日本経営システム学会
イノベーション指向データ分析研究部会
2018 年度第 3 回研究会講演論文集

開催日 ：2019 年 2 月 21 日（木）開催場所：広島工業大学五日市キャンパス Nexus21 10 階スカイテリア〒731-5193 広島市佐伯区三宅 2-1-1
http://www.it-hiroshima.ac.jp/about/access/itsukaichi/campus.html
参加費 ：無料

主催
広島工業大学地域連携技術研究協力会情報システム研究部会
http://www.it-hiroshima.ac.jp/research/hit2/
日本経営システム学会「イノベーション指向データ分析」研究会
http://matsumotolab.com/~jams/

プログラム
開催挨拶
13:00-13:05 松本慎平

(日本経営システム学会「イノベーション指向データ分析」研究会主査)
第 1 部：研究発表会(講演 6 分，質疑 2 分) 座長：加藤浩介
13:05-14:00

セッション 1

14:05-15:15

セッション 2

第 2 部：基調講演(講演 25 分，質疑 5 分)

司会：山岸秀一

15:30-16:00

垣内洋介（広島工業大学情報学部准教授）

16:00-16:30

健山智子（広島工業大学情報学部助教）

情報交換会
16:45-17:55
閉会挨拶
17:55-18:00 山岸秀一

(広島工業大学地域連携技術研究協力会

情報システム研究部会部会長)

第 1 部：研究発表会(発表 6 分，質疑 2 分)
13:05-14:00 セッション 1 座長：加藤浩介（広島工業大学情報学部）

pp. 1-2
題目：輝度値分布を考慮した MR 画像からの膝半月板自動抽出
著者：上原由香里，前元菜摘，秋山佑輝，健山智子，松本慎平 (広島工業大学)
pp. 3-4
題目：肝臓情報抽出のための確率アトラス生成とそのデータベース構成
著者：秋山佑輝，前元菜摘，上原由香里，健山智子，松本慎平 (広島工業大学)
pp. 5-6
題目：ソースコード読解におけるチャンク方略に関する基礎研究
著者：倉本隼，藤山翔太，三宝帝斗，平野拓真，松本慎平 (広島工業大学)
pp. 7-9
題目：360 度映像を利用したコミュニケーションツールの研究・開発
著者：岡本崇寛，山岸秀一 (広島工業大学)
pp. 10-12
題目：360 度映像の画質と臨場感に対する主観評価
著者：河野太一，林孝典 (広島工業大学)
pp. 13-14
題目：トグルを用いたカード操作方式によるプログラミング学習システムの学習効果及び認知負荷の基礎分析
著者：作田康陽，西山颯，村上瑠香，森永笑子，松本慎平 (広島工業大学)

14:05-14:15 セッション 2 座長：加藤浩介（広島工業大学情報学部）

pp. 15-16
題目：STEAM による学習教材のためのブロックプログラミングシステムの提案
著者：森山巧，中丸裕斗，神垣智大，岩本朋也，松本慎平 (広島工業大学)
pp. 17-18
題目：初学者向けプログラミング学習システムのための支援機能の検討
著者：小田樹，村上凌太，買田康介，濱田浩平，大下昌紀，松本慎平 (広島工業大学)
pp. 19-21
題目：拡張・仮想現実技術による水害体験システムの研究・開発
著者：髙橋朋紀, 山岸秀一 (広島工業大学)
pp. 22-24
題目：遠隔映像監視アプリケーションにおける映像品質と操作性の関係分析
著者：竹岡宏晃，林孝典 (広島工業大学)
pp. 25-26
題目: 動画学習でのエージェント利用に関する実験方法の検討
著者：岸直哉，関涼佑，松本慎平 (広島工業大学)
pp. 27-32
題目：能力創造型および能力活用型海外子会社が生成するスピルオーバー効果の可視化
著者：森川未彩，佐藤真奈，川勝英史 (尾道市立大学)
pp. 33-35
題目：超々臨界圧火力プラントで使用されるボイラチューブ鋼材の基本物性に関する理論的研究
著者：岩永昴平，山岸秀一 (広島工業大学)，杉内栄 (中国電力)

基調講演

システムの機能検証・設計自動化

垣内洋介
広島工業大学情報学部准教授

情報通信技術が身近になるにつれ，安心安全な情報社会に対する関心は高まっており，また，情報システムの不具合が社会に大きな影響を及ぼす事案も増えてきた．情報セキュリテ
ィの面からソフトウェアを安全に運用することはもちろんだが，そもそもシステム自体に誤りが無く，仕様との齟齬が無いことが厳密に求められている．本発表では，そういったシス
テムの誤りを発見し，混入を防ぐための手法として，システムの機能検証，特に形式手法を用いた自動検証や設計自動化について取り上げる．これらの手法では網羅的な探索を行うことで，人間が気づかない誤りを発見することが可能である．実際にいくつかの事例を紹介しつつ，基本的な技法について解説する

基調講演
pp.36-40

データサイエンスに基づく情報可視化とその有効性検証のための応用

健山智子
広島工業大学情報学部
知的情報可視化研究センター

助教
センター長

我々はこれまで，データサイエンスに基づき，医用画像解析，医用情報可視化，画像解析・認識，V 空間への情報可視化と，幅広くその効果について解析を行っている．本講演では，
これまでの成果を踏まえ，情報可視化によってもたらされる技術評価，新たな可視化技術とその応用について議論する．本講演の構成は，以下の通りである．まず，情報可視化を検討するためのビックデータ解析の定式化を議論し，その応用として，医用画像解析，医用情報
可視化について議論する．次に，収集されたデジタル広告画像内から機械学習にもとづく広
告画像のキーワード抽出のための文字領域の特定とデータベース構成を述べる．最後に，本学のキャンパスをメインに，スマートフォン技術を用いた大学キャンパス体験システムの開発と評価手法の提示について議論する．

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輝度値分布を考慮した MR 画像からの膝半月板自動抽出
Automatic Extraction of Knee Meniscus from Magnetic Resolution Image
based on Intensity Distribution
上原 由香里，前元 菜摘，秋山 佑輝，健山 智子，松本 慎平○Yukari Uehara, Natsumi Maemoto, Yuki Akiyama, Tomoko Tateyama, Shinpei Matsumoto
広島工業大学１ 研究目的Hiroshima Institute of Technology
画像から視認するため、今回本研究では、MR 画像

CT や MR 画像などの高精細医用画像は，0.5mm 以内における対象領域の輝度値情報解析からその解下の分解能で人体内部情報の取得が可能であり、剖学的特徴に迫る。

臨床行為において，有用な情報が提示される．この高精細医用画像には，疾患に対する多くの重要な情報が含まれる一方，その情報量は非常に膨大である.そのため、限られた時間で読影を求められる読影医にとってもその作業量とコストは膨大であり、この解決として、高度な計算機能から臨床
画像内の重要な情報を効率的かつ正確に取得・提示を可能とする計算機診断支援 (Computer-Aided
Diagnosis：以降 CAD)システムの確立が臨床現場より切望されている。本研究では、今回、膝関節
図１：膝軟骨領域可視化のための CAD システム

領域、とくに膝軟骨領域の解析に着目した CAD シ
ステムの開発を目指す（図 1）。
膝関節領域には、大腿骨を中心に、靭帯・骨格間のクッションの役目である軟骨領域、関節液などの組織から構成されている。そのため、CT やレ
ントゲン画像から観測が難しく、MR 画像からそれらの組織情報が観測される（図 2）。また、膝軟骨領域には、靭帯・半月板領域が含まれており、その各領域は、解剖学的な位置でも隣接しているだ
けでなく、MR 画像内においても輝度値情報は極め

図２：膝関節領域の MR 画像て類似しているため、経験豊富な臨床医でもその領域の区別は非常に難しいこの領域間の区分理解

２．膝関節領域の臨床 MR 画像

は、膝領域の損傷度合いの診断精度向上につなが

図２の臨床データからも確認できるように，十る。

字靭帯及び半月板領域の輝度値が類似しているが，以上を踏まえ、本研究では将来の膝領域損傷度区別できることから，どのような特徴をもってい合いの診断支援システム開発を目指し、今回、本

るか解析をする必要がある．今回は濃度値分布で研究では、膝関節領域内における軟骨領域の構造検討を行った．

解析に焦点を置く。まず、この解剖学的特徴を MR-1-

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本研究では，共同研究先の霞クリニックで撮像

ここで、学習データにおけるμ：輝度値の平均値、された PDW VISTA TRA の条件での MR 画像を用い

𝜎 2 :輝度値の分散を示す。また、𝑥𝑘 は、画素番号 k

た．医師の指導の下，MR 画像からの膝半月板の特における輝度値である。結果を図５に示す。

徴(濃度値，形状，空間上の位置)を用いて，ITK-

5 症例の場合、学習データ数が少ないため，軟SNAP[5]上で，手動で抽出を行う．ボクセルサイズ

骨領域以外に軟骨液領域も同時に抽出され、また、は 0．4688×0．4688×0．35 である．
３．輝度値分布による膝構造の解析

10 症例・15 症例と学習症例が増えると、半月板以外の領域抽出が抑制されつつあることも同時に確認できた。今後は学習データ数を増やす必要があMR 画像からの膝軟骨全体，半月板領域の輝度値ることが同時に示唆された。

分布を求めるため、臨床医指導の下、まずは手動で半月板領域と膝軟骨領域をそれぞれ抽出する。
その結果を図３に示す。また、この抽出した領域
から輝度値ヒストグラムの分布を図４に示す。
図４より、靭帯領域と半月板領域はほぼ同じ輝度値範囲に属していることが確認できた。また、(a)テスト画像

わずかながら、靭帯領域より半月板領域の平均と分散は右寄りの分布になっていることも同時に確認された。
(b)症例５(c)症例１０(d)症例１５

図５．最尤推定を用いた半月板領域の半自動抽出

５ 結論
膝領域に対する計算診断支援システム構築を目指し，医用画像の輝度情報を用いて膝軟骨領域の図 3:学習データからの半月板領域（上）と靭帯領域の手動抽出（下）と 3 次元形状モデルの表現

構造解析を行った．軟骨組織は MR 画像内において，輝度値分布が低く存在することをヒストグラ
ムから確認された．この特徴を踏まえ，最尤推定法に基づいて輝度値から領域情報を抽出したが、他領域も同時に抽出された。今後，確率アトラスなどの形状特徴の解析を導入することが本研究の今後の展望である．
参考文献

図４:靭帯領域と半月板領域の輝度値ヒストグラム[1] 藤田，原，周他：計算解剖モデルの構築

４．最尤推定法を用いた半月板領域の抽出結果/innervision Vol129 NO11 PP13-18．2014[2] 陳，上谷，健山他：肝臓の統計形状モデルの構築と肝硬変症支援診断への応用，
INNERVISION Vol．31， No．7， p33-36，
2016．
[3] [3]ITKsnap : http://www ． itksnap ．
org/pmwiki/pmwiki ． php(Last
access:20017/10/03)

輝度値ヒストグラムの結果に基づき、膝半月板
領域の輝度値分布の平均と分散から半月板領域の推定を行う。今回、その推定法には、最尤推定法
を用い、下式となる。
1(𝑥𝑘 − 𝜇)2
L(𝜇, 𝜎 2 ) =exp (−)2𝜎 2√2𝜋𝜎 2(1)-2-

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肝臓情報抽出のための確率アトラス生成とそのデータベース構成
広島工業大学情報学部
秋山

佑輝，前元

知的情報システム学科
菜摘，上原

知的情報可視化研究室

由香里，健山智子，松本慎平

Probabilistic Liver Atlas for understanding Organs information
and Its Database Construction
Yuki Akiyama，Natsumi Maemoto，Yukari Uehara，Tomoko Tateyama，Shimpei Matsumoto

１ 研究目的

医用画像から，今回，正確な形状解析をすべく，
肝臓情報を手動で MR 画像から取得する．今回，高精細医用画像の進展により，わずか 1mm 以

本研究で用いる症例数は，３０症例であり，その下の解像度で人体内部の詳細な情報が観測される症例数の違いで構成される確率アトラスの違いに

一方，限られた時間内で読影を行う医師にとって，ついても議論する．

その情報量は極めて膨大であり，計算機による効率的な可視化支援ならびに収集されたデータの効率的な整備方法の確立が求められる．このようなシステムを計算機支援診断システム（Computer
Aided Diagnosis (CAD) といい,本研究では，今回，MR 画像から情報取得するための肝臓 CAD システ
ム確立を目指し，特に空間・形状に着目するため，
確率アトラスを生成する．また，確率アトラスを生成するためには，数多くの症例数が必要であり，その症例に対してアクセスのしやすさなども求め
図１られる．本研究では，その情報整備についても検肝臓造影の MR 画像

討する．
２ 肝臓情報の取得
本研究では，図１に示す，肝臓造影された MR
画像より確率アトラスを生成する．図１の画像からも確認できるように，MR 画像内で肝臓情報が視認できるが，画像内のコントラストが非常に引く，そこで，本研究ではまず，肝臓情報を取得し

図２やすいように，コントラスト調整する，コントラ
スト調整した画像は図２である．この調整により，より肝臓情報が取得されやすい．この調整された-3-

コントラスを調整した MR 画像

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３．確率アトラスの生成確率アトラスとは，抽出された臓器情報をもとに，その対象となる臓器の空間的な存在確率と形状情報を示す情報である．確率アトラスの生成について，式（１）に示す．

Vn =

1 n
∑V
n i=1 i(1)

ただし、 Vn：症例数 n の確率アトラス， V i：症
例番号 i の肝臓情報が手動抽出されたボリューム

図４

データをそれぞれ示す．

目標販売数量と累積期待利益の推移

図４に，実際の MR 画像と作成した確率アトラ

V i は手動抽出されたデータであるので，このボスを重畳した結果を示す．この結果からも確認で

リュームデータは，存在を１，その他の領域は 0

きるように，５症例の 40％のアトラスは広く情報として定義されている．故に，この式(１)からもが取得されているが，十分な取得につながってい理解できるように，確率アトラスは，ボリューム

ない．これは，学習の症例数が少ないため，形状内において，その対象となるボクセル上での臓器の網羅ができていないためである．30 症例の 70％

情報の存在平均を示しており，その存在が空間的では，明確に，肝臓の場所を提示しているが，そな存在確率となっている．

の取得される領域が低いことが確認できた．十分

図３に本研究で求めた確率アトラスを提示する．
各アトラスは，(a)５症例，(b)10 症例，(c)20 症例，な情報を提示する確率アトラス生成のためには，学習の症例数の増加が重要であることが，本結果(d)30 症例でそれぞれ構成した．これらの確率アから確認された．

トラスからも確認できるように，少数症例では，さらに，この確率アトラスを生成するためには，その確率は非常に粗く提示されており，症例数をデータの整備が重要である．そのため，学習症例増やすことで，より詳細な情報を提示しているこへのアクセス整備が重要であり，この整備によっとが確認された．

て疾患症例や正常症例アトラス生成も可能となる．
4 結論
臓器の空間的な位置情報と形状情報を理解するため，本研究では 30 症例の肝臓確率アトラスを生成し，その特徴について議論を行った．症例数増加により，より詳細な空間位置と形状の提示が可能であることから，今後，症例数を増やし，より(a) 5 症例

詳細な情報を提示できるアトラスを生成する．

(b) 10 症例

本研究遂行にあたり，データ提供ならびに臨床
アドバイスを頂いた広島大学病院放射線科に謝意
を示す．
参考文献
[1] 李,健山，陳他,“Iterative 確率アトラスとテンプレートマッチングを用いた肝臓セグメ
(c)

20 症例
図３

(c)

ン テ ー シ ョ ン 信 学 技 報 115(139), 13-17,

30 症例

2015.

肝臓情報の確率アトラス-4-

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ソースコード読解におけるチャンク方略に関する基礎研究
広島工業大学 倉本隼，藤山翔太，三宝帝斗，平野拓真，松本慎平

A Basic Study on Chunking Technique for Source Code Reading
Hiroshima Inst. of Tech. Hayato Kuramoto, Shota Fujiyama, Teto Sampo, Takuma Hirano, Shimpei Matsumoto

１ 研究目的ことで，物事のイメージをより明確にすることである．チャンクはもともと英文読解において広く

プログラミングのほとんどはコードを読む時間知られた認知技法であり，チャンキングを利用す[1]と言われている．よって，ソースコードを正確ることで英語初級学習者の英文理解度が増すといかつ効率的に読めるようになるための学習は，プ

うことが明らかにされている[5]．チャンクによるログラミング力を向上させるために重要であると

リーディング効果としては，文章の内容を記憶す考えられる．このような背景のもと，プログラム

る認知負荷の軽減[6]や，読解速度の向上[7]が認めソースの内的構造の把握と適切な読解力の学習をられている．このように，チャンクとは読むスキ狙いとしたソースコード読解学習システムが開発ルであり，プログラミングの読解学習においてもされている[2]．この先行研究では，読解学習の目重要であると考えられる．なお，本研究では，ソ的を「要領良くプログラムを読めるようになるこースコードを意味のある部分に分け，内容を理解と」と位置付けている．すなわち，認知負荷理論

して再びつなぎ合わせることや，ソースコード内[3]の知見を踏まえ，力を入れるべきではない非本の役割を持った塊を見分けるなど，チャンクを利

質的な作業に対しては極力手を抜くべきであると用することで円滑に読解を行うための技能をチャ考えている．ただし，「要領良くある」ためにもンク方略とする．このような設定のもとで，本研相応の技能が必要であるため，その技能の獲得が究の狙いは，チャンク方略を学習者に学ばせるこ

読解学習の狙いとされている．読解における「要とによってプログラム読解力をより高めることが領の良さ」として，先行研究では，プログラムの可能な教授法を構築し，それにより学習者を本質

構造を把握する力とされているが，本研究では，的学習に集中させ，結果として読解力を向上させプログラムの部分を適切にチャンキング[4]するることとする．以上の前段階として，まず，「プ力も該当すると考えている．そこで本研究では，

ログラミングにおける読解学習でチャンク方略を

チャンク方略そのものがプログラミング読解に役採用することは，学習時間の短縮やより適切(正立つことを実験的に明らかにするため，実験方法

確)な読解の向上に役立つのか」を実験によって事及び評価方法の検討を目的とする．

前に明らかにする必要があると考えられる．

２ 従来の研究と本研究の特徴

３ 研究方法チャンクとは「1 つのまとまった意味単位とし読解における「要領の良さ」として，先行研究でて一時的に記憶し処理される項目」であり，人間

は，プログラムの構造を把握する力とされている．

の短期記憶における情報処理容量を調査した結果

この点について，本研究では，プログラムの部分考えられたものである[4]．チャンクを利用した考を適切にチャンキングする力も該当すると考えてえとは，複数の情報のまとまりを一つにまとめるいる．そこで本研究では，要領良くあるための技-5-

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能としてチャンキングを捉える．チャンク方略の謝辞

有用性を議論するうえで，本研究はまず，ソース
コードの読解とチャンキングの関係性について調本研究は，独立行政法人日本学術振興会科学研

べる必要がある．そのため，ソースコード読解問

究費助成事業(基盤研究(C)16K01147, 17K01164)

題においてどのような対象にチャンキングが有効の助成を受けて実施した成果の一部である．ここ

であるか，逆に有効ではないのかなどを予備実験に記して謝意を表します．

で調査する必要があると考える．
参考文献
４ 実験方法[1] D. Boswell and T. Foucher, The Art of
採用した被験者 20 名を実験群と統制群に分け，異なる環境でソースコードの読解問題を提示する．

Readable

Code(TheoryinPractice),

O'Reilly Media (2011).

なお，問題は「n=15 が入力された場合に出力され[2] K. Okimoto et al., Developing a source code

る値を答えなさい」といった形式とする．実験群

reading tutorial system and analyzing its

はチャンク方略を採用する群，統制群はチャンク

learning

方略を採用せずに 1 行ずつ文字を読解する群とすclassification

る．実験群・統制群共に 10 名ずつとし，事前テス

Artificial Life and Robotics, Vol.22,

トにより同程度の C 言語の理解度を有することをIssue 2, pp 227-237 (2017).

log

data

with

analysis,

multiple

Journalof

確認したうえで被験者を 2 群に分割する．両群に[3] J. Sweller, J. Merrienboer, F. Paas,

は事前にチャンクについての説明を十分に理解でCognitive architecture and instructional

きるまで行い，実験群にはチャンク方略で徹底しdesign, Educational psychology review,て速読するよう指示し，統制群に対しては，たとVol.10, No.3, pp.251-296 (1998).

えチャンク方略ができる技能を有していたとして[4] G.

Miller,The

psychologyofも 1 文字ずつ文字を読んで処理の流れを追うよう

communication: seven essays. Penguin Booksに指示する．このような設定であるため，高度な(1967).

チャンク技能を有する被験者を実験群に優先的に[5] 柳瀬学, 英文読解におけるチャンキング指導割り当てる．問題の提示方法は先行研究[2]と同等

が日本人初級英語学習者にもたらす認知効果,とする．読解問題は，繰り返しを含む 5 問(問 1-5)

STEP BULLETIN, 20, pp.137-143 (2008). %. 日と条件分岐を含む 5 問(問 6-10)の計 10 問で構成

本英語検定協会

する．実験では読解問題の正答率と回答時間を計[6] N. Ellis, Memory for Language, In P.

測し，これらデータと主観アンケートをもとにチRobinson （ Ed. ） Cognition and second

ャンク方略の有用性を検討する．

language
Cambridge:

５ 結論

instruction,
Cambridge

pp.33-68,

University

Press(2001).
[7] Newell, United Theories of Cognition. MA:

本研究ではチャンク方略に基づいたプログラミ

Harvard University Press (1990).

ング学習法を提案し，ソースコードの読解とチャンキングの関係性を明らかにするための予備実験の方法を示した．今後は実験結果を明らかにすることを目的として研究を進める．
-6-

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360 度映像を利用したコミュニケーションツールの研究・開発
広島工業大学

岡本 崇寛

広島工業大学

山岸 秀一

Research and development of communication tools
using 360 degree video
Hiroshima Institute of Technology

Takahiro Okamoto

Hiroshima Institute of Technology

Shuichi Yamagishi

１ 研究目的

視聴することで，高い臨場感を持った映像体験を

近年,バーチャルリアリティ(VR)技術が大きなすることができるようになる．さらに，ライブス

注目を集めている．以前は，VR 機材が高価であり，トリーミング機能とユーザ間の音声通話を可能に

また，移動や設置も容易ではなかったため，個人することで，撮影中の映像をリアルタイムで視聴での利用は困難であった．しかし，2016 年を境に，しながら，遠く離れたユーザ同士が，お互いにコ

一般ユーザ向けの比較的安価な頭部装着ディスプ

ミュニケーションを取れるようになり，利便性とレイ(HMD)が発売されるようになり，個人での入手活用性の更なる向上が見込まれる．

も容易になってきたため，VR の普及が急速に進んだ．それに伴い，スポーツ，エンターテインメン

２．１ VR 空間の構築

ト，観光など，様々な分野で 360 度映像が活用さ

360 度視聴可能な VR 空間を実現するために，360れるようになってきた[1]．中川らは，VR を災害度映像が撮影可能なカメラである RICHO 社の対策などに対応するべく，360 度映像を複数人でTheta S と，ヘッドトラッキング機能を有し，コ

視聴することが可能なシステムを開発した[2]．しンピュータ上に作成された VR 空間を視聴するこかし，この研究では，遠く離れた視聴者同士がコとが可能な HMD である Oculus Rift DK2 を使用す

ミュニケーションを取ることは難しい，また，リる．また，撮影した映像を視聴,・共有するためのアルタイムの映像を視聴することができない，とVR 空間の作成には，統合開発環境を内蔵したゲー

いった問題がある．そこで，本研究では，HMD に搭

ムエンジン Unity を使用する．

載されているヘッドトラッキング機能を活用し，360 度カメラで撮影された映像をライブでも視聴

２．２ 360 度映像の HMD 対応

でき，さらに，遠隔地にいる利用者同士が，音声

360 度映像を HMD に対応させるために，360 度映によるコミュニケーションを取ることのできるシ像を Theta S を利用して撮影した後，この映像をステムを提案・開発する[3]．

Unity に送る．本研究では，Unity の Skybox 機能，および，球体の 3D オブジェクトを利用する[4]．

２ 研究の概要

録画した映像の視聴には Skybox 機能を利用し，VR

本研究では，同一の 360 度映像を複数人で共有空間の背景に映像を張り付けることで，360 度視するために，以下の(1)～(4)に示す手法と機材を聴を可能にする．一方，ライブ映像については，

利用して VR 空間を作成する．そして，作成された

球体 3D オブジェクトの内側に，配信されるライブ

VR 空間に 360 度映像を貼り付け，HMD を利用して映像を張り付け，その中に Unity のカメラオブジ-7-日本経営システム学会イノベーション指向データ分析研究部会
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ェクトを設置することで，視聴を可能にしている．

２．３．２ Nginx の概念

そして，これらの映像を HMD に送ることで，臨場Nginx は，オープンソースとして公開されてい感のある 360 度映像を視聴することが可能となる．

る nginx-rtmp-module を利用することで，RealTime Messaging Protocol (RTMP)を扱うことがで

２．３ 映像の共有・視聴方法

きる．そこで，Nginx を利用してサーバを構築し，同一の 360 度映像を複数のユーザで共有するたサーバに Theta S で撮影されたライブ映像を送信

めに，Unity のパッケージである Photon Unity

する．ユーザは，このサーバにアクセスすること

Networking (PUN)と，オープンソースソフトウェ

で，配信者からサーバに送信されたライブ映像をアの Web サーバである Nginx を使用する．

再生して視聴することが可能になる．

２．３．１ Photon Unity Networking(PUN)の概念
PUN は，1 つの専門サーバとルーム機能，および，マッチング機能を提供しており，ユーザはルームを作成して入室することで，相互に通信を行うことができるようになる．なお，ユーザはルームに参加することで,同一の映像を視聴することが可能となる．PUN には，同じルームに入室している

図 2 ネットワーク概念図

一人のユーザが行った処理を，同ルームの他ユー
ザに同期させる機能も提供されている.この機能

２．３．３ ライブ映像の送信を利用することで，映像の再生や停止などの様々

Theta S で撮影したライブ映像をサーバに送信な処理を，全てのユーザで共有することができる．

するために,ストリーミングソフトウェアである

そのため，あるユーザが見ている映像と同じもの

Open Broadcaster Software (OBS)を利用する．配を，複数人で視聴して操作することが可能となる信者側は PC と Theta S を USB ケーブルで接続し，（図 1 参照）．

自身の PC にインストールされている OBS の設定を変更する．カメラを Theta S に設定し，また，映像の配信先に作成したサーバの URL を指定する．
これらの設定を行うことで，映像をサーバに送信することが可能となる．OBS を利用することで，配信者は映像の形式や送信方法を気にすることな
く，映像を配信することが可能となる．
２．３．４ ライブ再生の仕組み
ライブストリーミング映像を再生するために，Apple 社 が開 発 した 動画 再 生プ ロト コ ル HTTP
Live Streaming (HLS)を使用する．HLS は，分割された「.ts」という拡張子を持つ動画ファイルと「.m3u8」という拡張子を持つファイルにより構成されている．OBS を利用して配信された映像は，
一定の時間で区切られ，ts 形式の動画ファイルと

図1

PUN による相互通信の方法

して配信が終了するまで次々と生成される．
-8-

日本経営システム学会イノベーション指向データ分析研究部会
2018年度第3回研究会講演論文集（2019年2月21日(木)広島工業大学）

図 4，5 に，それぞれ，録画映像とライブ映像の複数ユーザでの利用の様子を示す．

図 3 ライブ受信している PC のフォルダ内の様子生成された ts 形式の動画ファイルは，古いファ
イルから時間経過とともに自動的に削除される．

図5

ライブ映像の複数ユーザ視聴の様子

これらの動画ファイルを再生するには，m3u8 形式のファイルを読み込む必要がある．m3u8 ファイル

３ まとめは，ts 形式の動画ファイルの長さや動画ファイル

360 度カメラで撮影した録画映像およびライブの番号，更新頻度などを管理するインデックスフ

映像を複数人で視聴でき，さらに，音声通話に対ァイルである.このファイルを読み込むことでラ応させることで，遠く離れたユーザ間でもコミュ

イブ映像を再生することが可能となる．

ニケーションが取れるシステムを提案した．そして，システムの開発を行い，その有効性を確認し２．４ 双方向通信(通話機能)の実装

た．今後は，複数の動画を選択可能にする機能の通話機能を実装するために，Unity の Photon

追加や，ユーザインタフェースの改良を行う予定

Voice という PUN のアドオンを利用する．Photon

である．

Voice は，PUN で作成したルームを利用すること
で，ルームに入室したユーザ同士において,通話機

参考文献

能を実現することができる．この機能を利用する[1] 藤原佑歌子 他: パノラマ画像および動画をことで,複数ユーザ間でのグループ通話を可能に用いた観光システムの提案, 2014 年度情報処

する．

理 学 会 関 西 支 部 支 部 大 会 論 文 集 , G-10
(2014).
[2] 中川和也 他: 全方位映像を用いた災害現場における視覚情報の共有方法の研究, 第 21回日本知能情報ファジィ学会中国・四国支部
大会講演論文集, pp.11-12 (2016).
[3] 岡本崇寛 他: 360 度映像を利用したコミュニ
ケーションツールの研究・開発, 第 23 回日
本知能情報ファジィ学会中国・四国支部大会
講演論文集, pp60-61 (2018).
[4] 和田和美: 360 度全方位動画コンテンツ作成と再生配信及びアプリケーションの模索, 静
岡文化芸術大学研究紀要, VOL.14, pp.151-

図 4 録画映像の複数ユーザ視聴の様子

166 (2013).
-9-日本経営システム学会イノベーション指向データ分析研究部会
2018年度第3回研究会講演論文集（2019年2月21日(木)広島工業大学）

360 度映像の画質と臨場感に対する主観評価
広島工業大学 情報学部

河野 太一，林 孝典

Subjective Assessment of Video Quality and Sense of Presence
for 360-degree Videos
Faculty of Applied Information Science, Hiroshima Institute of Technology
Taichi Kono, Takanori Hayashi

１ はじめに析した結果についても報告する。

近年、仮想現実（VR：Virtual Reality）映像技

２ 360 度映像に対する主観評価実験

術やユーザインターフェース技術の発展によって、VR 映像を利用したコンテンツやサービスが普及

主観評価実験では、ヘッドマウントディスプレしつつある。具体的には、エンターテイメント分

イ（HMD：Head Mounted Display）に HTC VIVE

野における VR ゲーミングや 360 度映像の動画視（スクリーン：Dual AMOLED 3.6-inch（対角）、

聴、不動産、建築・建設分野における物件内見や

解像度：両眼 2160×1200p（片眼 1080×1200p）、

建物設計、遠隔重機操作などがある。今後も医療リフレッシュレート：90Hz、視野角：110 度）をや教育、観光分野などにおける疑似体験など様々

用いて 360 度映像を表示した。評価映像コンテンな分野での活用が期待されており、ユーザが快適

ツは映像の精細度と動き量を考慮し、①ペンギン：に使用するためには、ユーザ体感品質（QoE：

辺り一面に広がるペンギンの群衆の映像

Quality of Experience）に基づいて VR 映像シス

（13Mbps）、②ゾウ：草原の中の複数頭のゾウのテムを設計する必要がある。360 度映像の観視時

中で 1 頭が接近する映像（15Mbps）、③アザラ

間は ACR 法[1]で採用している 10 秒程度では不シ：水中で泳ぐアザラシが横切る映像（15Mbps）

十 分 との 指摘 が国 際標準 化 機関 であ る ITU-Tの 3 種類を用いた（音声無し、映像符号化方式（ International

Union-

H.264/MPEG-4 AVC、解像度：3840×1920p、フTelecommunication Standardization Sector）やレームレート：30fps、ビット深度：8bit）。これ

映 像 品 質 の 専 門 家 会 合 で あ る VQEG （ Video

らの映像は固定カメラで撮影された 10 秒の映像

Quality Experts Group）で議論されている。またであり、これを再圧縮して画質を変化させた。

Telecommunication

従来、VR 映像における QoE の「画質」や「安全評価方法は図 1 で示すように観視回数 1 回、2性」に着目した検討例[2][3]があるものの、「臨場回、3 回の 3 パターンを用いて評価した。評価実感」といった観点に着目した検討例は少ない。

験では、観視条件 3 条件毎に画質 4 条件、コンテ

本稿では VR 映像で使われている 360 度映像にンツ 3 条件をランダムな順序で行い、全評価条件

着目し、評価する映像を繰り返し観視する主観評

数を 36 条件（評価の練習条件は含まず）とした。

価法を採用し、画質と臨場感に対する評価値の安評価尺度は、画質については表 1 に示す 5 段階品定性を分析した。また、その安定した評価方法を質尺度で評価した。また臨場感を、「実物を見て用いた評価者数ごとの評価値の安定性の分析、複いるような感覚／その場にいるような感覚」と定数のコンテンツを用いた画質と臨場感の関係を分義し、表 2 に示す 5 段階尺度でその度合いを評価- 10 -

日本経営システム学会イノベーション指向データ分析研究部会
2018年度第3回研究会講演論文集（2019年2月21日(木)広島工業大学）した。評価者は、映像品質に対する非専門家 25 名の影響を低減するため、観視回数の違いで結果を（学生（男性 22 名、女性 3 名））とし、それぞれまとめている。図 2 より、MCI は画質より臨場感に観視回数を 3 パターン行った。

の方が高く、画質よりも臨場感の方が評価値のばらつきが大きくなる傾向が見られた。これは評価者が抱く臨場感の定義の曖昧さや、普段から見慣れた 2D 映像にはない VR ならではの臨場感を評価するのが難しいためであると考えられる。また、観視回数を変化させても画質、臨場感共に MCI は
大きく変化せず、統計的に有意な差はみられなかった（有意水準 5%）。評価実験中の評価者を観察すると、360 度映像を観視する際に観視回数 1 回
では十分に全体を観視しづらい様子が伺えた。こ図1

主観評価の流れれらを踏まえて安定的かつ効率的に主観評価実験を実施するためには、観視回数 2 回が妥当である

表15 段階品質尺度

評点
5
4
3
2
1
表2

と判断した。

評価語
非常に良い
良い
普通
悪い
非常に悪い
5 段階臨場感尺度

評点
5
4
3
2
1

評価語
非常にある
ある
どちらでもない
ない
全くない

図2

観視回数と MCI の関係

次に、評価者数と評価値の安定性の関係を図 3に示す。図 3 より、評価者数が増えることにより
３ 主観評価実験の評価結果

MCI が小さくなっている。従来の 2D 映像の品質評価法を規定する ITU-T 勧告 P.910[1]では、評価

３．１ 画質評価と臨場感評価のばらつき

者は統計分析に必要なデータ数の観点から 15 人

再圧縮率を変えて画質を変化させた評価映像を以上の評価者とされており、今回の実験の 360 度観視して、画質と臨場感について評価した。観視映像でも少なくとも 15 人程度が必要である。ま

回数と評価値の安定性の関係を図 2 に示す。評価

た、3D 映像の品質評価法を規定する ITU-T 勧告

値の安定性は、評価条件毎の画質と臨場感の平均

P.915[4]では、3D 映像における必要な評価者数を、

オピニオン評点（MOS：Mean Opinion Score）の

従来の 2D 映像を 24 人で評価した際の MCI（約95% 信 頼 区 間 の 平 均 値 （ MCI ： Mean of 95%0.32）を基準として決めている。そこで 360 度映

Confidence Interval）で表した。実験では 3 種類

像における必要な評価者数も MCI が 0.32 以下にのコンテンツを使用したが、図 2 ではコンテンツなるように考え、画質評価における評価者数は 18- 11 -

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2018年度第3回研究会講演論文集（2019年2月21日(木)広島工業大学）

人以上、臨場感評価における評価者数は 23 人以

４ まとめ

上となることが分かった。
本稿では、360 度映像の主観評価法として、映像の観視回数を変化させた場合の評価値の安定性を分析した。その結果、評価者の観視状況や評価の効率性を考慮すると、観視回数 2 回が妥当であると判断した。また、評価に必要な評価者数を分析した結果、MCI が 0.32 以下になるように基準を設けると、画質評価では 18 人以上、臨場感評価
では 23 人以上の評価者が必要となることが分かった。さらに、360 度映像における画質と臨場感の関係についても解明し、画質の低下傾向に比べ、
図3

評価者数と MCI の関係

臨場感の低下傾向が緩やかになることを解明した。
今後は、評価者の観視状況の特徴（着眼点等）

３．２ 評価映像の画質と臨場感の関係も分析することにより、360 度映像の客観品質評

３．１の結果を踏まえ、観視回数 2 回のデータ

価法の検討に反映させていく予定である。

を用いて画質と臨場感の関係を分析した結果を図4 に示す。図 4 より、全体的には斜線の上側にプ

参考文献

ロットがあることがわかる。画質の低下に伴って[1] ITU-T Rec.P.910 “Subjective video quality

臨場感も低下するが、臨場感の低下量は画質のそれよりも少ない傾向があることが認められた。こassessment

methods

れは多少画質が低くなっても、評価者が自由な視

applications,” April 2008.

formultimedia

点で 360 度映像を観視できることで、一定の臨場[2] H.Duan, G.Zhai, X.Yang, D.Li, and W.Zhu,

感が保たれているためである。また、従来のディ“IVQAD 2017: An Immersive Video Quality

スプレイとは異なる HMD を用いて使用したため、Assessment Database,” IWSSIP2017, 2157-

より高い臨場感を生み出していると考えられる。

8702, May 2017.
[3] 氏家弘裕,

渡辺洋,“バーチャルリアリティ映像から受ける生体影響の評価”,電子情報通信
学会誌, Vol.101, No.8, pp.832-837 (2018 年 8月)[4] ITU-T Rec.P.915 “Subjective assessment
methods for 3D video quality,” March 2016.

図4

画質と臨場感の関係- 12 -

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トグルを用いたカード操作方式によるプログラミング学習システムの学習効果及び認知負荷の基礎分析
広島工業大学 作田康陽，西山颯，村上瑠香，森永笑子，松本慎平

A Basic Analysis on Learning Effect and Cognitive Load of Card
Operation-Based Programming Learning System with Toggle Function
Hiroshima Inst. of Tech. Koyo Sakuda, Hayate Nishiyama, Ruka Murakami,
Shoko Morinaga, Shimpei Matsumoto

２ 提案

１ 研究目的プログラミングの「構造を理解する」ことに焦

トグルとは，カード内の命令を排他的に選択可点を当てたプログラミング学習において，非本質能な領域を設ける仕組みであり，正解に含まれな的な認知負荷の影響をできる限り減らすため，カい命令群を多数設定可能な仕組みである．正解にード操作方式による学習支援システムが開発され含まれない命令を用意する仕組みとして，不正解ている[1]．カード操作方式は，カード順列の思考の命令を含むダミーカードをあらかじめ用意するのみを対象としている．部分間の関係を考える際，方法がある．ただし，この方法を単純に適用した

実際のアルゴリズム設計に似たより深い思考を学場合，正解に含まれない命令を多数用意すること

習者に行わせるためには，カードの並びに加えて，になるためカードの量が膨大になる．このことで正解に含まれない命令群を持つダミーカードを加視認性が低下し，カードを探す作業に関連した非えた問題設計が有効である．ただし，単純にダミ

本質的な認知負荷が発生する．トグル機能はこのーカードの量を増やせば視認性が低下し，カードような問題を解決しながら，学習者にアルゴリズを選ぶための非本質的な認知負荷が増加するため，

ムなどを深く考えさせられる可能性がある．この高い学習効果は期待できない．選択肢としてのカトグル機能について，我々はカード内の一部の文

ード数と学習量(学習効果)の関係は複雑であり，字列にセレクトボックスを設定することで実現さトレードオフのような関係にあると考えられる．

せることを考えている．例えばこのトグルの利用

一方で，Parson が提唱したプログラミング学習の例として，カードの中に存在する算術演算子，比仕組み[2]のトグル機能を用いればこの問題を解

較演算子を選択式にする，演算内のある変数を選決でき，より実際のアルゴリズム設計に近い学習

択式にする，などが考えられる．

活動を実現できる可能性がある．

カード操作方式は，部品を組み立てる構造化タ

そこで本稿では，カード操作方式に基づくプロ

スク[3]と捉えることができる．構造化タスクでは，

グラミング学習システムにおいて，トグル機能が十分な学習を実現するためには，ある程度以上のカードを選ぶ際に発生する非本質的な認知負荷を数の部品が必要であるとされている．一方で，部抑制しながら，学習者により適切な思考をさせる

品を増やした場合，これらを把握する能力や適切ことが可能な仕組みかどうかを実験的に明らかにな部品を探し出す作業が必要となる．これらは言することを目的とする．認知負荷の計測は先行研

語能力や認知処理能力が低い学習者達にとっては究[1]と同様の方法に従う．

大きな問題になる．このような問題に対して，ト- 13 -

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2018年度第3回研究会講演論文集（2019年2月21日(木)広島工業大学）

グル機能は情報を圧縮して提示できるため，構造

ング学習システムにおいて，トグル機能がカード化タスクで一般的に問題となる不要な認知負荷をを選ぶ際に発生する非本質的な認知負荷を抑制し抑制可能な仕組みと言える．

ながら学習者により適切な思考をさせることが可能な仕組みかどうかを明らかにするため，カード３ 実験

操作方式におけるトグルの設定方法を示し，また，その実験方法を示した．今後は実験結果を明らか

トグル機能が非本質的な認知負荷発生を抑制しにすることを目的として研究を進める．

ながら学習者に深い思考をさせることが可能かど
謝辞

うかを明らかにするため，トグル機能を用いて学習する実験群，用いない統制群の 2 群に被験者を分けて比較実験を行う．学習する前の理解度を測

本研究は，独立行政法人日本学術振興会科学研

定し，学力水準が均等になるよう被験者を 2 群に究費助成事業(基盤研究(C)16K01147, 17K01164)

分ける．実験群・統制群共に同じ内容の問題を出の助成を受けて実施した成果の一部である．ここ題し，ダミーカード数も同一量とする．ただし，に記して謝意を表します．

実験群では，統制群のダミーカードのいくつかをトグルとしてまとめたカードを提供する．なお，1

参考文献

カード 1 命令として問題を構成する．1 時間程度の学習実験の後，事後試験及び認知負荷アンケー[1] 松本慎平, 林雄介, 平嶋宗, 部分間の関係をトからトグルの効果を明らかにする．

考えることに焦点を当てたカード操作による先行研究[4]では，本稿と同様にトグル機能に着プログラミング学習システムの開発, 電気学

目し，実験群にはトグルを与え，統制群にはトグ

会論文誌 C（電子・情報・システム部門誌）,

ルを与えず，ダミーカードを含むカードの枚数をVol.138, No.8, pp.1-12 (2018).

同一としたうえでトグルの効果を確認したところ，[2] D. Parsons, P. Haden, Parson's programming

統制群の学習効果は実験群よりも有意に高かった．

puzzles: a fun and effective learning tool

また，実験群は統制群よりも有意に高い学習負荷

for first programming courses, Proceedingsを持っていたことが明らかとなった．先行研究のof the 8th Australasian Conference on

結果を踏まえると，適切な構造化タスクを実現す

Computing Education, Vol.52, pp.157-163

るために複数のダミー選択肢が必要であり，それ(2006)

ら選択肢を学習者に適切に伝えるためにトグルを[3] 舟生 日出男, 石田 耕平, 福田 裕之, 山崎

適用すべきではないかと考えられる．すなわち，

和也, 平嶋 宗，概念マップ作成方式の違いに意図なくダミーの選択肢を用意することは適切なよる記憶効果の差異の比較, 日本教育工学会

学習を阻害する可能性がある．このことについて

論文誌, 35 巻 (2011) 2 号， pp.125-134

は，今後実験的に検証する必要がある．他，ダミ(2011)

ー選択肢の数と作業負担との関係を明確にしたう[4] 森永笑子, 松本慎平, 林雄介, 平嶋宗, カー

えで，ダミー選択肢のトグル化が作業負担の低減

ド操作方式によるプログラミング学習システに繋がる効果についても明らかにしていきたい．

ムにおける誤り選択肢増加に伴う負の影響抑制に対するトグル機能の効果, 第 20 回 IEEE

５ 結論

Hiroshima

Student

pp.132-135 (2018).
本稿では，カード操作方式に基づくプログラミ- 14 -

Symposium,

A2-12,

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STEAM による学習教材のためのブロックプログラミングシステムの提案
広島工業大学 森山巧，中丸裕斗，神垣智大，岩本朋也，松本慎平

Proposal of Block Programming System for STEAM-based Learning Material
Hiroshima Inst. of Tech. Takumi Moriyama, Yuto Nakamaru, Tomohiro Kamigaki,
Tomoya Iwamoto, Shimpei Matsumoto

礎の理解・活用，さらに，洞察力，表現力までを

１ 研究目的

同時に学習できる点で有効であるとされている．
昨今，プログラミングは社会的にも重要と広く

このような利点と共に，STEAM の要素を含んだ

認識されつつある[1]．特に，プログラミングその学習は，プログラミングに特化した学習を行う方

ものよりも，プログラミングの過程で行う式よりも，プログラミング自体の活動量が減少す

Computational Thinking[2]-[4]が必要であるとされるにも関わらずプログラミングの本質を効率良くている．この思考力を養成する仕組みとして，学べるという点に大きな意義があると我々は研究

STEAM 教育[5]とプログラミング教育を組み合わを進めるうえで考えている．

せることは特に有効とされている．STEAM に基本研究での STEAM の枠組みについては，模様づいたプログラミング教育を適切に実施するための描画(Art)を実現するため，観測・計測・記録には，学習者が興味を持ち，自ら手を動かし，考(Science)を通じてモデルを組み立て，モデルからえ，気づく仕組みを取り入れること，プログラミ

モータの速度伝達の方程式(Mathematics)を構築

ングの本質を科学や数学と関連付けて学習可能な

し，モータを制御して物理的空間で実現するため

数物系科学に適した学習の流れ(学習教材)を設計のロボットの設計及びモータの工学的理解すること，STEAM それぞれの要素の学習効果を(Engineering)を行い，以上の機構を連携させるた明確にすること，の 3 点が不可欠とされているが，めのプログラミング(Technology)を行う，ものとその実現は容易ではない．そこで我々はこれまで，する．STEAM 教材はこれら一連の課題を試行錯

教育機関において STEAM 教育を容易に実践でき，

誤的に取り組ませる内容とし，本研究では，5 つ

従来の一般的なプログラミング教育よりも学習効の要素の学習課題を統合的に解決することを内容

果が高い教材の開発を目的として研究を進めていとした教材を開発する．以下に，本研究においてる．本研究では，STEAM の主要な要素である「数STEAM のそれぞれに対応する各学習活動をまと学」の学習を題材としたプログラミング学習支援

める．

システムを提案する．以上の後，LEGO ブロックの利用を想定し，STEAM すべての要素を含めたScience: 観察・計測・記録

プログラミング教材の構想を示す．

Technology: プログラミング
Engineering: モータ制御，ロボットの工作
Art: フラクタルあるいは関数による模様の描画

２ 提案

Mathematics: 速度伝達の計算式
STEAM による学習は，工学基礎並びに理数基- 15 -

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STEAM のそれぞれに対応する学習活動におい学」の学習を題材としたブロックプログラミングて，本研究にて提案するブロックプログラミング

システムを提案した．具体的には，関数を模様とシステムでは，プログラミング(Technology)とロして描かせることを目的とした課題，関数に従いボットの動きに対応する関数の計算式

移動を行う 2 体のキャラクタの衝突場所(交点の(Mathematics)について学ぶことを目的としてお座標)を予測する課題，の 2 点の課題を対象とした．

り，Google Blockly 及び enchant.js を用いた Web

そして，Mindstorms EV3 を利用し，STEAM す

アプリケーションとする．これはロボットの動き

べての要素を含めたプログラミング教材の構想をを事前に再現するロボットシミュレータとしての示した．

役割を果たす．ここで学んだ知識を踏まえて，マサチューセッツ工科大学とレゴ社が共同開発した

謝辞

ロボット教材の LEGO Mindstorms の 3 代目である Mindstorms EV3 を用いてロボットを組み立本研究は，独立行政法人日本学術振興会科学研て(Engineering)，模様の描画(Art)を行う．シミ

究費助成事業(基盤研究(C)16K01147, 17K01164),

ュレータの動作をロボットで適切に再現できるよ

公益財団法人日本科学協会 2018 年度笹川科学研

う，観測・計測・記録(Science)を行う．

究の助成を受けて実施した成果の一部である．ここに記して謝意を表します．

３ 学習の詳細
参考文献
先行研究[6]により，ブロックプログラミングでの演習はソースコードによるプログラミング演習[1] S. Furber, Shut down or restart? The wayとほぼ同様の学習効果が確認され，ブロックプロ

forward for computing in UK schools. The

グラミングはプログラミング学習方法として問題

Royal Society, London (2012).

ないことが確認されている．ただし，実験群の中[2] Google,には，ブロックについての理解はできた一方で，Computational

Thinkingfor

Educators

学んだ知識をコーディングでのコード設計に活か[3] J. Wing, Computational Thinking: What and

せなかった被験者が存在していた．よって，同一Why? (2010).

画面内でブロックとコードとを対応付けながら学[4] K. Brennan, M. Resnick, New frameworks for

習可能な機能が必須と位置付け，その機能を有す

studying and assessing the development ofるブロックプログラミングシステムを提案する．

computational thinking (2012).

このシステムを用いて，数学を題材としたプログ[5] X. Ge, D. Ifenthaler (Eds.), Emerging

ラミングを課題とする．具体的には，関数を模様Technologies for STEAM Education: Fullとして描かせることを目的とした課題，関数に従STEAM Ahead (Educational Communications

い移動を行う 2 体のキャラクタの衝突場所(交点and Technology: Issues and Innovations),の座標)を予測する課題，の 2 点の与える．これら

Springer (2015).

でキャラクタの動作を学習後，LEGO ブロックの[6] 神垣智大, 岩本朋也,松本慎平, プログラミン

ロボットに同様の動作をさせることになる．

グ初学者のための STEAM 教材の開発に関する研究 ープログラム組み立て方式の検討ー,

４ 結論2018 IEEE SMC Hiroshima Chapter 若手研究
会 講演論文集, pp.125-126 (2018).

本研究では，STEAM の主要な要素である「数- 16 -

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初学者向けプログラミング学習システムのための支援機能の検討
広島工業大学 小田樹，村上凌太，買田康介，濱田浩平，大下昌紀，松本慎平

Examining support functions of a Programming Learning System
for Novice Learners
Hiroshima Inst. of Tech. Itsuki Oda, Ryota Murakami, Kosuke Kaida, Masanori Oshita,
Kohei Hamada, Shimpei Matsumoto

文チェック機能，複数ファイルのコンパイル機能，

１ 研究目的

ソースコード圧縮保存機能，練習問題取得機能な
初学者向けプログラミング学習用 Windows 端

ど を 提 供 し て い る ． Hello C は ， Visual

末用アプリケーションである Hello C クライアン

Basic .NET Framework 4.5 で開発されている．

ト[1,2]の開発が進められている．Hello C クライア

コンパイルと実行は，Windows 用 gcc で行う．

ントは初学者を対象として独自に開発を始めたア

初学者向けのエディタはいくつか存在するが，プリケーションであるため，初学者に特化した

他にはない独自の機能として練習問題配信及び学UI/UX，あるいは，初学者の円滑な学習を支援す

習者履歴の送信機能を有しており，これらはサーるための補助機能を搭載可能である．本研究では，

バサイドアプリケーションである Hello C サーバ

初学者に有効な Hello C クライアントの UX を評によって実現されている．Hello C サーバにより，価するための方法について検討することを目的と教授者は学習者の回答状況の確認はもちろんのこする．これについては，初学者にとって学びやすと，正誤判定結果や学習者の進捗状況を都度把握いと言われているスクリプト型言語のコンパイルできるようになる．本稿は Hello C クライアント

エラー表示方式が C 言語学習においても有効かどを対象とした取り組みを報告したものであるため，

うか，また，SIEM 理論[3]に基づき出力結果に応Hello C サーバに関する説明は割愛する．

じて正解までの近さをフィードバックとして学習者に返答しそれによる足場かけを行う機能が有効

３ 研究方法かどうかの 2 点を示す．以上により，Hello C の初学者に対する有用性を示す方法を明らかにする．

初学者にとって学びやすいと言われているスク
リプト型言語のコンパイルエラー表示方式が C 言

２ 初学者向けプログラミング学習システム

語学習においても有効かどうか，また，SIEM 理論[2]に基づき出力結果に応じて正解までの近さ

Hello C クライアントは，C 言語の学習に特化をフィードバックとして学習者に返答しそれによした Windows 専用のプログラミング開発環境でる足場かけを行う機能が有効かどうかの 2 点を検ある．Hello C は，初学者がプログラミング学習

証する．前者については，シンタックスエラー修を進める過程で，できる限り非本質的な認知負荷

正課題による実験，後者については，I/O エラー

を利用者に掛けないよう配慮している．具体的に修正課題による実験とする．

は，簡易プロジェクト管理機能，簡易デバッガ機「プログラミング学習の際に写経型の学習を行能，静的解析機能，オートコンプリート機能，構っており，写経後の初めての実行の際にエラーが- 17 -

日本経営システム学会イノベーション指向データ分析研究部会
2018年度第3回研究会講演論文集（2019年2月21日(木)広島工業大学）発生した」という状況を想定し，学習実験及び事大きければ大きいほど正解に近いことを表す)で

後試験を行う．対象者は，C 言語の経験がある大ある」といったフィードバックを与えてスモール

学 3，4 年生とする．

ステップを実現する．なお，統制群にも同様の指示の下で学習を行わせるが，フィードバックは行

３．１ シンタックスエラー修正課題による実験

わない．ポストテストの正答率と解答時間を計測し，これらデータと事後試験，アンケートをもと

2 つ以上のシンタックスエラー出力を持つソーに，Hello C クライアントの UX としてのスモール

スコードを事前に与え，そのシンタックスエラー

ステップの有用性を評価する．

を全て修正することを課題とした学習において，シンタックスエラーをスクリプト言語と同様の方

５ 結論式で 1 つずつ表示する場合とそうでない場合との学習効果の差を調査する．一般的に，スクリプト

本研究では，Hello C の有用性について，初学

言語は初学者にとって学びやすく，その大きな理者に特化した UX の実装により確かにする方法を由の一つにシンタックスエラーの表示方式にある明らかにした具体的には，写経型学習を想定し，とした指摘が多数存在する．よって，C 言語学習

シンタックスエラー表示に関する実験，I/O エラ

においてもスクリプト言語と同様の方式でエラー

ー修正に関する実験の方法を設計し，初学者によ表示を行い，学習時間の短縮や認知負荷の低下がり有効な Hello C クライアントの UX を評価する方見られた場合，初学者にとって C 言語をより学び法を述べた．今後は実験結果を明らかにすること

やすい UX を提供できたと言える．実験群には一度を目的として研究を進める．

のコンパイルで表示されるエラー文を一つのみとした Hello C クライアントを与え，統制群は従来謝辞の Hello C クライアントとする．学習問題およびポストテストの正答率と解答時間を計測し，これ本研究は，独立行政法人日本学術振興会科学研

らデータと事後試験，アンケートをもとにシンタ

究費助成事業(基盤研究(C)16K01147, 17K01164)

ックスエラー表示方式の有用性を評価する．

の助成を受けて実施した成果の一部である．ここに記して謝意を表します．

３．２ I/O エラー修正課題による実験
参考文献
プログラムの記述や構造の違いによる I/O エラ
ーを持つソースコードを事前に与え，求められた[1] 買田康介 他，大学生のための C 言語エディ

I/O と同様になるようソースコードを修正するこタの開発，2017 年度教育システム情報学会学とを課題とした学習において，SIEM 理論による生研究発表会講演論文集(2018).

スモールステップの効果を検証する．SIEM 理論[2] 大下昌紀, 他, 初学者向け C 言語プログラミで示されたスモールステップとは，目標に至るス

ング環境の開発, 平成 30 年度(第 69 回)電テップを細かくすることで失敗を最小限に抑える

気・情報関連学会中国支部連合大会,

ような配慮をし，興味を失わせないように工夫す

R18-27-03 (2018)

る学習方式である．実験群の学習者にはコードを[3] 土肥紳一 他，工学部第二部電気電子工学科に一カ所修正するごとにコンパイルするように指示おけるプログラミング入門教育の教授の工夫，し，その指示の下で，コンパイル結果と共に「こ工学教育, Vol.62, No.3, pp.28-33 (2014).

のような出力が得られていればレベル x(x の値が- 18 -

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2018年度第3回研究会講演論文集（2019年2月21日(木)広島工業大学）

拡張・仮想現実技術による水害体験システムの研究・開発
広島工業大学髙橋 朋紀

広島工業大学

山岸 秀一

Study of flood experience system by augmented
and virtual reality technologies
Hiroshima Institute of Technology

Tomoki Takahashi

Hiroshima Institute of Technology

Shuichi Yamagishi

１ 研究目的近年，台風や前線の活発化による大雨に加え，気候変動やヒートアイランド現象などの影響により，狭い範囲で短時間に猛烈に降る雨（ゲリラ豪雨）の発生回数が年々増加している．そして，現状の対策としては，ハード対策（工事による対策）とソフト対策（工事を不要とした対策）の 2 種類が存在する．しかし，ハード対策では，多額の費用が必要となり，また耐用年数も限られる．さらに，計画超過外力には対応不可能であり，人間の活動範囲の拡大に伴い，対策すべき箇所が増加して整備しきれないという問題がある．そのため，

図 1 水害被害の認識[1]ソフト対策による人的被害の軽減が期待される．
ところで，図 1 に示すように，人々の水害に対す

２ 研究の概要

る認識が低いという現状が報告されている[1]．そこで，拡張現実（AR）や仮想現実（VR）を用いた

本研究では，拡張現実および仮想現実の構築を

シミュレーションによる対応が試みられている

行う．拡張現実では，周囲の状況と水面のエフェ[2]．拡張現実を生かしたシミュレーションでは，

クトを用いて，利用者の周囲が水に満たされてい空間把握を可能にしたスマートフォンを利用し，く様子（屋内を想定）を再現する．また，仮想現

浸水シミュレーションが行われている[3, 4]．ま実を用いて，屋外の水位状況を再現する．そして，た，仮想現実については，浸水状況をシミュレー

それぞれの空間を行き来する機能を実装する．そションしたものだけでなく，水害発生時の避難行

れらによって，屋内・野外での危険な水位上昇の動を模擬した研究も存在する[5-7]．しかし，水位様子を再現することで，水害の恐怖を体験するこ

変動を拡張現実と仮想現実の双方から考慮したシとができるようになる．

ミュレーションは存在しない．そこで，本研究では，拡張現実と仮想現実の両方を用い，水位変動

２．１ 拡張現実および仮想現実の構築機材を考慮に入れた浸水シミュレーションを提案する．

- 19 -

拡張現実と仮想現実を実現するにあたり，機材日本経営システム学会イノベーション指向データ分析研究部会
2018年度第3回研究会講演論文集（2019年2月21日(木)広島工業大学）

として HTCVivePro を利用する（図 2 参照）．

また，空間 Mesh がシステム内に保存された瞬間

HTCVivePro は，従来機 HTCVive の持つルームスケに，拡張現実と仮想現実を切り替えるソースコー

ール機能（利用者の頭の動き・向きを検知して見ドを適用させるようにする．なお，図 4-(a)に示渡す機能）に加え，空間把握が可能になった． こ

す空間 Mesh 未作成の場合には，奥行きを感じないの空間把握機能によって周囲の状況を把握し，現水面エフェクトが表示されるが，図 4-(b)の空間

実空間にあるオブジェクトの輪郭を取得すること

Mesh 作成後では，リアルな水面が表示される．

が可能になる．

図2

HTCVivePro(a) 空間 Mesh 未作成

２．２ 拡張現実の構築
拡張現実の実現方法として，HTCVivePro に付属するカメラからの映像を取得し，その映像を仮想
スクリーン（AR スクリーンとする）上に投影させることによって，HTCVivePro 本体に表示させる．
さらに，空間情報を取得して Mesh（空間 Mesh とする）を生成させる．この AR スクリーンと空間
Mesh を合わせることによって，現実空間に合わせ(b) 空間 Mesh 生成後た水位の上昇が可能となる（図 3 参照）．

図4

空間 Mesh 有無での水面エフェクトの差異

２．３ 仮想現実の構築
コンピュタ上で予め作成しておいた仮想空間を，
HTCVivePro 本体に表示させる．

図 3 空間 Mesh 作成の様子
空間 Mesh の生成には，VIVE SRWorks SDK を使用する．空間 Mesh は，利用者が見渡した範囲に生成される．図 4-(a)は空間 Mesh 未生成時に水面エフェクトを表示させた場合，図 4-(b)は空間 Mesh

図 5 仮想現実空間内の様子

生成後に水面エフェクトを表示させた場合である．
- 20 -

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2018年度第3回研究会講演論文集（2019年2月21日(木)広島工業大学）

建物のオブジェクトの作成には，blender とい３ まとめうソフトウェアを用いる．なお，ここでは立体感を出すために，テクスチャを使用せずに作成する．

水害の恐怖を啓蒙するためのソフト対策として，

また，雨のエフェクトや光加減等のエフェクトに仮想現実と拡張現実の両方を用いた水害体験シス

は，Unity 内の Particle System（Shuriken）を利テムを提案した．そして，提案に基づいてシステ用する．構築された仮想現実内の様子を図 5 に示

ム構築を行い，浸水シミュレーションを実現させす．

た．また，このステムを用いた検証実験により，その有効性が確認された．今後は，エフェクトに

２．４ 水面エフェクトの設定よる描写処理の改善と空間 Mesh 保存範囲の拡大

水面エフェクトは，拡張現実と仮想現実の 2 種を行い，システムの性能を向上させる予定である．

類を用意する．そして，それぞれの水面エフェク
トの位置情報（水位）を表示させる．その数値は，参考文献

現実の数値とリンクするように設定する．また，再実行を可能にするために，実行時に水面エフェ[1] 内閣府政府広報室: 「水害に対する備えに関クトの初期位置を記録しておき，任意の入力によする世論調査」の概要 (2016)って水面エフェクトの位置を初期位置に戻すよう[2] 中本涼菜: VR を用いた被災体験とその対策をに設定しておく．

繰り返すことによる防災教育システムの提案,
2017 年度情報処理学会関西支部大会論文集,

２．５ 拡張現実と仮想現実の切り替え

G-20 (2017)

拡張現実と仮想現実の配置は，図 6 のような構[3] 田近伸二他: VR 空間における都市型水害シミ成となっている．拡張現実表示時には，建物のオュレーションの可視化に関する研究，第 33 回

ブジェクト，雨のエフェクト，および仮想現実用

土木情報利用技術講演集, pp.45-48 (2008)の水面エフェクトを非表示状態にする．そして，[4] 田近伸二他: VR 技術を用いた災害疑似体験シ

仮想現実表示時には，AR スクリーン，空間 Mesh，

ステムの構築, 土木学会第 63 回年次学術講および拡張現実用の水面エフェクトを非表示する

演会, pp.375-376 (2008)

このような切り替えによって，拡張現実と仮想現[5] 板宮朋基他: ヘッドマウントディスプレイを実の，それぞれを表示することが可能となる．

用いた洪水疑似体験システムの開発と市民啓発への応用, 日本バーチャルリアリティ学会
サイバースペースと仮想都市研究会,
CSVC2016, Vol.5, pp.25-28 (2016)[6] 岩間智視他: AR と HMD を用いて災害を疑似体験させる防災教育システムの試作, 電子情報通信学会技術研究報告, 信学技報, 113(377),
pp.1-6 (2014)[7] 田中伸厚他: Head Mounted Display を用いた
津波仮想体感システムの開発, 第 29 回数値
流体力学シンポジウム, 日本流体学会, A053 (2015)

図 6 拡張現実と仮想現実の配置- 21 -

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2018年度第3回研究会講演論文集（2019年2月21日(木)広島工業大学）

遠隔映像監視アプリケーションにおける映像品質と操作性の関係分析
広島工業大学 情報学部

竹岡 宏晃，林 孝典

Analysis of Relationship between Video Quality and Usability
for Remote Video Surveillance Applications
Faculty of Applied Information Science, Hiroshima Institute of Technology
Hiroaki Takeoka, Takanori Hayashi

4K-3D 映像のような大容量データ伝送ではなく，

１ はじめにデータ量が少ない Full HD クラスの 2D 映像を対
近年，ドローンや遠隔操作型ロボットの活躍を象として品質と操作性の関係について分析する。

耳にする機会が増加した。ドローンによる宅配サービスや被災地等での災害復興作業，手術支援ロ

３ 評価試験

ボットなどが例として挙げられる。これらのロボ
ットにはカメラが装備されており，遠隔からカメ

３．１ 試験環境

ラの映像を視聴しながら操作を行う事が出来る。

本評価試験では，ラジオコントローラーカー(以しかし，この映像がネットワーク伝送品質の劣化

下ラジコンカー)に raspberry pi3 Model B+(以下によってフリーズやタイムラグなどが発生してしraspberry pi)と専用カメラモジュール，電源供給

まうことがある。そのような状況下での遠隔操作用のモバイルバッテリーを搭載し，カメラ映像をは直接操作時や通常時の遠隔操作と比べて，難易

見ながら遠隔で操作を行い，映像品質と操作性に度が大きく変わってしまう。本研究では，遠隔映ついて評価できる環境を整えた。

像監視アプリケーション利用時のネットワーク品試験に使用した機器を表 1 に示す。本評価試験

質低下が，映像品質と操作性に与える影響についにおいて，操作に使用する raspberry pi と遠隔操て分析した結果について述べる。

作機器の通信形式は 2.4GHz WiFi であり，通信時の映像の転送プロトコルは TCP を使用した。

２ 既存研究表1

従来，遠隔操作において映像の品質は操作性に影響を与えることが報告されている。伊藤らの研究[1]では，遠隔操作時に視聴する映像を Full-HD
2D 映像のマルチディスプレイ環境から 4K-3D 映像のシングルディスプレイに変え，非圧縮で伝送することで作業効率が改善されるという結果が報告されている。
前述の既存研究では，転送するデータ量を増加させることで作業効率の向上を図ったが，本研究ではネットワーク伝送の容易性に主眼を置き，- 22 -

試験使用機器一覧

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３．２ 試験内容
raspberry pi から転送される映像の品質を高品質から中品質に変化させるため，符号化方式にMotion-JPEG を使用し，ビットレート(以下レート)を 1.6，13，17Mbps の 3 種類とした。解像度
は 640x480，フレームレートは 15fps とした。これらは，ラジコンカー搭載前の予備実験にて決定した。
本評価試験での操作タスクは，図 1 のように直
図2

線走行と転回を組み合わせたコースを設定した。

映像評価・走行時間項目別平均データ

ロボットなどの遠隔操作機器を操作タスクとして設定したコースに沿って操作してもらい，その走図 2 より，映像品質は損失率 0％の場合は各レ行後に映像品質と操作性に関する主観評価データ

ート間の評価値に大きな差は見られなかったが，を収集した。また，タスク完了時間(走行時間)と走損失率が増えるほどレート 17，13Mbps の評価値

行中の衝突回数も測定した。遠隔操作機器の操作は低下した。一方，レート 1.6Mbps の品質は損失

は専用のコントローラーで行った。

率の変化によらずほぼ一定となった。また，走行時間は，損失率が 5%の場合にレートが大きくな

ネットワーク伝送品質を変化させるため，映像データ転送時のパケット損失率(以下損失率)をるにつれて長くなる結果となった。

0％，1％，3％，5％の 4 種類で変化させた。パケ

次に，映像品質と操作性の関係を図 3 に示す。

ット損失を変化させると，映像にタイムラグやコ

映像品質と操作性には強い相関関係があることがマ落ちなどが発生するため，映し出される映像と分かる。図 2，3 より，映像品質が低下すると操作

ラジコンの位置関係にズレが生じる。よって操作性が悪くなり，それによって走行時間も長くなる性が低下することが予想される。

結果となった。

映像品質の評価法は ACR 法[2]を用い，評価尺
度は映像品質・操作性ともに表 2 に示す 5 段階評
価尺度を用いた。評価条件の提示順序はランダムとし，操作タスクへの慣れの影響を平均化させた。
品質及び操作性は評価者が投票した評点の平均値で表した。また，評価者は学生 18 名である。
表 2

5 段階評価尺度
図3

映像品質と操作性の関係

また，走行中の衝突回数の結果を図 4 に示す。図 2，3，4 を見ると，損失率 5%の時に走行時間が長いレートほど走行中の衝突回数も多い。
これは，操作性や映像品質が低いほど走行時に衝４ 評価試験結果

突し易く，その分時間がかかってしまうためと考図 2 に，本評価試験で得られた映像の評価値えられる。

と走行時間の平均値を示す。
- 23 -

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５ 考察

参考文献

レート 1.6Mbps では，映像品質・操作性の両[1] 伊藤 禎宣 他，「無人化施工において遠隔操方でパケット損失率に関わらず 4 前後の評価が作の映像環境が作業効率へ与える影響につい得られた。一方，レート 13Mbps では損失率 0％て」，土木学会論文集 F3, Vol 73, No.1, pp.

において，レート 1.6Mbps と同程度の評価だっ15-24 (2017)[2] 高橋 玲，「QoE：アプリケーションの品

たが，損失率が増える毎に映像品質・操作性ともに評価が下がり，損失率 5%では約 2.5 となっ質」，http://www.ieice-

た。

hbkb.org/files/03/03gun_05hen_01.pdf(2011 年 1 月)

予備実験段階で，レート 1.6Mbps は 13Mbps
よりも映像品質が悪い条件として設定したが，遠隔監視目的ではその品質差が及ぼす影響は小さくなることがわかった。また，低レートで伝送することで損失パケット量が減り，結果的に映像品質や操作性の低下を引き起こしにくくなったと考えられる。なお，レート 17Mbps で映像品質が悪くなったのは，raspberry pi での映像配信負荷が大きくなり，非定常に映像再生がぎくしゃくしたためである。
６ まとめ
本研究では，映像を用いた遠隔操作で映像品質と操作性の関係を分析した。その結果，遠隔監視・操作を目的とした場合には，映像の多少の品質差は影響を与えず，低いレートの方がパケット損失の影響を相対的に受けづらくなるため，レートと損失率の組み合わせにより QoE の最適点が存在することが示唆された。
多少の映像品質差が影響を与えないことを検証するため，単なる映像としての品質評価結果との比較分析が課題となる。また，本評価試験では信頼性の高いデータ転送プロトコルとして TCP を使用したが，ストリーミング配信の性質上，リア
ルタイム性の高い UDP を使用したアプリケーシ
ョンでの検証も今後の課題となる。

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動画学習でのエージェント利用に関する実験方法の検討
広島工業大学 岸直哉，関涼佑，松本慎平

Examining Experiment Method for Movie-Based Learning with Agent
Hiroshima Inst. of Tech. Naoya Kishi, Ryosuke Seki, Shimpei Matsumoto

２ 動画学習でのエージェント利用

１ 研究目的
昨今，アクティブラーニングといった学習形態

本研究の目的は，エージェントを用いた動画学が注目を集めている[1]．アクティブラーニングと習の仕組み[6](以降，提案法)が，従来の一般的なは，学習者が一方的に受身になって授業を受ける

映像ベースの学習方式よりも有効な方法かどうかのではなく，グループワークなど学習者自身の能を検討することである．提案法は，動画学習の学

動的な働きかけを通じて知識の獲得を促す授業形

習効果向上を容易に実現でき，かつその運用を容態である．アクティブラーニングのひとつに，学易とするため，拡張性に富む仕組みとしてエージ

習者同士のインタラクションに重みを置き，知識ェントに着目したものである．従来の動画コンテ

獲得を動画で代替する反転学習がある[2]．高速インツと連動して動作可能なエージェント投影フィ

ンターネット環境の普及により，動画閲覧を基本

ルターを開発し，従来の映像コンテンツにエージとした反転学習は今後もより一層普及することがェントを重ねて表示できるようにすることで，動予測されるため，その学習効果をより高められる

画学習の効率向上を試みる．エージェントと動画

教材作成技法やその構築を支援する仕組みが求め

教材とを組み合わせることで，動画編集では困難られている．

な優れた拡張性(テキストの追加編集)やインタラ

動画教材は各自のペースで場所に関わらず学習

クション(質問応答)が可能となる．なお，本研究できる点で有用な仕組みである．その一方で，動の対象は，大学生や社会人など主体的な動画学習

画教材は単調になりがちであり，そのため集中力を求められる学習者とする．

を持続させることは容易ではない．このような問

エージェントを利用した動画学習システムの技

題を解決するため，動画閲覧者の集中力や興味喚

術的な課題は，事前に用意した端末内のテキスト

起を促す仕組みとして，ワイプやテロップが有効

データを動画学習教材の内容と連動させて，エーであるとされている[3][4]．動画教育の学習効率向ジェントに発話や行動をさせられるようにするこ上に関する研究も存在する．丸山らは，動画編集とである．学習に対するエージェントの有効性はにより必要な箇所に適切な説明文を追加すること既報で明らかにされている[7]が，動画学習にエー

で，学習者の理解度を向上させた[5]．丸山らの手

ジェントを適用した先行研究は存在しない．した法は有効な学習法であると言えるが，動画教材のがって，提案法の有効性を明らかにするための実

編集は手間と時間がかかり容易でない．そこで本験の設計も必要となる．

研究では，エージェント(bot，以降エージェント)の技術を動画教材に組み合わせた方法[6]に注目

３ エージェント導入の効果

し，この仕組みが動画学習における学習者の主体的な活動の支援に有効かどうか評価するための実

動画閲覧による一般的な学習と提案法との学習

験方法の設計・提示を目的とする．

効果の差を検証する．実験に使用する学習の題材- 25 -

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は一般的な動画学習教材とし，大学生 3，4 年生を謝辞

被験者に採用し実験を行う．まず，事前試験を実施し，事前知識の程度が均一になるよう実験群と本研究は，独立行政法人日本学術振興会科学研

統制群に被験者を分け，実験群は提案法による学究費助成事業(基盤研究(C)16K01147, 17K01164)

習，統制群は一般的な動画学習とする．学習終了の助成を受けて実施した成果の一部である．ここ

後，事後試験やアンケートを実施しその結果からに記して謝意を表します．

提案法の有用性を評価する．
参考文献
4 エージェントの動きの効果[1] Johnson, D. W., Johnson, R. T., and Smith,
川村は，エージェントを情報提示に利用するこK. A. (1998). Active learning: Cooperationとが有効であるが，同時に情報提示の仕方によっin the college classroom. Interaction Bookては説明対象よりもエージェントに注意が向かう

Company, 7208 Cornelia Drive, Edina, MN

可能性を危惧している[8]．提案法にも同様のこと

55435.

が言えると考えられるため，発話のタイミングに[2] Bergmann, J., and Sams, A. (2014). Flipped

合わせたエージェントの動きが映像学習に有効に

learning: Gateway to student engagement.

働くかどうかを明らかにする実験が必要であるとInternational Society for Technology in

考えられる．本実験の目的は，エージェントの動

Education.

きが提案法の学習効果を向上させるかどうかを明[3] 田口,広田, 字幕による誘導効果, 情報メディらかにすることであるため，川村らの知見に倣いアセンタージャーナル 第 12 号(2011)

指差し動作をエージェントの動きとした．

[4] 金,基弘, テロップと効果音を用いた効果的

前節と同様の方法で被験者を実験群と統制群のな視聴覚情報構成に関する実験心理学的研究

２群に分け，実験群は発話と同様のタイミングで(2007)

動画に指差し動作をするエージェント，統制群は[5] 丸山浩平, 森本康彦, 北澤武, 宮寺庸造, 主

発話とは関係のない箇所で様々な動きのあるエー

体的な数学学習のための構成的アプローチにジェントで動画学習を行う．提案法の有用性は，基づく動画教材作成方法の開発と評価, 教育

事後試験やアンケートから明らかにする．

シ ス テ ム 情 報 学 会 誌 , Vol.34, No2,
pp107-121 (2017)

５ 結論[6] 関涼佑, 松本慎平, 主体的な動画学習のためのエージェント利用に関する研究, 2018 IEEE

本研究では，エージェントを動画学習に活用す

SMC Hiroshima Chapter 若手研究会 講演論文

る取り組みに注目し，動画学習において学習者の集, ISSN 2189-5929, 36, pp.123-124 (2018).

主体的な活動の支援にエージェントが有効かどう[7] 吉川厚,高橋聡, エージェント技術の教育応か評価するための実験方法の設計・提示を目的と用 ,した．まず，動画閲覧による一般的な学習と提案

誌,Vol.35,No.1,pp.5-12 (2018)

法との学習効果の差を検証する実験方法を述べた．

教 育 シ ス テ ム 情 報 学 会[8] 川村雅人, 注意と印象を考慮したアンドロイ

次に，エージェントの動きが動画学習に有効に働ドの動作に関する研究, 奈良先端科学技術大

くかどうかを検証するための実験方法を明らかに

学院大学 情報科学研究科 情報システム学専

した．今後は実験結果を明らかにすることを目的

攻 修士論文, NAIST-IS-MT0751039

として研究を進める．
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2018年度第3回研究会講演論文集（2019年2月21日(木)広島工業大学）

能力創造型および能力活用型海外子会社が生成する
スピルオーバー効果の可視化
尾道市立大学 森川 未彩
尾道市立大学 佐藤 真奈
尾道市立大学 川勝 英史

Visualization of Spillover Effects Generated by Competence-creating andCompetence-exploiting Foreign Subsidiaries
Onomichi City University Misa Morikawa
Onomichi City University Mana Sato
Onomichi City University Hidefumi Kawakatsu

１ はじめに用型（CE）海外子会社の目的は，コストの削減，多国籍企業（Multinational Enterprise, MNE）の子会社（海外子会社）による経済活動は，受け既存能力の活用，既存製品や市場領域の改善にある[2]．

入れ国の企業（国内企業）における技術開発や生Ha and Giroud[4]は，実際のデータを用いて，産性向上にも影響を与えることが知られている

海外子会社を CC と CE に分類する方法を提案し[1]．このような効果は，スピルオーバー効果と呼ている．この上で，CC や CE が生成する各種ス

ばれ，海外子会社が「生成」するスピルオーバー

ピルオーバー効果，および国内企業の研究開発能には，水平および垂直スピルオーバーがある（必力等が，国内企業のイノベーションパフォーマン

ずしも有益な影響だけを及ぼすとは限らない）．

スに与える影響を明らかにするための実証分析をさらに垂直スピルオーバーは，後方と前方スピル行った．そこでは，正と負のスピルオーバーの効オーバーに分類される．なお，水平ならびに垂直果が存在することや，CE が生成するスピルオー

スピルオーバーは，それぞれ，同一産業内の国内バーよりも CC が生成するそれの効果の方が大き

企業，および異なる産業レベルの産業における国

いことも確認されている．しかしながら彼らの研内企業に対して効果を与える．

究において，イノベーションパフォーマンスを推Cantwell and Mudambi[2]は，海外子会社の活動を，能力創造型（Competence-creating, CC）と定することについては意識されていない．
本研究では，CC や CE が生成するスピルオー

能力活用型（Competence-exploiting, CE）に分類

バーが，DF に影響を与える様子をポアソン過程

できることを示している．それぞれのタイプの海としてモデル化し，イノベーションパフォーマン

外子会社の特徴については，次のように述べるこスの期待値を求める．また，このような様子を可とができる．すなわち，多国籍企業（MNE）全体

視化するためのシミュレーションモデルも構築すの製品領域や市場の多様化に貢献し，MNE 戦略

る．さらに，シミュレーション実験により，CC にの要となるような海外子会社は，能力創造型（CC）

おける研究開発費と DF において発生するイノベ

海外子会社と呼ばれる[3]．これに対して，能力活ーションとの関係を明らかにすることも試みる．

- 27 -

日本経営システム学会イノベーション指向データ分析研究部会
2018年度第3回研究会講演論文集（2019年2月21日(木)広島工業大学）(iii) 下流の CC（または CE）が生成する後方スピ

２ モデル

ルオーバーは，下流の CC（または CE）が生

２．１ 記号の定義および仮定成する水平スピルオーバーと，下流の産業と本研究で使用する主な記号は以下の通りである．

の後方連関の加重平均により求められる．上は CC，

海外子会社のタイプ（
は CE を表す）

流の CC（または CE）が生成する前方スピル

産業レベル数オーバーは，上流の CC（または CE）が生成する水平スピルオーバーと，上流の産業とのレベル l に属する産業から成る集合,,

レベル l の産業 j における前方連関の加重平均により求められる．
が(iv) スピルオーバーが国内企業（DF）に影響を与生成する水平スピルオーバーえる様子は，ポアソン過程により表現できる．

レベル l の産業 j が１つ下流のすべて,の から受け取る後方スピルオーバー

２．２ 各種スピルオーバー（先行研究）

レベル l の産業 j が１つ上流のすべて,仮定(ii)より，産業レベルの から受け取る前方スピルオーバー
海外子会社

におけるタイプ （,が生成する前方スピルが有するに属する が有する研究開発費の総額，, は産業レベル の産業 に属するすべての企業の研究開発費の総額である．

レベル l の産業 j に属する国内企業

また仮定(iii)より，産業レベル の産業 の国内企（DF）が有する研究開発費の総額業が，１つ下流のすべての

レベル l の産業 j に属する産業の研究

る後方スピルオーバー，および，１つ上流のすべ, )ての から受け取る前方スピルオーバーは，それぞ,,レベル l の産業 j とレベル

,

1の産業

レベル l の産業 j とレベル

,

から受け取

れ，次の式(2)および(3)により求められる[4]．

k との後方連関,(1),により求められる[4]．ただし， , は，産業レベルの産業レベル l の産業 j に属する開発費の総額 (,, /,研究開発費の総額,

は対して生成する水平スピルオーバーは，オーバーに対する係数
,

は CC，

が生成する後方スピルオーバーに対する係数
海外子会社

の産

CE を表す）の海外子会社が，同一産業内の DF に

オーバーに対する係数
海外子会社

∈

業

が生成する水平スピル

1, 2, ⋯ ,

,

1の産業

,

,

if 1

(2)

∈

0,

i との前方連関
また，本研究では以下の(i)から(iv)を仮定する．
なお，仮定(i)から(iii)は，先行研究[4]において，実

if
,

,

,

創造型海外子会社（CC）と能力活用型海外子

,

1

,

∈

0,

証分析により妥当であることが示されている．
(i) それぞれの産業に属する海外子会社は，能力

,

1

(3)

２．３ 数学モデル（本研究）会社（CE）に分類される．

本研究では，海外子会社が国内企業に与える本(ii) CC（または CE）が生成する水平スピルオー

質的な影響について議論するため，次のような場

バーは，同一産業内における研究開発費の総合を考える．(a) 国内企業が潜在的に有するイノ額に対する，CC（または CE）が有する研究ベーションに対する能力については考慮しない．

開発費の総額の割合により求められる．
- 28 -

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2018年度第3回研究会講演論文集（2019年2月21日(木)広島工業大学）(b) 産業レベル数を 3（3）とし，それぞれのる）．従って，という条件のもとでの，産業レベルに属する産業は 1 つである場合に注目となる条件付き確率密度関数は，次式により与えする（各産業には複数の企業が存在している）．
以下では，表記を単純にするため，産業を表す

られる．
|

添え字 , , を省略し，次のような記号を導入する．

(4)：産業レベル の国内企業に対して，同一産業

また，確率変数 は，成功確率（イノベーション

内の海外子会社 からもたらされる，水平スピが起こる確率）を とする幾何分布に従うとする．

ルオーバー効果（

，

, ，

このとき，

となる確率は1, 2, 3）
：産業レベル の国内企業が，産業レベル1により表される．

に属する海外子会社 から受ける，後方スピル
オーバー効果（従って，国内企業においてイノベーションが起）：産業レベル の国内企業が，産業レベル

こる時間間隔の期待値は1||に属する海外子会社 から受ける，前方スピル
オーバー効果（

(5)

1

）

(6)

1/

本来，スピルオーバーは「連続的に」生成されとなる．なお，式(6)の をるものと考えられる．しかしながら，各種スピル
オーバー効果を可視化するシミュレーションシス≡

テムを構築するために，ここでは次のような場合を考える．すなわち，各産業レベルに属する CC(7)や CE は，各種（水平，後方，前方）の「スピルに置き換えると，各産業レベル（産業レベル ）にオーバー効果」をランダムに生成し，この効果はおける，イノベーションが起こる時間間隔の期待

DF に「到着」する．このような事象は離散的に発値，および平均イノベーション発生率は，それぞ生する（スピルオーバー効果が大きいほど，この

れ，1/

，および

により求められる．

到着間隔は小さくなる）．
ここでさらに，次の２つの（正の）確率変数を

３ シミュレーションモデル

導入する．

ここでは，上の２．３節で提案した数学モデル：国内企業がイノベーションを起こす時間間隔をもとに，Artisoc4.0[5]を用いて，海外子会社が（連続型確率変数）．

国内企業に与える影響を可視化するシミュレーシ：イノベーションが発生してから次のイノベーョンモデルを開発する．

ションが起こるまでに，国内企業が受け取る「スピルオーバー効果」の大きさ（離散型確率変数）．

３．１ エージェントの配置

ただし，この「スピルオーバー効果」の大きさは，Artisoc4.0 では，モデルを構成するコンポーネ受け取った正のスピルオーバー効果の「個数」かントは階層構造になっており，最上位には１つのら負のその効果の「個数」を引いたものとして与Universe が存在する．この Universe の下に，空えられるとする．

間，エージェント，変数などのコンポーネントを

事象の到着がポアソン過程に従うとき， 番目配置する．ここでは，空間を１つだけ作成し，この事象の到着時刻は，ガンマ分布に従うことが知の空間の下に，「CC」，「DF」，「CE」，「正られている（この は，式(2)で用いたものとは異なのスピルオーバー」，「負のスピルオーバー」の- 29 -

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2018年度第3回研究会講演論文集（2019年2月21日(木)広島工業大学）

増加する．

５種類の要素を，エージェントとして配置した．

このとき，各 DF エージェントにおいて，ステ

各エージェントの配置については，４章の図１にップ毎に処理される内容を次のように説明するこも示している．

とができる．つまり，シミュレーション開始と同
３．２ 海外子会社におけるスピルオーバー生成

時に，［処理１］が実行される（この処理は，次1, 2, 3のイノベーションが起こるまで実行されない）．

産業レベル

における海外子会社
は CE を正または負のスピルオーバーエージェントを，DF表す）から，スピルオーバーエージェントを生成が受け取った場合には［処理２］が実行される．

する方法については，次の通りである．

また，

は CC，

のエージェント（

レベル の海外子会社,となったときのみ，［処理３］と［処理１］が順に実行される．

において，１ステップ毎に 0 以上 1 未満の一様乱数を３つ上の３．２節で説明した方法により生成された，|/

正または負のスピルオーバーエージェントは，DFよりも小さい場合に， から正の水平スピルオーバ

エージェントに受け取られると同時に消滅する．

ーを同レベルの DF に対して生成する．また，乱また，イノベーションが発生するタイミング等を（乱数１から３を）生成する．乱数１が|1 |/ よりも小さいとき，レベル

数２が|把握しやすくするために，次のような機能も実装

1の DF に対して後方スピルオーバーを生成し，乱した．すなわち，イノベーション発生時には，４章の図１(右)にも示したように，該当する DF エ

1 |/ よりも小さいとき，レベル

数３が|1の DF に対して前方スピルオーバーを生成する．

ージェントの色を（黄色に）変化させ，同時にこ, , ,1, 2, 3 がのサイズも大きくする．色とサイズが変化した

正（または負）のとき，正（または負）のスピ

DF は，徐々に小さくなり，もとのサイズと色（青）ルオーバーエージェントを生成する．なお，に戻るようにもしている．なお，受け取ったスピ

1の場合（または

3の場合）には，上流（またはルオーバー効果の大きさを表すために， の大き下流）の DF に対して，スピルオーバーエージェ

さに応じて DF のサイズも変化させる．つまり，ントを生成しない．

s が大きい（または小さい）ほど，DF のサイズも

ここで，

, ,

大きく（または小さく）なる．
３．３ 国内企業におけるイノベーション発生
４ シミュレーション実験の結果と考察

ここで，説明を簡単にするために，次のようなここでは，次のような場合を考える．すなわち，変数を導入する．
：幾何分布に従う整数乱数（0）．

受け入れ国は，能力創造型海外子会社（CC）の誘致を図っており，CC に対して補助金または助成：DF が受け取った「スピルオーバー効果」の大きさ．

金（税制面での優遇等を含む）を与える．受け入また，各 DF エージェントにおける処理１かられ国は必ずしも合理的でなく（つまり，CC は無条

３を，次のように定義する．

件に正の影響を自国にもたらすと考えており），［処理１］幾何分布に従う整数乱数

予算の制約上，特定の産業の CC に対して研究開

0 を生成し， を 0 に設定する．

発費に関する補助ないし助成を（当面）行うこと［処理２］DF が正または負のスピルオーバーエとする．
また，CC の研究開発費が DF に与える影響をージェントを受け取った場合には，そ
1 → とする．

明確にするために，CC，DF，CE に分類される企［処理３］イノベーションの数（特許数）を１つ

業数，並びに，それぞれの企業が有する研究開発

れぞれ，

1→ ，

- 30 -

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2018年度第3回研究会講演論文集（2019年2月21日(木)広島工業大学）

発費を，14，28，42 と変化させた場合について，費に関して，すべての産業レベルにおいて同じ値
を設定し，

0.2

, ,

1

2

る．このとき，, , ,1, 2, 3 とす

次の２種類の結果をまとめている．すなわち，(a)(はシミュレーション実験により得られた結果，(b)3, )が成立するため，以下ではをは２．３節で導出した「期待イノベーションパフと表すことにする．なお，CC，DF，CE におけォーマンス」（これを，理論値と呼ぶ）を用いたる企業数を，それぞれ，5，70，25 とし，これら結果を示している．ここで，図中の R&D は研究の１社当たり平均研究開発費（の初期値）は，そ

開発費，Patent は DF におけるイノベーションパ

れぞれ，14，2，3 とした．

フォーマンス（ここでは，特許取得数），DF1，
DF2，DF3 は，それぞれ，Level 1（上流），Level

さらに，係数については，先行研究[4]の表２の値を参考にし，

,

,

,

,

,

2（中流），Level 3（下流）の DF を表している．

5.335,

0.346, 6.236, 1.044, 7,935, 8.007 のように設定する．このとき，

,

,

,

,

,

1.310,

0.017, 0.306, 0.513, 0.780, 0.787 となる．な
お，200，総ステップ数を 60,000 とし（300日分に相当），幾何分布の平均を 4（

0.25）

とする．

図１：実行例

図２

Level 1(上流)の CC の研究開発費を変化

図３

Level 2(中流)の CC の研究開発費を変化

図４Level 3(下流)の CC の研究開発費を変化

図１に，実行例を（２つ）示している．図１(左)は，Level 1 の CC から同レベルの DF に対して正のスピルオーバーが「１つ」，Level 2 の CE から，Level 1 の DF に対して負のスピルオーバー
が「２つ」，Level 3 の DF に対して正のスピルオーバーが「１つ」，Level 3 の CC から同レベルのDF に対して正のスピルオーバーが「２つ」生成されている様子を表している．また，図１(右)は，
図２から４に示した結果より，CC に対する研Level 1 の DF でイノベーションが発生したこと

究開発費を増加させた産業レベルにおいて，同レを表している．
図２から４に，それぞれ，上流，中流，下流の

ベルの DF のイノベーション発生数は研究開発費

CC に属する企業における（１社当たりの）研究開と共に増加していることが確認できる．この理由- 31 -

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2018年度第3回研究会講演論文集（2019年2月21日(木)広島工業大学）

として，次のようなことが考えられる．つまり，数）の期待値を求めた．この上で，Artisoc4.0 をCC の研究開発費が増加するにつれて，CC が生成用いて，シミュレーションシステムを構築し実験する水平スピルオーバーの効果は大きくなり，CEを行った．この結果として，特定の産業におけるが生成する水平スピルオーバーの効果は（その産CC を優遇することは，同一産業内およびこの上業全体の研究開発費の総額が大きくなるため）相流の産業における DF の成長を促す一方で，その対的に小さくなる．水平スピルオーバー効果は，下流の産業における DF の発展を抑制させること同一産業内の DF に対して正の影響を与え，かつ，を確認した．このことは，このような政策が，産CC が生成する水平スピルオーバーの単位当たり

業全体の成長に対して，必ずしも有益な影響を与の効果は， CE のその効果よりも大きい[4]．従っ

えるとは限らないことを示唆している．

て，CC の研究開発費が増加すると，同一産業内の従って，今後の課題として次のことが考えられ

DF のイノベーション発生数は顕著に増加する．

る．受け入れ国は（ある程度）合理的に行動する

図３および４（または，図２および３）より，場合に，つまり，スピルオーバーには正と負の効

CC の研究開発費を増加させたレベルから１つだ果があることを認識して行動する場合に，産業全け上（または，下）のレベルの産業において，DF体のイノベーションパフォーマンスを最大にするのイノベーション生成数は増加（または，減少）という意味での，最適な補助金の割当額を求めるする傾向が見受けられる．これは，CC が正の後方ためのモデルを提案する必要がある．

スピルオーバー，ならびに負の前方スピルオーバ
参考文献

ーを生成するためであると考えられる．
以上の結果は，特定の産業レベル（の産業）に[1] S. J. Chang and D. Xu, Spillovers andおけるCCを優遇することにより，同レベルと１

competition among foreign and local firms in

つ上流のDFにおけるイノベーションパフォーマ

China, Strategic Management Journal, vol.

ンスは増加するものの，１つ下流のDFにおける29, pp. 495-518, 2008.
[2] J.

それは減少することを示している．これは，このCantwellandR.

Mudambi,

MNE

ような政策が，特定の産業の成長を促す一方で，competence-creating subsidiary mandates,

その下流の産業を疲弊させてしまうことを示唆しStrategic Management Journal, vol. 26, pp.

ている．従って，産業全体の発展を達成するため

1109-1128, 2005.
[3] K. Blomkvist, P. Kappen, and I. Zander, Quoには，特定の産業だけでなく，全体の産業（のvadis?: The entry into new technologies inCC）に対して，適切な補助金（税制面での優遇

advanced等を含む）の配分を検討する必要があると考えら

foreignmultinational

れる．

subsidiaries

enterprise,

of

the

JournalofInternational Business Studies, vol. 41, pp.
1525-1549, 2010.

５ おわりに[4] Y. J. Ha and A. Giroud, Competence-

本研究では，能力創造型（CC）および能力活用

creating subsidiaries and FDI technology

型（CE）海外子会社が生成する，水平ならびに垂spillovers, International Business Review,

直（後方と前方）スピルオーバーの効果を可視化

vol. 24, no. 4, pp. 605-614, 2015.

するモデルを提案した．海外子会社が生成する各[5] 山影進，人工社会構築指南-artisoc によるマ

種のスピルオーバーが，国内企業（DF）に影響を

ルチエージェント・シミュレーション入門，

与える様子について，ポアソン過程によりモデル

2007．

化し，イノベーションパフォーマンス（特許取得- 32 -

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2018年度第3回研究会講演論文集（2019年2月21日(木)広島工業大学）

超々臨界圧火力プラントで使用されるボイラチューブ鋼材の基本物性に関する理論的研究
広島工業大学岩永 昴平

広島工業大学

山岸 秀一

中国電力

杉内 栄夫

Theoretical study on fundamental properties of the boiler tube steel
materials used in ultra-supercritical thermal power plants
Hiroshima Institute of Technology

Kohei Iwanaga

Hiroshima Institute of Technology

Shuichi Yamagishi

The Chugoku Electric Power Co., inc.

１ 研究目的Takao Sugiuchi

から診断が可能か，また，その結果が劣化と相関のある指標を捉えているかを，組織及び磁性観察

超々臨界圧火力プラントで使用されるボイラチ

等によって確認が行われている．そして，その結ューブには，ステンレス鋼や高クロム鋼などが用果が妥当であるか，また，実験によりカバーでき

いられている.そして，これらの内側には，温度ない温度条件や実機での物性変化を，理論的解析

600℃，圧力 24.5MPa といった高温・高圧な蒸気がにより評価する必要がある．本研究では，これら通り，また，外側は 1000℃を超える燃焼ガスに晒の解析評価を行う基礎となるボイラチューブ材料

されている．このような過酷な使用環境が材料にの磁性の発現現象を，理論計算により明らかにす

甚大な影響を与え，チューブ破損などのトラブル

る．特に，Super304H を構成するオーステナイトに繋がる場合がある．チューブに用いられる金属

鋼の主成分である鉄と，チューブの表面に現れるは，高温中に応力が加わると時間の経過とともに酸化クロムについての電子状態を，第一原理計算

徐々に変形し，それが進行すると金属組織に数μによって解析する．なお，第一原理計算とは，実m 程度のボイドが派生し，それらが連結すること験データや経験パラメータを用いずにシュレディ

で破断に至る．そのような場合には，高効率プラ

ンガー方程式を解く方法である．

ント停止を余儀なくされ，燃料費の増大といった問題が発生することになる．近年，国内の火力プ

２ 研究の概要

ラントでは，超々臨界圧ボイラの過熱器管や再熱器管等に，火 SUS304J1HTB（Super304H）と呼ばれ鉄と酸化クロムの電子状態を，密度汎関数理論

るクリープ破断強度に優れたオーステナイト鋼管（DFT）[1, 2]によるコンピュータシミュレーショ

が使われているが，クリープ損傷に至ったケース

ンによって解析する. DFT とは，汎関数を用いてがある．そのため，劣化の早期発見が重要になる系のエネルギーを最小にするように全電子密度をが，その診断手法は確立されていない．そこで，決定することにより，シュレディンガー方程式を

同ボイラチューブの内圧クリープおよび熱時効試解く方法であり，次の，(1)～(3)で定式化される．

験片を作製し，ECT・SQUID 分離型方式等の高感度

なお，このときの系の全エネルギーは，(4)式で表磁気センサを使用して，透磁率や導電率変化状況

される．

- 33 -

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2018年度第3回研究会講演論文集（2019年2月21日(木)広島工業大学）

(1)
(2)
(3)

の電子雲の様子を，また(b)に，up，down それぞれのスピンの電子密度状態（DOS）を示す．なお，Fermi
順位とは，占有電子中の最高エネルギー順位のことである．また，スピンとは，電子が持つ磁気モーメントのことで，up と down の 2 種類の向きを(4)持つ．物質に含まれる原子の電子スピンの向きが揃うほど，磁性を帯びるようになる．DFT 計算に

DFT による電子状態の計算には，物質・材料研よる格子定数は 2.85Åとなり，実験値の 2.87Å

究機構の所有する第一原理ソフトウェア PHASE/0[5]と比較して（99.3%），妥当な結果となった．

[3]を使用する．PHASE/0 による DFT 計算では原子

次に，up スピン電子の個数（9 個）と down スピンの持つ価電子のみを扱う[4]．ところで，鉄の元素

電子の個数（7 個）の差は，Fe 原子 1 個当たり 1(Fe)は，常温では体心立方格子（bcc）構造を持ち個となった．この値と，図 1(b)の DOS の 0 eV 以

強磁性を示すが，高温になると面心立方格子（fcc）

下（電子占有軌道）の up，down スピンの不釣り合構造に変わり，磁性が消える（常磁性）.この物理いの様子から，bcc 構造が磁性を持つ（強磁性）こ的性質の検証のために，Fe の bcc および fcc 構造とが分かる．

の単位格子について計算を行う．一方，酸化クロ
ム につ いては ，一般 に， CrO(Ⅱ ), Cr2O3( Ⅲ),up スピン

CrO2(Ⅳ), CrO3(Ⅴ)が知られているが，中でもCr2O3(Ⅲ)は単純菱面格子の結晶構造を持ち，化学的性質が極めて安定であり，耐熱合金の表面に生
down スピン

成して保護被膜として利用されている．そこで，
本研究では，Cr2O3(Ⅲ)を用いて計算を行う．
(a) 単位格子と電子雲
３ 計算結果(b) 電子密度状態（DOS）

図 1. Fe の bcc 構造の DFT 計算の結果

Fe および Cr2O3(Ⅲ)についての PHASE/0 による

３．１．２ fcc（面心立方格子）

計算結果を次に示す．なお，DFT 計算における電fcc は単位格子に 4 個の原子を含む．この単位

子軌道の平面波展開のカットオフエネルギーは，格子を用いて Fe(fcc)の DFT 計算を行った．図 2

PHASE/0 による収束実験により，12.5 Hatree に設の(a)に単位格子の結晶構造と Fermi 順位（0.10eV）定した．

の電子雲の様子を，また(b)に，up，down それぞれの電子密度状態（DOS）を示す．

３．１ 鉄（Fe）
Fe について，bcc および fcc 構造の単位格子を

up スピン

用い，それぞれ周期境界条件のもとで PHASE/0 の計算を行った．
down スピン

３．１．１ bcc（体心立方格子）
bcc は単位格子に 2 個の原子を含む．この単位格子を用いて Fe(bcc)の DFT 計算を行った．図 1(a) 単位格子と電子雲の(a)に単位格子の結晶構造と Fermi 順位（1.04eV）- 34 -(b) 電子密度状態（DOS）

図 2. Fe の fcc 構造の DFT 計算の結果

日本経営システム学会イノベーション指向データ分析研究部会
2018年度第3回研究会講演論文集（2019年2月21日(木)広島工業大学）

DFT 計算による格子定数は 3.61Åとなり，実験

４ まとめ

値の 3.63Å[5]と比較して（99.4%），妥当な結果となった．次に，up スピン電子の個数（17 個）と超々臨界圧火力プラントで使用されるボイラチ

down スピン電子の個数（15 個）の差は，Fe 原子 1

ューブの代表的な材料であるオーステナイト鋼

個当たり 0.5 個となった．この値と，図 2(b)の DOS

Super304H の劣化診断手法確立に向けた組織及びの 0eV 以下（電子占有軌道）の up，down スピンの磁性観察等の理論的検証のための基礎計算として，釣り合いの様子から，fcc 構造は bcc 構造と比較

鉄と酸化クロムについての密度汎関数理論（DFT）

して磁性が弱まり，常磁性となることが分かる．

を用いた第一原理計算を行った．その結果，鉄元素（Fe）については，bcc 構造と fcc 構造それぞ３．２ 酸化クロム（Cr2O3）

れについての基本的物性（原子位置と磁性）の検Cr2O3 は六方晶系の hR30（単純菱面格子）構造を証ができた．また，酸化クロムについては，酸化取り，単位格子に 12 個の Cr 原子と 18 個の O 原

クロム(Ⅲ)(Cr2O3)を用いて計算を行ったところ，子を含む．図 3 の(a)に格子の結晶構造と Fermi 順

反強磁性を示すという結果が出た．今後は，位（0.18eV）の電子雲の様子を，また(b)に，up，Super304H の主成分である，Fe，Cr，Ni，Cu を含

down それぞれの電子密度状態（DOS）を示す．格子む合金モデルを作成し，DFT による第一原理計算

定数は 4.95Åとなり，実験値の 4.96Å[6]と比較によって基本手的な物性を調べる予定である．

して（99.8 %），妥当な結果となった．次に，up
スピン電子の個数（127 個）と down スピン電子の参考文献

個数（125 個）の差は，単位格子当たり 2 個（Cr
原子に換算すると原子 1 個あたり 0.17 個）とな

[1] P.

Hohenberg,

W.

Kohn:

った．この値と，図 3(b)の DOS の 0eV 以下（電子electron gas,占有軌道）の up，down スピンの釣り合いの様子か

no.3B, pp.865-871 (1964)

ら，Cr2O3 は，ほとんど磁性を持たない，すなわちInhomogeneous

Physical Review, vol.136,[2] W. Kohn, L. J. Sham: Self-Consistent

常磁性であることが分かる．さらに，ノンコリニ

Equations

Including

ア系（三次元的に傾いた状態）の計算により，磁Correlation

Effects,

気モーメントによる向きが 0μB となった．一般

vol.140, no.4A, pp.1133-1138 (1965)に，常磁性であり，磁気モーメントを持たない物[3] PHASE System 研 究 会 : PHASE/0 – First質は反強磁性であることが知られており．Cr2O3 がprinciples

反強磁性であることの裏付けを取ることができた．

Calculation Program.

Exchange
PhysicalElectronicandReview,

Structurehttps://azuma.nims.go.jp/[4] D. Vanderbilt, Physical Review B 41, 7892
up スピン(1990)[5] 日本金属学会編: 金属データブック, 丸善,
pp36-37 (2004)[6] 成田貴一: 鉄鋼中の非金属介在物ならびにそdown スピンれに関連した化合物の結晶構, 造鉄と鋼,
vol.53, no.8, pp.54-85 (1967)(a) 単位格子と電子雲(b) 電子密度状態（DOS）

図 3. Cr2O3 の DFT 計算の結果- 35 -

日本経営システム学会イノベーション指向データ分析研究部会
2018年度第3回研究会講演論文集（2019年2月21日(木)広島工業大学）

データサイエンスに基づく情報可視化とその有効性検証のための応用
広島工業大学情報学部
健山

智子，前元

知的情報システム学科

菜摘，大野

瑛史，折本

知的情報可視化研究室

研，木上

飛鳥，松本

慎平

Visual Analytics based on data science andits effectiveness application system
Yuki Akiyama，Natsumi Maemoto，Yukari Uehara，Tomoko Tateyama，Shimpei Matsumoto

を VR などの仮想空間で提示し，大学の魅力発信

１ はじめに通信システム．システムテクノロジの進化に伴などにつながるだけでなく，このような情報提示

い，多くの情報が容易にセンシングされ，収集さとして，体験者にどのような経験や感動を与えるれる仕組みが整備されつつある．このような膨大かの分析においてもデータサイエンスが大きく貢なデータは臨床，教育だけでなく，広告発信など献していることは言うまでもない．

その用途は広く，ビックデータとして，今日その図１に本研究室での研究方針，取り組みを示す．

効率的な整備が求められる．

本研究室では，これまでデータサイエンスに基づ

このような効率的かつ効果的なデータ整備につき，医用画像解析，医用情報可視化，画像解析・

いて，統計解析を中心とするデータサイエンス技

認識，V 空間への情報可視化と，幅広くその効果

術によって広く行われている．例えば，臨床情報について解析を行っている．本研究では，これまに基づく解析として，解像度 1mm 以下の高精細での成果を踏まえ，情報可視化によってもたらさ

医用画像内から，病変・疾患，損傷特定などは極れる技術評価，新たな可視化技術とその応用につめて重要であるが，その読影を行う臨床医は限らいて議論する．

れた時間での読影となることから，膨大な負担と本論文の構成は，以下の通りである．まず，情なってしまうため，膨大なデータに対し，計算機

報可視化を検討するためのビックデータ解析の定を用いた分析から，その有用な情報を抽出し，臨式化を議論し，その応用として，３節で，医用画床へ応用する．

像解析，医用情報可視化について議論する．そし他にも，収集された膨大な画像内にどのようなて，４節では，収集されたデジタル広告画像内か発信情報が含まれているかについて，これまでのら機械学習にもとづく広告画像のキーワード抽出

手動での振り分けに代わり，計算機や文字読み取のための文字領域の特定とデータベース構成，さり用センサーデバイス（OCR）によってその情報らに，５章では，本学のキャンパスをメインに，を収集，自動解析する仕組みが構成されている．

スマートフォン技術を用いた大学キャンパス体験

このキーワード取得にもデータサイエンスが展開システムの開発と評価手法の提示について，議論されている．

し，最後に本研究の総括を行う．

さらに，これまでは紙媒体や２次元平面上で提示していた地図情報であるが，情報可視化は立体
空間上での提示も可能になった．大学キャンパス- 36 -

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2018年度第3回研究会講演論文集（2019年2月21日(木)広島工業大学）ているため，CT やレントゲンでなく MR 画像の撮像により，その損傷度合いを確認する．膝軟骨

組織は，半月板領域と靭帯領域で構成されており，&!) *
#

MR 画像内においてもその輝度値は非常に類似しており，熟練医師でもその区別は難しい．本研究
%'(%'では，この膝軟骨領域に対し，輝度値の分布をヒ

*"$

ストグラムから確認し，そして，空間的な位置か
らその場所と把握を行う手法について提案している．図４~図 6 に本研究での成果を示す[1]．
まず，半月板と靭帯領域におけるその特徴を理

図１：本研究室の研究取り組み・功績解するため，医師指導のもと，手動で対象領域を

２ データサイエンスにおける問題の定式化抽出する(図)．この抽出された領域に対し，ヒス
トグラムから輝度値分布を確認・分析したところ，膨大な情報を解析するために，まずは問題の定式化が重要である．問題設定の定式化は，主に下るが，各症例ともに，式が共通のテーマとして与えられる．

おいて，わずかではあるが，平均値ならびに分散

Vn = [v1 , v 2 ,!, v i ,!,v n ]半月板領域と靭帯領域にの範囲に違いがあることが確認された．この分析(1)を踏まえ，20 症例の学習データから機械学習にもここで， v i は，収集されたサンプル i 番目におけるとづき，半月板領域の抽出を行った．

ベクトルを意味しており，このベクトルの構成に基
づいて，基本統計量を中心に図２に対する問題について，これまで本研究室は情報可視化を行ってきた．
いくつかの研究功績について，３節より説明する．

３．

医用画像の効率的な情報可視化

３ .１

MR 画 像 か ら の 膝 軟 骨 領 域 の 構 造 解 析

図４：手動による半月板領域の抽出

膝軟骨領域は，我々の歩行行動や膝の屈伸動作において，その骨領域のクッションの役目となる．
この膝軟骨組織は，コラーゲンなどから構成され

M

•
•
•

V

V
V
•
•

a

•
•
•

a
MV

R
•
•
•
•

V
MV
•
•
•

図3

図５：膝軟骨領域の組織における輝度値分布

M

•
•
•
• D

肝臓造影の MR 画像
図６膝軟骨領域の可視化（紫：半月板，赤：靭帯）- 37 -

日本経営システム学会イノベーション指向データ分析研究部会
2018年度第3回研究会講演論文集（2019年2月21日(木)広島工業大学）

結果としては不十分な抽出結果であったが，この原因は症例数が非常に少ないこと，そして，組織として空間的な位置情報と形状情報も融合することで，その成果が向上することも同時に示唆され，現在研究を進めている．また，医用画像の取得時における，撮像条件によってもこの領域の抽出精度が変わる可能性が極めて高いことを，本研究の成果として報告した．今後，臨床現場でも，その(a)平常顔撮像方法の検証としても本研究の成果が利用でき

図8(b)疑似腫れ顔（膨らみ）

顔面浮腫の形態変化観測るであろう．
３ .２ Kinect か ら の 顔 面 浮 腫 症 例 観 測 と臨 床 診 断 の た め の 可 視 化 [2]形成外科分野において，下顎部調整手術後に顔の腫れ具合（顔面浮腫）を計測することで治療投薬の影響やその効果を臨床評価することは重要である．この顔面浮腫の度合いの検証として，これまで高精度 3D レーザスキャナなどで検証していたが，そのデバイスは高額であるだけでなく，取得される情報量が膨大であり，計算処理も膨大となる．そのため，本研究では，これまでの高精度

図９3D レーザスキャナにかわり，汎用的な距離セン

顔面浮腫の形態変化の可視化

４ .機 械 学 習 に も と づ く 広 告 画 像 内 か ら の 文 字サーとして，Kinect(図 7)を用いて評価が可能であ

領 域 特 定 [3]るか，を検証した．この研究では，平常顔と疑似スマートフォンや IoT デバイスの進展により，腫れ顔として頬を膨らませた顔の差分から評価を

広告情報のデータ収集が容易になったが，そのデ行った．この顔情報は，Kinect の点群情報より取ータの整備について，十分な検証が行われておら得し，式（１）から評価した．その結果が図９でず，急務である．データ整備として，手動で画像ある．図９からも確認できるように，すべての症を区別し，キーワード付与を行うことが膨大な時

例間において，頬部の膨らみの可視化がされたこ

間と手間がかかり，現実的ではない．そこで，OCRとが確認できた．これは，これまでの高精度３Dなどを利用して，文字情報の取得，形態素解析か

レーザスキャナと同様の可視化であり，臨床医からキーワード付与の手法が挙げられる．この OCRらも有効な可視化であるとの評価をいただいた．

による文字の読み込みは，類似したフォント情報

今後，このように顔面浮腫の度合いやその膨らみに対しては有効であるが，広告画像は異なったフの影響について，臨床データに応用し，検証より

ォント情報やサイズだけでなく，様々なデザイン有効性を評価することが，本研究の今後の展望とが含まれているため，直接 OCR で文字の読み込なる．

みを行うと，文字認識に失敗することが課題であった(図 10(b))．本研究では，この問題に対し，類似した文字領域を特定し，特定された文字領域を
OCR で読み込みを行うことで問題解決が目指せ
図7ると仮定し，成果として，文字領域をいくつかに

kinect- 38 -

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2018年度第3回研究会講演論文集（2019年2月21日(木)広島工業大学）

別出来ると考え，現在，データベースを整備している．このデータベース整備により，深層学習へのアプローチも可能になり，より充実したキーワード自動付与の可能性が高いことが示唆された．
５.

VR 空 間 を 利 用 し た
体 験 型 キ ャ ン パ ス シ ス テ ム と 評 価 [4]

学校や大学の広告手法として，従来，紙面や看板によるアナログ的な手法が主であったが，今日の情報化進展に伴い，デジタル的な広告手法に展開されている．情報媒体を用いたキャンパス案内(a)原画像(b)OCR の直接読み込み

として，文字や画像を中心とした大学の Web サイトが挙げられるが，この情報コンテンツは，
従来のアナログ情報をそのままデジタルで表現した二次元情報の表現である．より臨場感の高い情報提示は，我々と同様の視覚や操作の感覚の再現が重要である．今日の情報デバイスは IoT 技術の進歩がモバイル型情報システムの進展へ大きく貢献し，我々の生活において必要不可欠な存在となっている．近年は，スマートフォンの高精度化に(c)類似文字列領域特定
図 10より，スマートフォンで VR の提示が可能となっ(d) 文字列特定結果

広告画像からの文字列特定た．ゆえに，身近な情報媒体を用いることでコスト削減に十分期待される．
本研究では，この仮想空間上に本学のキャンパスを同スケールで展開し，スマートフォンデバイ
スによって空中ブランコを体験するシステムを開発した．図 12 にそのシステムの利用を提示する．

図 11：広告画像構成のデータベース概要

また，このシステムの評価として，一般的には区分することで文字認識の精度向上が確認できた．

昇順のリッカードスケールで行われている．しかそこで，本研究では，画像全体を任意のサイズ

し，VR 空間では，その環境がシステムのデモスに細分化し，式（１）のベクトルを構成する．こトレーションとして，強さの影響が検証されるべの構成されたベクトルに基づいて，K-means 法かきである．そこで，本研究では新たなリッカードらその特徴情報を解析する．本研究の成果を図 10スケールとして，中央値を最良とし，低くなれば，に示す．図 10 より，直接 OCR からの文字領域をその環境での尺度が低い，高い値では，印象が強読み込むと，失敗していたが，我々の提案する機い，とすることで，VR 空間体験の際の，圧迫感

械学習での文字領域特定により，文字認識の精度

や操作感の強弱についても評価を行った．この評向上を確認した．しかし，広告画像には様々なデ価を提示した結果が図 13 になる．この図 13 の結ザインがあり，複雑な背景や写真などが含まれた果からも確認できるよう，値としては最良とする

場合，精度が下がってしまう課題があった．そこ

３にほぼ集約されていることが確認できた．しかで現在，本研究では，図 11 に示すように，広告

し，リアリティ性がやや低かった．これは建物が

画像は文字領域と背景や写真・デザイン領域に区

まだ作り込まれていない場所などがあるため，体- 39 -

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験者が違和感を持った結果である．今後は，さら謝

辞にリアリティ性を高める必要がある．さらに，今本研究遂行に多くの有益な助言ならびに実験協回は，ブランコの体験だったので，体験者の操作力を頂いた，立命館大学情報理工学部知的画像処はそれほど要求されない．これもリアリティ性が理研究室の陳延偉教授ならびに医用画像・インタ

低くなる要因である．今後，体験者の対話操作をラクショングループ謝意を示す．

導入するなどが必要であることが，この懐石より

また，各研究テーマについて，データ提供なら示唆された．

びに臨床知識のご協力を頂いた，霞クリニック，
広島大学病院放射線科，沖縄中部病院澤本尚哉医師，ためまっぷプロジェクトの清水義弘氏に謝意を示す．
本研究は文部科学省科学研究費補助金基盤研究(C)(課題番号：18K11454）および公益財団法人サタケ技術振興財団の助成，広島工業大学知的情報可視化研究センターの援のもと, 研究を遂行している．
参考文献

図 12：VR キャンパス体験システム
6

I FEE

C

FE

I

CO

FE DF
2 E

5

9
.C
7 C
( .FEID EI FE C I EIEE• Cluster in the center• Reality Weak

FE

IGC

AVERAGE

Automatic extraction of knee structure for

MEDIAN4

damage analysis and assessment of knee

3meniscus using intensity histogram, Proc2of ISAROB 2018, pp.423-426, Jan.2019.

1 1
) 3E
FE
5G
E IG
8DFF E II, 1F I
- 5G
E
I E

C

[1] Tateyama.T, Maemoto.N, Matsumoto.s, et al.,D E FG

2

4F C

5

3

4

5

6

MG
E
E
. DG I 8 I D

7IAVERAGE8[2] Tateyama.T,

9

Ohno.A,

Matsumoto.s:

Efficient Alignment method for facial

MEDIAN4swelling analysis measured from Kinect

3

Depth

2

pp427-430, Jan.2019.

1

1

2

3

4

5

6

7

8

sensor,[3] Tateyama.T,9

図 13：VR キャンパス体験システムの評価

Automatic

Proc

of

Orimoto.K,
generation

ISAROB2018,

Matsumoto.sofpseudo:”flyer

images to construct learning dataset and4 結論

its application for extracting character

収集されたビックデータを効率的な可視化とし

string region based on machine learning”て提示するため，本研究では式（1）に基づいて，Proc of ISAROB 2018, pp335-338, Jan.2019.

機械学習を利用した情報可視化を提示した．この[4] Tateyama.T, Kigami.A, Matsumoto.s, et al:例として，医用画像解析，顔形状の形態変化可視

Construction

化，広告画像からの文字列特定，そして VR 空間で

Terrain Slope and its Development ofの評価手法の検討などについて提案した．これまVirtual Experience Campus Systems using

での成果と解析より，我々の提案手法で，多くのMobile

データに対し，有効な情報解析の結果を提示し，

pp347-350, Jan.2019.

その結果を踏まえ，その後の現場での情報利用に多いに有効であることを提示した．

- 40 -

CampusDevice,

Proc

Map

of

considering

ISAROB2018,