Vol. 44

情報処理学会論文誌

No. 11

Nov. 2003

Active Belt: 触覚情報を用いたベルト型ナビゲーション機構
塚田浩二†

安村通晃††

既存のコンピュータの出力インタフェースは主に視覚を利用するものであったが，モバイル環境，
ユビキタス環境などの，コンピュータの利用場面の多様化に伴い，視覚以外の情報提示手法の重要性が高まってきている．特に触覚を用いた情報提示は，注意量をあまり必要としないため，常時利用可能な情報提示手法として有望である．しかし，従来のモバイル環境での触覚情報提示手法の多くは，携帯電話のバイブレータのように，注意喚起程度の用途で利用されることが多かった．本研
究ではモバイル環境において，方位情報を含む多ビットの触覚情報提示を実現するベルト型ウェア
ラブル・インタフェース “Active Belt” を提案する．Active Belt はベルトに方位センサー，GPSと複数のアクチュエータを装着し，方位情報を伴う触覚情報提示を実現する．我々は Active Beltのプロトタイプを試作し，その有効な活用例を示すアプリケーションを提案する．また，評価実験を行い，提案システムの有効性を検証した．

Active Belt: Belt-type Wearable Tactile Display for Directional Navigation
Koji Tsukada† and Michiaki Yasumura††This paper proposes a novel wearable interface called “Active Belt” that enables users to get
multiple directional information with tactile sense. Since the information given with tactile
sense hardly disturbs people’s activities, it suits for daily use in mobile environment. However, many of the existing systems don’t transmit multiple information with tactile sense.
Most of them send only simple prompts, such as vibration of cellular phones. Active Belt isa belt-type wearable tactile display that can transmit multiple directional information. We
have developed a prototype system and some applications, evaluated the system performanceand usability, and confirmed the possibility of practical use.

1. は じ め にすることができる．

1.1 背

見便利なものであるが，実際に不慣れな場所で利用しこうしたパーソナル・ナビゲーションシステムは一景

近年，GPS をはじめとする位置計測技術の普及に伴ようとすると，実世界と地図の対応付けが困難である

い，モバイル環境における位置情報を用いた情報提供ことも多い．たとえば，巨大な学会や展示会場におい

11) 21)．また，て，地図を持っているにも関わらず，目的の展示を探AU の eznavigation3) や J-PHONE の Station19) をすのに一苦労した，という経験を持つ人は少なくない．

はじめとして，携帯電話各社も位置情報を利用したコ

また，地図を読むこと自体が苦手な人も存在する．

手法に関する研究が盛んに行われている

ンテンツ・サービスを積極的に展開している．これら

こうした問題は二次元の地図と実世界の対応付けのの位置依存情報サービスには様々な応用可能性が存在困難さに起因すると考えられるため，その解決手法とするが，中でも需要の高いものの一つとして，自分のしては，実世界の「どの方向に」向かえばよいのかと周りの地図を表示するナビゲーションシステムがあげいう方位情報を適切な手法で提示することが有効であられる9) ．例えば，eznavigation サービスの一つである．たとえば，展示会場などで道に迷った場合，今いる GPS マップでは，基地局情報と GPS 情報を併用する場所から「どちらに」向かえばいいのかを教えてもることで，かなり正確な位置の地図を数秒程度で表示

らうことが大きな助けとなる．
本研究では，こうした実世界の方位情報をわかりやすく提示する手法として，触覚により多ビットの方位† 慶應義塾大学大学院 政策・メディア研究科
Graduate School of Media and Governance, Keio
University†† 慶應義塾大学 環境情報学部
Faculty of Environmental Information, Keio University

情報を提示できるベルト型ウェアラブル・インタフェー
ス “Active Belt” を提案し，実装および評価を行った．
ここではまず，触覚という情報提示手法，およびベル1

2

情報処理学会論文誌

ト型のデバイス形態の特徴と優位性について述べる．

1.2 モバイル環境における情報提示手法
モバイル環境やウェアラブル・コンピューティング
における情報の提示手法としては，
「視覚」
・
「聴覚」
・
「触
覚」を用いる手法が主な選択肢として考えられ，それぞれ一長一短の特徴を持つ5) ．視覚は一度に提示できる情報量は豊富だが，多くの注意量を必要とする．例
えば，携帯電話の画面を常に見ながら歩くのはユーザ

Nov. 2003

表 1 ウェアラブル・インタフェースの代表的な形態と事例
Table 1 Typical products and researches of wearable
interfaces classified by their shapes
形態

代表的な製品や研究

眼鏡型

MicroOptical10) ，Poma15) ，他

手袋型

5DTDataGlove1) , CyberGlove2) , UbiFinger22) ，他

腕時計

UbiButton7) ，他

指輪型

FingeRing6) , GSR rings14) ，他

靴型

Expressive Footwear13) , GSR Shoes14) ，他

にとって大きな負担になる．聴覚は視覚ほど多くの注
意量を必要とせず，ある程度の情報量を提示できる．しベスト型

かし，雑踏や逆に静か過ぎる環境では使いにくい．触ペンダント型

覚は一度に提示できる情報量は少ないが，注意量をあまり必要としないため，常時利用に適すると考えられ

帽子型
イヤリング型る．本研究では常時利用性とユーザの負担の少ない情

Tactual Wearable Display20) ，他
GesturePendant17) ，他
Wearable American Sign Language18) ，他
The Blood Volume Pressure earring14) ，他

報提示手法を重視して，触覚による方位情報の提示に焦点をあてる．

1.3 ウェアラブル・インタフェースの形態
ウェアラブル・インタフェースの形態としてはこれまでも様々な種類が提案されてきている．具体的には，
表 1 に示すように，眼鏡型，手袋型，腕時計型，指輪型，靴型，ベスト型，ペンダント型，帽子型，イヤリ

図 1 ActiveBelt デバイス構成イメージ図
Fig. 1 Basic Concept of Active Belt

ング型，などである．本研究では，触覚による方位情報の提示に適した形態としてベルト型のデバイスに着目した．ベルトは腰の周りを 360 度一周する形態を持

覚情報を対応付けることで，身体に無作為にアクチュ

つため，アクチュエータを用いて触覚刺激を与えるこ

エータを装着する場合と異なり，個々の触覚情報に明とで，実世界の方位情報を直接想起させることが可能

確な意味を持たせることができる．(2) は，多くの人々と考えられる．また，ベルトは男女共に幅広く利用さが日常的に利用するベルトにアクチュエータ機能を付れる装飾品であり，ユーザに新たな装着負荷を与える

加することで，ユーザの装着負荷をほとんど増やすこ

可能性も少ない．さらに，ウェアラブル・コンピューとなく，情報提示機構を加えられることである．また，ティングの研究分野においては，従来，ベルトはコン

一般に，ベルトは外出時に身につけられる可能性が高

ピュータ本体やバッテリーを装着する用途で頻繁に利いため，特にモバイル環境における情報提示デバイス

用されてきたが，ベルトのアクティブな入出力インタとして適していると考えられる．(3) はパーソナル・ナ

フェースとしての可能性については，ほとんど議論さビゲーションをはじめとする，様々な位置依存情報サー

れてこなかった．こうした理由から，本研究ではベルビスと連携できる可能性を持つことである．

ト型のデバイス形態を採用した．

2. Active Belt
2.1 コンセプト
Active Belt のコンセプトは以下の 3 点である．
( 1 ) 方位情報を伴う多ビットの触覚情報提示( 2 ) 装着負荷の少ないウェアラブルデバイス( 3 ) 位置依存情報サービスとの多様な連携(1) は腰の周りを 360 度一周するベルトの形状を生

2.2 デバイス構成
次に，Active Belt のデバイス構成について述べる．

Active Belt は主に方位センサーと GPS，複数のアクチュエータ (振動モーター)，およびこれらを制御する
マイコンから構成される (図 1)．GPS はユーザの位置
情報を，方位センサーはユーザの身体（腰部）の絶対方位を取得する．アクチュエータはベルトの周囲を一周するように複数個埋め込み，触覚による情報提示を行う．

かして，アクチュエータを用いて触覚刺激を与えるこ

2.3 腰部への触覚刺激の特性とで，実世界の方位情報を直接想起させることが可能

ここでは，腰部に触覚刺激を加えることで，実世界となる点である．このように，実世界の方位情報と触の方位情報を想起させ，基本的なパーソナル・ナビゲー

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Active Belt: 触覚情報を用いたベルト型ナビゲーション機構

ション機構を実現できるのかを検証する．Van23) によԙ3Ԛ

ると，胴回りの二点に振動触覚刺激を与えた場合の分解能は，腹側の中央付近で約 0.4cm，左右で約 1.2cm 程度であり，背中側の中央が約 1.8cm，左右が約 3.0cm
程度と，一般に予想されるよりも高い値を示すという．

Ԙԛ

また，全体として腹側のほうが分解能がよく，また，側面のカーブの部分より背中・腹の平らな部分のほうが分解能はよいと報告している．さらに，山本ら26) は，胴回りの単一の振動の分離特性について，腰部に振動
触覚刺激を与えた場合，水平面上の方位を一定の正確さで想起できるという実験結果を報告している．
このように，腰部の触覚刺激の分解能はかなり高く，

図 2 Active Belt プロトタイプ (1. Active Belt ハードウェア,
2. GPS，3. 方位センサーユニット, 4. 制御用マイコン)
Fig. 2 Prototype system of Active Belt

触覚刺激と実世界の方位を一定の正確さで想起できる
ことから，Active Belt を利用して，触覚刺激により目的地への方位情報などを指示し，簡易パーソナル・ナ
ビゲーション機構として利用することは十分可能だと考える．

2.4 アクチュエータ数の検討
前述のように，腰部の振動刺激に対する分解能はかなり高いと報告されており，多くの振動子を取り付ければ情報提示の解像度を高めることはできると考えられるが，消費電力の増加，ケーブルの取り回しの煩雑化，必要な I/O（マイコンのピン数）の増加など，実装面で問題も生まれてくる．そこで，本研究では実装

Fig. 3図 3 Active Belt システム構成
System architecture of Active Belt

面とのバランスを重視し，8 つの振動子を利用することにする．8 つの振動子であれば，マイコンベースで18mm，厚さは約 3mm の薄型のものである．振動モーの実装や，ベルト内部に振動子と配線を格納すること

ターは，ベルト装着時に腹側の中点，背中側の中点，おが比較的容易であり，現実的にモバイル環境で利用でよび左右の腰骨付近に位置するよう 1 個ずつ装着し，きるシステムとして実装できると考える．

さらに上記 4 箇所同士の中点に 1 個ずつ配置した．

3. 実

装

Active Belt の装着時にユーザが感じる振動の強弱を検証するため，ベルトに内蔵した状態の振動モーター

3.1 プロトタイプの振動周波数を，圧電型セラミックマイクロホンを用上述したようなデバイス構成に基づいて，我々は Ac-

いて計測した．振動モーターにかける電圧は，マイコ

tive Belt のプロトタイプを試作した．プロトタイプは，(1)Active Belt ハードウェア, (2)GPS， (3) 方位セン
サーユニット（地磁気センサーと加速度センサー），(4)ンにより，0.3〜1.2V の間で制御する．実際の利用時の状態に近づけるため，ベルトとセラミックマイクロ

制御用マイコンから構成される (図 2)．図 3 にプロト間に介した．

タイプのシステム構成を示す．以下に，プロトタイプ

初期の Active Belt ハードウェアはバックル部で長さ

その結果，0.3V を加えた時の振動周波数は約 33Hz，
0.6V を加えた時の振動周波数は約 40Hz，0.8V を加えた時の振動周波数は約 55Hz，1.2V を加えた時の振動周波数は約 77Hz であった．このように，振動モーを調整する, 通常のベルト型の形状で実装した (図 4)．

ターをベルトに組み込み，衣服を介した場合でも，振ベルト部には 8 個の振動モーター (TPC 製 FM23A)

動モータに加える電圧を変えることで，振動の強弱をの各構成要素について詳しく述べる．

3.1.1 Active Belt ハードウェア

ホンの間には，薄手のシャツ二枚（各厚さ約 1mm）をと LED☆ を等間隔に埋め込んだ．振動モーターは直径☆

LED は振動モーターと同期して点灯し，主にデモ時の動作確認用途に利用する．

情報処理学会論文誌

4࿾⏛᳇࠮ࡦࠨ࡯

Nov. 2003

GPSᝄേࡕ࡯࠲࡯㧒LED

図 4 Active Belt ハードウェア ver.1
Fig. 4 Hardware of Active Belt ver.1

図 5 Active Belt ハードウェア ver.2 (フリーサイズ)
Fig. 5 Hardware of Active Belt ver.2 (universal size)

表現できることがわかる☆ ．
人間の皮膚の周波数特性という観点から考えると，最も敏感な周波数帯は 200-250Hz 程度とされている．
一方，今回利用している振動モーターの周波数帯域は33Hz〜77Hz 程度であり，やや感度の低い周波数帯に分布してしまっている．今回は，安価で多数の入手が容易であるという点で TPC 製 FM23A を選択したが，今後は人間の皮膚の周波数特性により適した振動モー
ターの利用についても検討していく．
ベルトのサイズは著者の一人のウエストサイ

図 6 Active Belt ver.2 内部の配線
Fig. 6 Wiring inside of Active Belt ver.2

ズ に 合 わ せ ，各 ア ク チュエ ー タ 間 の 距 離 の 平 均 は97.5mm(±2.5mm)，全長は 78.0cm とした．しかし，ベルトのサイズを調整すると，振動モーターの位置関係が変化し，方位情報との対応付けが困難になるという欠点があり，多くのユーザが装着するのは困難であった．
こうした初期プロトタイプの欠点を踏まえて，振動モーターを組み込んだベルト部を伸縮性のあるゴム素材で連結した，フリーサイズの Active Belt ver.2 を実装した（図 5）．通常時の全長は約 75.0cm であるが，図 6 のように，ゴム素材部の伸縮を考慮して余裕を持たせた配線を行うことで，ウエストサイズが最大

Fig. 7図 7 Active Belt ver.2 装着例
Example of wearing Active Belt ver.2

約 98.0cm 程度のユーザまで，振動モーターの位置関係をほぼ保ったまま装着できるよう工夫している (図 7）．

論値の誤差は平均誤差が 4.10cm, 最大誤差が 7.85cm

表 2, 表 3 に，ウエストサイズが約 82.0cm のユーザにとなっており，フリーサイズ型の方が大幅に誤差が少装着した場合において，ウエストサイズを八分割したないことが確認できた．

際の理論値と，フリーサイズの Active Belt を装着した

3.1.2 方位センサーユニットと GPS場合の計測値と誤差，及び通常のベルト形状の場合の計

方位センサーユニットは，地磁気センサー (NEC トー

測値と誤差を示す．腹側中央のバックル上の振動子を 1

キン製 TMC3000NF) と，加速度センサー（Analog（基準点）とし，右回りに 2,3,4... として，各振動子とDevices 製 ADXL202E) から構成される (図 8)．地磁

基準点間の長さを計測した．その結果，フリーサイズ

気センサーは絶対方位の取得に用いる．地磁気センサー型の場合は，計測値と理論値との平均誤差が 0.99cm，の出力はマイコンに 10bit A/D コンバータを通して最大誤差が 2.15cm なのに対し，通常型の計測値と理入力される．本地磁気センサーを方位検出に用いた場
合の計測精度は，約 ±1.5 度以内である．加速度セン☆

一般に，周波数があがるとエネルギーが高くなるため，強い刺激として感じられることが多い．

サーは，地軸に対する傾斜の取得に用いる．地磁気センサーが正しい方位を出力するためには，地軸に対し

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Active Belt: 触覚情報を用いたベルト型ナビゲーション機構

表 2 振動子配置の理論値との誤差（フリーサイズ型，ウエスト
サイズ=82.0cm）
Table 2 Comparisons of arrangements of vibrators between an ideal case and a real case with a free-size
belt.
計測箇所

理論値 (八分割)

計測値

誤差

1〜2
1〜3
1〜4
1〜5
1〜6
1〜7
1〜8

10.25cm
20.5cm30.75cm
41cm
51.25cm
61.5cm
71.75cm

11cm
20.8cm30.6cm40.3cm50.1cm59.8cm
69.6cm0.75cm0.3cm
0.15cm0.7cm
1.15cm
1.7cm
2.15cm

平均誤差
最大誤差0.99cm2.15cm5

Geomagnetic Sensor

Acceleration Sensor

Fig. 8図 8 方位センサーユニット
Circuit board of direction sensor

ンサーからの信号を入力，解析するとともに，(1) 振動モーターと LED の制御，(2) ホスト PC/PDA との表3振動子配置の理論値との誤差（通常型，ウエストサイズ=82.0cm）
Table 3 Comparisons of arrangements of vibrators between an ideal case and a real case with a usualtype belt.

通信を行う．(1) については，振動モーターと LED を

8bit の D/A コンバータ (Analog Devices 製 AD7304)
を介して制御する．D/A コンバータを利用することで，電圧を可変的に制御し，振動モーターの振動数や LED

計測箇所

理論値 (八分割)

計測値

誤差の明るさを滑らかに変化させることができる☆ ．(2) に

1〜2
1〜3
1〜4
1〜5
1〜6
1〜7
1〜8

10.25cm
20.5cm30.75cm
41cm
51.25cm
61.5cm
71.75cm

9.9cm
18.9cm27.9cm36.9cm45.9cm54.9cm
63.9cm0.35cm1.6cm
2.85cm4.1cm
5.35cm6.6cm
7.85cm

ついては，ホスト PC/PDA と RS-232C を介して通

平均誤差
最大誤差

4.10cm
7.85cm

信を行い，目的地の緯度，経度情報の設定を行うことができる．

3.2 応 用 例
ここでは，Active Belt の有効な活用を期待できる応用例として FeelNavi，FeelSense，FeelSeek，およびFeelWave を紹介する．FeelNavi はパーソナル・ナビ
ゲーション，FeelSense は位置依存情報提示，FeelSeekて水平な姿勢を保つ必要があるため，加速度センサー

は忘れ物探索支援，FeelWave はエンターティメント

を地磁気センサーの傾斜補正用として利用することを的応用を目的としている．

腰部は勾配 30 度程度の上り坂を歩いていても，地軸に3.2.1 FeelNavi
FeelNavi は触覚情報提示を用いたパーソナル・ナビ

対して水平に近い状態を保てることが判明した．振動ゲーションシステムの応用例である．ユーザは「感じ子の情報提示が 8 方向 (45 度毎）であることも考慮す

るままに歩く」ことで，目的地に到達することができると，腰部に地磁気センサーを装着した場合，日常生る．具体的には，目的地への距離と方位情報を振動に活の範囲においては，傾斜によるセンサーの誤差は許より提示する．プロトタイプにおいては，目的地の緯検討した．しかし，簡単な実験を行った結果，人間の容できる範囲に収まると考えられる．そこで，本プロ

度・経度情報をホスト PC/PDA から登録し，現在地

トタイプでは地磁気センサーの傾斜補正は行わず，セとユーザの向きに応じて特定の振動モーターを駆動さ

ンサーの出力をそのまま利用する方針をとる．

せている (図 9)．目的地への距離情報は，振動の周波

GPS は，Sony 製 IPS-5100G を利用する．IPS5100G からの出力はシリアル形式でマイコンに入力数として表現しており，目的地に近づくほど振動周期

され，バイト列から緯度，経度情報を抽出する．また，が早くなる仕様としている．

3.2.2 FeelSense

目的地への距離と方位は，GPS の緯度経度情報，およ本稿の冒頭で述べたように，特定の位置・地域限定

び目的地の緯度経度情報をもとに，球面三角法12) をの情報提供サービスが盛んに行われるようになってき利用して算出する．

3.1.3 マイコンと周辺回路
Active Belt の制御用マイコンは，MicroChip 社のPIC18F452 を利用する．マイコンは上述のようにセ☆

出力電圧は 255 段階で変化させることができるが，実際に振動モーターに加えている電圧は，0V〜1.2V の範囲である．
0.3V 以上の電圧を加えると，振動モーターを駆動させることができる．

情報処理学会論文誌

6

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図 9 FeelNavi のイメージ図
Fig. 9 Basic concept of FeelNavi

図 11 FeelSeek のイメージ図
Fig. 11 Basic concept of FeelSeek

図 10 FeelSense のイメージ図
Fig. 10 Basic concept of FeelSenseている．従来，こうした情報提供サービスの多くは視覚を用いた情報提示を前提としていた．しかし，たと
えば特定の位置に来るとメールが送信されてくる，と図 12 FeelWave のイメージ図
Fig. 12 Basic concept of FeelWave

いった情報提示手法は情報量が豊富な反面，煩わしいことも多いと考えられる．今後位置依存の情報提供サー

失情報の提示，および探索支援を想定したアプリケー

ビスはより増加していく傾向にあり，ユーザの利用負ションである．具体的には，図 11 に示すように，ま荷を考慮したシンプルな情報提示手法が求められる．

ず貴重品に埋め込まれた無線タグがベルトに内蔵したFeelSense は，興味ある位置依存コンテンツの存在をリーダーから一定距離以上離れると，ベルトの全方位「感じながら歩ける」常時アクティブな情報提示システ

が震え，「緊急事態」を通知する．次に，ユーザは必要ムである．具体的には，対象の情報に近づいたとき，そに応じて，探し物を探索するためのトリガーを入力すの方向と距離を振動により提示する．図 10 に示すよ

る．すると，システムは GPS の軌跡をもとに貴重品

うに，ユーザは事前に関心領域を登録することで，興のおおまかな位置を検出し，FeelNavi と同様の仕組み

味のありそうな位置依存コンテンツの存在を常に感じ

で振動によるナビゲーションを開始する．

ることができる．例えば，雑貨屋・古着屋など自分の3.2.4 FeelWave

特に関心のある店舗の存在を感じたり，街頭ライブな上述の例とは趣の異なる応用例として，Active Belt

どのイベントの存在を感じたりすることが可能になるをボディソニックのように，音楽などに併せて振動のリだろう．

ズムを楽しむ目的で利用することも考えられる (図 12)．

3.2.3 FeelSeek

たとえば，全方位から触覚情報を提示できる特性を生

近年無線タグの大幅な小型化・低価格化が進んでおかして，立体音響効果と組み合わせればシンプルで迫り，近い将来さまざまな生活用品に埋め込まれ，利用さ力のある演出が期待できる．また，DJ のターンテー

24)．そうした状況でブルの演奏（回転）と聴衆のベルトの振動子の動作をは，財布，手帳，パソコンなど重要な携帯品に無線タグ同期させるなど，新しい表現手段としての可能性も考を埋め込み，置き忘れや盗難を防ぐアプリケーション

えられる．

れるようになると考えられているが有効となるだろう．FeelSeek はこうした貴重品の紛Vol. 44

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Active Belt: 触覚情報を用いたベルト型ナビゲーション機構

7

4. 評 価 実 験ԘԘActive Belt のプロトタイプシステムの有効性を検証するため，フリーサイズの Active Belt ver.2 を用いた評価実験を行った．前述のように，Active Belt の応用例である FeelNavi においては，振動の方位の変ԙԙ化によって方位を，周期の変化によって距離を表現す
る．本実験では，静止状態，歩行状態のそれぞれにおԙ

いて，振動の方位や周期の変化を被験者が認識できるかを確認する．さらに，パーソナル・ナビゲーション
システムとして実用化するための，知見を得ることを目的とする．被験者は 21 歳〜30 歳までの男女 6 人で
ある．

4.1 手

法

図 13 評価実験の様子．左:被験者，右上:Active Belt 制御部，
右下:実験者操作部（1. 方位センサー，2. 無線シリアル
送受信機）
Fig. 13 Prototype system used in the experiment

被験者には，Active Belt システム一式と無線シリ
アルトランスミッタ (野村エンジニアリング製 RS232-

たところ，上記の 5 人の被験者はいずれの周期におい

STR) を装着させる．実験者は端末と無線信号を用いて，任意に振動の方位や周期を操作する (図 13)．一ても，問題なく分離することができた，と答えた．

度に振動する振動子は一つとし，振動の強さも常に一ても，前後左右の 4 方向は確実にわかるが，斜め方向

定 (約 77Hz) とする．実験時間は各ユーザにつき連続は分離が難しいときがある，と答えた．これは，おそ約 15 分程度である．
実験は，下記の二つのプロセスを，続けて行う．

残り 1 人の被験者については，いずれの周期においらく被験者のウエストサイズが約 67cm と細く，ベル
トが浮いてしまい，振動が伝わりにくかったためでは( 1 ) 被験者が静止した状態( 2 ) 被験者が歩いている状態(1) の静止状態においては，振動の方位を変化さないかと考えられる．

せ，身振りや口頭などで，変化した方向を述べるよ

期によって被験者の反応が大きく異なった．周期が次に，(2) のプロセスにおけるユーザの様子を観察した結果を述べる．歩行状態においては，振動の周うに指示する．振動の周期は，250msec(125msec 振1680msec， 1000msec の場合は，振動情報の提示後，動，125msec 停止), 500msec(250msec 振動，250msec

すべての被験者が 1〜2 歩程度歩いてから一度たちど

停 止)，1000msec(500msec 振 動,

500msec 停 止)，
1680msec(840msec 振動, 840msec 停止) の四つを用いる．(2) の歩行状態においては，振動の方位を変化

まり，振動方向に振り向く動作を見せた．プロセス終させ，振動を感じた方向に曲がるように指示する．振ことができ，一瞬静止すればおおむね正確な方位を確動の周期は，上記と同様の四つを用いる．

了後の対話によると，これらの周期においては，すべての被験者は歩きながらでも振動方位の変化に気づく
認できると述べた．周期が 500msec の場合は，被験者

実験者は各プロセス中はユーザの様子を観察する．

の反応が鈍くなり，振動方位の変化に反応できない場

各プロセス後には簡単な対話を行い，振動周期と振動合が増加した．2 人の被験者が，この周波数では振動方位の変化について，被験者の主観的な印象を調査し刺激自体を感じることができなかったと述べた．また，た．また，実験終了後に自由対話を行い，システムに周期が 250msec の場合は，全ての被験者が振動刺激自対する印象や改善点などを調査した．

体を感じることができなかったと述べた．

4.2 結果
まず，(1) のプロセスにおけるユーザの様子を観察した結果を述べる．振動の周期単体の変化については，全員が全ての変化を感じ取ることができた．振動の方最後に，実験終了後の自由対話でみられた主な意見や要望をまとめる．

(1)(2)

位の変化については，6 人中 5 人の被験者は，振動情報の提示から 1 秒以内に，ほぼ正しい振動方向を示す

実際の利用時には，ずっと振動するよりも，道を間違えたときだけ振動してほしい (2 人)(3)歩行時，斜め方向（特に斜め前方向）の振動が分離しにくい (3 人)ことができた．また，プロセス終了後に，各振動周期において，8 方向の振動方位を分離できたかとたずね

背中側の刺激は感じにくい (5 人)(4)

実際の利用時には，振動子は 4 つ程度でよいと情報処理学会論文誌

8

(5)
(6)

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感じた（3 人）により，胴回りの振動刺激に対する分解能が高いこと

歩行時，どちらが振動しているかはわかるが，正が報告されているが，実際の歩行においては，多くのしい方向に振り向くのが難しい (2 人)振動子を配置することが必ずしも実用的なパーソナル・

歩行時，振動方向に対して (向きを変えずに) 歩

ナビゲーションシステムの実現に結びつくとは限らなきたくなる（2 人）い，という可能性を示唆しているように思われた．

4.3 考

察

さらに，背中の刺激は感じにくい，という意見があっ上述の実験結果に基づき，Active Belt を用いたナ

た．こちらも前述したように，腹側の振動刺激より，背ビゲーション機構を実用化する際の，課題と改善手法

中側の振動刺激のほうが分解能が低い，という報告がについて考察する．

なされているが，そうした理由に加えて，背中側にベ・方位の表現手法についてルトが密着せず，浮いた感じになってしまう，という評価実験においては，静止時には振動の方位の変化意見が多く聞かれた．実際に Active Belt を用いてナはほぼ 1 秒以内の速さで，正確に感じられていた．歩

ビゲーションを行う際には，肌に振動子を密着させら行時には，振動周期が 1000msec 以上ある場合は，振れる状況は少ないと考えられるため，背中側の振動子

動の方位が「変化したこと」は 1〜2 歩程度の間に認を強力なものにするなど，実際の装着時の誤差を考慮識され，一瞬立ち止まることで，概ね正確な振動位置した設計が重要になる可能性がある．

に向かって向きを変えることが可能であった．歩行中に正確な振動方位の変化を知ることは困難であったが，

5. 議

論

人は道に迷ったときは反射的に立ち止まることが多い

ここでは，位置依存情報の特性，および地図表示型

ことから，一瞬立ち止まる程度であれば，実用上は問ナビゲーションシステムとベルト型システムの特徴に題ないと思われる．

ついて議論する．

FeelNavi では，振動の周期の変化を用いて，目的地

5.1 位置依存情報の特性
Active Belt は視覚や聴覚による情報提示手法と比較までの距離情報の表現を試みていた．評価実験においすると，常時装着性に優れる反面，単体で提示できるては，静止時には周期の変化は問題なく感じられてい情報量は限られてくる．一方，位置依存の情報サービ

た．一方で，今回の実験条件においては，歩行時にはスはユーザのいる実世界の位置や空間と密接な関係を

500msec 以下の周期の振動は知覚するのは難しいこと持つ．そこで，位置依存サービスを想定した場合，ウェがわかった．500msec 以上の周期の変化を利用して距

アラブル・インタフェース側ですべての情報を提供し離を表現できる可能性もあるが，今後は周期以外の距なくても，環境側の情報を利用することで，ある程度・距離の表現手法について

離の表現手法についても検討していく．たとえば，目の情報量を得ることができると考えられる．FeelSense

的地に近づくにつれ，目的地方向を示す振動子を中心の応用例を考えてみると，感じられた情報は今いる空に，波紋のように振動が広がっていく，という情報提間と密接な関係を持つものであり，振動により提示さ示の形態などを考えている．

れた方向に目を向けるだけでも，ある程度情報の種類

・ナビゲーション時の表現形態についてがわかる可能性は高い．たとえば，目をやった方向に

実験終了後の自由対話においては，実際にナビゲー

店舗があれば自分の関心のある商品を扱っている可能

ションを行う際の振動情報の提示手法について，いく性が想像できる．ユビキタス・コンピューティング25)

つか興味深い意見が聞かれた．まず，目的地までずっとのようにインテリジェント化された環境を想定すれば，振動するのではなく，道を間違えた時だけ振動を行っ環境側からより多様な情報を得ることも可能だろう．

てほしい，という要望があった．これは，道に迷った

5.2 地図表示型ナビゲーション方式との比較と考察

ときだけ地図を見る，という行為と共通しているが，屋外における個人用のナビゲーション手法において，ユーザが特別なタスク（地図を開く，PDA を取り出す

携帯端末などの地図上に自分の位置や方位を表示するなど）を行う必要なしに，目的地へと自然に導かれる

手法は，従来からよく用いられてきたものである．ここようなナビゲーション・インタフェースを生み出せるでは，こうした地図表示型のナビゲーションシステム

可能性があり，興味深い．

と，ベルト型のナビゲーションシステムを比較した場

また，歩行時は斜め方向（特に前斜め方向）の振動

合の，それぞれの利点についてまとめ，考察を加える．

が分離しにくい，振動子は 4 つ程度で十分なのではな

地図表示型システムの利点は，(1) 豊富な情報を表

23)

いか，という意見があった．前述したように，Van

示できるため，目的地付近の建物や，目的地までの具

Vol. 44

No. 11

Active Belt: 触覚情報を用いたベルト型ナビゲーション機構

9

体的な距離，詳細な道順などの，細かい情報や複雑な激と実世界の方位の対応付けをより直感的に行うこと

情報を伝えることができる，(2) 入力インタフェースができる．

を備えることが多く，インタラクティブな利用が容易である，といった要素が挙げられる．

ベルト型のウェアラブルデバイスとしては Mitutoyo
社のウエストメジャーベルトがある．ウエストメジャー

ベルト型システムの利点は，(1) 視覚や聴覚を占有

ベルト27) はベルト内部にデジタルスケールを内蔵し，しないため歩きながらでも常時利用できる，(2) 振動

身につけるだけでウエストサイズを計測することがで刺激と実世界の方位の対応付けが直感的に行えるので，きる．本研究の目的とは異なるが，ベルト型デバイス

地図を読むのが苦手な人でも容易に目的地の方位などを用いた健康管理の応用例を提案しており，興味深い．

理解することができる，(3) 周囲の環境に左右されにく
く，夜などの視界が悪い状態や周囲に目立つ建物がない状態でもほぼ通常通りの効果が期待できる，といった要素が挙げられる．

7. お わ り に本研究ではモバイル環境において，方位情報を含む多ビットの触覚情報提示を実現するベルト型ウェアラ

このように，地図表示型システムとベルト型システ

ブル・インタフェース Active Belt を提案し，実装おムはそれぞれ異なる利点をもっている．両システムはよび評価を行った．今後は，評価実験の結果明らかに

お互いに対立する手法ではなく，むしろ両者をうまくなった問題点を改善し，パーソナル・ナビゲーション

組み合わせれば，お互いの欠点を補えることから，よ機構としての実用化を目指すとともに，エンターティ

り理想的なナビゲーションシステムを構築できる可能メント分野や位置依存情報サービスと連携した，新た性がある．

な応用例を開発していく．

6. 関 連 研 究
GPS などの位置情報を利用した情報サービスやナ
ビゲーションシステムに関する研究としては Walk
Navi11) ，Augument-able Reality16) , Touring Machine4) ，Space Tag21) などがある．これらはいずれも位置情報を利用したアプリケーションを提案しているが，その多くは視覚を中心とした情報提示を対象としている．一方，本研究はこうした位置依存のサービスに適した触覚情報提示手法に焦点を当てている．
電子コンパス内蔵 GPS 携帯28) は，現在地の地図を表示し，携帯電話の向きに応じて回転させることができる．方位情報を用いて地図と実世界の対応付けを支援しており，興味深い．
ウェアラブル・インタフェースを用いて，触覚を利用した情報提示を行う研究としては Cyber Touch，Tac-

tual Wearable Display などがある．Cyber Touch2)
は 6 つの振動子をグローブに取り付け，仮想世界の物体との接触表現などを実現している．Tactual Wearable
Display20) はベストなどの背中の部分に振動モーター
を 3 x 3 のマトリクス状に配置し，方位情報などの提示を試みている．また，仮現運動 (Apparent Movement)☆ 8) などの触覚の認知特性を利用した情報提示手法を提案しており，大変興味深い．一方，本研究はベルト型のデバイスを用いるアプローチであり，振動刺☆

皮膚上の二点を，特定の時間間隔で交互に刺激すると，小さなものがはねるような連続的な刺激が二点間で与えられるよ
うに感じる現象

参

考

文

献

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(平成 2003 年 4 月 10 日受付)
(平成 2003 年 9 月 8 日採録)
塚田

浩二（正会員）1977 年生．2000 年慶應義塾大学
環境情報学部卒業．2002 年同大学
大学院政策・メディア研究科修士課
程修了．同年，同大学大学院博士課
程入学．Mobiquitous-Computing，
俄アートに興味を持つ．

安村

通晃（正会員）1947 年生. 1971 年東京大学物理学部物理学科卒．1978 年同大学理学系大学院博士課程 (情報科学専攻) 満了．(株) 日立製作所中央研究所主任
研究員を経て，1990 年 4 月より慶應
義塾大学環境情報学部助教授．現在，同教授．理学博士．実世界指向インタフェース等の研究に従事．