産業と学術の連携が、新たな未来価値創造のきっかけを作ります『NII SEEDs』
は、
国立情報学研究所（NII）の産業応用の可能性がある研究成果をご紹介し、産業界や官公庁等の皆様に共同研究や技術相談等のテーマ探しのツールとしてご活用いただくことを目的に発行しています。
各シーズは担当研究者のレポート形式となっています。

N I I が 提 案 する
産官学連携
国立情報学研究所（NII）
は情報学分野の研究と情報基盤事業に取り組み、社会が抱える課題を解決する実践的な研究開発の推進を目指しています。
そのためには産官学の連携が不可欠であり、一層の連携強化を推進するため、企業や自治体の皆様のご要望に沿えるよう産官学連携活動を推進してまいります。

ご興味を持たれた企業・自治体等の皆様は、
下記に記載いたしましたお問い合わせ先、
国立情報学研究所 研究戦略室までご連絡ください。
研究者との面談や、産官学連携活動プログラムのご紹介等、さらなる情報交換の機会をご提案いたします。
ご相談・お問い合わせ
国立情報学研究所

研究戦略室

NIIが提案する産官学連携活動

Email nii-ura@nii.ac.jp
HP http : //www.nii.ac.jp/research/iga/

C o n t e n t s
はじめに .......................................................................................................................................... 01

屋内もスマホでナビゲーション
音響測位、可視光通信技術 ............................................... 橋爪 宏達 20

Researcher ﬁle no.1

「形式手法」をものづくりへ─高品質・高効率な製品開発に向けて ............ 蓮尾 一郎 21

Researcher ﬁle no.2

𠮷田 悠一 ............................................................... 02
杉山 麿人 ............................................................... 04

Researcher ﬁle no.3 岡田 仁志 ............................................................... 06■研究シーズ 2018
01 情報基礎科学 ─ 基礎理論の深みを解き明かす
実際の入力構造を活用し、より効率的に計算を行うアルゴリズムを研究 .............................................. 岩田 陽一 09
データを理解しやすく、意味をとりやすくするデータ解析技術 ......................... 宇野 毅明 10
ネットワークを介してモノの動きのデザインをする ..................................................... 岸田 昌子 11
社会の多様な要望に応える
マッチングアルゴリズムの設計 ...................................................... 横井 優 12
定数時間アルゴリズムで連続最適化問題を高速計算 ................................................. 𠮷田 悠一 13
02 情報基盤科学 ─ 理論・実践から情報システムを創り出す
無線周波数やエネルギーを最大限に活用する
無線通信プロトコル設計 ......................................................... 金子 めぐみ 14
コンピュータの新たな建築技術：
水没冷却と光無線 ............................................................................. 鯉渕 道紘 15
大規模インターネットデータからの情報抽出およびその応用 ........................................................... 福田 健介 16
03 ソフトウェア科学 ─ 多様化する知識創成型社会を支える
データ相互運用問題における問合せ最適化手法 ........................................................................... 加藤 弘之 17
双方向変換の深化による自律分散ビッグデータの相互運用基盤技術 ............... 胡 振江 18
機械学習ソフトウェアの品質向上.............................................

企 業・自 治 体 等 の ご 期 待中島 震 1904 情報メディア科学 ─ メディアの振る舞いを探求する
美しい CG の動きを数値で構築する
新しい計算手法を開発 .............................................................. 安東 遼一 22

先端技術・シーズ発見

ソリューション探索

スキル獲得・人材育成

NIIの産官学連携活動
NII湘南会議
世界最先端研究情報の共有

NII公募型共同研究

多視点と多焦点の相互変換に基づく
柔軟な 3 次元画像処理 .............................................................. 児玉 和也 25

産官学連携交流会

包括連携共同研究

デジタルアーカイブを活用する
知識ディスカバリー環境構築技術 ................................... 高野 明彦 26

産官学連携塾

共同研究・受託研究

先進成果情報の提供

新成果の協働創出

実世界への応用を目指した
高精度な 3 次元復元技術の開発 ......................................... 池畑 諭 23
放送映像アーカイブに蓄積されている映像ビッグデータからの知識発見 .................................... 片山 紀生 24

水中シーンの 3D ビデオ撮影に向けた
マルチスペクトル RGB -D カメラの開発 ............................ 鄭 銀強 27
05 知能システム科学 ─ 知能システムの実現を目指して
時系列データ活用技術の開発とその応用 ........... 小林 亮太 28
裁判官の判断をシミュレーションするシステム ........................................................... 佐藤 健 29
データやモデルの幾何的構造を大切にした機械学習技術の研究 ..................................... 杉山 麿人 30
06 情報環境科学 ─ 情報社会を多角的に捉える
ブロックチェーンの応用による経済共同体の可視化 ...................................................................... 岡田 仁志 31

学術指導トップエスイー

コンサルティング・アドバイス

トップレベルIT人材育成

ご相談・お問い合わせ
研究者によるコンサルティング（学術指導）、
受託研究・共同研究などのご相談について、ご希望の研究者や、課題目標などをお伺いしコーディネートします。
詳しくは以下までお問い合わせください。

特許一覧 ....................................................................................................................................... 32
NII が提案する産官学連携

国立情報学研究所 研究戦略室
NIIが提案する産官学連携活動

Email nii-ura@nii.ac.jp
HP http : //www.nii.ac.jp/research/iga/は じ め に
国立情報学研究所（以下、NII）では、産業応用の可能性を秘めた情報学の研究最前線をご紹介するため、『NII SEEDs』
を発行しています。本年度も、新たな研究の進捗状況や成果を継続的に発信することで、産業界や官公庁の皆様とNIIとのイノベーションを目指した連携の契機となることを願い、2018年度版『NII SEEDs 〜時代を躍進す
るNII研究者による研究シーズ集2018』
を発行いたします。
近年、社会的課題の解決につながる日本発のイノベーション創出の重要性が叫ばれ、大学や学術機関においても社会貢献や産業化につながる研究開発活動が強く期待されています。NIIでは、長期的視点に立った基礎研究ばかりでなく、社会的課題の解決を目指した実践的な研究や学術ユーザー向けの情報基盤技術の開発も行っており、新たなイノベーションへのシーズとなる素材も少なくないと考えています。これを踏まえ、研究
成果を社会実装や産業応用に結びつける機会を設けることで、企業の皆様との連携によるイノベーションを目指した活動の活性化等、研究成果の社会への還元に取り組む所
存です。
事業や社会のために技術を利用される産業界や官公庁の皆様に、情報学研究者の活動を知っていただき、その研究成果や産業応用の可能性をご理解いただくことが、
NIIがイノベーション創出に向けて貢献するための第一歩であると認識しています。
『NII
SEEDs』に目を留めていただくことで、皆様にNIIの研究活動に興味を持っていただき、共同研究や技術相談等を通じたパートナーシップを作り出すための契機に、あるいは、学術界の方にはNIIとの共同研究のパートナー探しに、役立てていただければ幸いです。
これらのパートナーシップを元に、皆様とともにイノベーション創出、社会的課題の解決につなげていきたいと考えています。

国立情報学研究所

副所長

相澤 彰子

2018

01

Researcher file no.1
情報学プリンシプル研究系 准教授

𠮷田 悠一
Y uic hi Yoshida
研究シーズ

P.13

な

Preferred Infrastructure
2012
な

2015

2011
29 201723

究極的に速いアルゴリズムとは何か
数学の基礎研究が生み出す画期的な応用どんなにデータが増えても一定時間で処理してくれるという「定数時間アルゴリズム」。
その開発を進める𠮷田は、実は、理論計算機科学という基礎研究が本業だ。
基礎研究から応用へ、柔軟な思考を武器に𠮷田は挑戦を続けている。

02

2018

アルゴリズムの数学的研究からビッグデータ時代に求められる応用の研究へ「学部時代、プログラミングばかりやっている状況
で、もっと数学的に深いことをやりたいと思うようになり、理論計算機科学の研究室に入りました」と、𠮷
田悠一は話を始めた。
研究室に配属されると「定数時間アルゴリズム」
というテーマに出合う。普通のアルゴリズムは計算時間が扱うデータの数（N ）に依存する。このため、N が増えても計算時間がなるべく増えないようなアルゴリズムを設計する。しかし、「定数時間アルゴリズムでは、デー

ウェブサービスの背後で行われる計算の高速化に貢献といっても、定数時間アルゴリズムは万能なわけでタの数がどんなに大きくなっても、計算時間は同じにはない。どんな問題に適用できるのだろうか。

なるようにします。データを全部見ないで問題を解く「例えば、公開中の映画の中から『あなたにお勧めのので誤差が入りますが、それを許容できる範囲で高速作品』を教えてくれるサイトがありますね。ああいう化するのです」サービスでは、いろいろなやり方でお勧めを選ぶので「究極的に速いアルゴリズムとは何か」という理論的すが、その1つとして『テンソル分解』という方法があな問いに興味をもった𠮷田は研究に打ち込み、定数時ります」

間で解ける問題と解けない問題を分ける必要・十分条

テンソルとは行列を高次元にしたものだが、ここで件を明らかにした。
「これで、理論的な研究はほぼ完

は話を簡単にするために行列で話を進めよう。ある人成しました」

が、どんな作品を見て、星を何個つけたかというデー

そして、ビッグデータの時代を迎え、定数時間アル

タをたくさん集めると、人物（行）と作品（列）で決まる

ゴリズムへの期待は高まっている。
「最近のデータ量位置に星の数を置いた行列ができる。しかし、全員がはギガとかテラのレベルなので、N に依存するアルゴ

すべての映画を見るわけではないので、この行列には

リズムではとても計算が追いつかない」というのがそ星の数が入らない「穴」
がたくさんできる。

の理由だ。𠮷田自身も「応用に乗り出すと、次の理論

これらの穴の数値を復元するために行われるのが、的課題が見つかるのでは」と考え、実際に高速で動く

もとの行列をより小さな行列の積で表す行列分解（高アルゴリズムの開発に着手した。

次元の場合はテンソル分解）である。そして、「あなた」の行で、復元された星の数の多い作品が
「お勧め」
になる。
『ラン
「積をつくる小さい行列の行（または列）の数をク』と呼びます。ランクが低すぎても高すぎてもデータの復元が不正確になるため、最適な値を選ぶ必要があります。現在は交差検証と呼ばれる重たい処理や勘で選択されていますが、定数時間アルゴリズムならランクの最適値を一瞬で与えてくれます」。このように、定数時間アルゴリズムは1つの値を出力する問題が得意なのだという。
定数時間アルゴリズムの応用に取り組む一方で、𠮷
田の数学的な興味は「深層学習（ディープラーニング）」というまったく別のテーマに向かっている。
「実は、深層学習がなぜうまくいくのかについての理論的な解析はまだできていないのです。この問題をきちんと扱える数学的理論をつくりたいと思っています」
数学に軸足を置く研究の中から、また、新たな応用が生まれるかもしれない。
2018

03

Researcher file no.2
情報学プリンシプル研究系 准教授

杉山 麿人
M a hi t o Su g iy a m a
研究シーズ

P.30

2006
2012

2017

「情報幾何」で深層学習の謎を解く
新しい機械学習手法を創り出す
今、AI の手法として熱い注目を集める深層学習。
しかし、深層学習によってなぜ複雑な認識ができるようになるのか、その学習構造には謎が多い。
杉山は日本発祥の情報幾何を用いてその学習構造を明らかにし、さらには新しい機械学習の手法を見いだそうとしている。

04

2018

情報を統計的な確率分布として表す
情報幾何との出合い
2 0 1 7年4月に大阪大学からNIIに移籍してきた杉山
麿人は、ゲーム機「ファミコン（ファミリーコンピュータ）」と同い年だ。ファミコン全盛期に育った杉山は、もちろんゲームが好きだったし、父が操るパソコンの画面を後ろからのぞいたりもしていたという。「情報学に進んだのはごく自然な感じで、あまり悩んだ記憶はありません」。大学4年生の時に機械学習の研究室に入り、「研究者も面白そうだな」と思い、博士課程へ。博士研
究員（ポスドク）として赴任したドイツのマックスプラ
ンク研究所でも機械学習の研究を行い、助教として戻ってきた大阪大学で、甘利俊一博士（当時、東京大学
工学部教授）が1980年代に提唱した「情報幾何」
が自分の研究分野と関連が深いことに気づいた。情報交換をし深層学習の学習構造をホワイ
トボックスに
機械学習のスピードアップもていた津田宏治 東京大学教授が、論文などを紹介し深層学習は脳の情報処理をモデルにしている。脳でてくれたのだ。
「論文を読んで興味がわき、真面目には神経細胞が多層構造を形成しており、いろいろな研究してみようと思いました」

ネットワークをつくって情報を並列に処理している。

情報幾何では、情報を統計的な確率分布として表す。

このような情報処理を実現しようという動きは昔から

確率分布がたくさん集まっている空間に適切な構造をあり、1 9 7 0年代には入力層・処理層・出力層の3層か導入すると、確率分布どうしの関係性、つまり情報のらなるニューラルネットがかなりの成果をあげていた間の幾何学的な関係性が明らかになる。例えば、分布が、近年、コンピューターの発達により複数の処理層と分布の間がどれくらい離れているかなどが分かる。

を用意できるようになって、その認識能力が劇的に向そして学習は、ある確率分布から別の確率分布に動く上した。

ことを意味している。移動することが学習に対応して韓国のイ・セドル九段に勝利した囲碁のAI（人工知能）いるのだ。
「ですから、学習の前後で確率分布がどう「AlphaGo（アルファ碁）」も深層学習を使っている。し変わったかを調べれば、学習の構造が分かるのではとかし、どのように学習しているかという学習構造には…」。情報を幾何で扱うという直感的に明快な手法で、謎が多い。いくら優秀でも中身がブラックボックスで杉山が解明しようとしているのは、今話題の機械学習は、例えば自動運転などでは安全を保証する上での大の学習構造だ。
法「深層学習（ディープラーニング）」きな問題となる。杉山は、ニューラルネットの構造をいろいろと変えてみて、確率分布がどのように動き、どのような構造が学習の何を担っているかを明らかにしたいと考えている。
新しい機械学習の手法を見いだすことも試みている。情報幾何を使えば、最短で目的とする分布に到達できる道筋が分かるので、機械学習法のスピードアッ
プを図ることが考えられる。また、相互作用をしている複雑な情報群の中から、ある現象を生じるのに最も効くものは何かという特徴選択を情報幾何によって解明し、迅速で効果的な学習法を編み出したいと思っている。
情報幾何によって機械学習に何がもたらされるのだ
ろうか、どんなAIの未来がつくられるのだろうか、
その成果に期待がかかる。
2018

05

Researcher file no.3
情報社会相関研究系 准教授

岡田 仁志
H it o s hi Oka da
研究シーズ

P.31

し

サイバー世界の興亡を見つめる
社会科学者のまなざし
サイバー世界にも覇権を巡るさまざまな動きがある。
今、NII の社会科学者の一人が注目しているのは、仮想通貨の行方だ。
情報制度論の研究者として、既存の学問体系ではカバーしきれない
仮想通貨の課題に向き合っている。

06

2018

人間の「欲望」
を不正防止に組み込むブロックチェーンとマイニング技術「仮想通貨の典型であるビットコインシステムには中心がなく、P2P （ピアツーピア：すべての参加者がネッ
トワークの一部として対等であるような方式）による完全な分散型の電子マネーで、これを実現したことは現象 と し て 興 味 深 い 」と 岡 田 仁 志 は 言 う。「Satoshi
Nakamoto」と 名 乗 る 人 物 が そ の 仕 組 み を 発 明 し、
2009年から運用が始まっている。
発明の肝は、公開帳簿システムに技術的な不正対策を組み込むだけでなく、人間の欲望をも組み込んだことにあるそうだ。具体的には、碁盤の目のように並んだノードが流れてくる取引を記録し、さらにつながっている最大8個のノードに取引を送る。ノードは、誰もがボランティアで提供できる自由参加型だ。現在は
1万1 0 0 0程度のノードが世界中に散らばっている。そして公開帳簿の不正を防ぐのが、マイニングという仕組みだ。

直接民主制か帝国か
仮想通貨の潮流を注視「社会現象としては興味深いシステムではあるので公開帳簿であるブロックは、取引をかき集めて煮凝

すが、持続可能かといえば、そうとも言えない。仮想りのように固めてしまい、取引を取り出せないように

通貨は分散と集中のはざまで揺れています。それがど加工したものだ。これをマイニングという。単純な計う仮想通貨の構造と関わっていくのか、そこが社会科

算を繰り返し、ある数字が発見されると、ブロックが学として面白いところで、常にその動向を観察してい固まる。最も早く固めた者が、新規発行のビットコイ

ます。システムに機能不全が生じた場合には、その要ンを報酬として得る。ブロックを次々とつなげたもの

因を研究者らと議論し、解決策を探求します」

がブロックチェーンで、時系列に並んだ公開帳簿だ。

例えば、昨年に相次いだ仮想通貨の分裂問題。仮想マイニングには誰でも参入できるが、採掘マシンは熱

通貨のほぼ完全なコピーが登場して、分裂と称して動を発するので寒冷地が有利で、中国東北部や西域付近

き出す。仕組みはよく似ていても、一方は共同合意でに集中している。

進める分散システムで、他方は一企業が電子通貨を発中心のないP2Pネットワークでは、参加者の一部が行するシステムだ。後者は本質的には一企業でコント結託して偽の情報を流すことができる。こうした不正

ロールできる。ある国の中央銀行がコントロールすれの可能性があるので、完全に分散型の通貨というのはば、それは電子通貨になる。
「自国通貨で受け取るか、

存在しなかった。ところが仮想通貨は「先着1名しか海外発行の電子通貨で受け取るかは国民の自由だとい報酬が得られないので、結託して共同謀議を図るヒマ

うことになれば、自国通貨が消えてしまうこともある。

がない。そこが仮想通貨の技術的な跳躍なのです」。

通貨の乗っ取りですね」

いまだに仮想通貨は動き続けていて、1 0分ごとに1個のブロックが生成されている。

今後、ブロックチェーンを使ってあらゆるサービスが提供されるようになると、サービスと反対方向には何らかの通貨が流れる。ホテルを予約して代金を送金すると、ブロックチェーンを通って電子キーが手元に運ばれてくる。仮想通貨とブロックチェーンは別物ではなく、表裏一体なのだ。こうしたブロックチェーン
エコノミーの時代が到来しようとしている。
そのとき、仮想通貨は、直接民主制の分散システムでいくのか、
それとも誰かが帝国をつくるのか。その歴史的展開から片時も目が離せない。
2018

07

研究シーズ

2018

研究シーズの見方

し

し
し
な

当

研究分野 ▶ネットワーク ▶制御理論▶不確かなシステム
情報基礎科学01
制御とは、入出力がある動的システム（プラント）
から望みの出力を得るように自動的に入力を調整する仕組みのことです。もともと、制御シス
たが、IoT（Internet of Things）の普及に伴い、ネットワークを介して情報をやり取りし02

なってきています。このことで多くの不可能が可能になる一方、リソースの制限、情報損失、ランダムな通信遅延、信号の干渉など、これまで気にしなくてよかった問題が起
こり、プラントが不安定になったり、制御性能が劣化したりすることがあります。この新しい

Masako Kishida制御の枠組みにおける問題の解決を目指します。

ソフトウェア科 学

03

情報学プリンシプル研究系
准教授

研究内容

産業応用の可能性

ネットワークを介した制御に特有な問題の一つに、通信やネットワークを介した制御では、初期コストや管理コストが複雑なプラントの制御が可能になります。例えば、ネットワーの通信、センサーやプラント駆動のためのエネルギーなどをクを介した遠隔監視制御技術は、工場内の故障の早期発削減するアルゴリズムの構築を進めています。基本となるア

見やメンテナンス、危険な場所でのロボットによる作業など

ルゴリズムは直感的ですが、システムに応じて工夫が必要に役立てられます。

04です。具体的には、プラントの数理モデルと取得データを用

また、ネットワーク内で時々刻々と変化する需要と供給のいて、次の三つを決定するアルゴリズムから成り立ちます。

データを収集・把握し、システムを安定的に制御する技術①将来のプラント状態の予測

は、電力や交通などの社会インフラの運用に欠かせません。

②データを取得してネットワークへ送る最適なタイミング

図1

ネットワークを介した新しい制御の枠組みの問題解決を目指す

図2

要求を満たしながらリソース消費を削減する制御アルゴリズム

?

♦該当なし

Contact Information

情報学プリンシプル研究系 准教授

岸田 昌子

Email：kishida @ nii.ac.jp

2018

し

し

11

情報社会を多角的に捉える

06

情報環境科学

計

研究者の
発明

05

がり制御される技術であり、ネットワークを介した制御はその中核を担います。

知能システムの実現を目指して信号の送信の必要性

知能システム科学③各サンプリング時刻において、アクチュエータへの制御

最近話題のIoTは、全てのモノがネットワークを介してつな

メディアの振る舞いを探求する

削減され、システム構成の自由度も上がるため、大規模で要求される制御性能を満たしながら、情報の取得、データ

情報メディア科学

計算、
電力といったリソースの制限があります。本研究では、

多様化する知識創成型社会を支える

岸田 昌子

理論・実践から情報システムを創り出す

ながらプラントの制御を行うことが不可欠に

情報基盤科学研 究 背 景 ・ 目 的

テムと情報システムは別個に扱われていまし基礎理論の深みを解き明かす

ネットワークを介してモノの動きのデザインをする

研究分野 ▶離散最適化▶パラメータ化計算量 ▶大規模グラフ

究は大きな発展を遂げてきました。さまざまな問
題に対して効率的に働くアルゴリズムが数多く開発されてきた一方で、その効率化に限界も見えてきました。例えば、広く信じられている P≠NP
予想の下では、どんな NP 困難問題も多情報基盤科学02

可 能 性 問 題（SAT） の 難しさに 関 する
「SETH」という仮定を用いると、グラフ理方法より良くすることはできないのです。しかし、これらの効率化の限界は想定し得る全てのケースを考えた場合の限界であって、実際に扱いたい特殊なケースに限れば、

ソフトウェア科 学

03

必ずしもあてはまるわけではありません。また、対象が非常に大規模なグラフだったとしても、到達可能性クエリなど、効率的に処理できてい

研究内容

るものもあります。そのような実際の応用時に現最短路クエリ問題

れる特殊なケースに対して、効率的に働くアルゴ

グラフ理論における「最短路クエリ」は、ネットワーク上のリズムの開発とその解析を行っています。

2点についての最短距離を聞く極めて重要な方法で、幅従来の方法からの改善は見込めません。一方、「現実の大規模グラフ」は言うなれば「核」と「房」からなる「樹
木のような」特殊な構造をしていることが知られています。

産業応用の可能性● 大規模ウェブ・ソーシャルグラフに対する距離や関連度

そこで、私たちはその樹木のような構造を表す「木幅」となどのクエリ処理、クラスタリングなどのデータマイニング

いう微細な指標に対しても効率的に入力できるアルゴリズに対する効率的なアルゴリズム開発

ムを設計し、現実のグラフに対して非常に効率的に動作● モデル検査、静的解析、プランニングなど、個々の目的

知能システム科学

分枝限定法「分枝限定法」は、易しくして解きやすくした緩和問題のを行う、「NP困難問題」を解
解を用いて探索（枝刈り探索）

図 「一般には難しい」＝「とても難しい入力が存在」

全部が難しいわけではない

くために広く用いられている汎用手法です。しかし理論上で想定し得る最悪のケースが起こった場合、枝刈り探索

知能システムの実現を目指して

05に特化したより効率的なソルバ開発することを実験で証明しました。

メディアの振る舞いを探求する

情報メディア科学

04

広く応用されています。しかし、これは一般的に考えると、多様化する知識創成型社会を支える

岩田 陽一論における「到達可能性クエリ」を従来の理論・実践から情報システムを創り出す

項式時間で解くことはできません。また充足

Yoichi Iwata

情報学プリンシプル研究系
助教

基礎理論の深みを解き明かす

情報基礎科学

コンピュータで計算を行うためのアルゴリズムの研

研 究 背 景 ・ 目 的

実際の入力構造を活用し、より効率的に計算を行う
アルゴリズムを研究

01をしないで全探索を行うのと同じような手間がかかってしま

あてはまるケースについては、枝刈りなしの全探索よりも

情報環境科学問題と元の問題の解が比較的近いことに着目し、それが

06

離

構造

!

遥かに効率的に動作することを理論的に証明しました。

研究者の
発明

♦

Contact Information：

情報学プリンシプル研究系 助教

岩田 陽一

Email：yiwata @ nii.ac.jp

2018

09

情報社会を多角的に捉える

い、極めて効率が悪くなります。そこで、実際には緩和研究分野 ▶ビッグデータ

基礎理論の深みを解き明かす

情報基礎科学01▶データ解析

▶人工知能

データを理解しやすく、意味をとりやすくする
データ解析技術

企業活動のさまざまな場面でビッグデータが活用され始めています。これをビジネスの発展につなげるには、例えば、買い物データやアクセスログ
から顧客の嗜好の全体像を正しく理解する、工研 究 背 景 ・ 目 的理論・実践から情報システムを創り出す

情報基盤科学02

場のログから生産性や故障につながるきっ
かけを理解する、というように「ビッグデー
タの持つ意味を正しく捉えること」 が重要になります。しかし、従来の統計や機械学
習、セグメント分析や 2x2 による分析では、あまりにも一般的すぎる特徴しか捉えられず、一方で個別の案件は特殊すぎたり、多くの要因が入りすぎたりしているため、たとえ全体、あるいは一部のデータを可視化

Takeaki Uno

宇野 毅明

多様化する知識創成型社会を支える

ソフトウェア科 学

03

しても、ノイズや関係ない事象が多すぎて本質に迫ることは難しいものです。外部情報に頼ら情報学プリンシプル研究系
教授

自動的に導き出す解析技術が重要です。

研究内容

私たちは、「データ研磨」というデータに含まれる共通性や特徴的なパターンをあぶり出す技術を研究しています。
これにより、従来のクラスタは、「例えば、こういう行動パター

メディアの振る舞いを探求する

情報メディア科学

04

知能システムの実現を目指して

知能システム科学

05

ず、データがデータ自身だけで語れる意味を、

産業応用の可能性

データを理解したい分野、例えば、マーケティング、病ンの人達やこういう特徴を持つ人達がいる」という形で、具

気と健康、工場の生産性、テキストデータの分析、移動デー

体的に説明できるようになります。病気の原因や買い物行

タ、生産活動や売り上げのデータ分析など、個別の意味と動をライフスタイルや移動パターン、居住地などと結びつけ

全体像を理解してビジネスを進める、さらに、それらから自たり、ブログや苦情などのテキストから、重要なトピックを網動的に推薦や意思決定を行う場面で使えます。こういった羅的かつ意味のとりやすい形で見つけたりすることができま

データ解析では、まず自分の持つデータは何に使えるか、す。故障や失敗などの原因となる要因のパターンも見つけ

どうやってデータをとるか、何を目標にするか、といった課ることができます。また、ネットワーク解析に使えば、コミュ

題設定が難しく、それを専門知識なしで見当をつけるのはニティ構造もあぶり出すことができます（図）。開発した超高たいへん難しいものです。まずは、データや課題をお持ち

速アルゴリズムを使えば、1 0 0万件以上のデータでも1 0分になって、何ができるか、何をするべきか、相談されることほどで結果を得ることができます。

をお勧めします。お気軽にお越しください。

図

データ研磨により、ネットワークのコミュニティ・クラスタ構造を浮かび上がらせる

情報社会を多角的に捉える

情報環境科学

06

研究者の
発明
10

♦
♦
♦
♦

2018

：
：
：
：
Contact Information

情報学プリンシプル研究系 教授

宇野 毅明

Email：uno @ nii.ac.jp

研究分野 ▶ネットワーク ▶制御理論▶不確かなシステム
情報基礎科学01
制御とは、入出力がある動的システム（プラント）モノの動きのデザインをするから望みの出力を得るように自動的に入力を調整する仕組みのことです。もともと、制御シス
たが、IoT（Internet of Things）の普及に伴い、ネットワークを介して情報をやり取りし02

なってきています。このことで多くの不可能が可能になる一方、リソースの制限、情報損失、ランダムな通信遅延、信号の干渉など、これまで気にしなくてよかった問題が起
こり、プラントが不安定になったり、制御性能が劣化したりすることがあります。この新しい

Masako Kishida制御の枠組みにおける問題の解決を目指します。

ソフトウェア科 学

03

情報学プリンシプル研究系
准教授

研究内容

産業応用の可能性

ネットワークを介した制御に特有な問題の一つに、通信やネットワークを介した制御では、初期コストや管理コストが要求される制御性能を満たしながら、情報の取得、データ

複雑なプラントの制御が可能になります。例えば、ネットワーの通信、センサーやプラント駆動のためのエネルギーなどをクを介した遠隔監視制御技術は、工場内の故障の早期発削減するアルゴリズムの構築を進めています。基本となるア

見やメンテナンス、危険な場所でのロボットによる作業など

ルゴリズムは直感的ですが、システムに応じて工夫が必要に役立てられます。

04です。具体的には、プラントの数理モデルと取得データを用

また、ネットワーク内で時々刻々と変化する需要と供給のいて、次の三つを決定するアルゴリズムから成り立ちます。

データを収集・把握し、システムを安定的に制御する技術①将来のプラント状態の予測

は、電力や交通などの社会インフラの運用に欠かせません。

②データを取得してネットワークへ送る最適なタイミング

図1の中核を担います。

ネットワークを介した新しい制御の枠組みの問題解決を目指す

図2

要求を満たしながらリソース消費を削減する制御アルゴリズム

?

♦該当なし

Contact Information

情報学プリンシプル研究系 准教授

岸田 昌子

Email：kishida @ nii.ac.jp

2018

11

情報社会を多角的に捉える

研究者の
発明

06

情報環境科学計

知能システムの実現を目指して信号の送信の必要性

05

がり制御される技術であり、ネットワークを介した制御はそ知能システム科学③各サンプリング時刻において、アクチュエータへの制御

最近話題のIoTは、全てのモノがネットワークを介してつな

メディアの振る舞いを探求する

削減され、システム構成の自由度も上がるため、大規模で情報メディア科学

計算、
電力といったリソースの制限があります。本研究では、

多様化する知識創成型社会を支える

岸田 昌子

理論・実践から情報システムを創り出す

ながらプラントの制御を行うことが不可欠に

情報基盤科学研 究 背 景 ・ 目 的

テムと情報システムは別個に扱われていまし基礎理論の深みを解き明かす

ネットワークを介して

研究分野 ▶マッチング理論

社会の多様な要望に応えるマッチング
アルゴリズムの設計

学生の進学コースの割当てや研修医の病院への配属など、多数の参加者の希望に基づきマッチングを求めたい場面は社会に数多く見受けられます（図 1）。その多くに、参加者が提研 究 背 景 ・ 目 的

基礎理論の深みを解き明かす

情報基礎科学01▶アルゴリズム ▶組合せ最適化

理論・実践から情報システムを創り出す

情報基盤科学02

出する希望順位リストを入力データとしてマッチングを計算するコンピュータシステムが用いられています（図 2）。私はその計算を支えるアルゴリズムの理論研究を行っています。適切なアルゴリズムを設計することによって、一部の参加者に理不尽な思いをさせたり、虚偽のデータ申告を誘発したりすることのないような公平な仕組みづくりを目指します。社会の変化に伴い現れる多様な問

Yu Yokoi

横井 優

多様化する知識創成型社会を支える

ソフトウェア科 学

03

題に対処するための柔軟な理論づくりが求められています。

情報学プリンシプル研究系
助教

図1

研究内容

ABC

マッチングシステムを必要とする個々の問題では、その運メディアの振る舞いを探求する

情報メディア科学

04

マッチング問題のモデル化:cbade) 2(

a

営機関の制度や問題意識に由来するさまざまな要望がありbます。例えば、割当て先の組織がダイバーシティに関するc

制約を持っていたり、一定数以上の割当ての保証を求めてdいたりする状況が考えられます。そのような多種多様な問

e

A
B
C

題に対処するため、マッチング理論を拡張する研究を行っています。一見似たように見える問題でも、その背後にあ
図2る数学的構造の違いにより、問題の難しさや然るべきアプ

計

ローチ方法が大きく異なることがあります。問題の本質的構

a

造を見抜き、組合せ最適化理論などを活用しながら、高速知能システムの実現を目指して

知能システム科学

05

アルゴリズムのイメージbに公平なマッチングを求めるアルゴリズムを設計しています。

cbdae

ABC

abedc

BCA

産業応用の可能性A
B

計

マッチング理論は、人や組織の間のマッチングを求める

様々な場面で役立ちます。中でも、特に大きな貢献を見せる場面として、公共性が高く規模の大きいシステムの開発・改良があげられます。制度の透明化やアルゴリズムの公開

情報社会を多角的に捉える

情報環境科学06が求められる公共性の高いシステムにおいては、参加者にえて、大規模な問題を扱う際には、実用可能な速度で必納得してシステムを利用してもらうために、計算結果の正当ず出力が得られることを保証する必要があるため、アルゴ性が理論的に保証されていることが必要不可欠です。加

リズムの計算量の改善が欠かせません。

研究者の
発明
12

♦該当なし

2018

Contact Information

情報学プリンシプル研究系 助教

横井 優

Email：yokoi @ nii.ac.jp

研究分野 ▶ビッグデータの数理、特に定数時間アルゴリズム▶離散最適化情報基礎科学01
ビッグデータという言葉によく表現されているように、近年のデータはこれまでより格段に大きくなってきており、それを効率的に処理するアルゴリズ
サイエンスでは、伝統的には「多項式時間
アルゴリズムこそが効率的」と考えてアルゴ

02に対しては多項式時間アルゴリズム（例えばデータサイズの 3 乗時間かかるアルゴリズム）では遅すぎます。理論的にはこれらのアルゴリ
ズムの計算時間を改善することは難しい・できないことが分かっている場合が多いのです。しかし、出力に一定の誤差を許すことで、よYuichi Yoshida

り高速なアルゴリズムを作ることができないか、と機械学習などに現れる連続最適化問題に対する「定数

ソフトウェア科 学

情報学プリンシプル研究系
准教授

研究内容

03

いうのが私の研究の中心的な問いです。

図 「定数時間アルゴリズム」の動作の様子多様化する知識創成型社会を支える𠮷田 悠一

理論・実践から情報システムを創り出す

リズムを作ってきたわけですが、ビッグデータ

情報基盤科学研 究 背 景 ・ 目 的

ムの必要性が高まっています。コンピュータ

基礎理論の深みを解き明かす

定数時間アルゴリズム
で連続最適化問題を高速計算▶ネットワークアルゴリズム

時間アルゴリズム」の研究を行っています。定数時間なのでデータサイズがいくら大きくなっても常に一定の時間で終証付きの定数時間アルゴリズムを示し、また実験で既存手法に対して数百〜数千倍高速であることを確認しました。
（多変数の）二次関数最小化

0 1
1 1

回帰や行列分解などの応用を持ちます。
テンソル分解0 0 0 1 0 1
1 1 0 1 1 0
0 1 0 1 0 0
0 1 1 0 0 1
1 1 0 1 1 1
1 0 0 0 0 1テンソルとは行列を拡張したものであり、購買記録や動1 0 1 0 0 1 0 0 0
1 1 0 1 1 0 1 1 0
1 0 0 0 0 1 0 1 0
1 0 1 0 0 1 1 0 1
0 0 1 1 1 0 1 1 0
1 1 1 1 0 1 1 0 0
0 1 0 0 0 1 0 1 1
0 1 1 1 1 0 1 1 0
1 1 0 1 0 1 1 0 0
0 0 1 0 1 1 0 0 1

知能システム科学とは、テンソル中に潜む重要な特徴を得る手法です。

産業応用の可能性● 回帰や行列分解などの二次関数最小化で表現できる問題を高速に計算知能システムの実現を目指して

05

画などを表現するのに適したデータです。テンソル分解

メディアの振る舞いを探求する

情報メディア科学

04

了します（図）。特に以下の二つの問題に対して、誤差保● 購買記録や動画などのテンソルで表現できるデータから重要な情報を高速に抽出

研究者の
発明

♦該当なし

Contact Information

情報学プリンシプル研究系 准教授

𠮷田 悠一

Email：y yoshida @ nii.ac.jp

2018

13

情報社会を多角的に捉える

情報環境科学06● その他の連続最適化問題の高速計算

研究分野 ▶無線通信工学▶無線資源割り当て・干渉制御▶次世代移動体通信システム

基礎理論の深みを解き明かす

情報基礎科学

理論・実践から情報システムを創り出す

情報基盤科学02

現在、移動体通信加入者は全世界で 45 億人を超え、2020 年には物と物が直接無線で通信するM2M（Machine to Machine）やIoT（Internet

研 究 背 景 ・ 目 的

無線周波数やエネルギーを最大限に活用する無線通信
プロトコル設計

01

of Things）に対応する機器も 500 億個に達することが予測されており、爆発的なデー
タ量の増加が予想されています。その一方で、使用可能な無線資源である周波数はすでに限界を迎えており、今後の膨大なデータ通信量に対応しきれない厳しい状況になっています。その中で、現在一般に使用されている 4G の次の技術である 5G 移
動体通信システムや、次世代無線アクセス

ネットワークに要求されているのは、さまざまな性

Megumi Kaneko

金子 めぐみ多様化する知識創成型社会を支える

ソフトウェア科 学

03

能への要求（伝送速度・遅延・通信品質・省電力等）
を高レベルで同時に保証することです。

アーキテクチャ科学研究系
准教授

研究内容

この無線資源が欠如するという問題の解決に向けて、

図

スモールセルネットワークのための提案

無線資源割り当て法

5G移動体通信システムや次世代無線アクセスネットワーク
メディアの振る舞いを探求する

情報メディア科学

04（無線LAN・IoT無線センサーネットワーク等）のための無線周波数などの割り当てや干渉を防ぐ方法を主に研究しています。
ランダムに変動する無線通信路や干渉状況をうまく活用し、システム全体の性能・各ユーザーの通信品質要求・周波SU CSI
Feedback

数やエネルギー利用効率等、相反する性能指標を同時に達成できる優れた無線資源の割り当て方法や、クラウドとデedge SU
partial CSI Feedback

SBS

MBS

MU

取り組んでいます。

Macrocell

例えば、広い通信エリアを細分化して高密度にカバーし、知能システム科学

知能システムの実現を目指して

05

edge
SU

Small Cell

バイスの双方のアクセスがスムーズになるような環境設計にそれらをクラウドで連携させてコントロールしようとする「クラウ
ド無線アクセスネットワーク」のための「無線資源割り当て法」
や、無線資源の基本要素を複数ユーザーが同時に利用できる5G要素技術の候補である、非直交多元接続「NOMA」
を活用した「非直交無線資源割り当て法」
を考案しました。

情報社会を多角的に捉える

情報環境科学06

MU CSI
Feedback

SU

産業応用の可能性

MBS: Macrocell Base Station
SBS: Small Cell Base Station
MU: Macrocell User
SU: Small Cell Useredge SU: Small Cell User at edge

SUs CSI
Feedback

Cell range expansion
Desired signal (MBS to MUs)
Desired signal (SBS to SUs)
Strong Interference signal
Uplink Channel State
Information (CSI) Feedbackedge SUs CSI
Feedback

MUs CSI
Feedback

Small Cell BSs:

Radio Resource Allocation for SUs● 5G移動体通信システムのための基本的な要素技術

Macro BS: Radio Resource Allocation for MUs
and interference avoidance to edge SUs● 応用に向けた無線アクセスプロトコル設計の方向性● 無線資源割り当て・干渉制御法の性能の理論的解析

・ MBS predicts the edge SUs allocation based on partial CSI sharing
・ MBS protects the vulnerable SUs from interference

の提供

研究者の
発明
14

♦
♦

2018

Contact Information

アーキテクチャ科学研究系 准教授

金子 めぐみEmail：megkaneko @ nii.ac.jp

研究分野 ▶コンピュータシステム ▶光無線

▶コンピュータの冷却
情報基礎科学01
コンピュータの熱、配線について研究しています。

新たな建築技術：
水没冷却と光無線

水没冷却：水にはコンピュータの冷却材である空気、鉱物油と比べて冷却性が数倍〜数十倍高いという優れた特徴があります。私たちは既冷却を越える「効率的な冷却」を両立する

02の発熱問題の緩和を目指しています（写真）。
光無線：現状のスパコン、データセンターのネットワークはケーブルで相互接続して構築するため、総配線長が 1,000km を超えるなどメンテナンスが困難で並列計算処理ごとに適したネットワーク構成に変更すること

Michihiro Koibuchi

が難しくなっています。この 2 点の問題を光無ソフトウェア科 学

03

線通信（ケーブルレス）の採用により突破すること

アーキテクチャ科学研究系
准教授

を目指しています。

研究内容

水没コンピュータのテスト

水没冷却

多様化する知識創成型社会を支える

鯉渕 道紘

理論・実践から情報システムを創り出す

水没コンピュータにより、プロセッサーチップ

情報基盤科学研 究 背 景 ・ 目 的存の空冷の「扱いやすさ」と現状の液浸基礎理論の深みを解き明かす

コンピュータの電気絶縁性を得て、かつ、水中への放熱を可能にするために、コンピュータのマザーボード全体に薄膜コーティ
最新のXeon（ジーオン）プロセッサーの温度を、空冷と比べて2 0度ほど低下させることができました。ただし現在の技術では耐久性に課題があります。
光無線

ネットワークの「高いメンテナンス性」「通信パターンに応じた柔軟性」「省資源化」
をすべて達成するために、ケー

産業応用の可能性
水没コンピュータ

イーサネットの光源を用いて40Gbpsに近い通信を達成しサーチップの3次元統合積層の排熱問題が解決できるかています。マシンルーム内のラック上で多数のレーザーもしれません。マクロな点では将来、水没コンピュータをビームが相互に干渉しないような光無線端末レイアウトを

温水プールや水族館の水槽内に設置し、その熱を二次特許出願中です。

利用する、あるいは、海や河川に設置するなど従来と違図

うデータセンターの形が見えてくるかもしれません。

光無線データセンター /スパコンの全体像
FSO Lens

05

光無線

Beam

情報環境科学

Cabinet06に、ネットワーク構成を運用中に変更できるので、AI/ビッ
グデータ処理などで、現在では想像がつかないようなデー
タセンターの使い方が現われても設備の増設なしに、相Cable応に対応可能です。

研究者の
発明

♦
♦

Contact Information：：
アーキテクチャ科学研究系 准教授

鯉渕 道紘Email：koibuchi @ nii.ac.jp

2018

15

情報社会を多角的に捉える

長いケーブルなしでデータセンターを構築できます。さら
Switch知能システムの実現を目指して

ミクロな点では、コンピュータの最発熱部であるプロセッ

知能システム科学

ブルの代わりにレーザービームを使います（図）。現状のメディアの振る舞いを探求する

情報メディア科学

04

ングを施しました。その結果、水没冷却は高負荷時の研究分野 ▶インターネット計測・解析

基礎理論の深みを解き明かす

情報基礎科学01▶ネットワークセキュリティ

大規模インターネット
データからの情報抽出およびその応用▶ネットワーク管理・運用

インターネットは私たちの生活に欠かせない重要なインフラとなっていますが、ネットワークを正しく、効率良く運用していくことは簡単ではありません。
例えば、ウィルス、DDoS（分散型のサービ

研 究 背 景 ・ 目 的理論・実践から情報システムを創り出す

情報基盤科学02

ス妨害）、設定間違い等のネットワーク上の異常なトラフィックを早期に検出し、自ネット
ワークを防御する必要があります。また、
ネッ
トワークを構成する機器は複雑に接続されており、機器の監視を行っていてもネットワー
ク不調の原因を知ることは容易ではありません。私たちは、インターネット上のインフラからアプリケーションにまたがるさまざまな大規模データを集め、これらのデータに適Kensuke Fukuda

福田 健介

多様化する知識創成型社会を支える

ソフトウェア科 学

03したミクロ・マクロな解析手法を適用することで、ネットワークの安全性、効率性を高めるための研アーキテクチャ科学研究系
准教授

究を行っています。

研究内容

最近の研究内容として二つのトピックを紹介します。一つ

図1

目はインターネット上の悪意のある振る舞いを同定するため

Originatorの新しいデータ源として、DNS（Domain Name Services）

メディアの振る舞いを探求する

情報メディア科学

04

DNS 反射波

spam.bad.jp(1.2.3.4)
Spammerを用いた手法に関して研究を進めています。私たちのアプ（DNS
ローチでは、
権威サーバーへの集合的なDNSアクセス

TargetQuerier

Mail servera.example.com(192.168.0.1)

Recursive
resolverrdns.example.com(192.168.0.3)

Mail serverb.example.com(192.168.0.2)
Mail serverc.example.jp(172.16.0.1)

反射波）
から、大規模ネットワークスキャンの送信元を検出することに成功しています（図1）。

Recursive
resolverrdns.example.jp(172.16.0.2)

Authority
Auth serverm.root-servers.net(1.in-addr.arpa)
a.dns.jp(2.1.in-addr.arpa)
bad.jp: the final authority(3.2.1.in-addr.arpa
and 4.3.2.1.in-addr.arpa)

Query log @ Auth server
192.168.0.3 "PTR? 4.3.2.1.in-addr.arpa"
172.16.0.2 "PTR? 4.3.2.1.in-addr.arpa"

SMTP(application traffic)
DNS: PTR? 4.3.2.1.in-addr.arpa

二つ目に、ネットワーク管理のためのログマイニングの研究を行っています。ネットワーク管理者は、ネットワーク機器

図2から生成されるログから何か異常が起きていることを知るこ

Original log messagesとができますが、ログは大量かつ多種なため、トラブルシュー

知能システム科学

知能システムの実現を目指して

05

Classify log messages

ティングやトラブルの予測に活用することは簡単ではありまClassified log

せん。私たちは、NIIが構築・運用する学術情報ネットワー

Find causality amonglog events
Causality graph（Science Information NETwork : SINET）のログデータをク

Filter self evident
relations

例として、因果推論技術を用いたログ出力の因果解析フ

産業応用の可能性

Event1: user**logged in from**
2015-11-14 13:02:16
2015-11-14 14:25:00
DAG

if down
conn failed

login

su
if up

情報社会を多角的に捉える

情報環境科学DNS反射波は、インターネットサービスプロバイダー等でるログが生成された際に、その原因を特定したり、そのロ内部に存在する悪意のあるユーザーを検出する際に有効

グから派生しうるトラブルを予測したりすることが可能になるな技術と期待しています。また、ログ因果推論解析は、あと考えています。

研究者の
発明
16

Nov 14 13:00:25 server1 interface eth1 down
Nov 14 13:00:26 router2 connection failed to 192.168.1.4
Nov 14 13:02:16 server1 user sat logged in from 192.168.1.15
Nov 14 13:02:29 server1 su for root by sat
Nov 14 13:02:58 server1 interface eth1 up…

Provided informaton

レームワークを研究しています（図2）。

06

ネットワークログ解析

♦該当なし

2018

Contact Information

アーキテクチャ科学研究系 准教授

福田 健介

Email：kensuke @ nii.ac.jp

研究分野 ▶データ相互運用▶データベースプログラミング言語

情報基礎科学01
異なる場所に存在している同じ意味を表すデー
タを統一的に扱う問題は「データ相互運用問題」と呼ばれ、データベースの研究分野では古新しい技術や応用とともに発展し続けています。特に近年、生成されるデータはかつて

02

状から本課題に対する新しい要求とその解決手法が数多く提案されています。データ
相互運用では、スキーマの違いを記述しているスキーママッピングを通じて問合せが実行されるため、効率の良い問合せ処理が課題となっています。本研究では、データ相互

Hiroyuki Kato

運用時の問合せの最適化に取り組んでいます。

ソフトウェア科 学

03

コンテンツ科学研究系
助教

研究内容

近年、データ相互運用におけるスキーマの統合手法は、

図

P2Pに基づくデータ相互運用の概念図

データ全体をカバーするスキーマによる統合から、各データ

p4

ピア間のスキーママッピングを利用するP2P（Peer to Peer）

p5

情 報 交 換フォー マットとして、W3C（World Wide Web
Consortium）で 制 定 さ れ たXML（Extensible Markup

上で共有する時に利用されるなど、日常生活のさまざまな

p3

p6

メディアの振る舞いを探求する

情報メディア科学

04に基づく手法（図）へと移行しています。また、Web上でのLanguage）は、例えば、ワードファイルの中身を異なるOS

多様化する知識創成型社会を支える加藤 弘之

理論・実践から情報システムを創り出す

ないスピードで増加しており、このような現

情報基盤科学研 究 背 景 ・ 目 的

くから継続して取り組まれてきた課題であり、基礎理論の深みを解き明かす

データ相互運用問題
における問合せ最適化手法▶問合せ最適化場所で使われています。同様にW3Cで制定されたXML
データに対する問合せ言語であるXQueryも、さまざまな

p1

ordered）」が指摘されています。このような厳しい制限のも知能システム科学の 難しさとして、「 順 序 に 関 する厳しい 制 限（heavily

p2とでも、全てのXQueryエンジンで効率的に問合せが実行できる基盤技術を開発しました。

の成果に興味を示しており、上記の「順序に関する厳しい速化や既存のXQueryエンジンの高速化に適用できます。

制限」についてのパフォーマンスを解析するための分析ツー

実際、海外のXML/XQueryデータベース企業が本研究ルの提供を、当該企業から受けています。

研究者の
発明

06

♦該当なし

Contact Information

コンテンツ科学研究系 助教

加藤 弘之

Email：kato @ nii.ac.jp

2018

17

情報社会を多角的に捉える

XQueryを使ったデータ相互運用アプリケーションの高情報環境科学

産業応用の可能性

知能システムの実現を目指して

05

ところで使われています。XML/XQueryの問合せ処理

研究分野 ▶プログラミング言語▶ソフトウェア工学▶並列処理

基礎理論の深みを解き明かす

情報基礎科学

理論・実践から情報システムを創り出す

情報基盤科学02

近年ビッグデータの利活用が進んでいますが、データを集中管理する手法はネットワーク技術の点で厳しい局面を迎えています。その打開策として、データを集めることなく自律分散的に

研 究 背 景 ・ 目 的

双方向変換の深化による自律分散ビッグデータの相互運用基盤技術

01

ビッグデータの効率的な分析、共有、相互活用を行う新しいソフトウェア基盤技術が求められています。本研究では、NII が世界
トップレベルの研究成果をあげている、二つのデータベース間での整合性を保証す
る双方向変換技術を「高信頼・大規模・高効率」の方向へ深化させるとともに、その技術をネットワークに拡張し、正確かつ効率の良い分散管理手法を実現し、ライブ

Zhenjiang Hu

胡 振江

多様化する知識創成型社会を支える

ソフトウェア科 学

03

ラリーとして実装します。そして、その実装を現実の問題に適用し解決することで、応用による

アーキテクチャ科学研究系
教授

実証と提案手法の改善を行います。

研究内容

メディアの振る舞いを探求する

情報メディア科学04

これまでの研究成果を踏まえて、双方向変換技術を深化

CPS）におけるデータの相互運用、各種データの統一管させ、自律分散データの相互運用の基盤技術を確立します。

理等の問題に取り組み、ビューパッシング機構の有用性

具体的には次の三つの目標に分けてこれらを実現します。

を示すことを目的としています（図）。

目標1「双方向変換の深化」では、モジュール化、静的解析・

図

双方向変換とその応用例
構

自動検証、
強力なデバッグ機構と学習支援により、大規模・・高信頼で系統的な開発を可能とする環境を構築します。
目標2「双方向変換による新たな基盤の構築」では、自律分散
ビッグデータの相互活用のための新たな基盤となるビュー

情報社会を多角的に捉える

情報環境科学06

散

パッシング機構を確立し、非同期並列処理により効率化

知能システム科学

知能システムの実現を目指して

05を実現します。
目標3「双方向変換の実例への応用」では、社会の実問題で（Cyber-Physical System：
あるサイバーフィジカルシステム

産業応用の可能性

分散データの同期により、次の産業応用が考えられます。

● 組織の中における相互依存の各種データの高信頼管理● CPS・IoTにおけるデータの相互運用のための高信頼● 組織やチームでの共同作業を効果的に行うための支援システムの構築● 自己適応可能なスマートシステムの効率的な開発

研究者の
発明
18

♦該当なし

2018

Contact Information

アーキテクチャ科学研究系 教授

胡 振江

Email：hu @ nii.ac.jp

研究分野 ▶ソフトウェア工学▶ディペンダブルCPS▶機械学習ソフトウェア
情報基礎科学01
ソフトウェア技術が社会基盤システムに浸透する

品質向上とともに、不具合の影響が社会的な問題になってきました。今、「Society5.0」の実現技術として、
サイバーフィジカルシステム（CPS）の研究

研 究 背 景 ・ 目 的が進められています。実世界の現れとしてのデータを活用することで超スマート社会を情報基盤科学02

つまり膨大な量のデータから有用な情報を取り出す技術は、従来から機械学習として研究が進められてきました。その面白さは未知の結果を得ることですが、これは正解知なので、不具合があるかないかを調べる検査が困難です。本研究は、機械学習ソフト

ソフトウェア科 学

03

ウェア・システムのディペンダビリティを向上させる

情報社会相関研究系
教授

技術の確立を目的としています。

研究内容

劣化などの偶発的な故障とされます。ソフトウェアは物理的きません。入力データセットの偶発的な故障に影響されるとな実体がありません。開発過程で混入した欠陥に起因すもいえます。本研究では、適切な偏りを導入して効果的な

る決定論的な故障が原因です。機械学習はソフトウェア技

検査を可能にする「データセット多様性」という考え方で、術で実現されるので決定論的な故障に左右され、また、

機械学習ソフトウェア・システムのディペンダビリティを調べる

学習結果は膨大な量のデータからなるデータセットに依存し方法を研究しています（図）。

図

データセット多様性：手書き数字認識の適用例

(a)

(b)
デ

3

MNIST

デ

(0)

学習

(2)

の

05

学習

ステムに対して、同様な評価制度が規格化されるでしょう。

する方法に、システム開発者から独立した第三者機関の評価作業では、データセットを工夫し、対象システムのディ評価制度があります。セキュリティ分野では、評価・認証

ペンダビリティを調べます。本研究の成果は、機械学習ソフの規格ISO/IEC 1 5 4 0 8（JIS X 5 0 7 0）が決められました。

トウェアの開発者自身が行うディペンダビリティ向上の作業で攻撃に対するシステムの耐性を確認し、安心して使えるこ

利用できますし、また、第三者機関が行う評価手法の基とを保証します。近い将来、機械学習利用ソフトウェア・シ

礎技術としても利用可能です。

情報環境科学06♦該当なし

Contact Information

情報社会相関研究系 教授

中島 震

Email：nkjm@ nii.ac.jp

2018

19

情報社会を多角的に捉える

ソフトウェア・システムが安心して利用可能なことを保証

知能システムの実現を目指して

産業応用の可能性

の

デ

(1)

知能システム科学

学習

研究者の
発明

04

メディアの振る舞いを探求するます。データは実世界の現れであって、その変化を予測で情報メディア科学

ハードウェアや装置の主な不具合の原因は、物理的な多様化する知識創成型社会を支える

中島 震

理論・実践から情報システムを創り出す

実現するものです。ここで必要となる技術、値が不明ということでもあります。正解が未Shin Nakajima

基礎理論の深みを解き明かす

機械学習ソフトウェアの研究分野 ▶デジタル情報処理▶モバイルアプリケーション ▶パーソナルコミュニケーション

屋内もスマホでナビゲーション

屋外では便利に使えたスマートフォンの地図ナビ
ゲーションも、デパートなどのビルの中に入ったと

音響測位、
可視光通信技術

理論・実践から情報システムを創り出す

情報基盤科学02

たん、機能しなくなります。これは GPS 衛

研 究 背 景 ・ 目 的

基礎理論の深みを解き明かす

情報基礎科学01

星からの、自分の位置を知る（測位する）ための電波が届かなくなるためです。屋内で GPS 相当の電波を出しても、壁や家具で乱反射するので測位には使えません。
屋内ではそれに代えて、音や光を使う測位方法が有望です。音や光を使うと、測位だけでなく、催し物の内容など一般の情報を伝達することもできます。私たちの研
究は、音響および光による測位と通信機能

Hiromichi Hashizume

橋爪 宏達

多様化する知識創成型社会を支える

ソフトウェア科 学

03をスマートフォンに付け加えることで、屋内での新しいスマートフォンの利用形態を提案します。

アーキテクチャ科学研究系
教授

研究内容

屋内ナビゲーションのための位置計測では、屋外のGPSより高い精度が要求されますが、私の測位精度（数メートル）たちはそのために「位相一致法」というミリメートル精度の計

メディアの振る舞いを探求する

情報メディア科学

04

測原理を開発しました。この手法は、スマートフォンのビデ
オカメラを使った光の信号と併用すると特に効果的なため、

HELLO, WORLD

私たちは可視光通信技術も研究し、二つの技術を合わせることにより、屋内における高精度の測位を可能にしました。
ビデオカメラの可視光通信は低速な通信速度しか得られないのが欠点でしたが、測位利用の副産物として「仮想正弦波解析」という新しい通信技術を開発し、従来の通信速

知能システムの実現を目指して

知能システム科学

05

度を10倍程度更新しました。

産業応用の可能性

実験室内の音響計測では、位相一致法により、3メート

ルタイム音声を送ることができるため、催し物の各コーナー

ルの位置で3 5ミクロンの計測精度を達成し、これは世界記の説明をその位置にいる人に可視光通信で行えるはずで録になっています。このため同方式を工場の生産ラインで、す。自動車のテールランプと車載カメラによる車車間通信に

加工対象の精密な位置決めに使うことも検討されています。

も応用できます。

ビデオカメラを使う可視光通信では、私たちの方法ではリア

情報社会を多角的に捉える

情報環境科学

06

研究者の
発明
20

♦
♦

2018

：
：

な

Contact Information

アーキテクチャ科学研究系 教授

橋爪 宏達

Email：has@ nii.ac.jp

研究分野 ▶情報学基礎▶ソフトウェア科学 ▶形式手法
情報基礎科学今日、製造業においては高度な情報処理技術を用いた自動化とソフトウェア支援により、設計から生産までの製造工程のあり方を根本的に変える

─高品質・高効率な製品開発に向けて取り組みが進んでいます。この背景を踏ま

研 究 背 景 ・ 目 的え、従来、ソフトウェア開発に用いられてきた「形式手法」と呼ばれる数学的手法を工業
情報基盤科学02

発効率を画期的に向上させることは、それらが計算機制御され、その機能・複雑さ・
社会的責任を増している今日、学術的・産業的に非常に重要なトレンドとなっています。
理システムデザインプロジェクト」を通して先進的形式手法の研究、さらに産業界の実問題

形式手法を自動車制御などの物理情報システムに適用するためには、従来、コンピュータでの計算を前提として扱っ

化理論を用いて具体化、また機械学習等の実践的ソフト
ウェア工学手法を活用して実用化を目指します。
図1

04

形式手法の拡張：ソフトウエアから物理情報システムへ張が必要となります（図1）。私たちは独自のアプローチとして、形式手法の拡張過程そのものを
「論理学」
「圏論」
と
いった抽象数学を駆使して解析、高次（メタレベル）の理論を構築し形式手法の諸技法を一挙に拡張します（図2）。一方、応用面では、これらの理論研究の成果を制御理論、最適

＊ 様
＊

図2

論 論

現状の開発プロセスに適用することで、具体的・実践的なアプローチは、将来の製品設計プロセスにおける形式手法

学

T1

論
の
体を 論的

T+e
の

T3

T [e]

e1

T 1 [e1]e2

T 2 [e2]e3

T 3 [e3]

06

を構

e

とした先駆的な製品設計プロセスを実践するカナダのウォ
タールー大学の自動運転車プロジェクトをテストベッドとして造

形式手法の産業応用について先駆的研究を行います。

研究者の
発明

♦

Contact Information：
アーキテクチャ科学研究系 准教授／
システム設計数理国際研究センター長

蓮尾 一郎

Email：hasuo @ nii.ac.jp

2018

21

情報社会を多角的に捉える

なT

T2

+
+
+

情報環境科学の果たす役割を追求します。ここでは、ソフトウェアを中心

05

の数学的

独自の方法論：メタ理論による移転

設計プロセスに対し形式手法の支援を行います。ここでは形式手法の適用実現とその効果を実証します。二つ目のな知能システムの実現を目指して

Yes / No

この研究では産業応用志向が一つの特徴です。具体

目のアプローチでは国内外の企業と協働し、実際の製品

の計

＊ 様
の
＊計算機での知能システム科学

産業応用の可能性

的な方向性として二つのアプローチで進めています。一つ

・

＊

離散

メディアの振る舞いを探求する

時間などの「連続的要素」の両方を包含するような理論拡

実証、実用化を目指すことを目的としています。

情報メディア科学てきた「離散的要素」と物理系の連続ダイナミクスや確率・

ソフトウェア科 学

アーキテクチャ科学研究系 准教授／
システム設計数理国際研究センター長

研究内容

03

に対する応用・実装を進め、形式手法の効果多様化する知識創成型社会を支える

蓮尾 一郎

理論・実践から情報システムを創り出す

製品の開発に適用し、製品の信頼性や開本研究では、JST ERATO「蓮尾メタ数
Ichiro Hasuo

基礎理論の深みを解き明かす「形式手法」を
ものづくりへ01

研究分野 ▶コンピュータグラフィックス▶数値流体力学▶数値物理シミュレーション

基礎理論の深みを解き明かす

情報基礎科学

理論・実践から情報システムを創り出す

情報基盤科学02

コンピュータグラフィックス（CG）のための美しい研 究 背 景 ・ 目 的

美しいCGの動きを数値で構築する
新しい計算手法を開発

01

映像を実現する、数値流体力学の新しい計算手法の開発に取り組んでいます。こだ
わるのは視覚的な美しさと数学的な美しさの二面性。前者は水しぶきや渦の動きを効率よくとらえられるアルゴリズムの開発、後者は自然現象の特徴をシンプルな数式で記述できる新しい数学モデルの構築をテーマとしています。この成果は主に映画の特撮分野で応用され、アニメーションのリアルな動きを創り出しています。

Ryoichi Ando

安東 遼一

多様化する知識創成型社会を支える

ソフトウェア科 学

03

コンテンツ科学研究系
助教

研究内容

視覚的に美しい現象を再現可能にするアルゴリズムの開図1

アダプティブ計算法

図2

2 層流体

発を目標としたこの研究テーマでは、視覚的に特徴的な渦、水しぶきといった要素を計算する「アダプティブ計算法」に取

メディアの振る舞いを探求する

情報メディア科学04

り組んでいます（図１）。アダプティブ計算法では、大規模な流体が計算可能になり、同時に視覚的に重要ではない計算が少なくなるため、全体のコストを抑えられる利点があります。
新たな数学的モデルに着目した研究では、流体の数学的な問題をあるエネルギー関数の最小問題に置き換え、流体現象を数学的に美しく数値計算できるアルゴリズムの開知能システムの実現を目指して

知能システム科学

05

発に取り組んでいます。例えば、流れ関数を用いた数式モデルでは、これまで困難だった「２層流体の数値計算法」を開発しました（図２）。

産業応用の可能性

私の研究は、映像業界で応用されています。また、開発されたアルゴリズムは、ビジュアルシミュレーションでありな
がら、高い計算精度を実現し、その研究内容は数値流体

情報社会を多角的に捉える

情報環境科学06

力学の産業界で応用できます。

研究者の
発明
22

♦該当なし

2018

Contact Information

コンテンツ科学研究系 助教

安東 遼一

Email：rand @ nii.ac.jp

研究分野 ▶3次元復元▶機械学習▶距離画像処理情報基礎科学3 次元復元は、撮影された被写体の形状や距離等の 3 次元情報を復元することを目的としたコンピュータビジョンの研究分野です。例えば、自動運転車が周囲の環境を理解して安全に距離の情報が不可欠です。あるいは 3D

02

をスキャンするといった用途も考えられます。
人間がさまざまな手掛かりを利用して奥行きを知覚するのと同様に、復元する対象やアプローチは多岐にわたり、それぞれが独自の研究分野を形成しています。私はこの分
野で、陰影の変化を利用して被写体の法

Satoshi Ikehata

線画像を復元する「フォトメトリックステレオ法」

フォトメトリックステレオ法に取り組んできました。

図1

機械学習に基づくフォトメトリックステレオ法のアイデア
・

当てて、陰影の変化から3次元復元を行うアプローチで・被写体の法線画像を復元します。しかし、相互反射のような複雑な物理現象をモデル化することは困難で、既存研究では単純な光学系のみが扱われてきました。そこ

・
・

・

・

❷

の
関係を学習

を

を
CGモデル

04

❸
学習
モデルの実
の

❶

デ

図2

構造化された屋内 3 次元モデルとその応用の構造 ので私たちは、困難なモデル化をCGデータを用いた機械
学習によって代替し、より汎用的な対象に対してこの手間

建築物内部の3次元復元

建築物は人間が住みやすいように注意深くデザインされており、「壁は平面で地面に対して垂直である」等の共通ルールが幾つも存在します。そのようなルールを上手く産業応用の可能性

3次元復元技術は今後以下のような応用が期待されてい能になります。これまでに、復元された3次元モデルに対● 重要文化財の形状保存

して「部屋」、「壁」、「天井」等の構成要素への階層的● 屋内ナビゲーションや家具配置のシミュレーション

構造化手法を実現し、間取り図の生成、ナビゲーション● タンパク質の形状復元、人工関節や臓器の生成のためシステム、CAD編集等に応用してきました（図2）。

06

の人体測定
● 自動運転技術やロボットの制御● VR、ARコンテンツの生成

研究者の
発明

♦該当なし

Contact Information

コンテンツ科学研究系 助教

池畑 諭

Email：sikehata @ nii.ac.jp

2018

23

情報社会を多角的に捉えるます。

情報環境科学

利用することで、高度な3次元情報を復元することが可

知能システムの実現を目指して

05

る

知能システム科学

CAD

法を適用することを実現しました（図1）。

メディアの振る舞いを探求する

す。数理的には光が被写体に反射してカメラに到達すを

情報メディア科学

フォトメトリックステレオ法は様々な方向から被写体に光をる過程をモデル化し、その逆問題を最適化する過程でソフトウェア科 学

コンテンツ科学研究系
助教

研究内容

03

および「建築物内部の 3 次元復元」をテーマ

多様化する知識創成型社会を支える

池畑 諭

理論・実践から情報システムを創り出す

プリンターで出力するために被写体の形状

情報基盤科学研 究 背 景 ・ 目 的

走行するためには、建物や他の車までの基礎理論の深みを解き明かす

実世界への応用を目指した高精度な3次元復元技術の開発

01

研究分野 ▶マルチメディアアナリティクス▶ビデオマイニング

放送映像アーカイブに蓄積されている
映像ビッグデータからの知識発見

蓄積する大規模映像アーカイブの構築が可能になっています。NIIでも、「NII TV- RECS」と呼理論・実践から情報システムを創り出す

情報基盤科学02

近年の計算機技術の進展により、大量の映像を

研 究 背 景 ・ 目 的

基礎理論の深みを解き明かす

情報基礎科学01▶データベースシステム

ばれる学術研究目的のテレビ放送アーカイブを構築しており、映像解析や映像検索など
映像処理技術研究の実験データとして、また、放送内容の時間的推移などテレビ放送に関する社会学的分析の一次資料として使用されています。一方、大量の映像を処理・解析することは、最新の計算機技術をもってしても容易なことではありません。そこで、映像ビッグデータからの知識発見を効片山 紀生

多様化する知識創成型社会を支える

ソフトウェア科 学

03

処理からユーザーインターフェースまでさまざまな手法について研究しています。

コンテンツ科学研究系
准教授

研究内容

取り組んでいる研究課題の一つに、放送映像アーカイブに蓄積されているニュース映像から主要なニュースショットを抽出し一覧表示する技術があります。放送映像アーカイ

メディアの振る舞いを探求する

情報メディア科学

04

ブには大量のニュース映像が蓄積されていますが、どのような内容が放送されたのか、全体像を把握するのは容易

ル数が多いものほど大きく表示するタグクラウド型の表示方式を提案しています（図）。
図

放送映像アーカイブからの主要なニュースショットの抽出
TV

Ch. A

ではありません。そのため、それらの重要さを自動的に評Ch. B

価し、ランキングする仕組みが必要になります。ニュース映

Ch. D

像の重要さは、内容解析手法によって評価することも考えられますが、この技術では情報フィルタリングによるアプロー

Ch. C
Ch. E
Ch. F

チをとっています。「視覚的に有用なニュース映像は、複数のチャンネルで共通して現れやすい」という前提に基づ

知能システム科学

知能システムの実現を目指して

05

情報社会を多角的に捉える

情報環境科学06

率的に行うための技術について、基礎的な映像

Norio Katayama

き、複数チャンネルに共通して現れる、同一またはほぼ同一なニュース映像を映像照合技術によって検出し、それらの出現チャンネル数によって視覚的有用性を評価しています。そして、それらの一覧表示方法として、出現チャンネ

産業応用の可能性

社会に映像があふれる時代になり、大量の映像を扱うための技術は以前にも増して重要になっています。産業応用
としては、例えば、以下のものが考えられます。
● 放送映像アーカイブシステムにおけるニュース映像検索● 与えられたニューストピックに対して視覚的有用性が高い映像を選び出す映像発見システム● 長期間にわたって蓄積された大量のニュース映像に対する自動ランキングシステムのためのユーザーインターフェース

研究者の
発明
24

♦

2018

：

な

Contact Information

コンテンツ科学研究系 准教授

片山 紀生

Email：katayama @ nii.ac.jp

研究分野 ▶3次元画像処理▶焦点ぼけ画像処理▶光線情報処理情報基礎科学

画像の撮影、蓄積、処理、伝送、表示技術は成熟し、私たちを取り巻いています。実際、3次元テレビや Nintendo 3DS のように、映元画像」の取り組みも実用化の段階を迎えました。一方、「立体感」を含みつつも、

02の実現を目指し、本来の「3 次元」 空間
そのものを再現する映像メディアが構想されはじめています。すなわち、従来のように「像」を再現するのではなく、それを発生させる「光線」自体の再現を扱う新しい 3次元画像処理「光線情報処理」 が研究の対Kazuya Kodama

象となっています。

ソフトウェア科 学

03

コンテンツ科学研究系
准教授

研究内容

3次元空間中を飛び交う光線そのものを取得、再現すれ

産業応用の可能性

当該の基本技術についてはすでに特許も取得し、現在とはもちろん、視覚的障害物を隠蔽、回避すること等も可

線情報と等価である多視点画像群は膨大な冗長性を含ん能です。「臨場感」を必要とするイベント会場やデジタルサ

でおり、その高能率圧縮にはより次元の低い多焦点画像

イネージ上に、より高度な視覚環境を提供する、柔軟な映群への変換が極めて効果的であることが明らかになりまし像メディアが構築されるのです。

た。また、単にその冗長性を削減するのではなく、いった

04の基本技術として、複数の視点から撮影した「多視点画像の雑音や欠損部分等の劣化を安定に復元する手法も示さ群」と、複数の焦点合わせで撮影した「多焦点画像群」のれています。他方で、逆向きの変換により、レンズの集光関係を導出し、これらの相互変換に基づく光線群の分解、の解析に基づく視点、焦点合わせ、ボケ味の変更といった、再構成を提案しています（図1）。

対象の3次元分布を反映した仮想的なコンテンツ操作も実

図1現しました（図2）。

多視点と多焦点の相互変換

図205

顕微鏡画像群に対する仮想的な視点や焦点の操作

・

3
構

研究者の
発明

♦

Contact Information

構：

コンテンツ科学研究系 准教授

児玉 和也

Email：kazuya @ nii.ac.jp

2018

25

情報社会を多角的に捉える

構

4

情報環境科学06

知能システムの実現を目指して

ん多焦点画像群を介し集約することで、取得光線情報上

知能システム科学

空間中を飛び交う光線を効率的に記述、処理するため

メディアの振る舞いを探求するはいくつかの発展的研究に取り組んでいます。例えば、光情報メディア科学

ば、対象をさまざまな方向から同時に複数人で観察するこ多様化する知識創成型社会を支える児玉 和也

理論・実践から情報システムを創り出す

はるかに大きな枠組みである「臨場感」

情報基盤科学研 究 背 景 ・ 目 的像メディアに「立体感」を付与する「3 次基礎理論の深みを解き明かす

多視点と多焦点の相互変換に基づく
柔軟な3次元画像処理

01

研究分野 ▶デジタルアーカイブ

デジタルアーカイブを活用する
知識ディスカバリー
環境構築技術ミュージアムやライブラリー、大学など社会や文化の記憶を蓄えてきた組織を中心に、デジタルアーカイブの構築・公開が進められています。

理論・実践から情報システムを創り出す

情報基盤科学02▶知識クラウド研 究 背 景 ・ 目 的

基礎理論の深みを解き明かす

情報基礎科学01▶連想情報学

しかし、発信に当たってはそれぞれのコレクションとしての存在価値を主張することが重視され、異なるデジタルアーカイブ間での情報の相互運用性は一般には保証されていません。本研究では、複数の情報源（デジタルアーカイブ）から多様な情報を集めて、それらを意味的に関連付けて利用するための統一的な利用環境の実現を目指します。現在よく使われているキーワード検索

ベースの横断検索では決して実現できない、Akihiko Takano

高野 明彦

多様化する知識創成型社会を支える

ソフトウェア科 学

03

ユーザーに新しい気付きをもたらすディスカバ
リーサービスを構築します。

コンテンツ科学研究系
教授

研究内容

データの相互運用性を保証する国際的標準であるIIIF

集して、それらを時間や位置情報に基づいて一覧するた（International Image Interoperability Framework）等に準めの基本技術を追求しています。また、メタデータや解説拠するデジタルアーカイブ構築を推進しています。その上文の類似度に基づいて、異なる種類の情報を相互に関連

で、複数の異なるデジタルアーカイブから必要な情報を収（GETA）
も開発ずみです。
付ける連想計算エンジン

産業応用の可能性

福岡市科学館サイエンスナビの科学知識ディスカバリーサービス

メディアの振る舞いを探求する

情報メディア科学

04

本研究の成果は、すでに多くのサービスで実際に利用されています。連想計算エンジンを活用したサービスには、
Webcat Plus、新書マップ、ブックタウンJIMBOU、文化
遺産オンラインなどがあります。デジタルアーカイブでは、渋沢敬三アーカイブ、藤本義一アーカイブ、永六輔デジタル

知能システム科学

知能システムの実現を目指して

05

記念館など、特定の人物に注目したサイトを構築しました。
また、組織に蓄えられてきた情報のデジタルアーカイブとして、NHK放送文化アーカイブ、アドミュージアム東京の広告情報アーカイブ、日本アニメーション映画クラシックスなどを構築しました。信頼できるデータベースに蓄えられた情報を時間（https://
軸で眺めるツールとして、TIMEMAPシステム
timemap.info/）を開発・公開しています。福岡市科学館の情報社会を多角的に捉える

情報環境科学06

サイエンスナビでは、別フロアでの展示体験を科学雑誌や
科学映像コレクションと連想検索で結びつけて、子供たちの科学への興味を育てるサービスを展開して好評です。

研究者の
発明
26

♦
♦
♦

2018

：
：
：
Contact Information

コンテンツ科学研究系 教授

高野 明彦

Email：aki @ nii.ac.jp

研究分野 ▶コンピュータビジョン ▶水中3次元復元▶カメラシステム

存と発展のために天然資源や海洋生物の調査が盛んに行われています。海中にあるものの状態を正しく認識するためには、光の三原色である Red、Green、Blue（RGB）の色と 3 次
元形状、モーションがとても重要です。そ情報基盤科学02

ら取得することができます。現在、商品化している 3D ビデオからこれらの情報を取得する方法として、人間の視覚システムを模倣するステレオ（Stereo）、ストライプや格ライト（Structured Light）、光の飛行時間を測定するタイム・オブ・フライト（Time-of-Flight）

ソフトウェア科 学

03などがあります。しかし、水中の対象物の 3 次

コンテンツ科学研究系
助教

元形状や RGB の色を正しく測定するのはまだ難
しいです。

研究内容

水中の対象物の3次元形状やRGBの色を正しく測定できるようにするため、水中シーン専用の「マルチスペクトル

産業応用の可能性

マルチスペクトルRGB−Dカメラは、魚の3次元行動軌

跡解析による養殖技術の高度化や、水の中に隠れている「Trispectral Depth Sensing」という3次元復元方法で文化遺産の3次元デジタル化、珊瑚の成長状態の調査など、す。RGBカラーについても、水の影響を除いて、対象物

さまざまな応用分野で役立つことが期待されます。

本来の色に修正することができます。高速並列処理により、3次元形状とRGB色を統一して、高解像度3次元ビデオをメディアの振る舞いを探求する

04

メラの最大の特徴は、水の吸収特性に基づく革新的な情報メディア科学

RGB−Dカメラ」の研究開発を推進しています（図）。このカ多様化する知識創成型社会を支える

鄭 銀強

理論・実践から情報システムを創り出す

れらの情報は、3D ビデオの撮影データか

子状のパターンを利用するストラクチャード
Yinqiang Zheng

基礎理論の深みを解き明かす

情報基礎科学

地球表面のおよそ 70% は海であり、人類の生

研 究 背 景 ・ 目 的

水中シーンの3Dビデオ
撮影に向けたマルチスペクトル
RGB-Dカメラの開発

01

リアルタイムで出力することができます。
水中 3 次元復元方法を用いた「マルチスペクトルRGB−Dカメラ」

G

B

RGB

知能システムの実現を目指して

R

05

知能システム科学

図

3
1

2

3

RGB-D
研究者の
発明

♦該当なし

Contact Information

コンテンツ科学研究系 助教

鄭 銀強Email：yqzheng @ nii.ac.jp

2018

27

情報社会を多角的に捉える

情報環境科学06

研究分野 ▶時系列解析

時系列データ活用技術の開発とその応用

近年になって、
ウェブ履歴、
メールの送受信記録、サーバーのアクセスログ、センサーデータ、心電図・血圧等の生体計測データをはじめ、さまざ研 究 背 景 ・ 目 的

基礎理論の深みを解き明かす

情報基礎科学01▶計算論的神経科学 ▶ウェブ・ソーシャルメディア分析

理論・実践から情報システムを創り出す

情報基盤科学02

まな時系列データを入手できるようになってきました。このようなデータを有効に活用するためには、データの背後に潜むルールを発見することが重要です。標準的なデータ
マイニングの手法では、高頻度のパターンを探索することによってルールの抽出が行われます。しかし、時系列データの場合には可能なパターンの組み合わせ数が莫大となるため、スーパーコンピュータを使ったとしてもルールの抽出は困難です。そこで時系列

Ryota Kobayashi

小林 亮太

多様化する知識創成型社会を支える

ソフトウェア科 学

03

モデルに基づいて、データから隠されたルールを発見する手法を開発しています。

情報学プリンシプル研究系
助教

研究内容

時系列データとして、脳から計測されたデータに着目して図1きました。神経細胞間の電気信号のやり取りを詳細に計測

実際の神経細胞が生成するパルス（スパイク）を正確に再現する数理モデル

することは、現在の実験技術では困難です。そこで、脳計

計測データから神経細胞の情報処理のメカニズムを調べる手法の開発に取り組んできました。特に、私たちが開発した神経細胞モデルは、スイス連邦工科大学ローザンヌ校（EPFL）が2 0 0 7 〜 2 0 0 9年に開催した予測コンテストにお：いて優勝しました（図1）。このモデルは、脳のコンピュータシ
ミュレーションの要素技術として使われつつあります。

：

し将来のリツイート数を、ツイート直後のデータから予測する手法

図2

NIIに着任してから、ウェブ・ソーシャルメディアから得ら
1分間に300時間以上のYouTube動画、30万以上のツイー
トといった膨大な量のコンテンツが生まれ続けていますが、人々に注目されるのはそのほんの一部です。ウェブコンテン(

的に行うことが可能になります。私たちは、ウェブコンテン（ツイート、署名サイト）が将来どれだけアクセスされるかを予ツ

情報社会を多角的に捉える

情報環境科学06

測する技術を開発しました（図2）。

10
8

数:

)
数:

(

)

4
2

：

存

存

Gao et al. Zhao et al.
2015
2016

の 間

2015,

30%

6

0

ツの公開後にどれだけ人々の興味を引くかを予測できるようになれば、マーケティングや魅力的なコンテンツ開発を効率

1(Kobayashi & Lamboitte, 2016)

れるデータの分析技術の開発を始めました。ウェブ上では、

知能システム科学

知能システムの実現を目指して

05

確率 (t)

メディアの振る舞いを探求する

情報メディア科学

04：: Zhao et al., KDD, 2016

: Gao et al., WSDM

産業応用の可能性● ウェブ履歴データを活用した効率的なマーケティング手法● 脳波、筋電図、心電図などの生体データから人の状態をモニタリングする技術

研究者の
発明
28

♦該当なし

2018

Contact Information

情報学プリンシプル研究系 助教

小林 亮太

Email：r-koba @ nii.ac.jp

研究分野 ▶人工知能▶法的推論▶論理プログラミング

社会にインターネットが普及したことにより、電子商取引や SNS でのプライバシー問題など、今までの社会制度とは異なる社会シ
ステムが導入され、新たな法的問題が生じています。本研究の究極の目的は、そのような急激な社会変化に対する法的問題の情報基盤科学02

Ken Satoh

ソフトウェア科 学

03

情報学プリンシプル研究系
教授

その第一歩として、現在、裁判官が行っている法的推

産業応用の可能性「要件事実論」は現在、法科大学院、司法研修所で教タ上の実装を行っています。「要件事実論」とは、民事裁弁護士）が用いている法的理論といえます。応用としては、判において、判決を決定する主要事実の成立・不成立が「要件事実論」の教育のためのツールおよび実務における証拠から導かれないときに、その主要事実の成立・不成訴状の主要事実の欠缺のチェック、また、「要件事実論」

立のデフォルト値で代用する理論のことです。この理論は、の法的推論提示システムを用いて当事者間の準備書面、人工知能における「非単調推論」と呼ばれる不完全情報下

答弁書の提出の効率化を図ることができます。

04

での合理的推論の定式化と密接に関連しており、その定

メディアの振る舞いを探求する

えられている理論です。したがって、法曹（裁判官・検察官・
情報メディア科学論の一部である「要件事実論」と呼ばれる理論のコンピュー多様化する知識創成型社会を支える佐藤 健

理論・実践から情報システムを創り出す

解決を情報学によりサポートすることです。

研究内容

基礎理論の深みを解き明かす

情報基礎科学研 究 背 景 ・ 目 的裁判官の判断をシミュレーションする
システム

01

式化を用いて、「要件事実論」
を実装しています（図）。現在、民法条文および最高裁判例からルールを抽出し、1万ルー

知能システム科学

図

法的推論提示システムによる推論過程の可視化

19 3 16

知能システムの実現を目指して

05

ルを実装しています。

19 3 16

19 3 16♦

Contact Informationの関

18 12 618 12 6

研究者の
発明

06

間

19 3 16：

情報学プリンシプル研究系 教授

佐藤 健

Email：ksatoh @ nii.ac.jp

2018

29

情報社会を多角的に捉える

間

情報環境科学の研究分野 ▶機械学習

基礎理論の深みを解き明かす

情報基礎科学01▶バイオインフォマティクス

データやモデルの幾何的構造を大切にした機械学習
技術の研究

人工知能の要素技術である機械学習がさまざまな応用分野で注目されています。機械学習の目
的は、経験から学習して自動的に賢くなる計算機プログラムをつくることで、自動運転、音研 究 背 景 ・ 目 的理論・実践から情報システムを創り出す

情報基盤科学02▶データマイニング

声認識、創薬、不良品検知、ゲームなど
応用は多岐にわたります。インターネットや
IoT の普及などによるデータ量の増加（いわゆるビッグデータ）、GPU 等の計算機ハード

ウェアの発達、そして学習アルゴリズムの理論的発展によって、いろいろなことが一気にできるようになり、とてもエキサイティングな状況です。しかし、機械学習の応用分野が広がるにつれて、より高い信頼性が求Mahito Sugiyama

杉山 麿人

多様化する知識創成型社会を支える

ソフトウェア科 学

03

められます。そこで、機械学習の健全性を担保し、さらなる応用の可能性を広げるための理論

情報学プリンシプル研究系
准教授

的および実践的研究を進めています。

研究内容

データに内在する構造や、機械学習で用いる計算モデ

ルが持つ構造に着目し、これらを適切に取り扱うための機

図

離散構造を持つデータや計算モデルを幾何的空間で捉えることで、機械学習や統計的解析を実現

離散構造 × 統計 × 幾何

械学習手法を研究しています。これによって、データが多メディアの振る舞いを探求する

情報メディア科学

04

数の変数で記述されているとき、どの変数（の組合せ）が効

離散構造

いているのか、計算モデルが複雑な構造を持っているとき、どの構成要素が重要なのか、といったことを調べることがで

確率分布

多様体

・変数間の依存関係
・多層の計算モデル

きるようになり、より信頼性の高いデータ解析が実現できます。具体的には、情報幾何を用いて構造を持つ対象の空間や幾何を解析し、各対象が持つ情報量を分解します

知能システムの実現を目指して

知能システム科学

05（図）。また、パターンマイニング技術によって、膨大な解空間から必要な候補を高速に見つけ出します。これらの技術
連続的な幾何的空間で統計推論や機械学習を実現するの集積によって、信頼性が高く効率的な機械学習手法を構築すると同時に、情報理論的、統計的観点から、機械学習で得られる結果をより深く評価します。

産業応用の可能性

情報社会を多角的に捉える

情報環境科学06

情報幾何を用いた情報量分解技術は、汎用的な手法とれます。また、一般には、データがグラフやネットワークなして、幅広いデータ解析に使えます。特に、データが多数

どの離散的な構造を持っているとき、その構造を適切に考の変数で表現されているときには、変数間の関連を調べる

慮することができるので、化合物データや時空間データのことができるので、例えばヘルスケアへの応用などが考えら解析などが可能です。

研究者の
発明
30

♦該当なし

2018

Contact Information

情報学プリンシプル研究系 准教授

杉山 麿人

Email：mahito @ nii.ac.jp

研究分野 ▶ブロックチェーン▶仮想通貨▶スマートエコノミー

として発明されました。仮想通貨とブロックチェー
ンは二層関係にあります。上位のレイヤーにおいて、
シェアリング・エコノミーの「鍵」や「アセット」 が送信されます。下位のレイヤー
では、経済行為とは反対の側に向けて、情報基盤科学

02

位レイヤーの「金流」は、上位レイヤーの「商流」と不可分一体の関係にあります。
経済活動はかつてないイノベーションを経にあります。ブロックチェーンを契機とした経済共同体の再編成における経済と社会の諸問題について、学際的な視点に基づいて探究

ソフトウェア科 学

03

しています。

情報社会相関研究系
准教授

研究内容

ブロックチェーンの応用可能性として注目されるのが、シェ

産業応用の可能性

これまでの経済活動では、産業ごとのプレーヤーが情報フォームです。中国のような消費大国においては、あらゆ

した。ブロックチェーンの時代が到来すると、情報の非対る資源よりも人間のニーズが上回る傾向にあり、
シェアリング・

称 性は解 消され、 経 済 共 同 体 の 活 動はP2P（Peer to

エコノミーの進展なくして持続的経済の維持はありません。

（結節点）
Peer）
ネットワークを支えるノード
によって共有されま

国境を越えて民泊予約や車両予約などのサービスが展開す。このような変革の時代にあって、経済共同体におけるされる時代には、特定のサービス主体を信頼する従来の意思決定の主導権を掌握するのは、かつて非対称性の中構造から、信頼できる第三者の存在を必要としないブロック

心に位置した企業ではなく、経済活動のプラットフォームとチェーン社会への構造転換が不可欠です。迫りくるスマー

なるブロックチェーンを提供することに成功した企業です。

トエコノミー時代の基盤としてのブロックチェーンの可能性にブロックチェーンを契機とした経済共同体の再編成の方向ついて、国内外の共同研究者の協力を得て学際的に研究性について、海外の研究者と連携して多角的に研究してしています。

います。

情報メディア科学

04

知能システム科学

05

Global Cities ForumDistinguished Guest
し
し

し
な

研究者の
発明

NII

し

♦該当なし

Contact Information

情報社会相関研究系 准教授

岡田 仁志

Email：okada @ nii.ac.jp

2018

31

情報社会を多角的に捉える

06

情報環境科学し知能システムの実現を目指しての結節点となって、情報の非対称性をコントロールしていま
メディアの振る舞いを探求する

アリング・エコノミーに代表される自律分散型の経済プラット

多様化する知識創成型社会を支える岡田 仁志

理論・実践から情報システムを創り出す

金銭的価値が流通します。すなわち、下て、新しい二層構造に再統合される途上

Hitoshi Okada

基礎理論の深みを解き明かす

ブロックチェーンは分散型仮想通貨の基盤技術

研 究 背 景 ・ 目 的による経済共同体の可視化

01

情報基礎科学

ブロックチェーンの応用

特

許

一

覧

な

該

32

2018

産業と学術の連携が、新たな未来価値創造のきっかけを作ります『NII SEEDs』
は、
国立情報学研究所（NII）の産業応用の可能性がある研究成果をご紹介し、産業界や官公庁等の皆様に共同研究や技術相談等のテーマ探しのツールとしてご活用いただくことを目的に発行しています。
各シーズは担当研究者のレポート形式となっています。

N I I が 提 案 する
産官学連携
国立情報学研究所（NII）
は情報学分野の研究と情報基盤事業に取り組み、社会が抱える課題を解決する実践的な研究開発の推進を目指しています。
そのためには産官学の連携が不可欠であり、一層の連携強化を推進するため、企業や自治体の皆様のご要望に沿えるよう産官学連携活動を推進してまいります。

ご興味を持たれた企業・自治体等の皆様は、
下記に記載いたしましたお問い合わせ先、
国立情報学研究所 研究戦略室までご連絡ください。
研究者との面談や、産官学連携活動プログラムのご紹介等、さらなる情報交換の機会をご提案いたします。
ご相談・お問い合わせ
国立情報学研究所

研究戦略室

NIIが提案する産官学連携活動

Email nii-ura@nii.ac.jp
HP http : //www.nii.ac.jp/research/iga/

C o n t e n t s
はじめに .......................................................................................................................................... 01

屋内もスマホでナビゲーション
音響測位、可視光通信技術 ............................................... 橋爪 宏達 20

Researcher ﬁle no.1

「形式手法」をものづくりへ─高品質・高効率な製品開発に向けて ............ 蓮尾 一郎 21

Researcher ﬁle no.2

𠮷田 悠一 ............................................................... 02
杉山 麿人 ............................................................... 04

Researcher ﬁle no.3 岡田 仁志 ............................................................... 06■研究シーズ 2018
01 情報基礎科学 ─ 基礎理論の深みを解き明かす
実際の入力構造を活用し、より効率的に計算を行うアルゴリズムを研究 .............................................. 岩田 陽一 09
データを理解しやすく、意味をとりやすくするデータ解析技術 ......................... 宇野 毅明 10
ネットワークを介してモノの動きのデザインをする ..................................................... 岸田 昌子 11
社会の多様な要望に応える
マッチングアルゴリズムの設計 ...................................................... 横井 優 12
定数時間アルゴリズムで連続最適化問題を高速計算 ................................................. 𠮷田 悠一 13
02 情報基盤科学 ─ 理論・実践から情報システムを創り出す
無線周波数やエネルギーを最大限に活用する
無線通信プロトコル設計 ......................................................... 金子 めぐみ 14
コンピュータの新たな建築技術：
水没冷却と光無線 ............................................................................. 鯉渕 道紘 15
大規模インターネットデータからの情報抽出およびその応用 ........................................................... 福田 健介 16
03 ソフトウェア科学 ─ 多様化する知識創成型社会を支える
データ相互運用問題における問合せ最適化手法 ........................................................................... 加藤 弘之 17
双方向変換の深化による自律分散ビッグデータの相互運用基盤技術 ............... 胡 振江 18
機械学習ソフトウェアの品質向上.............................................

企 業・自 治 体 等 の ご 期 待中島 震 1904 情報メディア科学 ─ メディアの振る舞いを探求する
美しい CG の動きを数値で構築する
新しい計算手法を開発 .............................................................. 安東 遼一 22

先端技術・シーズ発見

ソリューション探索

スキル獲得・人材育成

NIIの産官学連携活動
NII湘南会議
世界最先端研究情報の共有

NII公募型共同研究

多視点と多焦点の相互変換に基づく
柔軟な 3 次元画像処理 .............................................................. 児玉 和也 25

産官学連携交流会

包括連携共同研究

デジタルアーカイブを活用する
知識ディスカバリー環境構築技術 ................................... 高野 明彦 26

産官学連携塾

共同研究・受託研究

先進成果情報の提供

新成果の協働創出

実世界への応用を目指した
高精度な 3 次元復元技術の開発 ......................................... 池畑 諭 23
放送映像アーカイブに蓄積されている映像ビッグデータからの知識発見 .................................... 片山 紀生 24

水中シーンの 3D ビデオ撮影に向けた
マルチスペクトル RGB -D カメラの開発 ............................ 鄭 銀強 27
05 知能システム科学 ─ 知能システムの実現を目指して
時系列データ活用技術の開発とその応用 ........... 小林 亮太 28
裁判官の判断をシミュレーションするシステム ........................................................... 佐藤 健 29
データやモデルの幾何的構造を大切にした機械学習技術の研究 ..................................... 杉山 麿人 30
06 情報環境科学 ─ 情報社会を多角的に捉える
ブロックチェーンの応用による経済共同体の可視化 ...................................................................... 岡田 仁志 31

学術指導トップエスイー

コンサルティング・アドバイス

トップレベルIT人材育成

ご相談・お問い合わせ
研究者によるコンサルティング（学術指導）、
受託研究・共同研究などのご相談について、ご希望の研究者や、課題目標などをお伺いしコーディネートします。
詳しくは以下までお問い合わせください。

特許一覧 ....................................................................................................................................... 32
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