HAIシンポジウム2007

1B-2

Human-Agent Interaction Simposium 2007

アンドロイドとの「目が合う」条件の検証
山森崇義† 坂本大介‡¶ 西尾修一‡

石黒浩†‡ 萩田紀博‡†大阪大学工学研究科 〒565-0871 大阪府吹田市山田丘 2-1‡ATR 知能ロボティクス研究所 〒619-0288 京都府相楽郡精華町光台 2-2-2¶公立はこだて未来大学大学院
E-mail:〒041-8655 北海道函館市亀田中野町 116-2†{takayoshi.yamamori ,ishiguro}@ams.eng.osaka-u.ac.jp, ‡{sakamoto ,nishio , hagita}@atr.jp

あらまし ロボットに人と目を合わせる機能を実装することで，人との円滑なコミュニケーションが期待できる．
ここで，ロボットが人に「目が合う」感覚を与えるためにはどのような条件が必要なのか？本稿では，見かけが人に酷似したロボット，アンドロイドを用いて目が合う条件を検証する実験を行った．本実験の結果から，互いの視線が一致しなくともアイコンタクトが成立したと感じられる条件が存在すること，眼球に微小な動作を加えることで目が合う視線偏位角の範囲が変化することが明らかとなった．
キーワード アイコンタクト，アンドロイド，視線制御，ヒューマンロボットインタラクション

Inspection of the condition of eye contact with Android
Takayoshi YAMAMORI†

Daisuke SAKAMOTO‡¶

Hiroshi ISHIGURO†‡

Shuichi NISHIO‡

Norihiro HAGITA‡†Faculty of Engineering, Osaka University 2-1 Yamada-oka, Suita-shi, Osaka, 565-0871 Japan‡ATR Intelligent Robotics and Communication Laboratories

2-2-2 Hikaridai, Seika-cho, Soraku-gun, Kyoto,

619-0288 Japan¶Future University-Hakodate
E-mail:116-2 Nakano-cho, Hakodate-shi, Hokkaido, 041-8655 Japan†{takayoshi.yamamori ,ishiguro}@ams.eng.osaka-u.ac.jp, ‡{sakamoto ,nishio ,hagita}@atr.jp

Abstract We consider that the function of an eye contact on an android will perform a natural human robot interaction.
However, it is not confirmed what the necessary condition is which gives a person the sense that "eye contact" with robot. We
conducted an experiment to verify a condition that the android give humans a feeling to make eye contact. From theexperimental results, we confirmed that there is the condition that the eye contact established even if the line of visions did notcross. Furthermore, we confirmed that the area of eye angle will expand by the saccadic eye movement.
Keyword Eye contact, Android, Gaze control, Human-robot interaction

1. は じ め に
近年，ロボット産業が活性化していくなかで，さま語コミュニケーションに比べて独自の機能を持っている と 考 え る こ と が で き る [2]．

ざまなロボットが開発されてきた．これに伴って人型

視線の知覚，とりわけ「目が合う」という感覚は，ロボットの研究，特に人とロボットの対話研究は，ロ我々の社会生活にとって重要な役割を果たしている．

ボットが人との関わり合いをもち，日常生活に溶け込このため，アイコンタクトの持つ心理的な意味に関すんでいく上で非常に重要なものであると考えられる

る研究は多く存在する．しかし，視線知覚そのものに[1]．ロ ボ ッ ト の 対 話 能 力 の 向 上 と ，そ の 対 話 の 影 響 評

関 す る 実 験 的 な 研 究 は そ れ ほ ど 多 く は な い [3]．と り わ

価は日常生活に溶け込むエージェントとしてのロボッけ，外見が人に酷似したロボット，アンドロイドとのトには欠かせないものであると考えられる．

視線知覚の研究はこれまで全くと言っていいほど行わ一方で，これまでにも人同士の対話研究は数多く行れてきていない．我々は外見が人に酷似した人型ロボわれてきた．人同士のコミュニケーションチャネルにットであるアンドイロイドの視線運動が，人のどのよは様々なチャネルが存在するが，我々はこの中で「視うな視線知覚を引き起こすのかに注目している．

線」チャネルに注目した．視線は，気付かないうちに他方，アンドロイドを次世代インタラクションメデ多くの意味を伝える重要なチャネルであり，他の非言ィアとして活用するための研究が始まっている．具体-1-

アンドロイド

θL

左右被験者

図 1

視線偏位角θ

的には，人に酷似したアンドロイドを遠隔コミュニケ

図 2ーションメディアとして利用する試みが行われてきて

ア ン ド ロ イ ド ReplieeQ2

い る [4]．こ れ ま で の よ う な 人 型 ロ ボ ッ ト で は ，あ る 人

情 報 は 得 ら れ な い ．サ ッ ケ ー ド は き わ め て 高 速 で あ り ，の「存在感」を表現するのに十分なメディアであると

角 速 度 は 最 高 で 700deg/秒 に な る ． ま た 視 線 の 停 留 時は言えなかった．人とロボットの対話において目が合間 は ， 一 般 に 100〜 300 ミ リ 秒 程 度 ， 長 い 時 間 で 1000

うという感覚は存在感伝達のために重要であると考え

ミ リ 秒 に な る [7]．

られる．この点において人と自律的にアイコンタクト

2.2. 視 線 偏 位 角することができるロボットシステムは重要となる．し人の視線は，意図，情動，気分，個性などを表すこかし，アンドロイドのどのような視線動作が人に対しと が 知 ら れ て い る [8]．人 同 士 の ア イ コ ン タ ク ト の 成 立て目が合ったと感じさせることができるかの条件につ条件を検証した実験として，視線方向の異なる人の顔いては検証されていない．の写真を見てアイコンタクトの成立具合を測定した実

ここで，人とアンドロイドの視線が一致することが験がある．この実験によると，視線知覚の精度が観察人にとって目が合うと感じることに必要であると仮定

距離に依存せず，視線共有者側の視線偏位角としてほすれば，アンドロイドの制御は非常に困難となる．しぼ一定になることが知られる．視線偏位角とは顔正面

かし，アイコンタクトする条件が視線を一致することと視線の間の角度のことであり，図 1 の角度θを表す以外に存在し，簡単なシステムで行えることがわかれ[9]．

ば，画像処理などのセンシングに対する要求度合いが低くなるであろう．これはつまり，自律的に人とアイ3. 実 験 設 定

コンタクトするシステムの実現に近づくことを示して本稿では以下のような設定で人がアンドロイドといる．そこで我々は人とアンドロイドとの対話におい目が合ったと感じる条件を検証する実験を行った．被て，アンドロイドのどのような視線運動が人に対して

験者はアンドロイドと対面し，アンドロイドの目の動目が合ったと感じさせることができるのかについて検作（眼球動作）を見た後，アイコンタクトの成立具合証する実験を行った．これについて報告する．

をアンケートで評価する．被験者の評価から，アイコンタクトが成立したものとしなかったものに選別する．

2. 人 の 視 線 の 仕 組 み選別された眼球動作の特性から，アイコンタクトの成2.1. 眼 球 運 動立条件を解明する．

人の眼球運動は運動速度により分類することがで
き る ． 古 賀 ら は 眼 球 運 動 を 5 つ に 大 別 し た [5]．

3.1. アンドロイド
本研究では実験対象のアンドロイドとして，アンド人の視線の動きを測定すると，一箇所への停留と次ロ イ ド ReplieeQ2（ 図 2）を 用 い る 。本 ア ン ド ロ イ ド はの箇所へのサッケードが交互に観察される．サッケー

実在の人物から実際に型を取り作成されたため，そのドとは衝動性眼球運動と呼ばれる高速な眼球の位置変

造形は実在の人物に非常に酷似していて，成人女性の位 を 指 す 言 葉 で あ る [6]．視 線 は 1 度 サ ッ ケ ー ド が 発 生ような外見を持つ．また，皮膚は医療用シリコンでですると次のサッケードが発生するまでの間，一箇所にきており，その見た目はもちろんのこと，人が触った停留する．人が目によって情報を知覚出来るのは視線感触も人のそれに近づけてある．本アンドロイドの持が停留している間であり，サッケード中にはほとんど

つ 自 由 度 は ， 目 に 3， 眉 に 1, ま ぶ た に 1, 頬 に 1， 口-2-

に 7， 首 に 3， 左 右 各 腕 に 9， 左 右 各 手 に 2， 腰 に 4，合 計 42 自 由 度 で あ り ，こ の 自 由 度 の 配 置 に 当 た っ て は
可能な限り人の動作を実現できるように設計されている ． そ れ ら の 自 由 度 の う ち 13 自 由 度 を 顔 面 に 持 ち ，様々な表情や口の形を作ることができ，豊かな表現力を作り出すことが可能である．
本 ア ン ド ロ イ ド は 合 計 42 あ る 自 由 度 を 圧 搾 空 気 によるエアアクチュエータを用いて駆動する．これにより，呼吸による肩，胸の動きなどの人の無意識的動作を表現することができる．この動作はアンドロイドが人らしい動作を行うことに貢献している．
各エアアクチュエータにはエアコンプレッサから圧縮空気が送られ，それによってアンドロイドは駆動する．エアコンプレッサは専用のコントローラによって制御される．コントローラへは各関節の指令値が送ら れ ， コ ン ト ロ ー ラ の 分 解 能 は 50 ミ リ 秒 で あ る ．

3.2. アンドロイドと被 験 者 の位 置 関 係
図 1 に実験時のアンドロイドと被験者の位置関係の概略図を示す．アンドロイドの視線偏位角θを図 1 のように定義する．視線の注視点と被験者は共にアンドロ イ ド の 両 目 の 間 を 中 心 点 と し て 半 径 1.5ｍ の 円 上 に存 在 す る ．位 置 は 中 心 点 か ら の 角 度 で 定 義 す る ．な お ，
図や表中の角度で＋は被験者から向かって右を，−は左を表す．

図 3

眼球角度の解析ない．そこで，まず指令値と視線偏位角の対応をとった．
様々な指令値を持つ眼球動作の動画を撮影し，動画の視線偏位角を解析するソフトにより解析を行った．
これは眼球動作の動画からフレーム毎に視線偏位角を解析するプログラムである．これによってある角度を実現するための指令値が求まる．
アンドロイドの静止動作はこの指令値と角度の対応関係を元に作成される．
サッケード動作の作成は，以下のようなソフトを使用した．中心角度θとその標準偏差σ，平均停留時間3.3. 眼 球 動 作

Ｔとその標準偏差 t を置くと，眼球動作中の視線偏位

3.3.1. 眼 球 動 作 の提 示 方 法

角 の 分 布 を 正 規 分 布 で Ｎ（ θ ，σ ），停 留 時 間 を 正 規 分

本研究では被験者実験を行い，眼球運動を被験者に布 Ｎ（ Ｔ ，ｔ ）の 指 令 値 と し て 出 力 す る ソ フ ト で あ る ．

提示し，アイコンタクトの成立具合を判別するため，た だ し 専 用 の コ ン ト ロ ー ラ の 分 解 能 が 50ms で あ る た

以下の 2 つのシステムを開発した．

め 時 間 は 50ms 毎 に 切 り 上 げ て い る ． 出 力 さ れ た 角 度

システムの 1 つ目は，実験中に被験者に眼球運動をは指令値と角度の対応関係から指令値に変換する．以

提示するための，アンドロイドを遠隔操作し眼球動作上により眼球動作を作成する．

を実行させるシステムである．

3.3.3. 眼 球 動 作 中 の視 線 偏 位 角 の解 析

ある眼球運動がアイコンタクトしたか否かの判断

以上により眼球動作が作成されるが，指令値と角度は動作直後のアンケートにより判別される．これに加の対応関係から視線偏位角を決めても想定通りに動作えて，眼球運動の最中のアイコンタクトの成立具合をしない可能性がある．そこで，作成した眼球動作の視測定できれば，より明確に判別できる．そこで 2 つ目

線偏位角を確認するため，視線偏位角を解析するソフのシステムとして，眼球運動の最中にもアイコンタク

トにより作成した眼球動作の解析を行った．解析方法

トの成立具合を検証するために，眼球動作の最中に被は，まずアンドロイドの顔正面の眼球動作の動画を撮

験者がアンドロイドと目が合っていると感じた瞬間を影し，動画からフレーム毎に角度解析を行うことによ記録するシステムを開発した．被験者にスイッチを渡り，眼球動作全体の解析を行う．フレーム毎の処理はし，アンドロイドと目が合っている間スイッチを押し次のようになる．図 3 にて求めるべき視線偏位角をθっぱなしにするよう指示し，スイッチが押されているとする．眼球中心と１ピクセル辺りの長さを設定する

時間を記録するという方法でこのシステムを実現させことにより図中の y と z の長さが求まる．眼球半径をた．

Ｌとすると，図中φとψとθの関係は3.3.2. 眼 球 動 作 の作 成 方 法本 実 験 に 使 用 し た ア ン ド ロ イ ド RelieeQ2 は エ ア ア
クチュエータで構築されているため制御性に乏しい．
そのため，指令値と視線偏位角の対応関係は線形ではφ = Sin −1yL

ψ = Sin −1zL

θ=φ +ψ2

これによりθが求まる．

-3-

3.4. 評 価 方 法
佐藤らは人同士でのアイコンタクトが成立した状態を，ある眼球動作においてアイコンタクトしていると 答 え た 人 が 50％ を 超 え た も の と 定 義 し た [9]．本 稿 でもこの定義と同様に「アイコンタクトしていると答えた 人 が 50%を 超 え た 眼 球 動 作 」を ア イ コ ン タ ク ト が 成立した動作とする．
本 実 験 で は 11 人 が 被 験 者 と し て 参 加 し た （ 男 性 8人 ，女 性 3 人 ）．図 4 よ う に 質 問 項 目 を 設 定 し ，被 験 者には眼球動作１つを見終わる毎に質問に答えてもらった ．ア イ コ ン タ ク ト し て い る と い う 回 答 は ４ .の み で ある ．１ .か ら 順 に ，徐 々 に 被 験 者 が「 見 ら れ て い る 」と感 じ る 度 合 い が 高 く な る よ う に 設 定 し た ．こ う す る と ，アンドロイドとのアイコンタクトの判別のみならず，見られている度合いも判断できる．

4. 仮 説 と パ ラ メ ー タ 設 定
本実験では，我々は以下の 2 つの仮説を設定した．
以下の仮説が証明されれば，人の視線認知に対する 1つの知見となり，また円滑なコミュニケーションの簡略化に大きく近づくことにもなる．
仮説に基づき，実験で変化させるパラメータを「眼球 の 動 作 方 法 」「 視 線 偏 位 角 」「 被 験 者 の 立 ち 位 置 」 の3 点とした．眼球動作を眼球の静止した動作と動く動作の 2 種類を用意することにより，眼球が動くことによるアイコンタクトの条件の変化を検証する．従来研
究より，アイコンタクトの条件は視線偏位角に依存することから，視線偏位角の異なった数種類の眼球動作を用意する．立ち位置を変化させ，同じ眼球動作を異なった位置から判断することにより，立ち位置によるアイコンタクト条件の変化を検証する．

4.1. 仮 説
4.1.1. 仮 説 １「 視 線 が 一 致 し な く と も 目 が 合うと感じる条件がある」
アンドロイドが人の方に視線を送ることだけではな
く，人に視線を送っていないにも関わらず（視線が一致していないにも関わらず）アイコンタクトしていると感じる条件がある．

4.1.2. 仮 説 ２「眼 球 がサッケード運 動 するとアイコン
タクトする視 線 偏 位 角 の範 囲 が静 止 運 動 に対 し変化 する」
アンドロイドにサッケード運動をさせると，アイコンタクトしたとされる視線偏位角の範囲が静止運動に対して変化する．

4.2. パラメータ設 定
本実験では前述した 2 つの仮説を検証するために眼球動作のパラメータを設定する．

図 4

アンケート項目

4.2.1. 眼 球 の動 作 方 法
眼球の動作方法は，静止動作とサッケード動作の 2種類を用意した．静止動作とは眼球が動かない眼球動作である．サッケード動作とは人の眼球のサッケード運動をモデルとしたもので，注視点での停留と次の注視点への跳躍移動が交互に発生する，視線が停留と移動 を 繰 り 返 す 眼 球 動 作 で あ る ．移 動 は 左 右 方 向 の み で ，注視点の分布はある角度を中心に標準偏差σで正規分布曲線に基づく確率分布をとる．停留時間は，平均停留時間Ｔ，標準偏差ｔで正規分布曲線に基づく確率分布をとる．今回の実験で使用した眼球動作は人のサッケードの動きを実現しようとした．よってサッケード
動 作 で は ， 平 均 停 留 時 間 Ｔ を 200ms， そ の 標 準 偏 差 t
を 50ms と 統 一 し た ．
眼球運動のない静止動作と，眼球運動のあるサッケード動作の 2 種類を用意することで，両者の間にアイコンタクトが成立する条件の差異を確認することができる．

4.2.2. 視 線 偏 位 角
視線偏位角として，静止動作，サッケード動作でそれ ぞ れ 表 1， 表 2 の よ う な 角 度 を 用 意 す る ． 角 度 設 定の 幅 を 3°と す る こ と で 洩 れ が な く 様 々 な 角 度 に 対 処
で き る ． ま た ， サ ッ ケ ー ド 動 作 の 眼 球 の 触 れ 幅 を 1°
（ 左 右 両 側 で 2°） と し た ．

4.2.3. 被 験 者 の立 ち位 置
被 験 者 立 ち 位 置 と し て ， 正 面 0°， 左 6°，右 6°の3 点を設定する．被験者には，いずれの位置からも上
記 の 18 種 類 の 動 作 を 提 示 し ，ア イ コ ン タ ク ト の 成 立 具合を判断してもらう．これで 1 人の被験者の見る眼球動 作 は 18 種 類 ×3 点 ＝ 54 種 類 と な る ．

5. 実 験 結 果
アンドロイドと目が合う条件を検証するための実験を行った．以下に実験の結果について詳述する．

5.1. アイコンタクトの成 立 条 件
被験者の半分以上が「目が合った」と評価した眼球動作をアイコンタクトが成立した条件とする．結果から以下のアイコンタクトの成立条件が導き出された．
（ １ ）左 6°位 置：静 止 動 作 2.0〜 1.0°，サ ッ ケ ー ド 動
作 は 中 心 -4.0〜 -2.3°（ σ =0.7)-4-

角 度 (°)

表 1-15 -12

静止動作の視線偏位角設定-9 -6 -3 0+3 +6 +9
表 3
立ち位置

表 2 サッケード動作の視線偏位角設定
中心角度-9 -6 -3 0 +3 +6 +9（°）
サッケード範 囲
1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0（°）-6°0°（ ２ ） 正 面 ０ °位 置 ： 静 止 動 作 1.3〜 2.5°， サ ッ ケ ー
ド 動 作 は 中 心 -2.3〜 1.1°（ σ =0.7)+6°（ ３ ）右 6°位 置：静 止 動 作 2.5〜 5.2°，サ ッ ケ ー ド 動+12 +15
アイコンタクトの成立条件
目 が合 った(°)
静止-2.0〜-1.0
サッケード -4.0〜-2.3
静止-1.3〜+2.5
サッケード -2.3〜+1.1
静止+2.5〜+5.2
サッケード -1.7〜+0.6

作 は 中 心 -1.7〜 0.6°（ σ =0.7)
た だ し ， 制 御 性 の 低 さ が 原 因 で 眼 球 動 作 が 表 1， 2の 設 定 通 り に 動 作 し な か っ た た め ， 結 果 も 3°刻 み のものになっていない．またサッケード動作のサッケー
ド 範 囲 も 設 定 と は 異 な り 0.7°だ っ た ．
以上を表 3 にまとめる．また，結果の概略図を図 5〜図 7 に示す．なお，人同士のアイコンタクトの成立条件を検証した実験で，人同士のアイコンタクトの成立 条 件 は 視 線 偏 位 角 5°以 内 と い う 結 果 が 得 ら れ て いることから，アンドロイドと人ではアイコンタクトの

図 5

左 6°ア イ コ ン タ ク ト 範 囲

図 60°ア イ コ ン タ ク ト 範 囲

図 7

右 6°ア イ コ ン タ ク ト 範 囲

範囲が異なることが言える．
全体的にサッケード動作に偏りが見られる．サッケー ド 動 作 で ， 中 心 3.9°（ σ ＝ 0.7） の 眼 球 動 作 が ど の位置からもアイコンタクトが成立しなかった．この原因として，眼球の動きが不自然であり，被験者にアイコンタクトが成立しているように見られなかったことが考えられる．

5.2. 仮 説 1 の検 証
今 回 の 結 果 か ら ，左（ 右 ）6°の 位 置 で 、静 止 動 作 ・
サ ッ ケ ー ド 動 作 共 に −（ ＋ ）6°辺 り の 動 作 で 目 が 合 う
こ と が 予 想 さ れ る が 、そ の よ う な 結 果 に な っ て い な い ．
これは，アンドロイドは自らの顔の正面付近に視線を送っているだけで被験者の方に視線を送っていないにも関わらず、被験者からは目が合っているように感じるということである．
逆 に 、被 験 者 が 左 な い し 右 6°の 位 置 に い る 場 合 に 、顔 の 方 向 を 正 面 0°に 向 け て い る ア ン ド ロ イ ド が 視 線だけ被験者の方に向けても被験者は目が合っていると感じないことも言える．
これらは，アンドロイドが視線を人の方に送っていない場合でも，その人はアイコンタクトが成立したと感じることを意味する．よって仮説１は証明された．

5.3. 仮 説 2 の検 証
本実験の結果から，静止動作とサッケード動作でアイコンタクト範囲が異なることが言え，仮説２も証明された．
このことから，アンドロイド上で対話者とアイコンタクトするシステムを実装するためには，アンドロイドが対面相手の方に顔を向け，かつアンドロイドが自-5-

らの正面付近に視線を送り眼球をサッケード動作させる必要があることが確認された．この範囲であれば厳密に視線を一致させずとも，人に対して目が合ったと感じさせることができる．

6. 考 察 と 結 論
6.1. 眼 球 動 作 中 のアイコンタクトの成 立 度 合 いの検証
被験者へのアンケートから，アイコンタクトが成立した動作とそうでない動作が判明した．ここで横軸に時間軸を取り，ある眼球動作のある瞬間における目が合ったと感じる被験者の割合を縦軸に取ったグラフを，

図 8
グラフ

アイコンタクトが成立した動作の

図 8 と図 9 に示す．図 8 はあるアイコンタクトが成立した眼球動作の結果であり，図 9 はあるアイコンタクトが成立していない眼球動作の結果である．アイコンタクトが成立した眼球動作では動作実行中の大半の時
間 で ス イ ッ チ を 押 し た 被 験 者 の 割 合 が 50％ を 超 え ，かつそのグラフは安定している．これに対して，アイコンタクトが成立していない眼球動作ではスイッチを押し た 被 験 者 の 割 合 が 50％ を 上 回 る 瞬 間 も あ る が ，グ ラ
フは眼球動作全体を通して変動が大きく波形となっている．
全体的にアイコンタクトが成立した眼球動作とそうでない眼球動作の間でこれと同様の差異が見られた。
このことから，アイコンタクトが成立した場合，眼球動作中のアイコンタクト成立度合いのグラフの値が山形で安定し，成立しなかった場合波形で不安定になるということが言える．

6.2. 結 論
本稿ではアンドロイドの眼球動作を変化させることにより，人とのアイコンタクト成立条件を検証する実験を行った．本実験では眼球動作のパラメータを変えて提示し，アイコンタクトが成立した眼球動作とそうでない動作に分別した．この結果，アンドロイドが被験者の方に視線を送っていないにも関わらず被験者はアイコンタクトしているように感じる範囲が存在すること，また眼球が静止した動作と動いた動作でアイコンタクトする視線偏位角の範囲が異なること，人とアンドロイドでアイコンタクト範囲が異なることが判明した．
今後は，本研究で得られた結論が別のアンドロイドでも一般的に言えることであるかどうかを検証すべく，別のアンドロイドで同様の実験を行う予定である．また，パラメータを変更（顔の角度，体の角度等）するなどして実験を行う等，更なるアイコンタクト成立条件の解明を行いたい．

図 9 アイコンタクトが成立していない動作のグラフ
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