4次元デジタル宇宙(4D2U)

立体ドームシアターの完成

2007年3月20日 プレスリリース

最終更新日時: 2007年03月20日 18:00

 

 

■記者発表について

●タイトル
  4次元デジタル宇宙(4D2U)立体ドームシアターの完成

●日 時
  3月20日 (火) 13時30分 〜 15時00分予定 (日本時間)

●会 場

  自然科学研究機構 国立天文台 4D2Uドームシアター
          東京都三鷹市大沢2-21-1
          http://www.nao.ac.jp/Map/index-j.html

●内 容

 1.ごあいさつ

研究代表者 観山正見 自然科学研究機構 国立天文台長
共同研究者 今井裕司 コニカミノルタプラネタリウム株式会社 取締役社長
  五藤信 株式会社五藤光学研究所 取締役社長

 2.産学官共同研究「4次元デジタル宇宙映像配給システムの構築」の成果について

           縣 秀彦 国立天文台助教授・4次元デジタル宇宙プロジェクト

 3.4D2U立体ドーム映像試写 (三鷹市立羽沢小学校4年生児童を招待)
           武田隆顕 国立天文台専門研究職員・4次元デジタル宇宙プロジェクト

 4.質疑応答

 

 

■立体ドームシアターの公開予定について

  4D2U立体ドームシアターの今後の公開予定につきましては、こちらのページをご参照ください。

 

 

■本発表の概要

 

  国立天文台4次元デジタル宇宙プロジェクト(略称:4D2U)では、このほど国立天文台三鷹キャンパスに完成した4D2U立体ドームシアター(正式名称:デジタル宇宙公開実験棟)において、インタラクティブな3D映像のドーム投影を、世界で初めて実現しました。

 このシアターは直径10mの全天周ドームスクリーンを持ち、ドームでのインタラクティブな3D(立体)投影設備としては日本初のものです。世界的に見ても、ギリシアのアテネで米企業によるデモンストレーションが行われたものとほぼ同時に開発されており、世界初の実用化となります。また常設のインタラクティブ3Dドームシアターとしては、確認できている限り世界で唯一のものです。

 4D2U立体ドームシアターでは、プロジェクトで開発したソフトウェアである、インタラクティブ4次元デジタル宇宙ビューワー「Mitaka」を用いて、地球から宇宙の大規模構造までの莫大なスケールを自由に移動しながら、 天文学の最新の観測データや理論的モデルをリアルタイムに視点を変えて観察したり、天文学者たちが行っている最新のコンピュータシミュレーションを科学的に忠実に映像化した、迫力のある立体ムービーコンテンツを鑑賞したりすることが出来ます。

 

 4次元デジタル宇宙プロジェクトは、空間的にも時間的にも膨大で実感しにくい宇宙を立体映像で表現することにより、宇宙の理解を進めようとする、国立天文台による科学プロジェクトです。このプロジェクトは、スーパーコンピュータや専用計算機によるシミュレーションデータや、すばる望遠鏡などの最新の観測データを基に、科学的な宇宙像を4次元デジタルコンテンツとして描きだしています。ここでの「4次元」とは、空間3次元に時間1次元を加えたものを意味しています。

 

 このプロジェクトでは2つの目標をかかげてきました。

 第1は、観測データやシミュレーションデータを3次元的に再構成することにより、研究者に現実には得られない時間変化を含む、立体的な視点を提供すること、加えてそれを高速ネットワークで配信することにより、遠隔地にいる研究者にも使えるようなものにすることです。

 第2は、天文学の最新成果を基にした宇宙の姿を、わかりやすく楽しくインパクトある立体映像表現で一般の人に伝えることです。この方法は、学校教育はもちろん、社会教育やエンタテインメント等、幅広い応用の可能性を秘めています。

 

 今回4D2U立体ドームシアターが完成したことで、今後は世界中のプラネタリウムや博物館・科学館・学校等で、プロジェクトで開発されたコンテンツが活用されることを目指していきます。また当面は月1回程度の頻度で、立体ドームシアターでの映像作品の上映や、研究者による「Mitaka」を用いた4D宇宙の実況解説等を提供していく予定です。

 

 なお、本プロジェクトの研究開発は、平成14年3月〜平成16年11月:JST計算科学技術活用型特定研究開発推進事業(第I期)、および平成16年6月〜平成19年3月:文部科学省科学技術振興調整費産学官共同研究の効果的な推進プログラム『4次元デジタル宇宙映像配給システムの構築』(第II期)という競争的資金によって行われてきたものです。

 

 

 

■4D2U立体ドームシアターの主なスペック

正式名称: 国立天文台 デジタル宇宙公開実験棟

ドーム直径:  10m (傾斜角 10度)

収容人数: 40 名

立体投影方式: 分光立体方式(Infitec)

投影用プロジェクター台数: 13台(内、前方立体視用 右目5台+左目5台、後方投影用 3台)

投影用プロジェクターのスペック: 解像度:XGA(1024x768), 輝度:3000ANSIルーメン

投影用PC台数: 15台 (内、投影用13台、プログラム起動用1台、音声送出用1台)

投影用PCのスペック: CPU: Intel Pentium4 Processor 3.8GHz, GPU: NVIDIA Geforce 7800 GTX, RAM: 2GB, OS: Microsoft Windows XP Professional

音響: 5.1ch サラウンドスピーカーシステム

 

■4D2U立体ドームシアター外観および内部

(各画像をクリックすると大きな画像が表示されます)

●ドーム建物外観写真画像

(左) ドーム建物エントランス方面より
(右) ドーム建物全景。左奥は建設中の研究棟

(左) ドーム建物側面より
(右) ドーム建物側面より入り口方向を望む


●ドーム内部写真画像

  (ドームに立体投影しているため、左右の映像が重なって二重に見えています)

(左)投影用コンソールとドームに立体投影された地球の昼側
(右)地球の夜側。日本の夜景が見える

(左)火星。太陽系最大の火山、オリンポス山が見える
(右)土星に接近するNASAの探査機「カッシーニ」

(左)主な小惑星の軌道を表示したところ
(右)Hipparcos衛星による、太陽近傍の3D恒星マップ

(左)天の川銀河の3D理論モデル。太陽系越しに銀河の中心を望む
(右)天の川銀河全景。近傍の銀河が見えている

(左)Sloan Digital Sky Survey(SDSS)による銀河の大規模立体地図
(右)同、SDSSによるクェーサーの立体地図

(左)シミュレーション可視化立体映像 「大規模構造の形成」
(右)同、長時間露出

(左)シミュレーション可視化立体映像 「渦巻銀河の形成」
(右)同、長時間露出

(左)シミュレーション可視化立体映像 「月の起源」
(右)同、長時間露出

(左)ドームに調整用の格子模様を投影したところ。画面の分割の様子がわかる
(右)同、調整用画面にワイヤーフレームの3次元モデルを表示したところ

(左)ドームの内部照明を点灯
(右)同、魚眼レンズで撮影したドーム内部

(左)魚眼レンズで調整用の格子模様を撮影したもの
(右)緑色の1〜5の数字(前半部)は立体投影、黄色の6〜8(後半部)は非立体投影となる

 

 

■分光立体方式について

 立体映像を上映するためには、私たちが通常ものを立体的に見ている仕組みを、映像で再現しなければなりません。そこで、右目から見た映像と左目から見た映像を別々に作成し、同時に投影することになります。この際、右目には右目用の映像だけ、左目には左目用の映像だけが届くようにする必要があります。そのための仕組みとしてもっとも単純なものは、赤青のセロファンなどのフィルタを用いたものです。

 また、立体シアターなどで一般的な方法としては、偏光フィルターを使った立体視があります。これは偏光(光の波の傾き)が左右それぞれで異なるフィルターを通して映像を投影し、これを偏光メガネを通して覗くことで立体視を実現しています。

 4D2U立体ドームシアターでは、偏光フィルターではなく Infitec(*1) と呼ばれるフィルターを用いた、分光立体方式による投影システムを導入しました。(右図)
 このフィルターは、人間の眼が感じることのできる3種類の色、赤・緑・青のそれぞれの波長の光を半分に分け、片方をさえぎることができます。

 このフィルターをプロジェクター及び立体眼鏡に使用すると、右目用のプロジェクターで投影した光は、左目につけたフィルターによってさえぎられるために、左目には届きません。同様に左目用のプロジェクターで投影した光も、右目には届きません。 このようにして、色味を損なうことなく右目用の映像のみを右目に、左目用の映像のみを左目に届かせ、左右の映像の分離性の高い立体視を実現することができます。

 分光立体方式の利点は、シアタースクリーンの素材を選ばないことです。偏光立体方式では、偏光の向きを保存するためスクリーンに特殊な加工をする必要があり、この加工をした場合でも、スクリーンが平面でない場合には偏光の向きが保存されないため、曲面ドームなどでの投影が困難でした。分光立体方式を使用することにより、例えば日本全国にある既存のプラネタリウム施設等のドームに対しても、スクリーン全体の大掛かりな改修を行わずに、立体投影システムを導入することが可能です。

(*1) Infitec(TM)は、 DaimlerChrysler Research and Technology Ulm の登録商標です。

分光立体方式(Infitec)の投影用フィルタ(右目用・左目用)と専用のメガネ(小・大)

 

 

 

■インタラクティブ4次元デジタル宇宙ビューワーについて

 4D2U立体ドームシアターでは、インタラクティブな天文学の可視化映像をドームに投影するために、プロジェクトで開発された 4次元デジタル宇宙ビューワー 「Mitaka」 を使用しています。

 「Mitaka」を用いることで、地球から宇宙の大規模構造までの莫大なスケールを自由に移動しながら、 天文学の最新の観測データや理論的モデルをリアルタイムに観察することができます。

 このソフトウェアは、ゲーム用のコントローラを用いた操作に対応しており、インタラクティブな投影において、解説者が自由に視点を操りながら番組を進行することができます。
 「Mitaka」 は、天文学に興味のある一般の人々に、気軽に宇宙のスケールを感じてもらうことを目的の一つとしており、4D2UプロジェクトのWWWページから無料でダウンロードして、個人のPCにインストールして使用することができます。「Mitaka」 の機能や使用方法などに関しての詳細は、Mitaka の解説ページ をご覧ください。

(各画像をクリックすると大きな画像が表示されます)

(左)地球の昼の側。地球大気の拡散もリアルタイムで計算している
(右)地球の夜の側。街明かりや海面への太陽の反射が見える

(左) 火星に接近し、地形データを強調表示したところ
(右)土星に接近。NASAの探査機カッシーニを表示したところ

(左) 主な小惑星の軌道を表示
(右)私たちの銀河系(理論モデル)を真横から見たところ


(左) 私たちの銀河系(理論モデル)
(右)銀河の分布。宇宙の大規模構造が見える

 

 

■立体映像コンテンツについて

 4D2U立体ドームシアターでは、インタラクティブに宇宙の姿を投影することに加え、天文学者たちが行っているコンピュータシミュレーションを基に、立体映像コンテンツを製作しています。(以下のコンテンツの元になっているシミュレーションデータは、日本の研究者によって計算されたものです。)

(各画像をクリックすると大きな画像が表示されます)

●月の起源

 地球の月は、約45億年前、原始地球に火星サイズの天体が斜めに衝突し、飛び散った破片が集まって生まれたと考えられています。この「巨大衝突説」といわれる説に基づいて行われたコンピュータシミュレーションを映像化したコンテンツです。
 このようなシミュレーションの結果から、巨大衝突が起きてから月が誕生するまでの時間は、1ヶ月から1年ほどの、とても短いものだったと考えられています。

(データ提供:納田明達・武田隆顕)


(左) 斜め衝突によって衝突天体と地球の一部が吹き飛び、蒸発した岩石の雲が形成されて地球の周囲を回転します。
(中) 岩石の雲がある程度冷えた段階で、地球の周りに溶けた岩石の円盤が形成されています。
(右) やがて、溶けた岩石の円盤を材料に自分の重力で集まった塊が、月となります。

 

●渦巻銀河の形成

 星は、宇宙を漂うガスの雲から生まれます。そうしたガスの雲からは小さな星の集団がいくつも形成され、それらの星の集団が次々と合体成長して、私たちの地球の存在する天の川銀河のような、大きな銀河が生まれたと考えられています。
 このような銀河形成のシナリオに基づいたコンピュータシミュレーションを映像化したコンテンツです。50億年にわたる渦巻銀河の形成プロセスを、約2分ほどで見ることができます。

(データ提供:斉藤貴之)


(左) ガスの雲が重力によって集まり、網状に濃いガスの雲が生まれています。ガスの雲の中では、小さな星の集団がいくつも生まれています。
(中) 星の集団が次々と合体成長しています。初期のガス雲にあった回転の勢いが残っているため回転しており、遠心力によって引き伸ばされ、平らな構造を形づくっています。
(右) 30億年ほど経つと、渦巻状の銀河が形成されました。

 

●大規模構造の形成

 高性能な望遠鏡を用いた遠方の銀河の観測により、宇宙の中の銀河の分布には濃いところと薄いところが、まるで網の目のように広がっていることが分かっています。 これは、私たちの知っている限り最も大きい構造であるということから、宇宙の大規模構造と呼ばれます。
 宇宙が生まれた当初は、宇宙はほぼ一様であったと考えられています。時間が経つにつれ、重力によって物質の濃いところにはますます物質が集まって濃くなり、薄いところはますます薄くなることによって、現在のような姿になったと考えられています。
 このような宇宙の大規模構造が、どのようにして成長してゆくのかを計算したコンピュータシミュレーションを映像化しました。初期の宇宙から現在までの137億年にわたる進化を、2分ほどの間に見ることができます。

(データ提供:矢作日出樹)


(左) 「Mitaka」で表示した、現在観測されている銀河の配置図です。左右の黒く抜けている部分は、まだ観測の済んでいない領域です。観測の済んだ領域の中には、宇宙の大規模構造を見ることができます
(中) ここからはシミュレーションの画像です。初期に一様だった宇宙に、徐々に構造が現れつつあります。ここではダークマターを青で、形成された銀河を白で表しています。
(右) シミュレーションの計算の中で137億年分の時間が経過した、宇宙の現在の姿です。数多くの銀河団が見えています。

 

 

■開発中の映像作品について

 現在4D2Uプロジェクトでは、コニカミノルタプラネタリウム株式会社、株式会社五藤光学研究所と協力して、ドーム投影用の映像作品を制作中です。これらの作品は来年度以降、日本全国のプラネタリウム館に配給される予定です。

●開発中の作品タイトル(すべて仮称)

 ・ 星くずから地球そして月へ (コニカミノルタプラネタリウム株式会社・国立天文台制作)

 ・ 天の川銀河の起源 (株式会社五藤光学研究所・国立天文台制作)

 ・ ここはどこ? 〜宇宙の眺め〜 (国立天文台制作)

 

 

■開発体制

このプロジェクトの開発は、以下の競争的資金によって進められてきました。

(第I期) 平成14年3月〜平成16年11月

JST計算科学技術活用型特定 研究開発推進事業

(第II期) 平成16年6月〜平成19年3月

文部科学省科学技術振興調整費 産学官共同研究の効果的な推進プログラム

『4次元デジタル宇宙映像配給システムの構築』

 

●第II期開発体制の概要

文部科学省科学技術振興調整費 産学官共同研究の効果的な推進プログラム

『4次元デジタル宇宙映像配給システムの構築』

 

○大学共同利用機関法人・自然科学研究機構・国立天文台
 観山正見(研究代表者)
 縣 秀彦、小野智子、小久保英一郎
 林 満、加藤恒彦、武田隆顕、岩下由美

○武蔵野美術大学
 三浦均

○独立行政法人・理化学研究所
 戎崎俊一、高幣俊之、額谷宙彦

○財団法人・日本科学技術振興財団
 田代英俊、奥野 光、中村 隆

○コニカミノルタプラネタリウム株式会社
 今井裕司、 山田 稔、田鍋 和仁

○株式会社五藤光学研究所
 五藤信驕A高橋由昭、田中 正明、今野 利秋

 

<協力>

○株式会社エクサ
  安藤幸央、津守敏生、工藤 敏

○オリジナル音楽作曲

 宮木朝子

○プロジェクトロゴデザイン、ウェブサイトアートディレクション

 小阪淳

 

 

■関連リンク

  

○4次元デジタル宇宙プロジェクト

    http://4d2u.nao.ac.jp/

○国立天文台

   http://www.nao.ac.jp/

○コニカミノルタプラネタリウム株式会社  

   http://konicaminolta.jp/about/group/cpl/index.html

○株式会社五藤光学研究所

   http://www.goto.co.jp/

 


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