Japan Women's University Institutional Repositry / 日本女子大学学術情報リポジトリ

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和崎, 夏子

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3次元輪郭線形状の検出
Detection of Three-Dimensional Contours 
和　崎　夏　子
Natsuko WASAKI
（日本女子大学大学院人間社会研究科　心理学専攻博士課程後期）
要　約
　形状知覚の機序を理解するために，ゲシュタルトの法則にみられるよい連続の法則など，輪郭線に基
づく知覚の体制化に関するに研究が行われてきた。2次元視覚刺激の場合，個別の要素から構成された
輪郭線を妨害刺激の中に埋め込むと，その要素の連結角度が± 60°までは検出できることがわかってい
る。本研究では，3次元空間において 3次元で定義された要素の連結角度を段階的に操作することにより，
輪郭に該当する 3次元物体に対する検出特性を明らかにすることを目的とした。実験参加者の課題は，
円柱の妨害刺激の中から連結角度がそれぞれ 0°，30°，60°で構成されたターゲットをできるだけ早く見
つけ出すことであった。実験の結果，正答率はターゲットの連結角度が 0°の時に最も高くなり，連結角
度が増加することにより低くなった。以上の結果から，視覚刺激の提示空間および視覚刺激が 2次元か
ら 3次元となることにより，検出課題の難易度が高くなる可能性が示唆された。
［Abstract］ 
The mechanism of perceptual organization based on contours such as “Good continuation” in the Gestalt principles 
has been studied to understand the mechanism of shape perception. Previous research showed that the 2-D contours made 
up from the individual elements could be found when they were embedded in the field of random elements, only when 
the path angle between the elements was within ± 60 deg. Present study aimed to understand the mechanism of detection 
of contours made from the 3-D objects in the 3-D space. The 3-D contour was determined by the array of cylinders 
whose path angles were varied from 0° (straight path) to 60°. Participants were instructed to find the 3-D contour within 
a field of randomly distributed 3-D objects. Correct response rate was found to be the best at the path angle of 0° and was 
lower at 30° or 60°. This result indicates that the detection for the 3-D contours is more difficult than when the contour is 
determined in the 2-D space.
 
はじめに
ゲシュタルト法則におけるよい連続の法則にみられるように，ヒトの知覚における輪郭線（要
素の連続性）に着目した研究が行われてきた (Smits et al., 1985; Field et al., 1993; Pizlo et al., 1997; 
Geisler et al., 2001; Hess et al., 2003)。輪郭線の検出の過程は，位置，方位，コントラストなどの
結合強度を群化の法則を用いて説明される (Geisler et al., 2001)。Field et al. (1993)は，空間情報を
フィルタリングする視覚システムによる，2次元単一刺激における連続性の法則を持った構造の
日本女子大学　人間社会研究科紀要　第 27 号
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表象に関する実験を行った。実験では，2次元の単一の視覚刺激を曲線で連結し，その連結角度
を段階的に変化させた。時間的二肢強制選択法を用いて，実験参加者に曲線を検出させる課題を
行った結果，単一刺激の連結角度が±60°までは，確実にターゲットを検出できることがわかっ
た (Field et al., 1993; Hess et al., 2003)。
本研究では，Field et al. (1993)およびHess et al. (2003)を参考に， 3次元単一刺激の連結角度を
段階的に操作した構造が，情景が自動で回転する3次元空間において，どのように検出されるか
を検討することを目的とした。本環境は，実験参加者が顔を動かさずに刺激を動画として観察す
る受動的な状況であるといえる。本研究の3次元視覚刺激の作成にはゲームエンジンである
Unityを用いた。そこで本稿の方法では，Unityにおける視覚刺激の作成についてその詳細を記述
する。
方 法　
実験参加者
4名（M = 23.5歳 , SD = 1.5歳）が実験に参加した。実験参加者全員が矯正視力を含む正常な視力
を有していた。
装置
視覚刺激は，24インチ液晶カラーディスプレイ (BenQ XL2540B, BenQ Corp.)に提示された。ディ
スプレイの空間解像度は1920×1080ピクセル，リフレッシュレートは60Hzであった。実験のセッ
ションは，パーソナルコンピュータ（Surface Laptop, Microsoft Corp.）およびUnity2019.3（Unity 
Technologies）により制御された。観察距離は60cmとした。
視覚刺激
視覚刺激作成の概要　　視覚刺激の作成および実験セッションの制御には，ゲームエンジンであ
る Unity（Unity Technologies）を使用した。視覚刺激は，単一の円柱を 5つ連結し，その連結角
度を 0°，30°，60°の 3段階に変化させた目標刺激（ターゲット）と円柱の妨害刺激から構成さ
れた（図１）。ターゲットと妨害刺激は，それ自体が自動回転しているのではなく，あらかじめ
決めた範囲にランダムに配置された妨害刺激の中心座標にカメラを配置し，そのカメラが一人称
視点となるよう，カメラ本体を回転させた。詳細は後述する。　　
Unityでは，プログラミング言語C#を用いてプログラムを書くことにより，配置したオブジェ
クト，全体の進行などに対してUnityが提供する機能を拡張し，独自の処理を行うことができる。
本研究では，カメラの自動回転，ターゲットの回転，正誤判定のためのターゲット表示，妨害刺
激の配置などをプログラムした。
環境光の設定　　Unityのデフォルト画面は，Skyboxと呼ばれる設定で地面と空が表示される。
本研究では環境光の設定を行い，暗黒の空間に視覚刺激が配置されるような環境を作成した。ま
た，照明には Unityのデフォルトにある Directional Lightを使用した。Directional Lightは，どの
配置においても光の強度は変わらず，設定した方向を均一に照らすことができる。本研究では，
3 次元輪郭線形状の検出
107
Directional Lightを妨害刺激が配置された空間の上下左右に配置し，強度は Inspectorウィンドウ
より Unity上の値で 1に設定した。ただし，Directional Lightにより生じる影は反映しないことと
した。
自動回転カメラの作成　　カメラは，後述する妨害刺激が配置された空間の中心座標に配置した。
有効視野は，垂直方向を軸として 60°に設定し，Y軸を中心に時計回りに回転するスクリプトを
作成した。対象物をその場で回転させる Rotate関数を使用し，transform.Rotateで引数に X, Y, Z
軸の順にそれぞれ回転量を渡した。public変数を用いて回転速度の値を Inspectorウィンドウより
代入できるようにし， Y軸を中心に回転させるため，X, Z軸の引数には 0を，Y軸の引数には回
転速度に Time.deltaTime（最後のフレームを完了するまでに要した時間）を掛けた。これにより，
カメラは設定した速度で Y軸に自動回転する。
ターゲットの作成　　ターゲットは，図 1に示すように単一の円柱を 5つ連結し，その連結角度
を 0°（図 1A），30°（図 1B），60°（図 1C）とした。ターゲットを構成する単一の円柱は Unity
の Hierarchyウィンドウから 3Dオブジェクトの Cylinderを選択し，Inspectorウィンドウより X, Y, 
Zのスケールを変更することにより大きさや長さを調整し作成した。この単一刺激を 5つ連結し
て一つのターゲットとするために，Hierarchyウィンドウより中身のないオブジェクト（空オブ
ジェクト）を作成した。その中に円柱を格納し複製および Sceneビュー上に配置し，Inspectorウィ
ンドウの X, Y, Zのローテーションを調整することにより連結角度が異なるターゲットを作成し
た。刺激の連結は，0°に連結したターゲットを基に，30°（図 1B），60°（図 1C）の刺激は，そ
れぞれ± 30°，± 60°の正負が交互となるように配置した。連結するターゲットを作成する際には，
単一刺激をある特定の軸上に配置し，単一刺激の中心座標における配置間隔を一定とした。この
とき，単一刺激同士の接点となり得る間隔は連結角度により異なった。Unityにはプレハブ（Prefab）
と呼ばれる複製機能があり，同じ機能などを持つオブジェクトを複製したいときに使用する。本
研究はターゲットの位置など複数の条件を設定したため，円柱を連結させた各ターゲットはプレ
ハブ化した。
カメラの自動回転によるターゲットの検出に偏りが生じないように，ターゲットの配置はカメ
ラが向く初期位置を0°とし，そこからカメラが回転し始めて90°，180°，270°のときにターゲッ
トが正面に見えるよう計4か所に配置した。なお，ターゲットとカメラの距離は条件間で一定と
した。
ターゲット自体の回転は，スクリプト内においてQuaternion関数を使用した。Quaternion.Euler
で引数に送るX, Y, Z軸を軸にした回転角度は，Random関数を用いてRandom.Rangeで0 ~ 180°の
間でランダムとした。
Unityでは，対象物にMaterialと呼ばれる項目が関連付けられており，色や光沢，テクスチャな
どを操作することが可能である。本研究で作成した円柱の色のRGB値は [0, 200,255]であり，
Inspectorウィンドウよりメタリックの光沢を強くした。ターゲット検出の正誤判断をするため，
実験参加者が反応キーを押したらターゲットの色が変化するスクリプトを作成した。スクリプト
では，GetComponent<Renderer>().sharedMaterialであらかじめ設定した色 (RGB値 : [255, 0, 0])の
Materialを参照するプログラムを作成した。
日本女子大学　人間社会研究科紀要　第 27 号
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妨害刺激の作成　　妨害刺激は，ターゲットを構成した単一の円柱と同じサイズのものをプレハ
ブ化した。本研究では，この単一刺激を Unityの値において，X, Y, Z軸それぞれ -20 ~ 20の範囲
に収まるようランダムに 1000個配置するスクリプトを作成した。Instantiate関数を用いて，引数
に生成するオブジェクト名，生成する場所（Vector3型），回転を指定した。生成する場所は，
public変数を宣言して Inspectorウィンドウから値を代入できるようにした。実際に使用した数値
は -20 ~ 20であり，先述したように，生成されたオブジェクトはこの定義された範囲に収まった。
回転には上述のターゲット作成時の Quaternion関数および Random関数を用いて 0 ~ 180°の間で
ランダムに回転させた。
今回，あらかじめ指定した範囲の空間に配置した妨害刺激の数は1000としたが，「自動回転カ
メラ」の項で述べたように，カメラは妨害刺激が配置された空間の中心座標に配置され，その有
効視野は垂直方向を軸に60°であった。このことから，実験参加者が実際に画面上で見ることが
できる妨害刺激の数は100程度であった。妨害刺激が配置された空間は，3人称視点では立方体
に見える。
図 1 視覚刺激の例
A, B, C はそれぞれ，0°，30°，60°に連結したターゲット（上段）とターゲットが妨害刺激に埋め込まれている課題画
面（下段）。この場合，ターゲットはそれぞれ正面に見つけることができる。
実験手続き
実験参加者の課題は，自動で回転する情景から連結したターゲット（連結角度0°，30°，60°）
をできるだけ早く見つけ出し反応することであった。得られたデータから，ターゲット検出の正
答率を算出した。スタートボタンをクリックし実験が開始されると，カメラは自動で時計回りに
回転した。実験参加者はターゲットを見つけ出したらできるだけ早くスペースキーを押して反応
した。反応キーを押すとターゲットの色が変化するため，正誤判断に利用した。実験の条件は，ター
ゲットが0°，30°，60°の3通り，ターゲットの位置はカメラが向く初期位置を0°とし，そこから
回転し始めて90°，180°，270°の4通りであり，計12条件となった。実験では，12条件をランダ
ムに3回繰り返された。1試行におけるカメラの回転は，約330°までとした。これは，一番早く
出現するターゲット（カメラの初期位置となる0°）がもう一度出現し反応されるのを防ぐためで
あった。つまり，実験参加者がターゲットを見つけ出せるチャンスは1回であった。反応の有無
に関わらず，全試行においてカメラが約330°まで回転してから次の試行へと移った。
3 次元輪郭線形状の検出
109
結 果
正答率の結果を図2に示す。図2は，ター
ゲットの位置に関係なく，ターゲットの連結
角度（0°，30°，60°）による正答率の違いを比
較している。1要因分散分析を行った結果，
ターゲットの角度の主効果が有意であった
(F(2, 45) = 22.35, p < .0001)。Bonferroni法に
よるターゲットの角度の条件間における多重
比 較 の 結 果，0 °と30 °( t (45) = 5.41, p < 
.0001)，0°と60°( t (45) = 6.10, p < .0001)の間
が有意であった。
考 察
本研究では，Field et al. (1993)およびHess et al. (2003)による要素の連続性の表象に関する研究
を基に，連結させた3次元刺激の要素の連結角度を段階的に操作することにより，3次元空間に
おける連結ターゲットの検出特性について調べた。その結果，正答率はターゲットを構成する要
素の連結角度が0°の時に最も高くなり，連結角度が増加することにより低くなった。このこと
から，視覚刺激の提示空間および視覚刺激が2次元から3次元となることにより，ターゲットの
連結角度が0°の時以外は検出が困難であること , また，受動的な環境において検出課題の難易度
が高くなる可能性が示唆された。
2次元刺激を用いたField et al. (1993)では，ターゲットの連結角度が60°までは確実な検出が可
能であることが示されたが，本研究の結果から，3次元刺激の場合は連結角度が30°の時点，或
いはそれより小さい角度で検出が困難となることが考えられる。本研究とField et al. (1993)の方
法における相違点しては，ガボールパッチの不使用，カメラの自動回転，刺激の呈示時間，ター
ゲットの回転，連結ターゲットの角度を構成する単一刺激における接点の間隔が異なる点などが
挙げられる。ターゲットの回転に関しては，3次元空間においてランダムな回転により配置され
ていたため，ターゲットは実験参加者の視点に対して必ずしも2次元的な配置として提示される
わけではなかった。また，Hess et al. (2003)およびField et al. (1993)では，ターゲットを構成する
各要素の間隔は統一されていたが，本研究では連結する角度によりその間隔は異なった。今後は，
連結角度の違いによる単一刺激の間隔を一定にすることにより課題を実施する必要がある。
本研究のターゲットを構成する各要素の角度は，Hess et al. (2003)における位相角度に相当す
る。しかしながら，Hess et al. (2003)およびField et al. (1993)はターゲット全体の曲率も操作して
いるため，本研究で使用したターゲットとは性質が異なる。今後の課題として，3次元刺激のター
ゲット全体の曲率を操作した3次元空間における輪郭線の検出課題を考えたい。
本研究ではカメラを自動回転させることにより，3次元空間における受動的な環境での検出課
題を行った。課題に取り組む環境を，受動的な環境から能動的な環境に置き換えるなど，より充
実度を高めた場合について調べていく必要がある。
図 2 ターゲット検出における正答率
横軸はターゲットの連結角度の条件（0°，30°，60°），
縦軸は正答率 (%) を示す。誤差棒は標準誤差。
日本女子大学　人間社会研究科紀要　第 27 号
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文 献
Field, D. J., Hayes, A., and Hess, R. F. (1993). Contour integration by the human visual system: Evidence for a local 
“association field.” Vision Research, 33, 173-193.
Geisler, W. S., Perry, J. S., Super, B. J., and Gallogly, D. P. (2001). Edge co-occurrence in natural images predicts 
contour grouping performance. Vision Research, 41, 711-724.
Hess, R. F., Hayes, A., and Field, D. J. (2003). Contour integration and cortical processing. Journal of Physiology 
Paris, 97, 105-119.
Pizlo, Z., Salach-Golyska, M., and Rosenfeld, A. (1997). Curve detection in a noisy image. Vision Research, 37, 
1217-1241.
Smits, J. T. S., Vos, P. G., and Van Oeffelen, M. P. (1985). The perception of a dotted line in noise: a model of good 
continuation and some experimental results. Spatial Vision, 12, 163-177.


Detection of Three-Dimensional contours

竹内, 光子

篠原, 聡子

A Study on the Provision of a Common Space and Its Usage in Condominium Complexes

浅野, 由子

アサノ, ヨシコ

Asano, Yoshiko

How to create quality childcare: Suggestions from pedagogical documentation in Swedish preschools to educating Japanese childcare specialists

中島, 敬子

田辺, 里枝子

飯田, 文子

A Survey of lunch boxes of children in Homei Kindergarten affiliated with Japan Women's University: A Basic study for the development of a nutrition simulation game for preparing lunch boxes

柏木, 優奈

薬袋, 奈美子

ミナイ, ナミコ

Minai, Namiko

Seating Behaviours and Boundary Space for Public Life:Case of Seiran-kan, Japan Women's University

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