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研究テーマ: IT・IoT・AI・ロボティクス

学科の分類: 情報科学部情報システム学科

社会インフラを支える情報システム

情報科学部

情報システム学科

社会基盤情報システム

山田隆亮教授

社会基盤

無人運転等の自動化技術の変革期にあって、交通、電力、金融、農業、メディア、治安などの社会インフラは大きな転換を迎えつつあります。身近な問題を取り上げて、今後の社会インフラを支える情報システムを計画，開発，運用する技術について研究しています。動画は、ミニチュアの街を列車視点で眺める実験の映像例です。

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実行不要な命令を動的に排除する効率的なプロセッサ

プロセッサの命令実行の効率性を妨げる要因の1つとして，ロード命令の実行にかかる時間が大きいことが挙げられる。この研究の目的は，不要なロード命令の一部を動的に排除(スキップ)するようなプロセッサの構成を提案し，命令実行の効率性をあげようとするものである。予備評価によりおおよそ15%程度のロード命令がスキップできる可能性があり、プロセッサ全体の性能を向上させることが期待できる。

OpenFOAMを用いた混相流解析

PCB（ポリ塩化ビフェニル）分解処理反応器内壁における腐食減肉発生メカニズムを解明するための初期検討として，異種二流体が化学反応を伴わずに混合する過程の熱流体解析を実施している．解析ツールとして，OpenFOAMの混相流解析ソルバー群より，非等温で圧縮性が考慮できる二相／二流体の非定常解析ソルバーtwoPhaseEulerFoam を用いた．腐食性を仮定した高密度流体が反応器隔壁の数mmの隙間から鉛直下方へ流れ落ち，減肉の生じた底部内壁へ到達することが確認できた．

並列処理の初学者のための図形アニメーションに基づく並列化フレームワークの提案

マルチコアCPUを用いてプログラムの実行性能を上げるためには並列プログラムを作成する必要がある。一般に、並列プログラミングの学習は初学者にとっては容易ではない。その理由として、数値計算問題を題材とすること、および大規模な計算でない限り並列化の効果を実感できないことから、初学者の興味を維持しにくいことが考えらえる。本研究では、並列化の効果を体感しやすく、かつ、平易な教材を扱える並列プログラミングの学習環境として、Processing言語を用いた図形アニメーションプログラムのための並列化フレームワークを提案する。

二次元画像1枚からの表情変化動画像のリアルタイム生成

深層生成モデルを用いて，1枚の二次元顔画像から表情変化動画像の自動生成を行った．現状，動画像のサイズは500×500pixel程度だが、超解像度、ネットワーク規模削減手法を組み合わせることでリアルタイムの生成を実現した．本研究はビデオ会議システムにおけるアバターの自動生成を想定して行っており、今後は応用システムの開発に取り組む予定である．

皆川健多郎

ものづくり人材育成のための教材開発とその検証

生産性向上はモノづくり現場のみならず、多くの現場における喫緊の課題となっている。かつてはこれらの課題に取り組む人材育成は、小集団活動やOJTも含め活発におこなわれていたが、長引く景気低迷、生産の海外移転などにより、近年ではその取り組みは必ずしも十分とは言えない。特にモノづくり現場では人口減少に伴う人手不足、またその対応としての外国人労働者の受け入れなど、生産性向上への対応は急務といえる。本研究代表者は、これまで1,000回を超える製造現場訪問を通じて、現場での実態を把握するとともに、問題解決のための教材開発ならびに教材を活用したセミナーの実施を進めてきた。さらにここにIoTも融合し、さまざまな現場にて自律的に生産性向上を実現する取り組みの推進と、経営工学（管理技術）の普及を目的としている。

将来的な地下街デジタルサイネージ構築のための感性評価システムの開発

　本研究は将来的な地下街デジタルサイネージ構築のための感性評価システムの開発を大きな目的としている。具体的には実際の地下空間において被測定者に脳波計を装着した状態でデザインした地図を読図させた上で経路探索実験を実施する。取得した脳波計測データと行動観察調査結果の相関などにより、デザインに関する感性評価システムを開発する。実験では可搬型脳波計を用いる。　開発した感性評価システムは新製品の評価やデジタルサイネージなど各デザイン分野において利用者に求められるデザインの創出に寄与することを目指す。

宇宙物理学・相対性理論研究のアウトリーチ活動

アインシュタインが相対性理論を提唱して100年が経ち，技術が進化して，ようやく重力波・ブラックホールの直接観測ができる時代になりました．日本の重力波観測プロジェクトKAGRA（かぐら）の科学部門を2017年より取りまとめ，一般向けの著作や講演も多く手掛けている教員が，この分野の解説を提供いたします．「相対性理論はどこまで正しいのか」「宇宙への理解は今後どう深まっていくのか」などをテーマに，歴史的・科学的どちらの視点からも可能です．

リモート環境におけるチーム開発のためのモブプログラミング支援システムの検討

複数人でソフトウェア開発を行う手法の一つとして，モブプログラミングやペアプログラミングといったというものがある．モブプログラミングでは，開発者らは端末を操作するドライバと開発画面を見ながら意見を出してドライバをサポートするナビゲータと呼ばれる役割に分かれ，役割を短時間で交代しながら開発を進めていく．本研究室では，コロナ禍の現状を受けて，このモブプログラミングをリモート環境で実施している．実際に対面からリモート環境に移行するにあたり，引き継ぎ作業や開発者間のコミュニケーションにおいて課題が有ることがわかった．そこで本研究では，モブプログラミングのそれぞれの役割に特化した支援を目的としたビデオ会議システムの開発を目指していく．

移動体の制御に関する研究

自動車や飛行機などの移動体の制御に関する位置計測システム，誘導制御システムの構築を目指して研究を行っている．位置計測システムについては，加速度計，ジャイロ，画像処理を用いた計測を融合し，移動体の位置を瞬時に計測することを目標にしている．誘導制御については，移動体の３次元的位置姿勢を制御するため，制御システムの動的特性を推定する同定を行ない，安定化制御を実現することを目標にしている．

マルチエージェントを用いた避難行動シミュレーション分析

近年，豪雨災害や地震災害が連続し，巨大地震の可能性が高まっていますが，対象地域から来街者全員が円滑に避難を完了できるかについては，個人ではなく，群集としての避難行動を把握する必要があります。本研究室では，マルチエージェント・システムを用いてシミュレーションを行い，複数の避難誘導案や施設整備案を比較・評価し，対象地域の避難完了時間や避難者で混雑する場所を把握することで，防災・減災メニューを検討できるようなパッケージの構築をしています。

植物画像を対象とした枝の構造復元

近年，農家の高齢化や減少に伴い，カメラを用いた植物の自動監視技術が注目されている．しかし，植物の成長具合を判断する指標である枝構造の情報を取得する場合，葉によって枝が隠れてしまうため枝の情報を取得することが困難である．そこで，本研究では対象の植物を多視点から撮影し，多視点からの植物画像を入力として，枝の三次元構造を復元する．はじめに，多視点から撮影した植物画像に対して，深層学習による画像変換を行い，枝の存在確率画像を生成する．枝の存在確率画像とは，枝の存在確率を画素値で表した画像のことを指す．そして，多視点での枝の存在確率画像を用いて，三次元構造の復元を行うことで枝の構造復元を実現する．

壁の向こうに何がある?!

一つ目は電波の透過性に関する研究です。医療機関におけるX線CTとかMRIで想像できるように、電磁波は誘電体内を通過します。この性質から、建物内の様子を画像化する近距離レーダが考えられます。セキュリティ用の壁透過レーダ、水道管、ガス管、地雷などの地中埋設物探知レーダ、空港での危険物検知用レーダなどに応用できます。このレーダは一つ使い勝手の悪いところがあり、画像を作るために、送受信アンテナを規則的に走査する必要があります。そこで、オペレータがアンテナを自由に移動させても画像が得られる処理法を考案し確認中です(図1)。

丘のある住まい

多くの世帯の生活の舞台となる「集合住宅」は自ずと大規模な開発になることが多く、まとまった豊かな環境を形成することが可能である。住まいとなる住棟の設計と合わせて、その広がりを生かした豊かなランドスケープデザインを展開することで、戸建て住宅地では成しえない環境を形成できる。

人同士のコミュニケーションを支援する

会話時の声の音響的特徴（ピッチ、パワー、周波数特性など）及びしぐさの動的特徴の時間変化度合いを観察することで、会話が楽しく進行しているかそれともギクシャクしているかなどの会話の雰囲気を推定できることがわかってきました。この技術を用いた会話支援システムを構築中ですが、他にも、高齢者の理解度衰え推定、場の雰囲気盛り上げシステム、学習支援システムなど、幅広いアプリケーション展開を図っています。

ばらつきに対応したSRAMの動作安定化に関する研究

トランジスタのしきい値電圧のばらつきによってSRAMが動作不良となる問題に対して、これを救済し歩留まりを向上させる手法を開発しました。まず、オンチップでしきい値電圧を測定する方法を提案し、5mVの精度で検知可能であることを確認しました。さらに、様々なしきい値電圧において、メモリセル(記憶回路の最小単位)に与える電圧を変化させて動作可否を調べることにより、SRAMに与える最適電圧を明らかにしました。なお、本研究はJSPS科研費（JP23560423）の助成を受けたものです。

深層学習を用いた物体領域推定のための学習データの生成支援

深層学習を用いたセグメンテーションのための学習では，物体が写っている画像を物体毎に数百枚から数千枚用意し，画像に写っている物体の輪郭情報を人手でアノテーションする必要があり，労力やコストがかかるという問題がある．一方，RGB-Dカメラは各画素に対応する距離に関する情報も同時に獲得できるカメラである．本研究では，深層学習を用いた物体領域推定（セグメンテーション）のための学習に必要な物体の輪郭情報をRGB-Dカメラを用いて人手によらずに高速に獲得する手法を開発した．

単一画像からの露出補正

HDRは露光の異なる複数枚の画像を用いることで視認性を回復する手法であり，広く利用されている．しかし，移動する被写体において不向きであるとともに，過去に撮影された画像に使用することができない．そこで本研究では，一枚の画像から疑似的に多重露光画像を生成し，それらを合成することで視認性の回復を行う手法を提案する．本手法は，自然界の色情報を完全に損失していない画像を対象とし，エッジ情報を用いて明度を自動調整することで，疑似多重露光画像を生成する．

生きる意味の研究

　ニヒリズム（この世界は生きるに値しないという世界観）の克服をテーマに、主にフランクル（V.E.Frankl,1905-1997）の意味の思想の研究を行っている。ユダヤ人であるフランクルは、強制収容所の体験記『夜と霧』によって世界的に有名であるが、精神科医としてニヒリズムの克服を一生のテーマとし続けた人物である。全体像が見えづらく断片的な印象を与えるフランクルの思想を、哲学の立場から体系化し、理解を深め、そこからニヒリズムを克服しうる理論を明確にすることを目的としている。　

人間の視覚行動からみた都市空間の設計基準

建築や都市は生活基盤として、人間に対し大きな心理的影響力を持っています。基本的な人間の移動方法を考えれば、そのデザインは歩行によって我々が得た空間能力に関する研究成果が生かされたものとなるのが理想的だと考えられます。研究室では、空間能力を司り評価を行う脳機能の左右差や個人差を検討する事から、人間が理解しやすい建築空間、都市空間をつくるための方法を、人間の視覚行動を計測したデータや、脳波計によるデータをもとに探ります。

匂い検出を目的とした半導体ガスセンサシステム

これまでにもコンピュータを利用した嗅覚について研究されているが、一般消費者が利用可能な形では実用化されていない。このことから我々はだれでも利用可能な人工嗅覚装置の実現を目指して研究を行っている。　人工嗅覚を実現するためには、空気中の化学物質を測定する必要があり、主にガスセンサを用いた研究がおこなわれている。本研究でも安価で取り扱いが容易な半導体ガスセンサを用いている。半導体ガスセンサは反応するガスが異なる種類が提供されており、我々の研究では複数の特性が異なる半導体ガスセンサとマイコンを組み合わせた小型で取扱いが簡単な人工嗅覚装置の実現を目指している。　一般的な半導体ガスセンサはヒータを持ち、内部の温度を管理する必要があるが、このヒータによる加熱を変更することにより感度を変化させることができる。これを利用して、一つのセンサからできるだけ多くの情報を得ることができるハードウエアを作成した。そして、得られた情報から匂いの種類を分類するために、機械学習を取り入れた認識システムを実現し評価を行った結果を示す。