ライフゲームを基にしたキューブ型インタラクティブデバイスの提案
愛紗†

鈴木龍彦†

金井 隆晴†

梨紗帆†

馬場哲晃‡

串山松瀬小木久美子‡

著者らは接近させることで相互にインタラクションをするキューブ型のデバイス群“MixCube”を制作している．それぞれのキューブは赤外線通信によって別のキューブの接近を非接触に認識し，周囲の状況に対応した自らが発光する色を変化させる．その色の変化は J. H. コンウェイのライフゲームのルールを基にして行われる．並べられた多数のキューブの色が半永続的に移り変わっていく
様子すると同時に，ユーザーがキューブをを直接手で触って動かすことで変化のパターンを変えて遊ぶことが出来る．本稿では，MixCube の設計，実装に関して報告する．

Interactive Devices of Cube Form Based on Game of LifeAISA MATSUSE†TATSUHIKO SUZUKI†

TAKAHARU KANAI†RISAHO OGI†TETSUAKI BABA†KUMIKO KUSHIYAMA†We developed a system composed of devices of cube form which interact by approachingeach other.Each cubes recognizes an approach of other cubes as low contact by an infraredcommunication, andchanges the color that emits light by itself corresponding tocircumstances. The color changing is ruled on life
game of J.H. Conway.While the colors of a lot of cubes are changing, users are possible to play different
pattern of color changing by moving them. In this thesis, we report the design and mounting of MixCube．

1.

はじめにパズルや，ブロック，積み木といった実物体を扱う遊びは，古くより多くの世代に親しまれている．これらの玩具は，誰でも操作することができ，何通りも遊び方がある．また，パズルの要素を持ち，論理的な考察と試行錯誤によって，答えを導きだすことができるものも多く存在する．ピアジェ 1) によれ
ば，人間の思考形成の初期段階において，行動，感覚，経験が支配しており，特に「手」のさまざまな働きが，長い発達過程で，概念形成に結びついている．これらのパズルやブロックは手で触れてあそぶ
ことで五感や思考力を刺激し，幼児の発育を促す知育玩具としても用いられる．
一方，シミュレーションゲームの一種であるライフゲームもパズルの要素を持っている．ライフゲーム(Conway's Game of Life)は「生」「死」の状態をもつセルを用いた単純なルールでその模様の変化を楽しむことのできるゲームである．ライフゲームの多く† 首都大学東京大学院
Tokyo Metropolitan University Graduate school of System Design

はディスプレイ上で扱われており，積み木やブロックのように実体を持ったライフゲームは尐ない．
ライフゲームが実物体で表現できれば，マウス操作などができないユーザにも操作が可能となり，幅広い年齢層の人々が遊ぶことができる．また，複数人が同時に触ることができるため，親子でコミュニケーションをとりながら遊ぶことも可能になる．
そこで，著者らはライフゲームを応用した規則に従い，相互にインタラクションをするキューブ型の玩具デバイス「MixCube」を提案する．
赤外線通信を用い個々のデバイスがライフゲームの一つのセルにあたる働きをすることで，実物体上でのライフゲームを実現できるような玩具の開発を目指す．また，幼児期のパズルやブロックには原色をつかったものが多く見られる．内山伊知郎が行った研究 2) によれば乳児は無彩色立体よりも，赤，緑，青といった原色の色彩立体を好むことが言われている． そのため，RGB の原色を基本としたフルカラーLED を用いることで．幼い子どもでも識別でき，色彩感覚を養うことのでき情報処理学会 インタラクション 2011

る知育玩具を目指す．

2.

関連する事例

2.1

赤外線通信によって群を形成するシステム

隣接していれば，そのセルは次の世代で「生」になる．
・生存「生」の状態のセルに隣接するセルのうち２つもしくは３つが「生」の状態であれば，そのセルは次に世代

Robert Poor らが制作した Nami 3)では複数の半球状も「生」になる．

モジュールが赤外線通信により連携し，モジュール群・過疎全体でのネットワークを形成する．これによって実空「生」の状態のセルに隣接するセルのうち４つ以上が間上にて直観的な拡散ネットワークを表現する．

「生」の状態であれば，そのセルは次の世代で「死」

Jonas Arbsjoe らの Physical Pixels はキューブ状のになる．

デバイスを隣り合わせで組み合わせることにより，そ・過密の組み合わせに依存してゆっくりと発光する色が変わ「生」の状態のセルに隣接するセルのうち「生」の状るデバイスである．ユーザはこのデバイス群を組み合態のセルが１つ以下の場合，そのセルは次の世代でわせていく過程で色が変化するルールを徐々に理解し，「死」になる．

最終的に全てのデバイスを同じ色にするなどのパズルを楽しむことが出来る．これらの事例は著者らがが提ライフゲームの中には誕生や生存のための遷移の条案するデバイスと近い機能を持つ．本デバイスではで件をオリジナル(コンウェイが考案した当初のルール)は多数のキューブ型デバイスをマトリクス状に並べるの設定以外にしたものも存在する．本システムにおけことで規則性を持たせやすいデザインを行った．

る各遷移の条件もオリジナルとはことなる．その条件

また David らによる Siftables 4)は，小型のディスを表 1 にまとめた．キューブ型デバイスの発光色は，プレイやモーションセンサ，近接センサを搭載した遷移のタイプに対応して決定されるので対応する発光1.5インチほどのデバイスで様々な用途を想定し開発色についても表 1 に示す．詳しい説明については後述された．

する(5 節)．この遷移条件はソフトウェア上で擬似的Percussa 社から販売されている Audio Cubes はキュなシミュレーションを行った上で，著者らが最も色ーブ型の音楽パフォーマンス用インタフェースである．

(遷移条件)の出現率のバランスが良いと判断したもの

このデバイスは複数のキューブの距離や配置する角度を使用することにした．遷移シミュレーションの様子によって楽曲のパラメータを変化させる．Audioを図 1 に示す．

Cubes は PC を連動して使用することが前提とされている．

3.

アプリケーション

3.1

ライフゲームを基にしたインタラクション

本システムではコンウェイによって考案された“ライ図 1. 遷移シミュレーションの例(左から右に遷移)

フゲーム”のルール (5 を基に，キューブ型デバイスの発光色が移り変わる．ライフゲームは，碁盤のような格子の中のそれぞれの格子をセル(細胞)とし，各々のセルが世代(時系列のステップ)ごとに「生」と「死」の状態を遷移していくというものである 3)．
次の世代における状態は各々のセルの縦横斜めの八つの近傍するセルの現在の状態によって決定される．状態は以下のルールに従って決定される．このルールを本稿では遷移条件と呼ぶ．
・誕生
死の状態のセルに「生」の状態のセルがちょうど３つ

表1

遷移条件のルールライフゲームを基にしたインタラクティブデバイスの提案

4.

ハードウェア

4.1

システムの構成型デバイス同士の距離が1cm 程度の場合に赤外線の送受信が成り立つことが確認された．しかしながら, 赤

本デバイスの外観を図 2 に示す．筐体は ABS 樹脂で制作した. また内部の回路システムの概観を図 3，図4 に示す．システムの構成はマイコン(PIC16F88), 赤外線信号がかろうじて届く距離では信号の精度が落ち,誤った信号と認識されてしまうことがあった．
赤外線 LED や赤外受光素子は図5のように配置した．

外線の送受信素子, 大型 LED である．各キューブ型デバイスの制御は全てマイコンが行っている．側面の四面には，赤外線送信 LED と赤外線受光素子のペアが一組ずつ配置されている．送信する信号は四方向とも同一である為，送信 LED の制御はマイコンの一本のピンから行っている．受信に関しては四方向の赤外線受光素子からの信号を入力する為にマイコンの 4 本のピンを使用した．またキューブの状態を呈示する為の高輝度フルカラーLED のためにピンを 3 本使用している．
電源には，単 4 ニッケル水素充電池を二本直列に使用し，昇圧回路によって動作電圧(5V)を作り出している．

図5 赤外線送受信機の配置(上面から見た場合)

5.

ソフトウェア

5.1

ライフゲームを基にした遷移条件

前述したとおり，本システムの遷移条件はライフゲームを元にしている．通常のライフゲームの個々のセルが「生」と「死」の２つの状態をもつのに対し，本デバイスは「誕生」「維持」「死」の三つの状態を持
図2

MixCube の外観

つ．なお，「誕生」と「維持」は，状態変化のルールにおいて，まとめて「生」状態として扱われることもある．また，ライフゲームが「生」と「死」の初期の配置によっては世代が続かず，遷移が途切れてしまう場合があるのに対し，本デバイスの遷移条件では，「死」状態のデバイスが周囲四方に3つ以上ある場合に「誕生」状態となるなど，遷移が途切れても再度誕生するような設定がなされている．
各デバイスは自身の色情報の送信と，周囲四方の色情

図 3 内部回路の概観 表

図 4 内部回路の概観 裏

4.2 通信用赤外線の調整
各々のキューブ型デバイスは近づけた場合にのみ，それらが互いに通信を行う.
デバイス同士が近づいた時だけ赤外線信号の送受信が行われるようにするために送信用赤外線 LED の電流値を制御する抵抗の値を調整した．抵抗値を調整しながら実験してみた結果，厚さ1mm の ABS 樹脂の片面にサーフェーサーを塗った板を2枚挟んだ状態で，赤外線LED に流れる電流を0.3mA 程度にした場合，キューブ報の受信を相互に行っている．送信は複数回，受信はプログラムの一巡につき各面で一度だけ行われる．送信プログラムでは，約38kHzの赤外線を，間隔を空けて連続で各面から発信している．この赤外線を発信する時間は，発信する色の信号によって異なり，受信プ
ログラムでは，赤外線が発信されている時間をカウントして各面のデバイスの色を認識する．受光素子が赤外線を受信すると受信ピンの電位が0V（LOW状態）となり，信号がない場合は5V（HIGH状態）となる．発信
時間をカウントする際，発信の途中から時間をカウントしないように，発信以前に電位がHIGH状態にならな情報処理学会 インタラクション 2011

いと発信時間をカウントしないような調整がなされて後の展望としては，より本来のライフゲームに近づけいる．各面の色情報の認識が終わる度に，上記のライるために，送受信ユニットを 8 ペアにし，縦，横，斜フゲームを元にしたアルゴリズムによって自らの色をめ方向の状態が送受信可能になるよう改良することが更新する．送受信プログラムの概要を図5に表す．

挙げられる．また，底面と上面にも送受信ユニットをつけることによって，3 次元ライフゲームを実物体で表現することも可能であると考えられる．
ソフトウェアにおいて，本稿のデバイスでは送受信が必要なデータの種類が尐ないため，赤外線受光時間をデータ送受信に使用している．これを，HIGH 状態とLOW 状態を１ビットとして扱う方式にすれば，より多くて複雑なデータを短時間で送信できる．これによって送受信できるデータの幅が広がり，状態のバリエーションを増やすことができる．また，例えば３セル分離れたデバイスの色情報を，間のデバイスの通信機能を使用して取得するなど，隣り合ったキューブ以外の色情報を取得することも可能であると考えられる．

参考文献1) J. Piajet , 発生的心理学―子供の発達条件,

19752) Uchiyama Ichiro，The liberal arts 176 (DoshishaUniversity), 184-175, 2004-12
3) Heaton, K.B. Physical Pixels ， pp.17-25. MastersThesis. Massachusetts Institute of Technology, 2000.
4) David Merrill , Jeevan Kalanithi , Pattie Maes,Siftables. towards sensor network user interfaces,
Proceedings of the 1st international conference onTangible and embedded interaction, February 15-17,
2007, Baton Rouge, Louisiana
5) Wiiliam Poundstone. ライフゲイムの宇宙．日本
評論社．1990

図5 送受信プログラムの概要

6.

今後の展開

一通常のライフゲームでは，各セルが周囲の縦，横，斜め方向の状態をもとに自らの状態を決めるが，本稿のデバイスでは，送受信を四面で行っているため，斜め方向のデバイスの色情報を得ることができない．今