手掌部へのテクスチャ感提示における質感向上手法

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1 手掌部へのテクスチャ感提示における質感向上手法
1)電気通信大学電気通信学部人間コミュニケーション学科 2)電気通信大学大学院人間コミュニケーション学専攻 石井明日香1)，福嶋政期2)，橋本悠希2),梶本裕之2)

2 触覚研究 VR世界とのインタラクションを目指した触覚研究が盛んに行われている リアリティが高い。汎用性が低い。 触覚
記録・再生： リアリティが高い。汎用性が低い。 触覚 人工触覚： 汎用性が高い。リアリティが低い。 VRの触覚を提示する研究が行われてきた このような触覚提示には、実素材の振動等を記録再生する方法と、 人工的な触覚を作り出す方法の2方面で行われてきた。 →このうち、記録・再生する技術では、リアリティは高いが、汎用性が低いという問題があり、 人工触覚は、汎用性が低く、リアリティが低いという問題があった。 →本研究ではこの人工触覚の汎用性に着目し、研究を行っている。

3 人工触覚 (振動によるテクスチャ感提示研究)
繊毛状テクスチャ ディスプレイ 昆陽雅司, 田所諭, 高森年, 小黒啓介, 徳田献一, “高分子ゲルアクチュエータを用いた布の手触り感覚を呈示する触感ディスプレイ,” 日本バーチャルリアリティ学会論文誌，Vol. 6, No.4, pp , 2001. 静電触覚ディスプレイ 人工触覚の研究では、素材に触れた際の触覚を提示するテクスチャ感提示の研究が行われ、 その中でも振動による触覚提示は、振動を知覚する受容器の存在から、盛んに行われてきました。 →これらの装置は、出力される波形が単純なものが多かった。 山本，高崎，樋口：「薄型静電アクチュエータを用いた触感インタフェース」，SICE SI2000講演論文集，pp (2000) 従来：『出力波形』が単純

4 研究目的 広範囲な周波数領域を提示 複雑な触感を提示するために 『出力波形』を工夫する
そこで、本研究では、「複雑な触感を提示するために、出力波形を工夫することで、テクスチャ感提示の向上させることを目的としました。 →そのため、広範囲な周波数領域を提示可能な触覚提示装置をさくせいしました　。 広範囲な周波数領域を提示

5 触覚提示装置 手掌部の空気圧変化により触覚を提示
本実験では、広範囲な周波数提示を行うため、スピーカを使用した触覚提示装置を作成した。 →この装置は、我々が以前提案した触覚提示装置で、 この装置は手掌部の空気圧を変化させることにより、触覚を提示する装置である。 橋本悠希，中田五月，梶本裕之, “Emotional Touch; Hi-Fi触覚提示に関する研究（第３報）- 圧力のフィードバック制御,” 日本バーチャルリアリティ学会 第13回大会論文集, 2008.

6 テクスチャ感判別率の向上法 テクスチャ感判別率が上昇した テクスチャ感提示 様々なノイズ 適切なノイズ付加について 検討を行ってきた
この装置を用い、テクスチャ感判別の向上法について、実験してきた。 →これまでの実験で、テクスチャ感提示波形に、 ノイズを付加することで、テクスチャ感判別率が上昇したことについて報告してきた。 →この結果を受け、テクスチャ感の判別を向上させる方法として、 適切なノイズについて検討を行ってきた。 テクスチャ感判別率が上昇した 適切なノイズ付加について 検討を行ってきた

7 ホワイトノイズを提示→ 厚さの違いを感じた
振動による厚さの違い(1/2) ホワイトノイズを提示→ 厚さの違いを感じた ホワイトノイズあり ホワイトノイズなし ホワイトノイズを提示した場合、厚さの違いを感じることを発見しました。 →この厚さは、圧覚で提示される厚さとは違う触感で、 ホワイトノイズを含んだものの方が厚く感じられます。 厚さ小 厚さ大

8 圧覚以外の周波数が関与している可能性･･･
振動による厚さの違い(2/2) 厚さ感の知覚？ 手を上下に動かす 圧覚 圧覚 振動(ホワイトノイズ) 厚さを知覚することは、直感的には、圧覚により判別してているように思われます。 →しかし、ホワイトノイズは、どの周波数も一様に同じ強度であるため、 圧覚領域の低周波以外に高周波も多分に含まれている。 圧覚以外の周波数が関与している可能性･･･

9 目的 振動による厚さ知覚を解明する 厚さ知覚に関与する 機械受容器を見つける 振動提示→テクスチャ感＋厚さ感
テクスチャ感提示の質感向上が期待出来る 振動による厚さ知覚を解明する ホワイトノイズあり →もし、振動で厚さを知覚できるのであれば、 振動提示だけでテクスチャ感と厚さ感を付加することが可能となる。 →そこで、振動による厚さ知覚を解明し、 →まず、最初の目的として厚さ知覚に関与する機械受容器をみつけることにしました。 厚さ知覚に関与する 機械受容器を見つける

10 各機械受容器の応答周波数 受容器の応答周波数に応じた範囲を定義 メルケル領域 マイスナー ＋パチニ領域 パチニ領域 マイスナー領域 60Hz
これは、「各機械受容器の応答周波数と刺激強度」を表したグラフです。 →縦軸が振動刺激の振幅、横軸が振動刺激の周波数を表しています。 →この受容器毎の応答周波数から、各受容器が応答する周波数領域を定義しました →10Hz以下をメルケルが応答する周波数領域、 →10Hzから60Hzまでマイスナーが応答する周波数領域、 →以後、60-100Hzまでをマイスナーとパチニが応答する領域、 →100Hz以上をパチニが応答する領域 に分けました。 60Hz 感覚・知覚の科学 3 3触覚p114 心理物理的計測法により求められた4種の振動感応曲線

11 ホワイトノイズを加工した波形 厚い順に並べ、傾向を調べる ホワイトノイズに周波数を付加 ホワイトノイズから周波数をカット
以上の周波数領域毎にホワイトノイズに対して、付加したり、 カットした波形パタンを用意しました。 →厚い触感順に並べる実験を行いました。 厚い順に並べ、傾向を調べる

12 実験 左右の手掌部を装置に乗せ、 “厚い“と感じた方を回答する 被験者20代男女5名 実験前にいくつか振動を提示して、慣れさせた ＜実験中＞
手はなるべく動かさない 痺れを感じたら、自由に休んでよい 装置の音が聞こえないようにノイズを聞かせた 実験は、先ほどのスピーカを使用した実験装置を2台使用し、被験者には左右の手掌部で触って貰った この状態で、左右のスピーカからさきほど作成した波形パタンを提示し、厚いと感じた方を回答してもらった。 →実験条件は、書いてある通りです。

13 実験中の様子 実験中の様子

14 被験者全員分の得点を足し、グループ毎に厚い順に並べた
実験条件 出力波形 ・グループ① 　ホワイトノイズ+周波数領域を付加した4種 ・グループ② 　ホワイトノイズ+周波数領域をカットした4種 同じグループ内で、すべての 組み合わせ20種をランダムで提示 出力する波形は、グループ内からランダムで2つ提示され、 20種すべての組み合わせを提示する。 →被験者が厚いと回答した波形に①得点を加え、 被験者全員分の回答結果を合計して、厚い順に並び変えた。 被験者が“厚い”と答えた波形に1得点を付加 被験者全員分の得点を足し、グループ毎に厚い順に並べた

15 結果(相対的な厚さ得点グラフ) 厚さが2種類感じられた 圧覚以外にも厚さが存在する可能性
こちらのグラフは、縦軸が厚さの得点、横軸が変化させた周波数領域を示している。 上下のバーは、標準偏差である。 →青い■が周波数を付加した場合、赤い▲が周波数をカットした場合です。 この図は、2つの波形グループのホワイトノイズの得点をそろえたものです。 →ホワイトノイズの点数は、このラインになります。 →メルケル領域を付加した場合、厚くなった、この結果は割と当たり前である。 →メルケル領域をカットした場合、厚さがなくなるはずだが、カット領域では厚い方に分類している。 内観報告では、「厚さが2種類感じられた」、というものがあった。 →これは、圧覚による厚さ以外でも厚さが存在する可能性を示している。 圧覚以外にも厚さが存在する可能性

16 結果(相対的な厚さ得点グラフ) パチニ領域の傾向をみてみると、メルケル領域の傾向が似ており、
付加した場合も薄く、カットした場合も薄いということになっている。

17 結果(相対的な厚さ得点グラフ) 受容器の組み合わせによる厚さ知覚 の可能性 別の部位を見てみると、
マイスナーとパチニが共に付加された場合、厚くなるという傾向があり、 カットされた場合は、薄くなるという傾向がみられた。 →厚さ知覚は、刺激受容器の組み合わせによるものではないか、ということが考えられる。

18 考察(厚さ知覚に関与する受容器) 圧覚による厚さ 圧覚でない領域の厚さ 振動による厚さ感の可能性
→メルケル領域を付加した結果が一番厚いと感じたことから、 メルケル領域の厚さ感の関与が考えられる。 →しかし、マイスナーとパチニ領域の振動領域の厚さや、 メルケル領域をカットした場合の厚さ感などは、圧覚では説明できず、 振動による厚さ感提示の可能性が強まったことになった。 振動による厚さ感の可能性

19 まとめと今後の課題 圧覚領域の厚さ知覚の可能性 振動領域の厚さ知覚の可能性 刺激する受容器の組み合わせを変え、厚さ知覚の変化などを調べる

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21 結果(波形を厚さ順に並び変え) 厚い 薄い グループ① グループ② グループ毎に波形を厚い順に並び変えた図です。
どちらのグループにもホワイトノイズが含まれているため、 ホワイトノイズの点数が同じ点になるように調整し、さらに並び変えたものがこちらの図になります。 →使わないかも？

22 結果(1/2) 一番選択された素材の割合 基準波形の選択素材 選択された回数 選択率 = 総提示回数（4試行×5人）

23 小川博教, アクティブタッチを用いた材質感判別に関する研究, 2007年度博士論文, 2008.
ノイズの付加 計測した綿のパワースペクトル ノイズ 加速度センサ：振動を計測 加速度 聴覚に関する研究では、純音のみを組み合わせても言葉とならず、 周辺領域のノイズを加えることで言葉となる知見が得られている。 そこで、触覚においてもこのような結果が得られるかどうかの実験を行った。 布を挟む部分 小川博教, アクティブタッチを用いた材質感判別に関する研究, 2007年度博士論文, 2008.

24 考察 厚い 薄い メルケル領域 強くすると厚く、引くと薄くなる パチニのみの領域 強くしても引いても薄い マイスナー＋パチニ領域
強くすると厚く、引くと薄くなった マイスナー領域 強くしても引いても中くらいの厚さ