バーチャルヒューマノイドってなんだ!?

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5分でわかる最新キーワード解説
今週のキーワードはこれだ! 掲載日:2007/08/22
「バーチャルヒューマノイド」ってなんだ?!

 日々進歩するIT技術は、ともすると取り残されてしまいそうな勢いで進化の速度を高めています。そこでキーマンズネット編集部がお届けするのが「5分でわかる最新キーワード解説」。このコーナーを読めば、最新IT事情がスラスラ読み解けるようになることうけあい。忙しいアナタもサラっと読めてタメになる、そんなコーナーを目指します。今回のテーマは「バーチャルヒューマノイド」。このテクノロジーを使えば、これまで映像で「見る」だけだった映画スターやフィクションのキャラクターと、仮想空間で「会う」ことができるかもしれません!

「バーチャルヒューマノイド」ってなんだ?!
バーチャルヒューマノイドとは?

 バーチャル(virtual)もヒューマノイド(humanoid)も一般的な言葉だが、今回紹介するバーチャルヒューマノイドとは、コンピュータの作り出す「仮想現実」とロボットという「現実」をシンクロさせて、複合的な現実環境を実現するテクノロジーを指す固有名詞である。バーチャルヒューマノイドは、現在横浜国立大学ベンチャー・ビジネス・ラボラトリーで同研究を継続中の庄司道彦氏が、当時所属していたNTTドコモのマルチメディア研究所で開発を始めたもので、2005年12月に開催されたNTTグループのイベント「コミュニケーションEXPO」で公開されて以降、注目を集めるようになった。さらに2006年の夏には、国際的なコンピュータグラフィックスの展覧会であるSIGGRAPHでもデモンストレーションを行い、好評を博した。


バーチャルヒューマノイドの見せる仮想現実

図1 バーチャルヒューマノイドとは
図1 バーチャルヒューマノイドとは
資料提供:NTTドコモ
  バーチャルヒューマノイドのシステムは、クロマキー()合成用にグリーンの布で包まれたロボットと、カメラ付きのシースルー方式のヘッドマウントディスプレイ(以下「HMD」と表記)で構成される(図1)。このHMDは、左右の目の軸線上に2つのカメラを備えており、メガネを掛けたように、自分の前の景色をリアルタイムで写す。HMDを通した視界においてロボットは、CGで作られたキャラクターにクロマキー合成で置き換えられ、リアルな立体のCGキャラクターが目の前に立っているかのような体験をすることができる(図2)。
クロマキーとは、画像を合成するための輪郭情報を、特定の色の彩度(色の鮮やかさの値)から得る技術。ブルーやグリーンのスクリーンが多く用いられる。


 HMDの位置や方向は、センサで検出されるので、体験者が歩いたり、頭を動かしたりした場合にも、映像とCGは追随して動く。CGキャラクターは、左右の目それぞれの位置に合わせて別々にリアルタイムレンダリングされるので、背景もCGキャラクターが合成された状態で立体視ができる。さらに、ロボットに触り、握手などの動きをすると、体験者の動きがロボットに伝わって、CGキャラクターも追随して動く(図3)。これまでディスプレイの中でしか見ることができなかったCGの人物と、現実と仮想が合成された空間で、インタラクティブなコミュニケーションを取ることができる技術。それがバーチャルヒューマノイドなのだ。

図2 ユーザの視野映像
図2 ユーザの視野映像
資料提供:NTTドコモ
図3 体験の様子
図3 ApolloBookの表示例2
資料提供:NTTドコモ

バーチャルヒューマノイドの仕組み

 バーチャルヒューマノイドは、一見するとCGの動きに合わせてロボットが動く仕組みのように見えるが、実際はその逆である。ロボットがプログラミングされた動きを行い、同時に角度センサでロボットの各関節の状態を検出して、実際の状態をコンピュータに送り、その状態に合わせてCGを描画する仕組みとなっている(図4)。これにより、体験者がロボットに触れた際の姿勢の変化、腕などの位置の動きにCGキャラクターが追随するのだ。ロボットの制御は、サーボモーターの出力を抑えることで、人間が触っても安全かつ自然に姿勢を変動させることが可能になっている。


図4 動作の仕組みイメージ
図4 動作の仕組みイメージ
資料提供:横浜国立大学 ベンチャー・ビジネス・ラボラトリー

 さらにHMDの位置と向いている方向を、体験者の頭上に設置した、レーザーで空間をスキャンするセンサで検出することにより、CGキャラクターをロボットの位置にリアルタイムでレンダリングして合成する。なお、3DCGレンダリングにはLinux上のOpenGLを用いている。

実装のカギは「現実的」なアプローチ

 仮想現実の研究は世界各国で行われており、壺や衣服などの物体の柄をバーチャル空間で自由に変更するなどの技術も実装されている。しかし、ロボットをCGキャラクターに置き換えるバーチャルヒューマノイドについては、世界でもほとんど類例がない。これは、特定のキャラクターだけのために開発するのは製品として実用性が低いこと、複数のCGキャラクターを再生するプラットフォームとするには、ロボットとキャラクターの形状の差(太っている、痩せている、肩幅が広い、狭い、など)があるため、合成時のズレが原理的に避けられないこと、ロボットの周囲の照明環境とCGの照明の整合性など、数多くの技術的なハードルが背景になっている。


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