今日から始める！VR技術者認定試験の勉強
お久しぶりです。筋肉マチオです。
今回の記事では、"第16回"VR技術者認定試験(セオリーコース)の合格に向けて、勉強方法及び自身の学習進捗の忘備録です。
誰かの参考になればという思いで書いてます。
絶対合格しような！
※学習進捗に合わせて、随時記事を更新していきます
※筆者の意味不明なメモが途中にあったりします。予めご了承下さい。
※クラスにいたノートの取り方が汚い子のやつを覗く感じです。
※完結していません。ご了承ください。参考リンクをどうぞ。
- 試験内容など
- 学習方法
- VR技術者認定試験
- 参考記事など
- 進捗履歴
- 後日談と結果
試験内容など
公式サイトをご覧ください(こっちに書き起こしてもいいんですが、ミスってた場合にOh my godになるのを避けるため)
日本バーチャルリアリティ学会 » VR技術者認定講習会・試験
学習方法
勉強したことをすぐ忘れてしまう！おそらく短期記憶で、長期記憶となっていないから。
というわけで科学又は何かしらの研究に基づいた勉強方法を確立してみようと思い、色々調べました。多すぎました。が、その中でも簡単にできそうなのが見つかったのでコチラを実践したいと思います。
記憶の残り方が段違い【40秒勉強法】とは - YouTube
実際に試していきたいと思います。
vr学の教材1.1.1、1.1.2の1セクション？を読むごとにページを閉じ、内容を要約して思い出す。思い出せなかったら、ページを開いて該当箇所を確認。という作業を行っていきます。大体40秒～3分程度でいこうかなと思ってます。
それにプラスして、自分は覚えたことを記事として書く(アウトプット)することでより記憶の定着を図ろうと思います。
VR技術者認定試験
本を開いたり開かなかったりしつつ、各項目を復習しながらまとめていきます。
※誤りがある可能性があります。参考記事の方にも目を通して見て下さい。
筆者：6月25日(火)試験勉強開始
はじめに
・バーチャルリアリティ(VR)という用語が使われ始めたのは1989年。
しかし、1980年の初め頃には様々な分野でVR研究が始まっている。
・VRの基本三要素は、1,等身大3次元空間 2,実時間インタラクション 3,自己投射
・1990年サンタバーバラ会議の後にそれらの技術がVRと総称された
・テレイグジスタンス：ネットワークを使用して、自身を遠隔の地に運び、あたかもそこで存在しているような臨場感で行動する技術のこと。
第1章バーチャルリアリティとは
1.1バーチャルリアリティとは何か
1.1.1バーチャルの意味
・virtualはvirtueという語の形容詞、virtueとは善行とか徳とか効力という意味で、更に原義をたどると、「そのものをものとしてあらしめる本来的な力」
・物事には表層的な部分と本質的な部分があり、virtueは本質的な部分。
・virtualは「表層的にはそうではないが、本質的にはそうである」
・virtualとは「Existing in essence or effect thougt not in actual fact or form.」
(米国継承英語辞典)
見かけや形はそのものではないが、本質あるいは効果としてはそのものである。
バーチャル〇〇は、「見かけや名目上は〇〇ではないが、効果あるいは実質的には〇〇である」
・virtualの反意語はnominal(名目上の)、nominalの反対語はreal、realの反対語はimaginary(虚(像))
→virtualとrealが類義語で、nominalとsupposed(仮想)が類義語
1.1.2バーチャルリアリティとその三要素
・「現実のエッセンス(本質)」がVirtual Realityで、「抽出された現実」で、VRは現実から抽出された本質を有するもの。
・目的によって本質は変わるから、絶対的なものではない。
☆コンピュータの生成する人工環境が｛
①人間によって自然な3次元空間(等身大3次元空間or3次元の空間性)
例：ディズニーの３次元映画とか
②人がその中で環境との実時間の相互作用をしながら自由に行動ができる
(実時間インタラクションor実時間の相互作用)
例：テレビゲーム
③環境と使用している人がシームレスになっていて、環境に入り組んだ状態が作られている(自己投射or自己投射性)
・自己受容感覚・・・体性感覚や前庭感覚から成り立つ、体の位置が分かっている
・感覚モダリティ・・・一般的に五感といわれるもの
これらが矛盾なく再現できているかどうか
｝
1.1.3バーチャルリアリティと人間の認知機構
人は対象物を認識をしているのではなく、感覚器によって脳に投影された写像を認識しているだけ。
→現実世界もいわばバーチャル
視覚・・・電磁波の光のうち0.38㎛(マイクロメートル)～0.78um
聴覚・・・20Hz(ヘルツ)～20,000Hz
現前しない空間の情報の本質部分を人に与え、その空間を認識させる。
VR:自分の周りに別の空間ができあがる
テレイグジスタンス：自分の方が別の空間に移動した
→本質的には同一の概念
1.1.4バーチャルリアリティの概念と日本語訳
・バーチャルの概念は東洋にはない極めて欧米的なもの。
・「実体のない仮想としてのバーチャル」と「(本質的な)見た目は違うがほとんど実物としてのバーチャル」と異なる意味を持っている。
・VRやバーチャルリアリティと言うのが良い。
・どうしても日本語にするならば「人工現実感」
1.1.5道具としてのバーチャルリアリティ
・バーチャルリアリティは３Cと３Eとしての道具
Creation(創造)設計や造形、閃きをVRで実際の形に。
Control(制御)ロボットや機器の制御、遠隔からの行動制御。
Communication(通信)離れていても一体感が持てる(テレイグジスタンス)
☆Elucidation(解明)人の認知や行動の解明、模型のように再現する。
Education(教育)体験型シミュレータなど。
Entertainment(娯楽)体験型ゲームやバーチャル旅行。
～～～ここまで大体OK３Cと３Eがやばそう～～～
1.2VRの要素と構成
1.2.1VRの基本構成要素
VRの技術とは、人工的に現実感を発生させることが可能な技術。
現実を感じるのは感覚入力の統合結果であり、それらが自分の運動出力によって変化する。
VR生成のための基本要素。
「ユーザ」が「入力システム」に操作して、「シミュレーションシステム」へ。
「シミュレーションシステム」が「出力システム(ディスプレイ)」へ。
「出力システム」が「ユーザ」へ感覚提示。
→
1,ディスプレイ：五感などの感覚情報をユーザに提示する装置。よく言う視覚刺激の装置のことだけではなく、すべての感覚レンジ(範囲？)でディスプレイという。
2,入力システム：運動系を介してユーザからシステムへ入力する装置。
3,シミュレーションシステム：リアルタイムのシミュレーション。VRの世界を構成していて、相互干渉する。
1.2.2VR世界のいろいろ
・シミュレーションシステムの原初的な定義「計算機で合成された世界」
・100％VRのための世界→シミュレーションゲーム
・テレイグジスタンスorテレプレゼンス：遠方世界がVR世界に接続される。VR世界は現実世界同士をつなぐメディア的存在である。
1.2.3VRをどうとらえるか
VRという概念の捉え方はどの視点に立つかで異なる。
(いわゆる一般の人(vr大好きピーポーではない)と話の齟齬が生まれる原因の一つか？)
メディア技術,ヒューマンインターフェース,インタラクティブなCG,シミュレーション技術とか・・・
今回はメディア技術とヒューマンインターフェースについて
・メディア技術｛
MITメディアラボのD.Zeltzerが提案したAIPキューブ
縦↑：A(Autonomy)自立性：シミュレーションシステム
奥行↙：I(Interection)対話性：入力システム
横→：P(Presence)臨場感：出力システムorディスプレイ
1,1,1の頂点に対応するのが究極のVR。0.5,0.5,0.5,あたりがTVゲーム
｝
・ヒューマンインターフェース｛
・人とシステムが対面関係で、ユーザはシステムを第三人称的に眺める。
→・VR世界とユーザは包括関係でシステムの中にユーザ。ユーザはシステムを内側から眺める。第一人称体験。
・VRは従来の記号的恣意性(あいまいさ)がほとんど存在しない。
→インターフェースの方式が身体運動との類似性が高いため。
｝
1.3VRの歴史
VRの概念や技術は様々なものから成り立つ。
VRという言葉が使われた件について、1989年にVPL社がEyePhone,DataGlove,DataSuitなどの最初の商用デバイスを販売したときの宣伝文句が始まり。
・1万8000年前：（南フランス）ラスコー洞窟の壁画・・・バーチャル世界へ導く役割を果たしていた。牛,馬などの色彩画で祭祀の儀式に使われた。
・18世紀～19世紀：（ヨーロッパ）全天周絵画のパノラマ・・・イギリス画家のRobert Barkerによってはじめられた手法。
工夫：鑑賞者を暗闇の通路を通て展望台まで案内したり（現実世界から切り離す）、現実の寺院を模した展望台を構築したり、いろいろ。
VRやARの表現につながる各種の手法が用いられた。
絵画を用いながら動画を表現するムービングパノラマなどの手法も。
Mareoramaの作品・・・マルセイユから横浜までの航路の風景を描いた。送風機や照明で太陽表現とかいろいろ。
「・1960年代：VRの黎明期」
コンピュータグラフィックス
・1965年：I,SutherlandがUltimateDisplayでコンピュータで初めて絵を描く
・1967年：F.Brooks GROPEプロジェクト
CGに触れることを目的とした力覚フィードバック。インタラクション技術の方向性が示された。
☆1968年：I,Sutherlandが HMD発明。線画によって描かれた単純なCG
・1969年：M.Krueger：METAPLAYという作品は票
鑑賞者が作品の中で物体を動かしたりできる。
インタラクティブアートという概念を生み出し
た
・1963年：M.Heilig：SENSORAMA
ゲーム分野。いろんな要素が仕組まれていた。街中をバイクで走り回る。
「・1980年代：VRの発展期」
（航空宇宙）
・1982年：T.FurnessらがVCASSというヘルメット型のHMD。戦闘機用のスーパーコクピット。
・1985年：NASA VirtualEnvironment
（ヒューマンインターフェース）
・1981年：MITメディアラボのN.Negroponte Media Room
３次元空間をインタラクション環境とする。
（ロボット工学）
・1982年：TELESAR
操作者が実際にロボットに成り代わっているような感覚。
・1983年：J.D.Hightower Greenman
エグゾスケルトン（強化外骨格）型のインターフェイスを装着して、立体視映像や力覚フィードバックを得る。
まとめると、VR個別のものではなく、ルーツは複数の分野から見られて、多岐の技術からできたもの。
第2章ヒトと感覚
2.1脳神経系と感覚・運動
2.1.1脳神経系の解剖学的構造と神経生理学の基礎
脳は
・大脳・・・感覚や知覚を担う
・小脳・・・運動学習(運動系のいろいろ)
・脳幹・・・延髄と橋(きょう)から成り立つ、生命の基本的な維持機能
大脳皮質の皮下組織は
２辺縁系（へんえんけい）・・・自律神経に関わる。情動,意欲,記憶など
が含まれている
中心溝・・・頭頂部から下部に向けての溝。ここで前後を分かつ。
前部の前頭葉が運動指令を出力する。
場所：中心溝から後部の回（回り込みの部分）
・一次体性感覚野・・・身体の各領域に対応した体性感覚の受容
場所：前述のその後部
・二次体性感覚野・・・より高度な処理が行われる
→そのあと頭頂連合野にて視覚情報や聴覚情報が統合され、総合的な解釈がされる。
ここが損傷すると空間定位の障害,地誌的障害,半側（はんそく）空間無視などが起きる
空間知覚に重要なところ。
場所：中心溝から前部の回
・一次運動野・・・筋肉に向かって運動指令を出す
☆視覚情報の処理
・一次体性視覚野(V1)・・・網膜から視覚情報が入り、外側膝状態（がいそくしつじょうたい）を経由してここに投射される。
メモ：ペンフィールドの地図っていう、受容器の精度に体のサイズを合わせた時の人の図
2.1.2知覚・認知心理学の基礎
感覚と知覚に関する心理学がVRで重要。
人間は平面の画像からも立体的な情報を知覚することが可能。
→単眼手がかり、両眼手がかり
・単眼手がかり・・・陰影や重なり。経験的な物体の相対的大きさ。
対象物の運動が距離によって異なる運動視差。
遠近で異なる水晶体厚さの調節など色々。
・輻輳・・・両目である点を凝視した時により目になる状態。
二つの視点と凝視点で作られる輻輳角が距離が近づくにつれて大きくなる。
・両眼視差・・・二つの画像が脳内で融合して立体的になる。
・知覚の恒常性・・・網膜に映る大きさが異なっても、同じものだと認識できる。その他にも色や形、明るさなど。だからHMDの映像に適応できる。
2.1.3感覚と運動
運動の知覚・・・眼球が静止している際に網膜上を対象物が移動するのと、移動する物体を眼球を動かして追跡する。
→遅すぎる運動(視角1~2度/秒)と早すぎる運動(視角35度/秒)は知覚できない。deg/s
実際の運動と知覚する運動の差異について
・誘導運動・・・静止しているモノが周りの動きのせいで動いているように見える。例：雲と月
・ベクション(自己運動感)・・・自分が移動したように感じる。例：電車のやつ
HMDの映像が遅れると映像酔いを引き起こす
・仮現運動・・・テレビや映画のやつ。移動しているように見える。
2.2視覚
2.2.1視覚の受容器と神経系
外界の光→網膜→視細胞といって光エネルギーから電気信号へ。
・視細胞・・・光感度の異なる錐体と桿体(かんたい)がある。
錐体・・・S錐体,M錐体,L錐体に分かれる。この組み合わせで色を知覚。
S錐体が青400nm(ナノメートル)
M錐体が緑500nm
L錐体が赤600nm
//////目で見て知覚するまで//////
網膜の神経細胞→網膜神経節細胞→外側膝状態(がいそくしつじょうたい)→大脳皮質へ
眼球運動の制御：上丘(じょうきゅう)
2.2.2視覚の基本特性
・同化と対比：網膜神経細胞から既に始まっている視覚の時空処理に基づく基本特性。
周囲の明るさと同じ方向に知覚が生じるのと（実際より大きく見えたり）、
周囲の明るさと差が強調するように見える（同じ色が別の色に見える）
荒いと対比、細かいと同化
・順応と残効：滝を見続けると静止から下方向へ（順応）、周りを見ると上がっているように（残効）
・恒常性：網膜上のサイズが異なっていても大きさに違いを感じない。
位置の恒常性（頭振りまくってもOK）,形の恒常性（斜めからみてもひしゃげない）
2.2.3空間の知覚
網膜２次元のくせして知覚は３次元やんけ！
奥行手掛かりは両眼性、単眼性、眼球運動性の３つ
・眼球運動性：調節（大体1mでピント合わせる水晶体厚さ変化）
：輻輳（注視する時の内転外転運動、知覚だと目が寄って、輻輳角が大きくなる）
：輻輳調節矛盾（HMD調節は一定、輻輳が変化、矛盾が生じてツライ）
・両眼性(両眼視差)：目が２つあるから奥行の違い
運動視差：運動による網膜のズレ
・単眼性(絵画的手掛かり)：遮蔽(重なり)、遠近法、テクスチャ勾配、速度勾配、キャストシャドー、陰影など
・光源は上にあるものと仮定され、影とかは近くに落ちているか遠くかで判断
2.2.4自己運動の知覚
オプティックフロー：網膜に投影された運動のこと。自己運動と外界の運動から生じる。
広い範囲が整合的運動と奥に提示されている運動＝自己運動と解釈されるオプティックフロー
小さい領域がバラバラに運動と手前に提示される運動＝外界の運動と解釈されるオプティックフロー
・ベクション（自己運動感覚）：電車のやつ
・視覚誘導性身体同様：オプティックフローで生じる自身の姿勢の揺れ。
2.2.5高次知覚
形状とかの把握：低次処理
知識と注意が必要：高次処理
例：顔倒置効果など（過学習によるもの）
2.3聴覚
2.3.1聴覚系の構造
略
2.3.2聴覚の問題と音脈分凝（音源分離）おんみゃくぶんぎょう
音情報：媒質（大体は空気）の振動
その振動させている元のことを音源と呼ぶ。
・音脈：複数の音が時間的、空間的につながった音の流れ
・音脈分凝：音脈を知覚する考え方とか
物理条件や経験から音源の推定を行っているが、
何故音源が知覚できているのかよくわからんので、頑張って研究している
2.3.3聴覚による高さ、大きさ、音色、時間の知覚
・音の高さ知覚：
１、ハイト：絶対的な高さ、正弦波の場合、周波数が高くなると音も高く
２、クロマ：2倍（オクターブ）の関係にある周波数同士が投下に感じる
蝸牛の周波数符号化の二重性によるもの。
1500Hz以上の周波数でクロマ知覚が消失。
３、複合音：基本音と倍音から構成。
基本音の高さを何があっても大体知覚できる。
・音の大きさ知覚：
可聴域は20Hzから２万Hz
4000Hzをピークにして、高周波側→低周波側と感度が下がる
・エンヴェロープ：振幅の時間的変動パターン、急激に立ち上がって下がる衝撃音は大きく聞こえる（心理的に）
・音色：同じ大きさ高さでも異なって聞こえた場合は音色が違う。
・音の時間解像度：2-3msでクッソ高い
ホワイトノイズの検出によって測定
両耳管の差は６マイクロセカンドμsを聞き取れる
2.6味覚・嗅覚
2.6.1味覚の受容器と神経系
基本五味「甘,酸,うまい,苦い,塩」
辛味は痛覚で味覚神経ではない別のやつで三叉神経(さんさ)
・分子量が大きい（甘味うまみ苦み）
→七回膜貫通型受容体に結合して細胞内Gたんぱく質を介していく
・分子量が小さい（塩、酸っぱい）
→イオンチャンネルを介して直接味細胞を活性化
・味蕾：味覚の受容器。乳頭というブツブツにある
手前から茸状乳頭（じじょう）：鼓索神経（こさく）
葉状乳頭：舌咽神経（ぜついん）
有郭乳頭：舌咽神経（ぜついん）
上あご：大錐体神経
・味覚神経からの味情報の伝達順
舌の味覚神経→延髄孤束核（こそくかく）→視床（嗅覚以外はココ）→一次味覚野→好き嫌いの判断をする偏桃体（へんとうたい）か他感覚と統合処理する眼窩前頭皮質（がんかぜんとうひしつ）へ
2.6.2味覚の特性
・解明されていないコトが多い。
・味の認識は高次処理が大きく関わり、味覚と統合して認識しているから、鼻をつまむと味がわからなくなる。
・アスパルテームは動物は甘く感じない
１、甘味（エネルギーの存在）：エネルギー源。摂取しすぎると嫌いになる（生体防御）
２、うま味（タンパク質の存在）：食文化による差が大きい。
昆布のグルタミン酸のみうま味。他はうま味増強物質。
３、苦み（毒や薬の存在）：受容体が25種類。言語表現のバリエーション少ない。学習で心地よくなる。苦みによる自己防衛本能。
センサで再現は難しい。
４、酸味（腐敗の存在）：同じpHでも塩酸より酢酸の方が酸っぱい。
クエン酸美味しい。
５、塩味（ミネラルの存在）：発汗,利尿でほしくなる。
唾液の分泌を促して、味物質を口に広げる。
2.6.3味覚の受容器と神経系
受容器は鼻腔の嗅粘膜の嗅細胞にある。そこから大脳へ
受容体は350種類
精密な分子構造マップがある。
2.6.4嗅覚の特性
・オルソネーザル：鼻からの匂い
・レトロネーダル：口腔からの匂い
嗅覚は学習によって変わる。不快や危険などを身に着けていく。
統合的な高次のメカニズムが関与している。
2.7モダリティ間相互作用と認知特性
2.7.1視覚と聴覚の相互作用
・モダリティ：それぞれの感覚のこと（五感”など”）相互作用していて、補ってる
・腹話術効果：聴覚の音源定位が視覚の位置に引っ張られる。10度以内の時。
200ms（0.2秒）ずれるとダメ。
・ダブルフラッシュエフェクト：連続しているのに（視覚）音がピッピッとなると点滅しているように見える
・マガーク効果：「ba」という音声と「ga」という映像＝「da」に聞こえる
言語音声の知覚。
2.7.2体性感覚とその他のモダリティの相互作用
視覚が影響を及ぼす。
・シュード・ハプティックス：視覚によって疑似的な力覚が発生する。
例 PCのマウスとか
・モードチェンジ：身体の動きや情動によって視覚や聴覚が影響を受ける。
2.7.3思考、記憶と学習
・バイアスに関して
様々なバイアスがかかっている為、人間の思考は論理的ではなく、エラーなどを含む。
１、演繹推論のバイアス（えんえき）
２、帰納的推論のバイアス
３、確率判断のバイアス
・記憶に関して
2.7.4アフォーダンス
アフォード：意味
だったが、今はデザインのための概念みたいな混在している。
ギブソンはそれが与える意味（俺にとったら橋だが、象からとったら何コレ）
ノーマンは行為を導くための形態や造形が持つメッセージ。
まとめると、
環境から受け取っているのは、物理的属性の束ではなく、意味。ｌ
第3章バーチャルリアリティ・インタフェース
入力インタフェースのあれこれ
3.1バーチャルリアリティ・インタフェースの体系
・入力インタフェースのハードウェアが「センサ」ソフトウェアが「認識エンジン」
・出力インタフェースのハードが「ディスプレイ」ソフトが「ディスプレイドライバ」
人間の特性は、物理的特性,生理的特性,心理的特性,社会的特性。（社会的特性は測れないので省く）
１、物理的特性：人間の身体形状や運動を測る。表情や視線も。
２、生理的特性：生体電気信号など
３、心理的特性：脳活動など（質問紙やプロトコル分析だがVRインタフェースにおけるセンサではない）
※本にある表を見ること
3.2入力インタフェース
3.2.1物理的特性の計測
(１)位置姿勢と回転角度
・モーションキャプチャ：人間の姿勢計測を行う装置の総称
・機械式モーションキャプチャ：角度を計測する
ゴニオメータという角度センサを用いる。
～～わけわからんので本を読むこと～～
(２) 顔の表情と視線
小さなマーカを顔中に配置して光学式計測 や 表情モデルとカメラで撮影した顔画像の特徴点マッチングを行うなど様々な手法。
視線
・強膜反射法：角膜（黒目）と強膜（白目）の反射率の違いを利用。
・角膜反射法：角膜の曲率中心と眼球の回転中心が異なることを利用。
・サーチコイル法：コイルを埋め込んだコンタクトレンズの位置を計測する
・EOG法：角膜と眼球部の電位さを計測する
画像処理で計測する。光速度カメラだとサッカードなど眼球の高速な動きも計測できる。
3.2.2生理的特性の計測
生理指標
心電図、精神性発汗、皮膚電気活動、
・心電図：
3.3.5嗅覚ディスプレイ
・色の三原色に相当するような基本の匂いは見つかってない。
・空気中への拡散と嗅覚へ届ける排気が必要
空気状態のコントロールが必要
3.3.6体性感覚ディスプレイ
・ハプティックインターフェース
１、皮膚感覚提示装置
２、力覚提示掃除
3.3.7他の感覚との複合
・複数の感覚を刺激することで没入感（現実感）が増す。
・許容範囲内で複数提示すると相乗効果
・許容範囲外で複数提示すると違和感＋VR酔いなどの悪影響
3.3.8神経系への直接刺激
神経系に直接人工的に作った電気信号を入れることで、物理的刺激なしで感覚を起こせる。
人工内耳とか
・電極の大きさと刺激の強度がトレードオフ
3.4入力と出力のループ
入力を処理して出力をリアルタイムでずっと回す必要性がある。
～更新周波数（アップデートレート）～
・ディスプレイが毎秒何回表示をできるか
・センサが毎秒何回データ取得できるか
・視覚は10Hzがギリギリアニメーションとして認識
・ハプティクスインタフェースは1kHz以上がよい
～遅延～
人間が反応するまで0.2s
第4章バーチャル世界の構成手法
4.1総論
4.1.1バーチャルリアリティのためのモデリング
・モデル・・・物や現象が持つ情報の一部分だけの記述。
→力学モデルとかは質量や跳ね返り係数などは持つが、色やにおいの情報は捨てられてる
・モデル化,モデリング・・・情報を取捨選択して記述形式を定めて記録するコト
ようするに
バーチャル世界は知覚可能な情報のみをモデリングして提示すればOK
目的と要素によって絞ること
・人間の感覚特性に合わせたモデリングとバーチャル世界の要素に合わせたモデリング
4.1.2レンダリング、シミュレーションとモデル
・レンダリング・・・バーチャル世界の情報をディスプレイ,インタフェースに適した形式にして提示する変換処理のコト
・シミュレーション・・・法則(物理法則,科学法則)をモデルに当てはめて、モデルを変化させること
4.1.3処理量とデータ量のトレードオフ
レンダリングに関して(シミュレーションでも同じく)
・事前計算をしておくと処理量が減る But データ量が増える
(データ量増えるし、表現が減るから行動が制限される)
・リアルタイムで計算をすると表現できることが増える But 処理量が増える
(処理量が増えて重い、更新速度が不足する)
4.2レンダリング
4.2.1レンダリングのためのモデル
レンダリング・・・モデルを提示情報に変換する処理
体験者の位置や姿勢,バーチャル世界の変化に応じてレンダリングする必要がある。
視覚や聴覚のレンダリングに比べると力触覚はあまり研究が進んでないらしい。
4.2.2視覚レンダリングとモデル
レンダリングは3つの処理から成り立つ。
・投影・陰面消去・輝度(きど)計算
※三次元物体は表面が三角形の集合によって表現されているものとする
１、投影処理・・・3次元のモデルを2次元に変換する処理
3次元空間で定義された図形を2次元スクリーン上の図形に変換。
ディスプレイの映像＝＝スクリーン
２、陰面消去・・・視点から見えない面を除去する
バッファ...コンピュータでデータを一時的に記憶する場所
Ｚバッファ法...ハードウェア化が容易で高速な処理
Ｚ値で奥行の情報がわかるので、手前を描画する。
Ｚ値を記憶する為のバッファ＝＝Ｚバッファ
３、輝度計算・・・物体表面の明るさの度合いの計算
シェーディング計算とシャドウイング計算の２つ
・シェーディング計算・・・材質や麺の向きによって変化する輝度を計算する処理
・シャドウイング計算・・・ある物体が他の物体に落とす影を計算する処理
シェーディング計算には環境光成分,拡散反射光成分,鏡面反射光成分
シャドウイング計算は計算点から光源が可視か否かで判定
4.2.3聴覚レンダリングとモデル
(１)３次元音空間の聴覚レンダリングモデル
音源位置がどこであるか。主に二つのモデルが使われる
１、音場再現モデル：音場全体を実際の音場として再現。自然に３次元音空間を知覚させる。立体分割法や音場直接合成法など。
２：両耳伝達関数モデル：両耳型聴覚ディスプレイとも呼ばれる。音場定位伝達関数合成法。
音信号を正確に定める。音源から耳までの音を正確に計算する。
(２)音響物理現象のレンダリングモデル
音波の伝達現象を
・室伝達関数（ＲＴＦ）Room Transfer Function
・頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）Head Related Transfer Function
１、距離減衰と遅延
距離に応じた減衰と遅延を加える。
高周波は空気吸収があるため考慮すること。
２、反射波 音の反射
幾何(きか)音響理論に基づいて計算する方法は二種
１,音線法：音源から放射された音線を追跡、聴取者近傍(きんぼう)の領域を、ある時間範囲内の音線を計算。
・聴覚ディスプレイに不向き。
・計算量が一定
・ある時刻、ある点の音を求めることが不可
２,虚像法：反射面の向こう一に虚像を家庭し、そこからの直接伝搬をあらかじめ反射の字数を決めて計算する。
・聴覚ディスプレイで用いられる
・低周波の精度は低い
・反射の次数に対して指数関数的(グイーンと)に計算量が増加する
・小さな反射面では拡散を考慮すること
３、後部残響音 室内の残響音
・時間経過に伴い反射波の密度が上昇、方向性が弱まる。
・丁寧な扱いは効果が少ない為テキトーでＯＫ
４、回折(かいせつ) 物陰の音など
・主に低周波で起きる低域通過型の現象
・物陰の音や人の気配などのレンダリングに必要なモノ
・解析解を使って伝達関数を求め、物体の端線ごとに信号処理。
４、ドプラ効果
・音源or聴取点が移動する場合に必要。時間的に変化する現象
・通常の信号処理は線形時不変を仮定しているので工夫が必要
直接法：移動速度に応じて周波数を直接シフト(切り替え)する。汎用性が低い。
バーチャルな音伝搬路：遅延線の形で設け、相応速度に応じて、ポインタを移動させて到来時間を制御する手法。
（まとめ）
そのまま計算するのは複雑なので、簡単にしたり、必要ないものは省いたりする。
(3)聴覚ディスプレイの将来像
・音響レンダリングはDSPチップによりハードウェア的に行うことも可能だがソフトウェアによる実現も用意になった
・PCのミドルウェアとしてパッケージ化されると低コストで利用可能に
・音場全体の空気粒子のふるまいとして計算も検討。
そのうち実世界と同等になる。
4.2.4力触覚レンダリングとモデル
物体を触った時の感覚を表現する。感覚と運動がそれぞれ影響を及ぼす。
レンダリングの流れは
１力覚ポインタ（指先などの接触点）の位置と方向の検出
２力覚ポインタとバーチャル物体の接触検出
３反力計算と物体変形
４力とトルクの提示
※とにかく素早く行わないといけない（更新周期を保つ）
1kHz以上必要。テクスチャ判別には5~10kHz
(１)干渉計算とモデル
・インスピーダンス提示型・・・侵入距離に応じて押し戻す力を返す。安価で単純で一般的。
道具を介した場合はトルク計算が必要となる。
・アドミタンス提示型・・・加える力に応じて位置を動かす。広範囲で力を必要とする場合のみ。
(２)表面情報のレンダリング
凹凸,摩擦,粘性特性。
摩擦
・なぞる方向と反対方向へ力
・クーロン摩擦をシミュレートする
・スティックスリップ現象（固着と滑りが繰り返される（黒板のチョーク））
(３)現実感を高めるレンダリング
・感覚特性,機械特性,表示限界,計算コストを考慮する
・接触した際の振動によって材質を知覚している
4.3シミュレーション
4.3.1シミュレーションのためのモデル
モデルが巨大だとその分計算コストも増える。必要な情報を吟味してモデリング・シミュレーションしていく。
・剛体：変化しない物体。計算量少ない
・柔軟物：剛体の情報＋変形情報。計算量が多い。水,空気は更に多い。ヤバイ。
流体などは必要メモリや計算コストが高い
4.3.2空間のシミュレーション
VR空間とのインタラクションで”最も”重要なのが体験者の移動。
(１)座標・移動モデル
位置はユークリッド座標、姿勢は（ヨー,ロール,ピッチ）のオイラー角
・フライトスルー：鳥観的視点が重要な時。飛行機と同じ。
・ウォークスルー：都市景観シミュレーション。人。
衝突判定にbounding vlume（詳しくは後述）
(２)広い範囲の移動、時間遅れ、ハンドリング
広い空間を描画するのは処理が重く不可能
→グリッドベースで仕切ってレンダリング
LODやSceneGraphという手法でカメラの変化に対してリアルタイム性を維持。
・LOD(Level Of Detail)：視点からの距離に応じて精密さを変化させる
・SceneGraph：オブジェクトを階層的なツリー構造で表現（ノードのやつ）
効果的に管理する、必要なデータの取捨選択ができる
4.3.3物体のシミュレーション
(１)剛体のシミュレーション
・重力,バネ,動摩擦力などは簡単な計算で求まる
・拘束力（効力,静止摩擦力など複数物体の位置関係を部分的に高速する力）は難しい。
１、ペナルティ法
・拘束力を計算せずに、違反の量に応じた力を加える。
・結果として計算量が多くなるためあまり使われていない
２、解析法
・拘束条件を式にして、運動方程式と連立させて解く
・更新周期を変えると計算回数を少なくできる
・計算回数が少ないのでゲームとかで使われる
３、接触検出
・大まかに接触判定する
・分割されている空間ごとに行う
・球や直方体など簡単な形状(bounding volume)同士が接触しているか
(２)変形のシミュレーション
１、背景
変形：外力によって物体表面や内部に移動、変位が生じること。
・変位が微笑だと弾性変形（元に戻る性質）
・力が増すと、弾性変形や塑性変形（元に戻らない）を経て、破壊に。
ひずみ：変位を物体の長さで除した単位長さあたりの変位
応力：外力によって物体内部に生じる力
２、変形モデル
・バネ質点モデル：質点と質点をバネでつなぐ。弾性力で変位を表現。
実装がわりと簡素
・有限要素モデル：三角形要素などの集合体を連立方程式として。
高精度だが計算量が多い。
３、実時間性
忠実性と実時間性はトレードオフ
(３)流体のシミュレーション
・ナビエ・ストークス方程式：流体を計算する運動方程式
わからねぇ！
4.3.4人物のシミュレーション
(１)人体物理モデル
剛体リンク系：複数の剛体を関節でつないで人を表現
・球面関節：３自由度の回転（その他）
・回転関節：１自由度の回転（肘とか膝）
(２)計算アルゴリズム
・逆運動学（IK）：関節角を求める。マーカ位置データから関節角データへの変換。
解析的手法：逆関数を求める
数値的手法：？
解が一つとは限らない
(３)運動生成
VRやゲームなどのリアルタイム生成が必要な分野では以下の２つの方法
１、力学シミュレーションによる方法
・関節トルクを計算する制御系が必要（店頭しないための制御）
関節制御とバランス制御
・有限状態機械（FSM）：各状態のための制御器をあらかじめ準備しておく
２、モーションキャプチャデータを利用する方法
・転倒がない
・データ加工はなめらかに遷移するか、２クリップ間の関節角を補間する方法
・モーショングラフ：クリップを複数用意して、状況に応じてそれを順序よく再生する方法
参考記事など
進捗履歴
・7月4日の夜10時・・・現時点で勉強できているのは1ページのみ。今週と来週締め切りの課題が複数。
・・・落ちたのでは？
・7月8日の昼の２時・・・今日から始める！バーチャルリアリティ学！というわけでやっていきます。
・7月8日(時刻的には9日)の深夜1時・・・1章が終わったんですが、この一週間の間に大学の方で色々あるんですわ...どないせいっちゅうねん...うぉぉおおん！！！
・7月9日の昼11時・・・大学の図書館でノートPCと本を片手にまとめています。今は２章の脳味噌の中心溝のところ。時間的に色々と厳しい面があるが、絶対合格はしたいなぁ・・・帰宅後が肝か？誘惑と睡魔に負けそう
・7月10日の夜8時半・・・まだ2.2.1の視覚までしか読めてませんが、そこまではほぼ暗記できているハズ！何としてでも間に合わせるぞ！...ところでこの文章打ってる最中でも睡魔と怠けが襲ってくるので負けないように頑張ります
・同日夜9時前・・・記述式じゃなかったコトに気付く。そして２章を途中でやめて、4章から本読み＆執筆スタート
勉強方法を暗記重視よりも内容把握重視に変更します！マッハで読んで全体を把握することにシフトチェンジ！
・同日夜11時・・・残り量を確認して一瞬心折れそうになったが、合格を誓ったので頑張る。
・同日深夜1時・・・Fu＊k
・7月11日昼の11時・・・間に合わせるぜ！
・同日昼の１２時・・・４章が難しすぎた。残りは３章丸々と２章の続き。
・同日夜の６時半・・・執筆始めた当初と比較すると、記述内容が非常に曖昧になっていたり、改行や句読点などの使い方の規則性が乱れていたり、焦りを感じる。
この時点で残るは３章半分と２章半分。理解度は１章完璧、４章ワカラン。３章２章未知の世界。
・同日夜の９時半・・・田舎者ワイ、東京駅や会場への行き方が全く分からず調べまくる。普段遠出などしないので新幹線とか中高生の修学旅行以来である！
たしか大学生になってから友達と大阪に行った覚えがあるが、その時はドラクエみたいに着いていった覚え。
・7月12日の午前１時45分・・・布団に入ったものの、色んなことが頭をよぎって寝付けなかった為、勉強再会。
読めてない箇所は２章と３章それぞれの後半部分。やってくかな
・7月１２日の午後１０時半分
前日の夜です。緊張してきました。
今日はラジオの収録,オープンキャンパスの準備など色々してました。
とはいえ前日の夜です。
理解度はさておき１,3,4章は読み終えたので、残る2章をサッと読んでいきます。
・・・朝5時に起きて始発に乗らないと間に合わないのが本当に怖い。
朝起きて時間通り会場に着けるのか・・・試験受かるのか・・・
やってきましょう！！！！！
後日談と結果
結果はまだですが、自己採点では86問中76問正解で、88％なのでおそらく合格かな？
他の方に聞いたところ過去問の問題が結構出ていたらしく、過去問一つもやらずに挑戦したのは失敗でした。
東大がすっごい広くてディズニーランドみたいな建物ばっかり。
会場は死ぬほど寒かった。
→合格してました！やったね！詳しくは別の記事で
