情報処理学会 インタラクション 2017
IPSJ Interaction 2017

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2017/3/2

AR による階段利用意欲向上支援システム
諸戸 貴志1

濱川 礼1

概要：本論では AR を用いた報酬提示による階段利用意欲向上支援システムの提案と開発について述べる.
近年のヘルスケアブームにより，サイクリングやランニングなどの運動を積極的に行う人が増えてきた．
しかし，これらの運動は時間の確保や意欲の維持などが必要となる．本研究では運動のために時間を割くことなく日常生活中において出来る運動として階段の登りに注目した．
「階段の登り」はランニングと同程度の運動量であり, 積極的な階段利用により日常生活に負担なく運動をこなす事ができる．しかし，階段利用に対する健康意識はあるが行動に結びつかない人や継続利用が出来ない人など多くいる．本研究では近年多くの分野で注目されているゲーミフィケーションを用いることに加え，階段利用時間より算出した消費カロリーの表示を行うことで階段利用に対する意欲向上可能だと考えた．ゲーミフィケーションとは楽しませ熱中させるゲーム要素や仕組みを用いてユーザの意欲向上させ，日常行動を活性化させようとするものである．ユーザーは HMD を装着し，AR により階段に付与されたゲーム要素の報酬や消費カロリーなどを HMD を介して閲覧する．これにより少しでも楽しく階段利用が可能となる.

Street Utilization Motivation Improvement Support System Using AR
TAKASHI MOROTO1

REI HAMAKAWA1

Abstract: In this paper, we describe the proposal and development of a support system for motivation touse stairs by presenting remuneration using AR ( Augmented Reality ). Recently, health care boom, moreand more people are actively engaged in exercise such as cycling and running. However, these exercises
require securing time and maintaining motivation. In this study, I focused on climbing stairs as an exercisethat can be done in my daily life without spending time for exercise. ”Climbing stairs” is the same level ofmomentum as running, and it is possible to perform exercise without a burden on everyday life by actively
using stairs. We thought that we could do exercise without burdening my daily life by using stairs. However,there are many people who have health consciousness by using stairs but who can not act or people who can
not continue to use it. In this research, I thought that motivation can be improved by using gaming which
is drawing attention in many fields in recent years. In addition, I thought that it is possible to improve
motivation for using stairs by displaying the calorie expenditure calculated from stair use time. Gamification is an eﬀort to improve motivation of users by using game elements and mechanisms to entertain theentertainment. The user wears HMD ( Head Mounted Display ) and browses the remuneration and calorie
expenditure of the game element given to the stairs by AR. We thought that it would be possible to use thestairs even with a little fun.

1. はじめにた．身体活動の強さ（運動強度）を運動や行動状態毎に示した [2] によると, 通常の歩行速度の 4.0 km/時 での「平近年のヘルスケアブームにより，サイクリングやランニ地歩行」に対して「階段の登り」は，その 3 倍の 運動強度ングなどの運動を積極的に行う人が増えてきた [1]．しかになる．これは 8.4km/時でのランニングと同等の運動強し，これらの運動は時間の確保や意欲の維持などが必要と度である．近年では階段の運動強度の高さが注目され, ス

なる．本研究では特に運動のために時間を割くことなく日ポーツ競技として階段を使ったマラソンが行われている．

常生活中において出来る運動として階段の登りに注目し階段マラソンは世界の 9 都市の高層ビルで開催され [3]，国内でも福岡タワー超ウルトラ階段のぼり大会 [4] や JR 京1

中京大学 情報科学研究科© 2017 Information Processing Society of Japan377

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都駅ビル大階段駆け上がり大会 [5] など盛んに行われてい外の分野で応用する取り組みのことで，ポイントやトロる. 一方で，階段利用を始めとする日常生活内での運動へフィーなどの報酬要素やレベルや課題などの目標を与えるの健康意識はあるが行動に結びつかない人や継続して利用仕組みを用いてユーザの意欲を向上させ，日常行動の活性出来ない人なども多くいる [6]．そのような人に対して階化を目指す取り組みである. ゲーミフィケーションを用い段利用促進を目的とした取り組みを行っている地方自治体

た意欲向上により習慣化させる試みは行われており，市村

はある [7][8][9]，その中でも最も力を入れている沖縄市役

らはゲーミフィケーションの家事への応用として，家事に所 [7] では健康促進の一部として階段利用促進のため階段おいて特に面倒と思われる事が多い掃除に着目して加速度側面への標語の貼り付けや階段利用促進標語を市民へ募集を検出できるデバイスを掃除機に取り付け，そのデバイスするなどの取り組みを行っている．しかし，[7][8][9] の様を介してゲーム要素を付与することで，少しでも楽しく掃な健康促進標語を階段に設置している施設は少なく，無断除が出来るように試みた [14]．

で設置することも困難であるため利用場所が限られる．

また，吉田らは学習者の課題に対する意欲向上を目的と世界中で大ヒットした AR アプリケーション，ポケモンした課題提出システムを提案している [15]．これは漫画とGO ではサービス開始から 8 週間で総ユーザーの総歩行距

ゲームから着想した解答累積値と経験値の 2 つの評価指標

離は地球 11 万周分の 46 億 km となった [10]．ゲーム進によって学習者へ通知することで学習に対する意欲の向上

行には歩き回る必要があるためゲームを楽しむことで自然を行っている．と運動へ繋がり，アメリカでは 2 型糖尿病患者の運動不足

松下らはゲーミフィケーションの要素を運動する空間に投解消へ期待されている [11]. このことからゲーム要素を用影することで意欲の向上を試みている [16]．サイクリング

いることで日常行動への取り組みを意識させずに活性化可時に仮想ペットを道路にプロジェクターにより投影する．

能であると言える．本研究ではゲーム要素や仕組みを用いユーザーの移動速度や移動距離に合わせて仮想ペットが歩てユーザーの意欲を向上させるゲーミフィケーションを用く動作から走る動作に変化するなどして１人でのサイクリいることで階段利用意欲向上可能だと考えた．ゲーミフィ

ングにおける意欲を高めている．松下らの研究 [16] ではプ

ケーションとは楽しませ熱中させるゲームの要素や仕組み

ロジェクターでの道路への投影を行うため夜間での利用がを用いてユーザの意欲を向上させ，日常の行動を活性化さ中心となるが提案システムでは透過型 HMD での閲覧を行せようとするものである．本研究では階段の利用を面倒とうため日照の影響を受けずに利用可能である．

思う人や，継続しようとして出来ない人，意欲が上がらな

大谷らはフィットネスバイクの利用に対して内発的動機づい人などが利用することを想定している.

けを図るために仮想的にスタンプラリーを楽しむことがで

2. 関連研究

きるシステムの開発を行った [17]. 仮想空間内には，利用者のアバターが配置されており，スタートからゴールまでこれまで運動の習慣化や意欲向上を目的とした研究はコースに沿って移動する．コース上には複数のチェックポ様々な手法を用いて行われてきた．ここでは研究事例を示イントが設定されており，チェックポイントを巡りながらし，本研究での位置づけと期待される効果を示す.

スタンプを獲得する．これによりフィットネスバイクの利用に対して内発的動機づけを行う．大谷らの研究 [17] では

2.1 AR を用いて意欲向上を目的とした研究

仮想空間内の視点移動により擬似的に移動しているような興味や意欲を向上させる手段として AR を用いる試みが印象を与えているが本研究では階段利用時間に応じた報酬行われている．山下らは AR を用いて観光地などの周辺施を AR を用いて現実世界に重畳表示させることで意欲向上設情報を提供することでウォーキング等の単調な軽運動へ目指している．の意欲向上を目指した [12]．

このようにゲーミフィケーションは教育や日常生活内作業

Edward Nguyen らの研究では AR により表示したキャラなど様々な分野で利用されているが，これらの多くはゲークタを用いて，追われる感覚を与えたり，競い合わせるこム要素の閲覧をスマートフォンや PC などの画面上で行っとでランニングへの動機づけを行った [13]．ている．一方，本研究では AR を用いて現実世界にゲーム

このように AR を用いることで興味関心を向上させ意欲を要素を重畳表示させることで現実性を増加させようと考え高めることが可能だとが分かっている．本研究では階段利ている．

用に応じた報酬を AR を用いて提示することで意欲向上が可能だと考えた．

2.3 AR を用いてゲーミフィケーションの効果向上を目指した研究

2.2 ゲーミフィケーションによる意欲向上を目的とした研究
ゲーミフィケーションはゲーム要素や考え方をゲーム以© 2017 Information Processing Society of Japan

楽しませることで意欲向上効果が期待できるゲーム要素を AR を用いて現実世界に重畳表示させることで，ゲーミフィケーションによる効果向上を目指す研究も行われてお378

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り，吉野らはコンセントをマーカーとして AR でキャラクた健康促進標語を閲覧することで階段利用意欲向上へ繋がタを表示させ，コンセントプラグを抜く毎にキャラクタがると考えた．

成長していくことで楽しさを与え習慣化させるシステムの先行研究の [19] では階段利用時間をシステム利用時間から開発を行った [18]．吉野らの研究 [18] ではコンセントの場算出していたため，ユーザーは階段利用毎にシステムを動所を認識するためにコンセント毎にマーカーを設置する必作させる必要があった．そこで本研究では我々が既に行っ要があり，本研究では不特定多数の利用場所を想定としてた，階段利用を含む運動強度が異なる行動判定を行った研いるためマーカーレスで AR を表示する点が異なる．この究 [20] で使用した行動判定手法を用いることで階段利用判ように AR によりゲーム要素を現実の利用場所に作用させ定を行い，階段利用時間を推定する．本システムにおけるることで，現実性を増加させることが出来ることが分かっ

階段利用時間は提示する報酬の切り替えタイミングや消費ている．

カロリー算出に使用する.

3. システムの提案
我々は既に階段利用意欲向上を目的とした研究を行って本システムの利用イメージを図 2 に示す．ユーザーは HMDを装着し，AR により階段上に重畳表示された報酬や消費カロリーを HMD を介して閲覧する．

いる [19]．先行研究の [19] では階段利用時間毎に変化するイラスト画像を報酬として AR を用いて階段上に付与することで階段利用に対する意欲向上を目指した (図 1)．ARによるイラスト画像の提示は視覚的な楽しさに繋がり意欲の向上に有効である分かった．一方で，評価者の意見から画像だけでなく移動した高さや消費カロリーなどの変化する数値を階段上に表示した方がいいと分かった.

図 2利用イメージ

Fig. 2 Usage image

図 1 階段利用意欲向上を目的とした研究 [19]Fig. 1 Research aimed at improving desire to use stairs.[19]4. 提案システムの実装
本システムは階段利用判定モジュール，段鼻検出モジュー

行動に対する意欲向上への動機付けには外的動機付けとル，AR 表示モジュールの 3 つのモジュールから構成する内的動機付けがある．外的動機は報酬による動機付けであ（図 3）．

り，行動自体に積極的な意味付けは出来ず，得られる報酬

階段利用判定モジュールは，我々が既に行った，階段利用に対して期待をしてしまう問題点があるのに対し，内的動を含む運動強度が異なる行動判定を行った研究 [20] で使用

機は行動自体に意味とやり甲斐を感じる事で自発的にさせした行動判定手法を元に HMD に搭載された 3 軸加速度る効果が期待される．先行研究の [19] では報酬としてイラセンサより取得した加速度データから階段利用を判定し，スト画像の提示を行っており，これは外的動機付けに働き判定結果から消費カロリーを算出する．

かけるが，自発的な効果が期待されない. 一方で，[7][8][9]段鼻検出モジュールでは，HMD に搭載されたカメラよりで用いられている健康促進標語は，自発性を促す内容のも取得したカメラ画像から階段の段鼻を検出する．のが多くあり，これを閲覧することで内的動機に働きかけAR 表示モジュールでは，階段利用判定モジュールで算出られる. しかし，健康促進標語を階段に設置している施設

した消費カロリーや報酬を段鼻検出モジュールで検出したは少なく，無断で設置することも困難であるため利用場所段鼻座標下方にある階段側面上に AR を用いて重畳表示すが限られる．そこで我々は，AR を用いた報酬提示によるる．本システムでは移動中の AR を用いて提示した報酬の階段利用意欲向上を目的としたシステムを提案する．報酬

閲覧のしやすさから透過型 HMD を使用する．本研究ではとして健康促進標語を階段側面に AR を用いて重畳表示す

透過型 HMD として MOVIRIO BT-300 [21] (図 4) を使用ることで多くの場所で利用可能とし， AR 用いて表示されした． [21] はタッチパッドが搭載されたコントローラー© 2017 Information Processing Society of Japan379

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部と映像を映し出すメガネ型のディスプレイ部に分かれて

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4.1 階段利用判定モジュール

いる．ディスプレイ部にはカメラや加速度センサが搭載さ

階段利用判定モジュールでは，我々が既に行った，階段れており，コントローラー部は Android OS を搭載してい利用を含む運動強度が異なる行動判定研究 [20] で使用した

る．コントローラー部ではディスプレイ部に搭載したカメ行動判定手法を用いる．0.5 秒間隔で階段利用を判定し，判ラより取得したカメラ画像から AR を表示する座標の算定結果から消費カロリーを算出する．消費カロリーの算出

出とディスプレイ部に搭載された加速度センサから取得しは運動や行動状態毎に運動強度を示した [2] を元に「階段た加速度データを元に階段の利用判定のための演算処理をの登り」と同等運動強度である「8.4km/h のランニング」行う.

1 時間の消費カロリー 567 kcal から階段の登り 1 秒間の消費カロリーを 0.156kcal とした. 消費カロリーは階段利用時間 1 秒毎に累積する．
階段利用判定モジュールの構成を図 5 に示す．まず,HMD に搭載された加速度センサから 3 軸加速度データを取得する．次に, 取得した 3 軸加速度データから特徴量を抽出し新たなデータを生成する． その後, 生成したデータを元に機械学習により分類を行う．階段利用判定モジュールで分類する行動は「階段の登り」，「直立での静止」，「平地歩行」の 3 種類である．

図 3 システム構成

Fig. 3 System configuration

図 5

階段利用判定モジュール構成

Fig. 5 Stair Stage Use Judgment Module Configuration

4.2 段鼻検出モジュール
本システムでは不特定多数の階段に対して利用可能にするために階段の段鼻を表示座標とすることでマーカーレスでの AR 表示を可能とした．階段の段鼻とは階段の踏み板の先端部分のことで，段鼻検出モジュールでは HMD に搭載されたカメラより取得したカメラ画像から階段の段鼻を
図 4BT-300 の詳細

Fig. 4 Details of BT-300

検出する．検出手順は図 6 に示した通り入力画像 [1] をグレースケールにした後，Gaussian フィルタにより平滑化させ，それを図 6 の [2] のように Canny 法により輪郭の抽出を行う．その後，図 6 の [3] のように Hough 変換により© 2017 Information Processing Society of Japan380

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直線の検出を行う．検出された水平直線 (図 6 の [3] では点線で表示) が階段の段鼻である．本研究では直線の検出には計算量が少なく高速である確率的 Hough 変換を用いた．

[2]Canny の輪郭抽出 [3] 確率的 Hough 変換[1] 入力画像
図 6 段鼻の検出例 (処理順 [1] → [2] → [3])Fig. 6 Example of step nose detection (Processing order [1] →[2] → [3])図 7 AR として階段上に表示させた標語と消費カロリーの例

Fig. 7 Examples of slogans and consumption calories displayed

4.3 AR 表示モジュール

on the stairs as AR

AR 表示モジュールでは段鼻検出モジュールで検出された段鼻の座標を元に段鼻の下方向にある階段側面付近にAR を用いて階段利用時の消費カロリーや報酬を重畳表示させる．本研究では独自募集により収集した階段利用促進標語を報酬として用いる．収集した標語は全 85 種類あり，その一部を以下に示す．

• 階段を 登った先には 健康体• 階段を使うと意外と早く着く• 階段で，健康人生歩もうよ• 息切らし 登った後飲む 水がうまい• 階段で ふくらはぎ君 むっきむき
AR 表示モジュールでは標語を 5 秒毎にランダムに入れ替
え，消費カロリーは 1 秒毎に累積したものを表示する (図図 8比較のため使用した標語を側面に貼り付けた階段

Fig. 8 Stairs stuck on the side with the slogan used for comparison7)．

5. 評価

5.2 評価実験結果
評価結果を表 1-3 に示す. AR の使用に関わらず動機づ

AR による報酬提示により階段利用時に楽しさを感じるけへの効果が感じられなかった 1 人を除いて，標語を用いことで意欲が向上するかの検証を目的とした評価を行った．

ることで階段利用への動機づけが可能であると分かった.
また，AR による標語提示においても同等の結果となった

5.1 評価実験手順

ことから本システムの有効性を示すことが出来た．標語の提案システム使用後にアンケートに回答することで評価方がイラストと比較して良いと回答した被験者からは「読を行った．効果の比較のために，「通常の階段」，「側面に標んでいて階段を上っていることを少し忘れられたので，い語を貼り付けた階段 (図 8)」，「AR によるイラストを報酬

い気分転換になった」という意見があった．一方で，「イとしたシステム (先行研究の [19])」，「提案システム」の計

ラストは視界が楽しくなるので，移動中でも楽しめた．標4 種類を同条件で行った．アンケート内容は「階段の利用語は文字に集中している暇がなくあまり意味はないと感じに対する意欲の向上の有無」,「階段の利用時に感じた楽した」という意見があり，被験者によってはイラストでの報さについて」，「階段を使用したいと感じたか」の 3 項目で酬提示の方が標語より良いと感じる事があると分かった．

ある．評価実験場所は評価者がよく使用する建物内にある
階段 1 階から 5 階まで (計 96 段) で行った. また，システ
ム利用後に利用した際の感想を記録した．

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5.3 考察
評価結果から標語を貼り付けた階段と AR により標語を

381

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表 1 階段の利用に対する意欲について (人)用促進標語を階段上に付与することで意欲向上を目指し

Table 1 On motivation for using stairs (people)

た．加えて階段利用を判別することで消費カロリーを推定し，AR を用いてユーザーにリアルタイムに提示すること

標語なし

標語あり

AR イラスト

AR 標語

全く上がらなかった

310

1

上がらなかった10

10

すことが出来た．しかし，標語の提示よりイラストでの報どちらでもない10

10

酬の方が良いと感じるユーザが居たことが分かった．今後上がった

03

2

3

はユーザーが報酬を選択可能にする.

とても上がった

0

1

1

1

表 2

で更なる意欲向上を目指した．評価実験から，有効性を示

参考文献

階段の利用時に感じた楽しさについて (人)Table 2 On the pleasures felt when using stairs (people)
標語なし

標語あり

AR イラスト

AR 標語

全く感じなかった

5000

感じなかった00

1

1

どちらでもない

0000

感じた

0

524

とても感じた

00

2

0

[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]

表 3 階段を使いたくなったか (人)Table 3 Did you want to use the stairs (people)

[8]
標語なし

標語あり

AR イラスト

AR 標語

全くならなかった

310

1

ならなかった2000

どちらでもない

01

11

なった

0

323とてもなった

00

10

[9]
[10]
[11]
[12]

階段上に付加した本システムは同等の効果があったと言える．一方で，AR の使用に関わらず標語による動機づけが[13]出来なかったユーザーがいることが分かった．標語は内的動機付けに働きかけると考えられるが普段から積極的に階段を使用しているユーザーは既に習慣化しているため，効果が感じられなかったと考えられる．考察の検証のため被験者を増やした追加評価をする必要がある．

6. 展望「標語が貼られている場合と AR で定期的に標語が表示

[14]
[15]

[16]
[17]

される場合では，次の標語が見えている為か前者の方が良く感じた」という意見があり，付与のタイミングや方法を[18]工夫するなどして更なる効果の向上を目指す．また「階段登るごとに強くなる RPG みたいにゲーム感覚でできるとたくさん登る気力が湧くと思った」という意見もあり，より達成感を与えるゲーム要素を思考し実装することで意欲[19][20]向上を目指す. 今回，評価により階段利用意欲向上に対する有効性を示した．今後は階段の利用と段鼻の認識率の評価を今後行う.

[21]

運動・スポーツ実施率の推移 (1998 年 - 2014 年) スポー
ツライフ・データ，笹川スポーツ財団
改訂版『身体活動のメッツ（MET ｓ）表』，(独) 国立健康・栄養研究所
Vertical World Circuit
http://www.verticalworldcircuit.com/ .
福岡タワー超ウルトラ階段のぼり大会，福岡タワー
JR 京都駅ビル大階段駆け上がり大会，KBS 京都
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平成 27 年「国民健康・栄養調査」の結果『健康応援標語（階段利用促進標語）』募集，沖縄市役所
市民健康課，2016「階段シール」の「健康」標語募集，ひろしま健康づくり
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階段のぼり！ 3033（サンマルサンサン）運動，神奈川県庁，2015
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http://pokemongo.nianticlabs.com/ja/
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山下 陽規 他，近畿大学大学院，健康促進のための AR 観
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Edward Nguyen，University of Washington，Fitnamo: using bodydata to encourage exercise through google glass，
CHI EA ’14 CHI ’14 Extended Abstracts on Human Factors in Computing Systems，2014-04-26 Pages 239-244
市村，矢沢，戸丸，渡邉: 家事をゲーミフィケーション化する試み 掃除への適用 ，情報処理学会 DICOMO2014
吉田，大枝: 学習者のモチベーション向上を目的とした課題提出システムの構築，第 76 回全国大会講演論文集
2014(1)，845-847，2014-03-11
松下，濱川: CyclePet プロジェクション型 AR を利用したサイクリング促進システム，WISS2015
大谷，木川，溝渕: フィットネスバイクの利用に対して内発的動機づけを図る仮想スタンプラリーシステムの開発，
電子情報通信学会技術研究報告 2014
吉野，森田: AR を用いたコンセントプラグを抜く習慣付け支援システム「ぷらとん」の開発と評価，情報処理学会
DICOMO2013
諸戸 貴志，濱川 礼，中京大学 情報科学研究科，AR による
階段利用意欲向上支援システムの提案，DICOMO 2016.
諸戸 貴志，濱川 礼，中京大学 情報科学研究科，加速度センサを用いた運動強度判定システム，第 171 回ヒューマ
ンコンピュータインタラクション研究会.
EPSON MOVERIO BT-300
http://www.epson.jp/products/moverio/bt300/

7. まとめ
本論文では，AR を用いた階段利用意欲向上支援システムの開発を行った．本システムでは AR を用いて階段利© 2017 Information Processing Society of Japan382