情報処理学会 インタラクション 2020
IPSJ Interaction 2020

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透析患者の仮想タッチパネルにおける光フィードバックの効果武田祐樹†1横山大知†1中道上†2†3

稲葉利江子†4渡辺恵太†5 山田俊哉†6

概要：本研究では，試作した透析患者向けベッドに使用している仮想タッチパネルを可視化するための光フィードバックを提案する．光フィードバックとは仮想タッチパネルの位置にプロジェクションマッピングによって光を照射し，その光に指先が触れることで仮想タッチパネルを可視化する．まず視認性の高い光フィードバックの形状と配色を調査する実験を実施した結果，最も選択された光フィードバックは線(白)+空間(青)の後面判定であった．その光フィードバックを用いて操作性の評価実験を実施し，分析した結果，タップの深さの平均が浅いことが明らかになった．

1. はじめに
日本では「少子高齢化に伴う生産年齢人口の減少」「育児や介護との両立など，働く方のニーズの多様化」などの状況に直面しており，働き方改革が注目されている．働き方改革は働く人の事情に応じて，その人にあった働き方のできる社会を実現し，より良い将来の展望を持てるようにすることを目指すことである[1]．2017 年 3 月の「働き方改革実現会議」において「働き方改革実行計画」が決定され，今後実行すべき政策の 1 つとして，「病気の治療と仕事の両立」が掲げられている．
透析患者数は年々増加しており 2017 年には約 32 万人となっている[2]．透析患者は 1 回平均 4 時間かかる人工透析

図 1 試作した透析患者向けベッドを 1 週間に 3 回実施する必要があり，1 週間に合計で 12 時

ッチパネルの操作性にどのような影響を及ぼすのかを実験間ベッドの上で過ごさなければならない[3]．また，片腕ににより明らかにする．

は透析針が刺されているため，動きが制限されている．そのため，仰臥位（以下，仰向けの姿勢，という）を維持し続ける必要があり，身体的負荷が大きい．

2. 透析患者向けベッドの試作
透析患者向けベッドの試作にあたり，透析患者向けベッ

これまで著者らは，透析患者を対象として，人工透析中ドに求められる要件として，天井ディスプレイの設置と天にも仕事が可能な環境を整えるため，透析患者のペルソナ

井ディスプレイに対する非接触操作が要件として挙げられ（仮想ユーザー）について検討した．ペルソナに基づいてた．天井ディスプレイの設置の要件を満たすためにペーパ

透析患者向けベッドに求められる要件を明らかにし，天井ースクリーンを天井に貼り付け，天井ディスプレイに対すディスプレイに対 して非接触操作として Remote Touch

る非接触操作の要件を満たすために Remote Touch Panel をPanel の利用を想定した透析患者向けベッドを試作した[4]．

利用した非接触操作を可能とした透析患者向けベッドを試

本研究では，試作を利用した透析患者向けベッドにおいて，仮想タッチパネルの可視化手法として，光によるフィ作した．(図 1)
2.1 透析患者向けベッドの現状と求められる要件ードバック（以下，光フィードバック）を提案する．光フ

現在使用されている透析患者向けベッドには，TV を見ィードバックとは仮想タッチパネルの位置に光を照射し，て過ごすためのアーム付き TV が取り付けられている場合指に光が触れることで操作面を可視化している．仮想タッがある．しかし，透析患者や臨床工学技士がアームにぶつ

チパネルの光フィードバックとして仮想タッチパネルの操かる事故が発生したり，アームの回転によって TV のケー

作面を視認しやすい光の形状，配色について明らかにする．

ブルが断線したりといった問題が発生している．また，人明らかにした視認しやすい光の形状，配色によって仮想タ

工透析中にスマートフォンを操作することも想定されるが，†1 福山大学大学院工学研究科†2 福山大学†3 アンカーデザイン株式会社†4 津田塾大学†5 エムスリー株式会社†6 NTT テクノクロス株式会社© 2020 Information Processing Society of Japan

患者が長時間スマートフォンを顔の前に持ち続ける必要があり，疲労にともなって人工透析中の腕などに落としてしまう危険性がある．
このような透析患者のリスクや負荷を回避するため，天282

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井ディスプレイの設置を提案した．ペーパースクリーンを天井に貼り付けプロジェクターによって投影することにより，ディスプレイとしての機能を持たせた．試作した透析患者向けベッドを図 1 に示す．使用した機材は，ペーパースクリーン，天井用プロジェクター(RICOH PJWX2440，明るさ:3100lm)である．天井用プロジェクターをベッド上部の机上に固定し，天井のペーパースクリーンに対して照射している．ペーパースクリーンに照射したディスプレイの大きさは，縦: 75cm，横: 101cm である．
スマートフォンを操作する際は，画面に触れて操作を行うが，天井ディスプレイに対して同様に操作することは難しい．本研究では，非接触操作手法である Remote Touch
Panel を利用する[5]．Remote Touch Panel とは離れた位置に

図2線(白)+空間(青)を指にあてた様子

ある画面へのタブレットのようなジェスチャー操作を想定した仮想的なタッチパネルシステムであり，3 次元上の頭を基点とし，右手の人差し指を操作点と設定した，基点と指先を結んだ延長線上のディスプレイとの交点をポインテ
ィング位置とする指さしジェスチャーによるポインティン
グシステムと基点からの仮想タッチパネルの高さを設定し，指先が設定した高さを超えるとタップ操作を可能にするインターフェースから構成される．
2.2 仮想タッチパネルの光フィードバックの提案
Remote Touch Panel は仮想的なタッチパネルであるため，

図3

照射する光の 7 種類の形状

現在は仮想タッチパネルを視認することができない．本研
究では，仮想タッチパネルを可視化する方法として，プロ指に光を照射し，光フィードバックの形状と配色についてジェクションマッピング技術を利用した光フィードバックの実験を行った．実験は大学生 54 名(男性:31 名，女性:23を検討した．光フィードバックによって仮想タッチパネル名)を対象に実施した．の位置に光を照射し，指がその光に触れることで仮想タッ

3.1 実験手順

チパネルを可視化できると考える．指に光を照射した様子を図 2 に示す．マットレスから 60cm の高さに可視化用のプロジェクターを設置し，マットレスから 50cm の高さに仮想タッチパネルにおける光フィードバックの形状と配色の実験手順を下記に示す．
1.

Leap Motion[6]を設置し仮想タッチパネルの可視化と非接触操作を実現している．

プ操作についての説明を行う．
2.

光フィードバックの光形状として線や空間が考えられ実験参加者はベッドに仰向けの姿勢になり Remote
Touch Panel を利用し，マウスポインターを動かし，る．光の形状として「線」「空間」，またそれらを組み合わせた「線+空間」が考えられる．「空間」を含む場合には，実施者は Remote Touch Panel のカーソル移動とタッタップ操作を体験する．
3.

実施者は Remote Touch Panel は仮想的なタッチパネ

空間の前面・中面・後面のどのような位置に仮想タッチパルであるため人間には操作面を視認することが出来ネルの操作面を設定すれば良いのかについては明らかにさないことを伝える．また，光を指先に照射することれていない．著者らは「線」「空間」「線+空間」によって照射する形状とそれぞれの仮想タッチパネルの操作面からにより操作面を可視化していることを伝える．
4.

7 種類の形状について検討した(図 3)．さらに，光フィードバックの光の配色についても検討した．本研究では，仮想いて体験し，視認しやすい形状を 1 種類選択する．
5.

タッチパネルを利用する対象が「ヒト」であるため，まず心理原色を参考に赤，青，黄，緑，白，灰の 6 色とした．

ックを検証するために，可視化用プロジェクターによって© 2020 Information Processing Society of Japan

実験参加者は空間，線+空間を選択した場合にはさらに前後判定を含めた形状を体験する．

6.

実験参加者は 7 種類の形状で最も視認しやすい形状を選択する．最初に体験する形状の配色はそれぞれ

3. 光フィードバックの視認性評価実験
仮想タッチパネルにおける視認性の高い光フィードバ

実験参加者は 3 種類の形状(線，空間，線+空間)につ(線：青，空間：青，線+空間：白+青)としている．
7.

実験参加者が体験した形状で仮想タッチパネルが視283

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認しやすい形状を選択し，選択された形状で配色を変更して体験する．線，空間を選択した場合に 6 通

表1
形状りの配色を体験し，線+空間を選択した場合には，線と空間の配色を 30 通り体験する．
8.

判定

線-てアンケートに答える．
3.2 光フィードバックの形状と配色
表 1 に光の形状と配色のアンケート結果を示す，選択さらないことを示している．表 1 の光フィードバックの光形

線色

空間

位置

実験参加者は光フィードバックの形状と配色についれていない配色は記載しておらず，“－”は条件に当てはま光フィードバックのアンケート結果

空間

前面状と配色のアンケート結果で形状に着目すると線を選択したのは 11 人(20.4%)，空間を選択したのは 12 人(22.2%)，線+空間を選択したのは 31 人(57.4%)で線+空間が最も多く選中面択される結果となっている．

人数合計(人)

色
赤-

311青-

2(20.4%)

黄-

1緑-

4灰-

1-

赤

15-

青

1(9.3%)

-緑2-

白1-

-

00(0.0%)

最も多く選択された線+空間のうち判定位置に着目する
後面と全面判定 6 人(11.%)，中面判定 8 人(14.8%)，後面判定 17人(31.5%)であり，後面判定が最も多く選択される結果となっている．線+空間のうち選択された線色と空間色の配色

赤47-

青1(13.0%)

-

白2

赤緑

16(11.1%)に着目すると全体で最も選択されたのは線：白，空間：青線

で 5 人(16.1%)であった．最も選択された光の形状と配色を

+

青

白1

空間

黄

白1

緑

白1

白

赤1

緑

1

青2

8

白1(14.8%)

白2

指に照射した様子を図 2 に示す．

前面-

4. 光フィードバックによる操作性評価実験
仮想タッチパネルを通して天井ディスプレイに対してタップ操作を行うことは，仮想タッチパネルの位置を視認

中面赤することができないため操作が難しい．光フィードバックによって仮想タッチパネルの操作性が向上するか，その効

青果については明らかにされていない．そこで本研究では，光フィードバックとして視認性の高い光形状，配色である線(白)+空間(青)によって仮想タッチパネルを可視化し，光後面

灰1

黄青2

赤青217

白3(31.5%)

赤2

青1

青2

白2青5

フィードバックによる操作実験を実施し，操作性について評価する．
実験参加者は大学生 20 名とし，実験参加者の奇数番目は光フィードバックなし，偶数番目は光フィードバックありから実験を実施する．仮想タッチパネルに対するタップ操作時の 1 から 9 までを順にタップした際の指先の移動について記録した．仮想タッチパネル利用時の実験参加者の黄緑
白

視点からの光フィードバックの様子を図 4 に示す．実験参加者は光フィードバックありの場合と，なしの場合で仮想タッチパネルをタップ操作する．
4.1 実験環境とタスク
実験は試作した透析患者向けベッドを使用して実施した(図 1)． Remote Touch Panel は Leap Motion センサーを使用し，指に光を当てるための可視化用プロジェクターにはSONY モ バ イ ル プ ロ ジ ェ ク タ ー MP-CD1( 明 るさ:105ANSIlm)を使用した．可視化用プロジェクターから指までの距離は個人ごとに差があるが約 30cm である．光を指にあてたときの形状の幅は線が約 0.3cm，空間が約 5.0cm© 2020 Information Processing Society of Japan

図4

タスク画面

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実験に使用するポインティングタスク画面を図 4 に示す．

表 2 光フィードバックなしの場合の実験結果
参加者番号スクリーン上のタスク画面には，上段 3 つ，中段 3 つ，下練習回数

タスク時間

タ ッ プ 数

(回)

(秒)

(回)

段 3 つの計 9 つのマスを配置している．各マスには 1 から1212.168

139 の番号を振り分けている．仮想タッチパネルの位置を3225.479

110mm としており，指先がプラスの値から仮想タッチパネル

52

14.726

10を超えてマイナスの値に指が移動した後，指先がマイナス

7211.2289の値からプラスの値に変化した際を仮想タッチパネルにお9214.516

9けるタップ操作と判定する．タップ操作時にはマウスイベ
ントにおけるマウスダウン，マウスアップでのフィードバックがあり，マウスダウン（指先が仮想タッチパネルに触れて超えた時）ではポインティング箇所のマスがオレンジ色に変化し，マウスポインターが画面上に固定されマウスポインターを動かすことができなくなる，マウスアップ（指先が仮想タッチパネルから離れた時）では 1 から 9 の番号が振り分けられているマスを 1 から順番にタップした際に

2

17.58210222.961

1415209.538

1017211.745

1019220.652

13

平均
標準偏差番号が消える．

2.016.060

10.90.000

1.980×10-50.567

表 3 光フィードバックありの場合の実験結果

実施者の合図でタスクを開始し，1 から番号を順番にタップして 9 の番号をタップし，タスク画面上から数字がな

1113

参加者番号

くなった時点でタスクの終了とする．タスク時間は 1 の番

練 習 回 数タスク時間

タ ッ プ 数

(回)

(秒)

(回)

2352.465

224220.62313

仮想タッチパネルの光フィードバックによる操作性を6242.80612

明らかにするための実験手順を下記に示す．練習，本番で82

32.999

9は画面の 1 から 9 の番号をタップするタスクを行い，本番

102

18.51712時における指先の移動のデータを記録する．

12211.372

9

試行順序を考慮し，実験参加者番号が奇数の人は光フィ

14229.661

9ードバックなしから，偶数の人は光フィードバックありか16220.940

18らとした．タスクは実施者の合図で開始し，実験参加者は182

13.7219号をタップしてから 9 の番号をタップし終えるまでとする．
4.2 実験手順20

タスク画面上の 1 から 9 の番号を順番にタップする操作を行う．
1.

実施者は試作した透析患者向けベッドに使用してい平均
標準偏差

210.71992.1

25.382

12.2

0.100

5.104×10-5

1.420

る Remote Touch Panel のカーソル移動とタップ操作についての説明を行う．
2.

3.

表 4 光フィードバックの必要性に関するアンケート

実験参加者はベッドに仰向けの姿勢になり Remote

仮想タッチ

光フィードバック光フィードバックTouch Panel を利用し，非接触操作におけるカーソルパネルなし

あり移動，タップ操作を体験する．

調整時

2人

18 人

実験参加者はタスクについてと，練習，本番それぞ操作時

5人

15 人

れでタスクを実施することの説明を受ける．
4.

実験参加者は練習を行い，終了後，仮想タッチパネルの位置をタップしやすい高さに調整する．

5.

実験参加者は調整後，もう一度練習を行い，仮想タッチパネルの位置，操作に慣れるまで繰り返し練習を行う．(最大 5 回)

6.

実験参加者は本番として 1 から 9 の番号をタップするタスクを行う．

7.

実験参加者は光フィードバックなし，ありを入れ替
えて 2-6 の手順をもう一度行った後，アンケートに© 2020 Information Processing Society of Japan

回答する．
4.3 実験結果
本研究では，操作の慣れを考慮し，1 回目の本番のデー
タのみを対象として，光フィードバックなし，ありの場合の結果をまとめた．表 2 に光フィードバックなしの場合，
表 3 に光フィードバックありの場合の実験参加者ごとの練習に要した回数，タスク時間，タスク画面上で認識された

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タップ回数とそれぞれの平均を示す．練習に要した回数の平均は，光フィードバック無しの場合が 2.0 回，光フィードバックありの場合が 2.1 回であった．タスク時間の平均は光フィードバック無しの場合が 16.060 秒，光フィードバックありの場合が 25.382 秒であった．画面上で認識されたタップ回数の平均は光フィードバックなしの場合が 10.9回，光フィードバックありの場合が 12.2 回であった．光フィードバックがありの場合となしの場合では光フィードバックなしの方が，練習回数の平均が少なく，タスク時間の平均が短く，画面上で認識されたタップ回数の平均が少ない結果となっている．

図 5 仮想タッチパネルに対する指先の深さの推移

表 4 に光フィードバックの必要性に関するアンケートの表5

結果を示す．調整時は仮想タッチパネルの高さを調整して仮想タッチパネル対するタップの深さ決める際に光フィードバックが必要であるか，操作時はタ光フィードバックなし

光フィードバックあり

スク中に操作する際に光フィードバックが必要であるかを参加者

タップの参加者

アンケートにより回答した結果である．調整時では，光フ

番号

深さ(mm)

番号

タップの深さ(mm)ィードバックなしを選んだ実験参加者が 2 人，光フィード1-42.076

2-12.801

バックありを選んだ実験参加者が 18 人となった．また操作

3-32.731

4-50.890

時では，光フィードバックなしを選んだ実験参加者が 5 人，

5-27.770

6-29.493

光フィードバックありを選んだ実験参加者が 15 人であっ7-18.793

8-21.552

た．

9-62.424

10-37.851

定量的には光フィードバックなしの場合が練習回数，タ11-21.080

12-53.363

スク時間，画面上で認識されたタップ回数の平均がともに13-51.871

14-24.080

短いにもかかわらず，定性的には光フィードバックありの15-28.030

16-39.865

場合のアンケート評価が良い結果となった．

17-20.023

18-26.198

5. 光フィードバックによる操作性の考察

19-41.398

20-18.374

アンケートの結果，光フィードバックありを選んだ実験参加者が多かった要因として，指先の仮想タッチパネルに対するタップの深さに着目した．タスクにおける実験参加者の仮想タッチパネルに対する指先の深さの推移を図 5 に示す．タップの深さは指先がプラスの座標から 0mm を基-34.620

平均

4.610

標準偏差
表6-31.437

平均

4.111

標準偏差

光フィードバックなし条件の結果（上段：マス番号，下段：深さ）
123-20.355-28.996-32.389456-23.629-30.346-46.392

番号をタップした際の仮想タッチパネルに対するタップの789

深さの平均を示す．光フィードバックなしの場合のタップ-21.904-32.236-51.958

準とした仮想タッチパネルの位置を超えた指先のマイナス座標の極小値とする．
表 5 に実験参加者ごとに光フィードバックなしの場合，光フィードバックありの場合の本番タスク中に 1 から 9 のの深さの平均は-34.620mm であった．光フィードバックありの場合のタップの深さの平均は-31.437mm であった．ま

表 7 光フィードバックなし条件の結果（上段：マス番号，下段：深さ）た平均値の差について t 検定を行った結果，P 値は 8.43×10-8(>0.05)となり，有意な差はみられなかった．
次に光フィードバックなし条件，光フィードバックあり

123-23.807-29.798-30.769

条件でのタスクにおけるマス毎のタップした際のタッチパ

456

ネルに対する深さに着目した．タスク中における表 4 に対-29.739-40.592-39.341

応するマス毎のタッチパネルに対する深さの平均値を表 6，789

表 7 に示す．表 6，表 7 ともに左列（1,4,7）が最も仮想タ-19.596-34.400-55.581

ッチパネルに対する侵入距離が浅くなる結果であった．右© 2020 Information Processing Society of Japan286

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手で操作を行っているため，左列から右列にかけて腕が体ッチパネルの存在を実感することが可能となる．そのため，に対して垂直になり仮想タッチパネルに対する深さが大き定性的な評価が良くなったと考えられる．

くなったと考えられる．

今後は指先の移動量や誤タップ率についても分析を行

光フィードバックありの場合はなしの場合に比べてタう予定である．また今回の実験では，ポインティングタス

スク時間や仮想タッチパネルに対する深さへの効果は小さ

ク画面のフィードバック（マウスダウン，マウスアップ）

いが，操作者が視認できることによって仮想タッチパネルがある状態で光フィードバックがありの場合となしの場合の位置が分かりやすくなり，仮想タッチパネルを直感的にで実験を実施している．今後は，マウスダウンのフィード認識しタップ操作することが可能となる．そのため，光フバックがない状態で光フィードバックがある場合についてィードバックがある場合の定性的な評価が高い結果になっも実験を実施し，光フィードバックと画面フィードバックたと考えられる．の関係性についても明らかにする必要がある．

仮想タッチパネルの高さを調整する際には光フィードバックは必要だが，操作時には光フィードバックは必ずしも必要ではなく，仮想タッチパネルに慣れるまでの支援としての利用が考えられる．

6. まとめと今後の課題
本研究では，透析患者向けベッドの現状と求められる要謝辞
本研究は電気通信普及財団の 2019 年度研究調査助成により実施いたしました，厚く御礼申し上げます．

参考文献
[1]

件をもとに天井ディスプレイを設置し，それに対して非接触操作可能な透析患者向けベッドを試作した．天井ディスプレイはペーパースクリーンとプロジェクターで実現し，[2]非接触操作は Remote Touch Panel を用いている．Remote
Touch Panel は仮想的なタッチパネルであるため視認する[3]ことができない．本研究では，仮想タッチパネルの可視化手法として，光によるフィードバック（以下，光フィード[4]バック）を提案する．光フィードバックとは仮想タッチパネルの位置に光を照射し，光に指が触れることで仮想タッ[5]チパネルを可視化する．
光フィードバックによる操作性を評価するために，まず光フィードバックの形状と配色について分析を行った．プ[6]厚生労働省. “働き方改革 ～ 一億総活躍社会の実現に向けて ～”. https://www.mhlw.go.jp/content/000335765.pdf , (参照2019-10-21).
厚生労働省.“糖尿病性腎症重症化予防の取り組みについて”.
https://www.mhlw.go.jp//file/06-Seisakujouhou-12600000-Seisaku
toukatsukan/0000114064_13.pdf, (参照 2019-10-21).
一般社団法人日本透析医学会. 維持血液透析ガイドライン：
血液透析処方. 日本透析医学会雑誌, 2013,46 巻, 7 号, pp.
587-632.
武田祐樹, 横山大知, 中道上, 稲葉利江子, 渡辺恵太, 山田俊
哉,“透析患者向けベッドにおける仮想タッチパネルの可視化手法の検討,” インタラクション 2019 論文集,pp658-663,2019.
木戸瑛一, 天早健太, 杉原慶哉, 中道上, 渡辺恵太,“車内システムにおける非接触操作に対する慣れの検証,” インタラク
ション 2018 論文集,pp191-196,2018.
中村薫,“Leap Motion プログラミングガイド,” 株式会社工学,2015.

ロジェクターの光を指に照射して仮想タッチパネルの光フィードバックの視認性評価実験を行い，光の形状と配色を分析した結果，光の形状は線+空間(後面判定)が多く選択され，線と空間の配色は線(白)，空間(青)が最も選択される結果となった．この光フィードバックがなしの場合とありの場合での操作性を評価するために光フィードバックによる操作評価実験を実施した．実験の結果，光フィードバックなしの場合が光フィードバックありに比べ，タスク時間の平均が短く，タップ回数の平均が少ない結果となった．しかし，光フィードバックの必要性に関するアンケートでは，仮想タッチパネル位置の調整時，操作時ともに光フィードバックありを選択する実験参加者が多い結果となった．
光フィードバックありの場合の定性的な評価が高くなった要因として，タップの深さに着目し，光フィードバックありの場合と光フィードバックなしの場合の平均値の差について t 検定を行ったが，有意な差はみられなかった．
光フィードバックがあることによるタスク時間やタップの深さへの影響は少ないが，光フィードバックによって操作者が仮想タッチパネル位置を視認することで，仮想タ© 2020 Information Processing Society of Japan

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