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立体映像技術―空間表現メディアの最新動向― (普及版)

  • 3-D Display Technologies―New Trends of Space Expression― (Popular Edition)
2008年刊「立体映像技術―空間表現メディアの最新動向―」の普及版。表示方法から応用及び生体への影響まで立体映像表現に関する技術を網羅!各種表示方式による違いと映像処理技術、デバイス・材料技術も充実!

商品コード: B1064

  • 監修: 本田捷夫
  • 発行日: 2013年12月4日
  • 価格(税込): 5,400 円
  • 体裁: B5判、315ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0746-6

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  • 立体映像表示技術 / 立体映像撮影・生成・処理技術 / 光学材料・デバイス技術 / 医療分野における立体映像 / 立体テレビ放送 / CAD・CAM / 自動車 / 教育訓練のためのシミュレータ / 広告・宣伝 / 立体表示に関するガイドライン / 生体への影響 / 他

刊行にあたって

 (1998年頃からの)この10年でのいわゆる(デジタル)IT(Information Technology)の性能の発展には眼を見張らされる。例えば、パソコンの能力は100倍以上で、その価格は1/10以下になっている。またIP(InternetProtocol)が光ファイバー通信を大きなトリガーとして、インターネットとして世界中に広がり、大量の情報(デジタル・データ)が高速でなおかつ非常に安価で入手可能になった。
 自然に見える立体映像システムを実現しようとすると、一般に大量のデータを高速で記録・処理・伝送することが必要であるが、これが前記(デジタル)技術の発展により、可能になってきた。
 もう一つの技術的発展はFlat Panel Displayに代表される画像映像表示デバイスの大画面・高精細化および色表現の豊かさの実現とその低価格化である。
 ディスプレイの性能がこのように(水平および垂直方向に)大画面・高精細になると、その次には奥行きを感じることができるディスプレイへ、研究開発の方向は向かう。奥行きを感じることができるディスプレイの一つの手法が“立体映像ディスプレイ”である。
 この技術展開は更なる発展をとげつつあり、デジタル・シネマも着々と実用化が進んでいる。デジタル・シネマの一つの目玉を“立体映画”にしようという動きがハリウッドを中心に動き始めている。
 もう一つの立体映像が使われ始めている利活用分野として、Virtual Reality(仮想現実感と訳される)の分野の発展がある。これは3-D Computer Graphics(一般に“3D-CG”と呼ばれる)の発展である。(ここでの“3-D”とは、“立体”ではなく描画する対象のオブジェクトが3次元構造(座標)をもっている、という意味である。)この技術で描画した画像を,現実に作った実物の姿がそこにまさしくあるように見たい,という要求が強くなってきたことがある。例えば、ある設計した乗用車の(クレイモデルを)作らなくても、あたかも作ったように見せることである。そのために立体像として表示・観察する要求がある。
 以上に述べたことが背景となって、立体映像表示関連の調査・研究・開発が,この数年活発になってきている。
 立体像の特に表示技術は,研究としては多くの画像映像に係る研究開発者の興味を引くテーマであるため、昔から一部の研究者によって、研究が続けられてきた。しかし、ほとんどが研究に終わっており,実用的に定常的に使われている“根付いた技術”になっているのは極一部である。
 立体映像が定常的に使われる技術に定着するためには、その利用目的をはっきり認識して研究開発をおこなうことが重要である。即ちシーズよりの研究開発から、ニーズを明確に認識した研究開発が重要な時期に来ている。
 この書が立体映像に携わっている人およびこれから立体映像を手掛けようとする人にとって,役立ってくれることを期待している。
(「はじめに」より抜粋)

2008年7月  千葉大学名誉教授 本田捷夫


<普及版の刊行にあたって>

 本書は2008年に『立体映像技術―空間表現メディアの最新動向―』として刊行されました。普及版の刊行にあたり、内容は当時のままであり加筆・訂正などの手は加えておりませんので、ご了承ください。

2013年12月  シーエムシー出版 編集部

著者一覧

本田捷夫   千葉大学 名誉教授
濱岸五郎   セイコーエプソン(株) ディスプレイ開発本部 ディスプレイ開発センター 主管部長
平山雄三   (株)東芝 研究開発センター ヒューマンセントリックラボラトリー 研究主幹
高木康博   東京農工大学大学院 共生科学技術研究院 准教授
岡野文男   日本放送協会 放送技術研究所 研究主幹
陶山史朗   徳島大学 大学院ソシオテクノサイエンス研究部 教授
掛谷英紀   筑波大学 システム情報工学研究科 准教授
佐藤甲癸   湘南工科大学 電気電子工学科 教授
村山捷昭   (株)NHKメディアテクノロジー 専門委員
加納裕   (株)スリーディー 代表取締役
泉邦昭   (株)アイスキューブ 取締役プロデューサー
木全英明   日本電信電話(株) NTTサイバースペース研究所 主任研究員
上原伸一   NEC液晶テクノロジー(株) 研究本部 研究部 シニアリサーチャー
高橋進   凸版印刷(株) 総合研究所 部長
深石圭   (株)有沢製作所 3D製造技術部 3D製造技術グループ
半澤衛   クリスティ・デジタル・システムズ 日本支社 支社長
菊地東次   (株)キクチ科学研究所 開発部 常務取締役開発部長
神部勝之   (株)ソリッドレイ研究所 代表取締役
田邉亨   (株)ソリッドレイ研究所 デザイン部 部長
井上哲理   神奈川工科大学 情報学部 教授
澤田一哉   松下電工(株) 先行技術開発研究所 技監
中郡聡夫   国立がんセンター東病院 上腹部外科 医長
大内田研宙  九州大学医学研究院 先端医療医学講座 特任助教
橋爪誠   九州大学医学研究院 先端医療医学講座 教授
半田知也   北里大学 医療衛生学部 リハビリテーション学科 視覚機能療法学専攻 専任講師
石川均   北里大学 医療衛生学部 リハビリテーション学科 視覚機能療法学専攻 教授
望月亮   (財)NHKエンジニアリングサービス 主任研究員、三鷹光器(株) 開発部 顧問
河合隆史   早稲田大学 大学院国際情報通信研究科 教授
阿部信明   早稲田大学 大学院国際情報通信研究科
岸上剛士   (株)キャドセンター ビジュアルコミュニケーションズ事業部 デジタルアーカイブ主任研究員
大口孝之   映像クリエータ、ジャーナリスト
馬場哲治   (株)バンダイナムコゲームス 社長室 参事(技術担当)
堀越力   (株)NTTドコモ 総合研究所 主幹研究員
北浦竜二   シャープ(株) 研究開発本部 先端映像技術研究所 主事
増田宏   東京大学 大学院工学系研究科 システム創成学専攻 准教授
古川慈之   (独)産業技術総合研究所 デジタルものづくり研究センター 研究員
田中一郎   東京電機大学 工学部 機械工学科 教授
伊藤貴之   お茶の水女子大学 理学部 情報科学科 准教授
石川裕一   三菱自動車工業(株) デザイン本部 デザイン推進部 エキスパート
好永俊昭   辰星技研(株) 技術顧問
高梨伸彰   日本電気(株) システム実装研究所 主幹研究員
深谷潔   (独)労働安全衛生総合研究所 人間工学・リスク管理研究グループ 統括研究員
里慎一郎   (株)アイスキューブ プロジェクトリーダー
畑田豊彦   東京眼鏡専門学校 校長
氏家弘裕   (独)産業技術総合研究所 人間福祉医工学研究部門 マルチモダリティ研究グループ グループリーダー

<編集委員>
氏家弘裕    (独)産業技術総合研究所 人間福祉医工学研究部門 マルチモダリティ研究グループ グループリーダー
河合隆史    早稲田大学 大学院国際情報通信研究科 教授
神部勝之    (株)ソリッドレイ研究所 代表取締役
澤田一哉    松下電工(株) 先行技術開発研究所 技監
陶山史朗    徳島大学 大学院ソシオテクノサイエンス研究部 教授
高木康博    東京農工大学大学院 共生科学技術研究院 准教授
畑田豊彦    東京眼鏡専門学校 校長
平山雄三    (株)東芝 研究開発センター ヒューマンセントリックラボラトリー 研究主幹

執筆者の所属表記は、2008年当時のものを使用しております。

目次

【第1部 基本技術編】
序章 立体映像表示の目的と立体映像表示形態の分類
1. 立体映像表示をおこなう目的
2. 立体像表示・観察する形態による分類

第1章 立体映像表示技術
1. 2眼ステレオ方式の原理と実現法
1.1 「2眼ステレオ方式」の原理
1.2 2眼ステレオ視の実現法
1.2.1 道具を使わずに観察する方法
1.2.2 特殊な(立体視)メガネをかけて見る方法
1.3 輻輳と調節の不一致

2. 立体視メガネ不要型の2眼ステレオ方式
2.1 2眼表示技術の原理
2.2 ヘッドトラッキング技術

3. 多眼式および多視差方式
3.1 多眼式
3.2 多視差方式

4. 超多眼式
4.1 従来の立体表示の問題点
4.2 超多眼式
4.3 超多眼式ディスプレイ

5. フライズアイ方式
5.1 基本原理
5.2 解像度の要因
5.3 奥行き制御
5.4 立体テレビへの応用

6. DFD(Depth-fused 3-D)表示方式
6.1 基本方式
6.2 飛び出しDFD表示方式
6.3 偏光加算型DFD表示方式
6.4 投射型DFD表示方式
6.5 プロトタイプ
6.6 まとめ

7. 体積表示方式

8. ホログラム表示方式
8.1 はじめに
8.2 電子ホログラフィの概念
8.2.1 入力(生成)
8.2.2 伝送・蓄積
8.2.3 ホログラム表示
8.3 ホログラムの表示原理
8.3.1 ホログラムの記録・再生
8.3.2 計算機合成ホログラム(CGH)
8.3.3 計算機合成ホログラフィックステレオグラム(CGHS)方式
8.4 表示デバイスの高精細化
8.5 プロジェクション方式・空間スクリーン
8.6 視点追従方式
8.7 ホログラフィ立体テレビの将来の取組

第2章 立体映像撮影・生成・処理技術
1. 実写映像の制作
1.1 光軸交差配置(交差式)撮影
1.2 光軸平行配置(平行式)撮影
1.3 カメラ間隔
1.4 2台のカメラの同期運転
1.5 ズーム操作とその画像効果

2. 3D-CGによる立体映像の生成
2.1 はじめに
2.2 3D-CGによる立体映像の生成
2.3 OpenGLによる立体映像の生成
2.4 何故CGでは両眼の視線を平行にするか
2.5 水平視野角について
2.6 立体映像の感覚への呈示方法
2.7 立体映像生成例
2.8 おわりに

3. 立体映像の制作編集技術と立体視ひずみ
3.1 調節(水晶体のピント調整)と輻輳(眼球が内向きに寄った角)の不一致
3.2 後方発散
3.3 左右像の片眼側欠落による単眼視と左右の画枠ひずみ
3.4 上下の画枠ひずみ
3.5 カメラの画像特性の不揃い
3.6 左右像サイズの違い
3.7 奥行き分布幅(前方像と後方像との間の輻輳角の差)が大きいパンフォーカス映像
3.8 残像と奥行き感の変化
3.9 高い臨場感(没入感)による映像酔い
3.10 カメラ間隔に起因する立体視ひずみ
3.11 左右カメラの光軸交点までの距離による奥行き感の変化
3.12 編集点の前後におけるオブジェクトの奥行き位置の変化による融合困難性
3.13 望遠レンズによる空間圧縮現象(書き割り)と大きさの歪み
3.14 一方のカメラにのみ写り込む反射光
3.15 スクリーンサイズの違いによる立体視ひずみ
3.16 映写時の視差量調整に起因する箱庭効果(矮小化現象)と巨大化現象
3.17 スクリーンまでの距離や見る角度の違いによる立体視ひずみ

4. 2D/3D変換技術
4.1 注目される2D/3D変換技術
4.2 2D/3D変換の原理
4.3 2D/3D変換技術の事例
4.3.1 リアルタイム変換
4.3.2 オフライン変換
4.4 2D/3D変換の著作権問題
4.5 まとめ

第3章 圧縮・伝送・記録技術
1. 符号化および伝送技術
1.1 はじめに
1.2 画像ベースの動向
1.3 奥行き情報ベースの動向
1.4 多視点+デプス方式の動向

2. 記録技術
2.1 制作時の記録
2.2 放送(頒布)のための記録
2.3 保存のための記録

第4章 立体映像表示のための光学材料・デバイス技術
1. 表示パネル

2. レンチキュラーレンズ
2.1 はじめに
2.2 背面投射型テレビ用スクリーン
2.3 レンズシートの製法
2.4 動画立体への応用検討
2.5 まとめ

3. パターニング位相差板と偏光メガネ
3.1 はじめに
3.2 偏光板と位相差板
3.3 パターニング位相差板
3.4 偏光メガネ
3.5 立体表示原理
3.6 特徴
3.7 今後の用途展開

4. プロジェクターを使用した立体視の方法について
4.1 時分割立体視(アクティブステレオ)
4.1.1 概要
4.1.2 特徴
4.2 偏光立体視(パッシブステレオ):標準型
4.2.1 概要
4.2.2 特徴
4.3 偏光立体視(パッシブステレオ):特殊型
4.4 分光方式

5. 立体映像表示に用いるスクリーン
5.1 概説
5.2 偏光投影方式に適用するスクリーン
5.2.1 反射型スクリーン
5.2.2 透過型スクリーン
5.3 偏光投影以外の立体映像方式に適用するスクリーン
5.4 仮想現実立体空間を演出するスクリーン

第5章 大画面立体システム
1. 立体映像シアター
1.1 立体映像シアターの構成
1.1.1 映像を再生する装置
1.1.2 映像を投射する装置
1.1.3 再生されるコンテンツ
1.1.4 観賞する場所
1.2 理想的な立体映像シアターを作るには?

2. 多面型スクリーンシステム
2.1 概要
2.2 システム構成
2.3 システムの特徴と描画方法
2.4 表示される立体映像の特徴

3. 球面型
3.1 はじめに
3.2 球面型の例:Cyber Dome
3.3 おわりに

【第2部 応用編】  
第1章 メディカルユース
1. 医療分野における立体映像
1.1 はじめに
1.2 立体画像診断
1.3 治療支援のための立体映像
1.4 医学・看護教育とインフォームド・コンセント用の立体映像
1.5 医療分野における立体映像の課題
1.6 まとめ

2. 消化器分野における立体映像の利用現況
2.1 はじめに
2.2 手術インフォームド・コンセント用立体アニメーション
2.2.1 手術に対するインフォームド・コンセントの現状
2.2.2 手術アニメーションの特徴と収録術式
2.2.3 手術アニメーションの画像構成
2.2.4 手術アニメーションの評価と今後の展望
2.3 立体画像診断
2.3.1 胆管・門脈・肝動脈の立体画像診断
2.3.2 画像の作成方法
2.3.3 胆管・門脈・肝動脈の3D画像の特徴
2.3.4 3D画像診断と手術計画
2.4 仮想内視鏡(バーチャル内視鏡)
2.4.1 仮想内視鏡とは
2.4.2 仮想膵管鏡・胆道鏡の作成方法
2.4.3 仮想膵管鏡
2.4.4 仮想胆道鏡
2.5 手術3Dビデオ撮影
2.5.1 3Dビデオ撮影の目的
2.5.2 手術撮影システム
2.5.3 手術3Dビデオ映像

3. 内視鏡外科手術
3.1 内視鏡外科手術の普及と外科医の負担
3.2 これまでの立体内視鏡システム
3.3 内視鏡外科手術のために開発されてきた現行の立体映像提示方式
3.4 今後の展望

4. 眼科領域における利活用
4.1 はじめに
4.2 眼科臨床で用いられる立体視検査
4.2.1 Titmus stereotest
4.2.2 TNO stereotest
4.2.3 Lang stereotest
4.2.4 これからの望まれる両眼視機能(立体視)検査
4.3 おわりに

5. ハイビジョン立体視手術顕微鏡システム
5.1 はじめに
5.2 手術用顕微鏡の現状
5.3 ハイビジョン立体視手術顕微鏡の構造
5.4 ハイビジョン立体視手術顕微鏡の応用例
5.4.1 アシスタント(副術者)鏡に応用(三鷹光器製作)
5.4.2 ロボット手術に応用
5.4.3 眼科細隙灯顕微鏡への応用
5.4.4 電動式鉗子の脳神経外科血管縫合手術に応用(瑞穂医科工業、フジノン、永島医科器械製作)
5.4.5 その他の応用の展望

第2章 デジタルアーカイブ
1. 文化遺産の立体映像表現
1.1 はじめに
1.2 世界遺産アーカイビング共同研究
1.3 対象とした文化財
1.4 システム構成
1.5 インタラクション
1.6 おわりに

2. ミロのヴィーナス立体視映像の制作手法
2.1 大型美術展における立体視映像上映
2.1.1 ルーヴル美術館展立体視シアター
2.1.2 上映環境について
2.2 立体視映像の制作手法
2.2.1 制作の流れ
2.2.2 インハウスツールの開発とその仕組み
2.3 文化財プレゼンテーションに有効な立体視

第3章 ディジタルシネマ
1. 映画における立体映像
1.1 1920年代
1.2 1950年代
1.3 1980年代
1.4 2000年代
2. 米国における活用例
2.1 Real D(TM)方式
2.2 Dolby(R) 3D Digital Cinema
3. 米国以外における活用例
4. ホームシアター

第4章 アミューズメント・公共施設での立体映像
1. テーマパーク等での立体映像
1.1 遊園地、テーマパーク、アミューズメントパーク
1.1.1 コンテンツの傾向
1.1.2 コンテンツに求められること
1.2 動物園、植物園、水族館
1.2.1 コンテンツの傾向
1.2.2 コンテンツに求められること
1.3 スポーツ施設、運動公園
1.3.1 コンテンツの傾向
1.3.2 コンテンツに求められること
1.4 名所、スポット
1.4.1 コンテンツの傾向
1.4.2 コンテンツに求められること
1.5 ショウルーム、ショウ(民間)
1.5.1 コンテンツの傾向
1.5.2 コンテンツに求められること
2. 公共施設での立体映像活用
2.1 博物館、美術館、科学館
2.1.1 コンテンツの傾向
2.1.2 コンテンツに求められること
2.2 防災施設
2.2.1 コンテンツの傾向
2.2.2 コンテンツに求められること
2.3 観光施設
2.3.1 コンテンツの傾向
2.3.2 コンテンツに求められること
2.4 その他の広報施設
2.4.1 コンテンツの傾向
2.4.2 コンテンツに求められること
3. アミューズメント・公共施設における課題

第5章 アーケード・コンシューマゲーム
1. 立体映像を応用したゲーム
1.1 家庭用ゲーム
1.1.1 任天堂ファミリーコンピュータ
1.1.2 セガマークIII/マスターシステム
1.1.3 任天堂バーチャルボーイ
1.1.4 PCエンジン
1.1.5 プレイステーション(PS)
1.1.6 プレイステーション2(PS2)
1.1.7 プレイステーションポータブル(PSP)
1.2 業務用ゲーム
2. 立体映像を応用したパチンコ
3. ゲームにおける立体映像
3.1 ユーザーのニーズ
3.2 立体映像特有の問題
3.2.1 箱庭効果
3.2.2 書き割り効果
3.2.3 発散
3.2.4 キーストーン歪み
3.2.5 画枠歪み
3.2.6 額縁効果(窓枠効果)
3.2.7 垂直視差
3.3 立体ゲーム特有の問題
3.3.1 年代構成の広いゲームユーザー
3.3.2 長時間のゲームプレイ
3.3.3 多様なディスプレイ環境
3.3.4 不特定多数のゲームユーザー
3.3.5 ゲームコンテンツの演出
3.3.6 ゲームマシン
4. ゲームジャンルと立体映像表現
4.1 各ジャンル共通の立体演出と技術課題
4.2 ジャンル特有の立体的演出と技術課題

第6章 通信・放送
1. 立体テレビ放送
1.1 3D放送の方式
1.1.1 アナグリフ等の色分割方式
1.1.2 時分割多重方式
1.1.3 画面分割圧縮多重方式
1.2 3D放送受信テレビ

2. モバイル

第7章 パーソナルユース
1. 個人ユーザーと立体映像
1.1 安価なデジタル立体撮影機材の不足
1.2 安価な立体鑑賞用機材の不足
1.3 ストーリーや内容の伴った3Dコンテンツの不足
1.4 3Dコンテンツの認知度の不足
2. 個人ユーザーによる立体映像コンテンツ
2.1 WEBにおける3Dコンテンツ
2.2 3Dコンテンツの撮影
2.3 PC環境での立体視
2.3.1 平行法/交差法
2.3.2 アナグリフ
2.3.3 ミラー法
2.3.4 運動視差や心理的要因を利用した方式
2.3.5 インターレス
2.3.6 ファントグラム
3. 個人ユーザー向け立体映像コンテンツ
3.1 立体映画
3.2 立体放送
3.3 パッケージ型立体映像コンテンツ

第8章 製造・設計・メンテナンス分野 
1. 産業分野概論

2. CAD・CAM
2.1 製造業におけるCAD・CAMと製品ライフサイクル
2.2 CAD・CAMにおける立体表示利用シナリオと機能要求

3. CAE分野
3.1 技術の概要
3.1.1 CAEの概要
3.1.2 メッシュ分割
3.1.3 可視化
3.2 立体映像技術の適用の可能性

4. 自動車
4.1 はじめに
4.2 自動車業界における3次元情報活用の現状
4.3 自動車業界における立体映像表示の適用分野と課題
4.3.1 奥行き(サイズ)の再現精度について
4.3.2 観察者の個人差について
4.3.3 画像の解像度について
4.3.4 色再現性について
4.3.5 準備・操作の簡便性について
4.3.6 多人数での同時観察について
4.3.7 観察者自身が視点操作をすることについて
4.4 今後の展望

5. プラント業界
5.1 3次元CADシステムの変遷及び課題
5.2 立体映像の利用分野と課題
5.2.1 既存システムの変遷
5.2.2 プラント業界における立体映像の利用可能性

6. 都市計画・再開発
6.1 はじめに
6.2 都市計画・再開発における活用事例:環境計画支援VR
6.3 おわりに

7. ロボット分野における立体映像の利用
7.1 はじめに
7.2 原子力防災支援システムにおける遠隔制御装置
7.3 土木無人化施工ロボット
7.4 消火ロボット
7.5 人間協調・共存型ロボットシステムプロジェクト遠隔操縦システム
7.6 パーソナルロボット

第9章 教育・訓練分野 
1. 教育訓練のためのシミュレータ
1.1 はじめに
1.2 小型訓練用掘削機シミュレータ
1.2.1 シミュレータの概要
1.2.2 ハードウェアの構成
1.2.3 コンテンツの概要
1.3 シミュレータの目的と意義
1.3.1 安全教育のためのシミュレーションの例
1.3.2 安全教育のためのシミュレーション
1.3.3 シミュレータを使用する意義
1.4 立体化の効果について
1.5 おわりに

2. 教育応用

第10章 広告・宣伝
1. 屋外プロモーションでの利活用
1.1 事例1
1.2 事例2
1.3 傾向と課題
2. デジタルサイネージでの利活用
2.1 裸眼立体ディスプレイによる事例
2.2 傾向と課題 
3. 全体的な課題
3.1 効果予測と調査
3.2 ハード機器とコンテンツ制作費の低廉化
3.3 効果的なコンテンツ制作
4. まとめ

【第3部 立体と生体編】
第1章 立体視機能と空間認識
1. 視覚系における空間認識機構
2. 二次元映像による空間効果
3. 両眼立体視と2眼式表示…調節・輻輳矛盾など生体との整合条件

第2章 立体表示に関するガイドライン
1. はじめに
2. 映像表示・立体表示に関するガイドライン
2.1 光感受性発作向けのガイドライン
2.2 立体映像および表示デバイスに関するガイドライン
3. 今後のガイドラインに関する動向
3.1 国際ワークショップ合意文書IWA3:2005
3.2 映像の生体安全性に関するスタディグループ
3.3 今後の動向

第3章 生体への影響
1. はじめに
2. 映像表示・立体表示に関する生体影響事例
2.1 映像による生体影響事例
2.2 日本の中学校での映像酔い事例に関する調査概要
3. 生体影響に関する研究報告
3.1 立体視による視覚疲労とその基礎研究
3.2 映像酔いとその基礎研究
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