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Snow Walking_Japnese

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IVRC2014, Augmented Human 2015

Published in: Technology
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Snow Walking_Japnese

  1. 1. スノーキン: 積雪の中での歩行感覚を再現するデバイス Snow Walking: Motion-Limiting Device that Reproduces the Experience of Walking in Deep Snow 横田智大,大嶽志拓,西村幸泰,油井俊哉,内倉理子 チーム太平洋側育ち, 早稲田大学基幹理工学部表現工学科3年
  2. 2. Concept … 積雪の中を歩く感覚を再現する意義 ■積雪の中を歩くという行為は1つの技能であるとい える。豪雪地帯に住む人々は、歩き方のコツを経験的 に知っているものである。一方で、雪に慣れていない 人が不意に大雪に見合うようなことがあったとしたら、 外を歩くのは危険であると言わざるを得ない。 ■バーチャルリアリティ(VR)の分野においては、カナダ のMcGill大学が、雪を踏みしめたときに足の裏が得る 感覚の再現に成功している[1]。このような特定の場に 立ったときの感覚を再現する研究は、「足の裏への触 覚提示」として、雪以外にもさまざまな場に関して取り 組まれている。 ■しかしながら、例として挙げた雪の場の再現でもそう であるように、特定の場の感覚を足に提示するVR分野 の研究においては、足の裏のみに触覚提示をすれば 再現することができるような、表面的な場が取り扱わ れることが多い。 深く積もった雪のような、足の裏でなく足全体で特殊な 感覚を得る“深さ”を持った場を再現している前例はあ まり見られない。 ■積雪のような一定以上の深さを持った場に立った人 間は、場によって足の動きを制限されて思うように動く ことができない。私たちはこのような、現実でも起こり 得る、体の動きの制限を伴う状況をVRによって再現す ることは、この分野にとって非常に重要であると考える。 このことは、単に体験を楽しむ以上の意味を持ってい ると言える。VR技術によって、このような状況を非常に 高い没入感をもって再現することができれば、そのVR を体験した際の経験が、現実において同じ状況へ遭 遇した際の対応力となることが期待されるためである。 ■私たちは今回、深く雪が積もった場の再現をテーマ に制作を行った。装着型、持ち運び可能という条件で デバイスを実装することで、普段雪の降ることのない あらゆる地域の人々に対して積雪の中を歩く体験を提 供することができるようになっている。 このデバイスによる体験は、雪という環境の本質的な 楽しさと、その中を歩くことの困難さを同時に体験する 機会となり、VR分野において1つ重要な役割を果たす ことになると考えられる。 [1] Law, A.W., Peck, B.V., Visell, Y., Kry, P.G., and Cooperstock, J.R. A Multi-modal Floor-space for Experiencing Material Deformation Underfoot in Virtual Reality. In Proceedings of IEEE International Workshop on Haptic Audio Visual Environments and Games (Ottawa, Canada, Oct 18-19, 2008). HAVE '08, IEEE. 126-131.
  3. 3. ① 雪の中に足を下ろす ② 雪を踏みしめる ③ 雪の中から足を抜く (②と逆の足) 私たちは積もった雪の中を歩くという行為を 右図のような3段階に分類し、この一連の流 れを繰り返すことで、人々は雪の中を歩行し ていると仮定した。 今回はその3段階をさらに2種類に分類し、 それぞれの段階で人々が得る感覚を  積雪の深さによって得られる感覚  雪を足の裏で踏みしめることで得られる 感覚 と名付けた。 この2種類の感覚を再現・提示する機構をそ れぞれ実装し、 積雪の中を歩く感覚を再現する長靴型のデ バイス “スノーキン” を制作した。 Walking in deep snow … 再現する行為の分析
  4. 4. ■2種類の機構によって構成される。 (a) Concept 長靴をベースとしたデバイス ■Size[mm] W … boot’s width + 80 D … boot’s depth + 45 H … boot’s height + 13 ■Weight[g] boot’s weight + 1237 (b) Implementation Overview … 概図
  5. 5. Slider-magnet mechanism スライダー・マグネット機構 ①雪の中に足を下ろす ③雪の中から足を抜く 積雪の深さによって得られる感覚 Starch-moving mechanism 片栗粉駆動機構 ②雪を踏みしめる 雪を足の裏で踏みしめることによって得られる感覚 ■再現範囲 ■再現範囲 Implementation … 2種類の機構によって感覚を再現
  6. 6. ■構成 • スライダー(+マジックテープ、エアダンパー) • 電磁石 • 距離センサ • 振動スピーカー(+アンプ) • 鉄板 ■雪の深さに関わる情報を提示する • 雪によって足の動きが制限される感覚 • 雪に足を出し入れする際に受ける抵抗 • およそ15cmまでの深さを再現可能(スライダー の長さの問題) Slider-magnet mechanism スライダー・マグネット機構
  7. 7. Slider-magnet mechanism スライダー・マグネット機構 ①電磁石をONにしてデバイスを鉄 板に固定する →デバイスを履き、床に敷かれた鉄板の上に 立った体験者は、スライダーの駆動する上方 向にのみ足を動かすことができる(=雪から足 を抜くフェーズ)。このとき、距離センサで足の 高さをセンシングする ②足が一定の高さが達したとき電 磁石をOFFにし、デバイスを自由に する →デバイスが鉄板から離れて足を前に出せる ようになる。体験者は足を一歩前に出すことが でき、次にスライダーを下方向に押し込みなが ら再び鉄板の上に足を下ろす(=雪に足を下 ろすフェーズ)。その過程で電磁石が再びON になり、足が地面についたとき、デバイスは再 び①の状態に戻る。 ■スライダーの抵抗によって雪か ら得られる抵抗を与え再現する →スライダーに仕込んだマジックテープによる 摩擦と、エアダンパーによる抵抗(次項に詳 細)。足を下ろす際には、それに加えて振動ス ピーカーの振動が雪の感覚を再現する。 × × × × ① ②
  8. 8. Slider-magnet mechanism スライダー・マグネット機構 ■Hook and loop fastener マジックテープ 上図に示した、白い枠で囲まれている黒い部分がスライダーに仕込まれ たマジックテープである。図の中の赤い破線で囲っている部分の先端に は、小さな爪がついている。スライダーが伸縮する際には、図示した部分 を含め計4箇所でそれぞれの爪とマジックテープが接触し、摩擦抵抗が 生まれる。マジックテープとの摩擦で生まれる抵抗は約5.54Nである。 ■Air damper 簡易エアダンパー 上図右側のスライダーが持つ簡易エアダンパーは16㎜(内径) ×130㎜(高さ)のアクリルシリンダから成り、底面は直径2㎜の穴 を持った状態で閉じられている。スライダーの上下と共に、シリン ダ内のロッドが上下する。底面の穴がシリンダ内の空気の出入り を制限することで、抵抗が生まれる。 ■上記の2つを同時に用いることで、スライダーの駆動に対して雪のような抵抗を与える。 組み上げたモノによって多少左右されるが、上の2つを両方を用いたスライダーの抵抗の値は約11.73Nである。現時点では各部の抵抗の値を 自由に調整することができないため、上部の左側の図のように、スライダーにおけるエアダンパーの有無を区別する等の工夫でデバイス全体に 加わる抵抗を調整していた(例:デバイス右側面のスライダーのみエアダンパー有りとする)。今回提案した機構によって雪の深さが再現可能で あることは既に確認できたため、今後は実際の雪の詳しい評価に基づき、それに合わせて抵抗が可変なスライダーを提案することが課題となる。 雪から足を抜く際と雪に足を下ろす際で抵抗の大きさを変える(後者の方が大きいと考えられる)ことで、更に体験のリアリティが増すことが期待 できる。また、様々な雪質の表現することも可能になる。
  9. 9. ■構成 • 片栗粉 • モーター • キャタピラ • 距離センサ(前の機構と共有) ■積雪の底を踏みしめる感覚を足の裏に提示する Starch-moving mechanism 片栗粉駆動機構
  10. 10. ①デバイスの底面に仕込まれた 片栗粉を、足の裏で踏みしめる →片栗粉の感触はある種の雪のそれに似 通っている。片栗粉を詰めた袋を足の裏で踏 みしめると、積もった雪を踏みしめたかのよう な感覚を得ることができる。 ②モーターを回転させ、キャタピラ 部分に取り付けられた片栗粉の 袋を前後に動かす →片栗粉を踏みしめた足を次にレールに沿っ て上げたとき、モーターによってキャタピラを 動かし、足の裏に対する片栗粉の袋の位置 を前、又は後ろに数cmずらす。一歩歩くたび に、片栗粉を足の下で前後させる。そうするこ とで踏みしめる袋の位置が毎回ずれて、何歩 歩いても袋の中で片栗粉を寄って固まらなく なり、踏みしめたときの感覚は体験と共に失 われない。 Starch-moving mechanism 片栗粉駆動機構 ① ② Crunch
  11. 11. System control 制御方法 ■ArduinoとProcessingをFirmataにより連携、有線(length: 3m)でデバイスとPCを接続して制御する  モーターの回転はPWMによって制御した。  消費電力は合計で300W前後(使用したアンプ(model: P4050, YAMAHA)が250Wを占める)
  12. 12. User experience … ユーザーの体験 IVRC2014 決勝大会での展示の様子 (2014/10/23) 以下に、ユーザーの体験の仕方を説明する ①デバイスを右足に履き、床に敷かれた鉄 板の上に立つ →鉄板(1mm×600mm×900mm)を3枚敷いた道の上に、 両足の靴を脱いで立つ。 →右足にのみデバイスを装着する。両足分の機構を実装し たが、装着の時間の短縮ために過去の展示は片足のみで 行った。写真のように、ストックで体を支えながら体験する。 ②デバイスを履いた状態で、鉄板の上を以 下の流れで歩く <1> 足を上げる <2> 足を1歩前に出す <3> 足を下げる →ユーザーには雪道を歩くというシチュエーションを意識し、 ゆっくりと、足を垂直に上げ下げして、小股で歩くよう事前 に話をしておく。 ユーザーは上記のような通常の歩く動作の中で、以下の感 覚を得る(この体験の流れは次項に図示する)。 ・雪の中に足がはまって動かせない感覚 ・雪の中から足を抜く感覚 ・雪の中に足を下ろす感覚 ・雪の底を踏みしめる感覚
  13. 13. <1> 足を上げる<3> 足を下げる Starch-moving mechanismSlider-magnet mechanism 雪の中に足がはまって動かせない感覚 雪の中から足を抜く感覚 <2> 足を1歩前に出す 雪の中に足を下ろす感覚 雪の底を踏みしめる感覚 User experience … ユーザーの体験 Crunch
  14. 14. ■2014 05/29 IVRC2014に応募(企画書提出) 07/05 IVRC2014プレゼン大会に参加(企画書発表) 09/18-19 IVRC2014予選大会に参加(デモ展示) 10/23-26 IVRC2014決勝大会に参加(デモ展示) ■2015 03/09-11 Augmented Human 2015に登壇予定(Short-paper発表) History … 展示・発表歴

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