerを取り付け，各部位の三
次元位置座標の変化を記録する。
 ユーザの体の各部に取り付けられた反射マーカの位
置を複数のカメラで計測してその位置を特定する。
 記録されたモーションデータを，ユーザの体と同じ骨格
構造でモデリングされたキャラクタのアニメーション
シーケンスとして与える。
 計測点の数（自由度）が増加したことによる，精度向上
のためのキャリブレーション作業，ユーザ骨格構造と
CGキャラクタの形状モデルの構造との一致，計測デー
タとCGキャラクタとの対応，などが問題