株式会社コロナ社

バーチャルリアリティ学ライブラリ

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2024.9.20 更新

刊行のことば

今日,バーチャルリアリティ(VR, virtual reality)は誰もが知り,多くの人々が使う技術となった。特に,ヘッドマウントディスプレイ(HMD, head mounted display)を用いたゲームやスマートフォン向けの360°動画などは広く普及しつつある。安価なHMD が普及し始めた2016 年はいわゆる「VR元年」などと呼ばれ,2020 年からのコロナ禍ではリモートで現実さながらの活動を支援するVR技術にさらに注目が集まった。現在では,医療,建築,製造,教育,観光,コミュニケーション,エンタテインメント,アートなど,さまざまな分野でVRの活用が進んでいる。VRは私たちの社会生活に少しずつ,かつ確実に浸透しつつあり,今後はメタバースのような社会基盤の基幹技術としてさらに重要度を高めていくと考えられている。

The American Heritage Dictionary によれば,バーチャル(virtual)とは「みかけや形は現物そのものではないが,本質的あるいは効果としては現実であり現物であること」とされており,これがそのままVRの定義を与える。端的に言えば,VRとは「現実のエッセンス」である。すなわち,VRは人間のありとあらゆる感覚や体験,その記録,再生,伝達,変調などに関わるものである。一般にイメージされやすい「HMDを用いたリアルな視覚体験」は,きわめて広範なVRのごく一部を表現しているにすぎない。

日本バーチャルリアリティ学会は,黎明期のVRを育んだ研究者が中心となって「VR元年」のはるか20年前の1996年に発足した。以来,学問としてのVRは計算機科学,システム科学,生体工学,医学,認知心理学,芸術などの総合科学としてユニークな体系を築いてきた。学会発足から14年後の2010年に刊行された「バーチャルリアリティ学」は,当時の気鋭の研究者が総力を挙げて執筆したものである。同書では,VRの基礎から応用までを幅広く取り扱っている。「トピックや研究事例は最新のものではないが,本質的あるいは効果としてはVRを学ぶこと」ができ,時代によって色褪せることのない「VRのエッセンス」が詰まっている。しかしながら,近年のVRの進展はあまりにも目覚ましく,「バーチャルリアリティ学」を補完し,最新のトピックや研究事例をより深く取り扱う書籍への要望が高まっていた。

「バーチャルリアリティ学ライブラリ」はそのような要望に応えることを目的として企画された。「バーチャルリアリティ学」のようにさまざまなトピックをコンパクトに一括して取り扱うのではなく,分冊ごとに特定のトピックについてより深く取り扱うスタイルとした。これにより,急速に発展し続けるVRの広範で詳細な内容をタイムリーかつ継続的に提供するという難題を,ある程度同時に解決することを意図している。今後,「バーチャルリアリティ学ライブラリ」編集委員会が選定したさまざまなテーマについて,そのテーマを代表する研究者に執筆いただいた分冊を順次刊行していく予定である。くしくも「バーチャルリアリティ学」の刊行からちょうど再び14年が経過した2024年に,編集委員や執筆者,また学会の協力を得て「バーチャルリアリティ学ライブラリ」の刊行を開始できる運びとなった。今後さらにVR分野が発展していく様をリアルタイムで理解する一助となり,VRに携わるすべての人々の羅針盤となることを願う。

2024年1月 清川 清

出版委員会

委員長
清川 清(奈良先端科学技術大学院大学)
副委員長
北崎充晃(豊橋技術科学大学)
委員
青山一真(群馬大学)
山岡潤一(慶應義塾大学)
嵯峨 智(熊本大学)
吉元俊輔(大阪大学)

シリーズラインナップ

以下続刊

  • 拡張認知インタフェース
  • アート・エンタテイメントとXR
  • ハプティクス

バーチャルリアリティ学ライブラリseries1

ヘッドマウントディスプレイ

  • 清川 清 編著/ あるしおうね・伊藤勇太・鳴海拓志 著
  • A5サイズ/238頁
  • 定価4,180円 (本体3,800円+税)
  • ISBN 978-4-339-02691-7

HMDの性能・違い・選択・進化などを網羅的に取り上げた初めての書籍

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バーチャルリアリティ学ライブラリ2 ヘッドマウントディスプレイ
  • 清川 清 編著/ あるしおうね・伊藤勇太・鳴海拓志 著
  • A5サイズ/238頁
  • 定価4,180円 (本体3,800円+税)
  • ISBN 978-4-339-02691-7
読者対象
本書は,バーチャルリアリティ(VR)や拡張現実感(AR)に関心を寄せる方や,ウェアラブルコンピュータや先端技術に興味のある方を対象としています。VRやARを実現する代表的デバイスであるヘッドマウントディスプレイ(HMD)を取り上げ,高校生から,社会人,研究者まで,幅広い層がHMDの技術とその進化を理解しやすいように解説しています。
書籍の特徴
VRやARといえばHMDをつけたユーザをイメージする人が多いと思います。これまでにVRやARに関する書籍は数多く出版されていますが,HMDはその中の一部として取り上げられるだけでした。本書は,HMDのみを深く掘り下げて様々な角度から一般向けに解説した初めての書籍であると言ってよいでしょう。HMDの仕組みや典型的な光学系を解説するだけではなく,HMDがどのように発展してきたのか,そもそもHMDを見る眼の仕組みはどうなっているのか,さらには映像視聴に留まらないHMDの新しい機能や用途についてどのような研究がなされているのか,といった多岐にわたる話題を取り上げています。読者の皆様には,HMDについての深い理解を得るだけでなく,HMDがもたらす未来の可能性に触れ,その魅力を感じていただけることを願っています。

【各章について】

本書は6章で構成されており,それぞれの章でHMDの重要な側面を詳しく解説しています。
1章では,まず本書の導入としてHMDの歴史や基本概念について紹介します。
2章では,HMDの性能や機能を理解するための基礎となる人間の視覚について解説しています。
3章では,古典的な光学系から最新の光学系まで,多様な実例を交えて紹介します。
4章では,執筆時点の最先端の研究事例を通じてHMDの進化の方向性を浮き彫りにします。
5章では,HMDを用いて視覚機能を自在に補正・矯正したり拡張したりする様々な試みについて紹介します。
6章では,視覚以外の感覚を提示する様々な多感覚HMDについて取り上げます。
あとがきでは,本書全体を振り返り,HMDの進化がもたらす生活や社会の未来像について展望します。
目次
1.ヘッドマウントディスプレイの概要
1.1 ヘッドマウントディスプレイの歴史
 1.1.1 ヘッドマウントディスプレイの先史時代
 1.1.2 ヘッドマウントディスプレイの誕生
 1.1.3 ヘッドマウントディスプレイの黎明期
 1.1.4 ヘッドマウントディスプレイの普及期
1.2 さまざまなヘッドマウントディスプレイ
 1.2.1 VR用ディスプレイとしてのHMD
 1.2.2 AR用ディスプレイとしてのHMD
 1.2.3 透過性と映像チャネル数による分類
 1.2.4 多様なヘッドマウントディスプレイの必要性

2.人間の視覚
2.1 眼の構造
 2.1.1 眼球と外眼筋
 2.1.2 角膜
 2.1.3 虹彩と瞳孔
 2.1.4 水晶体
 2.1.5 網膜
 2.1.6 視細胞
2.2 視機能
 2.2.1 視力
 2.2.2 視野
 2.2.3 色覚
 2.2.4 光覚
 2.2.5 調節
 2.2.6 眼球運動
2.3 奥行き知覚
 2.3.1 単眼性の手がかり
 2.3.2 両眼性の手がかり
 2.3.3 奥行き感度

3.ヘッドマウントディスプレイの光学系
3.1 屈折型
 3.1.1 視距離と視野角
 3.1.2 アイボックス
 3.1.3 接眼レンズ
3.2 反射屈折型
 3.2.1 平面ハーフミラー型
 3.2.2 Bird Bath型
 3.2.3 曲面ミラー型
3.3 自由曲面プリズム型
3.4 ウェーブガイド型
 3.4.1 曲面ハーフミラーによるコンバイナ
 3.4.2 HOE/DOEによるコンバイナ
 3.4.3 EPE光学系
 3.4.4 LOE光学系
 3.4.5 ピンミラーアレイ型
3.5 網膜投影型
3.6 ライトフィールド型
 3.6.1 インテグラルフォトグラフィ
 3.6.2 2枚スクリーンによるライトフィールド光学系
3.7 ホログラフィック型
3.8 ピンライト型
3.9 頭部搭載型プロジェクタ

4.ヘッドマウントディスプレイの最新研究事例
4.1 位置合わせ
4.2 光学的歪み
4.3 時間的整合性
4.4 色再現性
 4.4.1 ディスプレイ色再現
 4.4.2 色混合
4.5 ダイナミックレンジ
4.6 焦点奥行再現
 4.6.1 調整可能焦点型HMD
 4.6.2 多焦点型HMDおよび可変焦点型HMD
 4.6.3 ライトフィールド型HMDとホログラフィック型HMD
 4.6.4 フォーカスフリー型HMD
4.7 画角
4.8 解像度
4.9 光学遮蔽

5.ヘッドマウントディスプレイによる視覚の解放
5.1 視覚を解放するための要素技術
5.2 視知覚の補正・矯正
 5.2.1 視知覚の補正・矯正のプロセス
 5.2.2 視力の矯正
 5.2.3 色覚異常の補正
 5.2.4 斜視・斜位の矯正
 5.2.5 変視症の矯正
 5.2.6 視覚過敏の矯正
 5.2.7 視機能検査
5.3 視覚拡張
 5.3.1 視力の拡張
 5.3.2 視野角の拡張
 5.3.3 可視波長の拡張
 5.3.4 動体視力・時間感覚の拡張
 5.3.5 視点の拡張
 5.3.6 視覚シミュレーション
 5.3.7 視覚的ノイズの軽減
 5.3.8 視界の多様な変調・置換

6.ヘッドマウントディスプレイと多感覚情報提示
6.1 ヘッドマウントマルチモーダルディスプレイ
 6.1.1 深部感覚
 6.1.2 表在感覚
 6.1.3 前庭覚
 6.1.4 嗅覚
6.2 ヘッドマウントディスプレイによる感覚間相互作用の活用
 6.2.1 感覚間相互作用
 6.2.2 Pseudo-haptics
 6.2.3 リダイレクテッドウォーキング
 6.2.4 感覚間相互作用による嗅覚提示
 6.2.5 感覚間相互作用による食体験の提示

引用・参考文献
あとがき
索引
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著者からのメッセージ
HMDはVRやARの体験だけではなく,私たちの未来を左右するかもしれないとても重要なデバイスです。本書を通じて,HMDの技術とその進化,そしてそれがもたらす未来についての理解を深めていただければ幸いです。エキサイティングなHMDの世界を感じ取っていただけたなら,執筆陣としてこれほどの喜びはありません。
キーワード
HMD,バーチャルリアリティ,拡張現実感,視覚ディスプレイ,光学系,視覚機能,視知覚の補正・矯正,視覚拡張,マルチモーダル

バーチャルリアリティ学ライブラリseries2

神経刺激インタフェース

  • 青山一真 編著/ 安藤英由樹・玉城絵美・Yem Vibol・高橋哲史・中村裕美・前田太郎・武見充晃・雨宮智浩・河野通就・北尾太嗣 著
  • A5サイズ/176頁
  • 定価2,970円 (本体2,700円+税)
  • ISBN 978-4-339-02692-4

VRで感覚を生じさせる仕組みが神経刺激インタフェースである。この分野を1冊で解説。

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バーチャルリアリティ学ライブラリ2 神経刺激インタフェース
  • 青山一真 編著/ 安藤英由樹・玉城絵美・Yem Vibol・高橋哲史・中村裕美・前田太郎・武見充晃・雨宮智浩・河野通就・北尾太嗣 著
  • A5サイズ/176頁
  • 定価2,970円 (本体2,700円+税)
  • ISBN 978-4-339-02692-4
読者対象
本書は,バーチャルリアリティ(VR)やヒューマンコンピュータインタラクション(HCI)に関心を寄せる方や,脳科学,神経科学に興味のある方を対象としています。本書はVRやHCIの応用を主眼に置いて,神経や脳に働きかける技術である神経刺激インタフェースを一つの領域とし,高校生や社会人,研究者など多くの方が分かりやすいように解説しています。
書籍の特徴
VRやHCIに関連する書籍は多数出版されており,その中の一部として神経刺激に関する解説も行われてきました。本書はこれまでに焦点の当たってこなかった神経刺激に主眼を置き,触覚や味覚,前庭感覚,脳をはじめとする様々な神経系に働きかける技術がどのように発展してきたのか,どのようにVR・HCIの分野で活用されているのかを解説したものになっています。神経刺激はVRを題材としたSF(サイエンスフィクション)小説でも取り扱われるような技術です。読者の方は,楽しみながらVRの先端的な領域である神経刺激の領域に対する理解を深めていただけるでしょう。

【各章について】

本書は5章で構成されていますが,VRやHCIで盛んに利用されるインタフェース技術である,3章の非侵襲刺激に多くの紙面を割いています。
1章では,「神経刺激とVRの歴史」として,後述の電気刺激の歴史について解説しています。
2章では,「侵襲性と非侵襲性の刺激」として,神経刺激の分類を解説しています。
3章では,VRやHCI分野で盛んに研究されている経皮電気刺激や磁気刺激について「非侵襲刺激」として解説しています。また,この章では筋や腱,触覚,味覚,前庭感覚等多様な感覚器・効果器に関連した神経刺激について解説します。
4章では,安全に配慮した研究を実施するために「神経刺激の安全性」について解説しています。
5章では,近年急激に身近になってきている経皮電気刺激の応用について解説しています。
目次
第1章 神経刺激とVRの歴史
1.1 電気刺激の歴史を学ぶ重要性
1.2 電気の発見と実験遊戯
1.3 ライデンびんの登場と静電気研究の発展
1.4 ガルヴァーニの発見と動物電気
1.5 神経刺激装置の起こり
1.6 バーチャルリアリティへの神経刺激の応用

第2章 侵襲性と非侵襲性の刺激
2.1 侵襲性神経刺激とその研究の実施
2.2 感覚受容細胞や軸索末端に対する襲性神経刺激インタフェース
2.3 感覚や運動の神経軸索に対する侵襲性神経刺激インタフェース
2.4 脳神経に直接接続する侵襲性神経刺激インタフェース

第3章 非侵襲刺激
3.1 非侵襲刺激の総論
 3.1.1 非侵襲刺激の定義
 3.1.2 末端器官や末梢神経系への刺激
 3.1.3 中枢神経系への刺激
3.2 筋電気刺激
 3.2.1 筋電気刺激の定義と原理
 3.2.2 侵襲タイプと非侵襲タイプの筋電気刺激の例
 3.2.3 筋電気刺激による身体所有感への影響
3.3 触覚電気刺激
 3.3.1 触覚電気刺激の概要
 3.3.2 指先の触覚を提示するディスプレイ技術
 3.3.3 皮膚電気刺激
 3.3.4 刺激の安定化
 3.3.5 皮膚電気刺激の応用
3.4 腱電気刺激
 3.4.1 腱がもたらす感覚と反応
 3.4.2 骨格筋周辺の自己受容器の構造とその機能
 3.4.3 腱への刺激とその効果
3.5 味覚電気刺激
 3.5.1 味覚の受容とおいしさ
 3.5.2 味覚電気刺激の基礎
 3.5.3 味覚電気刺激応用
3.6 前庭電気刺激
 3.6.1 前庭電気刺激の概要
 3.6.2 GVSをもたらす平衡感覚の神経支配
 3.6.3 GVSがもたらす加速度知覚と身体応答
 3.6.4 電流刺激と前庭器官
 3.6.5 身体応答の評価手法
 3.6.6 VR等の感覚提示技術への応用
3.7 視覚電気刺激
 3.7.1 視覚電気刺激の概要
 3.7.2 眼球の構造
 3.7.3 侵襲型神経刺激による視覚提示
 3.7.4 非侵襲型神経刺激による視覚提示
3.8 嗅覚電気刺激
 3.8.1 嗅覚電気刺激の概要
 3.8.2 嗅覚の受容と情報伝達
 3.8.3 中枢神経系への電気刺激
 3.8.4 末梢神経系への電気刺激
3.9 経頭蓋電気刺激
 3.9.1 経頭蓋電気刺激の概要
 3.9.2 経頭蓋直流電気刺激
 3.9.3 経頭蓋交流電気刺激
 3.9.4 経頭蓋ランダムノイズ刺激
 3.9.5 TCSのVR分野への応用事例
 3.9.6 TCSを用いる際に考慮すべきこと
3.10 経頭蓋磁気刺激
 3.10.1 経頭蓋磁気刺激の概要
 3.10.2 刺激部位の同定
 3.10.3 刺激強度
 3.10.4 相関と因果
 3.10.5 刺激方法の種類
 3.10.6 VRにおけるTMSの利用例
 3.10.7 TMSの安全性
 3.10.8 TMSとTCSの比較
3.11 漿液分泌に影響を与える電気刺激
 3.11.1 効果器としての漿液分泌腺
 3.11.2 唾液腺への電気刺激
 3.11.3 涙の分泌を調整する電気刺激

第4章 電気刺激の安全性
4.1 電気入力の安全性
 4.1.1 電気入力の種類
 4.1.2 電気入力の危険性
 4.1.3 電流による影響
 4.1.4 電圧による影響
 4.1.5 周波数による影響
 4.1.6 時間による影響
 4.1.7 経路と身体部位
4.2 安全のために
 4.2.1 設計指針
 4.2.2 制約

第5章 神経刺激の応用
5.1 神経刺激の応用分野
5.2 XR技術ならびに人間拡張への応用
 5.2.1 視覚電気刺激
 5.2.2 触覚電気刺激,ならびに筋電気刺激
 5.2.3 味覚電気刺激
 5.2.4 前庭電気刺激
5.3 医療・ヘルスケア・美容への応用

引用・参考文献
索引
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著者からのメッセージ
神経は人の情報処理機構の実体であり,VRで扱う「体験」は全てこの神経系を通して得られた感覚や神経系を通して起こした行動などによってもたらされます。VRにおいて感覚をいかにして作り出すのか,行動をいかにして誘発するのかは,非常に重要なテーマとして扱われてきました。神経刺激はこれらを実現する一つの技術であると共に,それがVRにおいて十分に活用されるには,解決すべき課題がまだまだあります。VRやHCIと共に,これから更なる発展が期待される神経刺激について,初学者から研究者までの多くの方に楽しく理解していただき,神経刺激の魅力が多くの方に伝われば幸いです。
キーワード
神経刺激,インタフェース,バーチャルリアリティ,感覚ディスプレイ,ヒューマンコンピュータインタラクション,電気刺激,磁気刺激
株式会社 コロナ社