両眼の視力差を考慮した立体視表示手法に関する研究

修士論文 平成 23 年度 (2011)

両眼の視力差を考慮した

立体視表示手法に関する研究

東京工科大学大学院バイオ・情報メディア研究科

修士論文 平成 23 年度 (2011)

両眼の視力差を考慮した

立体視表示手法に関する研究

指導教員

渡辺 大地 講師

東京工科大学大学院バイオ・情報メディア研究科

平野 実花

論 文 の 要 旨

論文題目 両眼の視力差を考慮した 立体視表示手法に関する研究 執筆者氏名 平野 実花 指導教員 渡辺 大地 講師 キーワード 三次元、立体視、視力、優位眼、視差 [要旨] 眼で得られる視覚効果の一つに ”立体感 ”がある。これは目で見たものの奥行きや距離感 などの空間を把握や認識する能力のことである。両眼視差や色、形状、大きさ、視点法、 などが立体感を認識するための手がかりとなっている。これらの情報や両眼でみたときの 像の差などによって立体感を認識している。これをスクリーンやディスプレイなどで再現 をするときには 2 つの画面とコンテンツ内のカメラを用いて両眼視差を利用して行う。 「アバター」を始めとする立体視コンテンツの活性化により着目をあびるようになった立 体視技術は、様々な問題を抱えている。提示された見え方が正しく認識できずに立体的に 見えないことや小さくみえてしまうこと、体質の問題によって体験出来ないことや長時間 の体験に不向きであることが研究者によって指摘されている。後者は体験者による経験の 差や体調具合によって影響される要素であり個人によって差が出てしまうため個人別に調 整することが必要ととなることが考えられる。個人差を吸収するにあたって、視力に着目 をした。視力は眼でどの程度水晶体のピントを調整できるかという能力のことであり、数 値で表す。この数値が大きいとよりピント調整でき遠くまではっきり見ることが出来る。 小さいとピントの調節が出来ずにぼんやりとした見え方をする。この能力が両眼で異なる 場合に立体視コンテンツの 2 つの画面を認識することができるが、負担が大きいのではな いかと仮定した。よって片方の画面のピントを調整する、コンテンツ内の画面をぼかすこ とで負担の少なくなると仮定し、視力との関係をみた。 本研究では立体視を行うときにコンテンツの片方の画像にぼかし加工を加え、両眼の視力 との関係性を調査した。その結果、体験者の視力と片眼画像のぼかしについて共通した関 連性をみつけられなかった。

A b s t r a c t

Title Research on the display method of stereoscopic with considering a difference of eyesight

Author Mika Hirano

Advisor Taichi Watanabe

Key Words 3D, S3D, eye sight, dominant eye, biocular parallax

[summary]

3D Effets is a visual effects getting eyes. This is an ability getting light cognins space and depth. Hint is binocular pallalax, color, figure, size and obeseriers eye point. Get 3D effects for look tu difference and theres. 3D Effects play on screen and dhisplay, use to bionicse pallalax for 2 moniter and camera in contents.

S3D technique attracted for ”AVATAR” end more S3D contents activation have something problems. It not lokking just as one intended recognizing the stereoscopic sence for showing screens, feeling like small, no experience for physical problems and watching long not. The latter improve plactise and physical. There are make difference amang individuals, need to adjust one. Difference amang indivisuals take in, I think to need eyesight. It is ability to focus adjustment by optic lens on eyes. This show a numerical value. If numerical value is big, can focus faraway points clear. If numerical value is small, cannot focus and be careless. This ability diffirence left eye and right eye, can watch S3D contents use to 2 moniters but impose a burden on somebody. Then this is adjusting shade off one moniter, wathing eyesight for one moniter.If right eye numerical and left eye numerical are difference, load for players. Accordingly adjust focuse one side moniter.This examine affect eyeside.

This stude investigate into relation about both eyesight and effect to focus one side moniter. As a result, don’t look association player’s eye sightand effect focuse one moniter.

目 次

第 1 章 はじめに 1 第 2 章 実験調査 16 2.1 仮説設定と目的 . . . 17 2.2 方法 . . . 19 2.2.1 検証方法 . . . 19 2.2.2 ガウスぼかし . . . 20 2.2.3 調査結果 . . . 22 第 3 章 考察 28 3.1 視力との相違 . . . 29 第 4 章 まとめと展望 32 4.1 総括 . . . 33 謝辞 34 参考文献 36

図 目 次

1.1 眼間距離 . . . . 3 1.2 輻輳について . . . . 4 1.3 大きさ . . . . 5 1.4 色 . . . . 5 1.5 陰影 . . . . 6 1.6 前後関係 . . . . 6 1.7 きめの細かさ . . . . 7 1.8 運動視差 . . . . 8 1.9 視差の調整をイメージ . . . . 9 1.10 アクティブシャッター方式 . . . . 10 1.11 立体視機材の一例 . . . . 11 1.12 輻輳距離と焦点距離の不一致 . . . . 12 1.13 優位眼 . . . . 13 2.1 利き目 . . . 18 2.2 ぼかし無し . . . . 20 2.3 ぼかし有り . . . . 21 2.4 平滑化 . . . 22 2.5 重みの移動 . . . . 23 2.6 ぼかしていない元画像 . . . 25 2.7 右画像を加工した画像 . . . 26 2.8 左画像ぼかしを強くした画像 . . . . 27 3.1 視差をグラフにしたもの . . . 30 3.2 ぼかし濃度をグラフにしたもの . . . 31

表 目 次

2.1 実験環境 . . . 21

2.2 動画ファイルの詳細 . . . . 22

2.3 被験者の視力一覧 . . . 24

第

₁

章

はじめに

ものの大きさや奥行き、位置関係や距離感など人間は無意識のうちに正しく判 断、理解をしている。3 次元空間に存在する世界を目から入力された網膜の像や経 験等を能で判断して総合的に立体的な情報を立体的な間隔として得ている。これ を立体視という。 人間は普段から立体感や空間を無意識のうちに把握し、理解をしている [1]。右 目と左目の異なる位置から網膜像に映し出された像のの違いが手掛かりである。図 1.3 は大きさの違う円が 3 つあり、同じ距離に円があっても網膜に映し出された像 が大きければ大きいほど近く、小さければ小さいほど遠く感じる。このことから 立体感を感じることができる。図 1.4 は色の違いによって立体感の距離感が変わっ ている。短波長側の寒色系の色だと奥のほうにあると感じ、長波長側の暖色系の 色だと手前にあるように感じる。このとき前者を後退色といい、後者を進出色と いう [2]。このように色の違いによって立体感を感じることができる。図 1.5 は円に 左の円はベタ塗りで物体の立体感が捉え難く、右の円は陰影があることによって 物体の立体感を捉えやすくなっている。図 1.6 は青色の円形のブロック上に黄色い 星があることによって手前と奥にある物体の距離感を感じる。これは物体が前や 後ろにあることによって前後関係を把握し、立体感を得ることが出来る。図 1.7 は 密度またはきめの細かさによって立体感を得ることが出来る。密度が濃い、また 模様の間隔が狭いものと密度が薄い、また模様の間隔が広いものを比較する。こ れから密度が濃いものが遠くにあるように感じ、密度が薄いものを感じることが 可能である。図 1.8 は奥の風景にぶれがあり、手前の背景や人にはぶれがない。こ れは移動によってものの見え方にぶれが発生し、ぶれの速さによって奥行きを感 じることのできる運動視差による立体感の提示の例である。 目でみている対象の形など他の情報もあわせこれらの視覚情報を脳で処理し、適 切に奥行きや空間、距離感を把握している。立体視では両眼視差も重要な要素であ る。両眼でものをみるときには右目と左目の位置が横に並んでずれているために、 網膜に写る像もずれている。網膜に写っている異なる像が映しだされた異なる像 を脳で情報を処理する。これが両眼視差である。またモノに触った経験や歩いた

経験等の身体で体験した情報やイメージも空間や距離感の把握の手伝いになって いる。ディスプレイやスクリーン等では主に平面的に像を切り取って表示してい るので奥行きや飛び出し感のある立体感を得るためには工夫をする必要があった。 近年、立体視技術が再び流行するようになったのは両眼視差を利用した機材の 開発が影響を与えている。両眼視差とは、両眼でものをみたときに、図 1.1 のよう に両眼の位置が異なるために左右の目で見えている網膜の像が異なる。この時の 像の差を両眼視差といい、または視差と呼ばれる。両眼視差とは立体視を行うと きのてかがりの 1 つである。現在の立体視視聴システムはこれを利用したものが 多く作られている。図 1.2 は両眼で見た時の物体に対してそれぞれの目からの角度 をたしたときに立体視で用いられる輻輳の角度になる。これが大きければ大きい ほど手前にある飛び出しのある立体感を感じることができ、小さければ小さいほ ど遠くをみている奥行きの立体感を感じることができる。この輻輳角は一定の大 きさになると見えている像や物体が 2 重に見えてしまうので立体感を強調したい 時等には注意が必要である。見えている像が動いているときと静止している時で 融像可能な輻輳角の範囲は異なっている [3]。立体視コンテンツを製作するときに この輻輳角が安全に立体視を行える時の基準となっており、表示する画面の大き さや距離等によって決められている [4]。 図 1.1: 眼間距離 近年では”3D 映画”や”3DTV”などの言葉で表現される立体的な知覚を売りにし たコンテンツが話題になっている。例えば映画「アバター」や「シンケンジャー」、 「コララインとボタンの魔女」、「ラプンツェル」、「ハリーポッターと死の秘宝 part2」 などが映画館で 2D 上映と 3D 上映の選択が可能であった。これらの映像ディスク

図 1.2: 輻輳について や家庭用ゲーム等でも”3D 対応”という表記をよく見かけることができる。映画館 では 4 種類の上映方式が用いられている。Bluray-3D や立体視用のゲームなどが家 庭用向けに提供されている。観賞用機材のほかに、撮影の出来るデジカメが登場 している。アメリカで発足された立体視の国際 3D 協会の 3D アワードも 2011 年 度から開催され、アメリカや中国などでも着目されている。 これらのコンテンツでは平面に表示される映像が普段ものを視ているときと同 じように飛び出し感や奥行き感のあるような立体的な空間を認識・把握できるよ うな視覚体験が行われる。ディスプレイや、スクリーンなどでは縦と横の 2 次元上 の平面に 3 次元的な絵や像を表示しする。平面的な絵や立体的な絵も表示するこ とはできるが、平面状の板の上に表示しているだけで飛び出し感や奥行き感を表 示することが難しい。表示するための奥行きがないのである。しかし両眼視差を 利用した立体視技術と高リフレッシュレートのモニターの登場により多くの立体 視コンテンツが登場し、再び立体視が着目されるようになった。家庭用テレビや PC モニター等も立体視が対応し、イベント会場や劇場だけでなく家庭用機材とコ ンテンツの登場で 2010 年前後には立体視元年と言われるほどの人気を見せた [5]。 映画などでは ”3D ”上映や立体映画などの名称で客に対して得られる結果をわ かりやすく伝えるが３ DCG と混同してしまうために 書籍 3 次元映像の基礎 [6] や 宮島英豪著 [7] などの 3 次元映像の書籍では区別するために ”S3D ”または ”立体 視 ”という言葉で区別を行う。

図 1.3: 大きさ 図 1.4: 色 赤青眼鏡を用いて色の違いから立体感を得るステレオグラムという方法や特殊 な板を貼り付けて傾けて見る方法、等間隔に穴の開いた眼鏡を用いて見る方法な どがあげられる。現在主流の機材ではアクティブシャッター方式や偏光板方式の眼 鏡を用いられている。専用の画面と眼鏡を用いる方法の他に、ホログラムや特殊 な機材を用いる等で裸眼での立体視ができる。昔は立体視のコンテンツは遊園地 やイベント会場など大掛かりな装置が設置できる場所におおく存在していた。雑 誌の付録にはよくステレオグラムを用いた立体視の画像が付属されていた。しか し色差を利用した立体視には色の制限があった。 体験者が多数存在することは、その数だけ視覚の認識方法や立体感の受け取り 方に差異がある。どれだけ制作側で個人によって立体視の視覚調整が行えるよう になれば体験者への負担を軽減できるのではないかと検討した。本研究では視力 に着目し立体視を行うときに左右の視力がどのような影響をあたえるのか、立体

図 1.5: 陰影 図 1.6: 前後関係 視用コンテンツをガウシアンフィルタを用いてぼかすことでうまく立体視が出来 るのか調査を行った。結果、両眼の視力と利き目からは立体視コンテンツを用い た立体視での影響をみることができなかった。 よく雑誌の付録などで赤青の 2 色のフィルムを用いて色差によって発生する立 体感を体験できる画像やドッドの密度によって絵が浮かび上がってくるランダム ドッドステレオグラムなど身近なところに立体視を体験できる要素があった。ラ ンダムどっどディスプレイは石の模様が立体的な効果を成すことで知られている。 立体視は昔から立体感を提示するために色々な方法や効果を用いて提示されてき た。しかし技術の発達によってより高度な立体視が行えるようになった。画像だ けではなく平面に表示されている映像に対して奥行き感などの立体感を提示する

図 1.7: きめの細かさ ことができるようになった。平面のディスプレイやスクリーンなどでは機材でも 2 つの画面を右目、左目の網膜に映し出されるようにする。ヘッドマウントディスプ レイならば直接右目と左目の画面に映し出されるようになるが一般的なモニター ではそれが難しかった。1 画面で右目と左目の画像を映し出すためには交互に画面 を表示させることが必要であり、それによりリフレッシュレートが低くなってし まってカクカクした映像になってしまうからである。 図 1.11 は高リフレッシュレートの画面描写が可能なモニターと立体視用の眼鏡 と対応しているトランスミッターである [8]。120Hz 以上のリフレッシュレートが 設定できるヘルツモニターの登場によって 1 画面に交互に左右の画像を表示させ たまま、一定以上の高リフレッシュレートを維持したままなめらかな映像の立体 表示が可能になった。右目と左目を区別するために特殊な眼鏡型デバイスを用い る。図 1.11 の眼鏡はリフレッシュレートにあわせて右目と左目のシャッターが降 りて左右の画像の区別をするアクティブシャッター方式の眼鏡である。 図 1.10 は立体視機材のアクティブシャッター方式を図解したものである。左目 用の画像 (青色) と右目用の画像 (赤色) が画面に交互に表示される。これをそのま まみるとあまりの速さに 2 重の像が提示されるように見える。瞬きすることでこ の左用画像と右目用画像を区別するのは難しい。そこで本研究ではシャッター式の

図 1.8: 運動視差 眼鏡を用いる。これは左目用の画像が表示されているときには右目のシャッターを 閉じ左目のシャッターを開いて画面が見えるようにし、右目用の画像が表示されて いるときには右目のシャッターを開けて左目のシャッターをおろし右目用の画像を 右目に見えるようにする。これをトランスミッターなどのシャッターの同期をとる 装置にあわせて高速に繰り返している。この方法の利点は偏光板を用いるときの ように眼鏡が光に焼けることがない。2 つの画面が交互に交代して表示されるため に解像度が減衰されることなく表示される。 他にも偏光板を用いた眼鏡でみるモニターもある。その場合、画面またはプロ ジェクターの表面に違う向きの偏光板が張られており、眼鏡の偏光板のそれぞれ の偏光板と対応している。偏光板を用いた立体視の場合は眼鏡が軽いが板の劣化 が問題である。これらの眼鏡を用いた立体視は重いことやかけづらいこと、眼鏡 を普段からかけている体験者には 2 重に眼鏡をかけることになってしまい、重く て邪魔だと思うことや疲れやすくなってしまう問題がある。これが体験者への負 担になり立体視技術を遠ざけてしまう一つの要因である。 これらの問題を解決するために裸眼立体視という技術がある。パララックスバ

図 1.9: 視差の調整をイメージ リア方式やをホログラムを用いたものがこれにあたる。パララックスバリア方式 は視差バリアという特殊な板を用いて右目用と左目用の 2 つの画面を区別してい る。立体的な絵が見れるポストカードなどでよく用いられている。これは携帯電 話などの小型機器に用いられることが多いが最近では大型テレビでも利用される ようになった。イベント会場でも利用されることが多くなり、眼鏡を用いた立体 視が辛い体験者にたいして楽にできる立体視ということで重宝されることがある。 ホログラムを用いたものは光の反射を用いて巨像を空間に投影している。機材が 特殊なので一般家庭で利用することはなく、博物館や科学館などの施設で見かけ ることが多い。このように立体視技術を用いて立体感を提示することが様々な場 所や機材で行われている。 両眼の代わりに 2 つのカメラをコンテンツ内に設置、撮影を行う機材を用いる 時と普段ものを見る時での視界範囲が異なる。機材を用いた場合、立体視の情報 を得てピント調整等を行うための機能は表示する画面に委ねられて体験者は詳細 な調整は行えない。図 1.12 は焦点距離と輻輳距離の不一致を示し、この図のよう に着目するための輻輳距離と焦点距離が異なってしまい、違和感を生じさせてし まう。立体視ディスプレイでは直接立体物をみるのではなく、ディスプレイ上に表

図 1.10: アクティブシャッター方式 示された立体情報を立体物があるように見るため実際には存在しないため距離感 がずれてしまうことがある。 立体視技術には様々な問題を抱えている。見え方の問題では名手久貴らの研究 [9] や山之上祐一らによる研究 [10][11] などで問題にされているの書割効果や箱庭 効果という提示された立体視に対して正しい立体感が得ることができない問題が ある。他にも輻輳角が体験者別に異なる問題 [12] で、体験者によって適切な視差 が異なることが挙げられる。体験時の問題では長時間の視聴で疲れやすくなって しまう問題 [13][14] や、まだ身体がちゃんとできていない幼少期に立体視を利用し た場合に斜視になることが懸念されている。それらの問題に対処し、安全な立体 視を行うために人にやさしい 3D 普及のための 3DC 安全ガイドライン [15] のよう に幾つか安全性を求めるための基準が個人や会社単位、業界において現在も検討 されており、利用されている。立体視コンテンツの視差や立体感の設定は制作す るスタッフや会社が行う。その場合ほとんどが大勢の作業員があつまって立体感 の調整を行い、意図したとおりに立体感が提示されているのかどうか確認を行う。

図 1.11: 立体視機材の一例 しかし立体視には”慣れ”や訓練によって立体感の捉え方がうまくなり [16] 、同じ コンテンツを何度も繰り返しみると立体感を感じやすくなってしまう。慣れや訓 練によってうまく立体感をとらえられるようになるととらえられなかった時の捉 えられなかった理由を感じ取ることが出来ない。輻輳角に対しては [15] などで安 全に立体視を行うために制限がある。 立体視での不具合が人間の立体認識能力に個人差が存在することに起因されて いると考えられる場合、現在の視聴システムではそれらの個人差を吸収できるよう な調整方法に適切なものとして視差の調整がある。大人の眼間距離には普通 6cm から 6.5cm といわれている。両眼の画像が離れて提示されているが、この距離を 少し制御ができる。任天堂の 3DS や NVIDIA 社の 3D VISION ではトランスミッ ターにこの機能がついている。右目と左目の画像を一定値まで縮めたり広げたり することができる。しかしこれは立体視用のモニターの台数と体験者の数が合う 場合のみの解決方法であり劇場などのスクリーンや立体視用の画面を共有する場 合には被験者の数が多く増えることや眼鏡利用した立体視機材を用いいることが 多く、体験者別に現在の眼鏡で視差を調整することは難しい。また視差の調整だ

図 1.12: 輻輳距離と焦点距離の不一致 けで解決される問題ではないと考えられる。 普段の立体視ではどのような場所にも着目することができ、これにもとづき正 しい立体感を得ることができる。片眼だけでも両眼視差はないが奥行きなどの空 間てきな立体感を正しく得ることができる。片眼だけでも立体視ができるという ことは両眼で立体視を行うときに必要な情報は片方の目だけで賄い、もう片方の 目で補っていると考えられる。これに基づき片方の目を主役にした両眼視差を用 いることで個別に立体感を調整することが出来ると考えた。遠くを見る方の目と 近くを見る方の目というように役割分担をしていることがある。藤村ら [17] の研 究や半田ら [18] の研究、新田ら [19] の研究からは優位眼によって見え方に影響が でることや見え方に与え影響ることを利用して視力の向上に役立てた研究である。 これらによると一方の目を遠くを見るようともう一方の目を近くに見るようモノ ビジョン法を用いることで視覚効果に視機能に有利な影響を与えることが確認さ れている。図 1.13 では左目が手前の緑色の箱に着目しており、右目がその後ろに ある青い面である背景に着目している。このときにより遠くに、背景側に着目が できている目が優位眼であり、優位眼性があるという。視力が良いほうが優位眼

になることが多く確認されており、優位眼と利き目を同じように扱っていること がある。例えば右目で遠くをみるときには左目で近くをみるように役割分担をす ることによって視覚効果に有利な影響を与えるということが言われている。これ は老眼にたいして有効な治療法であり、実際に効果がでている。このように片方 の目で近くに着目してもう片方の目で遠くに着目する優位眼の働きや、右目と左 目で両眼視したときにどちらかで見た像とおなじになる利き目や潜在的に目の傾 きが異なる偏位眼など目には様々な左右の働きに違いがある。今のままの立体視 コンテンツの 2 つのカメラの撮影方法では同じように撮影するだけで、これらの 目の働きを全く考慮されていない。目の働きを考慮するためにカメラで視線を追 従しながら立体視コンテンツの画像を逐次調整することが考えられるがこれはリ アルタイムコンテンツではないと難しい方法である。 図 1.13: 優位眼 井上卓也の研究 [20] は立体視用画像の片眼をぼかした場合に立体感に影響がで るかどうかの調査をおこなっている。結果立体感が連続的に減少することが確認さ

れたが、被験者が少ないことと被験者の情報がないことで通常の立体視との比較 が行えない。また実験で用いられたコンテンツが静止画のみであり現在多く用い られている立体賞コンテンツは動画が多く、運動視差もある状態でないとコンテ ンツへの影響が図りきれない。栗林英範らの研究 [21] はボケを用いて実空間と立 体視空間での違いをなくすために調査を行なっている。これによるとある程度の ボケ量を追加すると実空間と立体視空間での距離感の違いがなくなる。栗林英範 らの研究では [22]DFT を用いて輝度を変化させることで立体視を行っている。こ れは両眼視差による視差を付けずに立体視用の 2 つの画面に距離によるボケを付 与させて立体視を行なっている。片眼だけでは立体視は行えないが、両眼での立 体視に成功している。これは陶山の研究 [23] で提案された手法で輝度を用いて立 体視を行うことを目的としている。このことから立体視を行うのに優位眼を考え ることは適切であると言える。 立体視コンテンツでは目の代わりにカメラを用いて両眼視差を提示する。つま りカメラを目と同じような状態にして立体視コンテンツを制作するためには距離 をおいて設置することが重要であった。しかし目にはカメラとことなり自在に視 点や着目点を移動・制御させることや異なる着目点を設定することが可能である。 このことからカメラにも目と同様に着目点を移動・制御することや別に設定する ことが必要と考えられるという仮説を立てた。実際にコンテンツ内のカメラを動 かすことで目と同様の要素を持たせるためには目の動きを追うこと、シミュレー ションが必要になる。しかし実際におこなうとするとカメラを設置して常に撮影 しながら目の見え方をコンテンツのカメラ上にフィルター効果として付与するこ とで目の見え方を反映させることができると仮説した。立体視コンテンツのカメ ラの視覚効果を変化させることで立体視を行った時の見やすさの違いと視力との 関係をみる。本研究では視力が弱いと像がぼけてみえることからぼかしを用いた 画像を素材にして立体視コンテンツを制作した。両眼視差を用いた立体視機材を 用いて片眼をそれぞれ 1pix ずつ最大 9pix までの範囲でガウシアンフィルタを用い てぼかしたものを右目用と左目用の 2 つの画像それぞれに適応させたものを合計

81 個を準備した。この結果、多くの体験者は 1 から 3pix の間でぼかされた画像が 見やすいと感じることが確認できた。左目が利き目の体験者が多かったが、それ に問わず右目の画像をぼかしたほうがよいという結果が得られた。視力差がある 体験者とない体験者での実験を行った結果、視力差に関係なく右目画像をぼかし た方がよいという結果になっている。視力差がある体験者ではぼかし効果を強く したものを片眼に適応させたものがよい結果が得られた。

第

₂

章

実験調査

本章では本研究での実験調査の内容について述べる。

2.1

仮説設定と目的

両眼でものをみるということは、それぞれの目で同じくらいにものが見えてい るとは限らない。例えば右目人間の能は都合の良い情報を選ぶために悪い情報を 忘れることもある。ということは能に情報を送る機関である目でも同じようには たらいていると考える。得られる立体感を 1 としたときに現在の視聴システムで 提示する画像では 0.5+0.5 で 1 を作っている。しかし目が必要とするのは 0.6+0.4 や 0.7+0.3 等の左右不均等なバランスで入力される視覚情報で 1 の結果を作ること が必要とする。バランスを取るために必要な要素として考えられるのは両眼の着 目点や視覚能力と仮定する。人間の目には視力という要その他にも利き目という 性質や斜視、老眼などの性質を持っている。視力はどこまでピントを合わせられ るかで、ランドルト環をもちいて検査を行う [24][25]。上下左右のどこかに黒い円 が欠けており C のような形をしたランドルト環がどのような方向を向いているの か大きさを変えながら聞き取るこ。この回答ができなくなるところまで質問を繰 り返し、どのくらいピントを調整することが可能かどうかという視力を計測して いる。数値が高ければ高いほど遠くまでピントをあわせることの出来る目を持っ ていることになる。逆に数字が小さいほどピントをあわせることが難しく、全体 的にぼんやりした見え方をする。両眼の視点、注視点が異なるとするとピントが ずれる。また人は潜在的な斜視を持っていると言われている。 図 2.1 は、両眼で ものをみたときに右目と左目に映る像の一例である。両眼で見ている像が右目で 見ている像と同じである。左目の像は右目の像よりも少し移動した位置からのも のになっている。このときに右目がこの人の利き目である。逆に左目が利き目の ときは図 2.1 の右目と左目の見えている像が入れ替わっている。これはどのような 視力の持ち主でも両眼で見ることを行なっている人間にはあり、利き目の目が視 覚情報に影響を与えている。このことから利き目が両眼視差を用いて立体視を行 うときの主役であり利き目じゃない方の目が利き目に情報を補っていると考えら

れる。斜視とは、老眼 図 2.1: 利き目 体験者にはさまざまな視覚能力を持っていることや両眼で全体をみわたすとき の着目点やとらえている距離感が異なることが考えられる。だが立体視コンテン ツではあらかじめ着目点を設定しており、体験者はそれを変えることができない。 体調によって疲れやすくなることや、長時間の視聴に向かないことなどは体験者 別に発生する。このことから体験者や体調などに合わせることのできる立体視コ ンテンツの視聴システムが必要であることが考えられる。即応的に調整を行う場 合とそれにあわせたパターンの立体視素材を用意する必要があるために、コンテ ンツ容量が膨大な容量になってしまうことや、ラグの発生が懸念となる。立体視 コンテンツの撮影に使用するカメラの着目点は基本、クロスポイントと呼ばれる 立体の基準面にあることが多い。クロスポイント、または演出の中心となるもの に自然的に両方のカメラのピントが合うように等しく調整を行なっている。裸眼 でものを見たときに右目と左目を交互に目隠しすると片方の目で見ているものと 両眼で見ているものが同じになることがある。このときに両眼で見ている時と同 じ像が映っている目を利き目という。注視点にしている箇所に対して右目と左目

は均等に動いておらず、異なる 2 つの視覚映像を見ていることになる。この時の画 像の差並びに両眼視差の量が融像できる範囲内で異なっていることが重要である。

2.2

方法

2.2.1

検証方法

立体視コンテンツの画像を片眼分だけ調整するために適切な方法は幾つかある と考えられる。カメラの位置を適切に設定することや画像処理の方法を用いると するとぼかし、エッジの抽出、輝度調整、色調調整、光源処理、などが考えられ る。利き目や藤村ら [17] の研究や半田ら [18] の研究、新田ら [19] の研究で用いら れる優位眼を参考にする。優位眼とは片方の目がピントを２つの画面で異なる位 置にあわせることで立体視コンテンツの視聴時の見やすさなどが向上されるので はないのかと考えられる。 手法として立体視用画像の片方の画面にピントをあわせ、もう一つの立体視用 画像の画面をピントをあわせない、ぼかしを加えたものを実験する。 図 2.2 は画像にたいしてぼかしを加えていない、元画像である。図 2.3 図 2.2 に ぼかし効果を加えた画像である。 見やすいぼかし濃度の関係を視力と一緒に調査を行った。本調査で利用するコン テンツは 3DCG コンテンツを Microsoft Visual Studio2008 とリアルタイム 3DCG アプリケーションのフレームワークの FKToolkit[26] で立体視対応を行った。ぼか しの調整を行った画像を連番ファイルで書き出し、動画ファイルにしたものを複 数用意した。実験では視差を 9pix とし、右目、左目それぞれの動画を 1pix ずつ全 体をぼかしたものを用いている。本実験では視差を 9pix としたので 1 から 9pix の 間、1pix ずつぼかしたものを左右の視差がつけられているので合計 81 種類の動画 を用意した。

図 2.2: ぼかし無し

2.2.2

ガウスぼかし

ぼかしの手法として平滑化を用いたガウシアンフィルタ [27][28] を適用した。ピ クセルを数カ所取り出し、そのピクセルの周囲から平均値をとる。 図 2.4 は赤いピクセルをとりだして、その周囲 1pix ずつを取り出して合計 9 つ のピクセルの数値を平滑化している。このままだと指定したピクセル数の大きさ をもった四角形になってしまうので、重みを置く。図 2.5 は重みの移動を図にした ものである。 赤を最初に取り出したピクセル、ぼかしの中心とすると 1 つ隣のピクセルに移 動するたびに変化の量が小さくなっていく。 平滑化するときに指定したピクセルから距離をとり、近いほど重みをおいて元 の画素に近づけるため変化が大きくなる。遠いほど重みが軽くなり、変化が小さ くなる。このときの計算式は式 (2.1) の式を用いて計算したピクセル数だけとりだ して繰り返し処理を行うと全体のぼかし作業が終わる。このような作業を繰り返 して書きだした立体視用の画像を片方だけぼかす。 図 2.2 と図 2.3 と同じように片眼の画像をぼかすために FKToolkit を利用した。

図 2.3: ぼかし有り 実際にぼかした画像とぼかしていない画像で立体視を行えることが確認できた。 f (x, y) = 1 2πσ2 exp(− x2+ y2 2σ2 ) (2.1) 実験調査に用いた機材と動画ファイルの詳細を示す。表 2.1 は機材についての詳 細である。表 2.2 は動画についてまとめた。左右分離方式とは右の画像と左の画像 をひとつのファイルに横に並べて保存を行い、再生するときに分離して表示する 方式である。 表 2.1: 実験環境 立体視視聴システム NVIDIA 3D VISION(アクティブシャッター方式) 表示モニター acer GD245HQ グラフィックボード NVIDIA Quadro FX 580

OS   Windows 7 Enterprise 64 ビット Servise Pack1

プロセッサ Intel(R) Core(TM)2 Duo CPU E8400 @3.00GHz 3.00GHz 実装メモリ (RAM) 4GB

図 2.4: 平滑化 表 2.2: 動画ファイルの詳細 再生長さ 15sec フレームレート 60fps 表示サイズ 1366*768 画像分離方式 左右分離方式

2.2.3

調査結果

本実験では 10 人の被験者の協力のもと、視力の聞きとりとみやすいぼかしの強 さについて調査を立体視コンテンツを用いて行った。その結果は視力が表 2.3 と ぼかしが表 2.4 の様になった。元の画像は図 2.6 である。これからぼかし効果を加 えいくつか効果を変更したものと視力の関係をみた。加工例は図 2.7 と図 2.8 であ る。図 2.7 は左側の画像をぼかさず、右側の画像を 3pix ぼかしたものである。図 2.8 は左側の画像をぼかさずに右側の画像を最大値の 9pix ぼかしたものである。 被験者の視力は殆どがあまり悪くなく、左右の差が最大 0.4 が 1 人、最小 0 が 5 人、平均視力が 0.94 であった。多少左右で差がある被験者がいるがほとんど左右

図 2.5: 重みの移動 の視力差に差がないと言ってもよい被験者が多かった。利き目が右目の被験者は 3 人で 7 人の被験者は左目が利き目であった。多くの結果は見やすいぼかし濃度につ いてはほとんどの被験者が 1∼3pix の間に収まっており、偏りが見られなかった。 一部の体験者は片方が 6pix ぼかしたものがよいという解答が得られた。 左目が利き目である被験者が多く右目が利き目である被験者が少ないというこ とはカメラの向きを左側を着目点に対して垂直に近くにすると楽になるのではな いかと考えられる。

表 2.3: 被験者の視力一覧 被験者 左 右 利き目 い 0.8 0.4 左 ろ 1.0 1.2 右 は 1.2 1.0 左 に 0.8 0.8 左 ほ 1.2 0.9 左 へ 1.2 1.2 左 と 1.2 1.2 右 ち 0.7 0.7 左 り 1.5 1.5 左 ぬ 0.3 0.075 右 表 2.4: 見やすいぼかし濃度の調査 被験者 左 右 い 6 2 ろ 1 2 は 1 3 に 1 3 ほ 2 1 へ 3 3 と 1 4 ち 1 3 り 2 5 ぬ 1 6

第

₃

章

考察

本章では実験の結果から因果関係を推察する。

3.1

視力との相違

体験者の視力には多少ばらつきがみられた。殆どの体験者の利き目が左目であっ た。にも関わらずに 6 人の体験者は右目用の立体視用の素材をぼかしたほうがよ いという結果になっている。これは優位眼とそうでない目どちらを遠くに着目す るか近くに着目するかで見え方が変わると考えられる。右をぼかしたほうがよい ということは利き目にくっきりとした像を見せることが可能であれば右側の像が ぼけていてもよいということになる。図 3.1 は視力を、図 3.2 は結果をグラフにし たものである。左が青色、右が赤色である。左右の視力に差がない体験者が 5 人 いた。これは実験での視聴時に普段の目で見ている視覚能力を用いたからと考え られる。普段見ている視覚能力では視力補正を行なっていることが多く、半分以 上の被験者では眼鏡の着用が見受けられた。左右の視力に差がある場合、補正に よって差が埋まるのでぼかし効果は必要ではないことが考えられるが数 pixel のぼ かしがよいという結果が得られているので視力だけではなく利き目などの要素が 絡んでいることが言える。またくっきりした映像だとつかれてしまうという意見 があったのである程度のぼかし効果を加えることで楽に視聴が出来るのではない のかと考えられる。得られたぼかし範囲が 1∼3 の間に殆ど収まっており、これは ぼかしが強いと見づらくなってしまった。これはぼかした画像とそうでない画像 が融像できる限界を超えてしまったから立体視が出来なかったことが考えられる。 一部の身体験者では 6pixel のぼかし効果が必要であったが、これは右と左の視力 にそれなりの差があり 1.0 以上の視力を持たない体験者がそうであった。今回の実 験では 2 名いた。左右のぼかし量には殆ど 1 から 3pix の差しかない。1 人だけぼ かし量を同じにしたものが見やすいと解答した体験者がいた。3pix はあまりぼか しが強いとは言えず、このことから左右の目での像の差は細かい違いなら影響な く立体視が行えていると考えられる。今回実験に参加した体験者はみな普段もの を見る立体視と立体視機材を用いた立体視が行えた。立体視コンテンツの立体視

ができない被験者に対しての影響が測ることが出来ていないので解決策本研究で は判断できない。 今回の実験で利用したコンテンツは予めぼかし効果を適応したものを用意して を再生した。リアルタイムにぼかしの濃度を映像にあわせて変更する場合の影響 の調査がを行なっていないので今後、リアルタイムに動かしながら調査を行うこ とを検討する必要がある。場面によって立体感の増大や減少があるから映像にあ わせてカメラの位置や着目点までの距離が異なることが考えられる。リアルタイ ムコンテンツで行うと描写画面の計算が負担になることが考えられる。本研究で のぼかしを加えた画像の書き出しは jpg で行ったが、他の形式だと容量がかさみ時 間がとてもかかった。画像の劣化は見受けられなかったが 9pix まで段階的にぼか すために予め計算して行ってもぼかし効果の処理には時間がかかる。またぼかし 効果が画面全体に適応されるものなので距離に応じたぼかし効果、ピント効果を 用いていない。目では距離に応じてぼかし具合が変化することが考えられるので 距離を反映したぼかし効果を適応することが検討項目である。 図 3.1: 視差をグラフにしたもの

第

₄

章

まとめと展望

本研究のまとめである。

4.1

総括

近年流行している立体視技術では様々な問題を抱えている。見え方や立体感に 関する問題や機材による問題、個人によって影響が異なる問題などの多くの問題 を抱えている。機材が原因で発生するもの、コンテンツが原因で発生するもの、視 聴状態や体験者によって発生するもの等多くあり、因果関係があるものないもの など複数の要因によって発生することもあり、総ての問題を解決することは難し い。普及しつつある技術で将来には野村らの研究 [29] にあるように立体視技術が 必ず生活の中にあり、一般家庭でも当たり前に用いられることが推測されるので 立体視技術の問題が一日でも早く取り除かれることが望ましくある。 本研究では利き目や優位眼をヒントに両眼視差を用いた立体視技術の視聴時に ぼかし効果を付与することでよい影響がでると考えた。目の能力にあわせて効果 を与えるために視力との関係を見た。しかし両眼視差を用いた立体視コンテンツ において両眼の画像に片眼ずつ加工を加えることで立体視を行うことができたが それが視力との関係があるのかどうか因果関係がみることが出来なかった。今後 は他の要素や効果において視力との関係があるかどうかをみて解決していきたい。

本研究を締めくくるにあたり、研究や論文等のご指導をいただきました本校メ ディア学部の渡辺大地先生、並びに副査の三上浩司先生と佐々木和郎先生に深く 感謝します。方針を導いてくださった先輩の竹内亮太さんや日々お世話になって いる一緒に在籍していた研究生の皆さんありがとうございます。 在籍期間中に本研究に関わって頂きました体験者の皆様、並びに本論文に目を 通してくださったすべての方々に、厚くお礼を申し上げます。

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