論文――――――――――――――――――――――――――――――――――――

ビデオ画像を利用した教材システムの提案
The Proposal of a Video-Based Teaching
Material System

三宅 新二Ⅰ
楠 浩
鳥越 秀知

神谷 朋範
岡部 一光Ⅱ
横田 一正Ⅲ

Shinji MIYAKE
Hiroshi KUSUNOKI
Hidetomo TORIGOE

Tomonori MITANI
Kazumitsu OKABE
Kazumasa YOKOTA

現在でも，ビデオ教材は集合教育や個別学習において利用されており，有効な学習教材のひとつである．しかし，ビデオ教材は一方向性の教材であり，学習者の疑問・興味に関係なく進められる．そこで，パソコン上でビデオ教材を視聴しながら，学習ポイントや学習内容の確認，疑問点の調査などが可能となる双方向性を持つシステムを提案する．このシステムでは，学習項目ごとにインデックスをつけること，学習のポイントを事前／事後に提示すること，ビデオ画像の注意すべき部分を強調すること，ビデオ画像にリンクを貼り付けることが可能となる．このシステムを利用することにより，ビデオ教材に対して，学習者が主体的に学習することが可能となる．また，各職場や学校ごとに，簡単に編集できるので，一律的な教材であったビデオ教材に対して独自の視点を加えることも可能となる．
At present, video is one of the most effective learningmaterials used in general teaching environments or forindividualized learning.
However, it is a one-way
learning materials and is displayed in succession,
regardless of learners' questions and interests. We
propose a system which makes it possible for learners tocheck each study point or find solutions to theirquestions through video learning materials on thedisplay screen. This system paves the way to attach anindex to each study item, display each study point before
or after learning, emphasize an important part of each
video image, or have links to related information.
Learners can make independent use of video learningmaterials through this system. Moreover, its editor cangive his or her own view to the video learning materials
which has been one-way and difficult to edit, because
each video image can easily be edited depending on each
workplace or school.

Ⅰ

正会員 (株)両備システムズ／岡山県立大学情報系工学研
究科 shinji@ryobi.co.jp
Ⅱ
正会員 (株)両備システムズ okabe@ryobi.co.jp
Ⅲ1

正会員 岡山県立大学情報工学部通信工学科
yokota@c.oka-pu.ac.jp

DBSJ Letters Vol.2, No.2

1. はじめにマルチメディアを有効に利用した教材の開発が進められ，写真やビデオ教材を利用するだけでなく，教材の体系化や，シミュレーション技術の利用など，さまざまな応用がなされている．このような状況の中においても，ビデオ教材は，集合教育や個別学習において利用されており，有効な学習教材のひとつである．
しかし，ビデオ教材は，一方向性の教材であり，学習者の疑問，興味に関係なく進められる．そこで，パソコン上でビデオ教材を視聴しながら，学習ポイントや学習内容の確認，疑問点の調査などを可能とすることにより，学習者が主体的に学習できる，双方向性を持つシステムを設計し，プロトタイプシステムを実現したので紹介する．
また，ビデオ教材は，撮影したビデオを編集することにより作成されるが，間違いの修正など，教材の一部分だけを修正する場合においても，全体の再編集が必要となり面倒である．このプロトタイプシステムでは，教材を部品化して構成するため，一部分の修正も容易である．
本論文では，プロトタイプ作成による評価を踏まえて，システムの概要，可能性について述べる．まず，２節で機能の概要について説明し，３節で教材の指定方法，４節で教材の動作概要を説明する．５節で今後の予定を述べ，６節でまとめを行う．

2. 教材システムの機能
この教材システムでは，部分的な変更を簡単に実施でき，学習者との双方向性を実現することを目標に，以下の機能に対応する．
1)教材の部品化
ひとつの連続シーン（ビデオの一部分または静止画像）の単位で部品化を行い，部品の組み合わせにより，教材を組み立てる．なお，静止画の場合は，同じ画像を，指定された時間の間，提示する．これにより，部分的な変更が容易になる．
2)音声の対応付け
画像に対応する音声は，音声ファイルを時間軸（範囲）に対応付けて，複数ファイルを指定可能とする．これにより，BGM と説明を併用したり，場面ごとに音声ファイルを切替えることが可能になる．
3)テキストの提示
画像に対応するテキストを提示する．画像を編集してしまうと，間違った場合の修正で，元の画像からの再編集が必要となり面倒である．このため，テキストをそのまま表示する．また，このテキスト文を利用して，関連箇所の検索も可能になる．
4)指定位置（時間）での停止
学習者に注意を促したい部分(時間)で，停止させることができる．
5)指定位置（時間）での情報提示
指定位置で停止したとき，指定された情報を提示する．これにより，学習のポイントを自動でポップアップ提示できる．ポップアップ画面は，HTML ブラウザを利用する．
これは，提示情報を自由に記述でき，リンク機能も利用できるためである．

日本データベース学会 Letters Vol.2, No.2

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6)学習単位に対応したインデックス学習単位に対応して，インデックス付けする．これにより，任意の学習単位を指定して学習できる．
7)画像の強調
画像の特定部分（矩形）を強調表示し，学習効果を高める．
8)画像からのリンク画像の特定部分（矩形）にリンク情報を貼り付ける．学習者の主体的な操作（リンクの枠内をクリックする）により，詳細な情報を提示できるので，学習意欲を高めることができる．リンク情報は，HTML ブラウザを利用して提示する．
9)学習単位の再開／繰返し
学習単位ごとに一時停止し，同じ学習単位を繰り返す（提示条件の変更も可能）か，次に進むか，指定しながら学習を進める．提示条件を変更して学習することにより，学習効果を高めることができる．
学習単位を提示した後，学習者は画面の操作部分により，次の学習単位を学習するか，もう一度同じ学習単位を学習するかを操作する．このとき，提示条件の変更も可能とする．
指定位置（時間）で提示する情報，リンク情報の提示は，別画面として提示する．これらの情報は，内容を自由にデザインできるようHTML形式とし，HTMLブラウザを利用して提示する．

3. 教材の指定方法
この教材システムは，学習シナリオ（目次）を学習単位，部品に分割し，図１に示すような階層構造とし，実現する．

学習シナリオ（SCENARIO）
学習単位(UNIT)

部品(PART)

学習単位(UNIT)

部品(PART)

部品(PART)

時間軸
図1
Fig.1

3.1

学習シナリオの構造

Structure of a study scenario

学習シナリオ

学習単位(UNIT)を組み合わせて，学習シナリオ／目次(SCENARIO)とする．教材システムは，指定された順番に学習単位を提示する．
なお，学習シナリオは，以下のように指定する．この情報は，インデックスとして階層化して表示する．
<SCENARIO name="タイヤ交換"><CHAPTER name="準備"><UNIT name="ジャッキの準備" /><UNIT name="スペアタイヤの準備" /><UNIT name="工具の準備" /></CHAPTER>

2DBSJ Letters Vol.2, No.2

<CHAPTER name="交換"><SECTION name="タイヤを外す"><UNIT name="ねじを緩める" />〜</SECTION></CHAPTER></SCENARIO>

3.2

学習単位

部品を組み合わせて学習単位(UNIT)とし，以下のように指定する．
<UNIT name="ジャッキの準備"><PART name="ジャッキの準備-1" /><PART name="ジャッキの準備-2" /></UNIT>
学習単位(UNIT)を提示の最小単位とし，指定された部品を順番に提示する．提示する部品は，学習単位(UNIT)に与えられた条件に最適なものを選択する．
学習単位の指示としては，学習シナリオの順番で学習する
場合，同じ学習単位を反復学習する場合，学習シナリオ(目次)から他の学習単位を選択して学習する場合を想定している．

3.3

部品

ひとつの連続シーン（ビデオの一部分または静止画像）の単位で部品(PART)を作成する．
図２に示すように，ひとつの連続シーンの提示（時間）に対応させて，音声／テキスト／ポップアップ情報／リンク情報／ 強調部分を関連付ける．ここで，ポップアップ情報は，その時点（時間）で無条件に提示する情報とし，リンク情報は，利用者がリンク枠の提示中に，その枠内をクリックした場合に表示する情報とする．
部品(PART)における指定情報は，図３に示すような内容となり，MPEG-7 の規定に準じて XML 形式で指定する．[1]リンク情報と強調部分は，矩形で表示し，区別できるよう色（ex.リンク情報は青，強調部分は赤）を変える．
矩形で表示する部分は，対象物の位置変化（動き）に対応するため，開始位置（時刻=t1）と終了位置（時刻=t2）を，左上と右下のピクセル位置で指定する．途中の位置は，以下に示すように一次関数で補間して求める．
画面に表示する枠(矩形)の左上の位置を，開始時：時刻=t1，左上=(x1,y1)
終了時：時刻=t2，左上=(x2,y2)とすると，途中の時刻を t としたときの左上の位置(x,y)は，x= ((t−t1) / (t2−t1)) * (x2−x1) + x1
y= ((t−t1) / (t2−t1)) * (y2−y1) + y1
で求まる．
MPEG-7 で は ， 動 き 記 述 子 (Parametric MotionDescriptors)として，平行移動／スケール以外にも，回転／アフィン変換などの動きが規定[2]されている．この教材シス
テムでは，開始位置と終了位置により，簡単に指定できる変換を考えており，平行移動／スケール（拡大／縮小）に限定して対応する．

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時間(経過)

0.0 秒

10.0 秒20.0 秒

連続シーン（xxx.mpg の 5 秒目から 20 秒間）

画像（動画／写真）音

DBSJ Letters Vol.2, No.2

声

テキスト
ポップアップ情報

音声ファイル１

音声ファイル２

テキスト１

テキスト２
クリックを契機に表示

指定時間で自動表示

リンク情報
強調部分
準備するものを説明

時間△△の取出し方法□□の取出し方法(詳細説明)(詳細説明)

図２

部品(PART)の設計

Fig.2

The design of PART絵(picture)

音(sound)

テキスト部分
(text)

xxx.mpg
Start=5.0,
duration=20.0

Sound1.mp3
Start=2.0,
duration=10.0

Set,time=1.0,"テキスト１"

強調部分(point)0.0
0.0

Reset,time=9.0

10.0Sound2.mp3
Start=1.0
duration=10.0

Set,time=11.0,"テキスト２"
Reset,time=19.0

準備したものを確認

リンク部分(link)
Popup,time=0.0,aaa.html
最初に無条件提示

Start,time=2.0,
area=(10,10,210,210)
End,time=5.0,
area=(50,50,250,250)

Start,time=6.0,
area=(300,200,450,350),
sankaku.html
End,time=9.0,area=(400,300,550,450)

Start,time=12.0,area=(200,50,300,250)
End,time=15.0,
area=(500,50,600,250)

Start,time=16.0,
area=(100,100,640,520),
sikaku.html
End,time=19.0,area=(200,150,740,620)
Popup,time=20.0,zzz.html

20.0

最後に無条件提示
図３
Fig.3

部品(PART)への設定情報

Setting information on PART

部品の指定では，強調部分，リンク情報の貼付け位置を，開始位置(Start で指定)，中間位置(複数指定も可)，終了位置(End で指定)を指定することにより，こまかい動きに対応する．
画像の説明に対応する簡単なテキストも指定可能とする．
このテキストを提示(Set で指定)したり，リセット(Reset で指定)したりするだけでなく，対応する場所の検索用として非表示とすることも可能とする．
これらの提示情報の他に，部品(PART)を絞り込むために，部品を特定する部品名と，条件を付加する．条件によって異なる部品を用意しておくことにより，最適な部品を選択／提示できる．

3

4. 教材の動作
この教材システムの動作について，動作イメージ，学習者のメリット，教師のメリットを説明する．

4.1

教材の動作イメージ

この教材システムは，学習シナリオの単位で製本された本のようなものである．学習シナリオの一覧（本棚）から，学習したい学習シナリオ（本）を選択することにより，初期画面が提示される．
画面のインデックス部分で，学習したい位置を選択することにより，対応する学習単位から順に学習する．操作部分の指定により，（本のページをめくるように）次の学習単位に移っていく．学習の途中で，別の部分を学習したい場合は，日本データベース学会 Letters Vol.2, No.2

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インデックス部分から学習位置を指定すればよい．
学習単位の提示条件を変更したい場合は，操作部分の提示条件を変更すればよい．
指定された提示条件にしたがって，最適な部品を選択し，提示する．あらかじめ，学習内容に対応した提示条件を，学習単位ごとに指定しておき，最適な部品が選択されるようにしておく．

4.2

学習者のメリット

この教材システムでは，学習単位ごとに，同じ学習単位を繰り返す（提示条件の変更も可能）か，次に進むか，指定しながら学習を進めることになる．別の学習単位に変更したい場合は，インデックス部分から学習位置を指定できる．
各学習単位は，ビデオと同様に提示されるが，途中で提示されるポップアップ画面により，重要な個所を確実に確認できる．
また，教材の提示中にリンク情報を確認できるため，一方向性であったビデオ教材を，学習者が主体的に操作しながら学習できる．

4.3

教師のメリット

この教材システムは，変更したい部分だけを修正可能なので，簡単に教材を修正できる．使用する工具／器具が変更になった場合，間違いに気づいた場合など，部品(PART)の一部を変更するだけで，差し替えできる．
部品については，基本的なパターンのオーサリングツールを準備することで，音声／テキストの同期など，簡単に作成／修正できる．

5. 今後の予定
今後は，教材システムとしての完成度を高めるため，以下の機能をサポートする．
1)学習状況ログ
学習者ごとに，学習状況を分析する必要があるため，学習状況（どの項目をどれくらい学習しているか）を学習者ごとにログする．ログ情報から，学習者ごとに学習状況（どの項目をどの程度学習しているか）を明示することにより，学習の偏りなどを確認させる．また，インデックス部分に学習済かどうかを明示（色を変える）する．
2)用語集
辞書のように，不明な用語を確認できるよう，ヘルプ機能の表示のように，用語説明を表示する．
3)関連項目の提示
インデックス部分では，シナリオ（目次）による学習順序の提示だけでなく，学習単位の関係をグラフ化して明示し，関連する項目を学習しやすい環境を準備する．
4)注記メモの提示
間違っている部分など，あとで注記を加えたい部分に，付箋メモを自由に貼り付け，提示する．
当教材システムの応用としては，看護医療用教材，製造技術者用教材などを考えている．病院ごとに異なる設備への対応，患者が子供／老人の場合の対応など，細かな条件設定，オーサリング機能の充実に対応予定である．

4

DBSJ Letters Vol.2, No.2

また，マニュアルなど，他分野への応用も視野に入れて，機能追加する予定である．

6. まとめ
本論文では，ビデオ教材を有効に活用するシステムを提案した．
本論文で紹介した教材システムのように，機能範囲をある程度制約することで，かなり簡単に教材システムを構築できることがわかった．MPEG-7 の規定に準じることで，今後の発展も可能になると考えている．
学習者がアクションをとりながら学習を進められるだけでなく，教師側が自由に学習シナリオを変更したり，画像を差し替えたりできることで，教材としての可能性が広がる．
今後は，実際に教材作成／教育実験を行い，学習者側／教師側の両面から有効性を評価する予定である．
プロトタイプ作成中であるが，ビデオ教材が簡単に作成でき，学習効果も高まるシステムとなるよう工夫していく．

[謝辞]
本研究は，経済産業省の新規産業創造技術開発費補助金による研究の一環として行いました．
また，さまざまな議論をいただく岡山県立大学の國島助教授，および横田研究室の皆様に感謝します．

[文献][1] http://mpeg-industry.com/[2] B.S.Manjunath，P.Salembier，T.Sikora，Introduction to
MPEG-7，Wiley，2002[3] 安西祐一郎，長尾真，坂村健，大槻説乎，山本正信，鳥脇純一郎，マルチメディア情報学 第11巻 自己の啓発,岩波書店,2000.

三宅 新二

Shinji MIYAKE

1983 岡山大学理学部数学科卒業. 株式会社両備システムズ
入社．2002 岡山県立大学情報系工学研究科入学．テキスト
マイニング，マルチメディアの研究に従事．情報処理学会，教育システム情報学会，日本データベース学会正会員．

神谷 朋範

Tomonori MITANI1987 岡山大学理学部物理学科卒業．株式会社両備システムズ入社．マルチメディアの研究に従事．

楠 浩

Hiroshi KUSUNOKI

1993 岡山大学工学部情報工学科卒業．株式会社両備システ
ムズ入社．ＸＭＬ，マルチメディアの研究に従事．

岡部 一光

Kazumitsu OKABE

1981 株式会社両備システムズ入社．2003 岡山県立大学情報系工学研究科修了．工学博士．情報処理学会正会員．日本データベース学会正会員．

鳥越 秀知

Hidetomo TORIGOE

詫間電波工業高等専門学校 教授．2003 岡山県立大学情報系工学研究科単位取得退学．情報処理学会正会員．教育システ
ム情報学会正会員．

横田 一正

Kazumasa YOKOTA

岡山県立大学情報工学部情報通信工学科 教授．データベースシステムの研究・開発に従事．情報処理学会，電子情報通信学会，人工知能学会，日本データベース学会，ACM，Ｉ
ＥＥＥ等正会員．

日本データベース学会 Letters Vol.2, No.2