A Study of Spatial Cognition in High-dimensional Geometric Space through Touch and Tactile Interaction

通过触摸和触觉交互进行高维几何空间的空间认知研究

基本信息

批准号：
22K19817
负责人：
澤田秀之
金额：
$ 4.08万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本申請研究は、VR技術と触覚ディスプレイを統合して、数学や物理学、情報科学の分野で扱われる高次元空間やそこに定義される物理現象、多次元データ情報を直感的に理解できるシステムを構築する。更に本システムを用いた空間認知実験によって、高次元空間の認知に関する新しい理論を構築することを目的としている。当該年度はその研究の初年次の成果として、4次元空間で定義される幾何構造を3次元空間へ投影し、VR映像と接触感覚を生成してユーザに提示する4次元空間可視化システムを構築した。本システムでは、物体表面に触れることによる皮膚への刺激を計算するアルゴリズムを4次元に拡張し、仮想空間内の4次元生物が4次元物体に触れる際の、3次元皮膚への刺激を3次元パターンとして計算する。計算により得られた刺激は、30個の小型振動アクチュエータを搭載した触覚グローブにより、振動パターンとして提示する。VRゴーグルを装着して4次元空間内に没入したユーザは、その空間内の3Dスクリーンに投影された4次元空間の映像を観察し、映像に手を重ねることで、4次元物体とのインタラクションを体験することができる。本システムは、4次元空間で定義される幾何構造に対して、ユーザの手との接触「超面」（4次元であれば「胞」）を数理的に定義して、超面の接触感覚を提示しようとする初めての試みである。本システムを用いた高次元空間における接触感覚を伴うインタラクションによって、高次元の対象や高次元データの表現力が向上し、それらをより直感的に理解することが期待できる。これまでの研究成果は、数学や物理学、情報科学の教育や研究において革新的なアプローチを提供すると共に、データ解析や可視化手法の更なる発展にも貢献することが期待される。

该应用程序研究集成了VR技术和触觉显示，以创建一个可以直观地理解数学，物理和信息科学领域涵盖的高维空间的系统，以及其中定义的物理现象以及多维数据信息。此外，目的是通过使用该系统的空间认知实验来构建有关认知高维空间的新理论。由于研究的第一年，今年，我们构建了一个4D空间可视化系统，该系统将4D空间中定义的几何结构投射到3D空间中，生成VR图像和接触感觉，并将其呈现给用户。在该系统中，通过接触物体表面引起的皮肤刺激的算法扩展到四个维度，当虚拟空间中的四维生物体接触4维物体时，对三维皮肤的刺激被计算为三维模式。计算出的刺激以触觉手套的形式表示为振动模式。戴着VR护目镜并沉浸在4D空间中的用户可以观察到空间内3D屏幕上的4D空间的图像，并且通过将图像覆盖在图像上，他们可以与4D对象进行交互。这是数学上定义“ SuperFace”（在第四维，“单元格”中）的第一次尝试与用户的手接触，以在四维空间中定义的几何结构，以与HyperFace呈现联系感。使用该系统在高维空间中与接触感的相互作用可提高高维物体和高维数据的表达能力，并且可以预期可以更直观地理解这些功能。预计先前的研究结果将提供数学，物理和信息科学教育方面的创新方法，并为数据分析和可视化方法的进一步发展做出贡献。