ルービックキューブ型デバイスを用いた電子玩具
TangledCube の提案
鎌田洋平

筧

康明

TangledCube: A Proposal on an Electronic Puzzle
Using a Rubik’s Cube-typed Tangible Interface
YOHEI KAMADA†1.

YASUAKI KAKEHI†

取得できるデバイスを提案する．さらに，これをインはじめにタフェースとして用い，手元のキューブの位置関係をパズルや積み木など，実体のあるモノの組み合わせ色の並びではなく他の視覚表現を通して提示することや形状を用いた遊びは古くより老若男女を問わず親しで，同じ遊び方の中に新たなパズル体験を構成できるまれている．TV ゲームに代表されるようなモニタの電子玩具システムの構築を目指す．

中でのみ展開される遊びとは異なり，実世界の物理的な制約の中でこそ成立するルールに対して我々は固有の魅力や楽しみ方を見出しているとも言える．

2.

関連研究

実体とデジタル情報が融合するエンタテインメント

一方で近年，拡張現実感（Augmented Reality）やのメリットとしては，大きく 2 つの方向性が存在する．

CHI (Computer Human Interaction)の分野では，より直一つは，実体を用いることでデジタル環境への直感的感的なデジタル情報の操作を実現するために，実オブな入力手段を提供できることである．二つ目は，実世ジェクトに対してセンサやディスプレイなどの電子デ界の状況をデジタル情報に変換することにより，実世バイスを付加し，その実体性を保ったまま，あるいは界の物事の新たな見え方／捉え方を提供できることで実体性を活かして入出力ツールとして用いるタンジブある．前者の例として，Augmented Reality 技術を用．

いたゲーム 2)を挙げる．これは，二次元コードのつい上記のような実オブジェクトを用いた旧来型のエンタたカードを並べることで画面内のキャラクタを操作すテインメントにおいても，各オブジェクトの位置や姿ることができるものである．この場合，ゲームの目的勢，状態，関係性などの情報をコンピュータでリアルは画面内の世界のストーリーを楽しむことにあるが，タイムに取得しデジタル情報によるフィードバックをカードゲーム的な要素を組み込むことで直感的な参加実世界に対して行うことで，本来のゲーム性を阻害すが可能となる．後者の例としては，エアホッケーやキることなく，より高いエンタテインメント性を付与でャッチボールといった実世界での遊びを映像や光効果きるものとして近年様々な試みがなされている．

により拡張・演出するシステムが挙げられる 3) 4)．こルインタフェースに関する研究が注目されている

1)

このような背景のもと，今回筆者らはルービックキ

れらは，あくまで実世界での身体的な遊びを楽しむこューブの遊びを拡張する電子玩具 TangledCube を提案とを目的としており，それをデジタル情報が拡張するする．ルービックキューブとは，エルノー・ルービッという構図になっている．また，積み木の安定度合い

クが考案した立方体パズルで，各面の色が違う立方体を映像により重畳表示する積み木予報 5)のように，実が積み重なった３世界の遊びを支援するためにデジタル情報を提示する

３３の立方体アレイの各面を回転させていくことにより，全体の各面の色を揃えるこようなシステムも提案されている．とを目的とするパズルである．本稿では，ルービック筆者らの研究も後者の実世界の拡張・支援を行うア

キューブの各キューブの位置情報を可視光通信によりプローチの研究の一部として位置づけられるが，特に実世界での遊びを別の切り口で視覚化することを狙う．

慶應義塾大学 環境情報学部
Faculty of Environment and Information Studies, Keio University

佐藤らは実世界の新しい見方を一連の映像作品や書籍の形で表現している 6)．今回の筆者らの取り組みは，

情報処理学会 インタラクション 2010

リアルタイムに展開される遊びの中で同様に新しい見色ではなく新たに視覚化された映像情報を手元のデバ方を提示しようとするものであると言える．

イスの状態と対応させてこのパズルの完成を目指す．

ルービックキューブ自体の電子化に関する取り組み

ルービックキューブ型デバイスによりユーザはこのパに 関 し て は ， 市 販 さ れ た 玩 具 で あ る E-cube 7) や ，ズルを従来のルービックキューブと同様のパズルとしAndrew Fentem の開発した FentixCube8)て捉えることが可能となり，各面を回転させて完成をなどがある．

目指すという直感性を保つ．

E-cube はボタン，FentixCube はタッチスクリーンをそれぞれ 6 面に配した立方体型デバイスで，表面を手で視覚化の要素として，具体的に今回はルービックキ触れることでルービックキューブの映像を変化させる

ューブの状態を線を用いて表現する．ルービックキュことができる．これらは，情報の入力装置であるデバーブを，キューブの向き情報を捨象して立方体の位置イスがディスプレイとして出力装置の役割を持つ点でだけを揃えるパズルとして捉え，その構造を視覚化し優れているが，実際のルービックキューブと違い手でたとき，図 1 のように全体の構造を線の集まりで表現ひねって状態を変化させることはできないため，操作することができる．この線の集まりは全体の立方体にの直感性を保っているとは言えない．今回我々の開発おける各頂点と辺の中点を線で結ぶことで実現される．

するデバイスは，実際にキューブに捻りを加えることルービックキューブが完成された状態で立方体の各辺が出来るなどルービックキューブと同じ物理条件で動をなぞるように線を結ぶと，ルービックキューブを解作する点が特徴である．なお，複数のキューブの位置

くプロセスは絡まった糸をほどいていくような新たな関係を認識するインタフェースの研究に関しては，従体験をユーザに提供することになる．

来からもいくつかのアプローチでなされているが9) 10)，今回のシステムの要件としてキューブ間で無線のやり取りを行い，また一度に全部のキューブの位置を把握する必要があることから，筆者らのグループで研究している Bloxels 11)に用いた積層型可視光通信の考え方を応用し，ルービックキューブの状態認識を行っている．

3.

TanbledCube の 提 案

筆者らは，ルービックキューブをデバイス化して，制作したアプリケーションの操作に用いることで既存のルービックキューブの持つパズル性に新たな面白さを付加した作品 TangledCube を提案する．
3.1

コンセプト

ルービックキューブは小さな立方体の``位置’’と``向

図1 線によって可視化した構造とルービックキューブの比較

き’’を揃えるパズルと言うことができ，それぞれの立

3.2

方体を決められた位置に決められた向きで配置するこTanbledCube はルービックキューブと同様の構造のとで色の揃った状態が完成する．これまでの各面が 6デバイスであり，小さな立方体のキューブ型モジュー

色に色分けされたルービックキューブは，このようにルにより構成され，各々がマイコン，電池，LED，フ位置情報と向き情報を持つ立方体が積み上げられたもォトトランジスタを内蔵する．このキューブ型デバイのの構造を可視化したものと言うことができる．今回

スが複数連結され隣り合うキューブ同士が光通信を行筆者らが提案する TangledCube では，この状態の視覚うことでデバイス同士の並び順を取得し，その前後の化の方法を各面の色の配列ではなく，さまざまな要素状態からユーザが回転させた面を判断する．なお，キで構成しパズルの状況に対する新たな知覚を提供する

ューブ間は有線でつなぐことができないため，光の指ことを狙う．

向性を活かした光通信は，隣り合うデバイス間の信号

TanbledCube では，ユーザは立方体の各面を回転さルービックキューブ型デバイスの設計の送受信に適した手法であると言える．

せるルービックキューブ型デバイスを操作する．デバ

キューブ型モジュールは合計 20 個で構成される．

イス自体のキューブには色の情報を有しておらず，白これは外側に面している立方体のうちの各面の中心に色のデバイスである．本システムにおいて，ユーザは位置する立方体以外の数である．各モジュールは 0~

ルービックキューブ型デバイスを用いた電子玩具 TangledCube の提案

19 までの固有の ID を持ち，送られてきた信号から自が 8byte，それらの情報が正しく受け渡されたかを確分が何番目のデバイスかを判断し，その信号に自分のかめるストップパターンが 1byte の計 10byte とした．

正しい位置に ID を埋め込んで次のデバイスに送信す

ID を格納しているデータ列はさらに ID を示す 6bit と，ることで順次通信を行う．

ID が格納されているかを示す 2bit に分けられる．そさらにキューブ型モジュールは，その設置位置に応の信号をフォトトランジスタで受信したものがマイコじてコーナーキューブとサブキューブの 2 種類に分けンによってビット情報に変換され，新たに ID 情報をられる．前者は全体の立方体の頂点に位置するキュー埋め込まれて LED より出力される．

ブ型モジュールで，後者は各辺の中点に位置するデバイスである．コーナーキューブはサブキューブと三つの面で接するために 3 方向と通信を行い，サブキュー
ブはコーナーキューブと二つの面で接するために 2 方向と通信を行う（図 2）．また，コーナーキューブのうちの一つは PC とシリアル通信を行い，キューブ型デバイスの並び順を取得した後にユーザがデバイスを回転する情報を PC へ送信する役割を担う．各キュー
ブ型モジュールの通信を行う全ての面には LED とフォトトランジスタが配置され，どの面も信号の送信，受信の両方に対応できるよう設計されている（図 2）．
3.3

状態認識手法図2 TangledCube デバイスの構成

各キューブ型デバイスはルービックキューブの幾何学的条件でも正しくデータを送受信する必要がある．
ここでは，そのための通信手法の設計に関して述べる．
本システムでは，どの面のフォトトランジスタから信号を受け取るかによって，どの面の LED に次の信号を送信し，どの面のフォトトランジスタから新たな信号を待つかという状態を決定する．サブキューブは信号を受信したフォトトランジスタが次の信号を待ち続け，反対の面の LED が信号を送信する．コーナーキ
ューブは信号を受信したフォトトランジスタが次の信号を待ち続け，その面以外の二面の LED が信号を送信する．また，どちらのキューブ型デバイスも一定時間信号を受信しない場合には，LED の送信をストップし，全ての面のフォトトランジスタで信号を受信可能な状態へ移行する．
通信経路は図 3 のように PC と通信を行うコーナー

図3 可視光通信の経路

4.

システムの実装とユーザ体験の様子

4.1

システム実装キューブから出発し，立方側面のうちの 2 面を周回し

図 4 に実装した TangleCube のデバイスの概観を示て最後に PC と通信を行うコーナーキューブに帰ってす．各キューブ型モジュールは Arduino と LED，フくる．この通信経路上で得られた 8 つのキューブ型デォトセンサおよび電池を内蔵している．

バイスの並び順 2 組を前の状態と比較することで，どの面がどちらに回転したかを判断する．

視覚化アプリケーションは C++および OpenGL によって記述され，図 5 のように線で可視化されたパズ

個々のデバイス同士の信号の送受信方法は可視光

ルの状態をモニタで映像としてユーザに提示する．ル

LED を用いて行う．LED を高速で点滅させることでービックキューブ型デバイスよりユーザがデバイスのその点滅周期の中に情報を埋め込んで通信することがどの面をどちらの方向に回転させたかという情報をリ可能となる．信号設計は送受信でデータ列の同期をとアルタイムでシリアル通信によって受け取ることでデるためのスタートパターンが 1byte，通信経路にあるバイスの状態と映像の同期を図り，インタラクション

8 つ分のキューブ型デバイスの ID を格納するデータを実現する．

情報処理学会 インタラクション 2010

4.2

ユーザ体験の様子を提案・実装した．これは，新たな見方を与えることユーザに本作品を体験してもらったところ，既存で今までにないアプリケーションを直感的な操作ととのルービックキューブと違って，パズルを解くプロセもに提案するものである．可視光通信の技術をルービスの中で糸がほどけていくような独特な心地よさや面

ックキューブという幾何学的な形状に適用し，安定し白さが感じられるという評価を得た．また，ルービッた状態取得が可能なるアルゴリズムを実装した．

クキューブ型デバイスを操作することで直感的にパズ

今後の課題としては，ルービックキューブ型デバイルを楽しむことができるという感想を得ることができスに新たに加速度センサ，地磁気センサ等を搭載してた．しかし，線による映像と手元のキューブの対応関

実世界でのデバイスの傾き情報を映像に反映すること係が知覚しにくいという意見も聞かれた．これは現在で対応関係を把握しやすくすることや，デバイスの小の実装では，映像内の視点が常に一カ所に固定されて型化が挙げられる．また，色や線以外の要素を用いたいるためであると考えられる．

映像表現に関する検討や展示等を通したユーザ評価もまた，ルービックキューブ型デバイスのサイズが大きく保持しにくいという使用感に関する意見もあった．
今回ルービックキューブ型デバイスの大きさは主に電池のサイズに起因しており，今後改良を要する部分である．

図4 デバイス概観

図5 体験の様子

5.

まとめと今後の課題

本稿では，ルービックキューブという既存の玩具をデバイス化したエンタテインメント環境 TangledCube

進めていきたい．

参考文献

1) H. Ishii, et al.: Tangible Bits:Towards Interfaces
between People, Bits and Atom, Proceedings ofCHI’97Proceedings of ACM CHI ’97,pp 234 – 241,(1997).
2) THE EYE OF JUDGMENT,
http://www.jp.playstation.com/scej/title/eoj/ (2009 年
11 月現在)3) H. Nii, et al.: Instant Replay using High Speed
Motion Capture and Projected Overlay,
SIGGRAPH2006, Emerging Technologies, (2006)
4) O. Izuta et al.: Digital Sports Using "Bouncing Star"
Rubber Ball Comprising IR and Full-Color LEDsand Acceleration Sensor, ACM SIGGRAPH2008,
New Tech Demos, (2008).
5) 地下職人~再来~: 積み木予報~バランスどすえ~, IVRC2008, (2008)6) 佐藤雅彦ほか: 差分, 美術出版社 (2009)7) E-Cube:http://www.ebiz.co.jp/cgibin/out1.cgi?name=comp&value=cesailor（2009 年11 月現在）
8) FentixCube: http://www.andrewfentem.com/（2009 年 11 月現在）
9) David Merrill, Jeevan Kalanithi, Pattie Maes:
Siftables:towards sensor network user interfaces,
Proceedings of the 1st international conference on
Tangible and Embedded Intaraction, pp 75 – 78,(2007)
10) Kyoko Ueda et al.: m-ActiveCube; multimedia
extension of spatial tangible user interface, Proc. ofThe Second International Workshop on Biologically
Inspired Approaches to Advanced Information(BioADIT 2006), pp. 363-370, (2006.)
11)
李 鎭河, 筧 康明, 苗村 健:“Bloxels: 発
光ブロック群による実体ボクセルディスプレイ
̶積層によるブロック間の情報伝達̶”,信学技報,MVE (2009).