Virtual Reality and its Application

Report
バーチャルリアリティ・
制作
~第一回~
バーチャルリアリティの概要と歴史
コンピュータの歴史
 世界最初の「大規模な」「電子計算





機」
ENIAC, 1946, Feb.
(Electronic Numerical Integrator
And Calculator)
ペンシルバニア大学ムーア校の
エッカート,モークリーらにより開発
18800本の真空管
床面積100m2,重量30t,消費電力
150kW
弾道計算に利用
真空管とトランジスタ
 電気の流れをコントロールする



一方向だけに電流を流す=整流作用
入力より大きな信号を取り出す=増幅
作用
入力信号をオン・オフする=スイッチン
グ作用
 0と1をコントロールする,コンピュータを
構成する部品
 Transistor = transfer register

「真空管の代わりをする抵抗器」
 IC (Integrated circuit)


トランジスタやコンデンサ,抵抗などを
数十から数百集めて1つのチップとして,
ある決まった働きをさせるもの
集積度の違いで,LSI,VLSI等がある
Moore’s Law
 computers will either double in power at the
same price or halve in cost for the same power
every 18 months.
 「コンピュータは,18ヶ月で,同じ価格ならば能力が
2倍になり,同じ性能ならば価格が半分になる」
高速化と高集積化の進展
ENIAC 1946 → 今では..?!
コンピュータで扱う情報や利用目的が変化
質問1
 空欄を埋めてください。
年代
メモリサイズ
扱う情報
インタフェース
1980
K byte
文字,文章
キーボード
1990
M byte
画像
キーボード
マウス,タブレット
2000
G byte
映像
キーボード
マウス,タブレット
2000 ~
T byte
空間
五感インタフェース
私の研究室にもあります。
究極の・・・?
 Holodecks
StarTrek The Next Generation,
1987
 入り口だけの1辺数mの小部屋


どこまでも続く大草原や無限の
大宇宙を、壁や空間にホログラ
ム投影することができる。
重力制御技術やフォース・ビーム
(重力子ビーム:force beam)を
併用してあらゆる環境を作り出
すことができる
究極のバーチャルリアリティ機器
これも究極の・・
Virtual Realityの登場
J.LanierとVPL (Visual Programming Language)社
 1983


データグローブの原型試作
「体の動きを使って楽器にふれずに演奏でき
ないか?(air guitar, ’85に米国特許)」
 1989.6.7 Texpo’89 San Francisco


“Virtual Reality”
RB2 (Reality Built for 2)
 DataGlove
 Eyephone
VPL社のDataGlove
 光学式たわみセンサ

柔軟性あるチューブ,内面は反
射壁,片端に光源,片端に光検
出器。チューブがたわんだときの
直接光と反射光の組み合わせを
検出する。
 位置センサ

磁気センサ
 座標位置・方位測定システム
 Apple Macintosh
RB2による”Virtual Reality”
 Eyephone


左右両目用の2つの液晶カラー
ディスプレイ
 360×240 pixel
画面拡大のための光学系


視野角 水平83度,垂直58度
位置センサ
 RB2 (DataGlove+Eyephone)




CG空間に没入した感覚
手を動かすと,CG空間のその位
置にCGによる手が現れ,実際の
手と同じ動作をする
遠方ユーザとのCG空間でのコ
ミュニケーションが可能
新しい形態のコミュニケーション
(電話の拡張)
J.Lanierによる”Virtual Reality”
 「想像を共有し,相互に表現のある画像と
音の世界に居住することに集約される」
 「コンピュータで計算可能な情報の上に成り
立つ,没入性,相互性を持ったシステム」
 「計算機によって合成された人工的な世界」
サンタバーバラ会議
バーチャルリアリティのビッグバン
 1990, MITが様々な分野のVR関連研究者
を招集
 世界中で同じような研究が進行中?
 工学,芸術,哲学,心理学,医学,etc.
 「等身大で三次元空間をインタラクティブに
扱う」,「三次元空間を創出し,それに対して
働きかける」
 統合名称=「バーチャルリアリティ」
そもそも,“Virtual”の意味は?
 Existing in essence or effect though not in
actual fact or form
(The American Heritage Dictionary)
 「みかけや形は現物そのものではないが,本質
的あるいは効果としては現実であり現物であるこ
と」
質問2
 空欄を埋めてください。
反対語
Virtual
nominal,
supposed
同義語
real
imaginary
問題(?)
 次の言葉の意味(訳)を考えてみましょう。





Virtual President
Virtual Money
Virtual Company
仮想敵国
仮想メモリー
“Reality”とは何か?
 Reality(現実)とは,自分の周囲に存在する空間の
内に存在し,我々の感覚を介して感じられるもので
ある。
 物自体を認識しているわけではない。人間の認識
機構を通じて現象を認識しているにすぎない。
 人間の認識する世界は,人間の感覚器による一種
のバーチャルな世界
 感覚入力を上手に合成することにより,その空間
の中に自分が存在していると確信させることが出
来る。
人間の感覚の例
 視覚

電磁波のうち,400nm~750nmの波長領域
のみを抽出
 聴覚

空気振動の,~20kHzのみを感知
全てを見ているわけでも,全てが聞こえているわけでもない
現在のVirtual Realityの意味は?
 コンピュータによって人工的に合成された「現実世
界」
 その世界に人の五感でアクセスできる(通常の人の
振る舞いがそのままコンピュータへのインタフェース
となる)。
 現実ではないが,現実と同じエッセンスを有するもの
 日本語訳は?


“Virtual”に対応した適当な日本語がない
 「実物ではないが,実質は」
「バーチャルリアリティ」,「人工現実感」
Virtual Realityの三要素
D.Zeltzer, MIT (1992)
 臨場感(Presence)

コンピュータが作り出した環境が,人間にとって自然
な三次元空間(バーチャル空間)を構築していること
 対話機能(Interaction)

バーチャル空間の中で自由に行動でき,バーチャル
空間との相互作用が自然に実時間に生じること
 自律性(Autonomy)

単なる人間とコンピュータ間のインタフェースではなく,
そのバーチャル空間が自律的に存在すること
AIP cube
(1,0,0)
Autonomy
(0,0,0)
Interaction
(0,0,1)
(1,1,1) : 究極(狭義)のVR
(0,1,0)
Virtual Realityの要素技術
 臨場感(Presence)

ディスプレイシステム
各感覚器の入力を合成し実際には存在しない外界を錯覚させ
る。システムから人間への情報の流れ。視覚に限らない。
 対話機能(Interaction)

センサシステム
人間からのシステムの入力動作を処理する。
 自律性(Autonomy)

シミュレーションシステム
コンピュータ内での人工的な因果関係の連鎖を作り出す。
Virtual Realityのための要素技術
real space
virtual space
Display system
Person
Simulation system
Sensing system
computer
Virtual Realityの関連分野と歴史
~VRの父と呼ばれる人たち~
 Ivan E. Sutherland

Sketch Pad, The Ultimate Display
 Myron W. Krueger

Artificial Reality, METAPLAY, Videoplace
 Morton L. Heilig

SENSORAMA
Sketch Pad
Ivan E. Sutherland, MIT, 1963
 コンピュータで絵を描くことを提
案
 “コンピュータグラフィックスの
父”
 丸や三角などの図形や画像を登
録,それらを組み合わせた新し
い絵の作成と登録,さらに複雑
な図柄を編集,といった現在に
至るCGの考え方を提案,実現し
た。
The Ultimate Display
Ivan E. Sutherland, Harvard, 1965
 「究極のディスプレイ」のアイディアを提案
 コンピュータによって三次元空間を創出

ステレオ画像提示
 そこに人間が入り込んでリアルタイムで対話



人間の頭の動きによりイメージが変化する
人間を三次元情報で包み込む
後方にある物も,振り返れば見える
The Ultimate Display
Ivan E. Sutherland, Utah, 1968
 「究極のディスプレイ」を実現
 Head Mounted Displayのアイ
ディアを初めて提唱
 両目用小型CRT,光学システ
ムで拡大
 約46cm,視野角40度の画像
が見える
The Ultimate Display
Ivan E. Sutherland, Utah, 1968
 位置センサは機械式
 「ダモクレスの剣」
 マニピュレータと同様の
原理で頭部の位置と姿
勢を計算
 超音波法も提案
The Ultimate Display
Ivan E. Sutherland, Utah, 1968
マトリクス
乗算器
部屋座標系
による3DCG
位
置
測
定
器
頭部データ
コンピュータ
視点座標系
による3DCG
HMD
クリッピング 視野部分の抽出
デバイダ
左右画像構成
アナログ
ディスプレイ
ドライバ
The Ultimate Display
Ivan E. Sutherland, Utah, 1968
 実際に表示された画像はwire





frame model
30 [フレーム/s],3000 [ライン/s]
の表示スピード
自分の動きに対応してワイヤフ
レーム画像が動く
バーチャルな部屋を自分が歩い
ているような感覚
PresenceとInteractionの実現
残念ながらほとんど注目されず
Ivan E. Sutherlandの系譜
 Utah大時代に指導した学生・研究者

James H. Clark
 シリコングラフィックスの創業者
 ネットスケープコミュニケーションズの創業者

Alan Kay
 ダイナブック設計思想を提唱


Steven Paul Jobsに影響
 Macintoshの開発
Smalltalk
 世界初のオブジェクト指向言語
Artificial Reality
Myron W. Krueger, 1970-1991
 Artificial Realityの提唱
 画像認識を利用し,DataGloveやEyephoneなしにコ
ンピュータとの対話を可能にする。拘束からの解放。
 「キーボードやマウスの使い方,プログラム仕様や利
用方法を習得しないとコンピュータが使えない,という
のではなく,コンピュータシステム自体が人間の体の
動きや音声を認識し,人間の感覚に応答するように設
計されるべきである」
METAPLAY
Myron W. Krueger, 1970
 “Interactive Art”の一つ
 ビデオカメラで撮影された姿が「シルエット」としてコン




ピュータに取り込まれる。
シルエットがスクリーンに映し出される。
そのスクリーン上でCG表現された物体と重ね合わさ
れる。
シルエットとCGがリアルタイムインタラクションできる。
CGのボールを追いかける,など。
これはMETAPLAYの発展形。
「eye toy」を利用したPS2のソフト例
Videoplace
Myron W. Krueger, 1975
 “Interactive Art”の一つ
 参加者個々の部屋にあるビ
デオカメラから入力された
データをコンピュータで統合
 別々の部屋にいる人がコン
ピュータの中で対話したり
ゲームをしたりすることが可
能
 あくまでも「シルエット」と「線
画」のみ
SENSORAMA
Morton L. Heilig, 1963
 sense(感覚)+giorama(ジオラマ)
 バイクに乗って町を走る五感シミュレー
タ
 フード内に立体映像,ハンドルと椅子
には振動が加わり,ステレオ音響効果
(エンジン音など)と匂い(たとえば,ピ
ザ店の横を通るとピザの匂いがする)
が加わる。顔には前方から風が吹き付
ける。
 コンピュータではなく映画技術が利用さ
れている。
 フライトシミュレータがルーツ
まとめ
 コンピュータの処理能力の向上
 時空間情報処理の実現
 知的情報(感性情報)処理の実現
 処理能力を十分に発揮できるヒューマンインタフェース
 五感インタフェース
 コンピュータと人間の関わり
 論理的知的能力から感性的知的能力へ
 計算機,人工知能といった「賢い自動機械」から人間の感性
的知的活動支援へ
 「バーチャルリアリティ」の登場と実現
 AIからIA (Intelligence Amplification) へ: 知の増幅
Virtual Realityで何が出来るか?
Surrogate
Travel
Virtual
Office
Home
Medical care
Virtual Reality
Network
Data Base
Virtual Public Facilities
Museum,Zoo,Library,etc.
Home
Shopping
Virtual
Conference

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