Depth perception of virtual objects in optical see-through mixed reality

光学シースルー複合現実における仮想対象の奥行き知覚

This research project is aiming to achieve presenting virtual objects at freely-selected far depths in optical see-through mixed reality, in which the virtual objects are superimposed into the real world. Attractive applications of optical see-through mixed reality are outdoor applications such as outdoor navigation. Outdoor applications require presenting virtual objects not only in near depths of a few meters but also in far depths of tens to hundreds of meters and controlling their perceived depths. With conventional techniques, however, it is difficult to present virtual objects in far depths and to control their perceived depths. Therefore, we are studying new techniques of presenting virtual objects at freely-selected far depths.

この研究プロジェクトでは、実空間に仮想対象を重畳する光学シースルー複合現実における任意の遠方の奥行きへの仮想対象の呈示の実現を目指しています。光学シースルー複合現実の魅力的なアプリケーションは、屋外でのナビゲーションのような屋外でのアプリケーションです。屋外でのアプリケーションでは、数メートル程度の近傍の奥行きに加えて、数十～数百メートルの遠方の奥行きに仮想対象を呈示し、仮想対象が知覚される奥行きを制御する必要があります。しかし、従来技術では、遠方への仮想対象の呈示や遠方での奥行き知覚の制御は困難です。そこで、当研究室では、任意の遠方の奥行きへ仮想対象を呈示する新しい技術を研究しています。

Three-dimensional display using changing size as a cue to depth perception

奥行き知覚の手がかりとして大きさ変化を用いる3Dディスプレイ

This technique presents virtual objects at freely-selected far depths by expanding their projected sizes as observers move forward. In the real world, the apparent sizes of real objects in front of observers expand as they move forward. In the technique, the projected sizes of the virtual objects are expanded as the observers move forward, and their apparent sizes are the same as those of the real objects located at the depths where they are presented. In the experiments, we measured the perceived depths of the virtual objects displayed with the technique in moving cars, and demonstrated it could present them at freely-selected far depths.

本技術では、観察者の前進に伴う仮想対象の投影サイズの拡大により、任意の遠方の奥行きに仮想対象を呈示します。観察者が実空間で前進すると、前方の実対象の見かけの大きさは拡大します。そこで、観察者が前進したときに仮想対象の投影サイズを拡大し、仮想対象の見かけの大きさが仮想対象を呈示したい奥行きに位置する実対象と同じとなるようにします。評価実験では、走行する自動車の中から本技術により表示した仮想対象の奥行き知覚を測定し、本技術により任意の遠方の奥行きに仮想対象を呈示できることを実証しました。

Hierarchical depth-cue technique

階層的奥行き知覚要因提示法

This technique separates depth cues into three hierarchies and gives virtual objects them for each hierarchy to present the virtual objects at freely-selected far depths. In the first hierarchy, the physiological cues, e.g., vergence and binocular disparity, are given to indicate the virtual objects are not in near depths where such cues work as depth cue. In the second hierarchy, the pictorial cues, e.g., the virtual objects’ sizes and luminance contrast, are given to indicate rough depths of the virtual objects. In the third hierarchy, the cues based on scene understanding are given to indicate accurate depths of the virtual objects. In the experiments, we measure the perceived depths of the virtual objects displayed with the technique using optical see-through head-mounted displays, and demonstrated it could present them at freely-selected far depths.

本技術では、3階層に奥行き知覚要因を分け、各階層で仮想対象に奥行き知覚要因を付与して、任意の遠方の奥行きに仮想対象を呈示します。第1階層では、輻輳や両眼視差などの生理的要因を付与し、輻輳や両眼視差などの生理的要因が奥行き知覚要因として機能する近傍には仮想対象がないことを示します。第2階層では、仮想対象の大きさや輝度コントラストなどの画像的要因を付与し、仮想対象の概略的な奥行きを示します。第3階層では、シーン理解に基づく要因を付与し、仮想対象の詳細な奥行きを示します。評価実験では、光学シースルーヘッドマウントディスプレイを用いて本技術により表示した仮想対象の奥行き知覚を測定し、本技術により任意の遠方の奥行きに仮想対象を呈示できることを実証しました。