情報処理学会 インタラクション 2014
IPSJ Interaction 2014

14INT014
2014/3/1

Ficon:立体映像表示が可能なタンジブルデバイスの提案
高田 悠太1

中林 隆介1,†1

福地 健太郎1

概要：我々はテーブルトップシステム上で使用する，光ファイバを用いた映像提示が可能な操作デバイス”Ficon”を提案した．Ficon は表面の形状加工を施すことで，立体的な映像表現が可能になる．我々はCG と立体形状を持つ Ficon を組み合わせ，実体を持つ立体映像を表現するタッチディスプレイとして
Ficon を実装した．Ficon は一般的な立体視差を使った 3D ディスプレイと異なり，映像に実際に触れて操作することができる．これに加えて，今回は赤外線を利用して，Ficon へのペン入力認識と，Ficon の ID
識別を両立するシステムを実装した．本稿では，Ficon の構造の問題点及び左記実装について記述した後，Ficon の立体映像表現について触れ，いくつかのアプリケーションを示す．

Ficon:a 3D Displaying Tangible Device for Tabletop System
Takada Yuta1

Nakabayashi Ryusuke1,†1

Fukuchi Kentaro1

Abstract: We present Ficon, a novel tangible input device for tabletop systems that enables dynamic image
projection using optical fibre bundle. It enables to provide 2.5 dimensional projection image with its reliefstructured top surface, and allows tangible manipulation including touch and pen input, unlike stereoscopic
displays. In this paper, we describe the details of the ID recognition and pen input techniques employing
infrared reflection marker, LED, and cameras. We also introduce some experimental applications.

1. はじめにテーブルトップシステムの分野で，テーブル上に置かれた操作デバイスを使ってオブジェクトを操作するインタラ
クション手法が注目されている．この手法は，情報に物理的実体を与え，操作デバイスに対象となるオブジェクトの外観を持たせることで，操作デバイスとオブジェクトの対応関係が把握しやすくなり，またインタラクション手法が多様化する．
しかし，従来の操作デバイスでは，操作対象のオブジェ
クトの内部状態が変化しても操作デバイス自体の外観は変化しないため，オブジェクトの内部状態に関する情報は
テーブル面に表示するなどの工夫が必要になる．この場

図 1

様々な Ficon の形状．

Fig. 1 Examples of variously-shaped Ficon.

合，デバイス自体と補助映像でテーブル面を占領してしま

テーブル上部のプロジェクタから直接デバイス表面にオブうため，テーブルの表示可能領域が大きく減少してしまう．

ジェクトの映像を投影する方法はあるが，ユーザの手や腕によるオクルージョンの問題が残る．

1†1

明治大学理工学研究科
Meiji Uniersity
現在，DNP 情報システム
Presently with DNP Infomation Systems© 2014 Information Processing Society of Japan

1.1 Ficon の概要
これらの問題を解決するための手法として Ficon という100

デバイスを提案し，これを用いたシステムを開発した [1]．

意する必要がある．Sensetable[4] や Audiopad[5] はデバイ

光ファイバの束で構成される Ficon は映像が表示されたスへの情報提示をデバイス表面へプロジェクタを用いてディスプレイの上に乗せるとその下の映像が表面に浮き投影しており，ユーザの手によるオクルージョンの問題が上がって見える．この現象を利用し，関連付けられたオブ

残る．

ジェクトの状態を反映した映像を Ficon の下から投影する

Data Tiles[6] はテーブル上に置く透明なタイル状のデバことで，デバイスの外観を可変にした．これによりデバイ

イスで情報の閲覧と操作を一つのデバイスで可能にした．

スの表面も映像の表示領域として利用することができる．

また，デバイスの固有 ID 識別も行っており，デバイスの種

また，表面形状を加工することで立体的な映像表現ができ類に応じて映し出す情報を変えることができる．しかし，る (図 1)．一般的な 3D ディスプレイと異なり映し出されデバイスによる映像表現は Ficon のような立体的なものでる映像には実体があるため，映像に触れて操作することにはなく平面的である．

違和感がない．さらに，形状加工したいくつかの Ficon を

テーブル上に置く物体の形状を入力とする研究に 3D

積み木のようにテーブル上で組み合わせることで，簡単なTangible Tabletop Interaction[7] がある．天井から吊り下形状の入力が可能になる [2]．

げた 3 次元距離計測カメラによりテーブル上に置かれた物

我々はこれまでに，Ficon を操作デバイスとして用いる

体の凹凸を取得し，その凹凸から成る地形の上をプロジェ

テーブルトップシステムを実装する上で「デバイスの ID

クタによって投影された CG の車が走行する．テーブル上

識別」「デバイスに対する操作」の各機能を追加した．ま空に存在する全ての物を入力として扱うため，ポインティ

ず，Ficon を構成する光ファイバのねじれを利用した固有ングを行う手やペンと地形として置かれた物体とを区別しID 識別の手法を提案した．次に，Ficon に対するタッチておらず，本稿で提案するようなポインティング操作と形によるポインティング操作を可能にするために，Diﬀused

状入力の両立は行っていない．

Illumination[14] を利用し，Ficon に触れる指先を赤外線カ

Printed Optics[8] は 3D プリンタの素材に透明度の高い

メラで検知するテーブルトップシステムを提案した．しか光硬化樹脂を用いて，独自のディスプレイや光学センサ

し，この二つのテーブルトップシステムは映像提示手法おを製作可能にする技術である．論文内では光ファイバとよびカメラ位置が異なるものであり，「デバイスの ID 識別」

同様の仕組みで光の通り道をコントロールし，映像表示「デバイスに対する操作」を統合することは困難であった．

が可能なデバイスを試作している．この技術を応用した

PAPILLON[9] は球面のディスプレイ面に対して 3 次元映
1.2 本研究の概要

像表示を行い，また指を使ったポインティング操作が可能

本研究では Ficon の ID 識別とポインティングの両立をである．ディスプレイ面の形状を立体的にデザインし，3D可能にするため，ID マーカの認識用とペン入力の認識用プリンタで印刷可能だが，凸面でなければならないというに用いる赤外線の波長帯を分け、2 台の赤外線カメラでそ制約があり，またテーブルトップシステム上で扱うデバイ

れぞれを認識する手法を実装した．これにより，どの形状

スにこれらの機能を実装していない．

の Ficon にどういった操作がなされたのかをシステムが把握できるようになる．

プロジェクタではなくディスプレイ上でデバイスを用いる試みとしては Lumino[10] がある．光ファイバとマーカ

本稿では，Ficon の構成，ID 識別とポインティング認識とを組み合わせたブロックを用いることでディスプレイ下を両立する手法及び実装方法を説明した後，Ficon の形状のカメラから光ファイバ越しにマーカを撮影することがで加工方法とそれにより拡張された映像表現の例を挙げる．

き，重なったブロックの識別，ブロックへのタッチや回転

また，形状加工による Ficon の視認性の低下を問題としてを検出できるシステムを Microsoft Surface 上で実装した．

挙げ，これを検証する実験と考察をまとめた．最後に今回重ねたブロックの識別を可能にした点で新規性があるが，試作したテーブルトップシステムにより可能になったイン

光ファイバの透過性を上層ブロックの ID 識別のために利タラクション手法をアプリケーション例で示す．

用しているため，デバイス表面への解像度の高い映像表示

2. 関連研究を行っていないという点やブロックの表面形状の加工による 3D 映像表現を行わない点で本研究とは異なる．

石井らはユーザが実体化された情報に直接手で触れて動SLAP[13] はテーブルトップ上でボタン，ノブ，スライ

かすことを可能にするタンジブル・ユーザインタフェース

ダ，キーボード型の透明なデバイスを使用する．デバイスという概念を提唱している．metaDESK[3] ではアイコンの位置，デバイスの操作を検出して，デバイス底面やテーの物理的表現であるファイコンとウィンドウの物理的表現

ブル面に操作結果を反映した映像を投影する．デバイス以であるレンズを模したディスプレイを用いて情報の格納・外のテーブル面に操作しているオブジェクトに関する映像

操作・閲覧を行っている．しかしこの手法では，操作デバを投影し，情報を補っているため，テーブル面の表示域のイスと表示デバイスとしての小型ディスプレイを別々に用減少を招く．Ficon はデバイス面に映像を表示できるため，© 2014 Information Processing Society of Japan101

せ，その回転角を計測することで固有 ID 識別を行っている．テーブルの上部に取り付けたカメラで位置認識を行っているため，手が Ficon を覆ってしまうと，位置認識はできなくなる．従って，Ficon の位置情報を取得したまま

Ficon に対するタッチを検出することが難しかった．静電容量タッチパネルと導電布を巻いた Ficon を組み合わせて
図2

解像度の差．左側二つの Ficon は 1mmϕ，右側二つは 0.5mmϕ

タッチポインティングを実装したが，Ficon 上のタッチ位の光ファイバで構成されている．

置の検出ができなかった．また，デバイスの回転の検出に

Fig. 2 The diﬀerence of the resolution: two Ficons on the left
use 1mmϕ fiber, and two on the right use 0.5 mmϕ fiber.

操作対象オブジェクトの内部状態の変化などは直接表示できる．

問題があった．

Diﬀused Illumination システム
Diﬀused Illumination を利用した手法ではテーブルの下

小池らは，立体形状を持つ透明弾性体で構成された，つに設置された赤外線カメラで Ficon 底面に張り付けた赤外

まむ，押すなどの入力を可能にする入力デバイスを提案し線反射マーカを識別することで，Ficon の位置，回転角をている [11]．しかし，映像はデバイス表面に投影されずに計算している．従って，Ficon 天面に指や手が接触しても，そのまま弾性体を透過するため，視点位置によって映像がFicon の位置認識が可能である．またテーブル下から赤外歪み，弾性体を押すとさらに歪むという問題点を持つ．

光を投光し，Ficon の上に置かれた指先が反射した光を赤デバイスがディスプレイとしての役割も果たしているも外線カメラで観測することにより，タッチ認識を可能としのとして TableScape Plus[12] は，ディスプレイ面に置かれた．位置認識に用いられる赤外線反射マーカは固有 ID 識

たデバイスを入力手段としてだけでなく，映像を映す小型別に用いることも可能だが，ある程度広い幅の枠が必要なのディスプレイとして利用する．しかし，テーブル面に垂ので，Ficon の映像の表示可能領域が減少してしまう．ま直に立つデバイスに映像を投影するため，ユーザは投影面

た，複数の Ficon を並べた時に表示面の間に隙間ができてが見える範囲内にいる必要があり，観察方向が限定される．

しまい，連続的な映像提示に支障をきたしていた．

3. Ficon

3.3 ID 識別とペンポインティングを統合する手法

これまで開発してきた Ficon と，Ficon を操作デバイス「デバイスの ID 識別」「デバイスに対する操作」の二つとして扱うテーブルトップシステムをこの章で説明する．

の機能を両立するために，本研究では，固有 ID の識別用とペン入力の認識用に撮影する波長帯の異なる赤外線カメ

3.1 Ficon の構成

ラを 2 台使ったシステムを実装した（図 3）．

Ficon は光ファイバの束とそれをまとめる枠で構成されまず，ID 識別のために Ficon 底面に取り付けるマーカとる．光ファイバの束はデバイス底面に表示された映像を浮して，赤外光のみを反射し，可視光を透過する性質を持つ

かび上がらせ，デバイス天面へ投影する．構成する光ファ

フィルムを採用した．マーカの形状を Ficon の枠に制限しイバの径を小さくするほど，Ficon に映し出す映像の解像度なくても，デバイスへの映像提示を阻害することはない．

が上がる (図 2)．枠とデバイス表面に形状加工を施すこと

次に，マーカを張った部分のタッチ位置の認識精度がで，様々な形に仕上げることができる．Ficon の形にあっ低下するため，Diﬀused Illumination システムで採用したた映像を表示することで，立体的な映像表現が可能になる．

タッチポインティングに加えて，先端に LED を取り付け形状加工の方法や本稿で提案するシステムに合わせた変更

たペンをポインティング操作に使用する．LED は ID 識別などの細かい仕様については 5 章で説明する．

用マーカが反射しない波長の赤外光を発するものを使用する．この赤外光を観察するためにペン先の赤外光のみを撮

3.2 これまでの Ficon システム

影するカメラをマーカ撮影用カメラとは別にもう一台用意

ねじれを利用した固有 ID 識別システム

する．

このシステムは液晶ディスプレイの偏光現象を利用し，今回実装したペンはタッチに比べて，細かいポインティ

デバイスの位置認識を行う [1]．液晶ディスプレイから出ングが可能である．特に，表示域の小さい Ficon に対してる光は偏光しているが，光ファイバにはその偏光を崩すはタッチする指先が大きく，細かい操作が難しいという問

光学的特性があるため，カメラに偏光フィルタを取り付

題 (ファットフィンガー問題) があったが，ペンポインティ

けることで，液晶ディスプレイから直接届く光を遮断し，ング操作を採用することで Ficon に対する細かい操作を実

Ficon を通過した光のみを検出し，位置認識を可能にした．

現した．

Ficon を構成する光ファイバの束をねじり，映像を回転さ© 2014 Information Processing Society of Japan102

図 5 2 台の赤外線カメラの現画像とそれに対して領域抽出を行った
結果．

Fig. 5 Row images from the two IR cameras (left), and processed images (right).

向けて設置した．

Ficon 底面には，固有 ID 識別のためのマーカとしてデ図 3

ハードウェア構成

Fig. 3 Overview of the tabletop system.

バイスの底面に，700nm から 1040nm の赤外光のみを反射
し，可視光を透過する tigold 社の赤外線カットフィルタを利用した (図 6 左). 可視光を透過するこのマーカは Ficonの映像投影の妨げにはならない．
ポインティングに使用するペンの先端には波長 940nmの赤外線 LED が取り付けられている (図 4)．LED の光が拡散しないよう，LED にはカバーを被せた. マーカが反射する赤外光は 700nm から 1040nm の波長なので，ペン先の LED の光が赤外線反射マーカの干渉をうけ減衰してしまうが，LED の光が十分に明るければカメラで認識するこ

図 4

ポインティング用のペン．先端に 940nm 波長の赤外線 LEDを取り付けた．

Fig. 4 A pointing stylus using a 940nm IR LED.

とができる．
ペンポインティング認識用赤外線カメラは Sony Com-

puter Entertainment の PlayStationEye に 860nm 以下の波長の光を遮る IR フィルタ (FUJI FILM IR-86) を取り付

4. 実装
4.1 ハードウェア構成

けたものを使用した．これにより，マーカや手が反射する
波長 830nm の赤外線と可視光が写りこまず，ペン先の軌跡
のみ撮影することが可能になる (図 5 上)．一方，Xtion Pro

ID 識別用とペンポインティング認識用に赤外線カメラには波長 830nm の赤外線以外はほとんど写らないため，ペを 2 台使ったシステムを図 3 に示す．テーブル面には不ン先が発する LED の光による影響はなく，ペンを使って透明のプロジェクションシートを張ったアクリル板を用

Ficon 上にポインティング操作を行っていても，図 5 下のい，テーブルの下にはプロジェクタ，波長 830nm の赤外

ように，マーカの反射光だけを抽出することができる．

線 LED，赤外線カメラ 2 台を設置した．

ID 識別用赤外線カメラには ASUS 社の Xtion PRO を用いた．赤外光でパターンを照射し，パターンの歪みを計測

4.2 ソフトウェア構成
ID 識別部することで深度情報を得る Xtion PRO は波長 830nm の赤

まず，ID 識別部では Xtion PRO が撮影する映像に対し

外線投光器を備えており，この波長の赤外線を撮影するカて背景差分処理，閾値処理を行い，高輝度領域を抽出する．

メラを搭載している．本研究では Xtion Pro による深度情得られた複数の領域から，図 6 中央のようなファインダパ

報は使用しないため，投光器にはディフューザを追加し，ターンを探索し，マーカのテーブル上での位置を決定する．

赤外線の投光器として用いた．また，テーブル面に対してファインダパターンが凸状になっているのは，マーカの向赤外線をなるべく均一に照射するために，Xtion PRO の赤きを判定するためである．探索が済み，マーカの位置と角外線投光器の他に波長 830nm の LED を数個テーブル面に度が確定したら，ファインダパターンにより決定された領© 2014 Information Processing Society of Japan

103

5. Ficon の形状加工
Ficon の立体形状加工は Roland 社の Modela MDX-40を用いて 3D 切削を行った．Modela が切削可能な素材に
図 6 左図:透明な固有 ID 識別用マーカ．中央図:マーカ位置を確定するためのファインダパターン．右図:シンボルが配置可能な
領域．

は一定以上の強度がいるため，3D 切削を施す Ficon の光
ファイバの束の間にエポキシ樹脂を流し込み，束を固定し強度を上げた．樹脂を光ファイバの隙間に流し込んでも光Fig. 6 Left:Transparent IR reflection markers. Center:Finder

ファイバの光学的特性に影響はなく，Ficon は映像提示デ

pattern for position tracking. Right:Areas where can be

バイスとして十分に機能する．以下に Ficon で可能な映像

put symbols to consist an ID marker.

提示手法について述べる．

5.1 3D 映像表現
Ficon は形状加工を行うことで，デバイス表面を触れる
3D ディスプレイとして利用できる．図 1 はキャラクタ型の 3D モデルから作成した Ficon に元になった 3D モデル
をレンダリングした映像を投影している．Ficon 自身の形状を変えることができないが，ユーザの入力に合わせて
図 7 Ficon の形状加工の応用例．

Fig. 7 Samples of 3D-shaped Ficon

キャラクタが瞬きする，口を動かすなどダイナミックにその姿を変えることが可能である．

5.2 組み合わせによる形状入力
Ficon 自体の形は変化させることができないが，シンプルな形状の Ficon を複数組み合わせれば，テーブル上に好きな 3 次元形状を作ることが可能である．図 7 右に示す
ようにテーブル上で組まれたブロックの種類と位置・向きを認識し，組まれた形状にあわせてグラフィクスを提示することで，形と外観のそれぞれを動的に変更可能にすることができる．例えば，テーブル面に地図を投影し，その上に建物を模した Ficon を配置し，街並みをデザインする
図 8 積層した Ficon の見え方．

Fig. 8 The visibility of stacked Ficons.

アプリケーション例などが考えられる．また，それぞれのFicon はタッチおよびペン入力によりインタラクティブに
表示内容を変更することを可能とする．

域にあるシンボルを検出し，その有無により ID を決定する (図 6 右)．現在の実装では，シンボルを配置する領域は4 つとし，24 = 16 通りの ID が識別できる．シンボルを配置可能な領域を増やせば，さらに多くの ID を識別することが可能になる．
ペンポインティング認識部
ペン先に取り付けられた LED が発する光は，IR フィル
タをつけた PlayStation Eye により認識される．この映像に対して固有 ID 識別機構と同様の画像処理を行いペン先の光のみを抽出し，テーブル上でポインティングされている座標を取得する．なお，二つのカメラ映像におけるテーブル座標は一致させておく必要があるため，XtionPRO と

PlayStationEye からの映像に対して射影変換を用いたカメ
ラキャリブレーションを行う．

© 2014 Information Processing Society of Japan

5.3 映像提示方向の変更
斜めにカットした Ficon をテーブル上に置くことで光の向きを調整し，映像を提示する方向を変えることができる．
図 7 左のように，特定のユーザにのみ閲覧が可能な映像提示が可能となる．パスワードの表示や，自分以外のプレイ
ヤに対して情報を隠蔽する必要があるような麻雀やトラン
プなどの対戦型ゲームへの応用が考えられる．

5.4 Ficon の積層積層した Ficon の識別ができれば，より立体感のある造形が可能となり，また高いところから低いところへ転がり落ちるボールなど高さを利用した新しいインタラクション
手法を提供できる．Ficon は複数重ねた状態でも下の Ficon
から上の Ficon へ光が到達するため，こうしたインタラク

104

ションが可能になる (図 8)．ただし，Ficon の底面および表面で光が拡散するため，層が増えるに従って映像は不鮮明になる．現在の実装では 3 層以上重ねると映像の判別が難しくなる．また，本研究で行ったマーカによる ID 識別は重なったマーカ同士の識別が難しいこと，上層に積まれた

Ficon のマーカがぼやけてしまうことから積層した Ficonに対して適用できない．Lumino[10] のように光ファイバの透過性を ID 識別に用いれば，積層したブロックの識別

図 9はできるが，デバイスの形状は制限され，表面に解像度のFig. 9 CG characters are moving on Ficon-based building

高い映像を映し出すことが難しくなる．

Ficon を使って組み立てた道の上をキャラクタが移動する．
blocks.

6. デバイスに対する操作の制約
6.1 ポインティング手法の制約
本論文で提案するシステムはタッチポインティング機能は実装しておらず，ポインティング操作を行う場合，ユーザ
は片手にペンを持つ必要がある．そのため，両手を Ficonの移動操作に使っている状態からペンポインティング操作に移る際に，デバイスを持ち変える手間が生じる．例えば，複数の Ficon 上を移動していく CG キャラクタに対するポインティング操作など Ficon の移動操作とペンポインティ
ング操作の切り替えが多発するインタラクションには不向図 10ペンを使った Ficon への描画操作．部位ごとに描画を行い，Ficon を再配置しなおすことで，福笑いのようなデザインが可能になる．

Fig. 10 Drawing with a pen. Ficon allows to rearrange blocks
after drawing.

きである．
今回開発したシステム上でタッチ認識機能を追加するた
めには，Diﬀused Illumination を利用したシステムと同様の手法が利用できるが，Ficon 底面の ID 識別用マーカの影響を受けてタッチ認識精度が低下してしまう．比較的大きな表示領域を持つ Ficon に対してはマーカの位置を Ficonの枠もしくはその付近に限定することで，ID 識別とタッ
チポインティングを両立できる．しかし，表示領域の小さ
い Ficon の場合はこのような解決は難しい．個々の小さい

Ficon に対して精確なポインティングが求められることは少ないが，複数個並べて表示領域を拡大した場合はやはり

図 11 立体形状を持つ Ficon への描画操作．

Fig. 11 Drawing to a 3D-shaped Ficon.

精度が求められることが考えられるため，検討が必要である．

しい．タッチやペンによるポインティング精度を保持しつつ，識別可能な ID の数を増やすためには，Cantag[16] な

6.2 デバイスを持ち上げる操作
Ficon はテーブル面に接触していなければ，映像の提示，位置・ID の認識ができなくなるため，デバイスを持ち上げて行うインタラクションには不向きである．Display

どの技術を応用し，中央の領域を広く空けたマーカ方式の利用を検討する必要がある．

7. アプリケーション

Blocks[15] のように操作デバイスに液晶ディスプレイなど

今回新しく提案したペンポインティングと Ficon の形状の映像出力装置を搭載することによってそれらは解決可能

加工を組み合わせたインタラクション手法をアプリケー

だが，これらは充電池を必要とする．

ションで示す．

6.3 識別可能な ID の数

7.1 ゲームへの応用

現在の ID 識別用のマーカはポインティングの認識精度

このアプリケーションは，複数の Ficon を使った形状入に与える影響をできるだけ少なくするために空白を多く設

力をゲームに応用した例である．平面的なディスプレイ上けている．そのため，ID の数を増やすために AR マーカに Ficon を使って地形を作り，自律移動する CG キャラクや QR コードといった一般的なマーカ方式を使うことは難タが組み上げた地形に沿って立体的な動きをする．例え© 2014 Information Processing Society of Japan105

から入射した光が屈折してしまい，光ファイバを通ってカメラまで届く光が少なくなるためである．このうち，ポイ
ンティングの認識精度の低下については，ペン先に使うLED をより強く光らせることでこの問題を解決した．
視認性について図 12 にその影響を示すが，傾斜した面を持つ Ficon はユーザ側に向けた面の映像の視認性が低下
図 12

斜めに切断した Ficon における見え方の違い．

してしまう．解決策として映像投影に使用するプロジェク

Fig. 12 The visibility issue is demonstrated. While the sur-

タの輝度を上げることも考えられるが，傾斜した面を持つ

face leaning to the far side from the camera displays

Ficon とそうではない Ficon で表示映像に輝度の差が生じ

the image clearly (left), the image on the surface close
to the camera is unclear (right).

てしまうため，単純な解決は難しい．しかし，視認性が低下しているものの，投影された映像が何を示す映像である

表 1

Ficon に映した映像が認識可能な視野角．

かれた Ficon 表面に投影された映像の意味をユーザが確認

Table 1 View angle(degree)where the image of Ficon is recognized.
Shape

flat

かを確認することはできる．そこで，ディスプレイ上に置することができる角度を検証するために実験を行った．

hemisphere8.1 実験内容

Fiber

1mm

0.5mm

1mm

0.5mm

numeric

150°

156°

124°

152°

本実験では，図 2 に示した表面形状と構成する光ファイ

character

146°

154°

118°

134°

バの径が異なる 4 種類の Ficon を試験した．これは光ファ

photo

142°

152°

118°

142°

イバの太さと Ficon の表面形状がどの程度視野角に影響を与えるかを検証するためである．

ば，キャラクタと敵との接触を避けるために，Ficon で橋を作ることで，接触を回避することができる (図 9)．

被験者は自分の視点の代わりとなるカメラからの映像を別モニタから見る．カメラは Logitech 社の HD Pro We-

Ficon は立体的な映像提示と地形を直接手で触れて組み

bcam C910 を用いた．最初，カメラはディスプレイの脇立てるタンジブルな操作を両立しており，入出力空間が一に Ficon の天面と水平になるように設置されており，この致した直感的なインタラクションが可能である．

カメラは常に Ficon を中心に捉えるようにしながら徐々に上に動かす．被験者が Ficon 上に表示された映像を確認で7.2 ペイントアプリ
図 10 は Ficon の形状入力とペンポインティングを組みきた時点でカメラの動きを止め，カメラの止まった位置，

Ficon の天面，カメラの初期位置から視野角を求めた．

合わせることで，Ficon に直接描画を行うアプリケーショ

被験者は 20 代男性 2 人，Ficon に投影させる映像は画ンである．指先でのタッチによるペン描画と比べて，ここ

像・平仮名・数字の 3 種類で行った．これは画像情報と文で利用できるペン先は細いので，細かいストロークでの描字情報とで視野角に差異ができるかを確認するためであ画が可能になる．また，Ficon の固有 ID 識別が可能になっる．また画像情報では色から画像を特定できないように，たことで，描画された Ficon がテーブル上から取り除かれ画像はすべてグレースケール画像に変換して表示した．各ても，再びテーブル上に配置された時に取り除かれる前の種類共に著者が用意した映像をランダムに表示させ，その描画結果をそのまま Ficon に表示することが可能になる．

最小の視野角を計測した．画像・平仮名・数字の映像をそ

これを利用すれば，図 10 のように，部位ごとにペイント

れぞれ 5 回ずつ計 15 回，用意した 4 種類の Ficon に表示を行った後に，Ficon を配置しデザインすることができる．

させ実験し，その平均を取った．

また，立体形状を持つ Ficon に対してペンを使った描画を行った例を図 11 に示した．マウスを使った GUI では煩
雑な 3 次元オブジェクトに対する描画を簡単に行うことができる．

8. 光ファイバの屈折による影響

8.2 結果と考察
Ficon の種類と表示映像を変えて計測した視野角を表 1にまとめた．この表には二人の被験者から得られた視野角の平均を記している．

1mm 径の光ファイバでは，立体形状を持たない Ficon

光ファイバ表面の光の屈折はペンやタッチポインティン

に対し，立体形状を持つ Ficon の視野角は狭く，視認性がグの認識と Ficon に映し出す映像の視認性の両方に悪影響悪くなる．しかし，0.5mm 径の光ファイバでは，提示映像を与える．特に，斜めに切断された光ファイバにおいて顕に文字を用いた場合を除けば，立体形状を持つ Ficon は立著で，カットした面に対するペンやタッチポインティング

体形状を持たない物に比べてそれほど視認性が悪くなるこ

操作の認識精度が落ちてしまう．これは斜めに切断した面とはない．これは細い光ファイバを使用した場合，表示さ© 2014 Information Processing Society of Japan106

れる画像の解像度が良くなるため映像が鮮明になり，曲面においても映像が見えやすくなるためである．また，立体謝辞

本研究は JSPS 科研費 (23700090) の助成を受けたものである．

形状を持つ Ficon に文字を映した場合，視野角が狭くなる傾向が見られる．これは一部が見えてもその文字が何を表参考文献しているかを判別するのは難しいためであると考える．例

中林 隆介，佐藤 俊樹，福地 健太郎，高田 悠太. Ficon：テーブ
ルトップシステム向けの光ファイバを用いた映像提示可能な操作 デバイス．情報処理学会研究報告 Vol.2011-HCI-144．
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えば，「は」と「ほ」の様な文字を見せた場合，一番上の線が見えなければ，どちらか判別することはできない．被験者からも「画像・数字は特徴的な部分が見え始めれば判別ができるが，平仮名は全景が見えないとわかりにくい」という意見があった．これは光の屈折が引き起こす視認性の低下ではなく，ユーザの視点に対して映像の一部が死角になってしまうことが主な要因と考える．

8.3 視認性の改善
実験の結果から Ficon に使う光ファイバの径を小さくすることが視認性の低下を防ぐ解決策の一つと言える．
しかし，この問題の根本的な要因は Ficon 天面における光の屈折の影響である．PAPILLON[9] は同様の問題をデバイスの映像表示面にディフューザを張ることで解決をしている．PAPILLON ではデバイスに対して直接プロジェ
クタを照射しているため，ディフューザによる光の減衰が解像度に与える悪影響は少ない．ディフューザを映像
表示面に張る手法は Ficon にも応用できるが，表示映像の解像度の低下を考慮する必要がある．Ficon に適切なディフューザの検証を今後行っていく．
また，Ficon 天面で光が屈折する向きをコントロールできるような形状加工の可能性がある．図 7 左のように映像
提示面の法線方向に光ファイバが並ぶように Ficon を配置
すると，視認性の問題がある程度解消されることが分かっている．従って，光ファイバを曲げたり，斜めにすること
で視認性の低下を避けつつ，映像提示方向を変えるアプ
ローチも考えられる．

9. まとめと展望
本稿では映像表示が可能なテーブルトップデバイス”Fi-con”の ID 識別とペンポインティングを可能にした．特に立体形状加工を施した Ficon の製作方法とその有用性を示し，立体形状を持つ複数の Ficon とペンポインティングを組み合わせたインタラクションをアプリケーションの章で例示した．表面形状と光ファイバ径を変えた 4 種類のFicon を用いて Ficon の視野角について検証し，天面に立体形状を持つ Ficon は立体形状を持たない Ficon と比較して視野角が小さくなる傾向がある，という結果を得た．今[1]後の課題として Ficon の視認性の問題を解決するような形状加工の研究も行っていく．また，ペン入力に使う赤外波
長帯をタッチ認識にも応用し，よりロバストなタッチポイ
ンティングを実現する．

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