大型スクリーン利用時に頭部運動非対応の場合の世界変形


表示図形 箱形 扇形
ステレオ視パラメータ 頭部運動 手動 回転 前後 左右
IPD: 瞳孔間距離 63 mm 頭部角度 ± deg. 0 deg.
IAD: 左右軸間距離 63 mm 前後位置 ± m 0 m
ICD: カメラ間距離 63 mm 左右位置 ± m 0 m
独立 IPD=IAD ICD=IPD ICD=IAD 動作時間 0 s
スクリーン距離 1 m 休止時間 0.5 s

CAVEなどの大型スクリーンを使用したVRシステム (IPT: Immersive Projection Technology) 利用時，頭部運動に対応した視点更新を行わないと観察される「世界変形」の説明です．

この図はTop Viewで，ウィンドウの上側が正面方向です．ウィンドウ下部にある逆T字印はユーザーの頭部方向を示しています． 正面を向いた固定ステレオカメラ（視点設定）で生成したステレオ画像をスクリーンに提示した状態でユーザが動くと，VR世界がどのように知覚されるか，メッシュで示しています．細い線が本来見せたい空間，太い線が頭部運動により歪んだ空間を示します．

右の列の「頭部運動」で，「手動」以外のボタンをチェックすると，該当する軸に関して正弦波状の動きを行います（下の「動作時間」は半周期の時間，「休止時間」は半周期毎の静止時間）．それぞれのスライダを手動で動かすこともできます．

ユーザーが前後方向に頭を動かすと，知覚される世界はスクリーン面を中心に圧縮したり伸張したりします．ユーザーが左右方向に頭を動かすと，知覚される世界はスクリーン面を基準として剪断変形して見えます．これらの頭部位置移動による変形は，表示モデルを箱形にした方がわかりやすいと思います．

ユーザーが頭部回転を行うと，方向に応じて奥行き方向に延びたり縮んだりして見えます．この効果は，表示モデルを扇形にした方が分かりやすいと思います． 伸縮効果がどのように現れるかというと，大ざっぱに言えば，ステレオ画像生成時と観察時における，それぞれ等価的なカメラ間距離と瞳孔間距離の大小関係に依存します．正面方向の物体は，最も広いカメラ間距離・瞳孔間距離となり，ステレオカメラもしくは観察者頭部の正面から横に離れるほど，等価的なカメラ間距離・瞳孔間距離は狭くなります．このため，正面を向いたステレオカメラで撮影された画像を，たとえば30度右を向いて観察した場合，もともと正面にあった物体は，観察時の等価的瞳孔間距離が狭くなりますので，（およそ \(\cos 30^\circ\) 倍）観察される奥行きは，スクリーンを中心として拡大されます（カメラ間距離＞瞳孔間距離）．また，その時観察者の正面方向，つまり右30度方向にある物体は，等価的に狭いカメラ間距離で描画されたステレオ画像を最大の眼間距離で観察することになりますので，スクリーンを中心に奥行きが圧縮されます（カメラ間距離＜瞳孔間距離）．このため，元々の正面と，右30度の間のどこかに，ちょうど両者が等しくなり，奥行きが正しく見える角度があります．

「HMDの瞳孔間距離不整合による世界変形」と同様，ステレオ視に関係する距離パラメータも設定できます．
ステレオ視パラメータ：

通常，CAVEなどIPTの場合は，システム上でカメラ間距離と軸間距離が等しくなるように描画しますので，ICD = IAD をデフォルトにしています．これらのステレオ視パラメータの設定による影響はIPTの場合も確かにあるのですが，この影響に関してはHMDの場合の方がわかりやすいと思います．

参考文献

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作成：2020年6月16日