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時計台プロジェクションマッピングプロジェクト
巳波弘佳

キーワード：プロジェクションマッピング，Project Based Learning，負荷分散，アルゴリズム，待ち行列1.

はじめにを定めてその解決に取り組むこと，またそのために主体的に学習する機会を保証し促進することが重要な課

最近，各地でプロジェクションマッピングの上映が題として挙げられました．そのためのアプローチとし流行しています．プロジェクションマッピングとは，て，PBL やアクティブラーニングなどがありますが，建物や物体，空間などの実物に対して，コンピュータこれらは一方向の知識伝達型授業の改善として導入さグラフィックス映像をプロジェクタなどで投影する手れたものであり，課題解決のためにプレゼンテーショ法のことです．

ンやディスカッションなどを通して学生を主体的に学

関西学院大学では，創立 125 周年である 2014 年度から，クリスマス祝賀イベントとして，国の重要文化財で習させることを重視しています．これらは基本的に正課授業において実施される教育手法です．

もある大学時計台に投影するプロジェクションマッピ

一方，授業と直接的な関連がない正課外の学習活動ングを実施してきました．美麗な映像と大学時計台のに着目するものがあります．これまで，サークルやクコラボによる幻想的な世界を広大な芝生広場の空間にラブ活動など正課外の活動は，大学が積極的に支援す創り出すこのイベントは，高い評判を呼び，Facebookべき学習の機会として位置づけられてきませんでしたの「いいね！」は 1 万件を超え，また 1 万人を超える来が，学生の主体的な活動であること，学生が実社会と場者を集め，海外の TV ニュースでも放映されるビッ接点をもつ機会も多いことから，その意義が見直されグプロジェクトです．しかし，これは単なるエンターテてきており，また教育工学分野において研究も始まりインメントを目的としたイベントではありません．実

つつあります [2, 3]．

は，一種の PBL (Project Based Learning) なのです．

正課外の学習活動では，学生は大学の意図に沿ってPBL やアクティブラーニングというキーワードは，活動しなければならないという制約はありません．そOR 分野のみならず，近年の大学教育を賑わせていますのため，学生が学習活動に取り組むこと自体も，学生が，関西学院大学も重点項目の一つとして取り組んでの主体性に依存します．成績評価や報酬による強制力います．本稿の筆者の巳波は，学長補佐，アカデミックもない状況で主体的な学習活動を促進することは容易

コモンズ活性化委員会委員長，そして時計台プロジェ

ではないため，そのような試みはこれまでほとんどあクションマッピング総合プロデューサーなどの様々なりませんでした．しかし一つの例として，関西学院大立場で，多くの実験的な取り組みを行ってきました．

学の理工学部と総合政策学部の学生約 5,000 人が学ぶ

本稿では，これらの取り組みを紹介し，さらに時計台プロジェクションマッピングプロジェクトで開発された技術について紹介します．

2.

関西学院大学アカデミックコモンズ

神戸三田キャンパスに 2013 年 4 月に開設されたアカデミックコモンズが挙げられます．
アカデミックコモンズは，授業課題の学習場所という位置づけに留まらず，授業に限らず学生が興味・関心をもったことにグループで取り組み，企画立案・研究

文科省中教審答申 [1] において，大学教育では専門開発・広報を行っていくことも広く大学での学び（イ的知識や技能の習得のみならず，学生が主体的に問題ンフォーマル・ラーニング）と捉え，むしろ積極的にこのような活動を取り込んで展開する場として位置づ

みわ ひろよし関西学院大学 理工学部
〒 669–1337 兵庫県三田市学園 2–1

けました．一般的には正課授業に関連する課題に取り

miwa@kwansei.ac.jp

ズとは異なり，正課授業と直接的に関連づかない学生組む場として活用されることが多いラーニングコモン

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の活動も展開している点が，アカデミックコモンズのを開催するプロジェクト，オリジナル OS 開発を目指大きな特徴です．

すプロジェクト，映像制作を行うプロジェクトなども主体的な学習活動を促進する仕掛けとして，グルーあります．学生が主体的に実社会と接点をもつというプが一定期間で達成する目標を掲げて挑戦する「プロ観点から OR の実践とも相性がよいため，様々なプロジェクト」があります．選考のうえ，活動場所や経費ジェクトに対して，OR 的な知識を学んで活用するよ補助，広報など様々な支援も受けられる「リード・タ

うな助言をする場合もあります．

イプ」プロジェクトや，経費補助はつかないもののス

これまでの一般的な正課外の学習活動としては，国キルアップ支援などが受けられる「チャレンジ・タイ際ボランティアなど「文系的な」グループが多く，理プ」のプロジェクトなど複数のタイプがあります．こ工系のテーマのものはグループ数もテーマ数も少ない

れらのプロジェクトは一年限りであり，自動的な継続というのが実態でしょう．しかし，アカデミックコモは認められません．グループとして継続して活動する

ンズでプロジェクトを募集すると，理工系テーマのプ

場合は，発展的な目標を新たに設定しなければならなロジェクト申請も多く，参加している総人数では文系いため，プロジェクトのこれまでの成果と今後の進め的なテーマのプロジェクトのものとほとんど変わりま方について否が応でも再考し，企画して申請書をまとせん．これは，特に理工系の学生の中に，積極的にグめる過程が必要となります．また，ある学生の活動にループを結成して活動するためのハードルの高さに躊よりほかの学生の活動を生み出すという連鎖反応を引躇していた学生層があること，また適切な環境があれき起こすことを目的として，プロジェクトにはアカデば彼らを誘い出せることを示唆しています．また，文

ミックコモンズ内で成果を披露・還元するためのワー

系理系問わず多くの学生がプロジェクトに関わっていクショップや発表会を開催することを奨励・促進してることは，強制や報酬がなくても，より高い達成感を得います．

られると判断したら活動する学生層があることも意味

プロジェクトに対する重要な支援の一つとして，コーしています．アカデミックコモンズの仕掛けは，学生ディネータの関与があります．コーディネータによるの中にある，「『やらされる』のではなく主体的に『何か面談や助言による活動の促進，ワークショップの活性をやってみたい』『やり遂げたい』」という思いを引き化などに関するスキルアップ講座の提供，プロジェク出し，実現するための仕組みとして機能していると考トと適切な学内外の専門家との橋渡しといった様々なえられます．これは，正課授業で得られる能力を補完支援をすることにより，目標への早期到達や目標レベし，教育的効果を相乗的に高めることができる可能性ルの引き上げが期待できます．コーディネータは学内があります．アカデミックコモンズにおける正課外のの教職員ではなく，あえて学外の専門家としています．

主体的な学習活動を促進するプロセスや要因について

これにより，どのプロジェクトとも適度な距離感をもっは広く関心を集めており，これまで国内外から 600 人て客観的立場から関わることができ，学生への過度の以上の視察・見学があり，研究対象としても注目され関与や強制，偏った誘導などが回避できるようにしてています．

います．
リード・タイプのプロジェクトとしては，2013 年度

6 グループ，2014 年度 11 グループ，2015 年度 7 グ

3. 関西学院大学時計台プロジェクションマッ
ピングプロジェクト

ループ，2016 年度では 11 グループがあります．今年

3.1 プロジェクトと OR

度（2016 年度）は学生約 100 人が参画し，そのうち四アカデミックコモンズの成功もあり，時計台プロジェ

つのグループは新入生・編入生を中心としたメンバにクションマッピングも同様のスタイルで進められることよるものです．プロジェクトの例として，子どもや一般になりました．神戸三田キャンパスにあるアカデミッ

人向けにプログラミングワークショップを開催するこ

クコモンズに関わる学生だけでなく，全学的な学生のとを目的としているものがあります．これは，ICT 技協力が必要であるため，学長室が主導で学生を募集し術の普及と人材の裾野の拡大を目的とするだけでなく，てプロジェクトを構成しています．

自らのプログラミングスキルの向上のみならず，ワープロジェクトには，数十人のコアメンバのほか，大クショップのファシリテーション能力の向上も目指し学聖歌隊や交響楽団などの協力者も多数関わっていまているものです．ほかにも，理工系のテーマのものです．まず全体の企画方針を決め，全員で何度もディスあれば，身近な機材でロボットを作るワークショップ

カッションを通して詳細なシナリオや絵コンテを作成

2016 年 11 月号

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します．それと並行して，コンテンツ製作のためのスキルも学びます．映像製作のみならず大部分の音楽は作曲・編曲するため，美術・作曲・プログラミングなど様々な能力・スキルが必要となります．しかし，多くは初心者なので，映像・音楽製作手法や，ネットワークプログラミング技術も学びます．当初は夏休み中に製作をすべて済ませることを目標とするものの，シナリオ決定の遅れや見直しなど様々な不測の事態が多々発生するため，実際には 9 月以降が山場となりますが，12 月上旬の試写までにはコンテンツ製作はすべて終えます．実施前日には，プロジェクタやスピーカ，オペ

図1

リアルタイムインタラクティブプロジェクションマッ
ピング制御システム

レーションセンタとなるテントなどを設営し，夜を徹して投影に向けた最終調整を行います．そして，金曜

方，後者は膨大なトラフィック・処理要求が限られたの夜から土曜・日曜と続く 3 日間の上映を迎えるとい空間内で短時間に発生するため，適切な制御を行わなう流れになります．なお，当日には関連イベントとしければなりません．しかし，これに適した制御システてワークショップも開催しており，これらも同時並行

ムはこれまでありませんでした．これは，プロジェクで別メンバによって準備がなされ，実施されます．

ションマッピングはアート性が強いものであるため，プロジェクト遂行のための様々な OR 手法がありま

少数の観客が高度な映像効果を楽しむコンテンツが主すが，これまでは残念ながら実際に活用するまでには流であったことと，多数の観客が関わるものは単純な至りませんでした．学部・学科どころかキャンパスもコンテンツに限られていたことが理由です．

異なる大勢のメンバが，成績評価や報酬のような何の2015 年度の時計台プロジェクションマッピングで強制力も促進力もないにもかかわらず，正課授業と両は，まずコンテンツとしての美しさや斬新さの観点か立させつつ，全貌が見えない高負荷の巨大プロジェクら，多数の観客によるリアルタイムインタラクティブトを試行錯誤しながら遂行しなければならないため，プロジェクションマッピングの実施を計画しました．

効率追及を考える以前に自転車操業的に進めざるを得

しかし，その実現の困難さがわかるにつれて，制御シないからです．OR 手法を適用するためには，業務がステムから新たに研究開発する必要がありました．そ定まっていて客観的に分析対象としてみることができこで担当チームは，負荷分散制御や関連するアルゴリる状況が必要です．

ズム，待ち行列についても学びつつ，並行して実際のしかし，コンテンツ製作においては研究開発要素もシステムを設計し開発を進めました．

あるため，そこに数理モデルやアルゴリズムの知識とこの IPM は，観客が各自のスマートフォンから操その活用が必要となる場合もあります．ここでは，特作データを送り，その操作データに基づいた映像がプに 2015 年度の時計台プロジェクションマッピングのロジェクタにより投影されるというものです．スマー

一部のパートで実施したインタラクティブプロジェク

トフォンからの操作データの送信には，新たなアプリションマッピングについて紹介します．

をインストールするのではなく，ブラウザ（以下，操3.2 インタラクティブプロジェクションマッピング

作クライアント）を用いることにしました．スマート

インタラクティブプロジェクションマッピング (IPM)

フォンからは携帯通信網を通じてインターネット上のとは，プロジェクションマッピングと様々なセンシンサーバにデータが送られることになります．

グ技術・通信技術を組合せたものです．観客が参加・体負荷が集中するサーバがボトルネックとなることを験できるインタラクティブなパフォーマンスやメディ避けるために，図 1 のような制御システムを設計しまアアートにも用いられ，注目されています．IPM には，した．

少数の観客のみが参加できるものと，多数の観客が参本システムは，まず，操作クライアント集合を IP ア加できるものがあります．前者は参加者を限定していドレスのハッシュを用いて分割することで，各クライるため，特別に用意された機材やセンサを用いて観客アントがアクセスするフロントエンドサーバを分散さの動作などをリアルタイムに収集して処理することにせます．クライアント数やアクセス頻度に応じてフロより，高度な映像効果を演出することも可能です．一ントエンドサーバ数を調整することにより，受付処理

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の負荷を適切に抑制することができます．次に，マスタサーバを操作クライアントの操作データの処理のみに特化させることにより，最小限の負荷に抑制します．
操作クライアント間の操作データを独立して処理できるコンテンツであれば，マスタサーバも複数化することにより，それぞれの処理負荷をさらに軽減できます．
また，映像生成に特化した描画クライアントを別途設けました．生成する映像にもよりますが，描画クライアントの負荷は極めて大きくなります．そこで，ほかの機能と分離することによって，より高度な映像の生成が可能となりました．フロントエンドサーバとマス

図2

受胎告知パート

図4

図形パート疎状態

図3

デザインパート

タサーバは，インターネット上に配置され，描画クライアントは会場に配置され，これらの間はセキュアな通信によりデータが転送されます．
操作クライアントからのアクセスのたびに受付処理・映像生成を行う単純な構成であっても，参加者数が少なければ動作しますが，アクセス頻度が大きい場合は，それでは処理が追いつきません．そこで本システムでは，受付処理・操作データ処理・映像生成処理の機能を分離することによって，それぞれの機能の負荷を下げています．この構成には別のメリットもあります．本システムにおいて，フロントエンドサーバ・マスタサーバがダウンした場合でも，少なくとも映像生成が途切

図5

図形パート密集状態れることは絶対に避けなければなりませんが，フロントエンドサーバ・マスタサーバのダウンなどの異常を検知すると，描画クライアントに予め用意しておいた自動映像生成機能を即座に動作させることにより，違和感なく映像の投影を継続することが可能となります．
以上のシステムの開発により実現できたリアルタイ
ム IPM を一部のパートとして組み込み，2015 年度の時計台プロジェクションマッピングは次のような構成
図6となりました．まず，カウントダウン映像と音楽のの図形パート操作クライアント画面ち，キリスト降誕映像など，クリスマスを祝賀する様々な映像・音楽パートの後，IPM のパートが続き，そのできるようになっています．観客は，画面上のラジオパートの最終部分から再び通常映像に移行して終了しボタンをタップすることで図形の色と形を選択し，時ます．図 2，図 3 に，上映された主な映像を挙げます．

計台の画像をタップすることで，選択した図形と色をIPM は二つのサブパートからなっています．一つ目

モーダルウィンドウに表示してサーバにデータを送信のサブパートは，観客が様々な色と形の図形を選択しします．てスマートフォン上の時計台の絵の適当な位置に置く

もう一つのサブパートは，観客がスマートフォン上と，実際の時計台のその位置に選択した図形が投影さに指で描いた軌跡に応じて，実際の時計台上にその軌れるというものです（以下，図形パート）．図 4 および跡が描かれ，その軌跡に沿って光の玉が動き，終端で図 5 に，実際に上映された際の映像の一部を挙げます．

氷の花が開くというものです．さらに，開いた氷の花

図 6 に，観客のスマートフォン上に表示した画面をの数に応じて時計台が周囲から次第に凍りついていき挙げます．ここでは，選択できる図形を 6 種類，選択ます（以下，氷の花パート）．図 7 および図 8 に，実できる色を 9 種類とし，それぞれラジオボタンで選択際に上映された際の映像の一部を挙げます．

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アントの負荷は極めて大きいため，なんらかの制御を行わなければスムーズに動く映像を上映することは困難でしたが，開発したシステムにより，違和感のない自然で美しい映像を実現することができました [4]．

4. まとめ
本稿では，関西学院大学時計台プロジェクションマッ
ピングプロジェクトと，その原型となった，神戸三田キャンパスのアカデミックコモンズにおけるプロジェ
クトのコンセプト，そしてリアルタイムインタラクティ
図7

氷の花パート疎状態 図 8

氷の花パート密集状態

ブプロジェクションマッピングの実現のために学生チームによって開発された技術について紹介しました．

PBL やアクティブラーニングの実践方法は多々ありますが，正課外の学習活動支援に着目することで，学部・学科を越え，学習到達目標という制約すら超えた成果を引き出す可能性があること，またその例が実際に存在することを示しました．特に理工系をテーマとするプロジェクトにおいては，個々の技術において ORの導入・実践が可能であることも示しました．学生が実社会の課題と向き合いながら主体的に学ぶプロジェ
図9

氷の花パート操作クライアント画面

クトにおいて，実社会とのつながりを重視する OR の有効性が示されたといえるでしょう．

図 9 に，観客のスマートフォン上に表示した画面をなお，今年度の時計台プロジェクションマッピング

挙げます．観客のスマートフォンの画面中央にカンバは，2016 年 12 月 17，18 日に一般公開されます1 ．ぜスを配置したものとなっています．観客は，スマート

ひお越しいただき，美しい世界をご堪能ください．

フォン上の中央にあるカンバス上に指先で軌跡を描い

参考文献て指を離すと，軌跡のデータを区分的直線データとして簡略化したものをスマートフォン画面上に表示し，軌跡データをサーバ側に送信します．

2015 年に行われたプロジェクションマッピングの観客数は，一上映当たり 1,000 人〜3,000 人程度でしたが，実際に IPM に参加した観客数は最大で 500 人ほどであり，予想された人数を大幅に下回りました．これは，上映されている映像の撮影と IPM への参加を1 台のスマートフォンでは同時にはできないため，多くの観客は映像の撮影を優先したからだと思われます．
しかし，この程度のアクセス数であっても描画クライ[1] 文部科学省， 新たな未来を築くための大学教育の質的転換に向けて―生涯学び続け，主体的に考える力を育成する大学へ―， http://www.mext.go.jp/b menu/shingi/chukyo/chukyo0/toushin/1325047.htm[2] 文部科学省， 大学における学生生活の充実方策について―学生の立場に立った大学づくりを目指して―， http://www.mext.go.jp/b menu/shingi/chousa/koutou/012/toushin/000601.htm[3] 時任隼平，久保田賢一， 卒業生を対象とした正課外活動の成果とその要因に関する研究， 日本教育工学会論文誌，
36, pp. 393–405, 2013.
[4] 関西学院大学時計台プロジェクションマッピング 2015，http : / / www . kwansei . ac . jp / news / 2015 / news 2015
1221 011839.html

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