映像酔い低減のためのガイドライン構築とHMDの人間工学的指針作成への
取り組み
氏家弘裕、渡邊 洋
国立研究開発法人産業技術総合研究所
兵頭啓一郎
コニカミノルタ株式会社
2Image Safety(映像の生体安全性)
電子的映像提示装置を通して提示
される動画像の視聴により、好ましく
ない生体影響が生じる状況を、でき
るだけ軽減することを目的とした概念。
映像酔い(VIMS)
光感受性発作(PSS)
3次元映像等による視覚疲労(VFSI)
対象とする生体影響
促 進
支 援
品質管理
映像の生体安全性
人間工学的視点
電子映像観視中の映像酔いの軽減
新たな映像産業市場展開の兆し
人間工学的指針の国際標準化
ISO International Workshop on Image Safety (2004)
ISO/TC 159 (Ergonomics)/SC 4/WG 12 (Image Safety)
since 2010
Ultra High Definition Images
Virtual Reality
人間工学的指針に基づく新たな技術展開への促進と支援
本日の主なテーマ
1. 映像酔い低減のためのガイドライン構築
2. HMDの人間工学的指針作成への取り組み
3. 国際標準化に向けた取り組み
2
映像酔い低減のためのガイドライン構築
映像酔いとは?6
映像視聴により、いわゆる乗り物酔いのような症状を発症した状態
主要な原因は映像中の動き
眠気、顔面蒼白、冷や汗、胃部不快感、吐き気や嘔吐
症状が1日近く継続する場合やまた、平衡失調などへの影響も
手ぶれ映像の動き
一人称視点のダイナミックな動き
症状
人はなぜ酔うのか - 感覚不一致説 -7
身体の動きについての感覚情報が、過去の経験に基づいて予測できる変化から逸脱したときに酔う
前庭感覚
視 覚
触 覚
聴 覚
自己受容感覚(筋、腱、関節)
自分が前に進んでいるという感覚
通常は過去の経験に基づく予測による変化と
感覚情報の変化とが一致
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
1 10 100 1000
Subj
ectiv
e sc
ore
Rotation speed (deg/s)
PitchYawRoll
* **
* * * *(*p<.05, Mann-Whitney)
n = 39
* *
酔いを引き起こしやすい動きとは?- ヨー、ピッチ、ロールの分析 -
8
特定の速度帯域で、酔いが生じやすい速度が、遅すぎても、早すぎても、酔いは生じにくい
ドラムの回転速度(deg/s)
胃電
図に
よる
特定
の帯
域(4~
6 cpm
)の
動き
酔い
の主
観評
価ス
コア
胃電図
主観評価
ヨー回転
60 deg/s
82 deg
67 deg
70 deg/s30 deg/s
一方向に回転
60 deg/sとは 1秒間に6回転または
3Hの距離で、画面の端から端まで約0.5秒
n = 39
酔いを引き起こしやすい動きとは?- ヨー、ピッチ、ロールの分析 -
9
特定の速度帯域で、酔いが生じやすい速度が、遅すぎても、早すぎても、酔いは生じにくい
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
10 100 1000 10 100 1000
大速度 (deg/s)
酔い
の主
観評
スコ
ア
ピッチ ヨー
振幅 90 deg振幅 30 deg
82 deg
67 deg
往復の回転
映像酔いは、PitchとYawの回転は、速度に依存する
0.2 Hz
船酔いについては、縦揺れについて、時間周波数と加速度に依存することが報告されている
映像酔いの場合、ピッチとヨー軸に対する回転は、速度が酔いの重症度
を決定すると思われる.
船酔いにおける時間周波数と加速度への依存性
y = 0.0065x2 + 0.7759x ‐ 3.8971R² = 0.3466
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Drop
out (%)
Averaged SSQ‐TS
Balk et al. (2013) (Σn=530)
Reed et al. (2007) Exp.1(n=598)
Reed et al. (2007) Exp.2 Cont. (n=30)
Reed et al. (2007) Exp.2 S (n=20)
Reed et al. (2007) Exp.2 F (n=15)
Reed et al. (2007) Exp.2 S+F (n=15)
Stanney et al. (1999) (n=233)
Stanney et al. (2002) (n=1097)
Ujike et al. (2005) (Σn=91)
Koslucher et al. (2015) (n=114)
Park et al. (2006) (n=118)
Kingdon et al. (2001) Vomit (n=1028)
Stanney et al. (1999) Vomit (n=233)
Stanney et al. (2003) 15min (n=240)
Stanney et al. (2003) 30min (n=240)
Stanney et al. (2003) 45min (n=240)
Stanney et al. (2003) 60min (n=240)
Stanney et al. (2003) Vomit 15min (n=240)
Stanney et al. (2003) Vomit 30min (n=240)
Stanney et al. (2003) Vomit 45min (n=240)
Stanney et al. (2003) Vomit 60min (n=240)
Stanney et al. (2002) Vomit (n=1097)
映像酔いの人間工学的指針に向けて11
●は、視聴中止率の結果*は、嘔吐率の結果
Averaged SSQ-TS
Rat
io o
f D
rop-
out
or V
omit
(%
)SSQ-TSに対する視聴中止率や嘔吐率を、過去の文献等から抽出しプロット
SSQ-TSの増加とともに、視聴中止率が明確に増加する
SSQ-TSが一定以上の値で、嘔吐する観視者が出現する
Kennedy, Stanney and Harm (2001)
SSQ開発者の、SSQ-TSの値に対する
症状の程度の分類とも比較的よく対応しているように思える
SSQ score Categorization
0 No symptoms
< 5 Negligible symptoms
5 ‐ 10 Minimal symptoms
10 ‐ 15 Significant symptoms
15 ‐ 20 Symptoms are a concern
> 20 A problem simulator
映像酔いの程度を規定する尺度の1つとして、SSQ-TSを用いる
SSQ
映像酔いの人間工学的指針に向けて12
映像の動き総和量に対するSSQ-TSの線形性を仮定でき得る
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000
SSQ‐TS
Rotating distance (deg)
Bubka et al. (2006)
Bonato et al. (2009)
Diels&Howarth (2011)
Keshavarz&Hecht (2011)
Ujike et al. (2005)
線形 (Bubka et al. (2006))
線形 (Bonato et al. (2009))
34x26~65x59 deg映像
Total dose of motion (deg)
この考え方を基盤に、指針の基本を構成する方向
Full field実物
映像中の動き速度の時間積分
人間工学的指針の作成に向けて13
映像の動き総和量に対するSSQ-TSの線形性を仮定し得る
映像酔いの重症度:SV
SV = Coefficients ofFOV, fixation, and others
X dt1Vyaw, 2Vpitch, 3Vroll, 4Vforeback
CG映像による生体影響計測実験
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000
SSQ‐TS
Rotating distance (deg)
Bubka et al. (2006)
Bonato et al. (2009)
Diels&Howarth (2011)
Keshavarz&Hecht (2011)
Ujike et al. (2005)
線形 (Bubka et al. (2006))
線形 (Bonato et al. (2009))
Full field実物
34x26~65x59 deg映像
目 的: 運動総和量とSSQ-TSとの関係性に関するデータを積み重ねること
検討要因: (1) 運動総和量(速度、提示時間、運動パタン)(2) 注視点(or 視対象)(3) 視距離(or 視野サイズ)(4) 解像度
本報告では、上記の検討要因についてのSSQ-TSとの関係を報告する。
検討要因1 運動総和量
(1) 運動総和量: CG空間中の周回コースをスムースに移動する場合と、これに視線方向をyaw, pitch, roll回転を加えた場合とで、比較する。
視線方向は、進行方向に合わせてスムースに変化
roll
pitch
yaw
視線方向は、進行方向への変化に加えて、yaw, pitch, roll回転による変化
検討要因2 注視点、視距離(視野サイズ)、解像度
(2) 注視点の有無
注視点あり 注視点なし
視距離小 視距離大
(4) 解像度
解像度高 解像度低
(3) 視距離(視野サイズ)
実験方法
映像提示設定:・ディスプレイ: 58インチ、4K・解像度: 3840 x 2160 pixel, 60 Hz
または、 720 x 480 pixel, 30 Hz・視野サイズ: 61 x 37 deg (33 x 19 deg)
または、 53 x 37 deg・視距離: 1.5H, 108 cm または 3H, 216 cm
映像提示ソフトウェア:・Unity
計測項目: ・生理計測: [観視中の] 心電(胸部3電極)、脈波(左手中指)・心理計測: [観視中の] 酔いに関する4段階計測、
[観視前後の] SSQ
グレー画面 CG動画 静止
画面
映像観察中の心電計測
静止画面
15 s 30 s
150 s 150 s 480 s 120 sSSQ
SSQ
SSQ
SSQ
15 min 15 min4段階主観評価
観察1回目観察2回目は、1回目の終了後、30分以上の時間をあけてから開始する
1回目と2回目の映像は、異なる2種類の映像で、順番は観察者ごとにcounterbalanceをとる
影響要因: 運動総和量
実験条件:2種類 ・条件1: カメラの移動に沿ってカメラの向
きが変化する・条件2: 条件1のカメラの動きに加え、
Yaw, Pitch, Rollのカメラの往復運動が、20秒ごとに切り替えられて加わる
※周回軌道を進む間に、加えられるカメラの動きは、以下の速度を持つv = Vp * sin (2*pi*f*t)ただし、 Vp は、 大速度 47.12 deg/s
f は、時間周波数 0.5 Hzt は、時刻(s)
Smooth条件
Swing条件
実験条件の組合せ
Conditions:
(1) 視覚運動条件 (被験者内要因)- Smooth条件: 移動に沿ってスムースにカメラの向きが変化
- Swing条件: yaw, pitch, rollのカメラの動きが、20秒ごとに交替で、Smooth条件に加わる
(2) 観視条件 (被験者間要因)condition A: 注視点あり、視距離3H、解像度4K
女性17名、男性16名; 年齢27.4±9.1歳condition B: 注視点あり、視距離1.5H、解像度4K
女性17名、男性17名; 年齢29.7±10.7歳condition C: 注視点なし、視距離1.5H、解像度4K
女性25名、男性11名; 年齢35.6±12.1歳condition D: 注視点あり、視距離1.5H、解像度SD(720x480)
女性14名、男性20名; 年齢24.3±9.1歳
映像サンプルSmooth‐D
映像サンプルSwing‐D
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Pre Post‐1 Post‐2 Post‐3
SSQ sc
ores
Total Score
Nausea
Oculomotor
Disorientation
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Pre Post‐1 Post‐2 Post‐3
SSQ sc
ores
Total Score
Nausea
Oculomotor
Disorientation
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Pre Post‐1 Post‐2 Post‐3
SSQ sc
ores
Total Score
Nausea
Oculomotor
Disorientation
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Pre Post‐1 Post‐2 Post‐3
SSQ sc
ores
Total Score
Nausea
Oculomotor
Disorientation
実験結果: SSQスコア(smooth条件)
Condition A n = 26
注視点あり、視距離3H、解像度4K
Condition B n = 20
注視点あり、視距離1.5H、解像度4K
Condition C n = 16
注視点なし、視距離1.5H、解像度4K
Condition D n = 22
注視点あり、視距離1.5H、解像度SD(720x480)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Pre Post‐1 Post‐2 Post‐3
SSQ scores
Total Score
Nausea
Oculomotor
Disorientation
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Pre Post‐1 Post‐2 Post‐3
SSQ sc
ores
Total Score
Nausea
Oculomotor
Disorientation
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Pre Post‐1 Post‐2 Post‐3
SSQ scores
Total Score
Nausea
Oculomotor
Disorientation
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Pre Post‐1 Post‐2 Post‐3
SSQ sc
ores
Total Score
Nausea
Oculomotor
Disorientation
実験結果: SSQスコア(swing条件)
Condition A n = 24
注視点あり、視距離3H、解像度4K
Condition B n = 19
注視点あり、視距離1.5H、解像度4K
Condition C n = 22
注視点なし、視距離1.5H、解像度4K
Condition D n = 24
注視点あり、視距離1.5H、解像度SD(720x480)
実験結果: SSQ-TS
・注視点なし、視距離小、解像度高の条件の組合せにより、Swing条件でのスコアに増加傾向が見られる
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
smooth swing smooth swing smooth swing smooth swing
SSQ‐TS
Condition A Condition B Condition CFixation point
3HResolution 4K
Fixation point1.5H
Resolution 4K
No fixation point1.5H
Resolution 4K
Condition DFixation point
1.5HResolution SD
*p <0.05
n=26 n=24 n=20 n=19 n=16 n=22 n=22 n=24
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000
SSQ‐TS
Temporal summation of visual global motion (deg)
Bubka et al. (2006)
Bonato et al. (2009)
Diels&Howarth (2011)
Keshavarz&Hecht (2011)
Ujike et al. (2005)
condition A
condition B
condition C
condition D
線形 (Bubka et al. (2006))
線形 (Bonato et al. (2009))
実験結果: SSQ-TS
・注視点なし、視距離小、解像度高の条件の組合せにより、Swing条件でのスコアに増加傾向が見られる
Condition C注視点なし, 1.5H, 4K
Condition B注視点あり, 1.5H, 4K
Condition A注視点あり, 3H, 4K
Condition D注視点あり, 1.5H, SD
HMDの人間工学的指針作成への取り組み
25
映像酔いとVR酔いの影響要因
映像の動き
観視条件の要因- 映像の視野サイズ- 聴覚刺激
映像の要因- 空間周波数成分- 色度- 解像度- 認知的手がかり
観視者の要因- 映像酔いの感受性- 性別- 年齢
頭部追従の時間遅れ
- 定常値- 変動値
3D映像の視覚疲労との相互作用
- 両眼間の各種ズレ- 調節-輻輳情報の不一致
VR 酔い
観視条件の要因- 視環境照度- 視距離映像酔い
人はなぜVR環境で酔うのか その要因26
roll
pitch
yaw オプティック・フローによる視覚的身体運動情報
ステレオ立体視表示による視覚的身体運動情報
両眼映像間の不一致
調節-輻輳の情報の不一致
明るさ、色、画像位置、画像形状等
ヘッドトラッキングによる映像切替の時間遅れ
時間遅れの大きさ
時間遅れの変動の大きさ
図は
没入型立体表示のHMDを想定
VR酔い以外にも抑えるべき課題27
VR環境への暴露により、平衡感覚に影響を与える可能性が知られている
・インストラクタが訓練後、自動車運転時に平衡感覚の異常を感じ、下車してしばらく回復を待った
・この他、訓練用シミュレータでは、 10-20%に嘔吐を
含む重篤な症状がみられ、歩行失調や平衡失調、フラッシュバックなどが報告されている
⇒ Post VR disorientation
VR酔い以外にも抑えるべき課題28
VR環境への暴露により、平衡感覚に影響を与える可能性が知られている
Kennedy et al. (1996)が、Gower et al. (1987)を引用した図
HMDの人間工学的課題29
視認性 : 近接ディスプレイによる影響眼精疲労 : 立体ディスプレイによる影響
VR酔い : 動揺病の一形態使用後の影響 : 平衡失調などが生じる可能性
重さの影響 : 首や肩への影響熱の影響 : 電子回路等熱源が身体に近い衛生面 : 機材の一部が皮膚に接触
使用者年齢 : 主に立体ディスプレイの観点?
考え得るHMDの人間工学的指針30
1.光学特性に関する指針視認性眼精疲労
2.提示コンテンツに関する指針VR酔い使用後の影響視認性眼精疲労
3.その他機器一般についての指針重さの影響熱の影響衛生面
国際標準化に向けた取り組み
32
映像酔いの生体安全性
人間工学的指針の国際標準化
・VR(HMD)酔いを含めて、現在検討中
ISO/TC159国内対策委員会ISO/TC159/SC 4
経済産業省国際標準化事業
産総研
JEITA電子情報技術産業協会
産業技術総合研究所 ・ゲームメーカー・映像制作者・ポス・プロ関係者・放送関係者・ディスプレイメーカー・医療関係者・研究者 等々
快適映像基盤技術研究推進委員会
33ISOにおける体制
TC 159(人間工学)
SC 4(人間とシステムのインタラクション)
WG 2(視覚表示の要求事項)
WG 12(映像の生体安全性)
・ディスプレイに関する規格を審議・これまでにVirtual Displayと称してVR型HMDを想定したと思える
記述にも着手
・光感受性、3D眼精疲労、映像酔いに関する規格を審議・これまでに光感受性、3D眼精疲労に関する指針を規格化した
ご静聴、ありがとうございました本講演内容の一部は平成28年度「経済産業省戦略的国際標準化加
速事業(政府戦略分野に係る国際標準開発活動)」(電子映像観視中の映像酔い軽減に関する国際標準化)にて実施している活動によるものです。