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

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航空路マウス：親指ジョイスティックでのターゲット方向指示によるポインティング高速化手法
中辻 智裕1,a)

山本 景子1,b)

倉本 到1,c)

辻野 嘉宏1,d)

概要：ポインティングの高速化を目的として，本稿では「航空路マウス」を提案する．航空路マウスでは，マウスの親指を添える位置に取り付けた小型ジョイスティックをカーソルの現在位置から見てターゲットの方向に倒す事によりターゲットへの移動を行う．また同じ方向にオブジェクトが複数ある場合，遠い方のオブジェクトへの移動は，この操作を繰り返すことで行う．これにより，ターゲットへの移動時間を短縮することを目指す．この手法を評価するため，被験者に操作に十分慣れさせた上で，航空路マウス，バブルカーソル，Delphian Desktop，ポイントカーソルで比較実験を行った．その結果，航空路マウスはほぼ全ての配置で既存手法より有意に速くターゲットを選択することができた．またそれ以外の配置においても既存手法より有意に遅くなる結果は見られなかった．

Airway Mouse: A Mouse with a Thumb Joystick to Input
Rough Direction Towards a Target
Tomohiro Nakatsuji1,a)

Keiko Yamamoto1,b)Itaru Kuramoto1,c)Yoshihiro Tsujino1,d)Abstract: In conventional pointing device such as a mouse, it takes long time when the target object is smallor the distance between the target object and the current cursor position is large. To solve the problematic
situation, we propose the new pointing device named “Airway Mouse,” which is a mouse with a small joystickunder the position of the thumb when a user grabs a mouse. When the user taps the joystick to input the direction towards a target object, a cursor jumps to the target object. When there are several objects between
the target object and the current position of the cursor, the user can select the target object by carryingout repeatedly this operation on the intermediate non-target objects till the target object is reached. Thistechnique can reduce the time to select a target object. We conduct an experimental evaluation of Airway
Mouse compared with the conventional pointing cursor and two practical pointing techniques for reducing
the time to select a target object, which are Bubble Cursor(BC) and Delphian Desktop(DD). As the result,
Airway Mouse is significantly faster than these techniques in all experimental arrangements of object except
the arrangements of objects in which BC and DD have their own advantages of target acquisition. Howeverin such cases, the target selection time with Airway Mouse can keep up with them.

1. はじめにためには，ユーザはターゲット上の領域までカーソルを移動させなければならない．つまりポイントカーソルでオブコンピュータのグラフィカルユーザインタフェースジェクトを選択できる領域はオブジェクト上である．Fitts（GUI）環境において，ターゲットの選択には一般的にはの法則として知られているように，画面上のカーソルの位ポイントカーソルが使われている．ポイントカーソルで目置とターゲットの位置が離れているほど，ユーザはカーソ標となるオブジェクト（以降「ターゲット」）を選択する

ルを長い距離にわたって移動させる必要があり，またター

1

ゲットが小さいほどターゲット内にカーソルを入れるのがa)
b)
c)
d)

京都工芸繊維大学
nakatsuji@hit.is.kit.ac.jp
kei@kit.ac.jp
kuramoto@hit.is.kit.ac.jp
tsujino@kit.ac.jp© 2016 Information Processing Society of Japan

難しく，ターゲット選択に時間がかかる問題がある [1][2]．
本稿ではこの問題を解決し，将来のディスプレイの大型980

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2016/3/4化に対応するために，ターゲット選択のためのマウス移動の必要性を排し，カーソルの現在位置から見たターゲットの方向を直接指示することでカーソルをターゲットまで瞬間的に移動（ジャンプ）させる新しいポインティング技法である「航空路マウス」を提案する．
航空路マウスでは，マウスに取り付けたジョイスティッ
クを倒すことによりターゲットの方向を指定することで，カーソルをターゲットまでジャンプさせることができる．
そうすることでターゲットの選択にかかる時間を短くすることを目指している．

図 1 航空路マウスのデバイス

Fitts の法則に基づいた問題の解決方法は大きく分けて
2 種類ある．一つ目はマウスの移動距離を短縮する手法でより速くポインティングができることが明らかになってあり，カーソルの位置に一番近いオブジェクトを選択できいる．しかし，固視微動や計測誤差のために，小さなオブるバブルカーソル [3] や，マウス移動による情報からタージェクトの選択には向かない．またメガネなど目を覆うもゲットまでの距離を予測してカーソルをターゲットの位置のをつけると計測誤差が大きくなりやすくなったり，頭部まで移動させる Delphian Desktop[4]，Drag and Pop[5] な位置をある程度固定しなければならなかったりするなどのどがある．航空路マウスはマウス移動の必要性自体をなく問題も存在する．

す手法であり，これらマウス移動距離を短縮するものとはアプローチが異なる．
二つ目はカーソルが勢い余ってターゲットを通りすぎて

2. 航空路マウス
2.1 概要からクリックしてしまうエラーを起こりにくくする手法で航空路マウスはターゲット選択にかかる時間を短縮するあり，Sticky Icon[6]，Birdlime Icon[7] や Semantic Point-ことを目指し，マウスにジョイスティックを付け加えたデing[8] などがある．これらは，実効的にオブジェクトサイバイスを用いる新たなポインティング技法である．このデズを大きくする手法である．航空路マウスではマウスを移バイスは図 1 に示すマウスの親指を添える位置に小型の動させずにカーソルをターゲットに移動させられるため，ジョイスティック（親指ジョイスティック）を付けたもの

この種のエラーは起こらない．

である．

航空路マウスのようにマウスに入力用の部品を取り付親指ジョイスティックを倒すことで，倒した方向に対応ける手法にはマウスにタッチディスプレイを取り付けたしたオブジェクトの中心にカーソルをジャンプさせること

LensMouse[9] が存在する．この研究ではディスプレイ内のができる．図 2 のように，カーソルの位置を中心として領ターゲットであれば素早く選択できるが，注視すべきディ域を扇状に分割し（詳しくは 2.2 に詳述），その扇形領域のスプレイが分断されてしまう問題がある．

中にあるオブジェクトとそれぞれ対応付ける．この扇形領

また航空路マウスと同様に，カーソルからのオブジェク域を以降「オブジェクト方向域」と呼ぶ．ジョイスティッ

トの方向に着目してターゲット選択時の操作量を低減しよ

クをカーソルの位置からそれぞれのオブジェクト方向の側うとするものに，Beam Cursor[10] や Vacuum[11] がある．

へ倒すと，対応したオブジェクトにジャンプできる．

これらはタッチディスプレイでスタイラスを使う環境でのこのとき，オブジェクト方向域の角度が小さくなりすぎ使用を想定しており，スタイラスでターゲットをできるだないようにするため，カーソルから遠い位置のオブジェク

け身体に近い位置でタッチして選択するための手法であトにはオブジェクト方向域を与えないようにする．以降，る．よってタッチディスプレイ以外の GUI 環境で使うこ

この時の閾値となる角度を「最低オブジェクト角度」と呼とは想定されていない．

ぶ．このようなオブジェクト方向域を持たないターゲット

他にターゲットの座標を直接指定してターゲットを選択への移動は，図 3 のように，ジョイスティックを複数回倒することでマウス移動を必要としない手法として，手にすことで，つまりカーソルの初期位置とターゲットの間持ち空中で操作するリモートポインティングデバイス [12]のオブジェクトを複数個経由することで行う．なお，一回や，アイトラッカにより視線を使ったターゲット選択手ジャンプさせた後は，ジョイスティックが初期位置に戻る

法 [13] がある．リモートポインティングデバイスは，空中ため，すぐに次のジャンプができる状態になる．

で操作するためボタンを押した時や停止時にブレが発生す

例えば図 4 のようなオブジェクト配置の場合を考える．

るため，細かい操作が難しいことや，腕の疲労が大きくな

複数回ジャンプさせることにより，ターゲットとの間にあるために，長時間の操作には向かないなどの問題がある．

る他のオブジェクト（例えば図 4 中のÃ）を経由すること

一方アイトラッカによる手法は従来のポインティング技法になる．この動作を以降では「中継」と呼び，中継するオ© 2016 Information Processing Society of Japan981

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オブジェクト方向域

オブジェクトとオブジェク
ト方向域の関連付け

焦点に近い方のオブジェクト

オブジェクト方向域
オブジェクトへ引いた補助線

焦点から遠い方のオブジェクト

オブジェクトオブジェクト方向域とオブジェクトとの対応付け

図 2

航空路マウスのオブジェクト方向域の分割例

オブジェクト方向域が割り当てられていない

ジャンプの軌跡
オブジェクト方向域
オブジェクト

図 5 2 個のオブジェクトが焦点から同方向にあるときのオブジェク
ト方向域の割り振り

中継オブジェクト
ターゲット

2.2 オブジェクト方向域の割り当て
オブジェクトにオブジェクト方向域を割り当てる手順を以下に示す．

( 1 ) ( a ) カーソルの位置がオブジェクト上にある場合；
オブジェクト (Of ) の中心を焦点とする( b ) カーソルの位置がオブジェクト上にない場合；
カーソルの位置を焦点とする
図 3

オブジェクト方向域が割り当てられていないオブジェクトへの中継による移動例( 2 ) オブジェクトの集合 Sa ，Sb を作る．Sa は Of を除く全てのオブジェクトを含み，Sb は空集合である( 3 ) Sa に含まれるオブジェクトの中で焦点に最も近いオ
オブジェクト方向域
オブジェクト( 4 ) ( a ) Sb が空集合でない場合；

オブジェクト方向域とオブジェクトの対応付け( i ) Sb ∪ {On } に含まれるオブジェクト群に対して，焦点とオブジェクトの中心との間に直線最低オブジェクト角度以下

2ブジェクトを On とし，On を Sa から除く

54を引き，隣り合う直線同士が成す角の 2 等分線（オブジェクト境界線）を焦点から引く( ii ) どの隣り合う 2 本のオブジェクト境界線をとっても最低オブジェクト角度以下にならな

3
オブジェクト4と5の方向の成す角の二等分線

図 4

オブジェクト方向域決定例

い場合 Sb = Sb ∪ {On } とする( b ) Sb が空集合の場合；
Sb = {On } とする( 5 ) ( a ) Sa が空集合でない場合；

ブジェクトを「中継オブジェクト」と呼ぶ．
航空路マウスでは，(中継オブジェクトの数)+1 回ジョイスティックを倒せばターゲットへ到達できる．つまり選択時間はターゲットまでの距離に比例せず，中継回数にの手順 (3) に戻る( b ) Sa が空集合の場合；( i ) Sb に含まれるオブジェクト群に対して，オブジェクト境界線を引くみ依存することがわかる．このとき，中継オブジェクトに( ii ) Sb に含まれる各オブジェクトに対して，焦点ジャンプしてもカーソルからターゲットへの方向は大きくからオブジェクトの中心へ引いた線を間に挟は変わらないため，ジャンプ毎に操作を再計画する必要は

む 2 本のオブジェクト境界線のなす扇形の領なく，移動の間の思考時間は極めて小さいと考えられる．

域を，そのオブジェクトのオブジェクト方向さらに，ジョイスティックを倒すのにかかる時間は，ター域とする．ただし，焦点からそのオブジェクゲットまでの距離に関わらず小さいことが期待されるたトの中心へ引いた線がオブジェクト境界線とめ，結果として，ターゲットまでマウスを動かす場合に比重なるとき，つまり焦点から全く同じ方向にべ，ターゲットの選択にかかる時間は短縮できると予想さオブジェクトが 2 個存在するとき，図 5 のよれる．

うに焦点から遠い方のオブジェクトに対応す

なお，オブジェクトの選択はポイントカーソル同様ターゲット上で左クリックすることで行う．

© 2016 Information Processing Society of Japanるオブジェクト方向域は，焦点から見て右側とする．

982

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表 1Step #163C52
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図 4 の配置でのオブジェクト方向域決定例の過程

ProcessOfOnSa

制御点Sb

1

1.

1−−−

2

2.

1−

2，3，4，5ϕ

3

3.

1

2

3，4，5ϕ44.(b)

12

3，4，5255.(a)1

2

3，4，5263.

1

34，5274.(a)1

34 ，52，385.(a)1

34 ，52，393.

1

452，3104.(a)1

452，3，4115.(a)1452，3，4123.

15ϕ

2，3，4134.(a)15ϕ2，3，4145.(b)15ϕ− : N/A

2，3，4

補助線
オブジェクト境界線

オブジェクト図 7

補助線における二次元ベジェ曲線の制御点の求め方
航空路マウスデバイス
USB

Microsoft Basic Optical Mouse v2.0

PCUSB

サムジョイスティックArduino

図 8

航空路マウスの構成

2.4 デバイス
デバイスを含むシステムの構成を図 8 に示す．実デバイスの実装は市販のマウス（Microsoft Basic Optical Mouse）をくり抜き，内部に親指ジョイスティックの部品を埋め込んでいる．ジョイスティックは Arduino を介して縦横 2 軸の 2 値 (x, y) を返す．値はそれぞれ 0〜1023 の範囲の値をとり，初期位置で 511 を返す．入力角度の分解能は 0.11◦

図 6

航空路マウスの画面表示例

例として，図 4 に示すオブジェクト配置におけるオブジェクト方向域の対応付けの過程を表 1 に示す．図 4 の赤である．

3. 評価実験
3.1 実験設計

い破線が最終的なオブジェクト方向域とオブジェクトの対航空路マウスのターゲットの選択にかかる時間を他のポ応を示す．最後の手順 4(a) でオブジェクトÄを含めてオブインティング技法と比較し，航空路マウスの性能と有効なジェクト境界線（図 4 の破線）を作ると最低オブジェクト状況を調べる．

角度を下回る角度が発生するため，オブジェクトÄのオブ比較するのは以下の 4 種類のポインティング技法である．

ジェクト方向域は作成されない．

• ポイントカーソル（Cp ）• バブルカーソル [3]（Cb ）2.3 表示航空路マウスの画面表示例を図 6 に示す．カーソルの現• Delphian Desktop[4]（Cd ）• 航空路マウス（Ca ）在位置に白抜き矢印，オブジェクト方向域を示すためにオ

バブルカーソルと Delphain Desktop は，航空路マウス

ブジェクト境界線を赤色直線，オブジェクト方向域がどの同様に制限が少なく，一般的なオブジェクト配置に適用でオブジェクトに対応しているかを示すための補助線をカーきるポインティング技法であるため，比較対象とした．

ソル位置とオブジェクトの中心の間に緑色曲線で表示する．

ポイントカーソルと比べて，それ以外のポインティング補助線を曲線にする理由は，オブジェクト境界線とオブ技法は使い方や方針が新奇であるため，被験者には各技法ジェクトへの角度が近接している場合，補助線が直線だとによる操作が身に付くまで 3 週間練習させた上で評価をす見づらくなってしまうからである．補助線は 2 次元ベジェる．被験者は GUI 環境に慣れている大学生及び大学院生

曲線で描き，制御点は図 7 のように，対応したオブジェク12 名である．

ト方向域の角度を 2 等分した方向に焦点からオブジェクト評価のためのタスクは，それぞれのポインティング技法の間の距離だけ離れた座標に設定している．ただし，求めでターゲットを選択するものである．各オブジェクトは円た制御点が画面から外れる場合は補助線が切れてしまいオ

形で半径は 20[pixel] である．オブジェクトを円形にするのブジェクトとオブジェクト方向域の対応を示せないため，は，オブジェクトの中心からの方向に依らず等距離の位置求めた座標に最も近い画面内の座標に制御点を設定する．

からオブジェクトまでの距離が変わらないようにするため© 2016 Information Processing Society of Japan983

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表 2163C52
2016/3/4[s]配置ごとの特徴

配置名

F1F2F3F4

α1S

不必要×

無し

400

α1L

不必要×無し600

α2S

不必要×有り400

α2L

不必要×有り

600

β1S

必要

ターゲット

無し

400

β1L

必要

ターゲット

無し

600

β2S

必要

ターゲット

有り

400

β2L

必要

ターゲット

有り

600

γ1S

必要

カーソル初期位置

無し

400

γ1L

必要

カーソル初期位置

無し

600

γ2S

必要

カーソル初期位置

有り

400

γ2L

必要

カーソル初期位置

有り

600

平均
選択時
間Cp
CbCdCa

α1 L

α1 S

α2 Lタスク

図 10

α2 S
有意差あり(p<0.05)

α タスクの平均ターゲット選択時間[s]

F1 =中継の必要性
F2 =中継オブジェクトが何の周りにあるか
F3 =ターゲットの後ろのオブジェクトの有無
F4 =ターゲットまでの距離 [pixel]

平
均
選択時
間

CpCbCd
Ca

F480

80

100

β1 L

100

β1 S

β2 L
タスク

80
1007050

図 11

β2 S
有意差あり(p<0.05)

β タスクの平均ターゲット選択時間

Start[s]Start カーソルの初期位置

ターゲット
中継オブジェクト「F2=ターゲット」
中継オブジェクト「F2=カーソル初期位置」

平
均
選択時
間

Cp
Cb
Cd
Ca

後方オブジェクト「F3=あり」
単位：pixel

図 9オブジェクト配置

である．

γ1 L

γ2 L

γ1 S
タスク

図 12

γ2 S
有意差あり(p<0.05)

γ タスクの平均ターゲット選択時間

タスクを開始するオブジェクトを開始オブジェクトと呼ぶ．これを選択すると，画面に描写されているオブジェクも提案手法 Ca は Cp より速くターゲットを選択できるこトのうち一つの色が変わる．これをターゲットと呼び，ことがわかる．また図 10 より，ターゲットとカーソルの間のターゲットを選択するとタスクは完了となる．にオブジェクトがないオブジェクト配置 (α) では，Ca がこのターゲット選択タスクで使うオブジェクトの配置最も速くターゲットを選択できることがわかる．さらに，

は表 2 の下部に示す F1 〜F4 の 4 種類の特徴の組み合わせ

図 11，12 より，中継の必要なタスクの場合も Ca は多くのによる 12 種類である．図 9 にその配置を示す．図 9 では

配置で別のポインティング技法より有意に速くターゲットターゲットが右方向にあるが，この他にターゲットが下おを選択でき，またそれ以外の Cb ，Cd の選択時間が短くなよび左方向となる合計 3 種類の配置がある．よってタスクりやすい配置でも，Ca は Cb と Cd と比べてターゲット選は合計 36 通りである．実験ではポインティング技法ごと択が有意に遅くなることはなかった．に 36 通りのタスクを 2 回ずつ，合計 72 回を順序効果が出ないように行わせた．

評価のためのオブジェクト配置では中継回数は最大でも1 回であり，航空路マウスのジャンプを使ったターゲット選択にかかる時間は中継回数に依存することから，ター3.2 結果と考察ゲットまでの間に大量のオブジェクトが敷き詰められてい中継オブジェクトの配置別のターゲット選択時間の平均る配置においては操作時間が長くなることが予想される．

値を図 10，11，12 に示す．これらから，どの配置においてしかし，このような配置の場合はターゲットの近くにある© 2016 Information Processing Society of Japan984

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オブジェクトの影響でバブルカーソルや Delphian Desktopも有効に機能しないことがわかっている．また航空路マウ
スはジャンプを行わずに通常のマウス移動によりカーソルを動かすこともできるため，一定以上中継が必要でジャン[5]プが有効でない場合は，ポイントカーソル同様に扱うことで対応できると考えられる．よって実用的なオブジェクト配置においては航空路マウスは十分有効であると考えられる．また画面が大きくなりターゲットまでの距離がこれ以[6]上長くなったとしても，航空路マウスでターゲットを選択するのにかかる時間はターゲットまでの距離に影響しないので，より効果が発揮できると考えられる．

[7]

4. おわりに
本稿では，ポインティングの問題点を踏まえ，ターゲットを選択するのにかかる時間を短縮することを目指した新[8]

しいポインティング技法である「航空路マウス」を提案した．航空路マウスでは，マウスに親指ジョイスティックを付け，カーソルをジョイスティックを倒した方向にあるオブジェクトにジャンプできるようにすることで，マウス移[9]動の必要性を排し，何度かのジョイスティックを倒す操作のみでターゲットまでの移動を可能とする．その結果としてターゲット選択にかかる時間を短くすることを目指している．

[10]

航空路マウスと既存手法を用いて，ターゲットを選択するタスクを行わせる比較実験を行った．その結果，航空路マウスは多くの配置では既存手法より有意に速くターゲッ[11]トを選択することができ，またそれ以外のどのような配置においても既存手法より有意に遅くなる結果は見られなかった．このことから航空路マウスは有効であることがわかった．

[12]

今後の展開として，よりユーザの意図通りのジャンプを実現するために，オブジェクト方向域の割り当てのアルゴ
リズムの改良や，親指の身体的特性が関わりにくいトラックボールなどの方向指示デバイスによる改善を検討することが挙げられる．

[13]

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[1]

[2]

[3]

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