VR空間と現実環境における 情報呈示方向と数字大小判断の反応時間

金沢工業大学 2025年度プロジェクトデザインⅢ公開発表審査会にて発表

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1. VR空間と現実環境における 情報呈示方向と数字大小判断の反応時間 1 4FM2-010 大石 幸長 Reaction times for cognitive task by display direction in VR and real environments E-mail: c1223781@st.kanazawa-it.ac.jp 2026年2月13日(金) プロジェクトデザインⅢ公開発表審査会
2. HMDの普及と課題 HMD (ヘッドマウントディスプレイ) の 急速な発展と普及 従来の2Dモニタを模倣し 平面的なUIが多用されている 3D空間が持つ「奥行き」 リソースが十分に活用されて いない https://www.apple.com/jp/apple-vision-pro/ 2
3. 奥行き活用の可能性 例 •情報の階層構造を物理的 な前後関係で表示 •重要度の高いものを手前 に配置 直感的で効率的な インターフェースを実現 できるのでは？ 三変数の表を立体的に表現した事例 3 http://laweditor.blog.fc2.com/blog-entry-50.html
4. HMD特有の生理的制約と課題 輻輳調節矛盾(坂本2021) (奥山ら1996) •脳が認識する奥行き (輻輳) は 映像によって変化するのに対し、 眼のピント (調節) が常にスクリーン（1〜2m先） に固定されていることにより発生する矛盾 眼精疲労や 認知負荷の一因となる 4 光学的奥行き 視差による 奥行き HMD （ステレオグラム式) 輻輳調節矛盾の模式図(坂本 (2021) を参考に作成)
5. 本研究の位置づけ: これら先行研究の知見を基に、3D空間における 「奥行き」方向の情報探索に焦点を当てる 特にHMD環境下での奥行き方向の視覚探索の パフォーマンスを定量的に評価した研究は まだ少ない 5
6. 研究目的と構成 6 実験1：探索特性を知る VR空間内で「方向（奥行き・左右・上下）」が 視覚探索に与える影響を調査 実験2: 現実環境と比較する VR環境と現実環境にほぼ等価な刺激を呈示し、 視覚探索のパフォーマンスを比較する
7. 実験1：VR空間での視覚探索 タスク：27個のセルから連続する3つの数字を探す 数字以外のセル: ランダムなアルファベット 条件：奥行・左右・上下方向 斜め方向条件は含まない 負荷指標：反応時間 https://www.apple.com/jp/newsroom/2023/06/intr oducing-apple-vision-pro/
8. 実験1: 1試行の手順 ❶ 暗転状態 ❷ キー押下で刺激呈示 計測開始 ❸キー押下で刺激消失 反応時間記録 ❹口頭で数字を報告 935 被 験 者 ログと回答記録を用いて正誤判定
9. 実験刺激 – 呈示例 9 奥行き方向 左右方向 上下方向
10. 実験刺激 – 呈示例 10 奥行き方向 左右方向 上下方向 291 894 248
11. 実験条件 参加者: 20代の男女１０名 方向：被験者内要因 各方向別で3方向実施 呈示順序はカウンターバランスを取った 11
12. 実験結果 - 呈示方向と反応時間 10名の被験者から 540試行分のデータを収集 分散分析(繰り返しあり) 呈示方向による反応時間の 主効果が認められた (F(2, 14) = 9.37, p < .01) 反応時間の平均値: •左右方向が最も早く(2.36s) •奥行き方向 (2.57s) •上下方向が(2.57s) 12 各呈示方向の応答時間
13. 実験結果 - 呈示方向と反応時間 多重比較検定 (Bonferroni法) の結果: •奥行き vs 左右 (p=0.012) •左右 vs 上下 (p=0.002) 2つの組み合わせで 有意な差を認めた 左右方向の探索が、 奥行き方向や上下方向の探索より 速やかに行われることを示唆 13 各呈示方向の応答時間
14. 奥行きが遅くなった理由 物理的な遮蔽が影響していたのでは？ 刺激の手前のセルが奥のセルを隠すことが発生し得た 被験者は頭を動かして確認していた可能性 純粋な反応速度が取れていない可能性 14
15. 遮蔽を除いた場合、 どうなるのだろうか？ 15
16. 実験2: VRと現実環境で比較 タスク：連続する1方向上に提示した 2つの数字の大小判断 条件：奥行・左右・上下の3方向 斜め方向条件は含まない 負荷指標：反応時間 https://www.apple.com/jp/newsroom/2023/06/i ntroducing-apple-vision-pro/
17. 17 奥行き方向に「661」 VR環境 現実環境 両環境の刺激配置が同じになるように調整 VR空間上に数字を呈示 机上のモニタ上に呈示 遮蔽を排除した刺激・暗室環境 原点：被験者視点 呈示位置：0.75m(近)/1.09m(遠) その他条件
18. 実験2: 1試行の手順 ❶ランダム秒数後に 刺激が呈示 ❷ 瞬時に大小判断 対応するキー押下 ❸キー押下で刺激消失 反応時間記録 左が 大きい 被 験 者
19. 実験刺激 – 呈示例 19 前後方向 左右方向 上下方向
20. 実験刺激 – 呈示例 20 前後方向 左右方向 上下方向 6 8 8
21. 実験条件 参加者: 20代の男女30名 VR/現実環境群に各15名無作為割り当て 環境：被験者間要因 方向：被験者内要因 各方向別で実施 被験者は3方向実施 呈示順序はカウンターバランスを取った 21
22. 実験結果 – 環境と反応時間 30名の被験者から 2環境3600試行分の データを収集 環境間の平均反応時間を比較 VR環境は全ての方向で 現実環境より早い 22 環境別・方向別の平均反応時間
23. 実験結果 – 環境・方向別の反応時間 特に奥行き方向で 反応時間に顕著な差 (160ms) 平均反応時間の差 前後：160ms 左右：129ms 上下：79ms 23 環境別・方向別の平均反応時間
24. 実験結果 - 呈示方向と反応時間 混合計画分散分析 環境および呈示方向に 有意な主効果が 認められた → 環境および 呈示方向の違いが 反応時間に影響を 与える 環境と方向の交互作用 →有意傾向は見られた 24 環境別・方向別の平均反応時間
25. 実験結果 - 呈示方向と反応時間 25 多重比較検定 (Bonferroni法) 前後方向において VR環境と現実環境の間に 有意な差が認められた (p < .001) 特に前後方向において VR環境における情報処理の 優位性が顕著に現れる 環境別・方向別の平均反応時間
26. なぜ奥行き方向はVRの方が早いのか 現実環境 異なる奥行きにある情報を 認識する際に水晶体の調節 時間が必要 26 VR環境 映像が特定の距離に光学 的に固定されているため、 この負荷が生じない 実験1では輻輳調節矛盾が情報処理を阻害する 可能性が示唆された 遮蔽のない環境かつ単純なタスクにおいては、 調節不要という利点がその負荷を上回り、情報処理 の効率化に寄与したと推察
27. 上下方向が遅くなった理由 HMDの重量や垂直視野の制約といった物理 的・構造的な特性 特定の方向の探索コストに影響を与えた可能 性が考えられる。 27 https://www.apple.com/jp/newsroom/2023/06/intr oducing-apple-vision-pro/ 750〜800g 垂直視野 約90°
28. 総合考察 VR空間での情報呈示において、 前後方向は光学的利点を享受しやすい 上下方向はデバイスの物理的制約を受けやす いという特性を示唆 28
29. 総合考察 前後方向においてHMD特有の光学特性が 情報処理の効率化に寄与した可能性 3D空間における情報配置を検討する上で 遮蔽の問題さえクリアできれば、 奥行き方向の情報呈示は有効である可能性 29