情報処理学会 インタラクション 2024
IPSJ Interaction 2024

3A-102024/2/28

折り紙と 3DCG を用いた論理的思考教材の開発に関する研究伊藤 迅1,a)

齋藤 吉平1,b)

水野 慎士1,c)

概要：折り紙と 3DCG を用いた未就学児から小学校低学年生論理的思考教材の開発を行った．論理的思
考教育において一般的なビジュアルプログラミングやロボット教材と折り紙を組み合わせることで，従来の教材よりも子供が取り組みやすくかつ教育効果の高いものを目指した．システムを実装して，ワークショップを実施することで開発した教材の有用性の検証を行った．

1. はじめに

折り紙には模倣性，再現性，創造性といった教育効果があることに加え手指能力の向上や脳の活性化を促す効果も情報化の進展により情報技術を手段として活用していくあると期待されている [5]．また折り紙ならばロボットと力が重要となった．そのため小学校ではプログラミング教比べ作成が容易であり男女を問わず興味を引くことができ育が必修化された．小学校プログラミング教育の手引 (第る．そして紙 1 枚あれば取り組むことができるためコスト

3 版)[1] によると，プログラミング技能を習得したりプロがかからない．さらに，作成した折り紙を 3DCG シーン内

グラミング言語を覚えたりすることよりも，プログラミンで制御することにより，現実のロボットでは難しい飛び回グ的思考を育むことを狙いとしている．

る動きなどが可能になる．このようなインタラクティブなそこで，子供向けの論理的思考教材がいくつか開発されている．例えば，Scratch[2] のような簡単にプログラムを要素が子供の想像力を刺激して，教育効果の向上の可能性が高まることが期待される．

組み立てることができるビジュアルプログラミング教材やまた，折り紙には決まった折り方があるため，お手本通

Marty the Robot[3] のようにプログラミングだけでなく組りに折れば同じ動物であれば同じような出来上がりの形状み立てを行いながらビジュアルプログラミングを行うこととなる．そのため，折り紙の動物は識別がし易いという実ができる教材がある．しかし，Scratch は対象年齢が 8 歳

装上のメリットもある．

以上となっており，未就学児など低年齢の子どもには難易度が高い．また，ロボット教材は組み立てが難しいことや2. 開発教材の概要

コストがかかってしまうということに加えて，ロボットに

図 1 に開発した教材による体験の流れを示す．初めに対する興味について男女差があることも課題として挙げら

ユーザは折り紙で動物を作成する (図 1(a))．次に作成しれる [4]．そのため，未就学児や小学校低学年生が対象で，た折り紙をカメラで取り込むことで，3DCG シーン内に性別に関係なく興味を持ってもらえる論理的思考教材は数CG 折り紙動物が登場する (図 1(b))．CG 折り紙動物が少ない．

登場した後は，ユーザはタブレット上でビジュアルプログ

そこで本研究では未就学児や小学校低学年生を対象としラミングを行うことで，移動や回転，飛行など単純な基本て，折り紙と 3DCG を用いた論理的思考教材を開発した．

動作命令を組み合わせた一連の動作を作成する (図 1(c))．

折り紙で作成した動物を 3DCG シーンに取り込み，簡単な最後に作成した動作を適用すると，自分の CG 折り紙動物

ビジュアルプログラミングを使用して 3DCG シーン内のは作成した動作に従って 3DCG シーン内で動き始める．

折り紙を制御する過程で，論理的思考を促進することを目指している．

3DCG シーン内には複数の CG 折り紙動物を配置することができる．各折り紙には固有の ID が割り振られており，タブレットに ID を入力することでプログラミングに

1a)b)c)愛知工業大学b22702bb@aitech.ac.jp
x21046xx@aitech.ac.jp
s mizuno@aitech.ac.jp© 2024 Information Processing Society of Japan

よって制御する折り紙を選択することが可能である．そのため，複数人のユーザが同時にプログラミングと CG 折り1106

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IPSJ Interaction 2024(a) 折り紙で動物を作成

3A-10
2024/2/28(b) 3DCG シーン内に CG 折り紙動物が登場(c) タブレット上でビジュアルプログラミング

図 1

開発教材の体験の流れ

図 3

事前に用意した「つる」と「かえる」の 3D モデル

図 2 折り紙領域抽出のための輝度が変化する背景を用いた撮影システム

選択した「つる」
「かえる」
「ねずみ」
「きつね」
「とり」
「ペンギン」を識別対象としている．識別は抽出された折り紙

紙動物への動きの適用を行うことが可能である．

領域に対して行っており，AKAZE によるパターンマッチ

動物の折り方には様々な種類があるが，特定の折り方にング，領域輪郭円形度，領域縦横比を組み合わせた手法をついてはカメラで取り込んだ際に識別を行っている．そし用いている．識別結果で「つる」と「かえる」と判定されて，識別結果によっては同じ動作命令であっても動作結果た場合，使用している折り紙の色を判定するとともに，そが変化する．また，CG 折り紙動物が三次元モデルとしてれぞれ事前に用意した 3D モデルに判定色を適用すること登場したり，鳴き声が変化したりする．

で 3D の CG 折り紙動物を生成する (図 3)．それ以外の動3. 実現手法
3.1 CG 折り紙動物の生成について物と判定されたり，識別対象とは判定されなかった折り紙については，矩形に折り紙の領域画像をテクスチャマッピングすることで 2D の CG 折り紙動物を生成する．

この教材ではユーザは自由に動物の折り紙を作成する．

生成された CG モデルには固有の ID が割り振られたあ使用する折り紙の色も自由で，ペンを使用して目や口などと，3DCG シーン内に配置される．折り紙の作成と撮影をの模様を描いてもよい．折り紙が完成した後，Web カメラ繰り返すことで 3DCG シーン内の折り紙の数は増加してで折り紙を撮影して，撮影された画像から CG 折り紙動物いく．

を作成する．
「つる」や「かえる」は完成時には立体的であるが，撮影時には平面的に折り畳まれた状態で撮影を行う．

CG 折り紙動物の作成には撮影した画像から折り紙部分

3.2 CG 折り紙動物の制御のためのビジュアルプログラ
ミングを抽出する必要がある．ここで，折り紙の色は様々であり，本稿の教材では CG 折り紙動物の動きはタブレット上で一般的なお絵描きと異なり領域境界に輪郭線が描かれていビジュアルプログラミングを行うことで制御する．図 4 にることもないため，特定の色抽出や輪郭抽出に基づいた折ビジュアルプログラミングのインタフェースを示す．このり紙領域の抽出は困難である．そこで，本研究では連続的インターフェースは Web ベースで実装されており，サーに明るさが変化するディスプレイを背景にして折り紙を撮バに接続することで利用することができる．接続時に固有影するシステムを開発した (図 2)．この手法では，背景のID を入力することで，ビジュアルプログラミングインタ明るさが異なる複数の画像を撮影して，色が変わらない部

フェースは 3DCG シーン内の 1 体の CG 折り紙動物と接分のみを切り抜くことで折り紙領域を抽出する．

続される．そのため，複数人のユーザが同時にサーバにア動物の折り紙のうち，特定の種類については識別を行う．
本稿の教材は未就学児や小学校低学年生が対象であるため，現状は 3 才から 7 才向けの折り紙教本 [6][7] などから© 2024 Information Processing Society of Japan

クセスして個別にビジュアルプログラミングを行うことも可能である．
ユーザはインタフェース上で単純な基本動作とそのパラ1107

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3A-102024/2/28(a) 水しぶきを上げる
図 5(b) 食べ物を食べるギミックの例

た場合，判定結果に基づいた動物の鳴き声が再生される．
それ以外の動物の場合にはランダムな動物の鳴き声が再生される．

3DCG シーンに登場する CG 折り紙動物には上限数が設定されている．上限数を超えると，新しい CG 折り紙動
図 4タブレット上のビジュアルプログラミング物が登場するたびに一番古い CG 折り紙動物が退場していく．現在の上限は 20 である．また，しばらくユーザが操メータを設定できるブロックを複数並べていくことで，CG作していない CG 折り紙動物は自動的にアクションを開始

折り紙動物に複雑な動きを与えることができる．基本動作するので，ユーザはその様子を楽しむことができる．このとしては「いどう」「まわる」「おじぎする」「ジャンプ」「おコンテンツを通じて，ユーザは他のユーザと CG 折り紙動りる」を用意している．

物を共有して鑑賞することができ，創作だけでなくコミュ「いどう」はユーザはパラメータとして方向 (右，左，手前，奥) と距離を与えることができる．「まわる」はパラメータとして方向 (右，左) と角度を与えることができる．
「おじぎする」はパラメータとして方向 (前方，後方) と角度を与えることができる．

ニケーションを促進することが期待できる．

4. ワークショップの実施
本稿で提案した教材は，折り紙取り込みシステム，3DCG
シーンシステム，Web ベースのビジュアルプログラミン「ジャンプ」はパラメータとして方向 (真上，右，左，手グシステムで構成されている．すべてのシステムは 1 台の前，奥) と距離を与えることができるが，CG 折り紙動物

MacBookPro で実装しており，折り紙取り込みシステムとの識別結果によって動作が変化する．具体的には，「つる」

3DCG シーンシステムは C++で OpenCV と OpenGL をまたは「とり」と判定された場合には，CG 折り紙動物は用いて実装して，Web ベースのビジュアルプログラミング上昇してその場に留まる．一方，それ以外の動物と判定さシステムは HTML，PHP，JavaScript を用いて実装した．

れた場合には，CG 折り紙動物は上昇してからすぐに地面そして，作成した教材を用いて 2023 年 5 月 27 日，28 日に着地する．そして，「おりる」は「つる」と「とり」だけにワークショップを実施した．ワークショップには 2 日間に有効であり，パラメータとして方向 (真上，右，左，手で約 300 人の子供たちが参加した．各参加者の体験時間は前，奥) と距離を与えることができる．その他の動物に対正確に計測できなかったが，折り紙が 5 分から 10 分，プしては「おりる」は無効となる．

ログラミングが 10 分から 30 分くらいであった．図 6 に3DCG シーンには CG 折り紙動物の動きに対応したいワークショップの様子を示す。

くつかのギミックを用意している (図 5)．例えば，水辺でワークショップ終了後，4 歳から 12 歳までの 183 人の子

ジャンプすると効果音とともに水しぶきが上がる．また，どもたちからアンケートの回答を得た．参加者の年齢構成

食べ物の前でお辞儀をすると，食べ物は食べられて小さくおよび男女構成を図 7 に示す．また，ワークショップ自体なる一方で CG 折り紙動物は成長して大きくなる．このよの楽しさについてのアンケート結果を表 1 に示す．参加者

うなギミックを組み込むことで，ユーザは CG 折り紙動物の男女比率はほぼ等しく，ワークショップに対する楽しさを自由に動かすだけでなく，目的を持って動かすこともでの感じ方も性別に関わらずほぼ全ての参加者が「とても楽きる．これは論理的思考教育に役立つことが期待される．

しかった」「楽しかった」と回答した．そのため，本研究で提案した折り紙を用いた論理的思考教材は男女の差がなく3.3 インタラクションやその他の動作受け入れられたと考えられる．

ビジュアルプログラミングインターフェースには，鳴き表 2 にプログラミングの難易度に関する年齢別のアン声を鳴らすボタンを用意している．インターフェースが接ケート回答結果を示す．全体では「とても簡単」「簡単」と続している動物が「つる」や「ねずみ」など識別対象であっ回答した参加者は 65%(119 人) で，「難しい」「とても難し© 2024 Information Processing Society of Japan1108

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表 1

コンテンツの楽しさに関するアンケート結果

楽しさの程度
とても楽しかった

楽しかった

どちらでもない

楽しくなかった

とても楽しくなかった

無回答

男子

73 人

10 人

0人

0人

0人

1人

女子

83 人

8人

0人

1人

0人

1人

無回答

5人

1人

0人

0人

0人

0人と思われる．
表 3 に CG 折り紙動物の制御に関する年齢別のアンケー
ト回答結果を示す．全体では「できた」「少しできた」と回答した参加者は 86%(158 人) で，「できなかった」「あまりできなかった」と回答した参加者は 13%(23 人) であった．
年齢別で見ると，未就学児および小学校低学年生 (7 歳以下，121 人) では，「できた」「少しできた」と回答した参加者は 86%(104 人) で，「できなかった」「あまりできなかっ(a) 折り紙を折っている様子た」と回答した参加者は 14%(17 人) であった．一方，8 歳以上の参加者 (56 人) では，「できた」「少しできた」と回答
した参加者は 89%(50 人) で，「できなかった」「あまりできなかった」と回答した参加者は 7%(4 人) であった．この結果から，教材の難易度が高かったと回答した参加者でも結果的には CG 折り紙動物を思い通りに制御できていることがわかる．特に，未就学児および小学校低学年生でプログラミングが「難しい」「とても難しい」と答えた 41 人のうち，29 人は CG 折り紙動物の制御を「できた」「少し(b) タブレット上でビジュアルプログラミングを行う様子
図 6

本コンテンツを使用したワークショップの様子できた」と答えている．98%以上の参加者が本教材が楽しかったと答えていることから，多少難易度が高くてもモチベーションを保ったままプログラミングをがんばることができたことが考えられる．

5. まとめ本研究では，折り紙と 3DCG を用いた未就学児および小学校低学年生向けの論理的思考教材を開発した．折り紙で動物を作成して，それを 3DCG シーンの中に CG 折り紙動物として表示してから，ビジュアルプログラミングで動作を生成・制御するものである．本教材は折り紙の制作と図 7

ワークショップ参加者の年齢構成および男女構成い」と回答した参加者は 27%(50 人) であった．年齢別で見ると，未就学児および小学校低学年生 (7 歳以下，121 人) では，「とても簡単」「簡単」で回答した参加者は 59%(71 人)
で，「難しい」「とても難しい」と回答した参加者は 34%(41人) であった．一方，8 歳以上の参加者 (56 人) では，「とても簡単」「簡単」と回答した参加者は 77%(43 人) で，「難しい」「とても難しい」と回答した参加者は 16%(9 人) であった．この結果から，本研究の教材はターゲットとしている未就学児および小学校低学年生にとっては中程度の難易度で，それより上の年齢層にとっては難易度は低かった© 2024 Information Processing Society of Japan

ビジュアルプログラミングという異なる教育要素を組み合わせることで新たな教育効果を提供しながら，未就学児や小学校低学年生でも取り組んでもらえるデジタル教育教材を目指した．ワークショップのアンケート結果から，性別に関係なく多くの子供たちに受け入れられる可能性があることが確認できた．
今回実施したワークショップでは本研究の教材が子供たちに受け入れられることは確認できたが，教育効果の有無までは検証できていない．そのため，今後の課題としては本教材の教育効果を検証およびその結果に応じた教材の改良が挙げられる．また，条件分岐などより複雑なプログラミング要素の導入や，折り紙のデザインが子供たちの想像1109

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表 23A-102024/2/28

年齢別のプログラミングの難易度に関するアンケート結果

難易度の評価
とても簡単だった

簡単だった

どちらでもない

難しかった

とても難しかった

無回答

5 歳以下

24 人

15 人

7人

16 人

9人

0人

6〜7 歳

26 人

6人

2人

13 人

3人

0人

8〜9 歳

22 人

10 人

4人

5人

1人

0人

10 歳以上

10 人

1人

0人

2人

1人

0人

無回答

5人

0人

1人

0人

0人

0人

表 3 年齢別の CG 折り紙動物の制御に関するアンケート結果

評価

5 歳以下

できた

少しできた

どちらでもない

あまりできなかった

できなかった

無回答

40 人

20 人

0人

9人

2人

0人

6〜7 歳

29 人

15 人

0人

3人

3人

0人

8〜9 歳

30 人

8人

1人

1人

1人

1人

10 歳以上

11 人

1人

0人

2人

0人

0人

無回答

3人

1人

0人

1人

1人

0人

力や空間認識力に与える影響を探ることも今後の課題である．
謝辞
本研究の一部は，JSPS 科研費基盤研究 (C)22K12337 お
よび (C)23K11182 の支援を受けています．
参考文献
[1]

[2]
[3]
[4]

[5]

[6]
[7]

文部科学省: 小学校プログラミング教育の手引 (第三版), 入手先 ⟨https://www.mext.go.jp/content/20200218mxt jogai02-100003171 002.pdf⟩ (2023.12.18).
MIT Media Lab:MIT Scratch,
入 手 先⟨https://scratch.mit.edu/⟩ (2023.12.18).
Robotical:
Marty
theRobot,
入 手 先⟨https://robotical.io/?currency=USD⟩ (2023.12.18).
学研教育総合研究所: 小学生白書 Web 版 (2018 年 9 月調査) 小学生の日常生活・学習・自由研究等に関する調査, 入手先 ⟨https://www.gakken.jp/kyouikusouken/whitepaper/201809/chapter7/08.html⟩ (2023.12.18).
五十嵐裕子: 折り紙の歴史と保育教材としての折り紙に関する一考察, 浦和大学・浦和大学短期大学部 浦和論叢 第46 号 2012-2.
大迫ちあき, 津留見 裕子: おりがみ百科 3・4・5 才 楽し
く算数センスが身につく！, 世界文化社 (2017).
大迫ちあき, 津留見 裕子: おりがみ百科 5・6・7 才 図形
力と考える力が身につく！, 世界文化社 (2017).

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