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

INT24008
2024/2/28

AR 入力デバイスとしての身体装着型トラックボールの検討
岩井 望†1

崔 明根†1

坂本 大介†1

小野 哲雄†1

概要：拡張現実感（Augmented Reality; AR）におけるインタラクションを実現するインタフェースとして小型のトラックボールを中指に装着するインタフェースを提案する．我々はトラックボールは x，y の 2軸だけでなく，回転操作のような 3 次元的な操作も可能であるため AR での利用に適しているのではないかと考えた．本稿では身体装着型トラックボールを使用することの有用性と実用性について調査するため，
身体装着型トラックボールを含む 3 種類の入力手法の比較実験を行った．その結果，身体装着型トラック
ボールは既存手法に対し補完的な入力を提供し，球を転がす触覚フィードバックやユーザの指の大きさに依存しないデバイスの特性が AR でのインタラクションにおいて有用な操作方法である可能性が示唆された．

1. はじめに着して使用することを提案する．トラックボールは球形のインタフェースであり，球を転がすことで入力を行う．ト

拡張現実感（Augmented Reality; AR）技術の実社会でラックボールは主にマウスの代替インタフェースとして使の利用が広まっている．これまではスマートフォンやタブ

用されることが多いが，我々はこれを AR におけるウェア

レットを利用した AR が広く普及していたが，現在は様々

ラブルデバイスとして扱うことを提案する．AR の分野でな頭部装着型ディスプレイ（Head Mouted Display; HMD）

は入力のためのセンサにタッチパッドなどを用いたタッチが各社から発表され，実世界での HMD による AR インタ

インターフェースが用いられることが多いが，小面積になラクションが広く普及の兆しがある．近年登場してきているほどスワイプなどの二次元的な入力が難しくなる．一方る次世代の AR インタラクションのための HMD はその高でトラックボールはタッチインタフェースとは異なり球を性能化と高機能化によって訓練 [1]，博物館 [2]，メンテナ

転がす操作方法であるため，小型であっても十分な入力精ンス [3] などの幅広い現場での利用が模索されてきている．

度を達成できると考えた．また，トラックボールの球を転AR インタラクションを実現するための入力手法としてがす感覚が 3D オブジェクトの回転操作において適切であはハンドジェスチャによる入力が主流である．ハンドジェ

り，AR や VR においてはトラックボールの触覚フィード

スチャは直感的で仮想 3D オブジェクトの操作に優れるがバックが有利に働くことが示唆されている [8]．このため長時間の使用は腕の疲労に繋がるため [4]，視線 [5] やウェ

小型トラックボールは非常に小さな動き（指で球を転がす

アラブルデバイス [6] などの入力手法が研究されてきた．

動作）で触覚フィードバックを感じながら入力を行うこと

このような AR インタラクションの入力手法の開発ではができると考えられる．

速度だけでなく社会的受容性も評価の基準となる．そして本稿の目的は十分な速度で，かつ社会的受容性にも優れ

ウェアラブルデバイスのように入力に接触を伴う手法は正る AR インタラクションのための入力手法を検討すること

確に入力を検知でき，デザイン次第では社会的にも受け入である．そこで本稿では身体装着型トラックボールの一般れられやすい [7]．そのデザインは様々だが入力に使用す的な AR タスクにおける性能について調査する．我々はトる面積が小さいほど，僅かな動きによる入力が可能なため，ラックボールを搭載した片手で操作できるプロトタイプを

社会的受容性の面で有利な傾向がある [4], [7]．このような作成し，1D スクロール操作，2D ポインティング操作，3D

背景のもと，我々は AR インタラクションでは小さい面積

回転操作を実施する 3 つのタスクを通じてそのパフォーマ

で十分な速度の入力ができるウェアラブルデバイスの開発

ンスやユーザビリティ，社会的受容性などについて検討すが望ましいと考えた．

る．実験では比較手法としてタッチパッドを搭載した同様

そこで本研究では AR インタラクションの入力デバイスのプロトタイプによる入力と，HMD で主流の入力手法でとして身体装着型，特にユーザの指にトラックボールを装あるハンドジェスチャによる入力の 2 つを用意し比較する
ことで，小さな領域で使用することができる身体装着型ト

†1

北海道大学

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ラックボールの入力の有用性とその実用性について検討した．本研究の貢献を以下に要約する．

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2.2 小型のトラックボールの利用
非タッチインターフェースであるトラックボールとジョ• AR で想定され得るタスクにおいて，HMD の既存のイスティックは，どちらも 15mm × 15mm 程度の片手の親入力手法であるハンドジェスチャと，小面積な身体装指で操作できる大きさの小さなモジュールが市販されてい着型タッチインターフェースによる入力と，身体装着る．これらはコンパクトなサイズでの 2 自由度（2-DOF）

型トラックボールによる入力のパフォーマンスとユーの操作を容易に実装できる．スマートウォッチを操作する

ザビリティを比較する実験を行った．

場合の，指によるオクルージョンの課題を解決する目的で• 身体装着型トラックボールが身体装着型の小面積タッ

このようなモジュールが利用される事例が紹介されてきてチインタフェースよりも高速に入力が実行可能であり，

おり [16], [17]，文字入力や地図アプリ―ケーションなどのまたユーザビリティにも優れていることを確認した．

インタラクションをサポートできることが示されている．

• 身体装着型トラックボールによる入力が人目がある状

また，市販のスマートウォッチと同等のサイズを保ちつつ

況における入力手法として他手法よりも評価が高く，

ジョイスティックを組み込んだプロトタイプも提案されて社会的受容性の高い手法であることを確認した．

きており [18]，小規模なインタラクション領域の拡張で多2. 関連研究2.1 AR インタラクションにおける入力手法

様な入力を可能としている．
バーチャルリアリティ（VR）環境においては，3D オブジェクトを回転させるインタフェースの例として親指に装AR の HMD では主にハンドジェスチャによる入力が提着するトラックボールを利用したウェアラブル入力デバ

供され，主流のインタラクションと言える [4]．ハンドジェ

イスが提案されている [8]．この研究では 3D オブジェク

スチャでは空中での静的または動的な手のジェスチャをカ

トを回転させる際に，手の回転とデバイスを組み合わせてメラやグローブで検知することでインタラクションを行

回転させる手法を提案しており，タッチパッド，ジョイス

う．これらのジェスチャは Pointing や Manipulation など

ティック，トラックボールをそれぞれ比較した．その結果，

8 つに分類されることが知られている [9]．ハンドジェス

触覚フィードバックがあることなどからトラックボールがチャは迅速かつ正確な 3D インタラクションを提供できる

最も好まれた．トラックボールがユーザが受け入れやすい

一方，長時間の使用は腕の疲労に繋がり，社会的受容性にコンパクトなサイズで十分な性能の 2-DOF の入力を行えも優れない [7]．ゆえに，少ない腕の動きで間接的にカーること，またその球を転がす触覚フィードバックは VR やソルを制御する手法 [10]，少ない手首の動きでスクロール

AR における 3D オブジェクトの回転操作においては有利操作をする手法 [11] が提案されている．

に働くことが示唆されている．

また入力デバイスを用いる手法では，HMD の表面に配このようにトラックボールやジョイスティックなどの非置されたセンサ，または HMD 以外のデバイス（例：コン

タッチインターフェースはコンパクトなサイズで 2-DOFトローラ）の表面のセンサに直接触れることで入力が行わの入力を提供すると共に，AR や VR ではその触覚フィーれる [4]．特にウェアラブルデバイスは日常生活においてドバックが有利に働く可能性がある．しかし AR や VR と

AR 入力を行うデバイスとして適切である可能性が高いというシナリオでの非タッチインタフェースの検討は進んで考えられる．ウェアラブルデバイスとは，身体の一部に直おらず，非タッチインターフェースの触覚フィードバック

接装着することを想定した入力デバイスや，スマートテキ

についての調査の重要性が主張されている [18]．本研究でスタイルとして衣服に埋め込まれた [12] デバイスなどがは VR での使用が既に検討されているトラックボールの操該当する．装着する部位としては指 [13] や手首 [14] など

作性について AR 環境で調査し，その使用の知見を提供すが，デザインとしてはベルト [15] やポケット [6] などが提ることを目的とする．スクロール，ポインティング，3D オ

案されてきた．ハンドジェスチャに対してセンサ上での接ブジェクトの回転という AR で想定され得る 3 つのタスク

触を伴う入力手法はウェブブラウザでのサーフィン，ウィ

で検討を行う．身体装着型トラックボールを搭載したプロ

ジェットメニューでのアイテム選択などの 2D インタラク

トタイプによる入力と，身体装着型デバイスとして一般的ションに適しており [4]，特に指や手首に装着するウェア

なタッチパッドを搭載したプロトタイプによる入力，そしラブルデバイスはサイズがコンパクトで入力動作が小さくて HMD の入力として最も一般的なハンドジェスチャによ

社会的受容性に優れることが示されている [7]．本研究にる入力の 3 つ手法でそのパフォーマンスとユーザビリティ

おいてはウェアラブルデバイスのような，指に装着して利を評価・比較し，身体装着型トラックボールの使用の有用用できる程度に小型のトラックボールを利用し身体装着型

性と実用性について検討する．

のトラックボールによる AR インタラクションの可能性について検討する．

3. 実験
本実験では AR で想定され得る 3 つのタスクのもと，身© 2024 Information Processing Society of Japan69

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体装着型トラックボールのパフォーマンスとユーザビリ

ジュールに繋がれた M5StickC Plus が約 30fps の周期でそ

ティをタッチパッドとハンドジェスチャという 2 つの手法の検知したデータを受信すると同時に UDP 通信によってと比較することで AR インタラクションの入力手法としてMicrosoft Hololens2 に送信した．装着時のイメージを図の身体装着型トラックボールの実用性，小さな面積での入2a に示す．

力にトラックボールを使うことの有用性を検討する．実験

3.2.2 タッチパッド条件

は参加者内実験計画を用いて行われた．

タッチパッドはタッチ操作によって入力を行う手法であり，右中指の腹に装着したタッチパッドを親指でタッチす3.1 実験参加者

ることで操作を行う．上下左右の対応はトラックボールと実験参加者として 12 名（女性 1 名，平均年齢 21.9 歳，標同じであった．1D スクロールタスクでは上下方向にスワ

準偏差 1.8 歳）が実験に参加した. 全員が右利きであり, 実

イプすると，スワイプした方向にスクロールが行われた．

験中も右手を使用した．11 人が VR または AR の経験があ

2D ポインティングタスクではスワイプした方向に応じてると回答し，その中で娯楽や開発目的で日常的に使用してカーソルが二次元平面上を移動した．3D 回転タスクではいると答えたのは 2 人，過去に数回使用経験があると答え

スワイプした方向に応じて，左右のベクトルの大きさに応たのは 10 人だった．実験全体に掛かった時間は約 2 時間

じて y 軸を中心に，上下のベクトルの大きさに応じて x 軸程度で，実験終了後に 2,000 円分の Quo カードを渡した．

を中心に対応オブジェクトが回転した．
開発するプロトタイプのタッチパッドモジュールには一3.2 実験条件

般的な静電容量方式である IQS525 搭載タッチパッド基板

本実験では AR の HMD として Mirosoft Hololens2 を使を使用した．そして 3D プリンターで外装を作成し，マジッ用する．本実験では AR 環境での入力手法としてトラック

クテープを付けることで指への装着を可能とした．このモ

ボール，タッチパッド，ハンドジェスチャの３つの入力手

ジュールは 30mm×30mm であったが，図 1b のようにタッ法について，1D スクロール（縦方向のスクロール操作を

チパッドは部分的にアルミホイルによって被覆することで行うタスク），2D ポインティング（二次元平面のオブジェ

操作領域が 15mm×15mm に制限された．これはトラック

クトのポインティングを行うタスク），3D 回転（3D オブ

ボール条件と操作領域を合わせるためである．また，このジェクトを 3-DOF で回転させるタスク）の３つのタスク

被覆は指に装着するウェアラブルデバイスとして妥当なサを行う．この際のそれぞれの入力手法の詳細について以下

イズのタッチパッドモジュールを実現する意図でも行われに示す．

た．よってタッチパッドは図 1b に示される 15mm×15mm

3.2.1 トラックボール条件の操作領域においてのみ上下左右方向の相対的なスワイ

トラックボールは球を転がすことで入力を行う手法であプの動きを検知することができた．モジュールに繋がれたり，右中指の腹に装着したトラックボールを親指で転がす

M5StickC Plus が約 30fps の周期でその検知したデータをことで操作を行う．トラックボールは 2-DOF の入力が可

受信すると同時に UDP 通信によって Hololens2 に送信し能であり，トラックボールを装着している右中指の付け根

た．装着時のイメージを図 2b に示す．

から先端の向きがユーザから見て左，右中指の付け根から

3.2.3 ハンドジェスチャ条件

先端を真左に向けた時の上方向がユーザから見て上に対応

ハンドジェスチャは右手で特定のジェスチャを行うことしている．1D スクロールタスクでは上下方向にトラック

で入力を行う手法である．上下左右の対応は現実と同じでボールを転がすと，転がした方向にスクロールが行われた．

ある．1D スクロールタスクでは，スクロールを行いたい対

2D ポインティングタスクではトラックボールを転がした

象に右人差し指で触れ，その指を上下方向に移動させるこ

方向に応じてカーソルが二次元平面上を移動した．3D 回とでスクロールが行われた．2D ポインティングタスクで転タスクでは転がした方向に応じて，左右のベクトルの大は右人差し指の方向にレイ（光線）が発射され，そのレイときさに応じて y 軸を中心に，上下のベクトルの大きさに応

二次元平面との交点にカーソルが表示された．このカーソ

じて x 軸を中心に対応オブジェクトが回転した．

ルは右人差し指の向きを変えるとそれに応じて移動した．

開発するプロトタイプのトラックボールモジュールには3D 回転タスクでは，オブジェクトに触れた後にピンチジェ

Trackball Breakout PIM447 を使用した．このモジュール

スチャを行うとオブジェクトを把持することができ，手のは図 1a に示すように約 15mm×15mm の大きさであった．

向きを変えることで自由にオブジェクトを回転させることこのモジュールを 3D プリンターで作成した外装によってができた．ピンチジェスチャを解除するとオブジェクトは覆い，マジックテープを付けることで指への装着を可能と把持から解放され，空間にオブジェクトが固定される．こした．図 1a のようにモジュールには小さな球が含まれ，れを繰り返すことで回転動作を行った．

この球の回転を内蔵のホールセンサで検知することで上ハ ン ド ジ ェ ス チ ャ は Mixed Reality Toolkit v2.8.3

下左右方向の相対的な動きを検知することができる．モ（MRTK）にて提供されているものを使用した．ユーザ© 2024 Information Processing Society of Japan70

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2024/2/28(a) ターゲット
図 3(a) トラックボール
図 1(b) 実験の様子

ターゲットと実験の様子（1D スクロールタスク）．

(b) タッチパッド

作成したプロトタイプ．

を考慮した順番で，ターゲットはそれぞれランダムな順番で提示された．したがって実験参加者は全体で 3 Method

× 2 Size × 3 Distance × 6 試行 = 108 回のスクロール操作を行った．実験参加者は 12 名であったため，1 つの欠損値を除いて合計 1,295 データが収集された．
従属変数は試行時間である．また，実験参加者は Method(a) トラックボール
図2

ごとに精神的負荷とユーザビリティを計測することを目(b) タッチパッド

装着時の様子．上下左右それぞれの方向の操作に対し，各タス的とした NASA Raw Task Load Index（NASA-RTLX）

クで表示されるオブジェクトの動きが定められた．

[19] に基づくアンケートと，System Usability Scale（SUS）[20] に基づくアンケートの 2 つに回答した．さらに 3 つのは Hololens2 のカメラの認識範囲でジェスチャを行うこと

Method での試行が完了した後，実験参加者は単純な手法

により，入力を行うことができた．

の好みと，人目がある場所での使用を想定した場合の手法の好みの順位，そしてそれぞれの理由について記述式のア

3.3 実験デザイン

ンケートに回答した．

実験は参加者内実験計画を用いて行った．入力手法はト

3.3.2 タスク 2：2D ポインティングタスク

ラックボール，タッチパッド，ハンドジェスチャの 3 つで

2D ポインティングタスクは二次元平面に配置されたオブある．タスクは 1D スクロールタスク，2D ポインティン

ジェクトを選択するタスクである（図 4）．2D ポインティ

グ，3D 回転タスクの 3 つがあり，実験参加者はこの順番

ングタスクでは 3 つの独立変数が存在し，それぞれ以下のでタスクを実施した．タスクを実施する順番は固定である

ように設定された.

一方で，入力手法についてはラテン方格法を考慮した順番
で試行を行った．以下，3 つのタスクデザインについて説• 入力手法（Method ）：トラックボール，タッチパッド，
ハンドジェスチャ

明する．なお，3 つのタスクは Unity ver. 2020.3.38f1 を用• ターゲット距離（Distance ）：7◦（Short），21◦（Long）

いて実装した．

◦◦• ターゲット幅（Width ）：0.59（Small），1.18（Medium），

2.36◦ （Large）

3.3.1 タスク 1：1D スクロールタスク
1D スクロールタスクはターゲットを縦方向のスクロール

タスクは 2 Distance × 3 Width = 6 セッションから成操作によって選択するタスクである（図 3）．1D スクロー

り，各セッションは 6 試行で構成された．実験参加者はルタスクでは 3 つの独立変数が存在し，それぞれ以下のよ

1D スクロールタスクと同様の順で提示される Method ごうに設定した．

とに 6 セッション行った．6 セッションの順番はランダム• 入力手法（Method ）：トラックボール，タッチパッド，であった．したがって実験参加者は全体で 3 Method × 2

Distance × 3 Width × 6 試行 = 108 回のポインティング

ハンドジェスチャ◦• ターゲット距離（Distance ）：8.58 （Short），68.04◦（Medium），134.80◦ （Long）◦

操作を行った. そして実験参加者は 12 名であるため，合計

1,296 データが収集された.
◦• ターゲット高（Size ）： 4.30 （Small），8.58 （Large）

従属変数は試行時間である．そして実験参加者は手法ご

本タスクは先行研究 [10] のスクロールタスクを参考に設とに NASA-RTLX と SUS に基づく 2 つのアンケートに回計しており，Distance と Size は同様の値を採用した．

答し，3 つの Method での試行が完了した後，実験参加者

タスクは Method ごとに Size によって 2 つのブロック

は単純な手法の好みと，人目がある場所での使用を想定しに分けられ，各ブロックでは 3 Distance × 6 試行 = 18 回た場合の手法の好みの順位，そしてそれぞれの理由についターゲットが提示された．ブロックの順番はラテン方格法て記述式のアンケートに回答した．

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3.4 実験手順
実験参加者が実験室に到着後，椅子に座らせ事前アンケートへの回答を要求した後，実験の概要を説明した．実験は 1D スクロールタスク，2D ポインティングタスク，3D
回転タスクの順で構成されており，実験参加者はタスクごとに Method を同じ順で体験した．
初めにタスクの内容についての説明を実施した．説明が(a) ターゲット
図 4(b) 実験の様子

ターゲットと実験の様子（2D ポインティングタスク）．

終了した後，実験参加者は HMD を装着し 1 つ目の Method
でタスクを遂行した．各 Method ではタスク開始前に練習時間が設けられ，実験タスクからパラメータが変更されたタスクを，実験参加者から操作に慣れたという回答が得られるまで行った．これはスクロールタスクに限らず，全てのタスクで共通した手順であった．
以下，3 つのタスクそれぞれの手順について説明する.

3.4.1 タスク 1：1D スクロールタスク
1 つ目のタスクとして先行研究 [10] に基づいた 1D スク(a) ターゲット
図5(b) 実験の様子

ターゲットと実験の様子（3D 回転タスク）．x，y，z 軸は実験
中には表示されない．

ロールタスクを実施した．実験参加者は HMD を被ると，前方に 1 から 200 までの番号が付けられた縦にスクロールが可能なボックスのリストと中央に 2 つの白い矢印が描かれた仮想のビューポートが提示された（図 3a）. ビュー

3.3.3 タスク 3：3D 回転タスク

ポートは HMD の 20cm 下，前方 45cm の位置に表示され，3D 回転タスクはオブジェクトを手本のオブジェクトと縦の長さは 38.58◦ であった（図 3b）．リストの右横には同様の回転角度に回転させるタスクである（図 5）．3D 回ターゲットの番号が表示され，ターゲットのボックスはオ転タスクでは 2 つの独立変数が存在し，それぞれ以下のよ

レンジ色で表示された．実験参加者はターゲットのボック

うに設定された．

スを中央の矢印の間にくるまで運び，500ms の滞留によっ• 入力手法（Method ）：トラックボール，タッチパッド，
ハンドジェスチャて選択することができた．選択のためにはスクロールの速さを閾値（8.58◦ /sec）以下にする必要があり，また実験参• 回転角度（Degree ）：30◦ ，150◦ （時計回り）

加者はターゲットを正しく選択するまで次の試行には進め

実験参加者は 2 Degree × 6 試行 = 12 試行で構成される

なかった．

セッションを Method ごとに行った．12 試行の順はランダ

タスク開始時はリストの中央，つまり 100 と書かれた

ムであり，Method は 1D スクロールタスクと同様の順でボックスの中央の位置から開始され，3 秒のカウントダウン提示された．したがって実験参加者は全体で 3 Method ×の後，18 回の試行が実施された．この 18 回の試行におい2 Degree × 6 試行 = 36 回の回転操作を行った．本タスクて要求される上方向のスクロール距離と下方向のスクロー

においては 1 回の試行に 40 秒の制限時間が設けられ，そル距離は実験参加者間で同一とした．1 つ目の Size の値

れ以上の試行はデータから排除した．そして実験参加者はに対して 18 試行を行った後，次の Size の値に対しても同12 名であるため，10 回の制限時間超過によるエラーを除様の手順で 18 試行が行われた．この手順を 3 つの Method

き合計 422 データが収集された．

に対して繰り返した．

従属変数は試行時間と総回転角度 [21] である．総回転

タッチパッドとトラックボールはそれぞれ中指に装着さ角度は 1 回の試行において実験参加者がオブジェクトを何

れ，親指によって操作が実行された．トラックボールは上度回転させたかを表す．回転操作を行えば行うほど総回転

下に球を転がすことで，タッチパッドは上下にスワイプす

角度は大きくなるため，総回転角度は手法ごとの目的の角ることでスクロールを行うことができた．ハンドジェス

度への回転の容易さを測る指標として扱うことができる．

チャでは表示されるパネルに手で直接触れ，手首または腕そして実験参加者は手法ごとに NASA-RTLX と SUS に基を上下に動かすことでスクロールを行うことができた．トづく 2 つのアンケートに回答し，さらに 3 つの Method で

ラックボールとタッチパッドは 1 回の指の上下方向のスラの試行が完了した後，実験参加者は単純な手法の好みと，イド動作によってパネルが約 17.18◦ （Small のボックス 4

人目がある場所での使用を想定した場合の手法の好みの順個分）スクロールされるように調整された．

位，そしてそれぞれの理由について記述式のアンケートに

3.4.2 タスク 2：2D ポインティングタスク

回答した．

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2 つ目のタスクとして先行研究 [11] に基づき，同一円周

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上に配置された 7 個のターゲットをカーソルを制御する

ターゲットの回転姿勢は予め定義されており，最初の椅ことで選択する，ISO9241-9 に従った典型的な 2D ポイン

子の姿勢から以下の軸ベクトルの周りに 30◦ または 150◦

ティングタスクを実施した．

時計回りに回転された 6 姿勢だった：x，y，z，x-y，x-z，

HMD を被った実験参加者の前方に仮想的なウィンドウy-z 軸（図 5）. 従って合計 12 個（6 姿勢 × 2 Degree ）のが表示され，そのウィンドウにカーソル，そして 7 個の円

ターゲットが用意され，ランダムな順番で提示された．

形のターゲットが表示された（図 4a）. ウィンドウは HMD

タッチパッドとトラックボールはそれぞれ中指に装着の 20cm 上，前方 2m の位置に表示され，ウィンドウの大され，親指によって操作が実行された．トラックボールと

きさは 1m×1m だった（図 4b）．選択すべきターゲットは

タッチパッドでは上下方向と左右方向の指の動きが，それ白色で示され，カーソルが入ると緑色に変化する．実験参ぞれ x 軸と y 軸を中心とした回転に変換された．ハンド

加者はカーソルをターゲット内部まで運び，500ms の滞留

ジェスチャは親指と人差し指で椅子を掴んで回転させるこによって選択することができ，正しく選択されるまで実験とができ，これは MRTK で提供されているものだった．

参加者は次の試行に進めなかった．

トラックボールとタッチパッドは 1 回の指の上下方向のス

各セッションの 7 個のターゲットは直径 7◦ または 21◦の円周上に等間隔で配置された．各セッションの最初にはライド動作で Chair が約 90◦ 回転するように調整された．

3.4.4 各タスクの共通事項

3 秒間のカウントダウンが存在し，そのカウントダウンの

1 つの手法でのタスクが完了するごとに実験参加者は後に実験参加者はカーソルを操作することができた．6 回NASA-RTLX と SUS に基づくアンケートの 2 つに回答しの試行が終了すると再び 3 秒のカウントダウンの後，次のた．さらに 3 つの手法でのタスクが完了した後，実験参加

セッションが開始された．同様の手順でセッションを繰り者は好みの手法についてのアンケートに回答し，そのアン返し，実験参加者は計 6 つのセッションを 3 つの Method

ケートの完了をもって 1 つのタスクを終了とした．全てので行った．

タスクにおいて実験参加者は作業をできるだけ速く正確に

タッチパッドとトラックボールはそれぞれ中指に装着さ行うことを要求された．

れ，親指によって操作が実行された．トラックボールとタッ

1 つの入力手法でタスクが終了するごとに実験参加者はチパッドでは上下左右の指の動きでカーソルを間接的に制自由に休憩を取ることができた．3 つのタスク全てが完了御することができた．ハンドジェスチャでは手から出るレ

した後，実験参加者は本実験を通しての各手法に対する意

イによってカーソルを直接制御できた. トラックボールと見についての自由記述をアンケートに回答し，そのアン

タッチパッドは 1 回の指の上下方向のスライド動作でカーケートの完了をもって実験を終了とした．

ソルが約 7◦ 動くように調整した．また，全ての Method において制御するカーソルの直径は約 1◦ であった．

4. 実験結果それぞれの従属変数に対してノンパラメトリックな分散

3.4.3 タスク 3：3D 回転タスク
3 つ目のタスクとして先行研究 [21], [22] に基づき，3D

分析手法である整列ランク変換（ART） [23] を行い，混合

回転タスクを実施した. ドッキングの対象となる 3D オブ

モデル REML を用いてデータを評価した．多重比較にはジェクトとして，本タスクでは椅子を選択した. 椅子は立ウィルコクソンの符号順位検定を用い，Holm 法による補方体のような対称性のあるオブジェクトと比べ，その向正を用いた．NASA-RTLX と SUS によって得られた値にきを容易に特定することができた [21]. 椅子の大きさは約

ついてはフリードマン検定とウィルコクソンの符号順位検

10cm×10cm×20cm であった．

定を用い，Holm 法による補正を用いた．手法の好みの順

HMD の 30cm 下，前方 45cm の位置に椅子のオブジェ位については加重平均を算出した．

クト（Chair ）が表示され，各手法で回転させることができた．目標の向きを表す半透明のターゲットは Chair と同

4.1 1D スクロールタスク

じ位置に配置された．また，Chair の右 20cm の位置にも4.1.1 試行時間

ターゲットと同じ方向を向いた半透明のオブジェクトが配手 法（Method ），タ ー ゲ ッ ト 距 離（Distance ），

置され，実験参加者は Chair と重なってターゲットが見づ

タ ー ゲ ッ ト 高（Size ）を 独 立 変 数 と し ，試 行 時らくなった場合にはそのオブジェクトを見ることによって間 を 従 属 変 数 と し て 分 析 を 行 っ た ．試 行 時 間 にターゲットの向きを確認することができた．Chair とター

対 し て

ゲットの向きの差が誤差より小さくなると赤いアウトラ（F2,1266 =1122.75,p<.01）に 有 意 な 差 が 確 認 さ れ

インが表示され，アウトラインが表示された状態で 500ms

た ．さ ら に 1 次 の 交 互 作 用 と し て Method × Dis-◦

Method （F2,1266 =285.77,p<.01） ，Distance×の滞留より試行を完了できた．向きの誤差閾値は 15 であtance （F4,1266 =117.99,p<.01）とり，位置に関しては考慮しなかった．また最初の Chair の（F2,1266 =21.97,p <.01），Distance × Size（F2,1266 =11.22，

向きは各試行で同一だった．

p<.01）が確認された（図 6a，図 6b）．

© 2024 Information Processing Society of Japan

MethodSize73情報処理学会 インタラクション 2024
IPSJ Interaction 2024

(a)

**
** **

(b)

**
**

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2024/2/28

**
**
**

(a)

(c)

(b)

(c)

**
**

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** **

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*

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** **
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** *

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** **
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** **

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**

図6

1D スクロールタスクにおける（a）Method × Distance の試
行時間，（b）Method × Size の試行時間，（c）Method ごとの SUS の得点．有意差は*p<.05，**p<.01.

4.1.2 NASA-RTLX & SUS

**
** **

図 7

2D ポインティングタスクにおける（a）Method × Distanceの試行時間，（b）Method × Width の試行時間，（c）Method
ごとの SUS の得点．有意差は**p<.01.

4.2.2 NASA-RTLX & SUS

トラックボール，タッチパッド，ハンドジェスチャ

トラックボール，タッチパッド，ハンドジェスチャのの 総 合 的 ワ ー ク ロ ー ド は そ れ ぞ れ 22.08，43.13，52.64

総合的ワークロードはそれぞれ 21.81，56.11，24.65 でで あ っ た（ 低 い 方 が 良 い ）．NASA-RTLX に よ っ て 得あった（低い方が良い）．NASA-RTLX によって得られられた 6 つの項目に対するスコアと総合的ワークロー

た 6 つの項目に対するスコアと総合的ワークロードス

ドスコアに対してフリードマン検定を用いて分析しコアに対してフリードマン検定を用いて分析した結果，た 結 果 ，Method に 対 し て 精 神（χ22,N =12 =8.52,p<.05），
肉 体 的 要 求（χ22,N =12 =17.52,p<.01），時 間 的 切 迫 感（χ22,N =12 =9.48,p<.01），努 力（χ22,N =12 =11.62,p<.01），
不 満（χ22,N =12 =7.61,p<.05），総 合 的 ワ ー ク ロ ー ド（χ22,N =12 =18.67,p<.01）に有意な差が確認された．

Method に 対 し て 精 神 的 要 求（χ22,N =12 =20.76,p<.01），
肉 体 的 要 求（χ22,N =12 =14.34,p<.01），作 業 達 成 度（χ22,N =12 =9.65,p<.01），努力（χ22,N =12 = 17.74,p<.01），
不 満（χ22,N =12 =12.13,p<.01），総 合 的 ワ ー ク ロ ー ド（χ22,N =12 =18.67,p<.01）に有意な差が確認された．

トラックボール，タッチパッド，ハンドジェスチャのトラックボール，タッチパッド，ハンドジェスチャの

平均 SUS スコアはそれぞれ 78.96，61.46，49.36 であっ

平均 SUS スコアはそれぞれ 84.17，47.08，81.67 であった（高いほど良い）．フリードマン検定により，Method

た（高いほど良い）．フリードマン検定により，Method（χ22,N =12 =11.26,p<.01）に有意差が確認された（図 6c）．

（χ22,N =12 = 18.17,p < .01）に有意差が確認された（図 7c）．

4.1.3 手法の好み

4.2.3 手法の好み

実験参加者 12 名中 10 名がトラックボール，2 名がハン

実験参加者 12 名中 5 名がトラックボール，7 名がハンドドジェスチャを最も好んだ．人目がある場合を考慮するとジェスチャを最も好んだ．人目が場合を考慮すると 9 名が10 名がトラックボール，2 名がタッチパッドを最も好んだ．

トラックボール，1 名がタッチパッド，2 名がハンドジェ

トラックボール，タッチパッド，ハンドジェスチャの手法

スチャを最も好んだ．トラックボール，タッチパッド，ハの好みの順位の加重平均はそれぞれ 1.17，2.33，2.50 であンドジェスチャの手法の好みの順位の加重平均はそれぞれり，人目があることを想定した場合は 1.17，1.92，2.92 と1.58，3.00，1.42 であり，人目があることを想定した場合なった．

は 1.25，2.58，2.17 となった．

4.2 2D ポインティングタスク

4.3 3D 回転タスク

4.2.1 試行時間

4.3.1 試行時間

手 法（Method ），タ ー ゲ ッ ト 距 離（Distance ），タ ー

手 法（Method ）と 回 転 角 度（Degree ）を 独 立 変 数 とゲ ッ ト 幅（Width ）を 独 立 変 数 と し ，試 行 時 間 を 従 属

し ，試 行 時 間 を 従 属 変 数 と し て 分 析 を 行 っ た. 試 行 時

変 数 と し て 分 析 を 行 っ た ．試 行 時 間 に 対 し て Method間に対して Method （F2,405.46 =10.65，p<.01）と Degree（F2,1267 =779.72，p <.01）と Distance （F1,1267 =711.39，（F1,405.32 =62.14，p<.01）に有意な差が確認された．1 次

p<.01），Width （F2,1267 =142.82，p<.01）に有意な差がの交互作用は確認されなかった（図 8a）．

確 認 さ れ た ．さ ら に 1 次 の 交 互 作 用 と し て Method ×

4.3.2 総回転角度

Distance （F2,1267 =190.03，p<.01）と Method × Width

手法（Method ）と回転角度（Degree ）を独立変数とし，総（F4,1267 =5.50，p<.01）が確認された（図 7a，図 7b）．

回転角度を従属変数として分析を行った（低い方が良い）．

© 2024 Information Processing Society of Japan74

情報処理学会 インタラクション 2024
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が悪く，ユーザビリティのスコアはトラックボールより悪
*

(a)

**

**

(b)

**

**

*

(c)

*

*

かった．ハンドジェスチャはスクロール距離が小さい場合に他 2 つの手法と比べパフォーマンスが悪く，ユーザビリ
ティのスコアはトラックボールより悪かった．また，肉体的要求が他 2 つの手法よりも高く，疲労が溜まる手法であった．そして人目があることを想定すると実験参加者からは最も好まれなかった．

4.4.2 2D ポインティングタスク
トラックボールは全体を通して速度はタッチパッドよりも優れ，ハンドジェスチャより劣ったが，ユーザビリティ
図 8

3D 回転タスクにおける Method ごとの（a）試行時間，（b）のスコアについてはハンドジェスチャとの間に有意差は総回転角度，（c）SUS の得点．有意差は*p<.05，**p<.01.

無かった．また，人目がある場合を想定すると実験参加者
から最も好まれた．タッチパッドは全体を通して最もパ

総回転角度に対して Method （F2,405.61 =19.70，p<.01）とフォーマンスが悪く，ユーザビリティのスコアはトラッ

Degree（F1,405.55 =126.78，p<.01）に有意差が確認された．

クボールより悪かった．また，精神的負荷が最も高く，単1 次の交互作用は確認されなかった（図 8b）．

純な手法の好みでは最も好まれなかった．ハンドジェス

4.3.3 NASA-RTLX & SUS

チャは全体を通して最も高速な手法だったが，肉体的要求

トラックボール，タッチパッド，ハンドジェスチャの総合的ワークロードはそれぞれ 38.82，54.38，34.44 でがトラックボールよりも高かった．

4.4.3 3D 回転タスクあった（低い方が良い）．NASA-RTLX によって得られトラックボールは速度はタッチパッドよりも優れ，ハンた 6 つの項目に対するスコアと総合的ワークロードス

ドジェスチャには劣り，総回転角度はハンドジェスチャよ

コアに対してフリードマン検定を用いて分析した結果，りも大きかった．ユーザビリティのスコアもタッチパッド

Method に 対 し て 精 神 的 要 求（χ22,N =12 =12.31,p<.01），
肉 体 的 要 求（χ22,N =12 =6.62,p<.05） ，時 間 的
切 迫 感（χ22,N =12 =11.56,p<.01） ，作 業 達 成 度（χ22,N =12 =11.29,p<.01），努 力（χ22,N =12 =7.48,p<.05），
総合的ワークロード（χ22,N =12 =8.00,p<.05）に有意な差がより良く，ハンドジェスチャより悪かった．単純な好みで確認された．

好まれなかった．ハンドジェスチャは最も高速で，総回転はタッチパッドより優れた．タッチパッドは最もパフォー
マンスが悪い手法だった．ハンドジェスチャよりも総回転
角度が大きく，ユーザビリティのスコアは最も悪かった．
また，精神的負荷が最も高く，単純な手法の好みでは最もトラックボール，タッチパッド，ハンドジェスチャの角度が最小であり，ユーザビリティのスコアも最も良い手

平均 SUS スコアはそれぞれ 50.00，30.00，68.33 であっ法であった．単純な好みではほとんどの実験参加者に好また（高いほど良い）．フリードマン検定により，Method

れたが，人目がある場合を考慮するとその人数は減少した．

（χ22,N =12 =11.17,p<.01）に有意差が確認された（図 8c）．

4.3.4 手法の好み

5. 議論

実験参加者 12 名中 1 名がトラックボール，1 名がタッチ

本稿では AR インタラクションにおいて小型トラック

パッド，10 名がハンドジェスチャを最も好んだ．人目があ

ボールを使用することの有用性と実用性について検討する

る場合を考慮すると 5 名がトラックボール，1 名がタッチために 3 つのタスクを行った. その結果，以下の点が明ら

パッド，6 名がハンドジェスチャを最も好んだ．トラック

かになった．

ボール，タッチパッド，ハンドジェスチャの手法の好みの• トラックボールは 1D スクロールタスクと 2D ポイン

順位の加重平均はそれぞれ 1.92，2.75，1.33 であり，人目

ティングタスクにおいて，他手法よりも優れていた．

があることを想定した場合は 1.67，2.58，1.75 となった．

一方で 3D 回転操作においてはハンドジェスチャの方が優れているため，トラックボールは 1D および 2D

4.4 実験のまとめ
本実験で得られた結果をタスク毎に簡単にまとめる．

4.4.1 1D スクロールタスク

インタラクションに優れた手法だと言える．

• スクロール操作とポインティング操作についてトラッ
クボールはタッチパッドよりもパフォーマンスとユー

トラックボールは全体を通して高速でユーザビリティのザビリティ，精神的負荷の面で優れており，トラック

スコアも最も良く，実験参加者に最も好まれ，人目がある

ボールの方が小さな面積での入力に適した手法だと言場合を想定しても最も好まれた．タッチパッドはスクロー
ル距離が大きい場合に他 2 つの手法と比べパフォーマンス

© 2024 Information Processing Society of Japanえる．

• トラックボールは他手法と比較して好まれた手法で75情報処理学会 インタラクション 2024
IPSJ Interaction 2024

INT24008
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あったが，人目を気にした場合，さらにトラックボーは直感的だったが y 軸の回転が難しかったというコメント

ルが好まれることが確認された．したがってトラックが得られており，これに対しトラックボールについては直ボールは社会的受容性の高い手法だと言える．

感的ではなかったが x 軸周りの回転のみの試行や y 軸周り回転の試行はやりやすかったというコメントが得られた．

5.1 トラックボール vs タッチパッド

これらの結果から我々はトラックボールによる入力をハン実験結果よりトラックボールはパフォーマンス，ユーザ

ドジェスチャの補完的な入力として用い，人目があるかど

ビリティ共にタッチパッドよりも優れており，タッチパッ

うかやタスクの内容によって手法を切り替えるようなマルドよりも小さな面積での入力に適した手法だと言える．こチモーダルな入力をユーザに提供することが望ましいと考の要因としては，タッチパッドについては実験参加者からえる．

「指の動きに反応しないことがあった (P4，P7，P11)」という意見があったことから，面積が小さいことによるタッ5.3 本研究の限界と今後の展望

チパッドの操作性の悪さが影響したことが考えられる．実本研究で用いたタッチパッドは小型トラックボールのサ際，タッチパッドはターゲット距離が遠い場合など，操作

イズに合わせるためにアルミホイルで被覆してあった．デ回数が多くなったときのパフォーマンスの悪化率が他の手バイス本体の大きさとしては 30mm × 30mm 程度である

法よりも大きかった．一方，「タッチパッドはトラックボー

ため，被覆がない状態で 15mm × 15mm 程度の大きさで作ルよりも細かい操作がしやすかった (P3，P5)」という意成されたタッチパッドにおいて同様の結果となるとは限ら見もあり，タッチパッドを好んだ実験参加者もいた．これない．加えてタッチパッドは静電容量方式であったが，先はタッチパッドがトラックボールよりも検知できる指の動行研究では磁気 [24]，圧力 [25] を利用したタッチインター

きの分解能が高く，細かい指の動きを表現できたことが挙フェースが開発されており，本研究だけではトラックボー

げられる．よって操作回数が少なく，高い精度が求められ

ルの方がタッチインターフェースに全面的に優れているとるタスクではタッチパッドが優れている可能性がある．

言うことはできない．加えて，本研究においては中指に装

また，3D 回転タスクにおいて「トラックボールは球を転着したモジュールを親指で操作するような手法を検討したがす感覚があってやりやすかった可能性がある（P3）」とが，モジュールの位置や操作する指によってパフォーマンいう意見があり，先行研究 [8] で示された知見と一致した．

スは変化すると考えられる．我々は小型トラックボールに一方，タッチパッドについては全体を通して「タッチパッ

よって歩行時や公共の場での利用なども考慮した日常生活

ドは手汗のせいで滑りにくいときがあった（P3）」，「タッにおける AR インタラクションを実現することを最終的なチパッドは滑りにくかった（P1）」，「ユーザの指の大きさ

目的としている．よって今後は本実験の結果に従い小型トで評価が変わる可能性がある（P1）」といった意見があり，ラックボールでの入力様式を定めた上で，日常生活におけトラックボールの触覚フィードバックがタスクに対し有利る様々な条件に適したデザインの調査をすることが必要だに働くことがあることに対し，タッチパッドのデバイスのと言える．また本実験の結果は VR インタラクションにも特性はタスクに対し不利に働く可能性が示された．しかし適用できるものであり，VR 環境での小型トラックボール

P10 は人目がある場合を想定したときにトラックボールよの使用の検討，そして AR 環境での使用との違いについてりもタッチパッドの使用を好み，タッチパッドではユーザの調査が必要だとも言える．

が慣れ親しんでいることが社会的受容性の面で有利に働く可能性が示唆された．

6. まとめ
我々は小さい操作領域で実施する AR インタラクション

5.2 トラックボールの使用のガイドラインの実現のために身体装着型トラックボールを提案し，そのトラックボールはスクロールタスクではパフォーマンス

有用性と実用性を検討した．検討にあたってはスクロールとユーザビリティ共に AR の主流の入力手法であるハンド

タスク，ポインティングタスク，3D 回転タスクの 3 つのタ

ジェスチャより優れ，ポインティングタスクではパフォー

スクで構成される実験を行い，2 つの入力手法と比較した．

マンスは劣ったがユーザビリティでは有意差は存在しな

その結果，2D インタラクションについては身体装着型ト

かった．そして両方のタスクにおいてトラックボールはハ

ラックボールのパフォーマンスは十分であり，非タッチイ

ンドジェスチャよりも社会的受容性に優れており，2D イ

ンターフェースのトラックボールが持つ独自のデバイスのンタラクションにおいてトラックボールは実用に耐え得特性が有利に働くことが明らかになった．実用化するにはる手法だと言える．一方，3D 回転タスクでは速度と直感

さらなる調査が必要だが，本研究はタッチインターフェー

性，ユーザビリティ全ての面でハンドジェスチャがトラッ

スの代替としてトラックボールが有する可能性を示し，非クボールより優れており，トラックボールが実用性に耐え

タッチインターフェースの積極的な使用を検討することの得るとは言い難い結果であった．しかしハンドジェスチャ

意義を示すことができたと考えている．

© 2024 Information Processing Society of Japan76

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

謝辞 本研究は，JST 創発的研究支援事業，JPMJFR226S

INT24008
2024/2/28[14]の支援を受けたものである．
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