ARもVRもMRも
まとめてドドンドーン！
株式会社ホロラボ
一般社団法人T.M.C.N
株式会社システムフレンド
前本 知志

・KINECTやHoloLens等のセンサーデバイスを使ったアプリ
（イベントコンテンツ、画像処理、画像認識、医療系）
ARアプリ、VRアプリ、MixedRealityアプリなどを作っています。
http://www.systemfriend.co.jp/kinect_nui https://youtu.be/ZSXwhj8HqkE
・株式会社ホロラボ Co-founder(共同創設者)
http://hololab.co.jp/
・TMCN (Tokyo MotionControl Network) Co-founder(共同創設者)
https://www.facebook.com/TokyoMotioncontrolNetwork
・著書「Intel RealSense SDK センサープログラミング」
https://www.shoeisha.co.jp/book/detail/9784798139630
・Microsoft MVP for Windows Development
https://mvp.microsoft.com/ja-jp/PublicProfile/5002154?fullName=Satoshi%20%20Maemoto
前本 知志
2
http://satoshi-maemoto.hatenablog.com/

属性関連図
3
株式会社
システムフレンド
取締られ役 取締役 兼任
株式会社ホロラボ
Co-fouder (共同創設者)
一般社団法人T.M.C.N
Co-fouder (共同創設者)
Microsoft MVP
Windows Development
(Windows Mixed Reality)
前本 知志 US
Microsoft Corp.
パートナー
AR・MR・VR開発 センサー&デバイスコミュニティ
HoloLens専門

https://www.facebook.com/TokyoMotioncontrolNetwork

数年前から
KINECT と Unityで
いろいろ作ってきました

ダンス系コンテンツ
 アキバで学べるパーティAKIPARTY vol.3 ～くりすますだお☆～

オタ芸とめっちゃ合う
(横浜 岩崎学園ISCプログラミングコンテスト)
https://youtu.be/ivL6ZxukTlo

http://www.systemfriend.co.jp/charamirror

ユニティちゃんと踊れる！
抱っこだってできる！（オクルージョンしてる）
2015/08/28
CEDEC 2015
https://youtu.be/ZSXwhj8HqkE

KINECTを使った
MixedReality
実現に必要となった考え方

現実世界と仮想世界の
座標系を合わせる
 KINECTの3D骨格情報を取得(メートル座標系)
 Unity座標系と対応させる
（1Unity＝1メートル設定で考える）
X
Y
Z 1メートル
↓
1Unity

現実世界と仮想世界の
カメラ位置と方向をシンクロさせる
 KINECTのリアル設置位置とUnity内のカメラ位置、角度、視野を合わせる
 KINECTの場合SDKのCoodinateMapperを駆使しリアルカメラ映像とCGのシンク
ロを取る
＜三種の神器＞
• メジャー
• 養生テープ
• 三角関数

たのしいことになったw
https://youtu.be/M8e9mCI-u80

さらに…
リアルとバーチャルの重なりを考慮する
 KINECTのDepthとCGのZバッファをGPUで高速に比較し物体の前後関係を判定
し表示する

GPUでの処理 – UnityでShaderを書く
 基本的にはこんなに簡単
if (KINECTのDepth値<CGのZバッファ値)
{
return KINECTのColor;
}
else
{
return CGのピクセル;
}

現実空間とCGのMix -> MixedReality
https://youtu.be/YxCGnmfChKk

異なる世界をMixするには
モノサシと基準を一致させる
超重要！

では世界の覗くカメラが
複数になったら
一体何がおこるんです？

通常のコンテンツ

O
各デバイスで固有の仮想空間が作られ
るデバイスローカルワールド。
各世界同士の関連はない。
O
O

単一の世界をシェアするには

O
P1
P2
P3
世界の絶対中心Oを定義し、
そこを中心とした基準座標系を定義する。
各デバイスは自分が世界のどこにいてどこを見つ
めているかがわかっている。
めざすもの

O
O
O
課題
デバイスはそれぞれが原点Oとなってそれぞれの座標
系で世界を見つめてしまう。
→現実空間と位置が合わせられない

まずは
基準座標系を定義する

O
床面に原点Oを定義する。
Oから赤マーク方向のベクトルが
世界の前方と決める。
これで「おれワールド」が定義され
た。
青マーク、緑マークは後述するカメラ位置逆計
算のための補助マーカーである。

ところでなぜこれを始めたか
 ひとつの対象物を複数のKINECTでスキャンしなければならない仕
事が舞い込んだ
 デモの時は会議室に機材を持ち込んで短時間で設営・稼働させる
必要があった
 KINECT位置を完全固定できるリグを作る時間もお金もないｗ
 じゃあ、適当にKINECTを配置してもキャリブレーションがとれる仕組みを
勝手に作ろう

ところでなぜこれを始めたか
ということで、2016年のGW中にプロトが完成し、以後ブラッシュアップが続いています。
今はオブジェクト同期のためのカスタマイズが容易な通信フレームワークの追加、
KINECTに加えHoloLensやTangoとのシェアリング、Spectator View対応も実施中、
MicrosoftのSharingより現状優れた点が多いということで導入が進んでいます。

Depthセンサーの
キャリブレーション

O
KINECTのカメラ映像からKINECTが
原点Oに対し3次元的にどの位置に配
置され、どこを注視しているのかを
逆計算する。
※これはGPSの測位計算と似てる計算方法
みたいです。
算出にはカメラから最低3点への距離情報が
必要です。
O
http://www.systemfriend.co.jp/node/708
https://youtu.be/WY2PDLq2dzo

Ｘ
Ｘ
Ｘ
カメラと点の距離を半径とした3球の交点を求めるとそれがカメラの位置となる

Ｘ
Ｘ
Ｘ
カメラ回転は3点でできる面の法線ベクトルNをもとに算出する。
つまり、リアル映像から求まる法線Nrと、
Unity内バーチャルカメラから見たVR空間内の法線Nvが一致するような
Quaternionを求めればよい（結構大変だったｗ
N

P1
複数のKINECTそれぞれのおれワールド原点Oに対する
相対設置位置、注視方向を計算から求めることができた！
O
P2
P3

Depthセンサーであれば大丈夫
 RealSenseでもうごいています

(demo)

まとめてドドンドーン！

AR・VR・MRデバイスに関わらず、
“マルチデバイス”で
現実世界と重ねあわされた世界
を同時に体験するために必要な考え方

要はこういうのが作れる

他のデバイスを
世界に参加させる

P1
参加デバイスに共通世界の中心と向きのベクトルを教えてあげる。
各デバイスは世界の中心の見え方から自分の位置を逆計算しつつ
コンテンツを表示する。
O

HoloLensの場合
世界の中心点と世界の向きを定義するARマーカーを
Vuforiaで認識し世界にJoinする。

Google Tangoの場合
世界の中心点と世界の向きを定義するマーカーをタップして世界にJoinする。
（VuforiaとTango Cameraが同時に使えなかったので教えてエロい人！）

その他のデバイス
 HTC VIVEやOculusのようなポジショントラックでき
るコントローラーがあるデバイスは世界中心にコン
トローラーを置いてキャリブレーションできる
 スマホはARマーカーを認識してExtended Trackingを
有効にすれば誤差は生じるがキャリブレーション可
能
 ARKitはSLAM能力すごいのですんなり入れそう

自分が中心だったデバイスが、
ひとつの世界を覗く覗き窓に
役割を変えた

(demo)

https://youtu.be/kfslVIxSV-k

https://youtu.be/O9F4Pi1R6xE

https://youtu.be/Fm8khHTCp24

 AR,VR,MRの違いはあれど仮想空間または現実世界に
仮想世界を重ね合わせてみることに違いはない
 現実世界はたった一つしかないのだから、そこを基
準に仮想世界を作り重ね、デバイスは世界をのぞく
のぞき窓になればよい
 基準作りと位置トラック（キャリブレーション）が
大切
 各のぞき窓が世界をどのように眺めているかが判断
できれば一つのものを様々なデバイスから同時に見
たり、操作ができる
まとめ