【研究領域課題番号】21K19685 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

家での暮らし / virtual reality / シミュレーション / 臨床的推論 / 教育プログラム

【研究成果の概要】

本研究の目的は、アセスメント対象者の「家での暮らし」に関する看護学生の臨床推論力を高めるため、Virtual reality（以下、VRとする。）環境を用いた協調学習を円滑に行う遠隔シミュレーション教育プログラムを開発することである。初年度は、協調学習の方法論を活用したVR遠隔シミュレーション教育プログラムとシステムを構築することを目的として、研究班会議を合計７回開催した。学生が (1) 家の中の様子から対象者の状態を推定し、（2）疾病や健康課題を予測すると共に、 観察すべき家の中のポイントを理解し素早く(1)(2)を実行の3段階の能力を獲得できるようにVR教材を開発した。なお、対象者は世帯人数と観察ポイントを拡充させるために独居、夫婦２人暮らし、３人家族を設定した。また、VR環境内で体験者である学生が自身の家庭訪問の様子をネット越しに教員やグループ学生と共有し、音声・視点のやり取りを同期的に行えるシステムとして、Zoomを活用する方法論について検討した。現在、VR教材を分かりやすいものとするために、色調や映写時間の修正を行っているところである。また、２年目に実施するパイロット調査に向けて、評価項目の選定、尺度の日本語訳の作成を行っているところである。学生の自己評価の尺度に関しては、古い尺度は作成者の使用許諾請求が困難であったため、使用許諾不要のNational League for Nursingの尺度を日本語に翻訳して使用する予定である。

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2021-07-09 - 2024-03-31

【配分額】6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)

【研究領域課題番号】19K09500 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

頭蓋底手術 / 機械学習 / 仮想現実 / 拡張現実 / シミュレーション

【研究成果の概要】

① 頭蓋底病 に する術前画像の機械学習については、機械学習による病理診断において、国際的にも機械学習による鑑別がトピックとなっている脊索腫と軟骨肉腫の鑑別（ＣＴやＭＲＩ上、肉眼的鑑別が困難であるが、前者は再発率の高い悪性腫瘍、後者は良性腫瘍）が行えるかどうかについて 検証を行い、スモールデータを元にした学習でも、90％以上の正確さをもってこれらの鑑別が行えるレベルに達した。良好な成果が達成されるに至ったため、現在、国際誌に投稿しており、2回目のrevisionを通過したところである。
② CTやMRIなどのDICOM画像を速やかに自動で融合できるような、システムの利用により、より短時間でのシミュレーションモデルの作成が可能となっており、症例検討や手術中の３Dアトラスに耐えうるモデル作成技術が完成し、検証を行っている。これらを頭蓋底腫瘍を有する患者の手術所見と、実際の手術で比較検討することで、術前画像の立体的把握と術中の解剖構造の把握にが可能となり、現在有用性についての結果が出つつある。これらについては、一定の成果を、論文として作成し、複数の国際誌にacceptされている。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2019-04-01 - 2023-03-31

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)

【研究分野】ヒューマンインタフェース・インタラクション

【研究領域課題番号】17H01774 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ハプティクス / バーチャルリアリティ / 摩擦モデル / レンダリング / シミュレーション / 物理モデル / ハプティックレンダリング / 動力学シミュレーション / 時変摩擦係数 / CMA-ES / 局所剛性行列 / 力触覚レンダリング / 質感 / 固着滑り / 摩擦 / Position based dynamics / Proxy

【研究成果の概要】

指で物体を擦る際には固着滑りによる振動が生じ、これが物体の材質感に影響することが知られている。本研究は、物理モデルを構築し、シミュレーションすることでこれを再現することを目的とする。期間内には、現実の触察時と同等の振動波形を生成可能な、指と物体のシミュレーションモデルを構築した。また、４つの素材について計測した振動波形からモデルのパラメータを同定し、これを用いたレンダリングにより質感をある程度再現できることを確かめた。また、シミュレーションモデルに指先や物体表面の形状変形を含めるために、柔軟変形物体のシミュレーションとハプティックレンダリングの手法を提案した。

【研究の社会的意義】

製品の評価や設計にバーチャルリアリティを応用する際には物体の材質感の再現が望まれる。また、把持操作の際にも摩擦振動を手がかりに材質感を感じ取り、器用な把持操作にも利用している。摩擦振動を再現する物理モデルを実現し、これを用いたハプティックレンダリングを組み込むことで、バーチャル物体の材質感や操作感が現実に近くなり、より多くの作業や課題をバーチャルリアリティで実現できるようになることが期待でき、その用途の拡大に繋がると考えられる。
また、摩擦時物理現象を説明するモデルは、人の触知覚の理解に繋がることも期待できるため、人の触覚情報処理の理解がすすむことも期待できる。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)

【研究分野】基礎看護学

【研究領域課題番号】16H05564 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

生活習慣病 / 糖尿病 / 教育モデル / シミュレーション / Virtual Reality / 看護学 / 看護技術 / 看護教育 / バーチャルリアリティ / 足病変

【研究成果の概要】

本研究では、Virtual Reality技術を用いて糖尿病の予防的フットケアを担う看護師を対象とした糖尿病足病変ハイリスク要因アセスメント教育モデルの開発を行う。全体の企画・立案・調整ならびに総括を任が担当し、3つの班（VR訓練システム開発・教育モデル開発・糖尿病の予防的フットケアのエキスパート）に分かれ、それぞれが情報を交換しながら進める。VR訓練システム開発では、機器整備とシミュレーションを行いエキスパートによる試行を経て完成とし、同時に教育モデル開発を進め、VR訓練システムを組み込んだ教育内容と臨床能力評価をパッケージにし、難易度高・中・低の３分類別にモデルを作成し評価をする。

【研究の社会的意義】

明確化されたリスク要因別の患者像に基づいて独自のVR訓練システムを作成し、教育モデルを開発使用と試みたものである。VRにより再現された多様な糖尿病足病変ハイリスク状態を想定した教育モデルにより繰り返しトレーニングでき、看護師のアセスメント能力向上と対応の遅れによる医療事故防止に貢献でき、臨床的意義があったと考える。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】14,300千円 (直接経費: 11,000千円、間接経費: 3,300千円)

【研究分野】スポーツ科学

【研究領域課題番号】15H01825 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

体工連携 / スポーツ工学 / 水泳水中運動 / 流体力 / 自己推進時抵抗 / 流れの可視化 / 競泳 / 非定常流体力 / 圧力分布 / 用具開発 / 動作の最適化 / ヒューマノイドロボット / バーチャルリアリティ / 流体力学 / 水泳 / サッカー / パフォーマンス / シミュレーション / スタート / スポーツ用具開発 / バイオメカニクス / 自由視点映像技術 / 競泳用水着開発 / 競泳スタート動作分析

【研究成果の概要】

体育学と工学の研究者が連携して、双方が培ってきた先端技術を活用することで、これまで解決が困難と考えられてきた課題に取り組み、新たな研究方法論の開発に努め、イノベーションを実現することを目的とした。
その結果、水泳競技において自己推進する泳者の動的抵抗（自己推進時抵抗）を定量、評価する方法論の開発に成功し、従来は泳速度の２乗に比例して増加すると考えられていた抵抗が、実は速度の約３乗に比例して増加することが初めて明らかとなり、世界的にも大きな注目を集めるに至った。さらに泳者周りの三次元的な流れの可視化にも成功し、これまで明らかにされていなかった流体力の発揮メカニズムの解明が進んだ。

【研究の社会的意義】

本研究成果の学術的意義として、自分の四肢を駆動させて自己推進する泳者に作用する動的抵抗（自己推進時抵抗）を泳法や泳速度に制限を加えることなく、精度良く計測可能なシステムの開発に成功した意義は大きい。これによって、自己推進時抵抗が泳速度の3乗に比例して増加することが明らかとなった。
また社会的意義として、体育学と工学を専門とする研究者が緊密に連携することで、これまでの方法論では、解決できなかった研究課題について、新たな解決策を提示できた意義は大きく、今後はこのような体工連携により、さまざまな課題解決の促進が期待される。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2015-04-01 - 2019-03-31

【配分額】23,920千円 (直接経費: 18,400千円、間接経費: 5,520千円)

【研究分野】ヒューマンインタフェース・インタラクション

【研究領域課題番号】26280072 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ハプティクス / バーチャルリアリティ / 変形 / Shape Matching / 有限要素法 / 摩擦 / 固着滑り / シミュレーション / 変形シミュレーション / 力覚レンダリング / 局所剛性行列 / 力触覚 / 弾性体シミュレーション / 柔軟変形 / 力触覚インタラクション

【研究成果の概要】

対象に手を触れ動かして触知覚を得る能動触は対象についての様々な手がかりを与える。
本研究では、能動触により内部構造や材質を知覚可能なバーチャルリアリティを実現するため、変形と振動を物理シミュレーションで計算・提示することを目指し、(1)有限要素法に変わる計算時間の少ない変形のシミュレーション手法と(2)能動触により生じる振動の再現手法を研究した。
その結果、(1)について、対象を局所グループに分割し局所剛性行列を用いることで計算時間を削減する手法を提案した。また、(2)について、摩擦時の固着滑りにより正確な摩擦係数のモデルを用いることで現実に近い固着滑りが再現でき、現実感が向上することを示した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】15,470千円 (直接経費: 11,900千円、間接経費: 3,570千円)

【研究分野】建築環境・設備

【研究領域課題番号】19206062 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

建築環境・設備 / 建築音響 / シミュレーション / 可視化・可聴化 / バーチャルリアリティ / スーパーコンピューティング

【研究成果の概要】

コンサートホールをはじめ講義室や住宅などの音場(音波が伝搬している空間)を、科学的な波動音響的手法により解析するシミュレーション技術の開発と、特徴的な音場に関するデータベースの収集・構築を行った。建築音場はしばしば大規模で、複雑、かつ、雑多な形状と吸音性状を有する。その効果的な計算には、目的に応じた計算手法の開発・選択とともに境界条件の処理も重要である。本研究では、基盤となる知見を求めデータベースを構築している。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2007 - 2009

【配分額】47,710千円 (直接経費: 36,700千円、間接経費: 11,010千円)

【研究分野】都市計画・建築計画

【研究領域課題番号】10450219 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

経路認知 / シミュレーション / 模型空間 / CG / 画像合成 / 街路空間 / バーチャルリアリティ / CG画像 / リアルタイム / 画像合成装置

【研究成果の概要】

本研究は、ヘッドマウントディスプレイを用いた視環境シミュレータに、CGによって作成された、人、自動車などの動的な要素を付加して表示するシステムを開発し、これを用いた経路認知(記憶と再認、および雰囲気の違いの評価)についてのシミュレーション実験を行い、これを従来の固定的環境要素のみによる実験結果と比較することによって、動的な付加的要素の効果を明らかにすることを目的として行われた。
まず、CG画像を用いて、街路の動的環境要素としての歩行者の流れや滞留が経路の記憶、再認に及ぼす影響に関する実験を行った。その結果、多くの人が人の流れや滞留を経路記憶の手がかりとしていること、したがってそれらが変化することによって迷いが生じること、さらに滞留する人々の存在によってその場所の意味付けが強化され記憶されやすいことなどを明らかにした。
次に、より現実感のあるシミュレーション空間を作成するため、人や車などの動的環境要素をコンピュータグラフィックスで生成し、模型空間の画像と合成する新しいシミュレーションシステムを開発した。そして、動的環境要素が街路空間の雰囲気に及ぼす影響について実験を行った結果、本装置のある程度の有効性が確認された。
本研究で開発したシミュレータシステムは、先に述べた場所の雰囲気に関する実験のみならず、経路探索や緊急時の避難行動、あるいは街路や室内の快適性評価など、これまでに人や車などの動的な環境要素が存在しない設定のもとで行われてきた様々なシミュレーション実験に応用できるものと期待される。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1998 - 1999

【配分額】11,800千円 (直接経費: 11,800千円)

【研究分野】自然災害科学

【研究領域課題番号】09898008 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

バーチャルリアリティー / 地震災害過程 / シミュレーション / コンピュータグラフィックス / 迫真性 / 超現実性 / 相互作用性 / オ-ギュメンテッドリアリティ

【研究成果の概要】

平成9年11月に河田と林は米国ロサンゼルス地域,サンフランシスコ湾岸地域,およびワシントン州シアトル地域を訪れ,米国における地震防災の実務および研究においてバーチャルリアリティ技術の利用状況と今後の展望に関する現地調査を行った.さらに,平成10年3月4・5日にワークショップ「災害を観る」を京大会館で開催し,災害の可視技術について体系化を行った.その結果,少なくとも地震災害過程の研究においてはバーチャルリアリティ技術は,迫真性,超現実性,相互作用性という3つの特徴によって把握できることが明らかになった.第1の迫真性とは,現実の存在する対象ときわめて対応性の高い心的表象を構築しうることを指し,コンピューターグラフィックスによる静止画及び動画の作成が主である.第2の超現実性は,現実には存在し得ない対象を心的表象としては構築できる機能をさす.そこではコンピューター技術よりも現実には存在しない対象に関してどれだけ明確なイメージを構築できるかの想像力にかかっている.これら2つの特徴は観察者としての人間が持つ心的表象を問題としている.それに対して第3の特徴は行為者としての人間が持つ心的表象に関する特性である.自分の環境に対する働きかけによって環境像が変化する.自分の行動と環境の変化との間に協応関係が存在することを指す.低頻度事象である巨大災害を考える地震災害研究ではバーチャルリアリティの第2の特性である超現実性に着目した技術開発が必要性あり,今後はより抽象度の高い現実の構成をめざすという意味から「オ-ギュメンテッドリアリティ」の構築に関する研究の推進が必要であることが明らかになった.

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】1997

【配分額】3,100千円 (直接経費: 3,100千円)

【研究分野】社会システム工学

【研究領域課題番号】05558040 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

バーチャルリアリティ(VR) / 安全空間 / 避難 / 人間行動 / コンピュータグラフィクス(CG) / コンピュータシミュレーション / 火事 / 迷路 / 避難行動 / シミュレーション

【研究成果の概要】

平成5〜6年度の2年間で,バーチャルリアリティ(VR)を用いた安全空間設計シミュレータの開発を目的として,迷路内の人間の避難行動実験を対象としたVRシミュレーションシステムを構築した.そして以下に示すように,実迷路を用いた被験者実験とVRシミュレーションの比較から,VR実験の再現性と防災上の訓練効果を確認した.
(1)VRシステムの完成:CGを用いて作成した仮想空間を閉空間とする人間行動解析用のVRアプリケーションソフトおよび行動軌跡追跡ソフトの完成.
(2)VRシステムを用いた迷路実験の再現:平成5年度に作成した避難空間を基に,迷路内照明・ドアの開閉,壁・天井・床などの質感の向上などの問題を解決し,平成6年度には,より実際に近い避難環境を再現した.
(3)実迷路を用いた実験とVR実験との比較研究:東京消防庁池袋防災センター内にある煙体験コーナーの迷路を用いて被験者実験を行い,VRシステムの再現性の確認と防災訓練上の効果を検証した.すなわち,「実迷路のみを用いて避難行動をするグループ」「VR訓練(自分でVR操作する+VR画像のみの訓練)を受けた後に実迷路で避難行動をするグループ」「迷路の平面図を見た後に実迷路で避難行動をするグループ」に分けて,避難行動実験を行った.そして,実迷路を用いた避難行動とVRシニュレーション結果を比較することにより,VR空間での人間行動の再現性とVRによる擬似体験の防災訓練上の有効性を確認した.
(4)より汎用性のある安全空間設計シミュレータ開発に向けた問題点のまとめと提言:上記(1),(2)、(3)によって行った実験並びにVRシミュレーション結果を検討・分析し,まとめた.また研究を通して浮かび上げってきた問題点を整理し,本研究で開発したシミュレーションシステムの今後の課題と展望を検討した.

【研究種目】試験研究(B)

【研究期間】1993 - 1994

【配分額】9,600千円 (直接経費: 9,600千円)