情報処理学会 インタラクション 2016
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イルミネーションパターンの表現を拡張する入力手法の提案
および評価に関する研究
長瀬大護1,a)

藤波 香織2,b)

概要：イルミネーションは雰囲気をより盛り上げるために様々なイベントで用いられ，装飾される場所によって多様なデザインが考えられる．市販のイルミネーション用 LED に搭載されている点滅パターンには制限が存在する．そこで，本論文は LED に対して，直感的に多様なイルミネーションパターンを入力する手法を提案する．提案手法に基づいて，LED を受光素子として用いた装置を簡略化し，スマートフォンで設定可能なプロトタイプシステムを作成し評価実験を行った結果，フィードバックが充実している「選択」→「設定」という流れの入力方法は，イルミネーションの装飾をほとんど行ったことがないユーザにとって直感的であることが明らかになった．

Customizing Illumination Patterns through Spotting with Smartphone
Nagase Daigo1,a)Fujinami Kaori2,b)Abstract: Illumination is often used to make atmosphere about various events better, and can be various
design by place which is decorated with LEDs. However, LEDs for illumination on the market have few
patterns about blinking. In this paper, we suggested input method which allows users to input various illumination patterns intuitively. Also, we experimented the customization method using a prototype system.
We define the diﬀerence between existing LED devices and proposed system to consider about quality ofproposed method from the result. A user study showed that the customization by first-spotting-next-setting
was easy for beginners.

1. はじめにザに対して点滅パターンに関する表現の幅は制限されている．また，イルミネーション用 LED に対して点滅パター

近年，様々なイベントにおいて雰囲気を盛り上げる重要ンの追加や編集を行おうとした場合，ユーザは電子回路等な要因のひとつとして，イルミネーションが用いられる．

に関する知識や技術などが必要となる．したがって，市販

特にイルミネーションに対してユーザが参加できることは，品の改良による点滅パターンの拡張は，イルミネーションイルミネーションが持つ魅力のひとつであるといわれていの表現拡張における容易な解決方法であるとはいえない．

る [1]．ゆえに，ユーザがオリジナルの点滅パターンを装飾

本研究では，イルミネーションにおける表現の自由度をできることは重要であると考えられる．しかしながら，市向上させる入力方法を提案し，プロトタイプシステムの評販されているイルミネーション用 LED にはあらかじめ定価を行う．本論文の構成について説明する．まず 1 章で本められた種類の点滅パターンが搭載されているため，ユー研究の背景と目的について述べる．次に，2 章で関連研究

12a)b)

東京農工大学大学院 工学府 情報工学専攻
Department of Computer and Information Sciences, Tokyo
University of Agriculture and Technolog
東京農工大学大学院 工学研究院 先端情報科学部門
Department of Computer and Information Sciences, Tokyo
University of Agriculture and Technology
d.nagase0220@gmail.com
fujinami@cc.tuat.ac.jp© 2016 Information Processing Society of Japanについて述べ，本研究の位置づけを示す．3 章では，新たなイルミネーションパターンの入力方法を説明する．また，

4 章ではその入力方法を実装したプロトタイプシステムの設計と実装について説明する．そして，5 章ではプロトタイプシステムを用いて行った評価実験の結果を示し，6 章
では本論文のまとめを述べる．

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2. 関連研究1 節で挙げたイルミネーションに関する問題点の解消を目指した LED の直感的な制御に関する研究は複数存在す
る．Nakata, et al は LED，光センサを一つずつ小さい基盤の上に配置し，それらをマイコンで制御するデバイスを製作した [2]．複数のデバイスを自由に配置し，プロジェクタを用いて画像を投影し，投影された範囲内のデバイスのLED を制御する構造である．また，木下らは専用プラットフォームを設計した上で，LED マトリクスにマイコンを付加し，多様な表現が可能になる点滅パターン入力シス
テムを提案した [3]．デバイスの配置と，LED の点滅に関

図 1入力フロー（左：選択→設定，右：設定→選択）する設定を入力することにより，LED の点滅パターンの表現性の向上を可能にした．
しかし，これらの研究は LED の一斉制御や LED を用いて文字などの形状をデザインすることを得意とするシステ
ムである．イルミネーションは LED に対する入力は壁面のような 2 次元的な物体への装飾だけではなく，クリスマスツリーのような 3 次元的な物体への装飾も考えられる．
前者の研究はプロジェクタを用いており出力が画像となるため，3 次元的な物体への投影は出力画像を組み合わせて

図 2

LED デバイス

LED の制御を行う必要があり，その制御は困難だと考えられる．本研究ではより細かい制御，すなわち個々の LEDパターンの詳細をこの操作でユーザが決定する．これらの制御について着目する．このとき，ユーザには複雑な操作操作を組み合わせることで，より幅広いイルミネーションや専門知識を求めないことが重要である．また，使用環境のデザインが可能になると考えられる．

として一般家庭を想定しているため，個人ユーザに対して以上は図 1 の左側に示される流れであるが，これら 2 つ高い表現の自由度の提供を目指す．さらに，クリスマスツの順番の前後を入れ替えた入力も可能である（図 1 右側）．

リーなどの 3 次元的に装飾される LED に対しても直感的すなわち，選択した LED に対してイルミネーションパターな制御を可能にすることが重要であると考える．

ンを入力する方法（左）と，ユーザはイルミネーションパ3. 入力方法の提案
3.1 イルミネーションパターン入力方法の概要

ターンを設定した後に，そのパターンを入力したい LED に対して選択する方法（右）の 2 種類が考えられる．前者はスマートフォン搭載のフラッシュライトをかざして選択す入力手法を提案する際，ユーザが扱うデバイスをひとつると，フィードバックとして白色に点滅する．そして，選に限定することで覚えるべき操作を最低限にする．そこで択された LED に対して点滅の詳細を設定する．この方法

近年，普及率が向上しているスマートフォンのみを使用すは，入力最中に設定を自由に変更できることから，特に装る [4]．スマートフォンを使用した LED 制御システムに関飾の楽しさの向上に貢献すると期待される．後者は最初にする研究 [5] や製品 [6] が存在することから，その妥当性も点滅の詳細な設定を行った後，フラッシュライトをかざし伺える．て選択された LED に対して，設定に基づいたパターンをLED の点滅のパターンとその点滅の詳細な設定を組み合入力する．すなわち，最終的に設定されたイルミネーショわせたものを，本研究では「イルミネーションパターン」とンパターンがフィードバックとなる．この方法は用意されして定義し，提案する入力方法の流れについて説明する．
．ている点滅の設定を確認することで，完成イメージを明確提案するイルミネーションパターンの入力方法は 2 段階に化した上で行うことから迅速な入力が期待される．本研究分かれている．一つ目が「選択」であり，イルミネーショ

では，この二つの方法を特徴と，イルミネーションパターンパターンを入力したい LED デバイスを選択する．選択

ンの入力に関する適性を明らかにする．

を行うことによりイルミネーションパターンをデザインする際，パターンに含まれる LED の個数や点滅の順番など3.2 LED 選択を定めることが可能となり表現の拡張が期待できる．そし本節では LED の選択を実現する方法について説明する．て，二つ目が「設定」であり，入力するイルミネーション選択を実現する方法として，既存研究として存在する，LED© 2016 Information Processing Society of Japan756

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図3

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イルミネーション設定用アプリケーションのスクリーンショット（(i) 点滅パターン，(a）点滅色，(b) 点滅周期，(c) 点滅遷移，(d) 点滅リズム）

に対して ID を付加させてその ID を 2 進数に変換し，その(d) 点滅リズム数に基づいて点滅させてそれをカメラで読み取る方法が考以上の 4 種類の点滅パターンと 4 種類の点滅設定機能をえられる [7][8]．しかしながら，イルミネーションとして，用意する．それぞれの Android アプリケーションのスク

すなわち出力としての点滅中に ID の点滅を行う場合，出リーンショットを図 3 に示す．点滅パターンの設定は図 3

力時の点滅に影響が出る恐れがある．そこで，既報 [9] で（i）に示したとおり，4 種類から選択する．またこの画面は，常時選択の検出ができるように図 2 に示すように 1 対でイルミネーションパターンの消去も可能である．の LED と光センサのペアを「LED デバイス」として，フ(a) 点滅色ラッシュライト照射の検出を可能にし選択を実現した．し

図 3（a）には RGB の 3 色の 8 ビット値を変更可能なス

かしながら，この LED デバイスは 2 種類の素子で構成さライドバーがある．また，点灯の色は 1 色だけではなく，れているため，対象となる物体も 2 種類あると考えられる．

特定の色から別の色へ点滅する設定も可能である．

すなわち，ユーザは LED と光センサの役割を理解したう(b) 点滅周期

えで，光センサを選んでフラッシュライトを照射する必要

点滅周期は点灯から消灯，消灯から点灯に遷移するときがあり，混乱する可能性がある．そこで，光を当てることの時間として定義する．図 3(b) に示すように，画面上部ので電気を発生させる LED が持つ性質 [10] を利用して，本ボタンのタップのタイミングを記録して，点滅周期として研究では LED のみを使用する．また，LED に対して光を再生できる．

照射することによる入力を採用している研究 [13] も存在す

(c) 点滅遷移ることから，LED を入力および出力としての使用の実現可能性は高い．

図 3(c) に示すように，LED の点滅の移り変わり方，すなわち点灯から消灯への変化，またその逆の遷移の仕方を選択できる．

3.3 イルミネーションパターンの設定(d) 点滅リズムイルミネーションパターンの入力を行う場合，LED の点

図 3(d) では中部に波形が示されているが，これは波形の滅に関する詳細な設定をユーザが定める必要がある．これ一画が上部にあるとき HIGH（点灯）を示しており，下部はスマートフォン向けのアプリケーション実現する．にあるときは LOW（消灯）を示している．この HIGH とLED の点滅の種類は単体の LED で形成されるパターン

LOW のパターンで通常点灯と消灯が繰り返される．このと，以下に示す 3 種類の複数の LED で形成されるパター

波形をタップすることで，HIGH と LOW がそれぞれ反転ンである．

し，点滅するリズムの変更が可能である．

( 1 ) かざした順に点滅( 2 ) かざした順にすべて点灯( 3 ) 奇数番目→偶数番目の順に点滅
また，点滅に関する 4 つの設定を以下に定義する．

4. プロトタイプシステムの実装
4.1 システム構成
3 節で述べたイルミネーションパターン入力方法を実現(a) 点滅色するためにプロトタイプシステムを製作した．ユーザが(b) 点滅周期

LED に対してスマートフォンのフラッシュライトをかざ(c) 点滅遷移すことで選択を行い，またスマートフォンにインストール© 2016 Information Processing Society of Japan757

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図 4162C71
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システム構成図

図 6フラッシュライトを LED に当てたときのセンサ値（上：距離を変化，下：角度を変化）

図 5

センサ値測定時の条件された Android アプリケーションで設定を行う．その設定された情報を Bluetooth 通信により Arduino に送信する．
そして，送信されてきた情報に基づいて Arduino が LEDの制御を行う．プロトタイプシステムではアプリケーションとの通信用と LED 制御用の 2 種類の Arduino を使用する．2 つの Arduino 間の通信にはシリアル通信を用いてい

図 7

LED と Arudino の接続回路（LED1 つの場合）

る．システム構成は図 4 に示され，LED(NeoPixel Diﬀused

8mm[14]) と，それを制御するための Arduino(UNO)[15]，距離を変更するとセンサ値は大きく変化することがわかる．

また，ユーザが入力を行うためのスマートフォン，そしてこの結果に基づいて閾値の設定を行えばよい．そして，フスマートフォンと Arduino(MEGA) の通信を可能にする

ラッシュライトをかざしてセンサ値が閾値を超えた場合にBluetooth モジュール（Bluetooth Mate）で構成される．

「選択された」と判定する．

4.2.2 入力状態と出力状態の共存
4.2 受光素子として用いる LED
LED を受光素子として扱うにあたり調査を行った．
4.2.1 Arduino を用いたセンサ値の計測

LED は電流が流れている状態で光を投射しても起電力は生じない [10]．一般的にイルミネーションに用いる LEDは長い時間点滅や点灯を続ける，すなわち出力状態を持続様々な研究で，LED に光を照射した場合の調査が行わする必要がある状況が想定される．しかしながら，そのよれている [10][11] が，制御機器として Arduino を用いていうな状況でも LED はユーザからの入力，すなわちかざさるものは少ない．そこで，プロトタイプシステムに組み込れた時の光を識別する必要がある．そこで，LED を入力状

むにあたり，Arduino 上での実現可否を調査した．実際に態と出力状態を高速に切り替えることによってこの問題点

LED に対してスマートフォンのフラッシュライトを図 5を解決する．LED に対して電源電圧の ON/OFF を交互にに示すように距離と角度をパラメータとして変化させて照行う必要があるため，Arduino のアナログ入力ピンだけで射したときの電圧を Arduino を用いて計測する．発生したは対応できない．したがって，電源電圧の ON/OFF を行起電力は Arduino のアナログ入力ピンで計測され，0 からえるデジタル入出力ピンを用いる．加えて，センサ値（電5V までの電圧を 10bit に AD 変換して取得する．図 6 に 2圧）を読み取るためにアナログピンを並列に接続する．そつのパラメータと読み取った値の関係を示す．の回路図を図 7 に示す．また，状態の切り替えが遅い場合

図 6 より，約 55 の小さなセンサ値（電圧値 0.2695V）がユーザがかざした時に選択の検出に失敗する恐れがあるた

読み取れており，わずかながらも起電力の発生が確認できめ，その速度についても考慮すべきである．本研究では，る．ゆえに，この起電力を認識することでフラッシュライユーザがフラッシュライトをかざす時間を，電子マネーをトの検出が可能であると推測できる．また，角度を変更しかざす時間を参考にして 0.5 秒と定義する．ゆえに，0.5 秒てもセンサ値に大きな変化は見られない．しかしながら，の中で最低 1 回かざされた光の識別を行う必要がある．こ© 2016 Information Processing Society of Japan758

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図 9 (a) プロトタイプシステムと（b）評価実験風景

図 8

様々な状況下で発生する LED のセンサ値

れにより，LED は入力状態と出力状態を高速に変化させた場合でも，どちらの役割も失わずに機能できる．

4.2.3 環境光の影響調査提案する入力方法では光を使用しているため，環境光による影響も考慮しなければならない．イルミネーションの装飾を行う際に，想定できる環境光について，屋外（天候：晴れ），屋内かつ日向，屋内かつ日陰，蛍光灯の近くの 4 つを想定し，これらの状況下で発生する LED の起電力を調査した．その結果を図 8 に示す．
図 8 を見ると，太陽光が関係している屋外と日向では高い値を出力し，屋内環境では比較的低い値であった．そして，フラッシュライトをかざしたときのセンサ値はその中間に位置していることがわかる．ゆえに，閾値の範囲に下

図 10

入力時間と SUS の合計得点の 2 軸グラフ

限だけではなく上限を定めることによって，環境光による影響の除外が可能であると推測される．

定」が 4 人，「設定→選択」が均等になるよう 4 人ごとに分以上をふまえて，本研究で定める閾値はセンサ値 25 以けた．入力方法を扱ってもらった後，被験者らに対してア上 70 以下（電圧値 0.1225〜0.343V）とする．しかしながンケートの記入とインタビューを行った．アンケートにはら，この閾値はスマートフォンのデバイスに依存するため，ユーザビリティを簡易的に数値化できる System Usablity

汎用性を高めるためにはこの制限を除去する必要がある．

Scale(SUS)[16] を用いた．あらかじめ 16 個の LED を高さ5. 評価実験
5.1 実験概要

40cm のクリスマスツリーに飾り付けておき，被験者は図9 に示すようにパターンの設定を行った．また，実験風景も図 9 に示す．

3.1 節で提案した二つの入力方法適性を理解するために，プロトタイプシステムを用いて，イルミネーションの装5.2 結果および考察飾を行ったことがほとんどない被験者（男性 6 人，女性 2それぞれの入力方法を用いたときの時間と，SUS の合計人）により，評価実験を行った．まず被験者らには，実際得点を図 10 に示す．8 人中 7 人のユーザが「選択→設定」に LED に対してフラッシュライトをかざしてもらい，選の方法を用いた場合，「設定→選択」の方法を用いた場合択方法に慣れた後で，全被験者共通の特定のイルミネーより入力時間が短くなった．一方，SUS の得点には大きなションパターンを提案した二つの入力方法，すなわち「選差が見られなかった．それぞれの平均点を算出した結果，択→設定」と「設定→選択」を搭載したシステムで入力し「選択→設定」の方法が 79.4 であり，「設定→選択」の方法てもらった．このとき，入力方法が直感的であればその入が 77.2 であった．どちらの方法についても SUS の平均点力時間も短いものであると考えたため，評価指標として入である 68[17] を超えていたため，最低限のユーザビリティ力時間を計測した．また，被験者らが用いた入力方法の順が確保できたと考えられる．以上のことから，「選択」と番の影響を回避するために，最初に扱う方法が「選択→設「設定」の二つの操作は複雑ではないことが推測される．し© 2016 Information Processing Society of Japan759

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かしながら，図 10 の被験者 A，C，D は「設定→選択」のて，今後はより多くの LED に対する入力を視野に入れた

SUS の得点は比較的低い．その理由をたずねた結果，アプイルミネーション設定手法を開発していく．

リケーションのユーザインタフェースが起因していることがわかった．同時にこれらの被験者らは操作の流れに関し参考文献ては複雑ではなかったと回答した．

[1]

さらに，インタビューでより入力が容易であった方法を尋ねた結果，6 人が「選択→設定」と回答した．その理由

[2]

として，
「選択時だけでなく設定が変更された時も LED にフィードバックがあることから，操作に安心感をおぼえる」という回答が得られた．特にアプリケーション上だけではなく，実際の LED のフィードバックが重要であると，被[3]

験者の半数以上である 5 人が回答した．逆に，「設定→選択」の方法がわかりやすいと回答した被験者らは，「イルミネーションを装飾する場合，最初にデザインを定めるもの[4]だと思うのでこちらのほうが適している」と回答した．
本実験の被験者らはイルミネーションの装飾をほとんど行ったことがなかったため，フィードバックが整備されて[5]おり，なおかつ完成イメージにとらわれる必要がない「選択→設定」の方法が，より優れた評価を得られたと考えられる．また，この方法であれば入力途中に設定の変更が可能である．したがって，イルミネーションパターンをデザ[6][7]インする際の補助となる可能性がある．一方，「設定→選択」の方法はイルミネーションの完成デザインが存在する場合，より適切な方法であると考えられる．したがって，[8]

すでにデザイン案が存在するものをより少ない手間で装飾する必要があるような場（たとえば公共の場など）でのイルミネーションの入力に適していると推測される．しか[9]

しながら，評価実験ではこの入力方法を用いた際，2 人の被験者が入力する LED の個数を間違えたため，選択後のフィードバックは必要である．以上のことから，本研究の[10]想定環境である一般家庭において，イルミネーションの装飾をほとんど行ったことがないユーザに対しては，「選択→設定」の順番で入力する方法が，より直感的にイルミネー[11]ションパターンの入力を行えると考えられる．

6. おわりに[12]

本稿では，イルミネーションにおける表現の自由度を向上させる二つの方法を提案し，その二つの方法を比較した．

[13]

イルミネーションを装飾する際に一般家庭のような装飾を楽しみつつ，なおかつ直感的に入力を行う場合，スマートフォンをかざしてパターンを入力する LED を選択し，そ[14]の後点滅の詳細な設定を行う方法が適していることがわかった．
一方，本研究で扱った LED の個数は 16 個であるが，イルミネーションの装飾を行う場合，より多くの LED を扱う状況も想定される．その際，個別に光をかざして選択する方法ではパターン入力時に莫大な手間がかかり，ユーザに強いストレスを与えてしまうことが予想される．したがっ© 2016 Information Processing Society of Japan

[15]
[16]
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