社団法人 電子情報通信学会
THE INSTITUTE OF ELECTRONICS,INFORMATIONAND COMMUNICATION ENGINEERS
社団法人 電子情報通信学会

信学技報
IEICE Technical Report
SP2008-10,WIT2008-10(2008-05)
信学技報

THE INSTITUTE OF ELECTRONICS,INFORMATION AND COMMUNICATION ENGINEERSTECHNICAL REPORT OF IEICE.

自動誤り訂正能力を有する走査型文字入力システムの視覚フィードバック法
大毅†

森† 宇都宮大学大学院工学研究科〒 321-8585 宇都宮市陽東 7 丁目 1-2
E-mail: †hiroki@speech-lab.org
あらまし

不正確なタイミングによるスイッチ操作が原因で起こる入力誤りを自動訂正する走査型文字入力システムが提案され，その有効性が確認されている．これまでのシステムは，列選択においてユーザがスイッチ操作を誤った
場合，目的の文字にカーソルが到達しないため，直感的でない操作をユーザに強いていた．本報告では，誤り訂正に対応した新しいカーソル形状を導入し，その認知的な効果を調べた結果を述べる．健常者 6 名による文章入力実験の結果，および NASA-TLX によるメンタルワークロード評価の結果から，(i)3 × 3 のカーソル形状では顕著にパフォーマンスが低下すること，(ii)1 × 3 のカーソル形状が従来の 1 × 1 のカーソル形状に比べて優れているとは言えないこと，がわかった．これらのことより，十分に習熟すれば従来のシステムのままで差し支えないと結論付けられた．
キーワード

スキャン型文字入力, カーソル, 認知, メンタルワークロード

Visual feedback methods for the error-tolerantscanning communication system
Hiroki MORI†† Graduate School of Engineering, Utsunomiya University
7-1-2, Yoto, Utsunomiya-shi, 321-8585 Japan
E-mail: †hiroki@speech-lab.org
Abstract An intelligent scanning communication system that can automatically correct errors caused by users’
inaccurate switch timing has been proposed and its eﬀectiveness was conﬁrmed in the previous works. The system,
however, expects somewhat tricky operation of the users, because when a user accidentally selects the next column tothe expected one, the cursor never reach the expected character, even though the character would be revived by theerror correction facility. This report introduces two new cursor shapes that were proposed as error-correction-aware
visual feedback methods. A set of text input experiments was conducted for elucidating the cognitive eﬀects of thecursor shapes. The results revealed: (i) The 3 × 3 cursor degraded the performance a lot, (ii) the 1 × 3 cursor was
little better than the conventional 1 × 1 cursor. These results justiﬁed the use of the conventional cursor shape, atleast for proﬁcient users.
Key words Scanning communication system, cursor, cognition, mental workload

するものである．この方式は，ユーザのスイッチ操作タ

1. は じ め にイミング特性が既知であれば非常に強力な誤り訂正能力

森らにより提案されたスキャン法に基づく文字入力シを有し，シミュレーション実験によれば文字入力誤りのステムにおける自動誤り訂正 [1]〜[3] は，スイッチ操作80%以上を正しく修正できる．また，ALS 患者による実タイミングと言語情報を利用することで，タイミングの際の文章入力実験においても，誤り訂正をしなかった場ずれが原因で生じる入力誤りを自動的に訂正して出力合に 77.7%であった文字正解率を 97.7%にまで向上でき- 55 -—1—

本報告では，自動誤り訂正能力を有するスキャン型文
字入力システムにおいて，前述したようなユーザ体験が文章入力タスクに与える影響を明らかにすることを目的とした研究について述べる．その具体的方法として，前述の問題点を解消するための新しいカーソル形状を導入し，文章入力実験の結果を比較する．
新しいシステムの従来システムに対する相異点は視覚フィードバックの方法 (＝カーソル形状) だけであることに注意を要する．自動誤り訂正アルゴリズムなどを含む，他の要素は全く同一である．

2. 自動誤り訂正アルゴリズム [2]
図 1 従来の自動誤り訂正機能付きスキャン型文字入力システムにおけるユーザ体験．
「からだのちょうし」まで入力が済んで，次は「か」を入力すべきところ，「か」列でなく「さ」列でスイッチ操作をしてしまった場面．
Fig. 1 An illustration of the user experience in using scanning

communication system with automatic error correction,
where “か” is expected as the next character. The ad-

五十音表上のスキャン型文字入力において，ユーザが文字 C を入力しようとするとき，列 x では時刻 tx で，
行 y では時刻 ty でスイッチが操作される確率密度関数を p(tx , ty |C) とする．自動誤り訂正は，以下の事後確率

P (C|tx , ty ) を最大にするような C の系列を出力することにより実現される．

jacent “さ” column is accidentally selected there.

P (C)p(tx , ty |C)
P (C|tx , ty ) = 
P (C)p(tx , ty |C)たことが示されている．

(1){C,··· }五十音表を利用したスキャン型文字入力では，2 回のスイッチ操作により入力する文字が指定される．すなわ

p(tx , ty |C) をスイッチ操作タイミングモデルと呼ぶ．簡ち，まず列選択が，ついで行選択が行われる．自動誤り単のため，確率分布は C に依存せず，列方向と行方向の訂正の枠組では，列選択および行選択の両方に対して，確率分布は独立で，それぞれ 1 次元分布 px (·), py (·) に従スイッチ操作タイミングのずれを許容する．しかしながうと仮定すると，ら，1 回目のスイッチ操作，すなわち列選択においてユーp(tx , ty |C) = px (tx − tCx )py (ty − tCy )ザが誤ってスイッチ操作をした場合に限って，直感的でないユーザ体験となることが指摘されていた．

(2)と近似できる．ただし，tCx , tCy は文字 C の文字盤上のこのことを図 1 を用いて説明する．図は，「か」を入力位置およびカーソルのスキャン間隔によって決まる時間すべきところで誤って「さ」列を選択した場面を表す．こシフト量である．px (·) および py (·) は何らかの確率分布の場合，カーソルは「さ」列で縦方向のスキャンを始めで近似し，そのパラメータはスキャン型文字入力システる．この後，「さ」の位置で行選択が行われたならば，「さ」ムにより文章を入力させる実験を行うことで推定できる．の近傍に位置する「か」も出力候補文字となり，最終的スキャン間隔を T とすると，ユーザが C を入力しようとには「からだのちょうしが」と正しく出力される可能性

するとき列 x，行 y でスイッチ操作が起こる確率はが高い．システムの自動誤り訂正能力を最大限に利用すP (x, y|C)
 tCx +(x−xC +1)T tCy +(y−yC +1)Tるためには，カーソルがどの列にあるかを無視し，どの行にあるかだけに注意して操作を行う必要がある．この=tCx +(x−xC )Tことを認識させるため，過去の研究における実際の文章 (ex +1)T

入力実験では，被験者には「列が違っていても，構わず=目的の文字と同じ行でスイッチを操作する」よう教示しex Tていた．しかし，「か」を入力するために「さ」を入力す≡Pe (ex , ey )る，というユーザインタフェースは直感的ではない．このことが，自動誤り訂正能力を有するスキャン型文字入力システムの習得の妨げとなったり，ユーザのメンタルワークロード [4] を増大させる原因となったりする可能性もある．

tCy +(y−yC )Tpx (tx )dtx ·p(tx , ty |C)dtx dty

 (ey +1)Tey T

py (ty )dty(3)で与えられる．ただし xC , yC はそれぞれ文字 C の列および行であり，ex = x − xC , ey = y − yC はそれぞれ列方向および行方向の誤差を表す．図 2 は，後述する被験者#4 のスイッチ操作タイミングモデル (300 ms) に従って計算した Pe (ex , ey ) の例である．

- 56 -—2—同行列を上下左右に反転させたような分布となる．実際゛

゜ ey = −1

6e-4

7e-6

あ か

さ

7e-8

1e-4

0.957 0.011

いき し3e-6 0.031
ex = −1 ex = 0の背景色は，人間の視覚特性を考慮したガンマ補正により決定する．この新しいカーソル形状を「3 × 3」と呼ぶことにする (図 3 中央)．

ey = 0

もう 1 つのカーソル形状として，カーソル位置の左右の文字の背景色だけを式 (4) に従ってハイライトし，上ey = 1

下の列には何も表示しないパターンを考案した (図 3 右)．

3e-4ex = 1

このカーソル形状を「1 × 3」と呼ぶ．この形状を考案した背景は，行選択時にはカーソルがどの行にあるかだけ

図 2 目標文字近傍の位置でスイッチ操作が行われる確率 (例)に注意を向ければ良く，所望の文字をハイライトさせる

Fig. 2 An example confusion matrix.というカーソルに課せられた目的は，左右に幅を持たせるだけで十分に達成できると考えられたことにある．

3. 新しいカーソル形状の提案

4. 文章入力実験

1. で説明したように，従来の誤り訂正能力を持つスキャ
ン型文字入力システムにおいては，ユーザが列選択を誤っこれまでに述べた 3 種類のカーソルを表示できるスキャた場合，カーソルはユーザの所望の文字を通過しない．

ン型文字入力システムにより，健常者 6 名に文章を入力実際には行が同じである隣の文字にカーソルが到達したさせる実験を行った．このシステムでは，スイッチ操作タイミングでスイッチ操作を行うことによって誤りが自タイミングは列方向および行方向それぞれに対し平均と動訂正されることが期待されるのであるが，このことが標準偏差をパラメータとする単一正規分布によりモデルユーザにフィードバックされていないことが，直感的で化している．言語モデルには仮名 4-gram を用いている．
また，各実験条件におけるメンタルワークロードの比ないユーザ体験の要因であると予想された．
そこで，カーソル形状を工夫することで，出力候補文較を行うため，NASA-TLX [4] による WWL(加重平均作

字を視覚的にユーザにフィードバックすることを考えた．

業負担得点) の評価を行った．評価項目は以下の通りで具体的な方法として，今までのようにカーソルの停留位ある．

置だけをハイライトするのではなく，出力候補文字全て（ 1 ） 知的・知覚的要求(現在の実装では 3 × 3 文字の範囲) をハイライトするこ探す, 記憶することをどの程度必要としたかととした．

（ 2 ） 身体的要求
ボタンを押す, 画面を凝視するなどのことをどの程度予備検討により，3 × 3 文字の範囲を全て同じ色にハイライトすると，中央に位置する実際のカーソル位置がわ必要としたかかりにくいため非常に狙いが付けにくくなり不適切であ（ 3 ） タイムプレッシャーることがわかった．そこで，中央の文字の部分の濃さはカーソルのペースなどによって感じる時間的切迫感は一定とし，周囲の文字の背景色の濃さを，その文字が出どの程度だったか力される相対的な確率に応じて決定することとした．1（ 4 ） 作業成績つの方法として，カーソルの濃さを式 (1) で与えられる思った文章をどれだけ入力できたか事後確率に比例して決めることも考えられるが，これだ（ 5 ） フラストレーションとカーソル形状が言語的尤度に応じて複雑に変化してし作業中に落胆, イライラ, ストレスをどの程度感じたかまう．そこで，式 (1) で P (C) = (定数) とし，かつスイッ（ 6 ） 努力

チ操作タイミングモデルを式 (3) で置き換えて事後確率

思った文章を入力するためにどの程度努力したか化した次式によってカーソルの濃さを決定する．

被験者#1,#2,#3,#5 は自動誤り訂正能力を有するス
キャン型文字入力システムの使用経験がわずかで，被験P (C  |x, y) ∝ P (x, y|C  )  Pe (x − xC  , y − yC  ) (4)者#4,#6 はかなり熟練している．入力させたテキスト

ここで，x, y はカーソルの位置を，C  はカーソル位置近傍の文字を表す．図 1 を例に説明すると，カーソルは「さ」の位置 (x = 4, y = 2) にあるから，「か」の位置の背景色の濃さは P (か |4, 2) ∝ Pe (4 − xか , 2 − yか) = Pe (1, 0)

は，全てひらがなのイソップ童話「北風と太陽」252 字である．
実験は，スキャン間隔が 300 ms と 200 ms の 2 通りの条件で，それぞれ以下の手順で行った．となる．結局のところ，カーソルの濃度分布は図 2 の混- 57 -（ 1 ） 通常のカーソル形状 (1 × 1) によるスキャン型—3—従来のカーソル形状 (1 1)

新しいカーソル形状 (3 3)新しいカーソル形状 (1 3)

図 3 3 種類のカーソル形状

Fig. 3 Three cursor shapes.

文字入力システムを使って「いろは」47 字と「北風と太表 1 文章入力実験の結果 (スキャン間隔 300 ms)

陽」252 字を入力し，スイッチ操作タイミングモデルのTable 1 Performance comparison in the “North Wind and TheSun” task for three cursor shapes. (Scan period: 300 ms)

パラメータを学習させる．

1×1（ 2 ） 通常のカーソル形状 (1 × 1) で自動誤り訂正能力を有するスキャン型文字入力システムにより「北風と3×3

時間 正解率

時間

正解率

(s)

(%)

(s)

(%)

1×3
時間 正解率(s)(%)

太陽」の最初の 1 文を入力する練習を行い，NASA-TLX

被験者#1

830

99.2

827

99.2

819

99.6の各評価尺度に対する一対比較による重み付けを行う．

被験者#2

803

99.2

853

99.6

801

99.6

（ 3 ） カーソル形状 A で自動誤り訂正能力を有するス

被験者#3791

100

844

99.6

806

98.8

被験者#4

902

100

952

98.8

882

99.6

被験者#5

859

100

1000

98.8

804

99.6

被験者#6

744

98.8

778

100

761

99.6

キャン型文字入力システムにより「北風と太陽」を入力する．その後，NASA-TLX の各評価尺度に対する負担度評価を行う．

表 2 文章入力実験の結果 (スキャン間隔 200 ms)（ 4 ） カーソル形状 B で自動誤り訂正能力を有するス
キャン型文字入力システムにより「北風と太陽」を入力

Table 2 Performance comparison in the “North Wind and TheSun” task for three cursor shapes. (Scan period: 200 ms)

する．その後，NASA-TLX の各評価尺度に対する負担1×1度評価を行う．

3×3

1×3

時間

正解率

時間 正解率

時間(s)

(%)

(s)

(%)

(s)

(%)

キャン型文字入力システムにより「北風と太陽」を入力

被験者#1

574

96.0

608

97.2

577

95.6

する．その後，NASA-TLX の各評価尺度に対する負担

被験者#2

586

100

668

98.8

616

98.8

被験者#3

592

99.6

622

96.0

588

99.6

被験者#4

565

96.4

885

92.9

826

96.3

カーソル形状 A,B,C には，3! = 6 名の被験者で実験順序

被験者#5

607

98.8

650

98.8

610

98.4のバランスが取れるよう 1 × 1, 3 × 3, 1 × 3 をそれぞれ

被験者#6508

99.255597.2

521

97.6（ 5 ） カーソル形状 C で自動誤り訂正能力を有するス

度評価を行う．

正解率

割り当てた．なお，カーソル形状を変化させるのは行方向スキャン時のみで，列方向スキャン時はどの条件でも1 周して戻って来るのを待ち，より確実なタイミングで従来と同一の縦長カーソルを用いた．

選択しようとする傾向がある．このことより，3 × 3 の文章入力実験の結果を表 1 (スキャン間隔 300 ms)，表 2(スキャン間隔 200 ms) にそれぞれ示す．

カーソル形状では，行選択時にタイミングを合わせることが難しくなったものと考えられる．

4. 1 3 × 3 カーソルの効果

また，スキャン間隔が 200 ms は多くの健常者にとってスキャン間隔が 300 ms はカーソルのスキャン速度が比かなり速いスキャン速度であるが，表 2 から，3 × 3 の較的遅く，健常者にとっては余裕を持って入力ができるカーソル形状の副作用がより顕著になっていることがわ速度である．表 1 より，3 × 3 のカーソル形状では，従来かる．すなわち，全ての被験者で入力時間が顕著に増加の 1 × 1 に比べ，被験者#2, #3, #4, #5 では入力時間している．

が顕著に増加していることがわかる．入力時間の増加の次に，システムから出力される文字の正解率に着目す

主な要因は，目的の文字の見逃しである．ユーザは目的る．表 1 より，スキャン間隔が 300 ms の場合にはカーソの文字にカーソルが到達したと確信したタイミングでス

ル形状が 1 × 1 と 3 × 3 での違いは小さく，どちらの場イッチ操作を行うが，不確実な場合にはカーソルがもう合も 100%に近い正解率となっていることがわかる．一- 58 -—4—

知的タイム
身体的要求
作業成績
知覚的要求
プレッシャー

フラスト
レーション

知的タイム
身体的要求
作業成績
知覚的要求
プレッシャー努力

Subjects

#3

#1

3x3

1x3

1x1

1x1

#23x3

3x3

1x3

1x3

1x1

1x1

#3

3x3
1x3
1x1

#4

3x3

1x3

3x3

Subjects

#21x3
1x1

#4

3x3

3x3

1x3

1x3
1x1

1x1

#5

#5

3x3

3x3

1x3

1x3
1x1

1x1

#6

努力

1x1

1x1

#1

フラスト
レーション

#6

3x3

3x3

1x3

1x3
0

1020304050607080

90

100

0102030

WWL

4050607080

90100

WWL

図 4 NASA-TLX によるメンタルワークロード (スキャン間隔 300 ms)

図 5 NASA-TLX によるメンタルワークロード (スキャン間隔 200 ms)

Fig. 4 Mental workload evaluation with NASA-TLX (Scan pe-

Fig. 5 Mental workload evaluation with NASA-TLX (Scan pe-riod: 300 ms)

riod: 200 ms)

方，表 2 より，スキャン間隔が 200 ms では，被験者#3,1 × 1 のカーソル形状とほぼ同等であることがわかった．

#4, #6 ではカーソル形状を 3 × 3 とすることにより正4. 3 メンタルワークロード

解率が大きく低下している．

文章入力作業におけるメンタルワークロードの評価

以上の結果から，3 × 3 のカーソル形状は，行選択時にタイミングを合わせることが困難で，視覚フィードバッ結果を図 4 (スキャン間隔 300 ms)，図 5 (スキャン間隔200 ms) にそれぞれ示す．
被験者#1 を除く 5 名については，3 × 3 のカーソル形ク法としては適当でないと結論づけられる．
4. 2 1 × 3 カーソルの効果状を用いた場合のメンタルワークロードが大きいことが1 × 3 のカーソル形状は，行方向に広がりを持つ 3 × 3わかる．メンタルワークロードの増大の要因となった項のカーソルのような副作用を生じないことが期待される．

目は被験者により異なるが，特に身体的要求が一貫して表 1 より，スキャン間隔が 300 ms の場合には，1 × 3 の増大している傾向がある．これは，タイミングを取るたカーソル形状を使用した場合の入力時間は従来の 1 × 1

めにカーソルの色の変化を凝視しなければならなかったの場合とほぼ同等であることがわかる．また，表 2 より，ことが現れているものと解釈できる．
一方，1 × 3 のカーソル形状を用いた場合のメンタルスキャン間隔が 200 ms の場合もほぼ同様であるが，被験者#4 だけに入力時間の顕著な増加が見られた．

ワークロードを 1 × 1 のそれと比べた場合，必ずしも低システムから出力される文字の正解率に関しては，ス下していないことがわかる．1 × 3 のカーソルの導入に

キャン間隔が 200 ms の場合に被験者#6 で顕著な低下がよりシステムからのフィードバックがより直感的になり，見られたほかには，スキャン間隔が 300 ms, 200 ms の 2

結果として知的・知覚的な作業負担が減少することが期

条件ともカーソル形状が 1 × 1 と 1 × 3 で大きな差は見待されていたが，その傾向は明らかではなかった．

られなかった．
以上の結果から，1 × 3 のカーソル形状は，文章入力に要する時間および出力文字正解率の観点からは従来の- 59 -5. 結論

自動誤り訂正能力を有するスキャン型文字入力システ—5—ムでは，列選択においてユーザがスイッチ操作を誤り左右にずれた列が選択された場合でも，カーソルの行方向スキャンは選択された列で行われるため，目的の文字にカーソルが到達せず，ユーザインタフェースとして直感的でないことが指摘されていた．本報告では，この問題点を解消するために，上下左右および左右に幅を持つ新しいカーソル形状を導入し，文章入力タスクに与える知覚的影響を調べた．その結果，3 × 3 のカーソル形状では顕著なパフォーマンス低下が認められた．また，1 ×3 のカーソル形状ではパフォーマンスの低下は顕著でなかったが，従来の 1 × 1 のカーソル形状と比べて入力速度・文字正解率・メンタルワークロードいずれの面からも優れているとは言えなかった．
以上の結果と，今回の被験者に意見聴取した結果を総合して考察すると，少なくとも十分に習熟したユーザにとっては従来のシステムのカーソルの挙動は必ずしも認知的な悪影響をもたらさず，慣れてしまえば快適に使用することができるものと結論付けられる．
謝辞

実験協力者の小林拓さんに感謝します．本報告

は科学技術振興機構「良いシーズをつなぐ知の連携システム (つなぐしくみ)」における委託研究「自動誤り訂正機能を有する高効率なコミュニケーション装置の実用化」の研究成果によるものである．
文

献[1] 森 大毅, 粕谷 英樹: “走査型文字入力における自動誤り訂正方式,” ヒューマンインタフェース学会論文誌, Vol.8, No.1, pp.
195–202 (2006).
[2] 森 大毅, 粕谷 英樹, 森田 光哉, 中野 今治: “走査型文字入力におけるスイッチ操作タイミング特性の測定とその自動誤り訂正への応用,” 信学技報, TL2006-48, SP2006-136, WIT2006-80(2007).
[3] 森 大毅, “ALS と意思伝達—スキャン型文字入力における言語的戦略,” Brain and Nerve, Vol.59, No.10, pp. 1155–1162(2007).
[4] 情報福祉の基礎研究会編著, “情報福祉の基礎知識,” ジアース教
育新社 (2008).

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