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\begin{document}
\title{VRフリーハンド音楽ゲーム「HyperSolidTunes」の実装}
%\title{Supporting NAT in Screen Sharing System TreeVNC}
\author{155718B 氏名 {浜瀬}{裕暉} 指導教員 : 河野 真治}
\date{}
\twocolumn [
\maketitle
\begin{onecolabstract}

We use VR technologies in computer music game which competes with the musical performance of instruments. HMD (Head Mount Display) and LeapMotion (Hands Tracking Device) are used with UnrealEngine4 (UE4). In this game, bare hands work well in HMD reality without annoying controller in hands. We have solved interferences between hands and HMD visual using transparent display of hands.This game is implememted on UE4 BluePrints which is a visual programming language with wires and boxes. The effectiveness of convination of VR and LeapMotion in music game is confirmed.  

\end{onecolabstract}] \thispagestyle{fancy} 

\section{研究目的}

コンピュータゲームの中には、音楽に合わせて楽器の演奏技術やリズム感の良さを競う音楽ゲームというジャンルが存在する。音楽ゲームとは、音楽に合わせてタイミングよくアクションを行うゲームである。VR技術を用いた音楽ゲームが存在するが、既存のVR音楽ゲームでは、コントローラーを手に持っておく必要がある。これは一部を除きVRに対する没入感を阻害する可能性がある。また、VRゲームはHMDやトラッキング能力を有したコントローラーを用いない通常のゲームと比較して手腕のダイナミックな動作を求めることがある。これによりプレイヤーはゲームプレイ中にコントローラーを上下左右に素早く移動させる必要がある。これは腕・肩の疲労をもたらし、連続するゲームプレイを阻害する。本論文では入力装置を把持する必要のない入力方法を使用したVR音楽ゲームを提案、実装する。

\section{HyperSolidTunesの概要}

HyperSolidTunesの最も重要な点は、プレイヤーが入力装置を把持する必要がないことである。これは、プレイヤーが深い没入感を得るための手段である。また、プレイヤーが重い入力装置を持つ必要がないので、連続したプレイングによる不必要な疲労を回避することができる。

\subsection{UnrealEngine4(UE4)}
UnrealEngine4(UE4)はEpicGamesが開発・公開しているオープンソースなゲームエンジンである。UE4は他の無償公開されたゲームエンジンと比較して、華麗なグラフィックを瞬時にレンダリングすることに優れている。
UE4は、BluePrintsという独自ビジュアルプログラミング言語を使用することができる。BPにおいて型の異なる値ノードを接続しようとする時には、型変換ノードが自動で代入される又は型変換が不可である旨のメッセージが出現しノード間の接続を拒否するなど、不正なノード間接続が行われないため、コンパイルエラーが非常に起こりにくいという利点がある。本論文ではVR音楽ゲームを実現する上で、プロジェクトをVRに応用する際の簡易さや、ゲームとしてのグラフィックの質、デバッグの容易さ等を考慮した上で、UE4を採用した。

\subsection{使用機材}
今回VR機器に使用したものはOculusDK2と呼ばれる開発者向けのHMDである。OculusDK2は使用者の視界を外界と遮断し、左右の目に適切な差のある映像を映し出すことによりあたかも現実であるかのような立体映像を実現する。このHMDはトラッキング機能を有しており、使用者の頭部の角度・位置を取得することができる。この機能により、通常のモニタでは実現することが困難(高度に複雑化する等)な様々なアクション(体の向きを変えずに後ろを振り向く等)を実現することができる。

フリーハンドでの入力装置として、LeapMotionを採用した。LeapMotionは小型のハンドトラッキングシステムである。これを使用することにより操作者の左右の手の位置、手の開閉具合および指・関節の位置を取得することが可能となる。


\section{HyperSolidTunesの実装}
HyperSolidTunesは3D空間でのタッチパネル方式を採用している。プレイヤーはターゲットに手をかざし、適切なタイミングでアクションを行う。
実装したもののうち特に重要な4つについてその機能を解説する。

\subsection{ターゲット}

ターゲットは任意の折れ線状移動経路を走行させることができる。移動経路内の走行区間毎の速度も任意に指定可能である。また、ターゲットはプレイヤーによってかざされ、アクションを取られるとタイミングに応じて点数を追加し、消滅する。

\begin{figure}[htbp]
	\begin{center}
		\includegraphics[width=8cm]{images/targetfig.png}
	\end{center}
	\caption{ターゲットと手をかざすプレイヤー}
\label{bp}
\end{figure}

\subsection{ロングターゲット}

ロングターゲットはターゲットと同等の機能を有するが、点数加算機能は有さない。ロングターゲットは帯状の軌跡を残す機能を有する。

\subsection{プレイヤーキャラクター}

プレイヤーキャラクターはかざしたターゲットを検出し、そのタイミングによって適切なターゲットにダメージを与え、点数を加算させる。ロングターゲットを検出すると、適切なアクションが取られている間点数を加算する。
\begin{figure}[htbp]
	\begin{center}
		\includegraphics[width=8cm]{images/timeline.png}
	\end{center}
	\caption{playerのTimeline}
\label{bp}
\end{figure}

\subsection{ジェネレーター}

ジェネレータは主にターゲットの生成を行う。また、楽曲と譜面の同期を行う機能を有する。さらに、重要な機能としてゲーム内でのプレイヤー移動経路を定義し、移動を行う。

\begin{figure}[htbp]
	\begin{center}
		\includegraphics[width=8cm]{images/generator.png}
	\end{center}
	\caption{ジェネレーターの曲同期部分}
\label{bp}
\end{figure}

\section{遅延の発生と回避}

単純なターゲット生成、タイミング制御のためのディレイ、の繰り返しでは膨大な遅延が発生する。これを回避するために、Sequenceによる並列的処理を行い遅延の回避を行なった。

\section{改善可能な点}

Sequence並列記述により大幅な遅延の回避を行なったが、Sequenceを木構造的に接続することでさらに遅延を改善することができると考える。但し、これは同時にターゲット生成順の認識難を引き起こすため、手作業でのジェネレーター作成は困難である。
よって、ターゲットの生成タイミング・その経路・速度を定義すれば自動的にSequence木構造を構築するようなツールの作成が必須である。

\section{まとめ}
HyperSolidTunesはフリーハンドでプレイ可能なVR音楽ゲームであり、仮想空間に対する強い没入感を得ることができる。LeapMotionで取得した相対的な手の位置情報をゲーム内に合成する作業は想定と比較して非常に困難であった。Oculusでのトラッキングは十分な精度が得られた。UE4では予想した通りの華麗なグラフィックを簡易に作成することができた。

LeapMotionによるフリーハンドなアクションは疲れにくいという点において有効であったが、直感的でない操作を要求するため初心者に操作方法を説明することが非常に困難であることがわかった。





\nocite{*}
\bibliographystyle{junsrt}
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\end{document}