研究

ネットワーク型手術訓練システムの開発

近年，医療現場において，患者への負担が軽く，日常生活への早期復帰が可能であることから，低侵襲手術が注目を集めている．しかしながら，低侵襲手術は高度な技術と熟練を要するため，技術の習得や術前のプランニングを目的とした手術シミュレータの需要が高まっている． 低侵襲手術は複数人が協働で行う手術であるが，従来の低侵襲手術シミュレータは一人で訓練を行うスタンドアロン型のシミュレータであるため，複数人による協働での訓練が出来ない．また，医学生の学習内容も増加しているため，効率的に学習できる環境が求められている． そこで本研究では，1) 遠隔地間にいる複数ユーザが，仮想空間上の同一の柔軟物体を操作する遠隔協働作業が可能，かつ 2) １人の熟練医（先生）が，遠く離れた場所に居る複数人の医学生（生徒）に対して，触覚を伴う教示を同時に行うことが可能な，ネットワーク型の低侵襲手術シミュレータの研究開発を行っている．

田川が参画する研究プロジェクトが2011年10月9日（日）産経新聞の一面にて紹介されました．

• Kazuyoshi Tagawa, Tatsuro Bito and Hiromi T. Tanaka, "A Method of Synchronization for Haptic Collaborative Virtual Environments in Multipoint and Multi-level Computer Performance Systems", In Proc. of Medicine Meets Virtual Reality, pp.638-644, 2011.
• 備藤達郎, 田川和義, 田中弘美: 多地点遠隔触覚協働環境におけるオンラインリメッシュ型ボリュームモデルの変形同期手法, 日本バーチャルリアリティ学会第15回大会抄録集, pp. CD, 2010.（学術奨励賞受賞）
• 大石達弥，田川和義，田中弘美：一対多の教示機能を備えた遠隔触覚協働環境の構築，日本VR医学会学術講演会，2010．

マルチレート・オンラインリメッシュ型剥離・穿刺シミュレーション

• 田川和義, 藤井健史, 山口哲, 田中弘美: 力覚提示を伴う高品質な穿刺シミュレーションのためのマルチレート・オンラインリメッシュ法, 日本VR医学会論文誌, Vol. 9, No. 1, pp.7-16, 2011.

マルチレート・オンラインリメッシュとGPUとを併用した変形計算の高速化

仮想柔軟物体に対する力覚インタラクションの研究は， バーチャルリアリティ(VR)において重要な研究のうちの1つである． このようなシミュレーションは，手術シミュレーションやインターネットショッピングなど様々な分野への応用が期待される．安定的な提示のためには， 柔軟物体の場合は数百Hz〜500Hz程度（力覚的実時間）で反力を更新する必要があり，変形計算を効率的に行うための手法が必要とされる． そこで本研究では，オンラインリメッシュ型柔軟物モデルのためのGPUに適した並列化手法の実現することでリアルタイム手術シミュレーションシステムの構築を目指す.

• Kazuyoshi Tagawa, Yasuyuki Sasaki and Hiromi T. Tanaka, "Online Re-Mesh and Multi-Rate Deformation Simulation by GPU for Haptic Interaction with Large Scale Elastic Objects", In Proc. of IEEE Haptics, 2012. (to appear)
• 田川和義, 佐々木康行, 田中弘美: オンラインリメッシュ型変形計算のGPUによる高速化と大規模仮想柔軟物体との力覚インタラクション, 日本バーチャルリアリティ学会論文誌, Vol.16, No.3, pp.479-487, 2011.
• Yasuyuki Sasaki, Kazuyoshi Tagawa and Hiromi T. Tanaka, "Stable Force Presentation by Fast Deformation Computation Using Online-Remesh and GPU", In Proc. of ACM Haptic and Audio Interaction Design, pp. CD, 2011.
• Kazuyoshi Tagawa and Hiromi T. Tanaka, "A Hybrid Dynamic Deformation Model for Surgery Simulation", In Proc. of Medicine Meets Virtual Reality, pp.645-649, 2011.

動的に変形・運動する柔軟物体の変形・把持操作のための高速な力覚レンダリング手法

動的な運動と変形を伴う柔軟物体に対する力覚インタラクションのためのアプローチを提案している．提案手法では，全ての自由度にインパルス的な力が作用した際の変位の時間変化を集合として物体の挙動を定義し（これをインパルス応答変形モデルと呼ぶことにする），このモデルと過去の操作力の履歴とを畳み込みことによって物体の変形を得る．この手法の特長は，操作力の計算量がモデルの複雑さに依存しないことであり，高速性が要求されるアプリケーションに有効である．

• Kazuyoshi Tagawa, Koichi Hirota and Michitaka Hirose, "Manipulation of Dynamically Deformable Object using Impulse-Based Approach", in Book of "Advances in Haptics" (ISBN 978-953-307-093-3), 2010.
• Kazuyoshi Tagawa, Koichi Hirota, and Michitaka Hirose, "A Data Compression Method for Impulse Response Deformation Model", In Proc. of Third Joint EuroHaptics Conference and Symposium on Haptic Interfaces for Virtual Enviroments and Teleoperator Systems (WorldHaptics09), Mar. 2009.
• Kazuyoshi Tagawa, Koichi Hirora, and Michitaka Hirose, "Surface Contact Interaction with Dynamically Deformable Object", In Proc. of 6th International Conference of EuroHaptics 2008, pp.675-680, Jun. 2008.
• Kazuyoshi Tagawa, Koichi Hirora, and Michitaka Hirose, "Manipulation of Dynamically Deformable Object", In Proc. of 16th Symposium on Haptic Interfaces for Virtual Environment and Teleoperator Systems (IEEE Haptics08), pp.327-333, Mar. 2008.
• 田川和義, 広田光一, 廣瀬通孝, 「力覚インタラクションのための動的変形モデル」, 電子情報通信学会論文誌, Vol.J90-D, No.9, pp.2615-2623, Sep. 2007.
  Kazuyoshi Tagawa, Koichi Hirota, and Michitaka Hirose, "Dynamic Deformation Model for Haptic Interaction", IEICE Trans. on Information and Systems, Vol.J90-D, No.9, pp.2615-2623, Sep. 2007.
• Kazuyoshi Tagawa, Koichi Hirota, and Michitaka Hirose, "Acquiring & Representing Elasticity of Deformable Objects using Impulse Response Deformation Model", NASA Ames Research Center, Moffett Field, CA, USA, Mar. 2007.
• Kazuyoshi Tagawa, Koichi Hirota, and Michitaka Hirose, "Impulse Response Model: an Approach to Haptic Interaction with Dynamically Deformable Object", In Proc. of 14th Symposium on Haptic Interfaces for Virtual Environment and Teleoperator Systems (IEEE Haptics06), Mar. 2006. [PDF]

回転型多視点ディスプレイ

指向性の強い平面ディスプレイパネルを回転させることで多視点に異なる映像を提示することのできる回転型多視点ディスプレイを提案している．設計パラメータである画像提示の方向数および視点における更新レートと，その決定要因であるディスプレイパネルのリフレッシュレート，回転速度，指向性の強さとの関係を示し，実現可能な仕様を決定した．レンティキュラレンズとスリットによる指向性フィルタの構成を試み，特性を確認した．ディスプレイパネルの回転と指向性を考慮に入れたひずみの少ない映像提示のレンダリング手法を提案し，その効果を検証した．以上を通して，回転型多視点ディスプレイの実装の基礎を確認した．

• Yusuke Doyama, Tomohiro Tanikawa, Kazuyoshi Tagawa, Koichi Hirota and Michitaka Hirose, "CAGRA: Optimal Parameter Setting and Rendering Method for Occlusion-capable Automultiscopic Three-Dimensional Display", In Proc. of IEEE Virtual Realiry 2010 (IEEE-VR2010), Mar. 2010.
• Yusuke Doyama, Tomohiro Tanikawa, Kazuyoshi Tagawa, Koichi Hirota and Michitaka Hirose, "CAGRA: Occlusion-capable Automultiscopic 3D Display with Spherical Coverage", In Proc. of 18th International Conference on Artificial Reality and Telexistence (ICAT08), pp.36-42, Dec. 2008.
• Koichi Hirora, Kazuyoshi Tagawa, and Yasuhiro Suzuki, "Automultiscopic Display by Revolving Flat-panel Displays", In Proc. of IEEE Virtual Realiry 2008 (IEEE-VR08), pp.161-168, Mar. 2008.

真空実験を用いた布挙動シミュレーションの評価・改良

布挙動シミュレーションはComputer Graphicsの分野や繊維工学の分野で様々な手法が提案されているものの，着衣シミュレーションで要求される精度にはまだ至っていない．本研究では，理想的な環境である真空条件下にて布挙動を計測し，布挙動シミュレーションとの間で比較を行うことで，布挙動シミュレーションのみの純粋な評価を行った．真空実験を用いた段階的接近法を提案し，引っ張り・曲げ・せん断それぞれ単独の変形もしくは複合的な変形について，難易度を上げながら布の物理モデルのパラメータ推定やモデル自体の改良を段階的に行っていくための手法を提案した．

• Kazuyoshi Tagawa, Hirotaku Hayashi, and Ryugo Kijima, "Empirical Evaluation of Cloth Behavior Simulation", In Proc. of Int. Conf. on VSMM '04, Int. Soc. On VSMM, 2004.
• Kazuyoshi Tagawa, Hirotaku Hayashi, and Ryugo Kijima, "Evaluation of Cloth Behavior Simulation", In Proc. of Symposium on Computer Graphics and Animation, ACM Siggraph / Eurographics, 2004.
• 田川和義, 林 宏卓, 木島竜吾, 「布挙動のシミュレーションと真空実験による評価」, 日本バーチャルリアリティ学会論文誌、vol. 8, no. 3, pp. 263-270, VRSJ, 2003.
  Kazuyoshi Tagawa, Hirotaku Hayashi, and Ryugo Kijima, "Dynamic Cloth Simulation and its Evaluation Experiments in Vacuum", Transaction of Virtual Reality Society of Japan, vol. 8, no. 3, pp.263-270, 2003. [PDF]
• 競争的外部資金: 研究代表者 田川和義, 財団法人日本科学財団 笹川研究科学助成, 2003年度 1年間（終了）．

布挙動シミュレーションとバーチャルファッションシステムの構築

高速で安定的に計算可能な布挙動シミュレーション，人と布との高速な干渉計算，モーションキャプチャシステム，大画面スクリーン，仮想鏡への等身大表示等で構成されるバーチャルファッションシステムの構築により，仮想的な衣服の試着を実現した．

• 田川和義，垣見友和，小鹿丈夫，木島 竜吾, 「バーチャルファッションシステムにおける布の形状の動的シミュレーションの研究」，岐阜大學工學部研究報告，pp.93-100, 1999.
  Kazuyoshi Tagawa, Tomokazu Kakimi, Ryugo Kijima, and Takeo Ojika, "Dynamic Cloth Simulation Method using an Elastic Model on the Virtual Fashion System", In Research reports of the Faculty of Engineering, Gifu University, pp.93-100, 1999.
• Kazuyoshi Tagawa, Tomokazu Kakimi, Ryugo Kijima, and Takeo Ojika, "A Method for Dynamic Cloth Simulation and Application in a Virtual Fashion System", In Proc. of Int. Conf. on VSMM '98, Int. Soc. On VSMM, 1998.

その他

現在研究中です．