VR学会2007年発表

1. 両眼の高さを補正した
TWISTERのための両
眼立体映像提示手法
東京大学
新居英明 小藤健太郎 長井智英
川上直樹 舘暲

2. 発表内容
背景（ツイスターについ
て）
頭部位置補正の必要性
頭部位置計測センサについ
て
頭部計測装置による実験
考察

3. ツイスター概
要
・裸眼両眼立体視
・360度全周表示
・動画像表示

4. ツイスター投影に関する従来研
究
頭部位置と方向固定
 特定の位置，方向
を向いていると仮
定し，全周囲描画
．
頭部位置と方向自由
 頭部位置，姿勢共に
動いても，正確な映
像を提示したい．
特定の方向以外
を見ると歪み発生
頭部位置固定，方向自由
 同心モザイク手法に
より描画，
 頭部を回転しても，
正面は正確．
 頭を水平に保つ必要
あり
 他の方向からの映像
は近似
 現在の頭部位置，方
向をセンサで取得し
，リアルタイムに描
画

5. ツイスター投影に関する問題点
立体視可能な頭部位置の範囲が狭い
．
頭部を動かしながら立体視可能な
位置を探し当てるのが難しい．
頭部位置を計測し，
ユーザにフィードバック
する必要性がある．

6. 頭部計測の必要性
頭部位置と方向自由
 現在の頭部位置，
方向をセンサで取
得し，リアルタイ
ムに描画．
 すべての方向の映
像を正確に提示で
きる．
頭部位置のフィードバ
ック
 ユーザへ提示開始
前に，正しい頭部
位置への方向を表
示．
 頭部位置を素早く
正しい位置へ．

7. 研究目標
頭部位置を計測し，両眼の位置補正
を掛けた映像を投影する．
以下の条件を満足する頭部位置計測
装置を設計，試作をおこなう．
そのため，以下の条件を満足する頭部位置
測定装置を必要とする．
リアルタイム性
ツイスターの
フレームレ
ート60Hz
より十分速
い数百Hz
測定自由度小型軽量
頭部位置：
100mm立方
頭部方向：
3自由度
裸眼による立
体視に干渉し
ない大きさ
精度は数ミリ

8. 計測手法
小型化可能な光学式
・受信部は2素子型フォトDi
（浜松フォトニクス
S6560）
を利用し，送信光源の
入射角を測定．
・送信部は3個のLEDに
より，送信物体の位置，
姿勢6自由度を伝える．

9. 頭部位置計測装置の概要
送信部：IrLED＊３
正3角形状に配置
L E D
c o n t r o l
L E D x 3
I r T r a n s m i t t e r
P I C
1 2 F 6 8 3
LEDの制御：
1mSずつ順次点灯
受信部：光源入射
角計測＊３組
A n a l o g t o D i g i t a l
P I C
1 8 F 2 3 2 0
A n g l e R e c e i v e r
P D x 3
T o P C
X
Y
X2
方位角を計測し，
合計9方位を出力

10. 試作したセンサユニットについ
て
受信部
送信部

11. 頭部位置計測装置の位置計測手法
 ３LEDまでの奥行き距離を3
角測量法を用いて算出する．
 各LEDまでの距離が算出された後，
LEDから2次元の入射角情報を利用
して，空間位置を算出．
 3LEDの空間位置より重心を求
め，LED位置と重心位置との
差から，姿勢角を算出する．

12. 頭部位置計測装置のスペック
値備考
動作範囲(X,Y) ±100mm
動作範囲（Z) 150～300mm 奥行き方向
位置精度平均5mm
取得自由度現在4自由度X,Y,Z,Yaw軸
更新レート１００Hｚ 最大300Hzま
で
時間遅れ３ｍS USB接続にて

13. 試作実装による動作の様子

14. 考察
 頭部位置，Yaw回転の4自由度について
は，必要な精度で位置情報を取得できた
．
 残り2自由度については，本手法では十
分な精度で取得できなかった．
 原因としては，3角測量の誤差が傾きに
影響している．
 そこで，首の位置を推定し，頭部の位置
と傾きの関係から現在の頭部姿勢を推定
したい．

15. 頭部位置計測装置の取り付け位
置
静止部回転部
センサ
取付部
透明ガード

16. まとめ
 ツイスターにおける両眼高さを含む頭部位置補
正の提案
 頭部位置補正のための計測装置の設計，実装
今後の予定
 頭部位置計測装置の改良
 頭部位置を用いた補正画像を実際のツイスター
に投影し，動作を検証．
 両眼立体視に入りやすいアプリケーションの考
案．

18. センサ受信回路

19. 1．TWISTER-4仕様（その
１）
 提示系
画面サイズ：3168 x 600 ドット
表示階調：10bit(ガンマ値2.2)
フレームレート：６０Hz
入力コネクタ： DVI（1600x1200）
2本
カゴ回転速度： 100rpm
LED表示器：36系統

20. 1-1.提示系全体ブロック図

21. 1-2.提示系基板仕様
 中央制御基板A 1枚
FPGA（チップ単価10万円）＊2個
 分配基板B 12枚
LED基板9枚をコントロールするボード
 ＬＥＤ基板 108枚
フルカラーＬＥＤ 各400個，総合計43200
個
ＬＥＤドライバＩＣ 各100個，総合計
10800個

22. 2-1-1. A基板詳細
一辺320mmの８角形
遠心力を避けるため，
カゴの中央に設置．

23. 2-1-2. A基板機能概要
横1 6 0 0 d o t × 縦1 2 0 0 d o t の画面
横3 2 0 0 d o t × 縦6 0 0 d o t 画面
D V I 入力画像
画素ブロック移動
L E D 出力画像
D V I 入力水平同期方向
L E D 出力水平同期方向
入力：DVIデジタ
ル
出力：３６系統シ
リアルデータ出力
クロック周波数
133MHz
使用FPGA：
約120万ゲー
ト相当

24. 2-1-3. A基板ブロック図
D V I I N
D V I
r e c e i v e r
F P G A - L
D D R S D R A M
1 6 Mx 3 2
V 2 P 2 0 - 6 - F G 6 7 6 C
F l a s h
R O M
B o o t u p
C P U ( S H 2 )
L V D S 出力 1 2 組R S 2 3 2 C
D V I I N
D V I
r e c e i v e r
F P G A - R
D D R S D R A M
1 6 Mx 3 2
V 2 P 2 0 - 6 - F G 6 7 6 C
L V D S 出力 1 2 組
A U X I N E N C O D E R I N
F P G A - L
L V D S 1 2 組

25. 2-2-1. B基板詳細
カゴ外周に設置．振動の問題を避けるため，全ての
部品をチップ部品とし，コネクタ等最小限の部品の
み大型部品を使用．基板サイズ約300mm*110mm

26. 2-2-2. B基板機能ブロック図
F P G A
V i d e o
I n
C o n f i g
R O M
V i d e o O u t 1 U
V i d e o O u t 1 M
V i d e o O u t 1 L
V i d e o O u t 2 U
V i d e o O u t 2 M
V i d e o O u t 2 L
V i d e o O u t 3 U
V i d e o O u t 3 M
V i d e o O u t 3 L
D i g i t a l O u t p u t T R G T R G T R G
B u s - B u f f e r
基本的に，A
基板からの信
号を分配して
いるだけで，
特別な機能は
無い．

27. 2-3-1. LED表示基板詳細
外形寸法：400mm＊70mm
なるべく大型にしたかったが，これ以上のサイズでは
精密にLEDを並べることができなかった．そのため
，一列1200mmに3枚のLED基板が搭載されている
．

28. 2-3-2. LED機能ブロック図
L E D ドライバ
＊ 1 0 個
L E D 4 0 個
入力コネクタ
L E D ドライバ
＊ 1 0 個
L E D 4 0 個
L E D ドライバ
＊ 1 0 個
L E D 4 0 個
L E D ドライバ
＊ 1 0 個
L E D 4 0 個
L E D ドライバ
＊ 1 0 個
L E D 4 0 個
L E D ドライバ
＊ 1 0 個
L E D 4 0 個
L E D ドライバ
＊ 1 0 個
L E D 4 0 個
L E D ドライバ
＊ 1 0 個
L E D 4 0 個
L E D ドライバ
＊ 1 0 個
L E D 4 0 個
L E D ドライバ
＊ 1 0 個
L E D 4 0 個
右目用信号分配左目用信号分配
L E D 合計4 0 0 個
・入力信号から，各
LEDの輝度情報を取り
出し，LEDドライバに
転送する．
・LEDのPWM駆動
・LEDドライバの初期
化

29. 2-4-1.提示系の課題
 LED消費電力
全点灯時5V30mA*43200≒6kW必要
 スリップリングの容量
電源系１００A 2本，信号系6本
光コネクタ 12組
 振動による故障防止
１０G時に動作する基板の開発

30. 2-4-2.提示系の実装
 LED消費電力
常に光ることは無いと仮定し，
最大必要量の2/3である4.8kW確保
 スリップリングの容量
電源系はなるべく高電圧で伝送（４８
V100A）
光コネクタ：DVI*2=8本，IEEE1394*2=4 本
 振動による故障防止
高背部品を不使用．信号線は冗長配線

31. 3.TWISTER-4仕様（その２）
 カメラ系
カメラ数：３６台
カメラ解像度：６４０ｘ４８０ ドット
カメラフレームレート：３０Hz
IEEE1394ポート数：２
2系列のカメラ群から，合計で一秒間に30枚
の両眼立体映像を取得可能

32. 3-1.カメラのトリガタイミング
 カメラが特定の位置
に来たときに撮影で
きるようになってい
る．
 つまり，現状ではカ
ゴの外にカメラが２
つあるのと同一状態
．
カメラは円周
上3 6 台

33. 4.TWISTER-5
 当初仕様はまったく変わらず
 実際には細かい改良を行っている．
表示位置安定化ソフトの追加
回転が安定したときの表示位置がしっかりし，画質
が向上したように見える．
高輝度時のディマー
高輝度が続くとLED基板にリセットがかかり，表
示が
消えてしまう．それを避けるために，自動的に輝度
を落とすソフトを追加した．

34. TWISTERの今後
 表示系の実験
動画像における，「切り身」現象の評価
 撮像系を安定に動かす．
撮像系担当者が自分でソフトを組めること．
 通信について
通信に必要なプロトコル，やり取りすべき画像
を決定する．
 ボクセルデータを送る必要があるか？
 2枚の2次元データを６０ｆｐｓ送れば良いか？