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通信・放送機構様「成果展開等研究開発事業」財団法人日本科学技術振興財団様納入事例

遠隔地間で3次元バーチャル空間の体験学習

全国の科学館に向けて、パソコンで可能に

財団法人 日本科学技術振興財団(会長:有馬 朗人)の科学技術館(東京都千代田区)は、複数箇所の科学館を高速ネットワークで結び、科学館の来館者どうしが各分野の専門指導者(インキュベータ)を交えて3次元バーチャルリアリティ空間を共有し共同体験学習ができるシステムを構築しました。従来没入感を伴う3次元バーチャルリアリティ空間を形成するには専用のワークステーションと多面の大型スクリーンが必要でしが、このシステムでは、多くの科学館が導入しやすいようにパソコン複数台と一面の大型傾斜スクリーンで実現しています。


このシステムは、大型傾斜スクリーンを用いた3次元バーチャルリアリティ空間を各科学館に、更にインキュベータの導入システムを一ヶ所の科学館に設け、これらを高速ネットワークで相互に接続します。これにより複数箇所の科学館の来館者がインキュベータとの質疑応答を交え共同体験学習ができます。主な用途は、小中学生を対象とした科学技術分野におけるインキュベータを交えての共同体験学習を想定しています。

本システムは、通信・放送機構が整備するマルチメディア・モデル美術館・博物館展開事業の一環であり、このほどシステムが完成し、平成16年3月まで共同体験学習実験が行われます。
実験は、東京の科学技術館と山梨の開放型研究開発センターを「全国ギガビットネットワーク」を相互に接続して、科学館のインキュベータが説明を行い、両館の来館者どうしで共同体験学習を行います。

本システムを構築・推進していくのは、東京大学先端科学技術研究センター、東京都立科学技術大学、財団法人 日本科学技術振興財団、中央コリドー高速通信実験プロジェクト推進協議会、日本ビクター株式会社、株式会社ソリッドレイ研究所です。今後、このプロジェクトで実証実験を通じて研究を進めていきます。



※全国ギガビットネットワーク JGNとは通信・放送機構が提供している研究開発用の超高速ネットワークで、通信・放送機構が、超高速光ファイバ通信網(ギガビットネットワーク通信回線)と共同利用型研究開発施設(ギガビットラボ)を整備し、平成15年度末までの間、大学、研究機関、行政機関、地方自治体、企業等に開放している。


バーチャル・リアリティによる科学技術共同学習体験システムの特長

パソコンで没入型3次元バーチャル空間を実現

● 大型傾斜スクリーンによる3次元バーチャル高臨場感
1面の大型平面スクリーンを傾斜させたスクリーンシステムを使用して、高い臨場感で3D映像表示を可能にしました。
● パソコンによる分散・並列処理技術
CAVE等を構築する場合、従来専用ワークステーションが使われており、構築費用もメンテナンス費用も高額となります。
本システムでは、多くの科学館で導入しやすいように、複数のパソコンで制御処理、描画処理を分散・並列処理することにより処理の高速化をはかり、専用ワークステーションに匹敵する品質のよい3次元バーチャル空間を実現しました。

※CAVE
米国イリノイ大学によって開発された没入型ディスプレイシステム。多面のスクリーンを使用することにより、人間の視野のほとんどをカバーし圧倒的な没入感を実現しているが、面数が多いため広大なスペースを必要とし、また高価な専用ワークステーションを使用し映像を生成しているために高額なシステムとなっている。


複数箇所の科学館の来館者どうしで共同体験学習

● 3DCG立体映像とインキュベータの3D実写立体映像を合成
来館者が見ている3次元バーチャル空間の中にインキュベータを「実写で!」登場させ、共有3D空間上に表示されている画像の一部分を指し示したり、また時には動かしたりしながら、来館者との双方向の対話をもとに学習することができる。
● バーチャルペンシルで説明箇所を表示
バーチャル空間に描かれている画像(オブジェクト)の任意の位置にマル印や線を3D表示出来るようにし、学習への引き込み効果を増加させます。


開発の背景

近年、科学館や博物館等において大型スクリーンを用いた映像システムが導入が図られ、誰でも3D映像を見ることができるようになりました。しかし、これらのシステムは、来館者に対して一方的に見せるものが大半で、インタラクティブ性については単純なものに留まっていました。
最近のVR技術は、急速な進歩を背景として非常に臨場感の高い3D映像の生成を可能としています。CAVEはイリノイ大学で提案されたシステムであるが、日本でも東京大学のCABIN、筑波大学のCoCABIN、郵政省通信総合研究所のUNIVERS、岐阜県VRテクノセンターのCOSMOS 等の没入型スクリーンを用いた3次元VRの研究が進められています。

一方、文部省の平成11年度社会教育調査によると科学系博物館が435館、総合博物館が345館、博物館(類似施設を含む)全体では5,109館あると報告されおり、これらの博物館では、常に展示内容の新規性や更新に苦労している状況であり、3次元VRを展示に導入するならば、いままでの展示にはない臨場感のある映像とインタラクティブ性のある展示物を提供することが可能となります。

特に、通常目で見ることができないような事象のシミュレーションの表現に3次元VRを用いるならば、来館者に対して今まで以上の科学的な理解を助けることが可能となります。たとえば、分子モデルのような複雑なものや宇宙ステーションの仕組みを可視化することで、理解範囲を拡大することができるようになります。展示物の場合、実物を目にしたり、触れたりするという体験は理解し記憶する上で有効ですが、一方で、大型構造物などその内部構造や、動く仕組みを学ぶことは難しいです。3次元VRの世界であれば、全体像はもとより、普段、見る事の出来ない抽象的をいとも簡単に見せる事が可能となります。しかも、目の前で解説者・操作者(インキュベータ)と来館者が一緒になってインタラクティブに確認出来る3次元VR体験学習システムは、展示ツールとしても非常に有効です。
特に科学の各専門分野でのインキュベータを全国の科学館に配置することは、人材の確保また経費面で現実的には不可能であり、今回のシステムでは、これを補完する有効な方法の一つです。