情報処理学会 インタラクション 2018
IPSJ Interaction 2018

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2018/3/2

TuVe: チューブを用いたディスプレイ
井上佑貴1

伊藤雄一1

尾上孝雄1

概要：タブレットやスマートフォンのような，入力面と出力面が一致したインタフェースであるインタラ
クティブサーフェスは，指などを用いた直感的な情報の操作を可能とする反面，その表面形状は平面である場合が多く，二次元に沿った形でしか情報を提示できない．そこで本研究では，様々な表面形状に適用可能なディスプレイとして，チューブを表示媒体として用いたディスプレイ，TuVe を提案する．TuVe は，チューブによってディスプレイを構成し，チューブ内の流体によって情報を提示するシステムである．表示筐体にチューブを用いることで様々な形状に適用可能なフレキシブルなディスプレイが実現可能である．
本稿では，チューブディスプレイ TuVe の実現に必要な要素に関して議論し，システムの構成と制御手法を検討した．またその機能を評価するために，提案システムによってピクセルの長さと位置を制御する実験を行った．結果として，指定した位置へ指定した長さのピクセルをほぼ誤差なく移動させることができ，
提案システムによってディスプレイを実現できる．

情報技術の発展に伴い，マルチタッチディスプレイのよ
うなインタラクティブサーフェスが身近なものとなりつつある．インタラクティブサーフェスは入力面と出力面が一致したインタフェースで，指などを用いた直感的な情報の操作を可能とする．タブレットやスマートフォンなど，インタラクティブサーフェスを用いたデバイスは日常に浸透しつつあり，インタラクティブサーフェスに関する研究

図 1 TuVe の概要（左：ディスプレイ部にて文字 イ を表示した
もの

右：システムの全体図）

も様々になされている．しかし，これらのデバイスの表面はガラス平面のようなソリッドなものが多い．このようなサーフェス面では二次元に沿った形でしか情報を提示できず，表現の幅に制限がある．これに対し，立体的な表面形

液などの流体を流すことで情報を提示するディスプレイで状の物体を用いて情報を提示するシステムが様々に提案さある．表示筐体にチューブを用いることで，チューブを物れている．これらは平面ディスプレイでは直感的に与えら体に巻き付けるだけで容易にディスプレイを構成できるよれない凹凸などの情報を提示できるため，2 次元平面に限うになる．さらに，その形状の柔軟性から，通常の 2 次元

定されないさらに高度な情報提示を可能とする．このようディスプレイでは表現が難しいような様々な形状を用いたに様々な表面形状をとる物体をディスプレイとして利用す表示が可能となる．また，表示媒体としてチューブ内の着ることで，ディスプレイの形を選ばない新しい情報提示を色液を用いることで，ディスプレイ部分を構成するものが可能とする．そこで本研究では，様々な表面形状に適用可

チューブのみとなるため，メンテナンスや交換，またサイ

能なフレキシブルなディスプレイとして，チューブディス

ズや形状などの変更が容易となる．さらに，流す流体の種

プレイ TuVe を提案する．

類・性質を変えることで，システム自体を変えることなく

1. はじめに様々な種類の情報を直感的に提示するディスプレイの構成を可能とする．

TuVe は，図 1 に示すように物体にチューブを巻き付け

本稿では，チューブディスプレイ TuVe の実現に必要なるなどの手法でディスプレイを構成し，チューブ内に着色要素に関して議論し，システムの実装とその制御手法を検討する．さらに，その機能を評価するために行った実験に

1

大阪大学大学院情報科学研究科
Graduate School of Information Science and Technology, Osaka University© 2018 Information Processing Society of Japan

ついて述べる．

145

情報処理学会 インタラクション 2018
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2. 関連研究2.1 様々な表面形状の物体による情報提示
様々な表面形状の物体によって情報を提示する手法として，アクチュエータアレイによって表面形状を変化させるシステムの研究が様々になされている．Follmer らは上下に駆動するリニアアクチュエータアレイを使用して立体情報を提示する

inFORMを提案している [1]．アク

図 2

システム構成チュエータアレイによって立体形状を表現し，上部のプロジェクタから映像を投影することで情報を提示する．またSchoessler らは，リニアアクチュエータアレイ上で様々な実物体を操作する手法をKinetic Blocksとして提案している [2]．アクチュエータの上下動によってブロックの移動，回転などの操作や，積み上げ，放出などを可能とする．また内部に歯車を搭載して，アクチュエータの上下動
を水平方向や回転方向の動きへと変換することを可能とするブロックの実装もなされている．これにより，垂直方向の形状変化しか表現できないという，リニアアクチュエー
タアレイを用いたディスプレイが持つ制限の克服を試みている．しかし，アクチュエータアレイを用いたシステムは制御のために膨大な信号線を要し，システムの拡大や変更・
メンテナンスも容易ではない．様々な形状の表面に情報を表示するもう一つの手法として，物体に映像を投影するプ
ロジェクションマッピングがある．Asayama らは，物体に印刷したマーカにより物体の位置や角度を認識してリアルタイムに映像を投影するシステムを提案している [3]．マー
カを 3D プリンタによって印刷し，映像を投影するときはプロジェクションの放射量を補正することによりマーカを視認できないようにする．また物体表面の凹凸に対してロバストなマーカの選定や，表面形状からマーカの配置を自動的に決定するアルゴリズムの実装により，様々な表面形状に適用できるようにしている．しかしプロジェクショ
ンマッピングには，プロジェクタを用いることに起因する制約が存在する．例として暗所を要することや，オクルー
ジョンの無い環境を要することなどの環境条件が挙げられる．本研究で提案するシステムはディスプレイ部をチューブのみで構成することから構成が容易でスケーラブルである．また情報の提示にプロジェクタなどの投影機を必要としないため，プロジェクタの利用に起因する制約も回避できる．

流体には流動性があり，環境に合わせて様々な形を取ることができる．よって，流体を情報提示に用いることで，より自由度の高い形状での情報提示が可能になると考えられる．Kojima らは，水滴の形などを制御して情報を提示

PolkaDot

御することで布上の水滴の位置，形状を制御する．また水滴を用いることで，拭き取ることなどの直感的なインタラ
クションを可能とする．Nakagaki らは，膜状の流水の形状を制御して情報提示に利用する

Hydro Morphを提案している [5]．このシステムでは流水が平面に当たることで形成される膜状の水を，上下するアクチュエータによりせきとめることで形状を変化させる．しかし，流体の形状を制御する研究はあまり進んでいるとはいえず，制御できる形状は平面上の水滴などのように制限があるものがほ
とんどである．我々の提案システムでは，チューブを用いて流体の形状を制御することで様々な表面形状の表現を可能とする．チューブを用いて三次元形状を表現することを試みたアート作品として Tokyo Arteria が公開されている [6]．しかし，フレキシブルなチューブを用いてチューブ
内液体の位置を制御することで情報を提示する研究は進んでいない．

3. チューブディスプレイ TuVe
3.1 システムの概要
図 2 に示すように，我々が提案するチューブディスプレ
イ TuVe は，ディスプレイ部となるチューブ，流体，ポンプ，合流部分，およびその制御回路と流体の回収容器からなる．チューブに合流部分とポンプを接続し，ポンプにより流体を合流部分へと送り出す．流体は透明部分と着色部分にあたる複数種類のものが存在し，合流部分へと送り込
まれた流体はそれぞれが分離した状態のままでディスプレ
イ部に交互に流入する．制御回路によりポンプや合流部分を制御し，ディスプレイ部内の流体位置を任意に制御することで情報を提示する．

3.2 システム構成の検討

2.2 流体を用いたディスプレイ

するディスプレイシステムでは，超撥水布の凹凸をアクチュエータにより制を提案している [4]．この© 2018 Information Processing Society of Japan

3.2.1 システム構成要素の検討
使用する流体まず，システムに使用する流体に関して検討する．提案システムでは透明流体と着色流体を分離した状態でディスプレイ部に流し込む．それぞれの流体は分離した状態のま
まディスプレイ部内を移動する．よって，互いに混ざり合

146情報処理学会 インタラクション 2018
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わないような組み合わせの流体を用いる必要がある．着色
流体としては簡単に手に入り着色がしやすい流体として水を用いる．透明流体として，水と混ざり合わない物質として油，空気を検討する．流体の組み合わせを検討するための予備実験を行った．透明流体で満たしたチューブ内に20 mm の着色層を作り 500mm 移動させ，移動時の層の様子を目視で確認する．油は入手が容易で扱いやすく，粘度が比較的小さい油としてマッサージオイル（Larne）を用いた．結果として，水と油の組み合わせにおいて，移動中に水の層に油が進入する現象が見られた．これは，チュー
ブが疎水性であるために油が水よりもチューブ壁面に付着しやすいことが原因と考えられる．水と空気の組み合わせにおいてはこのような進入は見られなかった．よって本研

図 3

シリコンチューブにおける液だまり

表 1

チューブ内径と層の移動距離の関係

究では，混ざりあわない物質の組み合わせとして，水と空気を用いる．着色部分として絵具で色をつけた着色水を，透明部分として空気を用いる．水は不透明水彩絵具（ター

チューブ内径 [mm]

平均 [mm]標準偏差 [mm]

2

605

6

3

263

2

ナー）により着色した．

4

147

3

ポンプ

5

96

2

ポンプは制御が容易で小さい単位での流量制御を可能とする小型ローラーポンプとして，PT-HP1-11-KA（ツカサ

プレイ TuVe ではチューブ内を着色液の層が何度も通過す

電工，吐出流量 11 ml/min*1 ) を用いる．ポンプのコント

るので，それぞれの層がその長さを変えることなく通過でロールには駆動時間を用いる．回収容器は流路の先端が大きることが必要である．そこで，チューブ内に層を複数回気開放となるように設置する．各素子の制御にはマイコン通過させ，その変化を観察する．

を用いる．本研究では Arduino UNO を用いた．
チューブ

チューブを直線状に設置し，ポンプ PT-HP1-11-KA を接続する．内部に 20 mm の着色層を作成し，ポンプを駆次にシステムに使用するチューブに関して特に材質と径動して層を移動させ，チューブ内を通過させる試行を連続を検討する．提案システムではチューブ内の流体によってして行い，チューブ内の様子を目視で確認する．チューブ

情報を提示するので，チューブは透明で内部を視認できるは内径 3 mm のシリコンチューブ，PFA チューブに関して材質である必要がある．そのような透明性を満たす素材と実験し，試行はそれぞれ 100 回ずつ行った．結果として，してシリコンゴムとペルフルオロアルコキシフッ素樹脂

シリコンチューブの 87 回目の試行において図 3 に示すよ(PerFluoroalkoxy Alkanes, PFA) によるチューブが存在す

うな液だまりの発生を確認でき，その後の試行においてもる．シリコンゴムを用いる利点は，その柔軟性である．シ層の通過後のチューブに液だまりが残ることを確認した．

リコンゴムは，ねじる，引き伸ばすといった様々な変形がPFA チューブにおいては，100 回の試行後も液だまりは目でき，また座屈しても容易に元に戻る．よって，弾性のな

視できなかった．したがって，シリコンチューブは液体がい素材によるチューブと比較して，より幅広い形状を表現

多数通過した場合にぬれ性が増加し，同じチューブを継続することが可能である．一方で PFA を用いる利点は，その的に用いることは難しいと考えられる．そこで，システム

高い非粘着性である．物質が付着しづらい性質をもつための構成要素として PFA チューブを用いることとする．

液だまりしづらく，より正確にチューブ内流体の制御が可次に，チューブ径の選定について述べる．チューブを能である．チューブの径に関しては，内径を小さくするこ

直線状に設置し，ポンプ PT-HP1-11-KA を接続する．20とで界面張力がより支配的になることが知られている [7]．

mm の着色層を作成し，十分大きい移動距離が得られるよ

また，より径の小さいチューブは最小曲げ半径もより小うポンプを 10 s だけ駆動して着色層の移動距離を測定しさく，より細かな形状を表現出来る．しかし小さい内径のた．チューブは内径 2 mm，3 mm，4 mm，5 mm の PFAチューブでは位置制御のためにより細かい単位での流量制チューブで，測定は 5 回ずつ行った．結果として，層の移御を必要とする．これらを踏まえ，チューブ材質および内動距離は表 1 の通りとなった．

径選定のための予備実験を行った．
まずチューブ材質選定について述べる．チューブディス*1

https://www.tsukasa-d.co.jp/dcms media/other/tubepump.pdf© 2018 Information Processing Society of Japan

移動距離は内径 2 mm のチューブにおいて著しく増加しており，移動距離の標準偏差が 6 mm となり，内径 3 mmのチューブの場合と比較してばらつきが増大した．液層を正確にコントロールするためにはポンプの駆動時間に対し147情報処理学会 インタラクション 2018
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2018/3/2てできるだけ移動距離が短く，ディスプレイの解像度の高さの観点からできるだけ内径の小さいものが望まれる．したがって，本研究では内径 3 mm，外径 4 mm のナフロン

PFA チューブ（ニチアス）を用いる．
3.2.2 合流部分の構成
本システムでは合流部分を通して水，空気が交互流の状態でディスプレイ部に流入する．複数の流体を流路に交互に流す手法として静的な流路によるものと動的な流路によ

図 4

三方電磁弁による合流部分の構成

図 5

二方電磁弁による合流部分の構成

るものが知られている．三方に枝分かれした流路のうち一方に液体，もう一方に気体を同時に流すことで残りの一方に水と空気が合流して流れる．ある条件では液体，気体が交互に分離された層の状態で流れ込むことが知られている [8]．静的な流路では流量や合流部分の形状などの条件
により交互流を作るが，液層長などをコントロールできない．本研究では提示したい情報に合わせて層の長さを柔軟に制御できる必要がある．そこで，より細かい制御を行いやすい，流路を動的に制御する手法を用いる．動的な流路の制御には，電気信号により内部のソレノイドを操作して接続した流路の開閉を制御する電磁弁を用いる．電磁弁により動的な流路を作成して化学反応を促すシステムに関する研究も行われている [9]．
合流部分の構成は，図 4 に示すような三方電磁弁に流体とディスプレイ部を直接接続する構成と，図 5 に示すような二方電磁弁をそれぞれの流体に接続して Y 字管によって2 流路を合流させディスプレイ部に接続する構成が考えられる．三方電磁弁を用いる利点としては，流路を一つの電図 6ポンプの構成磁弁で制御できるため制御が単純であることが挙げられる．
二方電磁弁を用いる利点としてはまず，両方の流路を開放

3.3 ポンプ駆動時間による流量制御することや両方の流路を閉鎖することなど，幅広い制御がディスプレイ部へ流入させる着色層の位置や長さを本研可能であることが挙げられる．また，流路の数を拡張する

究ではポンプ駆動時間によって制御する．チューブへの流ことが容易である．本研究では，拡張性や制御の自由度の量を f[mm3 /s]，チューブの内径を d[mm] とすると，チュー高さの観点より二方電磁弁によって合流部分を構成する．

ブ内を流体が進む距離は次の式で求められる．

3.2.3 ポンプ接続方式
ポンプ接続方式としては，図 6(a) に示すようにそれぞれ

f [mm3 /s]
4f= 2 [mm/s]
d
d
2
d
π
π × 2 × 2 [mm ](1)の流体に対応したポンプを接続し，流体を押し出してディ

よって，チューブの内径，チューブへの流量を固定するこ

スプレイ部に流し込む押し出し方式と，図 6(b) に示すようとでポンプ駆動時間によって着色層の長さや位置を制御すに回収容器の側にポンプを接続し，流体を引き込んでディることができる．そこで，ポンプ駆動時間によりチューブ

スプレイ部に流し込む引き込み方式が挙げられる．押し出への流量を制御できるかを確認するための予備実験を行っ

し方式の利点としては，それぞれの流体にポンプを接続す

た．内径 3 mm の PFA チューブを直線状に設置し，チューるため，流体に合わせて接続するポンプを変えられること

ブ内に 20 mm の着色層を作成する．ポンプをデューティが挙げられる．しかし，押し出し方式においては一方のポ

比 100 ％で一定時間駆動させて着色層の移動距離を測定すンプを駆動させることによる圧力が他方の流体への流路にる．ポンプ駆動時間を 4 s から 20 s まで 4 s おきに変動さもかかることから，流体の逆流が発生する．引き込み方式

せてそれぞれ 10 回ずつ測定した．結果として，ポンプ駆では構造上このような逆流は発生しない．また，引き込み

動時間と移動距離との関係は図 7 の通りとなった．図 7 に

方式ではポンプを一つしか用いないため制御がより容易

示す通り，層の移動距離はポンプ駆動時間に対して線形ととなる．本研究では逆流の防止のために引き込み方式を用なった．従って，図中に示す回帰式を用いることで移動距いる．

離の制御が可能であると考えられる．
次に着色層の位置制御の精度を評価する実験を行った．

© 2018 Information Processing Society of Japan148

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ポンプ駆動時間と層の移動距離の関係

ポンプ駆動時間と着色層の長さの関係

600

35

30

層の長さ[mm]

層の移動距離[mm]

500
400

y =27.0x - 3.64
R² =1

300
200

100

25

20
15

y =27.9x +1.05
R² =0.9995

10
5

0

0
0

5

10

15

20

25

0

0.2

ポンプ駆動時間[s]

0.4

0.6

0.8

1

ポンプ駆動時間[s]図 7 ポンプ駆動時間と層の移動距離の関係

図 8 ポンプ駆動時間と着色層の長さの関係

表 2 層の位置の誤差

表 3 着色層の長さの制御 実験結果

移動距離 指定 [mm]

平均 [mm]標準偏差 [mm]

150

150

2

250

250

2

350

349

2

チューブを直線状に設置してシステムを構成し，チューブポンプ駆動時間 [s]層の長さ 平均 [mm]標準偏差 [mm]

2

0.11

4

0.25

8

2

0.39

12

2

0.54

16

2

0.68

20

2

内に 20 mm の層を 1 個作成する．ポンプを一定時間駆動
して層を移動させ，その移動距離を測定する．ポンプ駆動

ることにより正方形のピクセルを表現することができる．

時間は 150 mm，250 mm，350 mm の移動距離が得られる

そこで，4 mm 単位で層を作成できるかを確認する．

よう図 7 よりそれぞれ 5.69 s，9.39 s，13.10 s とした．得ら

直線状にチューブを設置してシステムを構成し，一定時れた移動距離を表 2 に示す．それぞれの場合において得ら間ポンプを駆動することで層を作成する．作成した層をれた平均移動距離は指定した移動距離とほとんど誤差がな

ディスプレイ部に流入させ，層の長さを測定する．層を作く，また得られた結果に対して Z 検定を行ったところ，移成するためのポンプ駆動時間は 4 mm から 20 mm まで 4

動距離の平均は指定した移動距離と有意差が見られなかっmm ごとの長さの層を作成するために図 8 より，0.11 s，た．よって，ポンプ駆動時間を制御することで層の位置を0.25 s，0.39 s，0.54 s，0.68 s の 5 種類とした．それぞれ正確に制御できる．

のポンプ駆動時間に関して 10 回ずつ測定した．表 3 に得られた層の長さの平均，標準偏差を示す．それぞれのポン

3.4 着色層の長さ制御

プ駆動時間において良好な結果が得られた．また得られたチューブ外径と同様の長さの層を作成することで正方形

データの平均に関して Z 検定を行ったところ，いずれの場のピクセルを作成することができる．よって，チューブ外合においても有意差は見られなかった．従って，ポンプ駆径を着色層の長さの最小単位と考えることができる．従っ

動時間によって 4 mm 間隔で層の長さの制御が可能であるて層の移動よりも小さい単位での流量制御を必要とする．

ことが示された．

そこで，小さいポンプ駆動時間により層を作成する予備実験を行った．
内径 3 mm の PFA チューブを直線状に設置し，チュー

3.5 着色層の位置制御
着色層の位置を制御する手法に関して検討する．

ブ内に 20 mm の着色層を作成する．ポンプをデューティ

上述のように着色層の移動距離はポンプ駆動時間に対し比 100 ％で一定時間駆動して層を作成し，その長さを測定て線形に変化することが確認された．よって，着色層の移する．ポンプ駆動時間を 0.1s から 1.0 s まで 0.1s ずつ変動

動距離制御をポンプ駆動時間の制御によって行うことを考させ，それぞれ 5 回ずつ測定した．結果を図 8 に示す．図える．そこで，チューブの曲がりや着色層長，着色層数が8 より，層の長さはポンプ駆動時間に対して線形に変動し移動距離に与える影響について実験を行った．

たため，得られた回帰式を用いることで層の長さの制御が3.5.1 情報提示に必要な長さにおける移動距離制御可能である．

提案システムをディスプレイとして利用するとき，情報

そこで，時間ベースで任意の長さの着色層を作成できるの提示のためにディスプレイ部として十分長いチューブがことを確認するために実験を行った．提案システムでは外必要となる．ここで，システムを用いて文字情報を提示す

径 4 mm のチューブを用いるため，4 mm 長の層を作成することを考える．文字による情報を小さい解像度で提示で© 2018 Information Processing Society of Japan149

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きるフォントとして美咲フォントが存在する．これは JIS
第二水準のうち一部の記号を除く全ての文字を 7 × 7px で表現でき，文字間のスペースを含め 8 × 8px での情報提示を可能とするフォントである*2 ．そこで，7 × 7px の解像度によりディスプレイとして文字を提示できると考えられ
る．外径 4 mm のチューブを使用チューブの最小曲げ半径である半径 20 mm の円筒に 7 周巻きつけることで 7 × 7

px の情報を提示するとき，巻きつけに要するチューブの長さは 968 mm である．よって，968 mm が情報の提示のために最低限必要なチューブの長さであると考えられる．
情報提示に必要な長さのチューブにおいて層の移動距離を制御できるかを確かめるための実験を行なった．チュー
ブを直線状に設置してシステムを構成し，チューブ内に20mm の層を 1 個作成する．ポンプを一定時間駆動して層
図 9 曲線実験の概要を移動させ，その移動距離を測定する．ポンプ駆動時間は1000mm の移動距離が得られるよう図 7 より 37.2s とし，測定は 10 回行った．結果として得られた移動距離の平均

着色層長が移動距離に与える影響
560

は指定した移動距離と大きな誤差がなく，また得られた結550果に対して母平均を 1000mm と仮定して Z 検定を行った
ところ，移動距離の平均は指定した移動距離と有意差が見られなかった．また，外径 4mm のチューブにおいて正方形のピクセルを作成する場合，1px あたりの長さは 4mmとなる．これに対して得られた標準偏差は 3mm であり，1文字を提示するのに必要な長さのチューブにおいても 1px

移動距離[mm]は 999mm，標準偏差は 3mm となった．得られた移動距離

540

530
y =0.01x +533.5

520
510
500
0

5

10

15

20

25

30

層の長さ[mm]以内の標準偏差となった．よって，ディスプレイとして情報を提示するのに最低限必要な長さのチューブにおいても

図 10

着色層長と移動距離の関係

十分な精度が得られると考えられる．

3.5.2 チューブの曲がりによる移動距離への影響

3.5.3 着色層長による移動距離への影響

まず，チューブの曲がりが移動距離に与える影響を確か

次に，着色層長が移動距離に与える影響を確かめた．

める実験を行った．PFA チューブを図 9 に示すように円PFA チューブを直線状に設置した後，チューブ内に着色液

柱の半周に沿うように設置する．円柱の半径は使用するの層を作成し，ポンプを 20 s 駆動してその移動距離を測定

チューブの最小曲げ半径に近い曲げ半径を再現するためにする．作成する着色液の層の長さを 5 mm から 25 mm ま22 mm とした．*3で 5 mm ずつ変動させ，測定は 5 回ずつ行った．結果を図1のチューブ内に 20 mm の着色層を作成して図 9 中の⃝10 に示す．図 10 より，着色層長を変動させても移動距離

位置へ着色層を移動させる．その位置から円柱の半周を十には大きな変化は見られなかった．よって，着色層長は移2 の位分通過できるよう，層が 300 mm 移動する（図 9 中⃝

動距離に対して影響を与えないと考えられる．

置）ようにポンプを一定時間（11.25s，図 7 内の回帰式よ3.5.4 着色層の数による移動距離への影響

り）駆動させ，その移動距離と標準偏差を求めた．また，比また，着色層の数が移動距離に与える影響を確かめた．

較のために，直線状のチューブにおいてポンプを同時間駆

PFA チューブを直線状に設置した後，チューブ内に複数個動して層を移動させ，その移動距離を測定した．結果を表の着色液の層を作成し，ポンプを 20 s 駆動してその移動距4 に示す．移動距離に大きな差は見られず，得られたデー離を測定する．移動距離を測定する着色層の前方にあらか

タに対して t 検定を行ったところ有意差は見られなかった

じめ複数の着色層を作成した場合の移動距離を，単一の着（p=0.96）．よって，チューブの曲がりが層の移動距離に与える影響を考慮する必要はないと考えられる．

*2*3

http://www.geocities.jp/littlimi/misaki.htm
http://www.nichias.co.jp/products/download/PDF/T44.PDF© 2018 Information Processing Society of Japan

表 4

曲線状のチューブにおける層の移動距離
平均 [mm]標準偏差 [mm]

曲線

301

3

直線

301

5

150

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2018/3/2なる．

層の個数と移動距離の減少
前方に作成した層の数[個]
単一層との移動距離の差[mm]

0
-2

0

5

10

15

20

4.3 応用
提案システムはフレキシブルなチューブを用いることで-4

y =-0.73x +0.18
R² =0.9989-6-8

様々な表面形状での情報提示を可能とする．その応用としてまず，物体にチューブを巻きつけることでその物体に情-10報を重畳させることが挙げられる．スマートフォンなどの-12

身近な物体に巻きつけることでダイナミックにその絵柄を-14変えることのできる装飾システムとして利用することや身-16

体に巻き付けてウェアラブルなディスプレイとして活用す-18

ることなどが用途として考えられる．
図 11 着色層の個数と移動距離の関係

また，様々な表面形状の物体への情報の重畳を可能とするプロジェクションマッピングは，ショーや芸術作品，企

色層を移動させた場合の移動距離と比較する．前方に存在

業のプロモーションなどの分野で採用されている．提案シする着色層の個数を 0 個から 20 個まで 5 個おきに変動さステムは，流体によって情報を提示することでプロジェク

せ，測定は 5 回ずつ行った．結果として，図 11 のようなションマッピングに存在する制約を回避しつつ立体への情

移動距離が得られた．図 11 に示すように，着色層の個数

報提示を可能にする．従って，デジタルサイネージなど，に対して移動距離が線形に減少することが分かった．した

注目を必要とする分野におけるより一般的な情報提示手段

がって，複数個の着色層を同時に位置制御する場合には，として用いることができると考えられる．

この移動距離の現象を考慮する必要がある．

4. 考察
4.1 着色層の長さと位置の制御についてまたチューブや流体の性質を利用することで様々な用途を考えることができる．例えば，透明なチューブを適切な屈折率の液体に浸すことでチューブを視認できなくすることが可能であると考えられる．液体中のチューブの内部に

前述の実験により，単一の着色層を制御する場合におい様々な液体を流すことで，液体中を液体が移動するといっては，ポンプ駆動時間によって良好な精度で着色層の長さた表現を可能とする．これにより噴水やアクアリウムなと位置を制御でき，チューブの曲がりや層の長さは移動距

ど，液体を用いたシステムにおける新しい情報提示手段と離には影響を与えないことが分かった．また，ディスプレしての利用が考えられる．

イ部内に複数の着色層が存在する場合は個数が大きくなる

さらに，システムに用いるチューブや流体の種類を変えと移動距離が小さくなることが分かった．これはディスプることで，システムをより様々な用途へ適用できる．まレイ部内に存在する水と空気による交互層によってポンプず，チューブ形状を特定の形状に変えることで特定の用途による圧力が降下したことによるものと考えられる．移動に用いることが考えられる．例えば，サングラスの形状の距離の減少量は着色層の個数に対して線形であるため，複チューブをユーザに装着してもらい，チューブ内に着色液数の着色層を移動させる場合は結果に従ってポンプ駆動時を流すことで動的に色を制御できるサングラスを実現でき間を補正することで，正確な移動距離を制御できると考える．次に，チューブ内に流す液体の種類を変えて提示するられる．以上のように，今回確認した条件においてはポン

情報の種類を変えることが考えられる．例えば，チューブ

プ駆動時間によって着色層の位置制御が可能であることが内に発光液を流すことで発光を提示することが考えらえれ示された．

る．これにより暗い環境下での情報提示を可能とし，夜間の路上における通行人への注意喚起や情報提示などの利用

4.2 システムの制約を可能とする．またディスプレイ部に流入させる流体の温提案システムの制約として，着色層の移動にかかる時間

度を制御することで，巻きつけた物体に温度に関する情報の長さが挙げられる．図 7 に示すように，着色層を 27 mmを付与することや，体に巻き付けたディスプレイの温度を移動させるためにはポンプを 1 s 駆動させる必要がある．

変化させることで仮想の温感を直感的に提示するなど，温提案システムをディスプレイとして利用するとき，3.5.1 節

度ディスプレイとしても利用できる．

で述べたように巻きつけに要するチューブの長さは 1106

mm である．着色層を 1106 mm 移動させるためにはポン

4.4 今後の課題

プを 40.8 s 駆動する必要がある．このように，使用する提案システムをディスプレイとして用いるために解決す

ディスプレイ部の長さによって着色層の移動に必要な時間

べき課題を述べる．まず，複数の層の位置を同時に制御すが決定し，これがディスプレイとしての反応速度の制約とる手法を検討することが挙げられる．現在の提案システム© 2018 Information Processing Society of Japan151

情報処理学会 インタラクション 2018
IPSJ Interaction 2018

INT18017
2018/3/2

では，すべての層を一本のチューブ内に保持することを前

参考文献

提としている．よって，ポンプを駆動して層を移動させる[1]

とき，チューブ内に存在する全ての層が移動することとなる．従って，複数の層の位置を制御するには，それぞれの層が最終的に指定した距離だけ移動できるようにポンプ駆動時間を割り振る必要性がある．
また，より多くの情報を提示するために複数の文字を提[2]示することも課題として挙げられる．例として，単一のシステムにおいて円筒にチューブ巻きつける形状で複数の文字を提示することを考える．このとき，手法として主に円[3]筒への巻き数を大きくして文字を縦に並べる手法，巻きつける円筒の半径を大きくして文字を横に並べる手法などが考えられる．3.5.1 節で述べたように，文字間のスペースを[4]

含め 8 × 8px での文字の提示を可能とするフォントが存在する．したがって，まず文字を縦に並べる場合，1 文字ごとにチューブを 8 巻きする必要があるため，n 文字を提示[5]する場合 1106n[mm] のチューブが必要となる．また，文字を横に並べる場合，n 文字に対して少なくともチューブ一周を 8n[px] 分，すなわち 32n[mm] 以上にする必要がある．
よって，n 文字を提示する場合 256n[mm] のチューブが必[6]

要となる．従って，文字を横に並べる手法を用いることにより，必要なチューブの長さを小さくすることができる．
以上で求めた必要なチューブ長の範囲内で層の位置を適切に制御することによって複数文字の提示が実現できる．

[7]
[8]

より大きな規模のシステムにおいて精度を向上させる手法として，層の移動時間のキャリブレーションを行うことが挙げられる．これは層を 1 つ作成してディスプレイ部全
体を移動させ，その位置をリアルタイムに取得し，層の移[9]Follmer, S., Leithinger, D., Olwal, A., Hogge, A. and Ishii,H.: inFORM: Dynamic Physical Aﬀordances and Constraints Through Shape and Object Actuation, Proceedings of the 26th Annual ACM Symposium on User Interface Software and Technology, UIST ’13, pp. 417–426(2013).
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動時間と層が到達した位置の関係を記録する．そして，上記の操作で得られたデータに従って，層を特定の位置に移動させるために必要な移動時間を算出することで実現できる．これにより，任意のチューブ形状において層の移動時間を算出できるようになり，大きな規模のシステムにおいてもチューブ形状に起因する誤差を低減できる．

5. おわりに
本稿では，チューブディスプレイ TuVe の実現に必要な要素に関して議論し，システムの実装とその制御手法を検討した．さらに，その機能を評価するために提案システム
によって実際に層の長さ，移動距離を制御した．結果として，指定した層の長さを作成すること，指定した位置に層を移動させることができた．今後は，課題として挙げた複数層の位置制御に関する検討とより大規模な環境での位置制御の検討を進め，提案システムによる情報提示の実現を目指したい．
謝辞

本研究は JSPS 科研費 JP15H01679 の助成を受けた．

© 2018 Information Processing Society of Japan

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