情報処理学会 インタラクション 2016
IPSJ Interaction 2016

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携帯端末を利用するアドホックな対面協調作業のためのカメラを活用した方向認識手法
塩見 和則1

高田 秀志2

概要：スマートフォンやタブレット端末を持ち寄って行う対面協調作業では，端末に保持している電子デー
タや Web 検索をして収集した情報をその場で相手に共有したくなるような場面がある．このような場面において，参加者間で容易に情報を共有できるようになると，円滑に作業を進めることができる．これまでに，参加者間の情報共有支援として，固定機器を利用した環境が提案されているが，前触れなく発生するアドホックな対面協調作業では，あらかじめ作業場所を予測することができないため，各参加者が所持している端末間で情報共有を支援することが望ましい．本研究では，参加者が所持している端末の画面上で指をはじく操作 (フリック操作) による情報送信方法に着目した上で，他端末の方向を認識するための手法を提案する．提案する方向認識手法では，端末内蔵のカメラとセンサを活用しており，端末同士を互いのカメラに映るように向き合わせるだけで方向認識が可能である．本手法において，フリック操作によって期待した相手にどの程度情報を送ることができるかを評価したところ，正しい相手に送ることができる割合が最大で 70%程度であった．また，送信先の決定方法を見直すことにより，送信精度の向上が見込めることがわかった．

An Orientation Recognition Method Leveraging a Camera Device for
Ad Hoc Collocated Cooperative Work Using Portable Terminals
Shiomi Kazunori1

Takada Hideyuki2

Abstract: Ad hoc face-to-face cooperative work using multi-touch devices has the opportunity to shareuseful information collected by doing Web search. In this work, people can perform decision making andagreement formation quickly among workers by enabling a user to share digital content instantly. Althoughprevious studies have provided an environment to support information sharing with fixed instruments, it is
not possible to create such an environment anywhere. We present a method to detect a portable terminal
orientation using camera image and sensors, and to send information by flicking toward the direction to a
co-worker as a receiver. This method enables to recognize a portable terminal orientation without using
peripheral devices. An experiment to evaluate how correctly users can send information to others by flicking
operation shows that the information can be sent to a correct receiver successfully at most 70% approximately.
In addition, it is found to be possible to raise the successful rate by improving the method of determinationof destination terminal.

1. はじめに
近年，スマートフォンやタブレット端末といったタッチパネルを搭載した電子端末が普及し，複数人が同一空間上に集まって行う対面協調作業にこれらの端末が利用される機会が増えてきた．このような端末を利用する対面協調作業では，端末が保持している電子データや Web 検索をして1

2

立命館大学大学院 情報理工学研究科
Graduate School of Information Science and Engineering,
Ritsumeikan University
立命館大学 情報理工学部
College of Information Science and Engineering,
Ritsumeikan University© 2016 Information Processing Society of Japan

収集した情報をその場で相手に共有したくなる場面が多く見られる．そのような場面において，各参加者間で容易に情報を共有できるようになると，円滑に作業を進めることができ，意思決定や合意形成の効率の向上が期待される．

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対面協調作業の情報共有支援としては，WeSearch[1] のようにテーブルトップ PC を利用した環境が提案されている．また，Kinect のような外部機器を利用して端末の動きを検出することによって情報共有を支援する環境 [2] も提案されている．しかし，前触れなく発生する対面協調作業
では，作業場所をあらかじめ予測することが不可能である
ため，固定された機器ではなく，各参加者が所持している端末で情報共有支援を行うことが望ましい．

図 1

対面協調作業の分類と特徴

端末間の情報共有において，Apple 社が提供しているAirDrop や Android 端末に搭載されている Wi-Fi Direct発生するため，予期されている対面協調作業と言える．一を利用する方法があるが，送信毎に送信相手を選択する必方で，同じ目的を持った人間が必要に応じて集まり，偶発要があり，煩雑な操作を要する．そこで，本研究では，端的に行うアドホックな対面協調作業がある．これらの対面

末の画面上で送信する相手の方向に指をはじくフリック操協調作業の特徴として，予期されている対面協調作業は，作に着目した上で，他端末の方向を認識するための手法に同一空間内に多くの参加者が存在し，作業時間が長い場合ついて検討を行う．フリック操作による情報送信は，直感が多い．これに対して，アドホックな対面協調作業は，参的に送信先の指定を可能にするが，各端末がどの方向に存加者の人数が比較的少なく，作業時間が短い場合が多い．

在するのかといった端末間の位置関係を送信元の端末にあ森岡らは，アドホックな対面協調作業の特徴を Nomadic

らかじめ認識させておく必要がある．

Collaboration として，以下のようにまとめている [5]．

参加者自身が端末間の位置関係を手動で設定すること• 時と場所を選ばず，偶発的に行われるで，フリック操作による直感的な情報送信を実現するシス• 参加者同士は双方向にコミュニケーションをとる

テムが存在する [3][4] が，手動による位置関係の設定は人• 交換される情報は簡易なものである的要因により，実際の参加者の位置とは異なる位置を設定

このような特徴から，アドホックな対面協調作業では，する場合も考えられる．その場合，期待した相手に情報が近接無線通信を活用した情報共有支援ツールを利用するこ送信されず，参加者間の円滑なコミュニケーションが損なとが多い．例えば，Apple 社が提供している AirDrop があわれる．既存の端末間の位置関係の設定に関する研究は，るが，送信先の端末を選択するときに，あらかじめ端末名共有机が存在する，各参加者が対面しているといった条件を知る必要があるのに加え，送信毎に送信相手を手動で選が必須であり，利用できる場面や場所が限定されている．

択する必要がある．また，AndroidBeam は，端末同士をそこで，本稿では，各参加者が所持している端末に搭載接触させる必要があるため，物理的に離れた参加者同士でされているカメラとセンサを活用した方向認識手法を提案は利用できない．このような点から，アドホックな対面協する．提案する手法では，自身の端末を相手の端末の方向調作業では，情報共有支援が十分ではないと考えられる．に向け，端末のカメラが撮影する範囲に相手の端末が含まれた時に端末の認識を行う．また，端末を認識したときの自身の端末の向きを相手の端末との相対角度とすることで他端末の方向認識を可能にする．さらに，方向を認識をした端末に対して，フリック操作による情報送信を可能とする．

2. 携帯端末を利用する対面協調作業
2.1 対面協調作業の分類と情報共有支援

2.2 関連研究
これまでに，対面協調作業を対象に，情報共有支援を目的にした研究が行われている．

SurfaceLink[6] は，端末が並べられた机上で手を擦ることにより発生する音と振動から送信端末と受信端末を特定することで，端末間での情報の送受信を実現している．

HoverLink[7] は，端末同士を接触させたときの加速度の変化を利用したペアリング手法を提案している．いずれの研コンピュータにより人間の協調作業を支援する

究も，端末が平面に接地している状態にあることが前提とCSCW(Computer-Supported Cooperative Work) の分野なっているため，共有机上での作業を想定したシステムとにおいて，協調作業は場所の同一性に基づいて，対面協調言える．企業が実施するグループディスカッションや，学作業と分散協調作業に分類される．対面協調作業は，互い校におけるグループワークのような，予期された対面協調に行動が目視できる距離で行われる協調作業であり，参加作業の場では，共有机があらかじめ用意されていることが者は身振りや視線などのノンバーバルな情報を容易に利用一般的であるため，端末を平面に接地することは可能であ可能である．また，対面協調作業は，図 1 に示すように「作る．しかし，アドホックな対面協調作業では，共有机が存業発生の規則性」に基づいてさらに分類できる．学校の授在しない場合も考えられ，その場合は端末を把持する必要業やオフィスの会議で行われる対面協調作業は，定期的にがあるため，これらのシステムを利用することができない．

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図 2

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図 3

複数人のインタラクションにおける身体配置

RealSense[8] は，端末に内蔵されている方位センサで周辺端末との相対角度を認識した上で，スワイプ操作による情報共有を実現している．また，情報共有に要する時間を計る実験において，スワイプ操作による情報共有の有用性を明らかにしている．しかし，各参加者が対面でかつ，円カメラによる端末検出益性に関する評価を行っていく．

3. 携帯端末のカメラを利用した方向認識手法
3.1 要求事項
本研究で提案する端末のカメラを利用した方向認識手法

形状に並んでいる場合のみ利用可能であり，参加者の配置の要求事項は以下の 3 つである．に制約がある．複数人によるインタラクションでは，各参精度加者の間に一定の空間を維持しながら，異なった身体配置参加者の方向を正確に認識可能であり，期待した相手を取る F 陣形と呼ばれる概念が存在する [12]．図 2 に示す

へフリック操作による情報送信が可能であること

ように，F 陣形には参加者同士が対面するような形の他にも，並んで同一の方向に身体を向ける形があるため，その場所的制約の解消
共有机の有無や屋外・屋内に関わらず方向認識が可能

ような参加者の配置を考慮する必要がある．Orienteer[9]であること

は，端末利用時に背面カメラが下を向く現象を利用してお形状制約の解消

り，カメラの映像から各参加者の足の向きを検知することで各参加者の方向を認識している．しかし，Orienteer で対面や横並びなど，参加者の身体配置に関わらず方向認識が可能であること

は，各参加者の位置情報を GPS から取得しているため，屋本研究では，参加者が持つ端末さえあれば実現可能な方内での利用が困難である．アドホックな対面協調作業は，向認識機構を構築する．また，フリック操作による情報送屋内や屋外に関わらず発生するため，作業場所に関わらず信機構を構築する．

利用可能なシステムが必要である．
この他に，AirLink[10] は，音の周波数の変化を利用することで，空中でのジェスチャ操作による端末間の情報共有を実現しているが，バッテリー消費量の問題が示唆されている．

3.2 システム概要
3.2.1 近隣端末の方向認識
フリック操作のような直感的なジェスチャ操作による情報送信を実現するためには，各端末が存在する方向を認識

これらを踏まえ，アドホックな対面協調作業において参させておく必要がある．本手法では，図 3 のように，各参加者の配置や作業場所に依存せず，参加者間の情報共有を加者が所持している端末同士を互いのカメラに映るように支援するために，端末内蔵のカメラとセンサを用いた方向向き合わせた時，端末は相手が存在している方向を向いて認識手法を提案する．また，情報送信の方法として，端末いることを利用する．ここでは，端末に搭載されているカのタッチパネル上で画面上のコンテンツをはじく操作であメラで相手の端末を認識した時に OS から取得できる向きるフリック操作を適用する．ここでは，送信元の携帯端末の情報を相手端末との相対角度とする．の画面上で送信相手のいる方向へフリック操作をすること

また，フリック操作で情報を送信する場合に，自身の端で，直観的に送信先を指定して情報送信する方法を用いる．

末を送信する相手の方向に向けることが考えられる．このShuriken[11] では，端末内蔵の方位センサと端末間の RSSI

とき，自身の端末と他端末の位置関係が変わるため，端末を利用した方向認識を実現しており，本研究で対象とするの向きの変化から位置関係の調整を行えるようにする．

要件を満たしている．しかし，方向認識の精度や実際に対3.2.2 フリック操作による情報送信

面協調作業に適用した際の有益性に関する評価は十分に行複数人が同一の場所に集まって Web 検索を行う作業にわれていない．本研究では，参加者の配置や作業場所に依おいて，他の参加者にとって有益そうな情報を見つけた場存しない方向認識手法を実現した上で，精度評価および有合や，自分が調べた情報を伝える場合に参加者間で情報を© 2016 Information Processing Society of Japan919

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共有する．また，自身の端末が保有している写真といった電子データを他者に共有する場面がある．提案する手法では，フリック操作による角度とカメラにより認識した各端末の相対角度を比較することで送信先の端末を決定する．

3.3 実装3.3.1 近隣端末の方向認識
本手法では，方向認識を行う端末として，Apple 社のiPad を利用する．また，iPad 間の P2P 通信を実現するた
めに，MultipeerConnectivity フレームワークを利用する．
さらに，マーカレスの画像認識を行うために metaioSDKを利用する．ここでは，iPad に搭載されているカメラで認識対象となる画像を映すことで端末の検出を行う．本手法

図 4 フリック操作による角度

では，認識対象として，Apple ロゴの画像をあらかじめ登録している．対象の画像を認識したとき，CoreMotion フ

表 1 最大値と最小値

レームワークから得られる 3 軸角度センサの yaw 方向の値

LPU LPFPU RPRPを，検出した端末との相対角度として取得する．取得した

最大値

−67.0

−31.4

5.643.189.0

相対角度は，端末から見て正面を 0°とし，右方向に正の最小値−89.0−47.8

−12.5

26.0

61.7

角度，左方向に負の角度を割り当てる．また，端末の向きに合わせた位置関係の調整を行うために，常に yaw 方向の値を取得し，設定した相対角度に反映させる．

ションセンサの精度に委ねるところが大きい．
そこで，本手法を適用したグループ形成が行われること

また，複数の端末から，互いにカメラで認識している端を想定した仮想環境下で，モーションセンサを利用した端末を特定するために，カメラで端末を認識したときに通知末の方向認識を行う．本実験で構築した仮想環境では，5 つ情報を送信する．本手法では，カメラで端末を認識していの方向 (右，右上，正面，左上，左) に iPad を図 5 のようにる状態を端末認識状態，認識していない状態を端末非認識配置している．カメラにより方向認識を行う Scan Peer に状態とする．カメラによる認識が行われると，認識した端対して，他の iPad との距離は 30-45[cm] である．また，正末は認識開始時の時刻を自身の端末に記録した上で，他端面の iPad を 0◦ ，右上と左上の iPad を ±30◦ ，左右の iPad末に通知情報を送信する．通知情報を受け取った端末は，を ±90◦ の角度で配置している．

自身が端末認識状態である場合，通知を受け取った時刻と実際に本手法を適用する際，カメラにより端末を認識す自身の端末で記録している時刻から差分を算出し，相互認る順序は多様であると考えられる．そこで，本実験では，識時間とする．算出した相互認識時間が設定した閾値を超右回り (左→左上→正面→右上→右)，左回り (右→右上→えている場合，対面にいる端末として特定する．

正面→左上→左)，振り子状 (正面→左上→右上→左→右)

3.3.2 フリック操作による情報送信の 3 つの順序でカメラによる認識を，各順序に対して 30

図 4 のように，フリック操作による角度 θF lick は，画面をタッチした際に発生するタッチイベントから始点と終点回ずつ合計 90 回行う．

4.1.2 実験結果の座標を取得することで計算する．得られたフリック操作

試行ごとの計測値を図 6 ，各方向に対する最大値と最小による角度と，送信元の端末と各端末との相対角度の差分値を表 1 に示す． 結果から，左右の端末に対するセンサを取り，最も差分値が小さい端末を送信先の端末に決定すの計測値は，他の方向の計測値に比べてばらつきが大きくる．ただし，誤って端末が存在しない方向にフリック操作なったが，概ね正しい方向が認識できていることが確認でをした場合，いずれかの端末に送信されてしまうのを防ぐきた．

ため，閾値をあらかじめ設定しておき，差分値が閾値を上回る場合は送信しないようにする．

4. 評価実験

4.2 フリック操作による情報送信の正確性
4.2.1 実験内容
本手法で適用している情報送信では，送信する相手の方

4.1 方向認識の精度向を意識して，タッチパネル上でフリック操作を行う．本4.1.1 実験概要

実験では，被験者に本手法による方向認識を行ってもらい，本手法において，端末の方向認識は，端末内蔵のセンサ各端末との相対角度を取得する．また，フリック操作によの値に基づいている．そのため，本手法の実現性はモーる情報送信を行ってもらい，フリック角度を取得する．そ© 2016 Information Processing Society of Japan920

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図 5163B38
2016/3/4(a) 遠距離条件

仮想環境(b) 中距離条件
図 6

試行ごとのモーションセンサ値の上で，取得したそれぞれの角度を本手法に適用することで，送信したい相手に正確に情報送信できるかを定量的に評価する．
具体的な実験内容は，以下のとおりである．まず，被験者に 3 つの方向に配置された iPad に対して，本手法による方向認識を行ってもらう．次に，被験者の端末上に表示されたオブジェクトを指示された方向にフリック送信して(c) 短距離条件

もらう．

図 74.2.2 実験環境

配置条件

本実験における被験者は，大学生および大学院生 25 名である．被験者は，日常的にスマートフォンを利用しており，画面上でのタッチ操作には慣れている．
図 7 に被験者および端末の配置を示す．本実験は，各参加者間の距離を考慮した 3 通りの配置条件で行う．各配置条件では，端末 A，端末 B，端末 C の 3 台の iPad を机上に配置している．3 台の iPad 間の距離は，(a)25cm，(b)15cm，(c)5cm である．さらに，利用端末に対して，端末 A と端末 C は，(a)±35◦ ，(b)±25◦ ，(c)±15◦ の角度で配置している．

4.2.3 実験手順

図 8

フリック送信時の端末画面

被験者は，利用端末を用いて端末 A，端末 B，端末 C の順序でカメラによる方向認識を行った上で，利用端末を元タッチ操作で動かすことが可能となっており，指が離されの位置に戻す．次に，各方向に配置された端末に対して，ると元の位置に戻るようになっている．以上の手順を遠距

フリック操作による情報送信を行う．どの端末に向けてフ離条件，中距離条件，短距離条件の順序で行う．

リック操作を行うかについては，図 8 のように，送信する

4.2.4 評価方法

端末の指示が画面上に表示される．被験者は，指示された評価は，本手法で取得した各端末の相対角度とフリック端末に対象オブジェクトが届くように意識しながら，フ角度を比較することで行う．本実験では，以下の 3 つの指リック操作を行う．図中のフリック対象オブジェクトは，標を定義する．

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表 2 各端末の相対角度の平均と標準偏差

PPPP
位置PPP
配置条件
PP

端末 A

端末 B

端末 C

遠距離

24.0(3.2)-4.3(2.7)-35.5(2.9)

中距離

19.0(3.9)-4.1(3.0)-30.5(3.7)

短距離
8.1(4.0)-6.1(3.0) -22.2(3.6)
表 3 フリック角度の平均と標準偏差
PPPP
位置
PP
端末 A
端末 B
端末 C
PP
配置条件
P
図 9

フリック送信の結果

成功回数

遠距離

48.1(9.0)

1.4(4.3)

中距離

38.5(9.7)

0.9(2.3)-37.6(7.4)

短距離

30.0(9.4)

1.0(6.2)-28.4(10.2)-46.1(8.2)

指示された端末に送信された回数
非存在回数

A と端末 C のように片方に別の端末が存在しない場合，そ端末が存在しない方向にフリック操作を行った回数のような注意を十分に払うフリック操作が必要ないため，誤り回数

非存在回数が多くなったと考えられる．このことから，各指示された端末とは異った端末に送信された回数

端末に同じ閾値を設定するのではなく，例えば，他の端末

本実験では，フリック操作が行われた方向に端末が存在が存在しない側の閾値を大きく設定するなど，認識した端◦◦◦しているかを判定する閾値として，10 ，15 ，20 を設定末の位置にあわせた適切な閾値の設定方法を検討する必要

し，各閾値および各配置条件ごとに評価を行う．

がある．

4.2.5 実験結果

誤り回数は，近距離条件が他の 2 つの条件に比べて著し

各配置条件と各閾値における成功回数，非存在回数，誤く多くなったが，実際の対面協調作業においては，参加者り回数の結果を図 9 に示す．今回の実験の各閾値におい同士が近距離条件のように密接することは考えにくい．し◦て，3 つの配置条件を合計した成功割合は，閾値 10 の場たがって，近距離条件で誤り回数が多くなったことに関し

合は 49.2%，閾値 15◦ の場合は 61.1%，閾値 20◦ の場合はては，実用上問題にはならないと考えられる．

70.2%であった．また，各配置条件において，各閾値を合計した成功割合は遠距離条件が 58.7%，中距離条件が 70.3%，短距離条件が 51.4%であった．

本研究では，対面協調作業のなかでも特にアドホックに

各閾値における 3 つの配置条件を合計した非存在回数の◦5. おわりに◦発生する対面協調作業を対象に，端末間の情報共有支援と◦して，端末内蔵のカメラとセンサを用いた方向認識手法をは 22.8%であった．また，誤り回数は，遠距離条件と中距実現した．本手法は，作業場所や各参加者の配置に依存し離条件では 10 回前後であった．一方で，短距離条件では，ないという点で有用であると考えられる．また，端末内蔵いずれの閾値においても 100 回以上となり，他の 2 つの条のセンサを用いた方向認識の精度と，フリック操作による件に比べて顕著に多くなった．

情報送信の正確性に関する評価実験を行った．その結果，割合は，閾値 10 は 44.5%，閾値 15 は 32.4%，閾値 20

さらに，本手法により得られた各端末の相対角度の平均正しい相手に送信できる割合は最大でも 70%程度であること標準偏差を表 2 に，被験者によりフリックされた角度のとが分かった．今後は，より高い精度で方向認識が可能な平均と標準偏差を表 3 に示す．この結果から，特に，両端閾値の設定方法を検討するとともに，実際に対面協調作業に配置した端末 A と端末 C において，本手法により得たに適用した際のユーザに掛かる負荷を評価することで，本端末の相対角度とフリック角度に大きな差異があり，成功手法の有益性を明らかにする．

率を下げていることが分かった．

4.2.6 考察
実験の結果，最も成功回数が多い閾値 20◦ の場合においても，成功回数の割合は 7 割程度であり，我々が期待した

謝辞
本研究は JSPS 科研費 25330249 の助成を受けたものである.

ほど高い数値が見られなかった．その要因としては，両端に配置している端末に対する相対角度とフリック角度に差参考文献

異が生じたことにより，非存在回数が多くなったことが挙[1]げられる．端末 B に送信する場合，両隣の端末 A や端末 Cに誤って送信しないように注意を払う必要があるため，慎重にフリック操作をすることが考えられる．一方で，端末© 2016 Information Processing Society of Japan[2]

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