デジタルミュージアムプロジェクト
・薪能のデジタルアーカイブに関する研究
 日本の伝統芸能である能楽には,薪能と呼ばれる能舞台の周囲にかがり火を焚いて演目を演じる能が存在する.本研究では,薪能のデジタルアーカイブとして,露光時間を変化させ獲得した多方向照明HDR(High Dynamic Range)画像の反射光解析に基づく能装束レンダリング手法,動的照明下における織物のレンダリング手法,松明の揺れる炎のモデル化及び、よりリアルなレンダリング手法,織物のリアルタイム変形シミュレーション及びシミュレーションの高速化に関する研究開発を行っている.

・文化財の直接的VR展示システムに関する研究
 デジタルアーカイブの分野において,高精細に文化財を保存し,多感覚情報を用いてリアルタイムに再現する必要がある.しかしながら,高精細に計測したモデルをコンピュータ上で高速に処理することは困難であるため,リアルタイムかつ高精細に文化財の多感覚による再現を行うことは困難である.また,多感覚情報を用いてより直観的に文化財を展示するには,文化財を直接タッチ可能な展示インタフェースが必要である.そこで本研究では,超高精細にアーカイブ化された文化財モデルを直接タッチ可能な展示システムの開発や,超高精細モデルをリアルタイムに多感覚提示可能な手法に関する研究開発を行っている.


・直接インタラクション可能な実物体指向浮世絵鑑賞システムに関する研究
 有形文化財は年月が経つにつれて劣化していくため,デジタルアーカイブに関する研究が進められている.また近年ではAR技術の確立によって,仮想空間上の物体を実世界に重畳表示することが可能になってきた.しかし,AR技術だけではデジタル文化財を直接触りながら鑑賞することは困難である.また,博物館等ではデジタル文化財に対して直接インタラクション可能なシステムの実現が期待されている.そこで本研究では,実物の和紙に浮世絵を重畳表示させることにより,実物体としての触感を感じながら,仮想物体である浮世絵に対して直接インタラクション可能な鑑賞システムの開発を行っている.


・触力覚計測・モデル化・提示手法に関する研究
 布のような連続的なメゾ構造を持つ物体表面を対象とし,固定視点下で観察した多方向照明画像から幾何光学モデルに基づいて解析し,メゾ構造の反射成分 である拡散反射成分,鏡面反射成分の解析を行うことで触感提示のための粗さ係数と摩擦係数を抽出する方法を提案する.さらに,画像から推定した粗さと 摩擦を,ボイスコイルモータ(VCM:VoiceCoil Motor)からの振動提示と,力覚提示デバイスによる水平方向の力制御により再現するシステムの構築を目指す.




・粒子法による和菓子のシミュレーションに関する研究
 京都を代表するものとして伝統和菓子の創作を体験可能なシステムを開発する.餅,まんじゅう,羊羹などの練りものの触感を仮想的に作り出し,和菓子の基本技法である, 分割,包餡,成形,着色を粒子法を用いて実世界に忠実にシミュレーションし,多地点間で視覚情報や触覚情報を通信・共有することで,遠隔地の熟練者から伝統技法のスキルを インタラクティブに学習可能なシステムの開発を行なっている.

・マルチバンドによる織物の反射光解析に関する研究
 画像より物体色鏡面反射成分の分離方法を提案する.反射光の 反射方向による強度変化(拡散反射、鏡面反射)と色成分(光源色、物体色)の組み合わせにより,光源色鏡面反射,物体色鏡面反射,光源拡散色反射,物体色拡散反射を 画像から分離した.その結果,糸を構成する単糸の表面で光源色反射成分が現れ,単糸を透過した光が物体色鏡面反射成分として現れていることを見出した.



・織物の異方性反射光解析に関する研究
 織物は強い異方性反射特性を持ち、コンピュータグラフィックスでの再現が難しいとされる。このような反射特性の原因は、織構造と糸の反射特性が影響していると考えられる。本研究では、まずマルチバンド撮影により分光画像を得, 1ピクセルごとの色の分光反射率を推定することで,対象物の正確な色情報を獲得する.その後,その分光反射率を用いて様々な色の織物の反射成分を分離する.
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「どこでも高度医療」実現のための超臨場感コミュニケーション
・遠隔触覚協働環境における柔軟物変形の同期制御に関する研究
 近年,医療現場において,患者への負担が軽く,日常生活への早期復帰が可能であることから,低侵襲手術が注目を集めている.しかしながら, 低侵襲手術は高度な技術と熟練を要するため,若手医師教育目的の手術シミュレータの需要が非常に高まっている. 低侵襲手術は複数人が協働で行う手術であるが,従来の低侵襲手術シミュレータは一人で訓練を行うスタンドアロン型のシミュレータであるため, 複数人による協働での作業訓練が出来ない.そこで本研究では,遠隔地間にいる複数ユーザが,仮想空間上の柔軟物体を操作し,多人数による遠隔協働作業訓練が可能な ネットワーク型の低侵襲手術シミュレータの研究開発を行っている.


・物理ベース・オンラインリメッシュ型・変形/剥離/穿刺/切断シミュレーションに関する研究
  仮想柔軟物体に対する力覚インタラクションの研究は,バーチャルリアリティ(VR)において重要な研究のうちの1つである.このようなシミュレーションは,手術シミュレーションやインターネットショッピングなど様々な分野への応用が期待される.安定的な提示のためには,柔軟物体の場合は数百Hz~500Hz程度(力覚的実時間)で反力を更新する必要があり,変形計算を効率的に行うための手法が必要とされる.そこで本研究では,必要に応じて動的にメッシュ解像度を変更するオンラインリメッシュおよびGPUによる大規模並列計算を適用することで,軟組織のリアルタイム変形/剥離/穿刺/切断シミュレーションを実現する.


・臓器の異形バリエーションに対応した手術シミュレータの研究開発
 腹腔鏡下胆嚢摘出術では胆管異常走行(異形)がしばしば見られ,手術リスクの一因となっている.異形は術前のCT,MRIによる撮影で事前に検知されることが多いが,実際の術野映像から異形を認識し迅速に手術をすすめることは難しい.こうした特殊症例に対する訓練が行えることは,VR技術を用いたシミュレータの利点の1つである.特に,医学生に対する初期教育で異型を含めた解剖知識と手術手技を目と手で学べる教材として,シミュレータがより有効な手段となると考えられる.
 著書らが開発している腹腔鏡シミュレータでは,術野空間を構成する対象器官をモジュール化することで,異常走行などの複数の特殊症例を表現できる構造を採用した.このモジュール化された器官モデルの機構は他の器官での異型を表現する場合にも適用できる.


・腹腔鏡下手術手技システムのVR訓練システムに関する研究
 近年、医療の高度化に伴い,内視鏡下での低侵襲手術が注目されている.この手術手法は,従来手法の開腹手術とは異なり,モニタを見ながら,力触覚の乏しい鉗子を用いて行われる.そのため,内視鏡手術では高度な技能が要求され,医師は技術の習熟が必要である.また,医学生の学習内容の増加に対応するために,効率的に訓練できる環境が求められる.そこで本研究では,訓練者に対してあたかも教師が手をそえているような教示が可能なシステムの実現を目指している.さらに,力覚だけでなく,視覚も含めたマルチモーダルな情報を提示し,訓練者が直感的に理解できる方法を考えている.





・手術手技モデリングに関する研究
 内視鏡外科手術などの専門的な作業においては,熟練者による手指を用いた精密な作業(手技)が重要な役割を果たす.本研究では,内視鏡外科手術における熟練者の手技をアーカイブし,手術プロセスに基づいてモデリングすることで,学習者が任意の手術プロセスにおける熟練者の手技を学習することが可能な手技訓練支援システムの実現を目標とする.本提案では,内視鏡手術シミュレータを用いた作業を対象に,1)学習者・熟練者の手技とシミュレータ内部の視覚・力覚データを観測・アーカイブするシステムの構築,2)観測データとシミュレータ内部データを統合した,手術プロセスに基づく手技モデル作成,3) 学習者に対して熟練者の手技を視覚的・力覚的に提示する手法の確立,により目標の達成を目指す.
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