エンベデッドシステムスペシャリスト 2022年 秋期 午後II 問題

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仮想現実技術を利用したシステムに関する次の記述を読んで,設問に答えよ。 D社は,3次元の仮想現実の空間(以下,VR空間という)の中で,参加者がアバタ ーと呼ばれる分身を存在させ,アバターの操作・操縦を可能にして,別の場所にい るほかの参加者と交流するシステム(以下,VRシステムという)を開発している。 VRシステムでは,VR空間上にある会議室(以下,会議室という)でオンライン会 議を行うためのサービス(WE,会議サービスという)を提供している。会議サー CAC,参加者は,会議室内にあるスクリーン(UE,スクリーンという)を使 ってプレゼンテーションをしたり,3D CADで作成した3Dモデルを会議室内に出現さ せて説明したりすることができる。会議サービスの様子を図1に,VRシステムの構 成を図2に,VNRシステムの主な構成要素を表1に示す。 7 VWRコントローラーペグサーン 参加者|Nu |ョーーに ーー人)': UN アバターDEF/アバター アバターの腕(\ (a)別々の場所にいる参加者の様子(b)ある参加者から見たVR空間の様子 図1会議サービスの様子 De)ZO 凡例 ーーmit 図2 VRシステムの構成 ーー2 omit 表1 VRシステムの主な構成要素 ・ゴーグルのような形状をしたデバイスで,参加者の頭に装着する。参加者の左右の眼の 前に別々のディスプレイを置き,両眼の視差を利用することで,VR空間を立体視させる ことができる。 ・参加者の頭の位置と動きを計測し,参加者が頭を動かすのに合わせて,表示している映 VRゴーグル像の位置を変え,左右の耳それぞれの近くにある二つのスピーカーを使うことで音声の 聞こえる方向を制御する立体音響を実現することができる。 ・マイクで音声を録音できる。 ・3DカメラでVRコントローラーに搭載した赤外LEDを撮影して,参加者の両腕の位置を 求める。 ・両手に一つずつ持って操作するコントローラーで,右手用と左手用がある。参加者がVR コントローラーを動かすと,必要な情報をVVゴーグル,ルータを介してVRサーバに送 、_信し,アバターの腕を動かせる。 VRコントローラーcor pa wis> “VRコントローラーに搭載した慣性計測ユニット(以下,IMという)で参加者の腕の3 軸方向の動きと回転運動を計測できる。 ・赤外LEDを搭載する。 ・無線LANで接続した機器をインターネットに接続する。 ・VRシステムを管理するサーバであり,インターネットに接続されている。 |[VRゴーグル〕 VRゴーグルの主な構成要素を表2に示す。 表2 VRゴーグルの主な構成要素 制御部VRゴーグルを制御するコンピュータ 3軸の加速度及び3軸の角速度を計測できるセンサー 魚眼レンズを用いて,周囲189度を可視光で撮影できるカメラ うっメー上下120度,左右120度の範囲で,赤外レーザー光を物体に当て,反射した光から,物 ?体の形状」カメラと物体の距離(以下,深度という)を計測できるカメラ VRゴーグルを装着した参加者の口の位置の近くに設置されているマイク VRゴーグルを装着した参加者の左右の眼の前に設置されている小型ディスプレイ VRゴーグルを装着した参加者の左右の耳それぞれの近くに設置されたスピーカー 無線LAN通信を行うためのインタフェース 近距離無線通信1/F|近距離無線通信を行うためのインタフェース [会議サービス] 会議室の中で,現実には別々の場所にいる複数の参加者が,アバターを使ってオ ンライン会議を行うためのサービスである。 それぞれの参加者は,席に座り,VRゴーグル及びVRコントローラーを用いてイン ints 3—_ (VR空間での没入感〕 参加者は,VKゴーグルを頭に装着し,両手にVRコントローラーを持つ。参加者は, 自身のアバターの腕を使い,VR空間上にある3Dモデルをつかんで移動させることが できる。このとき,アバターの腕が3Dモデルに接触しても,参加者は感触を感じる ことはできないので,アバターの腕が3Dモデルに近づいたら3Dモデルの色を変え ることで,つかんだことを参加者に分かりやすくしている。 また,VRコントローラーの操作によって,自身のアバターの手の先からレーザー ポインタのようなビーム光(以下,ビームという)を出すことができ,スクリーン を使ったプレゼンテーションを行うときに,レーザーポインタとして使うことがで きる。また,参加者は,スクリーンに当たったビームの輝点を用いて,ライブ映像 及び文書に対して操作を行える。 (180度カメラの画像処理〕 180度カメラは魚眼レンズで周囲を撮影しており,魚眼レンズで撮影した画像(以 下,魚眼画像という)を利用するためには,画像の変換が必要である。魚眼画像は BQ 3(4)に示すように湾曲している。これを,湾曲を補正した平面画像に変換する場 合,図3(b)から図3(c)で示すように魚眼画像の湾曲を打ち消す方向に変換を行う必 要がある。また,3(d)と図3(e)は変換元となる魚眼画像と変換後の平面画像の一 部の画素を拡大して示したものである。 (a)魚眼画像の湾曲例(b)変換元魚眼画像(c)変換後平面画像 ジーミNN|ミク =>OSE ge SS A),ンや イイ11 NN計画素イLLTFTT (|TTT Th Ai||||||\ (CT eer\{n-TERE PCT festa 7(Tr ey Cr CTT Tr MTTTTTTTL ay, CTT TTT a, 2 NTHTTHア こ[|ルンヽ1_|ルー (d)変換元画素(@)変換後画素 注記(e)の画素2て4は,後述する設問で使用するので省略している。 図3魚眼画像から平面画像への変換 =5 aaa (VRゴーグルの測位〕 VRゴーグルのIMUでVRゴーグルの姿勢を計測するとともに,3Dカメラと189度 カメラで参加者の周辺にある物を撮影して,参加者の頭の位置と動きを算出する。 これらによって,頭の水平方向の回転と上下左右の傾き及び前後左右の位置として 測位情報を取得することができる。 [アバターの頭と腕の動き] 参加者のアバターは,参加者の身振り手振りに追従して動き,その様子が自分及 びほかの参加者のVRゴーグルのディスプレイに表示される。 アバターの頭の動きは,VRゴーグルの測位情報を反映するように表現される。 アバターの両腕は,参加者がVRコントローラーを動かすと追従して動く。VRコン トローラーのIMUによって,VRコントローラーの姿勢を計測する。参加者の両腕の Melt,VRゴーグルの3Dカメラの画像に写ったVRコントローラーに搭載した赤外 LEDの発光位置からVRコントローラーの位置を計測することで求める。3Dカメラの 撮影範囲と計測の例を図4に示す。 横方向の画素 1,000 6m.2,000 2,000 me 縦9 2,000 m; 方6m wit 1 900 On中 Q'3m 1,000 H深度ON a 参加者素 95 1,000 2,000参加者 横方向の画素 1) (a)3Dカメラから見たとき(b)上から見たときの計測(c)横から見たときの計測 の撮影範囲 注記1 4は顔の真正面にあり,VRゴーグルから6m離れている。 注記2太は左に39度及び上に30度の位置にあり,VRゴーグルから3m離れている。 図4 3Dカメラの撮影範囲と計測の例 VRコントローラーには赤外LEDが搭載され,左手のVNコントローラーのLED1と 右手のVIコントローラーのLED2で発光パターンを変えて区別できるようにしてい る。 —_6= (VR空間での描画〕 各参加者は,スクリーンにライブ映像及び文書をオーバーレイで表示したり,会 議室内に3Dモデルを表示したりすることができる。 VRサーバは,ライブ映像と文書を描画した画像を全ての参加者のVRゴーグルにス トリーミング配信し,VRゴーグルが,受信した映像を横1.699X縦900画素でスク リーンに表示する。 3DモデルのほかVR空間上に表示される全ての物は,多角形を組み合わせて立体化 する。VRゴーグルで同時に処理できる多角形の頂点の数(以下,ポリゴン頂点数と いう)は最大数十万点であり,演算処理を軽減するために,演算の対象となるポリ ゴン頂点数を可能な限り減らすことが望ましい。 VRゴーグルの左右のディスプレイに出力される画面のフレームレートは100フレ ームグ秒である。一つのディスプレイの解像度は横1,600X Ht 900,1画素当たりの データ長は32ビットとなっている。 M(立体音響 立体音響では,次のような方法を用いて,参加者が頭を動かすのに合わせて,ス ピーカーから聞こえる音声の方向を変える。 VRゴーグルは,参加者の声を,マイクで集音し,モノラルで録音する。また,再 生時には,ほかの参加者の声及び3Dモデルの音声は,点音源として扱う。VRゴーグ Ibid,モノラルの音声を29ミリ秒ごとのフレームに区切って周期的に処理する。VR ゴーグルは,VRゴーグルの左右のスピーカーそれぞれに対して,VR空間上の音源と のVR空間上の距離及び方向によって変わる音声を,対象となるVR空間の音響シミ ュレーション結果を使用し,音の波としての物理的な伝播特性を加味して,SSM 理を行う。会議サービスでは,壁や天井に囲まれた環境での音の伝播が再現される。 VRゴーグルは,左右で個別に,音源ごとの信号処理結果をミキシングして,左右の スピーカーで再生する。参加者は,スピーカーで再生された左右の音声の違いによ って,VR空間上のほかのアバター又は3Dモデルの位置から音声が聞こえるように感 じられる。

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コミュニティバスの無人自動運転システムに関する次の記述を読んで,設問に答 Re E社は,過疎地での高齢者の移動手段を目的とした定期運行するコミュニティバス (以下,Cバスという)の無人自動運転システム(以下,自動運転システムという) を開発している。Cバスは,日中の運行を目的とし,過疎地の公民館などの公共施設 と市街地郊外の病院との間など,決まった2点間を無料で運行するシャトルバスで, 途中にバス停は作らず,平野部の片側1車線の道路を無人で走行することを想定し ている。自動運転システムのシステム構成を図1に示す。 OOO〇GPS測位衛星 0 始発バス停ーイテーでぐネットワーク> 0いNv D(7パス S Fmの 磁気マーカーンー Oo Oo e@ブ 図1自動運転システムのシステム構成 [自動運転システムの概要]〕 ・磁気マーカーは,始発バス停付近,終点バス停付近,交差点内,及び急なカーブ の道路に,Cバスが走行する車線(以下,走行車線という)の中央に1m間隔で埋 設されている。 ・指令室は,Cバスの運行を監視し,遠隔から直接指示を行うことが可能である。C バスへの遠隔からの指示として,発車指示,停車指示,及び乗降用ドアの開閉指 示ができる。 ・Cバスの運行経路上にトンネルはなく,CバスはGPS測位衛星からの電波を常に受 信できる。 〔Cバスの概要〕 Cバスは,乗客定員15人の小型の電気自動車で,最大速度は時速36kmであり,運 転手によるマニュアル運転モードと無人での自動運転モードがある。Cバスの外観を 図2に示す。 LIDAR 9(作訪)et_ ステレオカメラーーーー 前方カメラ5 ミリ波レーダー||| sai a|ステレオカメラ SIC a eensウィンカーa al 注記1 LIDAR(Light detection and ranging)は,赤外レーザー光を使用して対象物までの距離を計 測するセンサーである。 注記2車両の右側にあるウィンカー,LIDAR(側方)は,省略している。 2 Cバスの外観 ・ステレオカメラ(前方)は,信号機までの距離及び信号灯色(青・黄・赤)OB 識,前方の物体までの距離及び物体の種別の認識,先行車両との車間距離及び先 行車両のブレーキランプの点灯状況の認識などに使用する。 ・ステレオカメラ(後方)は,後続車両の検出に使用する。 ・LIDARは,自車周辺の物体,右左折時の自転車,歩行者の検出などを目的とした物 体認識に使用する。 ・ミリ波レーダー(以下,レーダーという)は,レーダーから物体までの距離,相 対速度を計測し,物体認識に使用する。 ・高精度GPS受信部は,GPS測位衛星からの電波を受信し,GPS位置情報として,自 車位置推定に使用する。 ・磁気マーカーセンサー部は,道路に埋設された磁気マーカーを検出して,走行車 線を認識するのに使用する。 ・前方カメラが撮影した画像データは,指令室での運行監視に使用する。 ー14一 Cバスのシステム構成を図3に,Cバスの主なシステム構成要素を表1に示す。 EZZZE計 制御部 高精度GPS受信部拘能制御ユニット 磁気マーカーセンサー部 図3(バスのシステム構成 表1 Cバスの主なシステム構成要素 ・ステレオカメラ,LIDAR,レーダーからの情報を基に,自車の前方,HA,及び後方の 物体認識情報を算出し,マッピングユニットに59ミリ秒周期で送信する。 ・物体認識情報には,AIによって得られた次の認識結果が含まれる。 物体認識部-走行車線上に存在する,又は走行車線上に飛び出してくる物体の動きの予測(前方 走行車両,前方停車車両,対向車線の右折車両など) -自車周辺の物体の動きの予測(歩行者,自転車など) -信号機までの距離及び信号灯色 ・GPS位置情報を基に,自車の位置を推定位置情報として算出する。 位置推定部・磁気マーカーセンサー部で,磁気マーカーを検出した場合は,磁気マーカーの情報を Pe基に推定位置情報を補正する。 ・推定位置情報を,。マッピングユニットに59ミリ秒周期で送信する。 any・車速,前輪の角度(以下,能角という),車体の傾斜(以下,これら三つを併せて車両 a bh情報という)を計測し,マッピングユニット,及び制御部に20ミリ秒周期で送信す ーーる。 ・前方カメラの画像データを1フレームごとに制御部に送信する。 前方カメラ・前方カメラの画像データは,2,0001,000画素,1画素当たり3バイトで,フレーム レートは19フレームノ秒である。 ・指令室からの指示を制御部に送信する。 66通信ユニット・制御部からの要求に従って,指令室にデータを送信する。 a・自動運転システムで使用する5Gネットワークの通信速度は,MBIA 106ビットノ秒で ある。 表1 Cバスの主なシステム構成要素(続き) ・次に示すように自車の現在位置,速度,進行方向に関する情報を求めて,制御部に送 信する。 -3次元の地図データ(以下,3Dマップという)が内蔵されている。3Dマップには, 運行経路,右左折時におけるウィンカーの点滅の開始終了位置,BRR,BRA At,道路曲率,磁気マーカーの位置,信号機の位置及び交通規則(法定速度,一 時停止,追越し禁止など)の情報が記録されている(AK,これらの記録されてい る情報を運行経路情報という)。 -物体認識情報,推定位置情報,及び車両情報を基に,3Dマップ上に位置をマッピン グして,自車位置情報を算出する。 マッピング-制御部から走行開始を受信すると,自車位置情報,運行経路情報,車両情報物体 ユニット認識情報から,50ミリ秒後に到達すべき位置に到達可能な目標車速.そのために必 要な能角(以下,目標航角という),及びウィンカーの点滅の開始/終了の指示情報 (以下,ウィンカー情報という)の算出を開始する。 -制御部から走行停止を受信すると,停車中は走行開始を受信するまで停車を維持, 走行中は目標車速を時速6kmまで徐々に低下させる。 -目標車速,BEA,ウィンカー情報,目標車速が時速Octmのときの停車理由を示 す情報(以下,停車情報という),及び自車位置情報を,バス制御情報として,制御 部に50ミリ秒周期で送信する。ここで,停車情報には,バス停で停車,赤信号で停 車,前方の物体で停車,一時停止標識で停車,自車周辺に接近する物体で停車,及 び走行停止受信で停車がある。 ・MPU,RAM。フラッシュメモリ,RTCなどから構成され,バス制御情報,及び車両情報を Hic,Cバスを制御する。また,指令室からの指示を,関連するユニットに送信する。 ・バス制御情報を受信するごとに,次に示す処理を行う。 制御部-目標車速になるように,駆動モーターの回転数を求め,車体の傾斜と併せて車速制 御ユニットに送信する。 -目標角角になるように,ハンドルの回転角を求め,、ウィンカー情報と併せて操能制 御ユニットに送信する。 -指令室に自車位置情報を9.5秒周期で送信する。 ・操作部,表示部,ドア開閉部,車内カメラなどで構成される。 .操作部には,運転手によるマニュアル運転モードと無人での自動運転モードとを切り 車両システム替えるスイッチがある。自動運転モードに切り替えると自動運転開始を,マニュアル La’運転モードに切り替えると自動運転終了を制御部に送信する。 ・ドア開開部は,制御部からの指示で,乗降用ドアの開閉を行う。開閉の結果は制御部 に送信される。 車速制御・受信した騒動モーターの回転数と車体の傾斜から,受信した双動モーターの回転数に Jiなるように,駆動モーターの駆動周波数と電流,及びブレーキを制御する。ブレーキ を掛けたときは,ブレーキランプの点灯消灯を制御する。 .受信したハンドルの回転角になるように,ステアリング用モーターを制御する。ま PRAた,ウィンカー情報を基に,ウィンカーの制御を行う。 ユエニットStilt,左右最大49度であり,ハンドルの回転に直すと,左右2回転分に相当し,比 例関係にある。 (Cバスの自動運転動作概要〕 ・マッピングユニットに内蔵した3Dマップに,物体認識部が算出した物体認識情報, 位置推定部が算出した推定位置情報,及びセンサーユニットが計測した車両情報 を基に位置をマッピングし,自車位置情報を算出する。 ・マッピングユニットは,物体認識部からの物体認識情報を基に,自車の予測経路 上に物体を検出した場合は,停車させる。 ・マッピングユニットは,3Dマップ上の信号機の位置と物体認識部が認識した信号 灯色を基に停車するかどうかを判定する。 ・マッピングユニットは,自動運転のために必要なバス制御情報を制御部に送信す る。 ・制御部はバス制御情報を受信すると,速度を制御する情報を車速制御ユニットへ 送信し,進行方向を制御する情報を操能制御ユニットへ送信する。 [制御部の動作概要〕 (1)車両システムユニットから自動運転開始を受信すると,マッピングユニット, センサーユニット,及び前方カメラに,動作開始を送信する。マッピングユニッ トから受信したデータ,及び車速制御ユニットと操衣制御ユニットに送信したデ ータの記録(以下,記録したデータを制御履歴データという)を開始する。マッ ピングユニットから受信した停車情報の内容が,バス停で停車であれば,車両シ ステムユニット,及び指令室に運行準備完了を送信して,指令室からの乗降用ド アの開閉指示,発車指示などの指示の受信を待つ。 (2)指令室から乗降用ドアの開閉指示を受信すると,車両システムユニットに送信 する。車両システムユニットから,乗降用ドアの開閉指示に対する結果を受信す ると,指令室に送信する。また,指令室から発車指示を受信すると,マッピング ユニットに走行開始を送信する。マッピングユニットからのバス制御情報を基に, 車速制御ユニットと操能制御ユニットに制御内容を送信して,自動運転による走 行を開始する。 (3)走行の停止に関する事象が発生したときは,次の動作を行う。 (a)マッピングユニットから停車情報として送られてくる赤信号で停車,前方の 物体で停車,一時停止標識で停車,自車周辺に接近する物体で停車のいずれか ー17一 が一定時間継続したとき,マッピングユニットに走行停止を送信して,指令室 に走行を停止したこと,停止した理由を送信する。 (b)指令室から停車指示を受信したとき,マッピングユニットに走行停止を送信 LT,マッピングユニットから走行停止受信で停車の停車情報を受信すると, 指令室に走行を停止したこと,停止した理由を送信する。 (c)マッピングユニットからバス停で停車の停車情報を受信すると,マッピングユ ニットに走行停止を送信して,指令室に走行を停止したこと,停止した理由, 及び制御履歴データを送信する。 (4)走行停止をマッピングユニットに送信すると,指令室からの指示待ちとなり, (2)から繰り返す。 [制御部のソフトウェア構造〕 制御部ではリアルタイム0Sを使用する。制御部のタスク構造を図4に,制御部の タスク処理概要を表2に示す。 /pert Sel グ事本情幸 注記1 ORM,タスク間のメッセージ通信の方向を示す。 注記2破線の矢印は,メモリへの書込み,メモリからの読出しを示す。ただし,制御履歴データへの 書込み,及び車両情報の読出しは省略している。 注記3車両情報へのアクセスはタスク間で排他制御を行う。 図4制御部のタスク構造 表2制御部のタスク処理概要 ・指令室からの指示の実行を含めて,制御部の全体の制御を行う。 i I/Fタスクから自動運転開始の通知を受けて,マッピングタスク,センサータスク及び カメラタスクに動作開始を通知後,走行制御タスクから通知された停車情報がバス停で停車 の場合,運行準備宛了の送信依頼を56通信タスクに通知する。 ・5G通信タスクから発車指示の通知を受けると走行開始を,停車指示の通知を受けると走行停 止をマッピングタスクに通知する。 ラン・走行開始の通知後に,走行制御タスクから停車中の通知を受けると,次に示す処理を行う。P -自動運転を停止したことの送信依頼を,56通信タスクに通知する。 -停車中の理由が走行停止受信で停車以外の場合走行停止をマッピングタスクに通知す る。 -停車中の理由がバス停で停車場合,制御履歴データの送信依頼を56通信タスクに通知す る。 ・車両I/Fタスクから自動運転終了の通知を受けると,マッピングタスク,センサータスク及 びカメラタスクに動作停止を通知する。 ame・動作開始の通知を受けてから動作停止の通知を受けるまでの間,前方カメラの画像データを ^画像情報に書き込むごとに56通信タスクに送信依頼の通知をする。 ・指令室からの指示を受信すると,受信した指示をメインタスクに通知する。 56通信・メインタスクから送信依頼の通知を受けると,受けた内容の情報を指令室に送信する。4 "|・カメラタスクから送信依頼の通知を受けると,画像情報を指令室に送信する。 ・マッピングタスクから,自車位置情報の通知を受けると,指令室に送信する。 センサー|'勤作開始の通知を受けてから動作停止の通知を受けるまでの間。センサーユニットから受信|, した情報を車両情報に書き込む。 ・動作開始の通知を受けてから動作停止の通知を受けるまでの間,次に示す処理を行う。 sy ey|メインタスクから受けた指示の通知を,マッピングユニットに送信する。 グ«op mes -マッピングユニットから| 』|を受信すると,走行制御タスクに通知して,制御履歴|1 データに書き込む。 -マッピングユニットからの受信回数が[|b|回に1回の周期で[|c|すぇ。 ・マッピングタスクからの通知を受けると,次に示す処理を行う。 -通知を受けた情報,及び車両情報を基に,ハンドルの回転角を算出し,算出した値を操能 I/Fタスクに通知して,通知した内容を制御履歴データに書き込む。 -weerタスクに通知するとき,| d|があれば併せて通知する。 走行制御|-通知を受けた情報,及び車両情報を基に,駆動モーターの回転数を算出し,算出した値と|2 車体の傾倖を車速1/Fタスクに通知して,通知した内容を制御履歴データに書き込む。 -同じ内容の停車情報で一定時間継続して停止したことを検出した場合停車情報が [|6 ]の場合,又は停車情報が走行停止受信で停車の場合,メインタスクに停車中, 及び停車中の理由を通知する。 ・車両システムユニットとの送受信を制御する。 wae|・走行制御タスクから受けた通知を操朋制御ユニットに送信する。|| ・走行制御タスクから受けた通知を車速制御ユニットに送信する。 注記乗降用ドアの開閉などの,車両システムユニットに関係する処理概要は省略している。 注”Prはタスクの優先度を示し,数値が小さいほど高い。