SCALE3D: 3 軸スライド操作定規型デバイスの提案と実装
脇 坂 彰 人†赤池 英 夫††

角田 博 保††SCALE3D: 3-axis Slide Control And Liner dEvice for PC
Akito Wakizaka,† Hideo Akaike†† and Hiroyasu Kakuda††

1. は じ め にマウスなどのポインティングデバイスは，平面のデスクトップを相対座標の「点」で操作する事になるため，正確な距離と位置の把握には適していない．タブ
レットはペンと紙のメタファではあるが，描画以外の複雑なインタラクションは直感的でなくなりやすく，アイコンや軌跡を工夫するしかない．そこで筆者らは，普段使い慣れた直定規のメタファを利用した，より実世界指向の定規型デバイス SCALE

1)

図 1 SCALE3D

図 2 ブロック図を提案した．このデバイスは直線や矩形を描画する定規用途だけでな軸のスライダを追加し，指でのタッチ操作と精度向上

く，より直感的で柔軟なインタラクションを実現する．

を可能にした．スライダでの位置センシングのほか，3 次元空間では x,y,z 軸座標と yaw, pitch, roll 回転回転原点の指定といった応用（後述）も可能となる．

角の 6 軸操作だけでなく，回転原点や視点も操作する

2.1 デバイス形状必要がある．実世界では当然の様に扱える操作も，マ既存のアプリケーションが x,y,z 軸や x,y 軸パンウスでは空間操作の不一致によって難しい．本研究でニング+z 軸ズーム操作を基準に設計してあるため，は，机上操作に対応した SCALE(2D) を改良し，3 次SCALE3D では 3 軸スライダは互いに直交することと元インタラクションに対応した SCALE3D を実装しした．体積を小さくするため三角錐形状とし（図 1），評価する．

錐の底面を片手で把持しスライダはもう一方の手で操2. 提案デバイス
空中での 6 軸操作を行うために，位置センシングに加速度センサ，姿勢センシングに加速度・磁界センサ

作する．各軸のスライダの端まで指が届くか，把持しやすいか，実装可能かを検討した結果，スライダを搭載する辺は 100mm のフレーム☆ を用いて実装した．

2.2 加速度・磁界センサを利用した．ただし，加速度センサから求められる位位置 x(t) は加速度 a(t) より時間積分で求まるが，置は，大きな誤差を含み正確な操作に向かないので，加速度センサからは初期値 x0 , v0 が得られないので相直定規メタファを利用した，静電容量センサによる 3対移動量となる．加速度センサはバイアス・温度・参照† 電気通信大学大学院 情報工学専攻
Department of Computer Science, Graduate school ofElectro-Communications, The University of ElectroCommunications†† 電気通信大学 情報工学科
Department of Computer Science, The University ofElectro-Communications

電圧・軸間誤差・ノイズといった要因によるエラーが大きく☆☆ ，時間積分で累積すると無視できないので，正確性を求めない大まかな入力に用いる．
☆
☆☆

スライダ安定化のために GND 接地した金属フレームを採用．
AN012, Kionix Inc. www.kionix.com/App-Notes/AN012
Accelerometer Errors.pdf

情報処理学会 インタラクション 2009

また，傾き (pitch, roll) は加速度センサが検出する
重力 G より，静止状態 (|a| ∼= 1G) の値から求め，加高精度な移動速度が加わっている間は一定と仮定する．向き (yaw)
タッチは加速度・磁界各センサからの重力 G と磁界 H から方位を求め，SCALE3D を使用する PC 環境の基準方回転位を指定して利用する．

2.3 ス ラ イ ダ
3 軸のスライダは静電容量センサにディスクリート・大まかな移動

図 4 6 軸基本操作

図5

姿勢操作

スライダ を接続し，得られた容量値を正規分布カー☆

ブに割り当て，マイコン側で 192 ポジションを計算すでの回転は同時に行えないので，移動と回転を同時にる．各軸で指（金属性のペンでも可能）の接触を同時行うには，静止状態でスライダによる移動を用いる．に認識し，加速度センサと比べて高精度な移動量が得

デフォルトの回転はオブジェクトの原点中心に回転をられるほか，スライダの位置を 0%から 100%に割り行う（図 5）．

当てた絶対位置も得られる．

2.4 データ処理

3.2 オブジェクトの回転
スライダを 3 軸同時にタッチして回転の中心座標をマイコン上のソフトウェアは各センサへのフィード

オブジェクトの相対位置で指定し，タッチしたまま傾バック制御を行うほか，（マイコン性能及びバス速度

き・向きにより回転を行う．任意の点で回転できるほの制約により）加速度・磁界センサは 10 ミリ秒ごと，か，3 軸同時にタッチしたときにモードを自動変更す

静電容量センサは 100 ミリ秒ごとのデータを，100 ミることで 6 軸基本操作と併用も可能になる．

リ秒ごとに Bluetooth で転送する（図 2）．PC 上の

3.3 長さ直接入力

SCALE3D 制御ソフトウェア（図 3）で，座標系変換

スライダによる高精度な移動について，実世界でのや時系列平滑化などを行った後，評価アプリケーショスライダ長と仮想空間での単位長をマッピングするこンにデータを渡す．とで，仮想空間での長さを正確に入力できる．通常の移動量は空間における割合（ズームなどにより可変値）だが，この方法ではディスプレイ上の表示割合に依らず，固定移動量を入力できる．このモードは切り替えが必要である．

4. お わ り に
図 3 SCALE3D 制御ソフトウェア
左）時系列平滑化，中）座標系変換，右）スライダ接触検出

より柔軟な 3 次元インタラクションを実現する，実世界指向の定規型デバイス SCALE3D を実装した．

3. インタラクション手法

実装直後でのデバイスで基本操作を試して貰ったと
ころ，姿勢操作は「わかりやすい」が加速度移動は「難SCALE3D から得られるセンサデータの組み合わせしい」といった反応が大半だった．加速度・磁界セン方から，インタラクションが不必要に複雑にならないサの値を直接アプリケーションに渡すと，反応が過敏ように考慮した結果，以下の操作法を採用し，3D ナすぎて想定外の動作になることがあったからで，アプビゲーションを利用する GoogleEarth や，3D モデリリケーションの調整を完了した後，既存の入力デバイングといった既存のアプリケーションにデモ実装した．

スを比較対象として被験者実験を行う．実験は時間・

3.1 6 軸基本操作

操作量・疲労といった観点から，オブジェクトや光源

3D アプリケーションのオブジェクトや視点・光源点の操作，1 人称視点でのナビゲーションなどのタスクなどの移動では，加速度による大まかな移動，スライダによる高精度な移動，傾き・向きによる回転をシームレスに行う（図 4）．加速度での移動と，傾き・向き☆

AN925, Analog Devices Inc. www.analog.com/static/
imported-files/application notes/AN-925.pdfを含む予定である．

参 考文献1) 脇坂彰人，赤池英夫，角田博保：SCALE：PC 用
スライド操作定規型デバイス，第 49 回プログラ
ミングシンポジウム報告集，pp.175–178 (2008)．