ショートペーパー（基礎）
視覚探索の反応時間における立体視の効果
小宮山 摂
*1Effect of Stereoscopic Vision on Reaction Time in Visual Search Setsu Komiyama*1
Abstract --- This paper describes the reaction time of visual search in virtual environment. Most of studies on visual search have focused on a plane figure drawn on a 2D screen. In this research, we conducted some experiments to search for a 3D target from 3D distractors by simulating perspective projection or stereoscopic vision using VR. The experimental results support that stereoscopic vision contributes to shortening the reaction time.
Keywords: visual search, virtual reality, perspective projection, stereoscopic vision 1 はじめに 人が視覚情報の中から特定の対象を素早く見つけ出 せる「視覚探索」の能力は特筆すべきものであり、2D の 刺激に関しては数多くの古典的な研究がある。特定の 刺激がポップアウトする条件についてもかなり解明され ている[1]。ポップアウトの条件の一つに平面図形の立 体的な解釈の差異がある。Enns らは立体的ブロックを 平行投影した刺激を使い、シルエットは同一だが三次 元的向きや照明方向が異なると解釈できる Distractor （妨害刺激）と Target（目的刺激）を対象に視覚探索課 題を行ない、Target が高速に探索されることを示してい る[2][3]。ただし、Enns らの実験は平行投影の図形を用 いているため、すべてのDistractor が同一図形である。 実空間では同一形状、同一向きの立体物でも場所が 違えば網膜上では同形にならない。これは探索に不利 に働くはずである。しかし、立体視による両眼視差の違 いは他の要因と並列に高速処理が行われるという報告 もあり[4]、立体視が探索を高速化する可能性がある。そ こで本研究ではVR（バーチャルリアリティ）により透視投 影と立体視を再現した刺激を用い、3D の環境で Enns ら の実験を追試する。もし、立体視が立体物の視覚探索 に有利に働けば、作業環境としての VR の本質的な長 所を示すものとなる。 2 実験 2.1 実験概要 視覚探索の実験を3 種類行う。実験 1 では PC モニタ 上で平行投影画像と透視投影画像を比較する。実験 2 ではVR 空間内で平行投影画像と 3D オブジェクトを比 較する。実験3 では VR 空間内で単眼では同一に見え る透視投影画像と 3D オブジェクトを比較し、両眼要因 が探索時間に与える影響を検証する。 2.2 実験刺激と提示装置 刺激は平面上に置かれた立方体群を斜め上から観 察することを想定したもので、撮影方法により以下の 3 種類がある。 ①平行投影画像：平行投影した立方体（図１左） ②透視投影画像：透視投影した立方体（図１右） ③3D オブジェクト：立方体の 3D モデル（立体視する） いずれにも Target が 1 個有と無の場合があり、Enns の実験でポップアウトしやすい条件に従い、図１左に示 すようにTarget は左下から、Distractor は右上から照明 が当てられる。提示刺激は3 個、6 個、12 個のいずれか で各々について5 パターンずつ用意する。 図 1 平行投影画像（Target 有）(左)と透視投影画像（Target 無） (右)の例
Fig.1 Example of parallel projection with a target(left) and perspective projection without target(right)
実験1 ではモニタに DELL E228WFP（22 インチ、アス ペクト比8:5）、被験者の反応入力に 109 キーボードを用 い、実験 2,3 では HMD に Oculus Rift、反応入力に Oculus Touch のボタンを用いる。実験 2,3 の VR 条件で は、3D オブジェクトは 1 辺 10cm の立方体を 1m 離れた 仮想カメラから撮影した刺激を用いる。VR 条件で平行 投影や透視投影の平面画像を提示する場合には VR 空間の仮想的なスクリーンに描画する。 2.3 実験方法 実験ではPC モニタまたは VR 空間に刺激を表示し、 *1 青山学院大学理工学部
*1 Aoyama Gakuin University, College of Science and Engineering
TVRSJ Vol.26 No.1 pp.2-3, 2021
日本バーチャルリアリティ学会論文誌 Vol.26, No.1, 2021 被験者がTarget の有無を判断するまでに要した時間を 反応時間として計測する。3 実験の因子とその水準を表 1 に示す。被験者には HMD による立体視ができる 20 代の大学生10 名を用いる。各実験でどちらの刺激の種 類を先に行うかは半数の被験者で入れ替えている。 表1 実験の因子とその水準 Table 1 Experimental factors and their levels
2.4 実験結果 実験 1～3 で得られた刺激要素数に対する被験者ご との平均反応時間の平均と標準誤差のグラフを図 2 に 示す。分散分析の結果、実験1 の Target 無、および実 験 1 と実験 3 の刺激要素数 12 において、それぞれ p<.01、p<.05 で刺激の種類の単純主効果が認められた。 この結果から、平行投影画像と立体視 3D オブジェクト の反応時間には差がないが、透視投影画像はそれらよ りも反応時間が長くなることが分かる。この傾向はTarget 無の場合に顕著である。グラフの傾きは白黒の刺激を 用いたEnns らの結果よりもやや大きく、Target 有の条件 でもポップアウトの定義（<6ms/item）をわずかに超える。 3 考察と結論 図2（上）のグラフにおいて透視投影画像は平行投影 画像よりも、より判定に時間がかかる傾向が見える。この 要因として透視投影によってDistractor が 2 次元的に同 形でなくなったため、Distractor の群化に図形の心的回 転が必要となったことが考えられる。また、図 2（下）から、 透視投影した平面画像よりも 3D オブジェクトを立体視 する方が反応時間が短いことが分かる。この2 つの刺激 は片眼で見るとほぼ同じに見えるため、この差は両眼立 体視の効果といえる。さらに、図 2（中）では平行投影画 像と3D オブジェクト（立体視）の反応時間がほぼ同じで ある。以上のことから、3 次元空間において視覚探索を 行う場合、それを写真やビデオで撮影した画面で行うよ りも、肉眼で見る、あるいは立体撮影して立体視する方 が、反応時間が短くなると期待できる。VR は作業訓練 や学習に良く用いられ、臨場感が高い、立体的に見え るなどの特長が一般に知られているが、本実験の結果 は作業環境を提供する手段としての VR の本質的な優 位性を示唆していると言えよう。 謝辞 大島貴之氏をはじめとする青山学院大学情報テクノ ロジー学科学生の実験協力に謝意を表する。 参考文献 [1] 横沢一彦、熊田孝恒、視覚探索－現象とプロセス、認知 科学、vol.3, no.4, 119-138 (1996)
[2] Enns,J.T. & Rensink,R.A. Sensitivity to three-dimension- al orientation in visual search. Psychological Science, 1, 323-326 (1990)
[3] Enns,J.T. & Rensink,R.A. Influence of scene-based pro- perties on visual search, Science, vol.247, 721-723 (1990) [4] Nakayama,K. & Siliverman,G.H. Serial and parallel proc-
essing of visual feature conjunctions. Nature, 320, 264-265 (1986) (2020 年 8 月 18 日受付) [著者紹介] 小宮山 摂 （正会員） 1977 年東京大学大学院工学系研究科修士課 程修了。同年日本放送協会入局、2008 年青山 学院大学理工学部教授、現在に至る。HCI と VR に関する研究に従事。博士(工学)。 因子 水準 刺激の種類 実験1：平行投影画像／透視投影画像 実験2：平行投影画像／3D オブジェクト 実験3：透視投影画像／3D オブジェクト 刺激の要素数 3／6／12
Target の有無 Target 無／Target 有
図 2 刺激の表示法の違いによる平均反応時間の差 （上）PC モニタ：平行投影画像 vs.透視投影画像（実験 1） （中）HMD：平行投影画像 vs. 3D オブジェクト（実験 2） （下）HMD：透視投影画像 vs. 3D オブジェクト（実験 3） Fig.2 Difference in average reaction time due to difference in stimulus display method.
(Top)Parallel projection vs. perspective projection on monitor. (Middle) Parallel projection image vs. 3D object on HMD (Bottom)Perspective projection image vs. 3D object on HMD
0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 3 6 12 反応時間（ 秒） アイテム数（個） 平行-Target無 平行-Target有 透視-Target無 透視-Target有 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 3 6 12 反応時間（ 秒） アイテム数（個） 平行-Target無 平行-Target有 立体-Target無 立体-Target有 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 3 6 12 反応時間（ 秒） アイテム数（個） 透視-Target無 透視-Target有 立体-Target無 立体-Target有 ―3―
