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» 2010年04月30日 00時00分 UPDATE

楽しいWindows 7アプリ作成入門(4):Silverlightで作れるAR(拡張現実)アプリの基礎知識

「あんなこといいな」「できたらいいな」というアイデアをWindows 7の表現力で具体的な“アプリ”という形にするには、どうすればいいのだろうか? 具体的なコードやデモとともに一から教えます

[山田達也,インフラジスティックス・ジャパン株式会社]

.NET/Silverlightでも、拡張現実はできるのでAR(ある)

 皆さん、「AR(拡張現実)」というキーワードを聞いたことがありますか? ARは「Augmented Reality」の略称で、Webカメラを通してPC上に映し出した現実世界に、画像文字3Dオブジェクトなどの情報を重ね合わせることで、まさに「現実世界を拡張してしまおう」というものです。ARのコンセプトを詳しく知りたい場合は、以下の記事を確認してみてください。

 このように、近年じわじわと盛り上がりを見せているARが、オープンソースライブラリSLARToolkit」の登場により、Silverlightが稼働する環境でも、簡単に体験できるようになりました。

 本稿では簡単にですが、そのSLARToolkitの概要と使い方を解説します。

まずは、SLARToolkitを体験してみよう

「SLARToolkit」とは

 SLARToolkitは、CodePlex上に公開されているオープンソースプロジェクトです。もともと、以下の「NyARToolKitCS」を基にしています。NyARToolKitCSは、ARアプリ作成用C言語ライブラリである「ARToolKit」のC#版です。

SLARToolkitを体験するには

 ARのイメージをつかむためには実際に体験してみるのが一番です。早速、SLARToolkitのサンプルを通してARを体験してみましょう。最低限必要な機材は、以下のとおりです。

 ARでは、“現実世界”をPC上に取り込むために、Webカメラが必要です。SLARToolkitでは、Silverlight 4のWebカメラサポート機能を活用しています。Webカメラのスペックは、もちろん高解像度に越したことはないですが、ノートPCの内蔵カメラなどでも十分試せるレベルです。ちなみに筆者は、少し旧式のIntel MacBookの内蔵iSightでテストしましたが、十分に動作しています(BootcampWindows 7環境で)。

 CodePlexのSLARToolkitサイトの中ほどに、実行可能なサンプルへのリンクがあります。最初は、ここから試してみましょう。

SLARToolkitのサンプル

 「Silverlight Projection Sample」のリンクを探してクリックしてみてください(図1)。PCに、まだSilverlightの最新プラグインが設定されていない場合、このタイミングでインストールが行われます(もし必要環境がそろわない場合は、動作の様子が撮影されたビデオも用意されているので、そちらでも確認できます)。

図1 SLARToolkitサイト上のサンプルへのリンク 図1 SLARToolkitサイト上のサンプルへのリンク

 サンプルを実行すると、Webブラウザ上にSilverlightアプリが表示されます。初期状態では「SLAR」と描かれた画像が回転しているだけです。ここで、下にある「Start Fun」ボタンを押してWebカメラを起動してみましょう。

図2 ここが拡張現実への入り口。「Start Fun」ボタンを押すと…… 図2 ここが拡張現実への入り口。「Start Fun」ボタンを押すと……

 Webカメラの使用許可ダイアログが表示されるので、[はい]を選択してください。

図3 SilverlightプラグインによってWebカメラへのアクセスをユーザーに問い合わせるダイアログが表示されるので、ここで「はい」を選択 図3 SilverlightプラグインによってWebカメラへのアクセスをユーザーに問い合わせるダイアログが表示されるので、ここで「はい」を選択

 Webカメラが有効になっても、最初は映像の上にパズルのピース画像が表示されるだけです。ARを行うためには、現実世界とARをつなぐ“扉”が必要です。このリンクには、先ほど回転していた「SLAR」と描かれた画像のPDFファイルがあるので、紙に印刷するか、または携帯電話やスマートフォンの画面に表示してWebカメラに認識させてみてください。

図4 iPhone上に表示したマーカーをWebカメラに映すと……(編集部注:筆者が馬の被りものをして出演しています。それは、プライバシー保護のためであって、本稿の内容には、一切関係ありません) 図4 iPhone上に表示したマーカーをWebカメラに映すと……(編集部注:筆者が馬の被りものをして出演しています。それは、プライバシー保護のためであって、本稿の内容には、一切関係ありません)

 図4のように、「SLAR」画像に追従するようにパズルのピースが移動すれば、ひとまずARが成功です!

拡張現実への“扉”、「ARマーカー」とは

 この「SLAR」画像は「ARマーカー」と呼ばれるもので、カメラの映像上にARオブジェクトを投影するためのプレイスホルダとなります。

 ARマーカーの上に正しくARオブジェクトが表示されない場合は、ARマーカーの外枠(白地の部分)も含めて正しく表示(印刷)されているかを確認してください。

2Dのオブジェクトを擬似的に3D表示できるSilverlightの「パースペクティブ3D」

 ARマーカーの描かれた紙やスマートフォンを傾けると、その角度に合わせてARオブジェクトの傾きも変化すると思います。これは、Silverlightの3D効果機能(遠近効果の付加)によるものです。「パースペクティブ3D」とも呼ばれ、2Dのオブジェクトを擬似的に3D表示できます。パースペクティブ3Dの詳細については、以下の記事を参考にしてください。

 また画面の下にある「AR Object」の選択肢を変更すると、静止画だけでなく動画を投影したり、テキストを表示したりできるので、併せて試してください。

Silverlightで3Dを間単に実現する「Balder」とは

 先ほどのサンプルリンクのもう1つは、「Balder Sample」です。

図6 管理画面上の「Test」ガジェット 図6 管理画面上の「Test」ガジェット

 「Balder」は、Silverlight向けの2D/3Dグラフィックスエンジンのライブラリで、もともとSilverlight上で3Dゲームを実現するために開発されたものです。これも、CodePlex上で開発が進められているオープンソースプロジェクトです。

 このBalderエンジンを活用することで、Silverlight上でも3DオブジェクトをARに利用できます。

SLARToolkitARのサンプルコードを読んでみよう

 このように一度ARを体験すると、次にはきっと自分でARアプリを作成したいと思うのではないでしょうか。まずはサンプルのソースを読みながら、どういった処理が必要なのかを見ていきましょう。

サンプルのソースコードのダウンロード

 サンプルのソースコードは、CodePlexの「Source Code」ページからダウンロードできます。図6のリンクから取得し、ZIPファイルを解凍してみてください。

図6 SLARToolkitとサンプルのソースコードは、右側の「Latest Version Download」リンクからダウンロード可能 図6 SLARToolkitとサンプルのソースコードは、右側の「Latest Version」の「Download」リンクからダウンロード可能

 ソリューションファイルは、「trunk\SLARToolKit\Solution」以下に展開されます。ここからは、「SLARToolKitSample.sln」をVisual Studio 2010で開き、サンプルのプロジェクトの中のMainPage.xaml.csの実装を確認していきます。

アプリ起動時

 サンプルのプロジェクトは、非常にシンプルな構成で、読むべき個所も限られているので、分かりやすいと思います。まずは、MainPageのロード時に呼び出される、Initializeメソッドから見ていきましょう。

図7 Webカメラから入力を行うCaptureSourceの生成するコード(画像をクリックすると、拡大します) 図7 Webカメラから入力を行うCaptureSourceの生成するコード(画像をクリックすると、拡大します)

 最初に生成されているCaptureSourceは、SilverlightでWebカメラのキャプチャリングを行うためのクラスです。ここでは、デバイスやサイズの設定だけを行い、「Start Fun」ボタンのクリックイベントの中でCaptureSource.Startを呼び出しています。

AR関連の初期化処理

 図8のコードは、肝心のAR関連の初期化処理です。

図8 読み取り対象となるARマーカーを登録してイベントをハンドルするコード(画像をクリックすると、拡大します) 図8 読み取り対象となるARマーカーを登録してイベントをハンドルするコード(画像をクリックすると、拡大します)

 Marker.LoadFromResourceメソッドでリソースからARマーカーのパターンファイル(拡張子.pat)を読み込んでいます。このサンプルでは、図9の2種類のマーカーを使用しています。

図9 サンプルで使用している2種類のARマーカー 図9 サンプルで使用している2種類のARマーカー

 キャプチャした映像からARマーカーを認識するためには、CaptureSourceMarkerDetectorクラスを使用します。リソースから取得したマーカー情報を指定して、「ARDetector」インスタンスを生成しています。

ARマーカーを認識したときの処理

 CaptureSourceMarkerDetectorがARマーカーを認識したときの処理は、AttachAREventメソッドの中に記述されています。

図10 AttachAREventの実装(画像をクリックすると、拡大します) 図10 AttachAREventの実装(画像をクリックすると、拡大します)

 ARDetectedイベントはバックグラウンドで発生するので、Dispatcher.BeginInvokeを利用して画面の更新を行っています。この中で、取得したARマーカーの位置に一致するようにパズルのピース画像に3D効果を付加し、さらにマーカーの周囲に赤いハイライト線を付加しています。

ARマーカーの種類に応じた分岐処理

 そして、実際にARマーカーの種類に応じて分岐処理を行っているのが、ApplyTransformationsメソッドです。

図11 ApplyTransformationsメソッドでマーカーの種類を判別するコード(画像をクリックすると、拡大します) 図11 ApplyTransformationsメソッドでマーカーの種類を判別するコード(画像をクリックすると、拡大します)

 取得したARマーカーは、イベント変数DetectedResultsを通して取得できるので、この変数のMarkerプロパティを確認することでマーカーごとの処理を実装できます。このサンプルでは、マーカーによって異なるパズルピースを表示するように画面要素を調整しています。

3D効果を付与

 最後に、ApplyTransformationメソッドの中で対象のUIElementに対して3D効果を付与しています。

図12 ApplyTransformationメソッドで3D効果を適用するコード(画像をクリックすると、拡大します) 図12 ApplyTransformationメソッドで3D効果を適用するコード(画像をクリックすると、拡大します)

 各マーカーの認識結果として得られるDetectedResultには、角度を考慮した「Matrix3D」データが含まれ、この情報を利用して画像の3D変換を行っています。

オリジナルのARマーカーを作るには?

 先ほどのサンプルでは2種類のARマーカーのみを使用していましたが、より多くの種類のARオブジェクトを使いたい場合は、当然ARマーカーの種類を増やす必要があります。オリジナルのARマーカーを使用する場合、以下の手順でPATファイルを作成してアプリケーションで使用できます。

  1. マーカーに使うJPEG画像を用意
  2. ARToolkit Marker Maker」でマーカーをPDF形式で作成
  3. ARToolkit Marker Generator Online」で印刷したマーカーをWebカメラから読み取り、PATファイルを生成

 詳しい手順は、英語ですが、SLARToolkitサイトのページに記載されていますので、ぜひご参考に。

.NET開発者もARアプリにチャレンジしてみては?

 今回は、SLARToolkitのサンプルを中心にSilverlightでARを始めるための基礎知識や必要事項を解説しました。3D効果を付加するロジックの部分を除けば、マーカーの認識や作成などは、比較的簡単なコードや手順で実現できる部分なので、Visual Studio 2010などのSilverlight 4開発ができる環境さえあれば、誰でもARアプリを作成できます。

ARは3Dだけじゃない! アイデア次第でテキストや画像でも楽しく

 また、従来ARというと高度な3Dモデリングとの組み合わせを連想する方も多いかもしれませんが、テキストや画像といった単純な描画オブジェクトを使っても「現実世界に対する情報の拡張」の目的は十分に果たせます。ARの可能性はアイデア次第で大きく広がっています。

WPFやDirectXを使うと、さらに楽しい!!

 ちなみに、SLARToolkitの基になっているNyARToolKitCSを使うと、.NET Framework/WPF上のデスクトップアプリとしてARアプリを作成できます。しかし、映像入力に「DirectShow」、3D出力に「Managed Direct3D」「Mobile Managed Direct3D」といったDirectXの機能が使われていて、WPFで3Dモデリングをするのも結構ハードルが高いため、本稿では、より簡単なSLARToolkitだけの解説に止どめました。もちろんNyARToolKitCSを使うと、DirectXの機能を生かした、よりきめ細かく楽しいARアプリの作成が可能です。

 せっかくSilverlight/WPFというハードルの低い環境でARが使えるようになったので、.NET開発者の皆さんも、気軽に挑戦してみてはいかがでしょうか。


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山田 達也(やまだ たつや)(Blog

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インフラジスティックス・ジャパンのデベロッパーエバンジェリスト。主にWindows FormsとSilverlightを担当している。
趣味はラーメン屋めぐりと温泉旅行で、各地で開催しているインフラジスティックスの無料セミナー「DevDays」と「アカデミア」の全国行脚も楽しみの1つ。イベントの最新情報はこちらをチェック!


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