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VarioLight 2: 円周マーカを用いた球体ダイナミックプロジェクションマッピング

概要

従来の高速プロジェクションマッピングでは,対象物体の姿勢変化の認識に向けて,ドット(点形状)をベースとしたマーカが用いられていた.しかし,単一ドットマーカは幾何学情報を含まないため手動でのトラッキング開始を要することが多く, ドットを複数個組み合わせたクラスタマーカは,その符号情報から自動的にトラッキングが開始されるが,低解像度やボケに弱い問題があった. またいずれのマーカも画像上の計測点数が限定されやすいため,手や足などによるランダムな遮蔽にロバストでない. これらの問題により,広域運動する物体の姿勢変化に対応したプロジェクションマッピング(VarioLight)において,スポーツなどの実用的な場面において不便であった.

本研究室は,スポーツで盛んに利用される球体に着目し,それに利用可能なトラッキングマーカとして「円周マーカ」を新たに開発した(図1). 円はカメラの透視投影により楕円として観測され,その形状は球体の幾何学情報を含む(傾きや潰れ具合からは球体上のマーカ位置,大きさからは球体の奥行位置)ことから, 本マーカは自動的なトラッキング開始と低解像度・ボケに強い特徴を有するほか,奥行方向に広い投影範囲を実現する. また,円周上の点群を用いるため,多数の計測点により手や足などのランダムな遮蔽に強い利点をも有する. 円周マーカが配置された球体は,図2に示す500 fpsのプロジェクションマッピングシステムを用いることで,回転に対応した追従投影が実現される.

本マーカを用いることで,図3(a) の複数人でキャッチボールを行う様子から示されるように,手によるランダムな遮蔽にロバストで,回転にぴたりと貼りつくプロジェクションマッピングが実現された. また,回転情報を高い時空間分解能で計測し,即座に投影可能なことから,図3(b) に示すように,矢印を用いることで,球体表面上でリアルタイムに回転情報を可視化することに成功した. 図3(c) のように,高速回転投影画像の回転速度を実際のそれより遅く提示することで,高速な回転時でも投影内容を理解させながら,同時に回転速度も示すことができる. 本投影システムはサッカー,バレー,卓球などのボールを用いるスポーツにおいて,回転可視化により選手の練習に役立てたり,エンターテイメントに活用することが期待される.

図1 球体上に配置された円周マーカ.
図2 円周マーカを配置した球体に対し,広域に追従投影する500 fpsのプロジェクションマッピングシステムの模式図.
図3 (a)キャッチボールされる球体に対し,手によるランダムな遮蔽にロバストで,回転にぴたりと貼りつく投影が実現される様子. (b)回転速度の計測結果を即座に矢印として投影し提示する様子. (c)テクスチャを実際の回転速度より遅く提示することで,投影内容と球体の回転速度の双方を同時に伝えられるデモ.

動画




VarioLight 2の紹介動画
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参考文献

  1. Yuri Mikawa, Tomohiro Sueishi, Yoshihiro Watanabe, and Masatoshi Ishikawa: Projection mapping system to a widely dynamic sphere with circumferential markers, IEEE International Conference on Multimedia and Expo (ICME2020) (London, 2020.7.9), pp. 1-6 [doi:10.1109/ICME46284.2020.9102813] (oral acceptance rate 14.6%)
  2. Yuri Mikawa, Tomohiro Sueishi, Yoshihiro Watanabe, and Masatoshi Ishikawa: VarioLight: Hybrid Dynamic Projection Mapping Using High-speed Projector and Optical Axis Controller, The 11th ACM SIGGRAPH Conference and Exhibition on Computer Graphics and Interactive Techniques in Asia (SIGGRAPH ASIA 2018) (Tokyo, 2018.12.5-7)/Emerging Technologies, Article No. 17
  3. 三河祐梨, 末石智大, 渡辺義浩, 石川正俊: VarioLight:高速プロジェクタ及び光軸制御による非対称な移動物体への投影型拡張現実感システム, 第23回日本バーチャルリアリティ学会大会 (VRSJ2018) (仙台, 2018.9.19)/論文集, 14D-4.
  4. 三河祐梨, 末石智大, 石川正俊: 動的プロジェクションマッピングに向けた輪郭情報に基づく高速球体トラッキング, 第22回日本バーチャルリアリティ学会大会 (VRSJ2017) (徳島, 2017.9.27)/論文集, 1E4-03

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