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第 28 回日本バーチャルリアリティ学会大会論文集（2023 年 9 月）

移動タスク距離の違いがわずかな遅延による操作成績向上に与える影響に関する調査
Eﬀects of moving task distance on improving operational performance with slight delay
三輪陽雲 1) ，舟橋健司 2) ，谷田浩二 3) , 水野慎二 4)

Yakumo MIWA, Kenji FUNAHASHI, Tanida KOJI, Shinji MIZUNO
1) 名古屋工業大学（〒 465-8555 名古屋市昭和区御器所町, y.miwa.915@stn.nitech.ac.jp）
2) 名古屋工業大学（〒 465-8555 名古屋市昭和区御器所町, kenji@nitech.ac.jp）
3) 近畿大学（〒 577-8502 東大阪市小若江 3-4-1, tanida@mech.kindai.ac.jp）
4) 愛知工業大学（〒 407-0392 豊田氏八草町八千草 1247, s mizuno@aitech.ac.jp）
概要: 当研究室のこれまでの実験で, 道具操作により対象物を移動するタスクにおいてわずかな遅延が操作成績を向上させることが示唆された. また実際の手の移動量に対する画面上での移動量の比率が影響することを確認した. 本研究では, 移動する距離自体の違いによる影響について調査した. 移動距離の近い方が成績向上が示唆される結果を得た. タスクの難易度の影響が確認できた.
キーワード： 道具操作, 遅延, 操作感覚

1.

はじめに決定した. その上で、いくつかのパラメータを変更して比筆者らはこれまでに, 遅延が道具操作に及ぼす影響を調較実験を行い (実験 2∼5), 奥行き方向への移動制限や, 手の査している [1]. 遅延は一般的に, 道具操作に悪影響を与え移動量とそれに応じた画面上での移動量の違いが, わずかなるだけと考えられている [2][3]. しかし, 日本の自動車メー遅延による操作成績の向上に影響していることを確認した.

カーであるマツダ株式会社は以下の様に述べ, 遅延を肯定的また官能評価により, 実際には力覚提示装置による支援を行にとらえている. 「アクセルを動かし始めて, 首筋の緊張がなっていないにもかかわらず, わずかな遅延において支援の始まるまでの時間は 0.2∼0.3 秒で一定であり, “その構えの存在を感じていることも確認した. 本研究では, 新たに移動タイミング” に合わせて加速度を発生させることが, 理にかタスクの距離の違いが操作成績の向上に与える影響を調査なった自然な反応を実現する第一の必要条件である」[4]. こする. 本論文では, まず初めに実験の手順を示し, 続いてこの見解と過去の実験 [5] から, 我々は適切な遅延は道具の操れまでの実験結果について整理する. その後, 移動距離の違作成績を向上させるという仮説をたて, 遅延の影響を調査すいが操作成績の向上に与える影響について述べる. なお, 本るための実験を行った. 実験は, 文献 [5] の単純なボタン押研究の目的は遅延が道具操作の成績を向上させるメカニズ

し操作等よりもやや複雑なタスクにおいて, 遅延を用意に実ムの解明ではなく, 遅延が成績を向上させる条件を特定する装するために, VR 環境で行った [6]. 画面にはマジックハ

ことにある.

ンドが表示されており, 被験者は 3 次元位置入力デバイスによってマジックハンドを操作する. マジックハンドによっ2.

実験についてて被験者は画面内で球を一方の台から他方の台へと移動さ

2.1

実験システムと手順せる (図 1). 入力デバイスの操作から画面のマジックハン

実験では，位置入力に力覚提示の可能な PHANTOM (Ge-ドの反応描写までの間に, 意図的な遅延を設ける. 実験の結omagic Phantom Omni) を使用した．出力装置として 22

果, 50ms-100ms 程度のわずかな遅延において操作成績が向インチ液晶ディスプレイを用いており, 画面に表示されるマ上した (図 2，球を移動させる時間が減少した). しかし、いジックハンドは PHANTOM スタイラスと連動して表示さかなる条件においてもわずかな遅延が操作成績を向上させれる. 被験者は PHANTOM を操作することで画面上のマるとは限らない. そこで我々はこの実験（以下, 実験 1）のジックハンドを操作し，画面内の対象物を台から台へ移動実験システムにおけるどのような要素, 要件が遅延による操させる．PHANTOM による入力と画面への出力の間に遅作成績の向上に影響を与えているか調査している [7]. まず、延をもうけることで，被験者の手からマジックハンド，そし同様のタスクに対して成績向上の見られない実験システムて対象物の動きに対しての遅延を実現する．操作成績を得を新たに用意した (図 3). 試行錯誤の上でパラメータなどをるために対象物の移動時間を計測したい. そのため操作可能図 1: 実験 1 の画面

図 3: 実験 2∼5 の画面

図 2: 実験 1 の操作成績

図 4: 実験 2∼5 の操作成績

な時間計測状態と, 操作不可能な非計測状態を明確に分けたな遅延を付加することがあることを理解してもらう．実験い．そこで移動開始前には画面中の対象物を固定する．加における遅延は 0ms (入力遅延と描画遅延を含めると最小えて視覚的にも固定されていることを表すために対象物のでも実験 1 では 5ms，実験 2 以降は 16ms であるが，ここ上に「ふた」を描画する．この時，PHANTOM を固定する

ではそれぞれの遅延を「遅延なし」0ms と扱う) から 450ms

ことで, 画面中のマジックハンドの移動も制限する．移動操までの，50ms 刻みの 10 種類とする. 被験者には以下の通作開始を予告するために 3 秒間のカウントダウンを数字でり，1 回の試行において 10 回の移動タスク (5 往復) を連続表示する．カウントダウン後に前述の固定を解除することして行ってもらう．

で，被験者は移動操作が可能となる．また，台と台の位置

手順 1 遅延と台の位置をセットする．

関係が常に同じであると被験者が操作に慣れてしまう恐れ

手順 2 被験者に自身で PHANTOM を操作してもらい，画面中のマジックハンドを動かして台の上の対があるため，台の位置も変更可能とする．ただし，互いの象物を掴んでもらう．

距離が変化してしまうとタスク間の公平性が保てず，移動時間の評価に支障をきたすため，これらの距離は大きく異手順 3 各試行において，タスクを 10 回 (5 往復) 行う．

ならないものとした．被験者には実験に先立ち，タスクの3-1 カウントダウンの 3 秒の間待機してもらう．

位置づけを理解してもらうため，以下の基準動作 1-4 を体3-2 開始の合図と同時に，台の上の対象物を他方の験してもらう．
動作 1 手で対象物 (スポンジ) を直接操作する．
動作 2 実物のマジックハンドで対象物 (スポンジ) を直接操作する．

台にできるだけ早く滑らかに移動してもらう．
実験 1 では，被験者 20 名に対して 1 人あたり 5 試行，5 通りの遅延をランダムな順で割り当てた．実験 2 では，被験者 30 名に対して 1 人あたり 8 試行，8 通りの遅延をランダ

動作 3 遅延を最小としたシステムで対象物を操作する．

ムな順で割り当てた．実験 3 では被験者 24 名, 実験 4, 5 で動作 4 実験における最大の遅延を設けてシステムにおは被験者 10 名に対して 1 人あたり 10 試行，10 通りの遅延いて対象物を操作する．
この動作 1 により道具を利用しない移動操作を理解してもらうとともに，動作 2 により実際の道具による対象物の移動操作を行う状況を体感してもらう．動作 3 は動作 2 と同等と位置づけであるとの説明を与えるとともに，実験システムに慣れてもらう．動作 4 により実験においてこのようをランダムな順で割り当てた．

2.2

各実験の違い

本節ではまず, 比較のために変更を考慮したパラメータなどを列挙する.
(1) 操作量(1)-1 奥行き方向の移動制限の有無

表 1: 手座標距離と画面座標距離の関係
手座標距離 [mm]

画面座標距離 [mm]

実験 1, 4 & 510.78

実験 2 & 311.48

実験 6 & 711.07

表 3: 実験 2∼5 の比較項目と結果
移動量の比率0.78

1.48

実験 5 [ ∗ ]実験 3 [#]

移動制限の有無無し
実験 4 [#][ ∗ ] 5%の有意差をともなう成績向上

実験 2 [ – ]奥行き方向への有り[#] 有意差の無い成績向上[ – ] 成績向上無し

表 2: 台の大きさと位置関係(直径/垂直距離/水平距離/直線距離)
台同士の中心の直線距離である. 実験 1 においてはタイプ 1

実験

手座標距離 [mm]

画面座標距離 [mm]

実験 1(タイプ 1)

71.8/162/162/229

56/127/127/179

に対してタイプ 2 は左右対象, タイプ 3 は台同士の関係は全実験 1(タイプ 2)

71.8/162/162/229

56/127/127/179

体に高く同じ角度のまま中央に寄っており距離が近かった.

実験 1(タイプ 3)

71.8/144/144/203

56/113/113/160(2)-2：実験では球を台の上へと移動させる. 台の大きさも結実験 1(平均)

71.8/156/156/220

56/122/122/173

果に影響することが考えられるが, 各実験における台の大き実験 2 & 3

46/67/147/161

72/89/222/239

さは表 2 の通り, 実験 1 に対して実験 2 以降では小さく, 全

実験 4 & 5

46/67/147/161

35/52/174/186

実験 6て同じであり、まだ比較していない. なお, 画面座標系にお46/67/147/161

49/72/157/172

実験 746/82/205/220

49/88/220/236

いては前述の比率の通り, 一様ではない. また, 実験 1 の台の直径に関しては，ターゲット台の直径を表 2 に示しており，スタート台は手座標系で 43.1mm，画面座標系で 34mm(1)-2 画面上マジックハンドと入力装置の移動量の比率(2) 台(2)-1 台の大きさ(2)-2 台の位置関係(3) 表示サイズ(3)-1 モニタサイズ(3)-2 ウィンドウサイズ(4) 奥行き感(4)-1 視線の仰角(4)-2 床面の見え方(5) 見栄え(5)-1 色合い(5)-2 陰影
続いて，各項目について詳細を述べる．
(1)-1：実験 1 では, タスクを簡単化するために, 力覚提示装置により奥行き方向の移動を完全に制限していた. すなわ
ち, ボールを掴んだマジックハンドの先端は上下左右の移動のみが可能な垂直平面内に限られていた. 実験 2∼5 では奥行き移動を制限しない環境でのタスクと比較した.

(1)-2：実験システムにおいて, 実際の手の移動量と画面内のマジックハンドの移動量の関係は等しいとは限らない. それ
ぞれを手座標距離，画面座標距離として，これらの距離の関係, すなわち比率は実験 1 において 0.78 であった (表 1).
実験 2∼5 では異なる比率の環境でのタスクと比較した.

(2)-1：実験ではマジックハンドにより球を一方の台から他方の台へと移動させる. 本論文では新たに, 台の配置 (台同士の距離) に注目した比較実験を行う (3 節, 実験 6 と 7). 各
実験において台同士の配置は 3 種類を用意している. 実験 1と 2∼5 (および 6 と 7) における各台の大きさと位置関係を
表 2 に示す. 距離の各数値は左から順に, 台の直径/台同士の中心の垂直方向の距離/台同士の中心の水平方向の距離/と異なる大きさにしていた．

(3)：モニタは，BenQ G2200W 22inch，画素数 1680 × 1050である. 実験 1 を含めて全ての実験で同一であった. ウィン
ドウサイズは図 1 に示す通り，実験 1 は 800 × 800 であった．実験 2 以降は, 実験 1 とは異なる 1680 × 1050(フルスクリーン) であった. ウィンドウサイズに注目した比較実験も, まだ行なっていない.

(4)，(5)：視線の仰角は, 実験 1 では水平方向の並行投影をベースに擬似的に立体感を表現していたため, 単純に示すことが困難である. 実験 2 以降では, 15.8 度の角度である. 床面と色合いや陰影などは, 実験 1 は図 1, 実験 2 以降は図 3 の通りである. これらに注目した比較実験も行なっていない.

2.3

奥行き制限と移動量比率の比較実験

実験 2∼5 において奥行き方向の移動制限と移動量の比率による違いを比較した. 組み合わせと結果を表 3 に示す.

(1)-1：実験 2 と 3 の結果を比較すると, 移動を制限をした
実験 3 のみで遅延の大きさが 50ms の時に成績がわずかに向上していた (図 4). 実験 4 と 5 では, 遅延 50ms において実験 4 では成績がわずかに, 実験 5 ではやや向上していた.
実験 3 と 4 での成績向上は有意差が見られなかったが, 実験5 では 5%の有意差が見られた. 奥行き方向への移動制限は遅延による操作成績向上に必要な要素であると考えられる.

(1)-2：実験 2 と 4 の結果を比較すると, 実験 2 では操作成
績の向上は見られず, 実験 4 では遅延の大きさが 50ms の時に操作成績がわずかに向上していた (図 4). 実験 3 と 5 では, 遅延 50ms において実験 3 では成績がわずかに, 実験 5ではやや向上していた. 前述の通り実験 5 では 5%の有意差が見られた. すなわち, 移動量の比率が小さいことは遅延による操作成績向上に必要な要素であると考えられる. しかし, 比率は小さいほど操作成績を向上させるとは限らない.

図 5: 実験 6 の操作成績

3.

距離の違いによる比較実験
本節では新たに, 台の位置関係を変更した実験 6, 7 を行

図 6: 実験 7 の操作成績

謝辞 本研究の一部は JSPS 科研費 JP20K11918 およびJP23K11182 の助成を受けたものです.

う (前節 (2)-1). なお, 奥行き方向への移動は制限せずに, 移

参考文献

動量の比率は 1.07 にする. 台の配置は 3 種類であるが, 左右対象や高さ違いであり, 相対的に同じである. 実験 6 の台

[1] T. Kataoka, K. Funahashi, K. Tanida and K. Yashiro.

同士の距離は手座標で 161mm (実験 2∼5 に同じ), 実験 7

A Study of Sense of Self-Agency Focused on Noiseの距離は 220mm (傾きは実験 6 と同じで直線距離が実験 1and Delay in Multiple Input Operation, Proc. of theの平均に同じ) である (表 2). 被験者は大学生及び大学院生

GCCE 2017, pp. 484-487, 2017

であり, 実験 6 では 18 名, 実験 7 では 17 名である. またす[2] T. Waltemate, I. Senna, F. Hulsmann, M. Rohde,べての参加者から実験参加について同意が得られている. 両

S. Kopp, M. Ernst, and M. Botsch. The impact of

実験の被験者に対して 10 名は 1 人当たり 5 試行, 残りの被latency on perceptual judgments and motorperfor-

験者は 1 人あたり 10 試行, 両者とも 10 通りの遅延をラン

mance in closed-loop interaction in virtual reality.

ダムな順で割り当てる. 実験の準備や手順については, 2.1

Proc. of the VRST 2016, pp. 27–35, Nov. 2016. doi:

節と同様である.

10.1145/2993369.2993381

タスク達成時間について考察する (図 5, 6). 実験 6 の遅

[3] H. Tochioka, H. Ikeda, T. Hayakawa and M.

延 50ms に着目すると遅延なし (0ms) に比べて平均タスク

Ishikawa. Eﬀects of latency in visual feedback on hu-達成時間が短くなっている. 遅延が 0ms の平均タスク達成

man performance of path

時間と 50ms の平均タスク達成時間に対してマンホイット

the VRST 2019, Article No. 65, Nov. 2019. doi:

ニーの U 検定を行ったところ有意差は見られなかった. し10.1145/3359996.3364726

かし実験 2∼5 のときのように, 単独の項目では有意に成績が向上しなくても (実験 3 や 4), 複数の項目の組み合わせにより有意な成績向上が期待できそうである (実験 5). しかし, 距離が近いほど操作成績を向上させるとは限らない.

4.

むすび
本研究では, 移動タスク距離の変更がわずかな遅延による道具操作成績の向上にどのような影響を与えるのか調査を行った. 移動距離が長い実験では成績の向上が見られなかったが, 短い実験では有意差は確認できなかったものの, わずかな遅延による操作成績の向上が見られた. 移動タスクにおける距離の短縮は操作成績の向上に影響を与えていそうである. 今後は、台の大きさの違いによる影響についても比較実験を行うとともに, 合わせて移動量比率や移動距離がさらに小さい場合についての検証実験を行う予定である. これらの知見はユーザインタフェースデザインに貢献するだろう.

steeringtasks. Proc. of[4] 渡辺洋史, 田中健治, 藤岡陽一, 國分弥則, 山口俊行，新型デミオのパフォーマンスフィール，マツダ技報，No.32，pp. 42–47，2015．
[5] C. Farrer, G. Valentin, and J. M. Hupé. The
time windows of the sense of agency. Consciousness
and Cognition, 22(4): 1431–1441, Dec. 2013. doi:10.1016/j.concog.2013.09.010[6] R. Akimoto, M. Miyaji, K. Funahashi, K. Tanida,
S. Mizuno, Positive Eﬀect of Slight Delay for Operational Performance, Proc. of the GCCE, pp. 162–166,2021.
[7] 三輪陽雲，舟橋健司，谷田公二，水野慎士, 道具操作におけるタスクの違いとわずかな遅延の積極的影響に関する調査，第 27 回日本バーチャルリアリティ学会大会論
文集，2D1-5, 2022．