情報処理学会 インタラクション 2015
IPSJ Interaction 2015

A12
2015/3/5

住宅内の機器・サービスを統合するためのビジュアルプログラミング環境とシステム
橋岡 良1,a)平井 重行2,b)

概要：家電や様々なセンサ，インターネットサービス（天気予報やニュース，SNS など），コンテンツまでを様々に組み合わせて統合的に連携・動作させることを目的とした機器やサービスが次々に登場し，住宅のスマートハウス化を進めている．本研究は，その流れにおいてエンドユーザが様々な機器やサービスをより柔軟で自由に組み合わせられるようにすべく，直感的でわかりやすい操作を実現するビジュアルプログラミング環境を開発し，その内部処理を行うためのシステムも構築する．本稿では，そのシステム概要とビジュアルプログラミング環境について述べ，本システムの利用例を示す．

Visual Programming Environment and its system
for Coordinationg Appliances and Services in a Smart House
Ryo Hashioka1,a)Shigeyuki Hirai2,b)Abstract: Various types of appliances and equipment, including sensors, displays, and internet services (e.g.,email, social networking services, and news), can improve the smartness of a house. To facilitate cooperation
among these devices, we propose a visual programming environment that is more intuitive, ﬂexible, and simple, which allows end users to access additional programming services to produce a smart house. This paper
describes the design, functionalities and current implementation of the visual programming environment, andshows examples with our system.

1. はじめにムワークを用いて単一のスマート環境を構築する研究 [8]，多様な状況下の機器指定を実現するインタラクション手法

スマートハウスの研究は，Xanadu House[1] を初めとし，の研究 [9] など，環境の統合や環境構築手法そのものを対象様々な実験住宅プロジェクトが行われてきている [2]-[6]．とした研究も行われている．そのような中で，家電機器をこれらでは実際の住宅内へ IT 技術を埋め込むことから，中心に複数の機器を連携させるような統合制御を行うためそれらを活用したサービス・システムの構築，人の生活行のプログラミング手法およびそのユーザインタフェースの動を計測しながらインタラクティブに動作するアプリケー研究がある [10]-[13]．最近では，エンドユーザが住宅内でションの開発まで，基礎的な研究から応用研究まで様々に扱う機器はセンサ類を含んだ家電や住宅設備に留まらず，展開されている．また，住宅に限らず異なるスマート環境

スマートフォンの普及に伴って様々なインターネットサー間の連携を試みる研究 [7] や，複数のスマート環境フレービス（例えばニュースや天気予報，SNS など）までもが操作対象となりつつあり，幅広い統合や柔軟な連携を実現す

12a)b)

京都産業大学大学院 先端情報学研究科
Division of Frontier Informatics, Graduate School of Kyoto
Sangyo University
京都産業大学 コンピュータ理工学部
Faculty of Computer Sciece and Engineering, Kyoto Sangyo
Universityi1358077@cc.kyoto-su.ac.jp
hirai@cse.kyoto-su.ac.jp© 2015 Information Processing Society of Japanる必要が出てきている．
このような状況のもと，我々は京都産業大学内に建築された実験住宅Ξ Home（くすぃーほーむ）[14][15] を研究プラットフォームとして，住宅で扱う生活を拡張する研究 [16]-[22] を様々に行っている．本研究は，従来の家電や185住宅設備だけでなくインターネットサービスをも対象に，グラミングを行う手法を提案している．福地らは pin 型タ

さらにはスマートハウスでの新たなシステムやサービスまグを用いてユーザが機器やセンサにピン接続することでそでを含め，エンドユーザが自由自在に動作を設定・連携されらの関連付けを行う実世界でのプログラミング環境 [11]せることができるプログラミング環境とその動作を支えを提案している．大和田らは JavaScript ベースの開発環るシステムについて扱っている．そして，エンドユーザに境 Kadecot[12] を提供し，家電連携を容易にすることで機とって容易に機器の連携や設定が行えるプログラミング環

器とコンテンツを結びつけたスマートフォンアプリを簡境を考慮し，直感的でわかりやすい操作を実現するビジュ単に開発できるようにしている．さらに，現時点で住宅内アルプログラミング環境に着目したシステムを構築していの家電製品などは対象ではないが，ネットワーク上のサーる．本稿では，我々の研究システムの全体概要を設計，おビス同士やガジェットなどとの連携をルール記述の形でよびプログラミング環境の具体的な動作とプログラム例をエンドユーザが記述して，ある種のプログラミングを行え示すと共に，どのような形で導入・利用できるのかをシナる IFTTT*7 や Zapier*8 などのサービスがインターネットリオ例として示す．

上で提供されている．本研究では，これら研究や既存サー

2. 関連研究や機器・サービス
2.1 スマート環境を実現するリモコン機器

ビスとは違い，ビジュアルプログラミング環境を中心としたプログラミング手段を一般ユーザに提供する．一方で，Meliones らはビジュアルプログラミング環境のひとつで従来から，学習型や複数の AV 機器などのリモコンを統ある LabVIEW 上で動作する家電を連携させる仕組み [13]合する形の赤外線リモコンは多数存在していた．最近では，を開発している．我々のビジュアルプログラミング環境は

iRemocon*1 や Pluto*2 のように WiFi やイーサネットなどユーザがより使いやすい環境を目指すために独自で開発し，ネットワーク対応し，スマートフォンからでも操作可能より拡張性を増すためにサーバシステムも構築している．

な赤外線リモコン機器が幾つか登場している．iRemoconについては，開発者向け情報が公開されており，スマート3. システム設計と概要

フォンアプリに限らず外部プログラムを通じて様々な機器

本研究システムはエンドユーザが利用するクライアントを統合，連携して制御することも可能である．これらリモ端末上で動作するビジュアルプログラミング環境と，アプコン機器は，ネットワーク対応していない既存家電製品をリケーションサーバとで主に構成され，アプリケーショコントロールする上では欠かせないものであり，本研究でンサーバは住宅内の様々な機器・センサ類，またインターもこれらを通じて機器制御ができるよう対応する．

ネット上の様々なサービスとの間で情報のやりとりを行う（図 1 参照）．エンドユーザは PC やスマートフォン，タ

2.2 スマート環境のためのネットワークプロトコル

ブレット機器などの端末を用いて，機器やサービスの連携スマートハウス環境を構築するためのネットをデータフロー型のビジュアルプログラミング環境でプロ

ワ ー ク プ ロ ト コ ル と し て は ，UPnP*3 や DLNA*4 ，グラム作成し，そのプログラムは XML もしくは JSON 形

ECHONET/ECHONET Lite*5 などが規格策定され，実式で WebSocket を介してアプリケーションサーバへ送信，装・実用化が進んでいる．また，それらをまとめて様々な住データベースに保存される．アプリケーションサーバ上で宅設備や家電，センサ類を扱えるようにする住宅 API*6 のは，機器やサービスを統合制御するプログラムが動作してようなものも開発が進められている．本研究においても，おり，プログラムに従って状況に応じた機器制御やサービこれらに対応した形で統合的にプログラミングが可能な環スを連携動作させる仕組みになっている．

境を構築する．

3.1 アプリケーションサーバ
2.3 家電プログラミングやスマート環境構築に関する研究

アプリケーションサーバは，Web サーバ機能と本システ

個別にリモコンで操作していた家電機器を複数対象に連ムで作成したプログラムを管理・保存するデータベース，動制御するための，プログラミング環境についての研究がおよびそのプログラム実行機能とで構成する．開発環境はある．例えば，増井らによる実世界指向 GUI プログラミ

Java1.6 で，WebSocket 通信には Jetty 8.0.4.v20111024 をング環境 [10] では，家電機器の個別機能を表したバーコー用いている．

Web サーバとしては，クライアント端末（ビジュアルプドを連続して読み込むことで，連携する機器・機能のプロログラミング環境）との間の通信に WebSocket を用いる．
*1
*2
*3
*4
*5
*6

iRemocon : http://i-remocon.com/
Plute : https://pluto.io/
UPnP : http://www.upnp.org/
DLNA : http://www.dlna.org/
ECHONET : http://www.echonet.gr.jp/
住宅 API : http://www.daiwahouse.co.jp/lab/HousingAPI/© 2015 Information Processing Society of Japan

ここでは，クライアント端末側で作成・編集されたプログ
ラムがアップロードされてくるとデータベースに保存す*7*8IFTTT : https://ifttt.com/
Zapier : https://zapier.com/

186

TV

情報家電

エアコン 照明

給湯暖房機

YouTubeTwitter

我々が開発したビジュアルプログラミング環境を図 2 に示

RSS

天気

ホームサーバ

学習型リモコン

ECHONET Lite
DLNA

住宅内の各種センサ
プログラム
データベース

各種インターネットサービス

アプリケーション
サーバ
プログラム
実行部
WebサーバXML

XML WebSocket

プログラミング環境

す．図 2 の環境は Android 4.4.2 上で動作し，Java1.7 のjavafx を用いて開発している．
図 2 に示す画面内部では，左側に機器や設備，サービスなどを表すオブジェクトがカテゴリ分けされた状態で表示され，右側にプログラミングを行うプログラムフィールドがある．ユーザは左側のオブジェクトリストからドラッグアンドドロップでプログラムフィールドへオブジェクトを配置し，2 つのオブジェクト間をパッチコードで接続することでプログラムを作成する．このパッチコード間は，基本的にトリガー情報が流れており，そのトリガーを発する
条件は，各オブジェクトにユーザが設定した内容に応じる．
条件設定については，次章で詳細を述べる．個別オブジェ
クトの状態やセンサの値などはサーバ側から WebSocket

PC,

図 1

タブレット, etc

システム概要図の Push 通信によって受信し，対応するオブジェクトの状態がわかるようになっている．なお，ここではパッチコード同士で接続された一連のオブジェクト群をここではプログラムと呼ぶため，図 2 のプログラムフィールドには全部る．また，プログラム実行状態やセンサの値などの情報はで 4 つのプログラムが描かれている．これらエンドユーザ

都度プログラム実行部からクライアント端末へ WebSocketが記述したプログラムは，プログラム作成者のユーザ ID とのプッシュ機能を用いて送信する．WebSocket は従来の各プログラムに割り当てられた UUID と共に XML のデー

HTTP の通信と違い，クライアントからサーバへの Pull 機タとしてサーバに送信し保存される．

能しかないのではなく，サーバからクライアントへの Push機能があり，そのオーバーヘッドが少ないことが特徴であることから，本システムのサーバ-クライアント間の通信に用いる．
ビジュアルプログラミング環境で作成されたプログラムは，XML もしくは JSON 形式で記述され，サーバ側で保存・管理・実行される．クライアント端末上でプログラミ
ング環境が起動されると，サーバからプログラム一覧や対応機器のリストなどが送られてビジュアルプログラミング環境上で表示される．

オブジェクトプログラムフィールド

プログラム実行部は常時稼動しており，データベース上にあるプログラムのうち「実行」と指示されたものを読み

図 2

プログラミング環境概要図

込んで実行する．ここでは，UPnP や DLNA, ECHONET

Lite，住宅 API などのネットワークプロトコルによる家電や住宅設備類，そして統合型リモコン機器を用いた家電制

なお，図 2 に示した Android 端末上で動作している環境とは別に，PC 上で動作している環境も開発している．

御，その他様々なインターネット上のサービスを連携対象用いて日曜大工的に住宅へ組み込んだセンサ機器などにつ4. ビジュアルプログラミング環境の説明とプ
ログラム例

いても，OSC*9 などを用いたカスタム仕様にも柔軟に対応

4.1 本システムのプログラミング環境として実行する．また，Arduino や Raspberry Pi などをする．

現時点でのビジュアルプログラミング環境の外観は図 2の通りである．ここでは，オレンジ色のオブジェクトは，3.2 プログラミング環境

温度や扉の開閉など環境情報を知らせる機能，人の行動セクライアント端末上で動作するプログラミング環境は，ンシングに基づいて動作する機能，時間に伴って処理を行

Max/MSP や PureData, vvvv などのデータフロー型ビう機能などがあり，総じて入力オブジェクトと呼んでいる．

ジュアルプログラミング環境として構成している．今回，水色のオブジェクトは，操作する機器や情報提示出力する*9機器・サービスを表す出力オブジェクトを表している．

OSC (OpenSoundControl) : http://opensoundcontrol.org/© 2015 Information Processing Society of Japan187

入力オブジェクトは，別の入力オブジェクトと接続できtouchconnected!

attachるインレットがあり，他の入力オブジェクトや出力オブジェクトと接続できるアウトレットがある．出力オブジェ
クトは，入力オブジェクトと接続できるインレットがある．
これらは，オブジェクトに応じた機器やサービスの設定を行える．オブジェクトははじめ図 3 の左のようにアイコンと名称だけが表示されている．その状態のオブジェクトをpinch-out すると，オブジェクトの設定を行うための GUIが追加される．再び pinch-in すると追加された GUI は削除されるが，設定された値はオブジェクト内に保持されている．

図 5 オブジェクトの接続方法

パッチコードで繋がれたオブジェクト群は先頭（上側）から状態を確認してゆき，入力オブジェクトの場合は機器やサービスが設定に合致していればアウトレットからト

pinch-out

pinch-in

リガを出力する．そして，その下流で接続された入力オブジェクト全てが設定に合致した状態になれば，出力オブジェクトにトリガが入力され，機器やサービスの制御が行われる．なお，機器やサービスがオブジェクトの設定条件に合致した状態になっている場合には，オブジェクトの外枠と文字が赤くなる（図 2 と図 6 参照）．

図 3 オブジェクトの設定画面の開き方

入力オブジェクトや出力オブジェクトの例とその設定表
示が面を図 4 に示す．図 4 の a) は気温が何度のときにトリガー情報が流れるかをスライドバーを用いて設定でき
る．b) はトリガー情報を受け取ったときに音楽を再生するか停止するかを設定でき，図では再生する設定を行っている．c) はライト（Philips の hue）の調光設定をカラーピッカーを用いてできる．d) は時刻が 6:00 から 18:10 の間にトリガー情報を流す設定をレンジスライダーを用いて行っている．現在は図 4 の 4 種類の GUI を実装したする．

a)

b)

c)

4.2 プログラム例
本システムのプログラミング環境で作成した簡単なプログラム例を図 6 に示す．このプログラムは扉が開くと空調の電源を切るプログラム（図 6 の左）の例であり，扉を表す door オブジェクトとエアコンを表す AirConditioner オ
ブジェクトが接続されている．door オブジェクトは入力オ
ブジェクトで，スライドバーで close か open の状態設定が行える．close を設定すれば，扉が閉じてあれば設定と合致した状態となり，open の場合は扉が開けば合致する状態となる．AirConditioner オブジェクトは出力オブジェクトで，設定項目（On/Oﬀ など）の制御を行う．このプログ
ラムでは，扉が閉まれば画面上で door オブジェクトの枠と文字が赤くなり，エアコンの電源を切る動作となる．
Doord)

Door

OPEN

OPEN

CLOSEDtime
AirConditioner

Door

06:00 ~ 18:00
OFF00:00

図 4

12:00

24:00

オブジェクト設定表示の例

OPEN
CLOSED

図 6 ドア開閉のプログラム例a)：温度センサ，b)：音楽プレーヤ，c)：ライト，d)：時間

次に，別のプログラムとして図 7 と図 8 の例を示す．
エンドユーザは図 2 画面の左側に列挙されているオブ

図 7 は 17:00 から翌朝 5:00 までの間，人がリビングルー

ジェクトをプログラムフィールドにドラッグアンドドロッ

ムに居れば照明がつくプログラムである．time オブジェク

プし，プログラムフィールド上に存在するオブジェクト

トは図 4 の d) にもあるようにスライドバー上の 2 つのノをパッチコード（線）で繋ぐ事で入出力の関係を記述する

ブで時間範囲の時刻設定を行い，設定した時刻範囲内で条（プログラミングを行う）．パッチコードは図 5 のように，件合致と判断する．place オブジェクトも住宅内の部屋を繋ぎたい 2 つのオブジェクトをタッチし，タッチしたオブ選択しておき，その場所に人がいれば条件合致となる（赤ジェクトをぶつけることで接続できる．

外線焦電センサなどの手段で人の検出を行う）．light オブ© 2015 Information Processing Society of Japan188

ジェクトもスライドバーで照明操作を設定することができグラムを一旦記述して実行設定にしておく事で，部屋の中る．このプログラムは time オブジェクトと place オブジェ

ではプログラムが動作し続ける．これにより，H さんはソクトとの両方が設定条件に合致しておれば，light オブジェ

ファーに座って「DVD」と発話するだけで DVD プレーヤクトの設定操作が実行される．

が再生して映画を見ることができるようになった．

図 8 では，複数の入力オブジェクトと出力オブジェク
Sofa

トが接続され，複数の処理が一つにまとめられている例でsitある．place オブジェクトと temperature オブジェクトがVoice

それぞれ人の検出と設定温度範囲の条件判定を処理する入DVD

力オブジェクトである．ここでは place オブジェクトでリビングルームに人がいるかを判定し，その結果に応じて接続された Music オブジェクトが音楽を再生する．一方で，ScreenProjector

DOWN

ONDVD

Music

Lighting

PLAY

STOP

OFF

place オブジェクトから temperature オブジェクトへ接続

図 9され，さらに AirConditioner オブジェクトへ接続された部

家電機器統合制御の例

分では，人がリビングルームにいると共に室温が 20〜40度の範囲にある場合に冷房を ON にする，という処理を意味する．

5.2 インターネットサービスの統合と情報提示例
R さんは毎朝，外出する前に，スマートフォンで天気予報や最寄り駅の電車の時刻を確認し，次の電車までに時間

図 7timePlaceがあれば Twitter のタイムラインを確認している．これら

17:00 ~ 05:00

Living Roomのサービスを閲覧するためにはスマートフォンを取り出PlaceMusictemperature

し，複数のアプリケーションを切り替えて情報を得る必要

Living Room

PLAY

20 ~ 40 ℃がある．そこで R さんは図 10 に示すプログラムを本シスLighting

AirConditioner

テムを用いて記述した．ここでは玄関に行けば，天気予報

ONcoolerと Twitter のタイムライン，電車の時刻を玄関で表示する

プログラム例 1

図 8

プログラム例 2

プログラムである．この住宅の玄関では床面がディスプレイとして機能するよう設定されており，表示する複数種類の情報はレイアウトされた状態で表示される．このような

5. 本システムの利用シナリオ

プログラムを記述することで，R さんはスマートフォンを操作せずとも，玄関で靴を履く際に天気予報や次の電車の本システムを住宅に導入すれば，従来の家電や様々なセンサなどが統合的に扱え，エンドユーザが個人や家族で扱時刻，Twitter のタイムラインが確認できるようになった．

うインターネットサービスまでも含めてのプログラム記述

Placeや操作が可能となる．本章では、本システムが住宅に導入

entranceされた際の利用例をシナリオと共に紹介する．

project on a ﬂoor

project on a ﬂoor

project on a ﬂoor

WeatherTwitter Timeline

TrainTime - Kyoto

5.1 家電機器の統合制御例
H さんは映画が好きで，自宅では頻繁に液晶プロジェクタで映画を視聴している．住宅はスマート環境の導入が進んでおりソファーには座っている状態を検出できるセンサがあり、部屋のマイクを通じて音声認識機能もある．H さんは以前は映画を視聴する度にメディアプレーヤやプロジェクタなど複数機器のリモコンを操作していた．あまり

図 10

統合情報提示の例

使わない機能のボタンが多数あるリモコンを見て、その操作を手間に感じた H さんは、本研究システムを用いて図 9のようなプログラムを記述した．プログラムの内容は，ソ5.3 機器とサービスを用いた複数プログラムの統合例

ファーに座り，音声認識で「DVD」という発話が認識されA さんは天候が雨だったり、気温が低かったりと A さん

た場合に，スクリーンが降りて液晶プロジェクタの電源がに合った環境でないと仕事が捗らないことがある．普段は付き，映画が再生され，別に音楽が再生されていたら音楽仕事に集中するために，部屋のライトの色を青空をイメーを停止し，照明を消すプログラムである．このようなプロジした明るめの青色にしたり，暖房をつけることで対処し© 2015 Information Processing Society of Japan

189

ている．しかし，仕事に集中してから天候や気温が気になることもあり，仕事を中断してライトやエアコンの操作をすることが非効率に感じた．そこで，A さんは図 11 に示[6]

すプログラムを本システムを用いて記述した．ここでは仕事部屋にいるとき，天気が雨であればライトを明るい青色[7]にし，気温が 15 度以下であれば暖房をつけるプログラムである．このようなプログラムを記述することで，A さんは仕事環境を気にすることなく，仕事に集中できるように[8]なった．
[9]

Place
WorkRoom
WeatherTemperature

Rain

~ 15℃

Lighting

AirConditioner#2184FF

Heating

図 11

[10]

[11]

複数プログラムの統合例

6. おわりに[12]

本研究は，スマートハウス研究の 1 つとして，家電や住宅設備などの既存機器や，様々なインターネットサービス[13]を連携，統合的に制御するシステムと，そのためのエンドユーザが用いるプログラミング環境を構築した．本稿では，本システムの概要と設計について述べ，ビジュアルプ[14]

ログラミング環境の動作とプログラム例と共に，具体的にスマートハウスでどのように利用できるかのシナリオも[15]示した．そして，この研究テーマは，我々の研究プラットフォームである実験住宅Ξ Home（くすぃーほーむ）において，実際に動作するシステムとして構築している．今後[16]

は，プログラミング環境の評価実験を行うとともに，より多くの家電機器やインターネットサービスと連携すべく，[17]

DLNA や UPnP の機能を組み込むと共に ECHONET Liteや住宅 API などにも対応していく予定である．

[18]

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