情報処理学会 インタラクション 2024
IPSJ Interaction 2024

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VRGazeWarp: VRHMD に搭載されたアイトラッカーとVR コントローラを組み合わせたポインティング手法
阿部 広河1,a)

石川 博規2真鍋 宏幸1,b)

概要：アイトラッカーを搭載した VR(Virtual Reality) 向け HMD(Head Mounted Display) に対する注目が高まっている．特に，注視箇所周辺の高画質化とシステム負荷の軽減を両立させる Foveated Renderingという技術が搭載された製品が発表されるなど，アイトラッカーを活用した事例も増えてきている．アイ
トラッカーは昔から，インタラクション手法への活用が研究されているが，VRHMD に搭載されたアイトラッカーを用いたものに関する研究は，まだ十分に行われているとは言えない．また，アイトラッカーを用いた手法は，ポインタの微調整が難しいという問題が存在する．本研究では，HMD に搭載されたアイトラッカーと VR コントローラを同時に用いたポインティング手法である VRGazeWarp を提案し，この問題の解決を試みる．実験の結果，性能では提案手法を超えることはできなかったものの，アイトラッカーを用いた手法の，特有の問題に対して対策を行うことで，SUS スコアが向上することが確認できた．

ための研究 [9][10] などが存在する．他にも，コントローラ

1. はじめにのボタン入力によって，ポインタの移動方法を視線とコン

一般ユーザー向けの Virtual Reality(VR) 市場は，特にトローラで切り替える手法の研究 [11] などが存在する．こエンターテイメントの分野で規模が広がっており，今後もれらの既存研究はあるが，VRHMD に搭載されたアイト市場規模が拡大すると見られている．VR コンテンツを利ラッカーを使用したポインティング手法について十分に研用するための HMD に関する研究も数多く存在しており，究が行われているとは言えない．

近年では Foveated Rendering という技術 [1][2] が注目され本研究では VRHMD に搭載されたアイトラッカーとコている．これは，ユーザーが注視している箇所とその周囲ントローラを組み合わせた手法である，VRGazeWarp をのみレンダリング解像度を向上させ，画面の高画質化と提案する．著者の以前の研究 [12] では，同じくアイトラッシステム負荷の軽減を両立させる技術である．また，このカーとコントローラを組み合わせた手法を提案している．

Foveated Rendering を，VRHMD に組み込んだアイトラッ

しかし，この手法はキーボードなどのユーザーインターカーを用いて行う研究 [3][4] も多く存在しているほか，性能フェースを操作することに特化した手法であり，ボタン以だけではなく VRHMD を用いた際の画面酔いにも効果が外の任意の場所にユーザーがポインタを動かすことは難し*1あるという研究結果 [5] が存在する．さらに，PSVR2 でいという欠点が存在していた．提案手法では，ユーザーがはアイトラッカーを使用し，既に Foveated Rendering を組自由にポインタを動かしたいような状況において，小さいみ込んでいる例も存在する．今後更に Foveated Rendering

ターゲットをポインティングしやすくなることを想定してが注目されることで，アイトラッカーを搭載する製品も増いる．

加すると考えられるが，アイトラッカーは昔からポインティングデバイスとして活用するための研究 [6][7] も盛ん

2. 提案手法に行われている．例として VRHMD に搭載されたアイト提案手法である VRGazeWarp は，ポインタの操作にアラッカーと筋電計を用いたインタラクションに関する研イトラッカーとコントローラを使用した手法である．アイ

究 [8] や，アイトラッカーのみでインタラクションを行う

トラッカーを用いたポインティングでは，ターゲットサイズが小さい場合にポインティング性能が低下するという

12a)b)*1

芝浦工業大学NTT ドコモ
ma22009@shibaura-it.ac.jp
manabe@shibaura-it.ac.jp
https://www.playstation.com/ja-jp/ps-vr2/© 2024 Information Processing Society of Japan

問題 [13] が存在する．これは VRHMD に搭載されたアイトラッカーを使用する場合でも同じであると考えられる．
そのため，VR コントローラを併用することでアイトラッ1061

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カーで行うことが困難な細かいポインティングを効率的にϛ΢ϱν行うことが本研究の目的である．これにより，遠い距離にあるターゲットの高速なポインティングと，近い距離の正確なポインティングを両立させる．具体的には，視線でポインタを遠い距離に素早く移動させ，コントローラでよりHMD

VRαϱφϫʖϧητρϕ0ϛ΢ϱν

細かい，小さな距離の調整を行う．この手法は，ターゲッ

஭ࢻ఼
ਜ਼໚๏޴
(1.5m)

஭ࢻ఼

トを見て狙うような動作が視線入力と相性が良く，シューティングゲームのような状況で効果的であると考えられる．一方，入力する文字などを確認するために，ターゲッ
トとは異なる位置に目線を動かさなければならない状況が多く発生することから，ソフトウェアキーボードなどを用HMD

VRαϱφϫʖϧητρϕ1αϱφϫʖϧΝӊͶ̗̎˅յ఺ͦ͠Ζϛ΢ϱν஭ࢻ఼

いた文字入力に適さない．
次に，提案手法の具体的な動作例を図 1 を用いて説明する．ステップ 0：ポインタは始め，HMD の視界の中心に表示されている．ステップ 1，2：ポインタの動きは，コントローラの回転動作によって制御することが可能である．
例えば，コントローラを右に回転させると，ポインタも右HMDVRαϱφϫʖϧητρϕ2ϛ΢ϱν͗HMDҒ஖Ν࣢Ͷ̒̓˅յ఺ͤΖ
஭ࢻ఼に動く．左，上，下への動きも同じようにコントローラでϛ΢ϱν

操作することが可能である．また，ポインタの動きは，コントローラの動きに感度を乗算したものが反映される．ステップ 3，4：ユーザーが目で特定の場所を注視すると，コントローラの現在の位置や回転に関係なく，ポインタをητρϕ3Ϥʖδʖ͗೜қ͹Ғ஖Ν஭ࢻͤΖ

その見ている場所へ瞬時にワープ（瞬間移動）させる．ス

ϛ΢ϱνテップ 5，6：ワープ後もコントローラをそのまま使用し஭ࢻ఼て，ポインタを微調整することができる．コントローラの回転には相対角度を使用しているため，ポインタの絶対位置に合わせてコントローラを大きく動かす必要はない．以降ではそれぞれのステップについて詳しく説明する．

HMDVRαϱφϫʖϧHMDVRαϱφϫʖϧητρϕ4ϛ΢ϱν͗஭ࢻ఼ͶϭʖϕͤΖϛ΢ϱν

2.1 コントローラによるポインタの移動（ステップ 0〜2）

஭ࢻ఼

初期状態では図 1 のステップ 0 のように，HMD の正面方向に向かって 1.5 メートル先の位置にポインタが配置されている．このポインタは，ステップ 1 からステップ 2 のように HMD を中心にして回転させることで，ポインティHMDVRαϱφϫʖϧητρϕ5αϱφϫʖϧΝ͠ΔͶ-20˅յ఺ͤΖ

ング先を変更することが可能である．ポインタの動きはコ஭ࢻ఼

ントローラを使って制御され，コントローラが回転する角

ϛ΢ϱν度と設定された感度に応じてポインタも回転する．例えば，感度が 0.5 に設定されている場合，コントローラを右に 90VRαϱφϫʖϧ度回転させると，ポインタは右に 45 度（90 度× 0.5）回転する．今回の実装では，感度を 0.6 に設定した．ここでは2 次元空間のオイラー角を用いて説明を行ったが，実際の

ητρϕ6

図 1HMDϛ΢ϱνͺϭʖϕҒ஖͖Δ͠ΔͶ-10˅յ఺ͤΖ

提案手法によるポインタ操作の一連の流れ．

計算は 3 次元空間のクォータニオン角を用いて行われる．
ントローラの現在の回転を打ち消す処理と，注視点に向2.2 視線によるポインタのワープ（ステップ 3，4）かって回転させる処理の 2 つによって行っている．具体的ユーザーが注視状態となったとき，注視した場所へポイにはまず，現在のコントローラの回転を打ち消して，ポインンタがワープする．注視状態とは，ユーザーの視線が一定

タが HMD の正面に移動するような反対ベクトルが計算さ時間移動せずに，その点を見つめていることを指す．ポイれる．次に，ポインタがユーザーが見ている場所に移動す

ンタのワープは，ユーザーが任意の場所を注視した際にコるようにポインタを回転させる．これにより，コントロー© 2024 Information Processing Society of Japan1062

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←࠴ඬA(ࢻત͹Ғ஖)2P-1012024/2/28

0.3ϟʖφϩҐ৏Ϫ΢̘཯Ηͱ͏Ζ
࠴ඬB↑(ϭʖϕҒ஖)

HMD

HMD
図3

࠴ඬB͹0.3ϟʖφϩҐ಼Ͷ
࠴ඬA͗͏Ζয়ସ͗
0.2භକ͜ͻ஭ࢻ൓ఈͶ͵Ζ৿ͪ͵࠴ඬBΝ
࠴ඬA͹Ғ஖Ͷઅఈ

HMD

HMD

図 2

シューティングタスクのスクリーンショット．大きいターゲッ
トの場合（左）と小さいターゲットの場合（右）．

注視しているかどうかを判定する流れ．

ラがどの方向を向いていても，ユーザーが見ている場所にポインタを瞬時に移動させることが可能となる．また，ス

図 4

文字入力タスクのスクリーンショット．

テップ 5 からステップ 6 のようにワープ後もそこを基準として，コントローラを使ってポインタを移動させることがである．このタスクはシューティングゲームのようなものできる．

で，画面に 4 つの白い球が表示されている．各球の直径は0.3 メートルで，被験者はポインタをこれらの球に合わせ2.3 視線によるワープの有無の判定て，コントローラのボタンを押す．ポインタが球に合ってこの手法に用いる視線情報は，HMD に組み込まれたアいて，ボタンが押されると，その球はランダムな新しい位

イトラッキング機能を使用する．まず，図 2 の左の図よう置に移動する．新しい位置は被験者の正面方向に 2 メートに HMD の位置を基準点として，ユーザーが見ている方向ル離れた縦 3 メートル，横 2 メートルの領域内からランダに向かって伸びる仮想の光線（レイ A）を考える．ここで，ムに選ばれる．このタスクを 3 分間の間繰り返し，タスク

レイ A 上で HMD から 3 メートル離れた点を座標 A（つま中にボタンを押したときにポインタが球に合致していた回り，座標 A は視線位置）とし，ポインタ位置を座標 B と数と，合致していなかった回数を計測する．さらに，球のし，座標 A と直前の座標 B の間の距離を計算する．距離

大きさが 1/2 になっている状況でのシューティングタスクが 0.3 メートル以上離れていて，かつ注視状態が 0.3 秒以（図 3 右）も追加で行った．

上継続した場合，視線が移動したとみなして，座標 B を座

3.1.2 文字入力タスク

標 A の位置に更新する．逆に，距離が 0.3 メートル未満あ2 つ目のタスクは文字入力である（図 4）．実験中は，英るいは注視状態が 0.3 秒未満の場合，視線によるワープは語配列の QWERTY ソフトウェアキーボードと英語の例文

行わなず，座標 B は直前の位置を維持する．

が，画面上に表示されている．この例文は，予め用意され3. 1 回目の評価実験
この実験では，提案手法がどのような状況で有効に機能するかを調査する．3 つの異なる状況で提案手法を試し，た 41 個のパングラムの中からランダムに一つ選ばれたものである．パングラムとは，アルファベットすべての文字を含み，できるだけ重複がないように構成された文章のことである．

どのような状況で一番パフォーマンスが高いかを調べる．

被験者はソフトウェアキーボードを用いて，表示されまた，システムユーザビリティスケール（SUS）スコアをた例文の通りに文章を入力する．文章を入力し終えた後，用いて，ユーザーからの主観的な評価も実施する．実験にreturn キーを押すことにより文章の入力を確定する．そのは，提案手法が得意な状況を想定したシューティングタス

後，新しいランダムなパングラムが表示され，被験者はそクと，苦手な状況を想定した文字入力タスクを用いる．の表示された文章を入力するタスクを，制限時間の間繰り返す．

3.1 タスク内容
実験では 2 つのタスクを被験者に行わせた．

3.1.1 シューティングタスク
1 つ目は，ゲームでの利用を想定したタスク（図 3 左）© 2024 Information Processing Society of Japan

3.2 実験内容
6 名の被験者に対して前述の 2 つのタスクと，SUS スコアを計測するための実験後アンケートを実施した．6 名は1063

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ช࣊೘ྙ

文字入力タスクでは手法がとても使いづらく，その印象が

10100
86.67
990
880
77059.67660
52.33 50.00
50.00
550
41.00
43.00 36.33
38.3340
5.00 4
32.33
27.67
31.67
330
3.33
3.33
3.00
220
2.67
2.33
11000

SUS スコアに影響を及ぼしているのではないかと考えた．

εϣʖτΡϱήঘ

そこで，文字入力タスクを行わない追加の実験を行った．
Words per MinuteεϣʖτΡϱή‫ځ‬έϨρέ੔ޯյ਼ʤ෾ؔʥ

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この追加実験は 3 名の被験者に対して行い，文字入力タスクが除外されたこと以外は先の実験と同じ条件で実験を行なった．
まず，SUS スコアは文字入力タスクを行った場合と比較අ‫̝ंݩ‬

අ‫̜ंݩ‬

අ‫̛ंݩ‬

අ‫̚ंݩ‬

අ‫̙ंݩ‬

අ‫̘ंݩ‬

しても，変わらず低い水準であるという結果になった．被験者は全員，1 分間で球を 50 個以上クリックすることはできず，ターゲットが小さい場合はその半数以下の回数に

図 5

6 名の被験者ごとの 1 分間の球クリック回数 （左目盛り）とWords per Minute （右目盛り）

100806040200

追加実験の結果から，得意な状況と考えていたシューティングタスクでも手法に問題があることが分かった．だ

72.5
37.5

70.0
37.5

30.0

48.3

がこの問題は，文字入力タスクのときとは異なる問題なの42.5ではないかと考えた．まず，文字入力タスクでは，文字を入力している間に例文や入力文を一瞬見た際に，その箇所

අ‫̝ंݩ‬

අ‫̜ंݩ‬

අ‫̛ंݩ‬අ‫̚ंݩ‬අ‫̙ंݩ‬අ‫̘ंݩ‬

図 6

3.5 手法の問題点

ฑ‫ۋ‬SUSηαΠ

なってしまう結果も確認できた．

6 名の被験者ごとの SUS スコアとその平均にポインタが移動してしまうという問題が考えられた．これは実際に，実験中では文字の誤入力を起こした後に，バックスペースキーを押しているタイミングで確認できた．具
体的には，バックスペースキーで文字を消しながら，入力全員が学生または大学院生であり，いずれも英語のネイ文見てどこまで消したのかを確認するタイミングで，ポイ

ティブスピーカーではない．実験では各タスクの前に，2ンタがワープしてしまうという状況である．それとは異な分間の練習時間を設け，その後 3 分間の実験を行った．タり，シューティングタスクでは，視界の端でポインティン

スクの順序は，学習効果を考慮してランダムに決定した．

グしようとする場合に，ポインティング精度が低下してしまうという問題が確認できた．シューティングタスクは文3.3 実験結果

字入力タスクと異なり，視界の端にターゲットが存在してそれぞれのタスクにおけるクリックの成功回数と Wordsいる状況が多く，その場合にうまくポインティングできなper Minute (WPM) を表したものが図 5 である．まず，大いことが SUS スコアが低くなってしまった問題の原因なきいターゲットを用いたシューティングタスクにおけるクのではないかと考えた．

リックの成功回数は，1 分間でおよそ 30 回から 90 回ほどであった．小さいターゲットを用いた場合では 1 分間でお4. 手法の改良

よそ 20 回から 50 回ほどであり，被験者全員は小さいター

実験結果を踏まえ，手法の改良を行った．まず，視線のゲットより大きいターゲットの方が成功回数が多かった．

滞留時間に基づく注視判定の基準を，0.3 秒から 0.15 秒へ

また，文字入力タスクでは被験者全員が 3 分間で 3 つ目のと変更した．これは，被験者のポインタの動きを実験中に文章まで入力することができず，WPM は 3 から 5 ほどを観察した結果，ポインタがワープするまでの時間が想定よ記録した．次に，SUS スコアには被験者毎にとても大きいりも長いことに気がついたためである．さらに，ポインタばらつきがあり，最低 30 点で最高 72.5 点，平均値が 48.33をワープさせる際に，視線の移動の方法が被験者毎に異点という，かなり低い点数を記録した（図 6）．

なっていることと，主にそれが 2 種類あることが分かった．
一つ目は頭ごと視界を動かす方法，もう一つは頭をほとん

3.4 追加実験

ど動かさずに，視線だけを動かす方法である．だが後者のSUS アンケートにおいて，筆者の予想よりも「この入力方法では，視線が視界の端にある場合に視線が大きく揺れ手法をもっと頻繁に使いたい」という回答が少なかったこることがあり，それが原因で注視判定の範囲から視線が外とが確認できた．さらに，6 人全員が文字入力タスクで手れてしまっていた．そのため，HMD の正面方向から視線法が使いづらいと回答していた．

が離れていれば離れているほど，注視判定の範囲を大き実際に，被験者全員は文字入力タスクにおいて WPM がくする改良を加えた．まず，HMD から正面方向に 3 メー最大で 5 という，とても低い結果になっている．そのため，トル離れた点を新たに座標 C とする．この座標 C は常に© 2024 Information Processing Society of Japan1064

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ฑ‫ۋ‬SUSηαΠ1008060402001007575.4650
44.56

70.0
62.5 65.0අ‫̦ंݩ‬අ‫̥ंݩ‬

図7

図 8既存手法අ‫̤ंݩ‬

提案手法

අ‫̣ंݩ‬0අ‫̢ंݩ‬අ‫̡ंݩ‬

27.33

大きいターゲット 小さいターゲット 大きいターゲット 小さいターゲット

65.0
35.0

38.36

25

63.8

85.0

各被験者ごとの SUS スコアと平均それぞれの手法，タスクにおけるターゲットのクリック成功回

手法では，大きいターゲットを用いたタスクでは 1 分間で数の 1 分間における平均（エラーバーは標準偏差）．

平均 75.46 回の成功クリック回数，小さいターゲットを用いたタスクでは 1 分間で平均 38.36 回の成功クリック回数

HMD の正面方向に固定されており，視線やコントローラを記録した．また，ANOVA を用いて有意差の確認を行い，で動かすことはできない．この座標 C と視線方向にある座有意差が確認できたため，Tukey-Kramer 法を用いた多重標 A の距離を Vector3.Distance 関数で計算し，その絶対値比較を行ったところ，全てがその他に対して有意差があるを注視判定の範囲に乗算する．これにより，視線が HMDことが確認できた．の正面方向から離れるほど注視判定の範囲が大きくなる．

提案手法のみを対象とした SUS スコア（図 8）は，改良

また，注視判定の範囲が 0.3 より小さくなる場合は 0.3 を前と比べて向上していることが確認できた．平均スコアは最低値とし，それより小さくはならないようにした．

63.8 点であり，1 回目の実験と比較した場合は約 15 点ほ

5. 2 回目の評価実験
5.1 実験内容
2 回目の評価実験は，1 回目の実験と同様のシューティングタスクを行った．ただし，手法の有効な場面とそうでど，2 回目の実験と比較した場合は約 25 点ほど上昇していた．

6. 議論
6.1 SUS スコアない場面をより明確にするために，タスクの内容に一部変SUS スコアは，手法の改良によって向上した．考えられ更を加えた．それは，シューティングタスクの中でも小さる理由として，視界際での注視判定にあいまいさを増やしい的を用いたタスクにて，前回は球のサイズを 1/2 に設定たことが挙げられる．まず，改良前の手法では視界際ではしていたものを，今回は 1/4 のサイズに変更するという注視によるワープが行いづらいという問題点が存在した．

内容である．被験者は小さい的でのシューティングタスク

そのためユーザーは，一定時間ターゲット付近を注視したは，より詳細にポインタを動かす必要がある．また，提案後に，カーソルがワープしないことを確認した後，感度の手法のポインティング性能の比較も行うため，VR では一低いコントローラ操作でカーソルを長距離，移動させなけ般的な手法である，レイキャストによるコントローラポイればいけない状況が発生していた．だが，視界際での注視ンティング法も同条件で実験を行った．

判定にあいまいさを増やす改良によって，ワープが視界際

被験者は 6 名の学部学生または大学院生であり，一度目でも発生させやすくなったことから，SUS スコアが向上しの実験にはいずれも参加していない．この 6 名の被験者にたのではないかと考えられる．しかし，改良後でもまれに対して前述したタスクと，SUS スコアを計測するための実注視によるワープが行われないことがあるため，より注視

験後アンケートを実施した．実験では各タスクの前に，2判定の精度を向上させ，ユーザーが意図したタイミングで分間の練習時間を設け，その後 3 分間の実験を行った．タ

正確にカーソルをワープすることができれば，さらに SUS

スクの順序は，学習効果を考慮してランダムに決定した．

スコアを向上させることは可能なのではないかと考える．
ただし，SUS スコアはさらに向上させる必要がある．そ5.2 実験結果
提案手法と既存手法をシューティングタスクで用いた比のためにどのような改善を行うのか，今後の検討が必要である．

較実験の結果が，図 7 である．提案手法では，大きいターゲットを用いたタスクでは 1 分間で平均 44.58 回の成功ク

6.2 クリック成功回数

リック回数，小さいターゲットを用いたタスクでは 1 分間クリック成功回数で手法の性能を比較すると，大きいで平均 27.33 回の成功クリック回数を記録した．また既存ターゲットの場合でも小さいターゲットの場合でも提案手© 2024 Information Processing Society of Japan1065

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法は既存手法を超えることはできなかった．しかし，提案

2P-1012024/2/28[2]

手法は既存手法と比較して，小さいターゲットにおいて性能の低下がしづらいということが確認できた．既存手法では，大きいターゲットの場合と比較して，クリック成功回[3]数が約 49 ％ほど減少しているのに対し，既存手法では約38 ％ほどの低下となっている．これは，コントローラによる微調整で，小さいターゲットに対してより素早くポインティングできたことが影響しているのではないかと考え[4]る．また，クリック成功回数は改良前と改良後であまり違いが見受けられなかった．考えられる理由の一つとして，コントローラで操作できる範囲が無制限であることが挙[5]げられる．本来，コントローラでのポインタの操作は感度が低く設定されているため，ポインタを長距離移動させるためには，既存手法と比べてもより大きくコントローラを[6]動かさなければならない．しかし，ユーザーはカーソルのワープを使用せずに，コントローラを大きく動かすことでターゲットへポインティングしようとしている状況を，実験中に何度か確認した．これによりポインティング速度が低下し，ワープを行いやすくしてもクリック成功回数の増[7]加に結びつかなかったのではないかと考えた．この問題を解決するためには，そのような状況がユーザー自身の意図で行ったものなのか，手法の不具合で不本意ながら行った[8]ことなのかを明確にする必要があると考える．もし前者が主な要因な場合，コントローラで操作できる範囲を，視線の一定範囲内などに制限することで，視線による操作の重[9]要性をより向上し，長距離移動の速度とコントローラによるポインタの微調整の精度をより向上できると考えられる．
そのためには，どのぐらいの距離ならカーソルをワープさせるのが適切なのか，またどのぐらいの範囲ならコント[10]

ローラで動かしても性能や SUS スコアに影響が出ないかといったパラメータ調整を適切に行う必要がある．後者が主な要因の場合は，SUS スコアを向上させる場合と同じで，ワープのための注視判定の精度をより向上させ，ユー[11]

ザーが狙ったタイミングで的確にワープを行わせるようにさらなる改良を行う必要がある．

7. おわりに[12]

本研究では，VRHMD に搭載されたアイトラッカーとコントローラを組み合わせた，VR コンテンツ向けの新しいポインティング手法について提案した．改良前の提案手法
では性能，SUS スコア共に低い水準だったが，改良によりSUS スコアの向上が確認できた．

[13]

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