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

C49
2015/3/7

カーボンコピーメタファを用いた入力モード切替インターフェース
池松 香1,a)

椎尾 一郎1,b)

概要：マルチタッチ可能なデバイスが一般に普及したことにより，これを利用した様々な直感的操作手法を容易に実現できるようになった．我々は，相対座標系および絶対座標系に基づく２種類の入力方式に着目し，これを切り替えるインタフェース設計を行った．スマートフォンやペンタブレットでは手書き文字入力やイラスト描画が容易であるが，一般的な PC に装備されたトラックパッドでは困難である．これは前者が，入力面座標が画面座標に１対１対応する絶対座標系による入力であるのに対し，後者は，マウスと同じく指の移動量をポインタの移動量に対応させた相対座標系を基準とした入力であることが理由である．トラックパッドでも，絶対座標による入力を提供すれば，手書きによる文字・図形入力などが容易になると考えられるものの，PC の大きな画面を GUI 操作するためには現行の相対座標入力が有利である．
そこで本論文では，トラックパッド入力において相対座標による入力と絶対座標による入力を直感的に切替える手法である，カーボンコピーメタファを利用したインターフェースについて報告する．本方式では，トラックパッド面に対応して絶対座標入力できる小領域を画面上に設定する．カーボンコピーメタファは，この領域を小さなカーボン紙片とみなして，非利き手でカーボン紙片の移動と固定を切り替えつつ，利き手で移動と入力をおこなう手法である．

An Input Switching Interface Using Carbon Copy Metaphor
Ikematsu Kaori1,a)Siio Itiro1,b)Abstract: Hand-drawing characters or image by smartphones and tablettes is much easier than drawing by
track-pads commonly equipped in PCs and desktop PCs. The reason is that tablettes are absolute coordinates devices while track-pads are relative coordinates devices like conventional mouses. This paper proposesa novel user interface method aims to switch between relative coordinates input and absolute coordinates
input seamlessly bassed on ”Carbon Copy Metaphor“. The proposed method allows a user to input handwritten characters or images easily by using a track-pad even that the input surface is much smaller thanthe display.

1. はじめにジェスチャの使用で，ピンチやスワイプ，スクロールなどの操作を実現してきた．普及したタッチサーフェースデバ

近年スマートフォン，タブレット PC，ペンタブレット，イスを利用した実用性の高い様々なインタフェース手法

トラックパッドなどの普及は目覚ましく，ペンや指でタッは，近年のインターフェース研究分野の焦点ともなっていチする入力デバイス（以下タッチサーフェス）による入力

る [3]．我々は，現在のタッチサーフェスが提供している，方法が一般的になった．これらのタッチサーフェスでは，相対座標系および絶対座標系を用いた 2 種類の入力方式に物を摘み，あるいは払うといった動作を模した直感的な着目し，新たな入力インターフェース設計を行った．
図 1 は相対座標入力方式と絶対座標入力方式による表示

1a)b)

お茶の水女子大学人間文化創成科学研究科
Ochanomizu University, Bunkyo, Tokyo 112-8610, Japanikematsu.kaori@is.ocha.ac.jp
siio@acm.org© 2015 Information Processing Society of Japan

面でのポインタの動きの違いを表したものである．トラックパッドなどはマウスと同様に相対座標系を用いており，907

図 2
図 1 人の入力 (左) と，それに対応する絶対座標入力方式及び相対予備実験に用いたカーボン紙と画用紙 (左)，カーボン紙を用いて複写している様子 (右)座標入力方式表示面でのポインタの軌跡

ユーザがタッチしつつ指を動かすと画面上のポインター移動したり，またカーボン紙片の上に描画をすることがでが指の移動量に対応して移動する．ユーザが指を持ち上げきる．て元の位置に戻すことを繰り返したり，システムがポイン
ターの移動に擬似的な加速度を加味することで，入力面が2. カーボンコピーメタファ

小さくても大きい画面を容易に操作することができる．一

本論文では，PC のトラックパッド操作において相対座方，スマートフォンやタブレット PC，ペンタブレットな標モードと絶対座標モードを提供し，これらを直感的に操どによる絶対座標の入力方法は，入力面上の座標が画面上作する方式として，事務作業で使われるカーボンコピーをの座標に一対一に対応するため，手書きの文字・図形入力メタファにしたインタフェース手法を提案する．カーボンや画像編集の切り抜きなどの作業をより簡単に行うことがコピーは事務作業において書類の間にカーボン紙を挟み，できる．

筆圧により下の紙に複写する手法である．

トラックパッドなどにおいても，絶対座標による入力を提案方式において通常のトラックパッド操作は，従来方提供すれば，手書き文字や図形・画像操作が容易になると式と同様の相対座標モードで機能する．一方，ユーザが非考えられる．しかし，大型のディスプレイが利用される利き手でタッチ面に触れると，触れている間，ポインタPC 環境では，トラックパッド面と画面サイズの隔たりがの場に仮想的な “カーボン紙片” が現れる．これは，コン大きいため，それぞれの座標を全対応させると指の動きがピュータ画面内のデスクトップ上に置いたカーボン紙片の画面上に大きく拡大されることになり，細かい操作が困難メタファである．実世界のカーボン紙片は，指で軽く押さになる．トラックパッド面に対応して絶対座標入力できる

えて動かすことで，机上を移動させることができる．また小領域を画面上に設定し，その領域にだけ手書きの文字や指で強く押さえて固定することで，カーボン紙片への描画絵を書き込めるようにすれば，指の移動量とポインタの移を下の書類に転写することができる．この動作をもとに，動量が同程度になり，この問題は解決できる．しかしなが以下のインタフェース手法を提供する．すなわち，非利きら，入力用小領域を画面の中に設定したり，移動させたり手指のタッチで現れたカーボン紙片は，非利き手指１本でするための使いやすいインタフェースを提供する必要があ

タッチされている間，机上で固定されていないカーボン紙る．一方で，メニュー選択やウィンドウ操作などの一般の片と同様に，利き手指のドラッグ操作で動かすことができGUI 操作をトラックパッドで行う場合は，現行の相対座標る．ユーザがさらに非利き手の２本指でタッチ面に触れる入力が優れている．前述したように，指を持ち上げて戻すと，仮想的なカーボン紙片はデスクトップ画面に固定され，動作や擬似的な加速度機能により，大きな移動量を達成しこの下のオブジェクトに対して，絶対座標による操作が可つつ，操作対象の近辺では解像度の高い細かい操作が可能能になる．カーボン紙片の下に図を描くことができるオブだからである．

ジェクトがあれば，トラックパッド上での利き手の描画

そこで本研究では，デスクトップ PC やノート PC など，操作で手書き文字や図を描く事ができる．以上により，ト相対座標入力を基準とする操作方法のデバイス上で，(1) 相

ラックパッド操作の相対座標モードと絶対座標モードの切対座標入力と絶対座標入力の切り替えと，(2) 絶対座標入り替え操作，さらには，絶対座標モードにおいて描画対象力エリアの移動と入力を直感的に切り替える手法として，となる画面領域の移動操作を，直感的に行うことができる．

カーボンコピーのメタファを利用したインターフェース手法を提案する．本方式では，ユーザが手書き文字や絵の入

2.1 予備実験力等の絶対座標入力を必要としたときに，画面上に仮想的本システムでは，実世界の事務作業でカーボン紙を使うな “カーボン紙片” を表示する．ユーザは，両手のマルチときと同様な動作で，入力領域の移動とそこへの入力作業タッチ操作により，入力したい領域へこのカーボン紙片をを実現しようと考えた．そこで，コンピュータ内の仮想の© 2015 Information Processing Society of Japan908

被験者1	  右利き	

被験者2	  右利き	

被験者3	  右利き	

被験者4	  右利き	

被験者5	  左利き	

被験者6	  右利き		  	  カーボン紙の移動時		  	  カーボン紙	  への記入時	

トリガエリア	

図 4 トラックパッドでの入力面分割 (ユーザーが右利きの場合):カーボン紙	:指(左手)

入力エリア	:指(右手)	

図 3 予備実験における被験者毎のカーボン紙の扱い方．（移動と記入の場合に利用する手の指数と押さえる場所）

カーボン紙片を操作するインタフェースを設計するにあたって，実世界で人がどのようにカーボン紙を操作しているのかを観察する実験を行った．ここでは，大きな画面の一部に描画可能なエリアが設定された状況を考え，図 2 (左)図 5試作アプリケーション動作例．黒枠で示したカーボンコピーエリアがトラックパッド入力エリアに対応する．のように，大きな画用紙 (50cm × 40cm) と小さなカーボン紙片 (13cm × 13cm) を用いた．被験者には，インクの4 は右利きのユーザー用のエリア分割であり，左利きユー出ないボールペンとカーボン紙を使って，画用紙の上の左ザーには左右反転のエリア分割をした入力面を提供する．

半分に自分の名前 (漢字，英字) を，右半分に自由にイラス

以下では，左側エリアをトリガエリア，右側を入力エリア

トを描いてもらい，その様子を観察した．被験者は大学生と呼ぶ．ユーザーがこのトリガエリアを二点で抑えると，及び大学院生 6 名 (右利き 5 名，左利き 1 名) である．

画面上のポインター部分に，絶対座標入力により描画でき

図 3 は，描画しようとする画用紙上の場所へカーボン紙る矩形領域が現れ，トラックパッドの入力エリアにより絶を移動させる動作と，カーボン紙の上からインクの出ない対座標入力を行える．画面上に現れた矩形の絶対座標入力

ボールペンを使って下の紙に描画を行う動作における，被エリアを以後カーボンコピーエリアと呼ぶ．このカーボン験者の様子をまとめたものである．カーボン紙を移動・固コピー入力モード中に抑えていた二点を離すと，カーボン定するために使った指数と，カーボン紙片上の触れた場所コピーエリアは消失し通常の相対座標入力に切り替わる．

を列挙している．カーボン紙上で記入をする動作においてここで現れる絶対座業入力領域は，画面の一部だけをカは，被験者全員が，図 2(右) のように，非利き手でカーボンバーしているので，大きな領域を作業対象とする場合に紙の上下の端を抑えていた．これは描画にあたって，薄いは，領域を移動させる必要がある．前節の予備実験でカーカーボン紙がめくれること無く確実に固定するとともに，ボン紙片を画用紙の上で移動させる動作に相当する．そこ描画のための領域を多く確保するためにとった動作と考えで，トリガエリアを１本指でタッチすることでもカーボンられる．一方で，カーボン紙を目的の場所へ移動させる動コピーエリアを表示し，このとき入力エリアで位置指定を作においては，カーボン紙を抑える位置，それに使用する行うことで，入力領域を移動できるように設計した．予備手 (利き手，非利き手) 及び指の本数は被験者によって様々実験ではカーボン紙を移動させる場合に被験者に共通しただった．

動作が観察されなかったので，操作性及び従来の操作との親和性を考慮した設計とした．

2.2 インターフェース設計
前節の予備実験にもとづき，次のようなインターフェー

3. 実装

ス設計を行った．被験者がカーボン紙上で描画を行った動設計したインタフェースに基づくプロトタイプを，Apple作に着目し，タッチサーフェス上で絶対座標入力を行う際社の Mac OS X 10.9 アプリケーションとして実装した．のトリガとして”２点で非利き手側の端を抑える “という動

図 5 (左) は，ユーザがトリガエリアをタッチすることで，作を取り入れた．図 4 のように，トラックパッドを２つの黒枠で示したカーボンコピーエリアが表示された状態であエリアに分割し，点線の左側のエリアを，仮想のカーボンコる．さきの実験に対応させると，デスクトップ画面全体がピー紙片を表示させるトリガとなる入力部分にあてた．図

画用紙に，黒枠内がカーボン紙に相当する．本プロトタイ

図 6 カーボンコピーエリアの表示 (左) カーボンコピーモードによる絶対座標入力 (中) カー
ボンコピーエリアの移動 (右)プでは，図 6 のように，トラックパッド上のトリガエリアことで，カーボンコピーエリアにペイント入力をすること

User operations:	
Tn: n fingers add 	
Rn: n fingers remove	

ができる．トラックパッドの位置座標とアプリケーション

Touch	を２本指で抑えながら，入力エリアを１本指でタッチする

start	

S0	

内のカーボンコピーエリアの位置座標は１対１対応しており，絶対座標による入力を行える．トリガエリアを１本指R1	のみでタッチしつつ，別の指で右領域を操作すると，従来の相対座標モードでカーボンコピーエリアが移動し，カーボンコピーエリアの場所を変更することができる．

T2	T1	R2	R1	S1	

同様の機能を，PC とスマートフォンを連携させた環境

S2	T1	

でも実装し，手持ちのスマートフォンをトラックパッドの代用として扱い，カーボンコピー入力を行えるアプリを

図 7

状態遷移図試作した．実装は Apple 社の iOS6 で行い，Mac mini にBluetooth 接続し，上記と同じペイントアプリケーションを実行することができる．これにより，タッチサーフェスをやボタンなどの GUI 操作やピンチ，スワイプなどのマル備えていない PC でも本方式が利用可能になるだけではなチタッチ操作も行うことが可能であろう．ユーザが非利き

く，スマートフォン上にカーボンコピーエリアの描画内容

手側の２本指でトリガエリアをタッチすると S2 状態に遷を表示することで，より直接的な入力が可能になる．タッ移する．このとき，画面上のポインター位置にカーボンコチパッド部分に液晶ディスプレイを組み込んだ PC*1 におピーエリアが表示され，ユーザが利き手側の一本指で入力いても，このプロトタイプのように，カーボンコピーエリエリアにタッチすることで絶対座標入力が可能となる．現アへの描画や入力を直感的に行うインタフェースが実現可在の実装では入力エリアへのタッチで，カーボンコピーエ能である．

リアの対応する場所へポインターが移動し，ドラッグで描画を行う．これも OS に組み込むことで，メニューやボタ

3.1 遷移状態

ンなどの GUI 部品を絶対座標で操作することが可能にな

図 7 に本アプリケーションの状態遷移図を示す．遷移状るであろう．また，ユーザが非利き手側の１本指でトリガ態の数字と併記された図の白丸は，トリガー領域でタッチエリアをタッチすると S1 状態に遷移する．このときも，されている指を表している．すなわち，S0, S1, S2 はそれ

画面上のポインター位置にカーボンコピーエリアが表示さぞれトリガー領域に 0, 1, 2 本の指がタッチされた状態を示

れ，ユーザが利き手側の一本指で入力エリアをドラッグすす．状態 S0 から開始する．トリガエリアに触れていないることでカーボンコピーエリアの移動が可能となる．この状態 S0 でユーザが入力エリアにタッチすると，従来の相モードでは，領域の移動のみが可能で，描画や GUI 部品の対座標入力モードでのトラックパッド操作を提供する．現操作はできない．以上のように，カーボン紙片操作を想起

在の実装ではポインター移動を行うのみであるが，本方式させる非利き手のタッチでカーボンコピーエリア矩形が現を OS に組み込むことができれば，OS が提供するメニューれ，これをしっかり固定する動作を想起させる非利き手の２点タッチでその位置が固定されることで，シンプルで直*1

たとえばシャープ社 PC-NJ70B など感的なモード切り替えを提供する．

表 1 タスク遂行までの所要時間 (秒)
被験者 1 (右利き)

被験者 2 (右利き)

被験者 3 (左利き)

被験者 4 (右利き)

CCM

相対座標入力差

CCM

相対座標入力差

CCM

相対座標入力差

CCM

相対座標入力差

1 回目38.245.3-7.1

39.3

39.5

-0.2

61.6

59.8

1.8

42.2

42.8

-0.6

2 回目

26.1

45.5

-19.4

40.7

40.2

0.5

46.6

52.9

-6.3

40.0

40.3

-0.3

3 回目

26.0

42.0

-16.0

34.8

40.6

-5.8

47.5

45.8

1.7

35.7

41.1

-5.4

4.2 結果と考察
タスク実行に要した時間と，本方式と従来方式の時間差を，表 1 に示す．表中の CCM 表記はカーボンコピーメタファの略である．入力方式ごとのタスク遂行時間から，ほとんどのタスクにおいて，提案手法による入力方式の方が従来の相対座標入力方式よりも短時間でタスクを遂行できていることが分かる．また，被験者 3 を除き，相対座標入力方式における各回でのタスクの遂行時間の差は 3 秒程度であり，大きな差異は見受けられない．これは，被験者が日常的に相対座標入力方式のインターフェースを使用して
図 8

評価実験用のアプリケーション画面おり，操作に慣れているためだと考えられる．一方，それぞれの被験者が行った 3 回のカーボンコピーメタファ入力における，タスク遂行時間の推移を観察すると，被験者 3

4. 評価実験
提案手法の有効性を検証するため，作業効率を従来の相対座標入力のみによる方式と比較する評価実験を行った．の 2 回目の結果を除き，先に行われたタスクより，後に行われたタスクの遂行時間が短くなっていることが分かる．
これは，カーボンコピーメタファの操作方法に慣れることで，操作にかかる時間が短縮され，より効率的な入力が可

4.1 評価手法
Apple 社の MacBookAir(11 インチ) 上に，提案方式による操作を実現するシンプルなペイントアプリケーションを実装し，このコンピュータに組み込まれているトラック能になった結果であると推測できる．以上の実験結果より，本方式は従来の相対座標入力方式よりも効率的入力が可能であり，短時間の操作で習得できることが示された．

5. 関連研究

パッドを用いて以下の評価実験を行った．被験者は，20代から 30 代の大学生及び大学院生 (女性 3 名，男性 1 名，うち左利き 1 名) の合計 4 名である．これらの被験者に対して，画面上に配置された 5 個の長方形の内部に，それぞれ指定された動物の英単語（３個の大文字）を手書きするタスク（図 8）を依頼した．記入する順番に関しては特に指示せず，任意の順番で記入してもらった．被験者らは，カーボンコピーメタファによる本方式と従来の相対座標入力方式を用いて，このタスクを 3 回ずつ行った．実験開始前に，被験者にはタスクの内容と操作方法を実演しつつ口頭で説明したあと，それぞれの方法を任意の回数練習してもらった．本方式では，マルチタッチ操作により絶対座標入力エリアを出現させ，これをターゲットの矩形枠付近で固定し，トラックパッド面へのタッチと指移動による手書き操作により文字を描く．従来方式では，トラックパッド面でのドラッグと指を持ち上げての移動を繰り返して文字を手書きする．４名の被験者（１，２，３，４) のうち，被験者 1，2 は従来の相対座標入力方式での３回のタスクを先に行い，被験者 3，4 はカーボンコピーメタファによる本方式での入力による３回のタスクを先に行った．

© 2015 Information Processing Society of Japan

本研究では，タッチサーフェス上で座標モードを切り替えるインタフェースを提供する．そこで，タッチサーフェ
ス上でのモードの切り替えに関する先行研究を紹介する．
文鎮メタファ [9] では，ユーザーが現実世界の道具を扱う際の手の動きに着目し，スクロールや編集などの機能を使い分ける方法を提案した．本研究でも，仮想のカーボン紙片を移動・固定するモード切り替えに，紙を押さえて固定するメタファを用いている．しかし，デバイスとして広く普及しているマルチタッチサーフェスのみを利用し実装しているため，特別なセンサを追加することなく実現可能であり，またユーザごとの利き手の違いにも柔軟に対応でき実用的である．ThumbSense[7] は，指がノート PC のタッチパッドに触れることでキーボードの機能を切り替える．

RodDirect[6] では，デバイスに格納されているタッチペンの回転や抜き差しする操作でドラッグやスクロールの切り替えを行う．他にもタッチの際に指を認識し，各々の指に対応した機能の使い分けを実現するインタラクション手法 [12] [10] や，感圧センサを搭載したペンを握る強さと筆圧の組み合わせにより機能を使い分ける手法 [11] がある．

911

また，ペンデバイスと指先のタッチに別の機能を振り分けることでモードの切替を行う研究 [5] [8] がある．製品化されているものでは，デスクトップ PC やノート PC の側面に赤外線センサを取り付けることにより，専用のタッチペンと指のタッチを識別する Touch8*2 などがある．ここで[3]挙げた手法においては，いずれも入力方法の判別に外付けのハードウェアやカメラ，センサを搭載したペンデバイス，指紋認証装置などを必要とするが，提案手法では，これら[4]の特殊なハードウェアが一切不要な方法を目標とした．
また，特殊な外部センサを追加せずに実現可能な方式に，タッチパネルと指先の接触面積の変化によりズームやスクロールの使い分けを実現する The fat thmb[2]，利[5]き手と非利き手にそれぞれ異なる機能を割り振る手法 [1]，現実世界の文具を人が持とうとする際に形成する指の形を使って，タブレット PC 上での機能切り替えを提供する

TouchTools[4] などがある．本研究は，デスクトップ PC やノート PC など，相対座標入力が基本になるデバイスでの[6]入力切替を提供している．

6. まとめと今後の課題
本論文では，デスクトップ PC やノート PC で使用され[7]るトラックパッドのような相対座標入力デバイスに対して，絶対座標入力モードを導入し，相対座標と絶対座標による入力を直感的に切り替えるための新しいメタファ，カーボ[8]ンコピーメタファを提案した．そして，相対座標入力である従来のポインター移動操作をしている時に，トラックパッド上でカーボン紙を抑えるジェスチャをすることで，絶対座標入力に切り替えるマルチタッチインターフェースを提案し，これを実装した．本手法を用いることで，モー[9]ドを意識することなく自然な動作で 2 つの入力方法を切り替えることが可能となる．提案手法は特別なハードウェアやセンサを必要とせず，広く普及しているマルチタッチ[10]

サーフェスのみで実現可能である．今後は，本方式をより活かせるアプリケーションの提案・構築を行い，実世界の道具のメタファに基づく直感的なインターフェースとして評価を行いたい．

[11]

7. 謝辞
本研究は JSPS 科研費 26330219 の助成を受けたものである．
参考文献
[1]

[2]
*2

[12]

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