円筒型マルチタッチインタフェースにおける公共施設向け 3D 操作手法
内 藤真樹†

志築文 太 郎†

田中二郎†

3D operating methods for Cylindrical Multi-Touch Interface in public facility
Masaki Naito,† Buntarou Shizuki† and Jiro Tanaka†

1. は じ め に
3D コンテンツの増加に伴い，一般的な平面ディスプレイに 3D オブジェクトを表示するのではなく，実際に立体的にオブジェクトを表示する立体ディスプレイなどが各種電機メーカーから発表されている．これにより 3D コンテンツが今以上に普及し，それらを操作するためのインタラクション手法などが必要となると考えられる．中でも，表示されている 3D コンテン
ツを選択したり，表示されている 3D 空間の位置を指定したりするための 3D ポインティング手法は，より利用機会も増え重要になると考えられる．

図 1 3D オブジェクトブラウザを操作している様子

既存のマウスやタッチパネルにおいても 3D ポインティング手法は検討されており，一般的に「平面ディただし，これまでに作成してきたアプリケーションスプレイの表示面に対応する X-Y 座標をポインティにおいては操作者を一人に絞った両手を利用する操ングによって指定する」，「奥行きをマウススクロール作デザインを行ってきた．本稿では円筒型マルチタッやジェスチャを使い指定する」や，「平面ディスプレイチインタフェースの利用シーンとして考えている「公に 3 面図を表示し，複数の画面の位置を指定するこ共施設に設置し，複数人数によって操作可能なインタとで位置を指定する」といった方法が採られている．

フェース」というコンセプトに適した，複数人で同時

しかし，このような操作手法は平面ディスプレイにおに操作できる 3D ポインティング手法と 3D オブジェける表示に対して操作を行うための手法であり，立体クトの閲覧手法を提案し，この操作手法を利用した 3Dディスプレイには向いていないと考えられる．そこでオブジェクトブラウザ（図 1）について述べる．

我々は，立体ディスプレイにおいてはより適切なデバイスや操作手法があると考え，3D 操作を行うための2. 円筒型マルチタッチインタフェース

デバイスとして円筒側面を操作面に備える円筒型マル

2.1 タッチパネル

チタッチインタフェースを作成し，それを用いたアプ本研究で使用する円筒型マルチタッチインタフェー

リケーションについていくつかの実装を行い検討してスは，操作者に自然な操作を提供するために以下の特きた4) ．

徴を持っている．

• 操作者が特殊な装置を身に着けずに操作が行える．
† 筑波大学大学院システム情報工学研究科コンピュータサイエン
ス専攻
University of Tsukuba, Department of Computer Science• 複数の接触点のクラスタリングを行える．
これらの特徴は，Han によって示された FTIR (frus-trated total internal reflection)2) に基づき設計した，

情報処理学会 インタラクション 2010

円筒型マルチタッチインタフェース

プロジェクタ スクリーンユーザ

図 2 リアプロジェクションのモデル

図 3 ワンハンド 3D ポインティング

マルチタッチインタフェースで実現されている．これ
により操作者は何も装着することなくタッチインタフェースを利用することができる．タッチパネルの大きさは，直径 600mm，高さ 1000mm の円筒型である．
タッチパネルへの接触点は，距離尺度を基にしてクラスタリングされる．ある程度の範囲にまとまって存在する接触点を 1 つのクラスタとして扱うことによ図 4 ワンハンド 3D ビューイング

り，ある手の複数の接触点は 1 つの手として認識される．よってクラスタに含まれる接触点の移動方向などを解析することで，手ごとの操作を識別することができる．

らず誰にでも安易に操作を促すことは難しい．
そこで各操作者に割り当てる領域を小さくするために我々は，操作者が片手のみを利用して平易な操作でタッチパネルが円筒型なので，平面型のマルチタッ

3D インタラクションを行える操作手法が有効であるとチインタフェースと異なり，左右へ作業領域が途切れ考えた．本稿では片手のみを利用した 3D ポインティない．これにより，操作者はデバイスの周りを 360 度ング手法と 3D オブジェクトの閲覧手法としてそれぞ自由に動き，任意の場所から操作を行うことができる．

れ，ワンハンド 3D ポインティングとワンハンド 3D

2.2 情 報 表 示ビューイングと名付け提案する．両手法とも操作者は操作者にデバイスを装着させることなく全方位から2 本の指を使うだけで操作を行うことができる．

視認可能な 3D 元表示を行うために，ホログラフィック

3.1 ワンハンド 3D ポインティング

ディスプレイのような立体ディスプレイを円筒中心に3D 空間の位置および空間を指定する 3D ポインティ設置することを考えている．しかし，現在はこのようングカーソルとしてスフィアカーソル3) を用いた．スな立体ディスプレイを入手することは難しい．そこでフィアカーソルとは，位置と半径をパラメータとし，我々は，将来的に立体ディスプレイが安価で，高性能

3D 空間を指定する半透明の球状のカーソルである．操になることを前提に，このインタフェースの操作性の作者はジェスチャを用いてパラメータを変更し，スフィ実験のために，円筒の内部にスクリーンとしてトレーアカーソルを任意の場所に移動し大きさを決定する．

シングペーパーを貼り，円筒後方に設置したプロジェ

位置の指定

クタから背面投影を行っている（図 2）．

スフィアカーソルの移動は，触れている 2 本の指を3. 円筒型マルチタッチインタフェースにおける公共施設向け 3D 操作手法

そのまま右（左）に回転させることによって行う．ス
フィアカーソルは 2 本の指の中心から，スフィアカーソルの中心を結ぶ線上を奥（手前）に等速で移動する

円筒型マルチタッチインタフェースは公共の場に設（図 3a）．具体的には，2 本の指を右に回転させると，置して利用することを狙っており，そのような場に設回転させている時間だけスフィアカーソルは奥に移動置するインタフェースは複数人が同時に操作を行える

し続け，左に回転させると，回転させている時間だけことが望ましい．しかし，複数人が同時に両手を使っスフィアカーソルは手前に移動し続ける．カーソルのて操作を行うとなると，各操作者に割り当てられる操移動方向を変更する場合は，2 本の指の間隔を保った作領域は狭くなってしまい現実的ではない．さらに両まま同時にスライドさせて「2 本の指の中点とスフィ手を用いたジェスチャは多彩な操作を行うことができアカーソルの中心とを結ぶ線」の向きを変えることでるが，操作者に多くの操作方法を学習させなければな対応する．

円筒型マルチタッチインタフェースにおける公共施設向け 3D 操作手法

図 5 3D オブジェクトブラウザの操作の流れ

大きさの指定トの回転は，2 本の指の間隔を保ったまま同時にスラスフィアカーソルの大きさの変更は 2 本の指をピンイドさせることによって行い，3D オブジェクトは回チアウト（イン）させることによって行う．2 本の指転する．例えば，2 本の指を下方向にスライドさせるをピンチアウト（イン）させると，スフィアカートのと 3D オブジェクトは 3D オブジェクトの中心点を中大きさは大きく（小さく）なる（図 3b）．具体的に心に手前方向に回転する（図 4a）．拡大（縮小）には，2 本の指をピンチアウトさせると，ピンチアウト

ついてはワンハンド 3D ポインティングと同様に 2 本している時間だけスフィアカーソルは大きくなり続け，の指をピンチアウト（イン）させることによって行う

ピンチインさせると，ピンチインしている時間だけス（図 4b）．

フィアカーソルは小さくなり続ける．
変化量の定義各ジェスチャを行った際のスフィアカーソルの座標の変化量 ∆p と半径の変化量 ∆r は以下のように定義する．

4. 応 用 例
4.1 3D オブジェクトブラウザ
公共施設において複数人で 3D オブジェクトを閲覧するためのサンプルアプリケーションを作成した．こuα |u|∆p =0−α uβ∆r =のアプリケーションは 3.1，3.2 節で述べた手法を用い

0|u|(θ − θ0 > θt )て複数表示されている 3D オブジェクトを選択し，そ(θh ≥ θ − θ0 ≥ −θt )の 3D オブジェクトの閲覧を行う．それぞれの操作の(−θt > θ − θ0 )(l > l0 × 1.3)
(l × 1.3 ≥ l ≥ l0 × 0.7)0−β (l × 0.7 > l)0

大まかな流れを図 5 に示す．実際に円筒型マルチタッチインタフェースに投影する実行画面を図 6 に示す．
選択モード
操作者が 2 本の指で円筒側面を触ることによって，指の触れた個所の円筒の内側にスフィアカーソルが出現する．操作者はスフィアカーソルをワンハンド 3D

各変数は，2 本の指の中点とスフィアカーソルの中ポインティングを用いて操作し，スフィアカーソルを心とを結ぶベクトルを u，2 本の指がタッチパネルに選択したい 3D オブジェクトと交差させる．3D オブ

触れた時の 2 つの接触点間の傾きを θ0 ，現在の 2 つジェクトと交差したスフィアカーソルは色が変わり，の接触点間の傾きを θ，2 つの接触点間の傾きの閾値

3D オブジェクトを選択中であることを示す．この状を θt ，2 本の指がタッチパネルに触れた時の 2 つの接態で操作者が 2 本の指を円筒側面から離すと操作者触点間の距離を l0 ，2 つの接触点間の距離を l とする．の利用しているスフィアカーソルは消失し，指を離しまた α と β は定数とする．

た場所の円筒の内側に選択した 3D オブジェクトのコ

これらの操作は操作に必要とするパラメータが独立しているため，触っている 2 本の指を円筒側面から離すことなく連続して行うことができ，スムーズに各操作を切り替えることができる．

3.2 ワンハンド 3D ビューイング
ワンハンド 3D ビューイングは対象の 3D オブジェ

ピーが表示され操作待ちとなる．これによって 3D オブジェクトの選択操作は完了する．
また，3D オブジェクトと交差していない状態で操作者が指を離した場合はスフィアカーソルが消失するのみである．
閲覧モード

クトを回転と拡大縮小操作を用いて 3D オブジェクト

3D オブジェクトの閲覧は，選択モードにおける選の閲覧をするための操作手法である．3D オブジェク

択の後に表示された 3D オブジェクトのコピーを用いて行う．操作者はコピーオブジェクトの近傍の円筒側

情報処理学会 インタラクション 2010

究では半球状のマルチタッチインタフェースの内部にボリュームディスプレイを設置して表示を行っており，内部に表示された 3D オブジェクトの選択を行っている．3D オブジェクトの選択にはレーザーポインタ状のデバイスを利用して 3D 空間にレイカーソルと呼ばれる直線状のカーソルを用いる．レイカーソル上の位置を立体ディスプレイとデバイスの距離を用いて奥行きを指定している．
本研究で提案した操作手法ではタッチパネルにおけるジェスチャを操作に用いており，特殊なデバイスを
図 6 実際に表示される 3D オブジェクトブラウザの実行画面必要としない．そのため，複数の利用者で同時に利用する際に利用者の数を制限することなくシステムを利面を 2 本の指で触ることによって開始し，コピーオブジェクトをワンハンド 3D ビューイングによって操作することでオブジェクトの閲覧を行う．ただしコピー用することができる．

6. まとめと今後の課題

オブジェクトへの操作はコピー元オブジェクトには反

本稿では複数の操作者が同時に使用することを想定映されない．コピーオブジェクトを利用して閲覧を行した 3D 操作手法としてワンハンド 3D ポインティン

うのは，ある操作者の操作が他の操作者の操作に影響

グとワンハンド 3D ビューイングの提案した．また，を与えないようにするためである．

その手法を利用した複数人によって同時に操作可能に

選択モードは操作者が 2 本の指を円筒側面から離すことで終了し，アプリケーションは選択待ちに戻る．

したアプリケーションを作成し，その利用シーンを示した．

選択待ち状態で操作者がコピーオブジェクトの近傍を今後は，被験者実験を行い一般的な 3D ポインティ

触らなければコピーオブジェクトは徐々に薄くなり消ング手法との比較検討などを行い，本稿で提案した操える．操作者が誤って別のオブジェクトを選択してし作手法の性能評価を行う．

まった場合には取り消し操作などは行わず新しく別の場所の円筒側面を 2 本の指で触り直して選択モードを開始すればよい．

4.2 利用シーン
このアプリケーションの利用例として博物館のディスプレイシステムなどが考えられる．
展示物（例えば歴史的に貴重で触ったりできないもの，展示されている美術品の関連情報）を 3D ディスプ
レイで仮想的に展示し，自由に閲覧できるようにすることは有用であると考える．また，現在は平面型ディスプレイなどを利用した展示物の解説内容や関連物などを表示するシステムが導入されている博物館もあるが，このようなシステムでは一人の利用者が利用しているとき他の利用者が同時に利用できないようなものが多い．そこで，提案したアプリケーションを利用す
れば複数人で同時に 3D ディスプレイに表示された仮想展示物を自由に閲覧することができる．

5. 関 連 研 究
平面型ではないマルチタッチインタフェースシステ
ムを利用した 3D ポインティングを行っている先行研
究として Grossman らのシステム1) がある．この研

参 考

文献

1) Grossman, T. and Balakrishnan, R.: Collaborative interaction with volumetric displays,
CHI ’08: Proceeding of the twenty-sixth annual
SIGCHI conference on Human factors in computing systems, New York, NY, USA, ACM,
pp.383–392 (2008).
2) Han, J. Y.: Low-cost multi-touch sensing
through frustrated total internal reflection,
UIST ’05: Proceedings of the 18th annual ACM
symposium on User interface software andtechnology, New York, NY, USA, ACM Press,
pp.115–118 (2005).
3) Naito, M., Shizuki, B., Tanaka, J. and Hosobe,
H.: Interaction Techniques Using a Spherical
Cursor for 3D Targets Acquisition and Indicating in Volumetric Displays, Information Visualisation, International Conference on, Vol. 0,
pp.607–612 (2009).
4) 内藤真樹，小林敦友，志築文太郎，田中二郎：円筒型マルチタッチインタフェース，研究報告「ヒューマンコンピュータインタラクション」No.2008HCI-127，社 団 法 人 情 報 処 理 学 会 ，pp. 37–43(2008).