洞窟自動仮想環境

洞窟自動仮想環境(再帰的頭字語 CAVEでよく知られています)は、プロジェクターが部屋サイズの立方体の 3 ～ 6 つの壁に向けられる、没入型の 仮想現実環境です。この名前は、哲学者が知覚、現実、幻想について熟考する プラトンの『国家』の洞窟の寓話にも由来しています。

CAVEは1992年にイリノイ大学シカゴ校電子視覚化研究所のCarolina Cruz-Neira、Daniel J. Sandin、Thomas A. DeFantiによって発明されました。 ^[1]壁の画像は奥行き感を与えるために立体的に表示されていました。^[2]

CAVE は、通常、大きな部屋の中に設置されたビデオ シアターです。CAVE の壁は通常、リア プロジェクションスクリーンで構成されていますが、大型LED ディスプレイが一般的になりつつあります。床は、ダウン プロジェクション スクリーン、ボトム プロジェクション スクリーン、またはフラット パネル ディスプレイにすることができます。投影システムは、近距離で視聴するため、非常に高解像度であり、現実の錯覚を維持するために非常に小さなピクセル サイズが必要です。ユーザーは、CAVE 内で 3D メガネを着用して、 CAVE によって生成された3D グラフィックを見ます。CAVE を使用する人は、物体が空中に浮かんでいるように見えるのを見ることができ、その周りを歩き回って、現実でどのように見えるかを適切に見ることができます。これは、当初は電磁センサーによって可能でしたが、赤外線カメラに変更されました。初期の CAVE のフレームは、電磁センサーとの干渉を最小限に抑えるために、木材などの非磁性​​材料で構築する必要がありましたが、赤外線追跡への変更により、その制限がなくなりました。CAVE ユーザーの動きは、通常 3D メガネに取り付けられているセンサーによって追跡され、ビデオは視聴者の視点を維持するために継続的に調整されます。コンピューターは、CAVE のこの側面とオーディオの側面の両方を制御します。通常、CAVE には複数のスピーカーが複数の角度で配置されており、3D ビデオを補完する3D サウンドを提供します。^{[引用が必要]}

実物そっくりの映像は、CAVE の外側に設置されたプロジェクターによって作成され、CAVE 内のユーザーの物理的な動きによって制御されます。モーション キャプチャシステムは、ユーザーの位置をリアルタイムで記録します。立体 LCD シャッター グラスは3D画像を映し出します。コンピューターは、モーション キャプチャ データに基づいて、ユーザーの両目に対して 1 つずつ、一対の画像を迅速に生成します。グラスはプロジェクターと同期されるため、各目には正しい画像のみが表示されます。プロジェクターはキューブの外側に設置されるため、プロジェクターからスクリーンまでの距離を短縮するために、ミラーがよく使用されます。プロジェクターは 1 台以上のコンピューターによって駆動されます。デスクトップ PC のクラスターは、コストが低く、動作が速いため、CAVE の実行によく使用されます。

CAVE アプリケーション専用に設計されたソフトウェアとライブラリが利用可能です。シーンをレンダリングするための手法はいくつかあります。現在使用されている 一般的なシーン グラフは、 OpenSG、OpenSceneGraph、OpenGL Performerの 3 つです。OpenSG と OpenSceneGraph はオープン ソースです。OpenGL Performer は無料ですが、ソース コードは含まれていません。

歪んだりずれたりしない画像を作成するには、ディスプレイとセンサーをキャリブレーションする必要があります。キャリブレーション プロセスは、使用するモーション キャプチャテクノロジによって異なります。光学式または慣性音響式システムでは、トラッキング システムで使用されるゼロと軸を設定するだけで済みます。電磁センサー (最初の洞窟で使用されたものなど) のキャリブレーションはより複雑です。この場合、3D で画像を見るために必要な特別なメガネをかけます。次に、プロジェクターで CAVE を 1 フィート間隔で配置した多数の 1 インチのボックスで埋めます。次に、中央にカーソルがある「超音波測定装置」と呼ばれる機器を取り、カーソルが投影されたボックスと視覚的に一直線になるように装置を配置します。このプロセスは、約 400 個の異なるブロックが測定されるまで続きます。カーソルがブロック内に置かれるたびに、コンピューター プログラムがそのブロックの位置を記録し、その位置を別のコンピューターに送信します。ポイントが正確に調整されていれば、CAVEに投影される画像に歪みは生じません。これにより、CAVEはユーザーの位置を正確に識別し、その動きを正確に追跡できるため、プロジェクターはCAVE内の人物の位置に基づいて画像を表示できます。^[3]

オリジナルのCAVEのコンセプトは再適用され、現在ではさまざまな分野で使用されています。多くの大学がCAVEシステムを所有しています。CAVEには多くの用途があります。多くのエンジニアリング会社は、製品開発を強化するためにCAVEを使用しています。^{[4] [5]}部品のプロトタイプを作成してテストし、インターフェースを開発し、工場のレイアウトをシミュレートすることができます。これらはすべて、物理的な部品にお金をかける前に行うことができます。これにより、エンジニアは部品が製品全体でどのように動作するかをよりよく理解できます。CAVEは、建設分野の共同計画にもますます使用されています。^[6]研究者はCAVEシステムを使用して、よりアクセスしやすく効果的な方法で研究トピックを実施できます。たとえば、CAVEはF-16航空機の着陸に関する訓練対象者の調査に適用されました。^[7]

UICのEVLチームは2012年10月にCAVE2をリリースしました。^[8]オリジナルのCAVEと同様に、3D没入型環境ですが、投影ではなくLCDパネルに基づいています。

• バーチャルリアリティ

ウィキメディア・コモンズには、 Cave 自動仮想環境に関連するメディアがあります。

• Carolina Cruz-Neira、Daniel J. Sandin、Thomas A. DeFanti。「サラウンド スクリーン投影ベースのバーチャル リアリティ: CAVE の設計と実装」、SIGGRAPH '93: コンピュータ グラフィックスとインタラクティブ技術に関する第 20 回年次会議の議事録、pp. 135–142、doi:10.1145/166117.166134