CSIS Discussion Paper No. 41

曲線通路における方向判断についての実験による分析
An experimental analysis of direction judgment in a curved corridor

山本 直英*・岡部 篤行**
Naohide Yamamoto* and Atsuyuki Okabe***東京大学大学院工学系研究科都市工学専攻
Department of Urban Engineering, University of Tokyo**東京大学空間情報科学研究センター
Center for Spatial Information Science, University of Tokyo

September 27, 2001

東京大学空間情報科学研究センター〒153-8904 東京都目黒区駒場 4-6-1
Tel: 03-5453-5690 / Fax: 03-5453-5699

論文の概要本研究では，曲線通路における方向判断について実験を通じて分析した．被験者は曲線通路を歩き，その入口で呈示された方向を，通路内の 2 ヶ所で回答した．本研究で検討した仮説は以下の 2 つである．a）曲線通路の曲がり具合は過小視される，b）方向判断には 4方向の参照軸（前後左右）が用いられる．実験の結果，両方の仮説が支持され，曲線通路の曲がり具合は実際の大きさの約 90%と過小視されることが示唆された．

Abstract
An experiment was conducted to investigate direction judgment in a curved corridor. Eachsubject walked through the curved corridor. A direction was presented to subjects at the entrance,
and they were asked to point this direction at two points within the corridor. The present study
proposed two hypotheses: (a) subjects underestimated the change of the traveling direction during
walking; (b) subjects used four-direction reference axes (front, back, left, and right) for direction
judgment. Both hypotheses were supported, and it was suggested that subjects underestimated thechange of the traveling direction to be approximately 90% of the actual change.

連絡先
山本 直英
東京大学大学院工学系研究科都市工学専攻
岡部・浅見・貞広研究室〒113-8656 東京都文京区本郷 7-3-1
Tel: 03-5841-6259 / Fax: 03-5841-8521
E-mail: naohide@ua.t.u-tokyo.ac.jp

曲線通路における方向判断についての実験による分析
AN EXPERIMENTAL ANALYSIS OF DIRECTION JUDGMENT IN A CURVED CORRIDOR
山本 直英 * ，岡部 篤行 **Naohide YAMAMOTO and Atsuyuki OKABE
An experiment was conducted to investigate direction judgment in a curved corridor. Each subject walked through the curved corridor.
A direction was presented to subjects at the entrance, and they were asked to point this direction at two points within the corridor. The
present study proposed two hypotheses: (a) subjects underestimated the change of the traveling direction during walking; (b) subjects usedfour-direction reference axes (front, back, left, and right) for direction judgment. Both hypotheses were supported, and it was suggested
that subjects underestimated the change of the traveling direction to be approximately 90% of the actual change.
Keywords: Curved corridor, direction judgment, reference axes
曲線通路，方向判断，参照軸

１．はじめにから構成される経路の場合，進行方向は経路の折れ曲がり部分

まちを歩いているときや自動車を運転しているとき，真っすでしか変化しないため，方向に関する情報は折れ曲がり部分でぐだと思っていた道が実は少しずつ曲がっており，気づいたと更新すれば十分である．これに対し曲線経路では，進行方向はきには完全に方向を見失ってしまったという経験はないだろう

常に変化しているため，情報の更新も行い続けなければならなか．さまざまな目印が存在する都市内ならまだしも，深い樹木い．したがって方向判断に要する認知的な負荷が高く，それがに覆われた山中の道をハイキングしているときなど，これはし方向判断を難しくしていると予想される．

ばしば体験される現象である．

このように，曲線経路をとる場合の方向判断については，経このように，曲線から構成される街路や道路において，方向路の曲がり具合の過小視と，方向に関する情報の更新負荷とい感覚を維持し，必要なときに正確な方向判断を行うことは予想

う 2 つの問題について検討する必要がある．これらのうち，前以上に難しい．これは経験的にはよく知られた問題であるにも者について理論的に検討した研究事例はあまり見られない．そかかわらず，これに対して理論的検討を行った事例はあまり見こで，特に後者の問題に注目しながら，方向判断について検討られない．そこで本研究では，実験用の曲線通路を作成し，こした既往研究について見てみることにする．の中を歩きながら方向判断を行うという心理実験を通して，曲方向判断について実験による検討を行った研究としては，線通路歩行時の方向判断について検討することを目的とする．

Sadalla and Montello1) の研究が代表的なものである．ここで曲線の経路をとるときに方向判断が困難になる原因については，被験者は途中にさまざまな角度の折れ曲がりが 1 回ある経検討してみると，第一に進行方向の変化が滑らかであることが路を歩き，経路の終点から始点を指示するなどの 3 つの課題をあげられる．経路全体で見れば大きな方向の変化も，経路の一行っている．その結果，被験者は身体の前後左右方向を基準と部分に沿って見たときはわずかな変化でしかない．このわずかして方向判断を行うことが明らかにされた（このように，方向な変化を正確に知覚することは困難であり，結果としてそれは判断の基準として用いられる身体周囲の方向を，参照軸とよ過小視されることになると予想される．第二に，常に進行方向ぶ）．しかし，その後のコンピュータ・シミュレーションによっが変化していることをあげることができる．直線と折れ曲がりて，この実験データは，被験者が前後左右に斜め方向も加えた 8*

東京大学大学院工学系研究科都市工学専攻

Graduate Student, Dept. of Urban Engineering, University of Tokyo, M. Eng.

**

東京大学空間情報科学研究センター

大学院生・修士（工学）Prof., Center for Spatial Information Science, University of Tokyo, PhD, Dr.

教授・PhD・工博Eng.

1(2) 実験環境

方向の参照軸を用いていると仮定したほうがより正確に再現できることが明らかになり

2)

実験は東京大学工学部 14 号館 1 階ホールで行われた．ここ，参照軸の構成については一定の結に内径 3.5m ，外径 5m の円弧状の通路を作成し（図 1），実験論に至っていない．
これを受けて参照軸の構成について検討した研究として，山本・岡部

3)用通路とした．この通路の壁面には模様や折れ目がなく，滑らの研究がある．ここでは途中にさまざまな角度の曲かな曲線となっている．床には模様やつなぎ目のないシートをがり角が 1 回ある通路を作成し，その入口で呈示された方向を，敷いた．また，通路のまわりに衝立を置き，通路を外側から見通路出口で回答するという実験を行っている．その結果，被験られないようにした．

者の参照軸は 8 方向から構成されることが示されたが，これ被験者への方向の呈示，および歩行中の回答には，図 2 に示

は，運動感覚情報および視覚的情報が十分に存在し，被験者がす方向指示盤を床面から 70cm の高さに水平に固定し，これを方向に関する情報をより詳細に更新できたためと考察してい使用した．その設置位置は図 1 に示す通りである．

る．つまり，状況に応じて参照軸の構成が変化しうることを示

なお，通路内をどちら向きに歩くかによって結果が異なるこ唆していると言える．とも予想されるが，本研究では時計回り方向のみを使用した．

また，方向に関する情報の更新負荷について検討した研究とこれは，方向判断に関わる多くの既往研究

4)1) 7) 8)において，左しては，Presson and Montello の研究がある．一般に，歩行中右の違いが結果に影響を及ぼしていないことに基づいている．に方向に関する情報を正確に更新するためには，運動感覚情報(3) 実験手順が必要であることが知られている（Chance ら

5），Klatzky ら

6)

通路の外で実験課題について教示を受けたあと，被験者は 1など）．ここでは，歩行の種類を進行方向が変化する場合と変人ずつ通路内に入った．通路内の A 地点（図 1 参照．以下同様）

化しない場合に分け，運動感覚情報が必要となるのは特に前者で図 3 に示す 8 方向のうちの 1 つを呈示され，この方向を記憶の場合であることを示している．この結果は，進行方向が変化してから，被験者は通路を歩き始めた．このとき，後ろを振りする場合のほうが情報更新の負荷が高いことを示唆しており，返ることと通路を後戻りすることを禁止した．

曲線経路をとる場合の情報更新に高い負荷がかかることを予想させるものとなっている．
以上のように，既往研究では，ⅰ）方向判断に際しては参照軸が重要な役割を果たすこと，ⅱ）その参照軸の構成は方向に方向指示盤

関する情報の更新精度に応じて変化し得ること，ⅲ）方向に関する情報更新は曲線経路をとる場合により困難となるであろう

1.5 m

C

こと，の 3 つが示されている．これらを総合すると，曲線経路Bをとる場合には，方向に関する情報の更新精度が低くなり，参照軸はより頑健な 4 方向（前後左右）が利用されるようになると予想される．

3.5 mそこで本研究では，次の 2 つを仮説とする．
a) 曲線経路の曲がり具合の大きさは過小視される．

45°Ab) 曲線経路における方向判断では，前後左右の参照軸が用いられる．
これらの仮説を検証するため，本研究では曲線通路を作成し，通路入口その入口で呈示された方向を歩行中に回答するという実験を行う．仮説 a が正しい場合，被験者の回答には曲がり具合の過小

図１

視による一定のバイアスが生じるはずである．また，被験者の回答は参照軸にひきつけられるため，仮説 b が正しい場合，被67.5°

実験用通路

A4 版のプラスチック板

験者の回答は特定の 4 方向に集中すると予想される．
２．実験(1) 被 験 者
被験者は 21 歳から 40 歳の大学生および大学院生 28 名であ

直径 18 cm の円り（男性 14 名，女性 14 名），平均年齢は 24.3 歳である．被験者はアルバイトとして募集され，実験参加者には謝礼金が支払

図２

われた．

2方向指示盤通路を歩き，B 地点に到達したら，方向指示盤 B の針を動か正解方向して，通路入口で呈示された方向を回答した．ここでは，図 4に示すように，通路入口で呈示された方向と平行になるよう回答できた場合が正解となる．なお，回答には時間の制限を設けA 地点で呈示した方向なかった．
B 地点での回答が終わったら，被験者は通路を後戻りして，入口に戻った．その間，実験者は方向指示盤 B の針を適当な位置に動かし，次の試行で被験者が前回の回答を参考にできないようにした．被験者は，入口で先ほどとは違う方向を呈示され，通路同様の課題を行った．この手順を 8 回繰り返し，図 3 に示す 8方向のすべてについて回答が終わったら，B 地点の方向指示盤

図４を C 地点に移動し，同様にして図 3 に示す 8 方向について実験正解方向を行った．
B 地点と C 地点に同時に方向指示盤が置いてあることはなく，40
誤差絶対値と半数の被験者は B 地点→ C 地点の順に，残り半数の被験者は C地点→ B 地点の順に実験を行った．また，入口での方向呈示順序はランダムに変化させた．
３．結果％信頼区間�度�

95

本研究では，被験者の回答の誤差絶対値を測定した．試行ごとに，3 シグマ範囲の外にある回答を異常値として除去した．
このようにして除去された回答は 6 つあり，これは全体の 1.34%にあたる．異常値を除去した後の誤差絶対値の平均を図 5 に示

302010す．また，異常値を除去した後の回答から求めた平均回答方向09)を表 1 に示す．この平均回答方向は，circular statistics によっ

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16て求めたものである．

試行（番号は表 1 のものに対応）

はじめに被験者の性別，実験順序（B 地点と C 地点のどちらの実験を先に行ったか），通路入口で呈示した方向の 3 つを因図５子とした分散分析を行ったところ，通路入口で呈示した方向の誤差絶対値の平均と 95% 信頼区間主効果のみ有意となった（F (7, 378) = 3.84, p < .001）．よって被験者の性別および実験順序は区別せずに分析を行った．

表１(1) 曲がり具合の過小視について

平均回答方向まず，通路の曲がり具合が過小視されているかどうかについて検討した．これは，試行ごとの平均回答方向が，正解方向に対して過大視側と過小視側のどちらに現れているかについて調

進行方向

812

73654通路注）・呈示方向は図 3 の番号に対応している．
図３A 地点で呈示した方向

・正解方向および平均回答方向の単位は度である．これらは回答した地点での被験者の進行方向を 0 度として測定した．
3

べることで検証した．本研究では時計回り方向に通路を歩いて参照軸を 0 度から 90 度まで 1 度ずつ回転させながら，それぞいるので，被験者の回答は，その曲がり具合を過大視すると反れの場合について相関係数を計算した．

時計回り方向に，過小視すると時計回り方向に偏ることになる検討した参照軸の構成のうち，有意な相関係数を得たのは 4（図 6）．各試行の平均回答方向がどちら側に偏っていたかを表 1方向の場合のみであった．4 方向の参照軸を 29 度から 41 度回に示す．

転させたときに有意な相関係数が得られ（有意水準 5%），その中でも相関係数の値が最大になったのは参照軸を 35 度回転さ

これを見ると，回答の平均方向は過小視側に多く現れている．
この傾向は統計的にも有意なものであり，Z = -2.22, p < .05 でせたときであった（r = .58, p < .05）．この結果は，被験者が前あった（Wilcoxon の符号つき順位検定）．この結果は，通路の後左右の参照軸を利用していたことを示すものである．

曲がり具合が過小視されていたことを示すものである．
また，平均回答方向と正解方向の差から平均過小視量を求め

４．考察

ると，方向指示盤の位置が B のときは 5.33 度，C のときは 8.04

本研究では，a) 曲線経路の曲がり具合の大きさは過小視され度（過小視傾向が現れたものの平均）であった．これらはいず

る，b) 曲線経路における方向判断では前後左右の参照軸が用いれも実際の変化量の約 12% に相当する大きさであり，曲がりられる，の 2 つの仮説について検討してきた．実験の結果，こ角の大きさが平均して 1 割程度過小視され得ることを示唆する

れら 2 つの仮説はともに支持され，また曲がり具合の過小視にものである．

関しては，通路の曲がり具合を実際の大きさの約 1 割程度過小(2) 参照軸の構成について
次に，被験者が何方向の参照軸を使用しているかについて，相関分析を用いて検討した．参照軸の構成として，既往研究の分析例

1) 2) 3) 8) 10)にそって 4 方向（前後左右）と 8 方向（前後左右と斜め）の 2 通りを想定した（図 7）．
被験者が参照軸を用いて方向判断をしている場合，その回答には，正解方向とそれに最も近い参照軸のなす角の分だけ誤差が生じると予想される．そこで，それぞれの参照軸を仮定した場合に予想される誤差絶対値を求め，これと実際の誤差絶対値の相関係数を算出した．ただし，被験者が通路の曲がり具合を4 方向（前後左右と斜め）4 方向（前後左右）過大視もしくは過小視している場合，回答時に実際に被験者が向いている方向と，被験者が知覚している方向は異なってくる．
そのため，参照軸も実際に向いている方向ではなく，被験者が図７検討した参照軸の構成

115°

知覚している方向をもとに構成されなければならない．そこで，

1828

A 地点で呈示した方向
72

呈示方向 2 は，実際の位置よりも時計回りに15 度の位置と知覚され3る（他も同様）．

→

734654645°A

A

通路の曲がり具合を正しく知覚した場合

図６30°

5

通路の曲がり具合を過小視した場合通路の曲がり具合を過小視した場合の例（B 地点で，通路の曲がり具合を 30 度と過小視した場合）

4

視することが示唆された．

るのみならず，建築計画や都市計画に対して有用な示唆をもた

曲線通路の曲がり具合が過小視された原因は，1 歩ごとの進らすものであろう．

行方向の変化を知覚できず，この小さな変化を無視してしまうためと推察される．通路の壁面を見れば，明らかに通路が曲謝辞がっていることは視覚的に確認できる．また，数歩進む間には実験用通路の作成に際しては，東京大学大学院の花澤信太郎

ある程度の進行方向の変化が生じる．これらによって，被験者氏と安井謙介氏にご協力いただいた．ここに記して感謝の意をは進行方向変化の知覚をある程度まで修正できた．しかし，1表したい．

歩ごとの変化を無視している影響が全体として蓄積し，方向判断時に明らかな過小視傾向となって現れたものと推察される．
参考文献

また，前後左右 4 方向の参照軸だけが用いられたのは，通路

1)内に方向判断のための手がかりが乏しく，方向判断が困難で

ment & Behavior, Vol.21, pp.346-363, 1989.5あったためと推察される．途中に曲がり角が 1 回ある通路を用いて，本研究とほぼ同様の実験を行った山本・岡部

3)2)の研究でMontello, D. R. and Frank, A. U.: Modeling directional knowledge and reasoning in environmental space: Testing qualitative metrics, The construction of cognitive maps, pp.321-344, 1996

は，被験者は 8 方向の参照軸を用いていた．本研究で用いた曲
3)

線通路には明確な曲がり角は存在せず，より方向判断のための山本 直英，岡部 篤行：曲がり角が一つある通路における定性的方向推論についての実験による分析，東京大学空間情報科学研究センター

手がかりに乏しい．また，通路の曲がり具合を過小視してしまDiscussion Paper, No.38, 2001.7

うことや，方向に関する情報の更新が 1 歩ごとに必要になるこ4)とからも分かるように，通路が曲線であること自体，方向判断

Presson, C. C. and Montello, D. R.: Updating after rotational and translational
body movements: Coordinate structure of perspective space, Perception, Vol.23,
pp.1447-1455, 1994

を困難にしている．一方，身体の前後左右という方向は，いか5)なる状況においてもほぼ確実に同定できるものである．以上のChance, S. S., Gaunet, F., Beall, A. C. and Loomis, J. M.: Locomotion mode
affects the updating of objects encountered during travel: The contribution

ような理由から，判断が困難な状態でこれら頑健な参照軸の働

of vestibular and proprioceptive inputs to path integration, Presence, Vol.7,

きがより強くなり，前後左右の参照軸が用いられるようになっ

pp.168-178, 1998.4

たと結論するのは妥当であろう．

6)

Klatzky, R. L., Loomis, J. M., Beall, A. C., Chance, S. S. and Golledge, R. G.:
Spatial updating of self-position and orientation during real, imagined, and vir-

ここで，少し違ったとらえ方をすると，このように方向判断

tual locomotion, Psychological Science, Vol.9, pp.293-298, 1998.7が困難な状況にありながら，ある程度の精度で方向判断をでき7)るのはなぜかという疑問が生じる．不十分な情報をもとに，方Franklin, N. and Tversky, B.: Searching imagined environments, Journal ofExperimental Psychology: General, Vol.119, pp.63-76, 1990.3

向に関する情報を適切に処理する認知システムが存在するため8)であろうが，そのシステムについては大部分が未解明のままである．経路統合をより簡便に行うための代数系に関する考察

Sadalla, E. K. and Montello, D. R.: Remembering changes in direction, Environ-Franklin, N., Henkel, L. A. and Zangas, T.: Parsing surrounding space intoregions, Memory & Cognition, Vol.23, pp.397-407, 1995.7

11)

9)

Fisher, N. I.: Statistical analysis of circular data, Cambridge University Press,
1993など，いくつかの試みが既になされているが，まだ十分に研究
10)が行われているとは言い難い．今後の大きな研究課題であるとMontello, D. R., Richardson, A. E., Hegarty, M. and Provenza, M.: A comparison of methods for estimating directions in egocentric space, Perception, Vol.28,

言える．

pp.981-1000, 1999.8

また，経路の曲がり具合の過小視については，その知覚の閾11)

Fujita, N., Loomis, J. M., Klatzky, R. L. and Golledge, R. G.: A minimal rep-値を求める試みも必要である．どの程度の曲がり具合であればresentation for dead-reckoning navigation: Updating the homing vector, Geo-

知覚できるのかを明らかにすることは，単に学術的に重要であgraphical Analysis, Vol.22, pp.326-335, 1990.10

5