情報処理学会研究報告
IPSJ SIG Technical Report

高臨場感リモート Co-Cooking を実現する
IoT まな板の設計と空間提示方法の検討
三崎 慎也1,a)

松井 智一1,b)

中村 優吾2,3,c)

安本 慶一1,d)

概要：近年の 3D-LiDAR や HMD の進歩により，複数のユーザが，自身および周辺物理空間のセンシング
し空間データを仮想空間に持ち寄ることで臨場感が高い交流を行うことを可能にするサイバーフィジカル
空間共有システムが提案されている．このシステムは，没入感のある空間共有を実現できる一方で，点群データの粗さや，HMD 装着による動きの制約により，現実空間の物理オブジェクトとの精緻なインタラ
クションを前提とするアプリケーションに適用するには課題がある．本研究では，HMD を使用せずに物理オブジェクトへの精緻なインタラクションを遠隔ユーザの間で高い臨場感を伴って共有するための新たな提示デバイスと空間提示法の開発を目的とする．ユースケースとして料理教室を想定し，講師の動作を見ながら調理することを可能にする IoT まな板を開発した．IoT まな板はアーム付きカメラ，ディスプレ
イ，ロードセルセンサを搭載し，まな板上の調理動作の撮影と共有，講師および他の参加者の調理動作のまな板上への表示，食材の重さや力の入り具合の計測・表示と共有を可能にする．さらに，追加のまな板を近くに置くことにより，他の調理者の調理状況をまな板上の映像や情報を通して高臨場感に再現可能である．また，本デバイスを用いた新しい空間提示方法として，利用可能なデバイス数を増やした場合や他デバイスと併用する場合における様々な高臨場感空間共有手法を提案する．

1. はじめに提供可能な，高い臨場感を持った空間共有システムが必要となる．しかし，現実世界と仮想空間を共有するために

近年の 3D-LiDAR や HMD の進歩により，複数のユー

3D-LiDAR を用いる場合，点群データの粗さが高い臨場感

ザが，自身および周辺物理空間のセンシングを行い，空間を実現する上で問題となる．また HMD は，装着すると自データを仮想空間に持ち寄ることで臨場感が高い交流を行身の周辺の物理空間における視野が制限される，または，えるサイバーフィジカル空間共有システムが提案されてい装着による動きの制約がかかるなどの問題のため，現実空る [1]．最近になって，HMD を使った空間共有システムに間の物理オブジェクトとの精緻なインタラクションを共有関する研究や製品は数多く登場しており，現実世界の仕事することを前提とする活動には適していない．そのため，

を仮想空間内で再現して体験すること [2] や映画を仮想空

HMD を使用しなくても，高い臨場感を得ることが可能な間内で再現して非現実的な体験をすることが可能となっ空間共有システムが求められる．

ている*1 ．コロナ禍での感染リスクを低減するための行動

様々なデバイスを使用して高い臨場感を実現する空間提制限のもとでは，様々な社会経済活動において，現実空間

示方法が幾つか提案されている．例えば，首の動きだけでに集まらなくても，遠隔から行動の指示やサポートを行っはなく視線の方向を認識し，アイコンタクトができるようたり，仮想空間内で実際に会って話しているような体験をにすることで高い臨場感を実現する研究がある [3]．しかし，これら既存研究では，HMD を使用する必要がある点

1

2

3

a)
b)
c)
d)
*1

奈良先端科学技術大学院大学
Nara Institute of Science and Technology
国立研究開発法人科学技術振興機構 さきがけ
JST PRESTO
九州大学
Kyushu University
misaki.shinya.mq9@is.naist.jp
matsui.tomokazu.mo4@is.naist.jp
y-nakamura@ait.kyushu-u.ac.jp
yasumoto@is.naist.jp
https://www.playstation.com/ja-jp/games/marvels-ironman-vr/

c 1959 Information Processing Society of Japan⃝

で物理オブジェクトとのインタラクションを前提とする活動への適用が難しい．一方，HMD を使用せず，ピアノに
ディスプレイとプロジェクタを設置し，鍵盤にプロジェク
タによって映像を投影することにより，ディスプレイの中の人が鍵盤をたたいて演奏しているような臨場感のある体験を提供する研究も行われている [4]．しかし，プロジェク
タ等を環境に固定する必要があるという点で，活動できる
エリアや活動の種類が限定されるなどの問題がある．

1

情報処理学会研究報告
IPSJ SIG Technical Report

本研究では，HMD を使用せずに物理オブジェクトへのファイバーケーブルをまな板全体に張り巡らせ，まな板に精緻なインタラクションを遠隔ユーザ感で高い臨場感で共置かれた食材の色をそのファイバーを通してカメラで読み有するための新たな提示デバイスと空間提示法の開発を目取ることによってまな板に置かれた食材の種類を認識する的とする．本稿では，ユースケースとして料理教室を想定

研究を行い，12 種類の食材を 80%の精度で認識すること

し，調理の必須アイテムである「まな板」を IoT 化し（「IoTに成功している．

まな板」と呼ぶ），空間提示デバイスとして使用するアプ
ローチを提案する．

このように調理を行う上で必ず使用するまな板にデバイスを加えて，食材の認識を行い，調理サポートを行うシス

提案するアプローチでは，高臨場感の空間共有をシンプ

テムは複数提案されている．しかし，これらの既存研究はルな構成で実現するため，4 つの要件：(1) 講師の精緻な調デバイスの使用者のみを支援の対象としており，本研究が理動作を見ながら調理動作ができる，(2) 自分の調理動作対象とする調理動作の遠隔ユーザ間での共有はできない．

を講師や他の生徒に見せることができる，(3) 他の生徒の調理動作が見れる，(4) 1 種類のデバイスを導入するだけ

2.2 VR・AR を使用した空間提示方法

で上記 (1)–(3) が実現できる，を設定した．
これらの要件を満たすため，IoT まな板にはアーム付き
カメラ，ディスプレイ，ロードセルセンサを搭載し，まなVR や AR などを用いた空間掲示により，臨場感の高
い体験の提供や学習のサポートを行う研究が行われている [12], [13], [14]．

板上の調理動作の撮影と共有（要件 2），講師および他の参小宮山ら [3] は，HMD 装着者の視線検出を行うことによ

加者の調理動作のまな板上への表示（要件 1），食材の重さり，顔の向きだけでなく視線からアイコンタクトで相手にや力の入り具合の計測・表示と共有を可能にした．また，情報を伝えることを可能とする空間掲示手法を提案してい追加のまな板を近くに置くことにより，他の調理者の調理る．蓮ら [15] は，タブレット端末を使用し，空に向かって

状況をまな板上の映像や情報を通して高臨場感に再現可能

かざすことで現在見えている星座を仮想空間上に投影し，にした（要件 3）．さらに，本デバイスを用いた新しい空間

手書きで感想や気づきを残して他の使用者と共有する提提示方法として，利用可能なデバイス数を増やした場合や示法を提案することで，双方向の空間共有によるコミュニ

ワイドモニタやプロジェクタなど他デバイスと併用する場

ケーションを可能にした．Xiao ら [4] は，ピアノの上に設

合における様々な高臨場感空間共有手法を検討する．

置されたディスプレイと鍵盤に投影可能なプロジェクター

以下，2 章で関連研究を述べ，3 章で本稿で想定する料を用いて，無人の自動演奏であるにもかかわらず，あたか

理教室のシナリオと空間提示デバイス・提示法の要件を述もその場でピアニストが演奏しているように感じさせる臨

べる．4 章では，提案する IoT まな板とそれを用いた空間

場感のある空間提示方法を提案している．この手法では，提示方法を提案し，5 章でまとめと今後の展望を述べる．

予め録画したピアニストの演奏映像と予め記録した演奏中

2. 関連研究の打鍵情報を使って，ピアノのディスプレイに演奏の様子，
鍵盤上に手の様子を表示しながら，自動的に打鍵する．こ

本研究は，料理教室を題材に，高い臨場感で精緻な物理れにより，無人状態で動かすのはもちろん，それに合わせオブジェクトとのインタラクションを遠隔ユーザと共有可てピアノの鍵盤をたたくことにより，実際のピアニストの能にする提示デバイスおよび提示法の開発を目指してい手の動きを知ることができ，映像で流れている主旋律に合る．本章では，これらに関連した既存研究を紹介する．

わせて副旋律を演奏することによってデュエットしているような感覚を体験できるようにしている．

2.1 料理サポートデバイス

この他にも空間共有システムとして製品化されている

料理経験の浅い人をサポートするデバイスや，映像や音ものとして VRChat*2 や Virbela*3 がある．これらのアプ

声によって支援するシステムに関する研究が行われていリケーションは，ディスプレイまたは HMD を使用して，る [5], [6], [7], [8]．

サーバ内に作られた仮想空間に入り，様々な人と仮想空間

Hashimoto ら [9] は，まな板にロードセルと振動センサ

内の雰囲気やチャットを楽しむことができる．この仮想空を装着し，その情報から現在まな板で調理を行っている食間は現実の空間をシェアするものでなく，仮想空間にユー材の認識を行うデバイスを提案し，開発している．Tuana

ザがダイブするものとなっている．仮想空間の一部はユーら [10] は，ロードセルセンサをまな板の四隅に設置し，食ザも作成が可能であり，自由度が高く様々な体験を得るこ

材の重さを計測するとともに，指でかけた圧力によりまなとができる．

板に設置されたディスプレイの画面を操作する機能を搭載

上記で述べたように，空間提示方法・システムに関して，している．これらの機能によってディスプレイに表示され様々な体験を共有できるよう様々な研究が進められている．

たレシピを，食材を調理しながら確認することができる料
理サポートシステムを提案している．Cuong ら [11] は，光c 1959 Information Processing Society of Japan
⃝

*2
*3

https://hello.vrchat.com/
https://www.virbela.com/

2情報処理学会研究報告
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しかし，星座の学習支援アプリ [15] や製品化されているアより，今回の教室では，講師は，場面に合わせてカメラのプリ（VRChat や Virbela）は仮想空間内のみでの共有でアングルを調整し，包丁の細かい動きといった精緻な動作ある．さらに，ピアノの自動演奏では物理オブジェクトとを受講者側に伝えることができるようになった．受講生のの共有であっても双方向で共有できるシステムではない．

太郎も同様に IoT まな板のアーム付きカメラの位置を調

そのため，物理オブジェクトとの精緻なインタラクション

整し，講師に自分の包丁の動きを見てもらい（A），適切を双方向で共有できるような研究はほとんど行われていななアドバイスを受けることができた．さらに，太郎は IoTい．また，HMD を使用した視線検出 [3] では，HMD の装

まな板の透明板の下に内蔵されているディスプレイに表示

着により，調理において重要な，手元の食材の確認・取りされた講師の食材を切っている映像を見ながら調理ができ出しや，包丁による食材のカットなどの，自信の周辺空間

た（B）．そのおかげで，太郎は講師が伝えたい調理方法をとの精緻なインタラクションをナチュラルかつスムーズに見逃すことなく，講師と同じタイミングで調理ができ，結行うことが難しくなると考えられる．

果的に上手く調理することができた．IoT まな板のディス

3. 想定するシナリオと要件
本章では，ペルソナシナリオを通して，本稿で提案する
空間共有デバイス，空間提示法の要件を明らかにする．

プレイには，講師による調理動作の実演時以外には，他の参加者の調理状況も切り替えて表示された．これにより，太郎は他の参加者の調理状況も把握することができた．
教室の終了後，太郎は今日の教室の内容に満足していたが，より他の参加者との一体感を高めたいと思い，IoT ま

3.1 ペルソナシナリオな板を追加でもう 1 台購入することにした．次の教室で，20 歳の大学生，料理初心者の太郎はコロナ禍の中，イン太郎は追加の IoT まな板を自身が使用する IoT まな板の隣ドアでできる趣味を増やすため，Zoom を使用した遠隔料に少し離して置き，アーム付きカメラを自身の調理作業の理教室に毎週参加している．Zoom を使用した料理教室で全景が映るよう調整した． 隣の IoT まな板は他の参加者

は，講師がキッチンにカメラを複数台設置し，調理風景をの精緻な調理動作を代わる代わる映し出した（C）．太郎は太郎を含めた生徒に見せている．しかし，設置しているカ

その映像を見て，実際に隣で他の参加者が一緒に調理をしメラの位置を状況に合わせて調整し続けることは難しく，ているような感覚を得ることができた．数ヶ月後，太郎は講師が伝えたい包丁の細かな動きを伝えきれていない．ま他の参加者との料理行動を楽しみながら，自身も上手に調た，講師が用意しているような配信設備はキッチンにカメ

理できるようになり，ますます料理が好きになった．

ラ用のケーブルを張り巡らせ，スマートフォンを固定する
ためのスタンドが必要であり，一般の家庭では再現するこ

3.2 システム要件とは難しい．太郎は複数のカメラやスマホを固定するスタ

前節のペルソナシナリオにおける太字部分 (A)，(B)，(C)ンドを用意できず，太郎は自分の包丁さばきを講師に見せは，ユーザが自身の周辺の物理オブジェクトと精緻なインることができていない．そのため，太郎は自分の食材の切タラクションを行いながらその様子を遠隔の他のユーザとり方がどう悪いのかを講師から教わることができなかっ共有する上で重要な部分である．また，(C) は必須ではな

た．さらに，調理中にスマホのような小さい画面を見るこ

いものの，他の参加者との一体感や連帯感といった臨場感とは難しく，講師の調理を見るフェーズと自分が調理を行を高めるために重要である．そのため，これら 3 つを以下うフェーズが分かれてしまい，講師が伝えたい調理方法をのシステム要件 1，2，3 とする．さらに，これら 3 つの要

見逃してしまっていた．

件をできるだけシンプルなシステムとして構成するため

料理教室運営会社は，上記のような参加者の不満を解消するため，新しいデバイス「IoT まな板」を導入することを決めた．ほどなく太郎のもとにも IoT まな板が届けらに，要件 4 を設定する．
要件 1

講師の精緻な調理動作を見ながら調理動作ができる

れ，今週の教室から使っていくことになった．IoT まな板
は，まな板の内部にディスプレイを内蔵し，側面から伸ば

要件 2

できる

して自由に曲げることができるアーム付きカメラが搭載されている．まな板として使用する厚手の透明板は取り外せ

自分の調理動作を講師や他の生徒に見せることが要件 3

他の生徒の調理動作が見れる

要件 4

要件 1 から要件 3 が 1 種類のデバイスを導入する

るようになっており，使用前後に簡単に洗えるようになっていた．また，透明板が接地する四隅には重量センサが搭載されていて，まな板の上に食材を置くとすぐに計測した重量が表示されるようになっていた．IoT まな板のアーム付きカメラは，アームを曲げることで，まな板上での調理の様子を上から見下ろすように映すことができる．これにc 1959 Information Processing Society of Japan⃝だけで実現できる

4. IoT まな板の設計と空間掲示方法
本章では，3 章で述べたペルソナシナリオから得られた

3

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ディスプレイマイコン(Raspberrypi4)

全体像

使用例

IoTまな板に映し出される映像の例

まな板部
モバイルバッテリー

デバイス部
側面図

図 3

IoT まな板のアーム付きカメラの使用例

現在，IoT まな板は設計が完了し，部材の選定を行っている段階である．今後，製作を進め，動作確認や使い勝手

図 1

IoT まな板の設計図の調査を行っていく予定である．

4.2 カメラの設置位置と使用するセンサの検討
3.2 節で述べた要件 1，2 では講師，生徒とともに精緻な調理動作を共有できる必要がある．そのため，食材を調理する精緻な動作を映すことができるカメラの配置と使用するセンサの検討を行った．
ディスプレイ内蔵IoTまな板

IoT まな板を調理に使用する時の想定レイアウトを図 2に示す．このレイアウトでは，参加者は講師の精緻な調理動作映像をまな板のディスプレイに表示しながら，アーム

図 2

IoT まな板の使用例

付きカメラで自身の精緻な調理動作映像を撮影・共有することができる．

ユーザの要件から，高い臨場感で共有する提示デバイスでアーム付きカメラと精緻調理動作の表示例を図 3 に示ある IoT まな板を設計する．次節以降，IoT まな板の基礎

す．アーム付きカメラは食材の真上から撮影を行い，その設計と使用するセンサとカメラの設置位置の検討，空間提映像が遠隔の受講生の IoT まな板上にリアルタイムで表示

示方法について述べる．

される．今講師がどこにどの角度で包丁を入れたかなどの精緻な調理動作を至近距離で確認でき，同時にまな板上で4.1 IoT まな板の基本設計実践できる．

図 1 に IoT まな板の設計図を示す．IoT まな板の大きさ

これに加え，IoT まな板にロードセルセンサを搭載する

は 420 mm × 220 mm × 50 mm であり，家庭用の標準ことで，食材の重さの計測を行うことや，講師と比較して的なサイズ（450 mm × 300 mm）に近くなるように設計

どれほどの力がかかっているかを比較し，共有できることした．また，水場近くでの作業を想定し，IoT まな板（図が望ましい．精緻な調理動作の共有をカメラとロードセル

1 のデバイス部）の底面や上面にはアクリル板を使用し，センサを組み合わせて行うことを検討中である．

筐体内部の電子デバイスに浸水しないようにしている．ま要件 3 では，他の生徒の調理の様子が確認できることがた，普段使用しているまな板に近づけるために，IoT まな

求められる．基本的には，IoT まな板のディスプレイに表板の側面には木材を使用する．まな板筐体の内部にはディ示される映像を適宜切り替えることによって，この要件をスプレイを接続し，ビデオデータを処理しネットワークに達成する．まな板上での調理が行われている場合には，そ接続するための Raspberry Pi 4 とモバイルバッテリを内の際の映像が共有される．まな板を使った調理工程が終蔵する．これによって，IoT まな板は外部から電源を供給

わった後は，アーム付きカメラの向きを調整することで，しなくても動作する．筐体内部にディスプレイを，筐体側

フライパンを使用した調理や洗い物など調理状況を共有す

面には伸ばせるアーム付きカメラを搭載する．ディスプレることが可能である．

イを覆うように透明のアクリル板（図 1 のまな板部）を筐体にはめ込むようにする．厚手の透明アクリル板を使用す

4.3 空間掲示方法

ることで，ディスプレイに映し出された映像を確認しなが前節で述べたように，IoT まな板のカメラやセンサを使ら，まな板として機能するようにしている．水洗いする際用して精緻な調理動作を共有できるようになった．しかは，まな板部のみを洗うだけでいいため，管理がしやすく，し，高い臨場感を持った共有を行うためには，参加していデバイス部への浸水も起こらないようにしている．

る生徒全員と空間がつながっているように共有する必要がc 1959 Information Processing Society of Japan⃝4

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講師

カメラはユーザに向けられている

力の入れすぎ

重量:1030.5g

図 6
図 4

ディスプレイに表示される情報の例

IoT まな板を複数台使用する場合の配置例

クタを追加した場合を示している．通常ディスプレイは

IoT まな板を使用した時と同じように設置して使える（ただし，自身の映像の共有はできない）．このとき，ディス
Aさん

Bさん

プレイが大画面であれば，より臨場感を高められることが考えられる（図 5 左部）．また，ワイドモニタを使用した
場合は複数の箇所から撮られた映像をつなぎ合わせて映し出すことで，より料理教室の雰囲気を楽しめるのではないかと考えられる．さらにプロジェクタを使用した場合（図ディスプレイと組み合わせた配置図

図 5

プロジェクターと組み合わせた配置図

他デバイスを組み合わせた配置図

5 右部）は，キッチンの壁全体により大きく映像を投影でき，そこに複数の参加者の映像をつなぎ合わせて映し出す
ことで，他の受講生の空間と自分のキッチンをつなぎ合わある．そのため本節では，高い臨場感を持った空間共有をせ，高い臨場感を得られることが期待される．

実現するため，IoT まな板や他のデバイスを使用した投影

4.3.2 UI と操作方法の検討

方法や投影した映像の UI，操作方法の検討を行う．

4.3.1 投影方法

IoT まな板のディスプレイに表示する情報の例を図 6 に示す．4.2 節で述べたように IoT まな板では，ロードセル

4.1 節で述べた IoT まな板デバイスを複数使用し，周辺センサで得られた食材の重さ，講師と生徒の力の入れ具合においておくことやモニタやプロジェクタを組み合わせるを比較することができる．図 6 に示すように，その情報はことでより高い臨場感を持った空間提示を実現できるので使用中の IoT まな板の画面上に講師の調理動作映像に重畳はないかと考えた．複数 IoT まな板デバイス（自身が使用して表示される．この映像を見ることで使用する食材の量するものと追加の 1 台）の配置例を図 4，ディスプレイやを測定し，力の入れすぎが起こっていないかを自分自身でプロジェクタを組み合わせた配置図を図 5 に示す．

確認することができる．

IoT まな板デバイス 2 台を使用した場合（図 4），まな

IoT まな板は防水のためデバイスはすべてアクリル板の板として使用するデバイスの他に，他の生徒の調理の様子

中にあり，ディスプレイに触れることができないためタッを表示するためのデバイスが少し離れた場所に置かれていチパネルのような機能は使用できない．そのため，映像をる．このデバイスは，自身の調理動作を撮影・共有する用

他の参加者の調理映像に切り替える場合は，Tuana ら [10]途でも使用する．

が提案しているロードセルセンサにかけられる力によっ

まな板で作業を行う際には，講師の手の動きをまな板内て行うことを検討している．しかし，ロードセルセンサにのディスプレイで見ながら，並べて置いているデバイスかよる操作では，複雑な指の動きをトレースすることは難し

ら他の生徒の調理の映像と音声を共有する．これにより，い．そこで，ロードセルセンサで識別が難しい UI 操作に精緻な調理動作を確認しながら，他の生徒が野菜などを切関しては，あらかじめジェスチャーを定義し，IoT まな板

る映像・音声を共有できるため一緒に調理を行っているよに設置されたカメラから特定のジェスチャーを認識するア

うに感じることができる．複数のデバイスが用意できない

プローチを検討する．

場合でも，適宜，映像を切り替えることによって，別の参これらの機能はまだ検討段階であり，今後仕様を確定

加者の映像を見ることができるようにする．さらに距離感

し，IoT まな板デバイスと空間提示ソフトウェアを製作しから調理音のボリュームや指向性を調整することによってていく．

臨場感を高めることができるのではないかと考えられる．
このデバイスにこだわらず，他のデバイスを使用した配置図も検討した．図 5 は，通常のディスプレイとプロジェ

c 1959 Information Processing Society of Japan⃝

5. まとめと今後の展望
本研究では，HMD を使用せずに物理オブジェクトへの5情報処理学会研究報告
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精緻なインタラクションを遠隔ユーザ感で高い臨場感で共有するための新たな提示デバイスと空間提示法の開発に向けた提案を行った. ユースケースとして設定した料理教室を[10]想定し，講師や他の参加者との間で調理の精緻な調理動作を臨場感高く共有するためのカメラとディスプレイ，ロードセルセンサを搭載した IoT まな板を設計した．また，そのデバイスを複数用いた場合や他のデバイスと組みわせた[11]

場合の空間提示方法の検討を行った．
今後の予定としては，今回設計した IoT まな板の実装を進め，動作確認し，遠隔ユーザ間での共同調理実験を通じた使い勝手の評価を行っていく予定である．

[12]

謝辞 本研究の成果は NICT 課題 222「ウイルス等感染症対策に資する情報通信技術の研究開発」の支援によるも

[13]

のです．
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