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

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防災意識向上のためのＶＲ防災訓練システムの提案
谷本鯛介†1佐野睦夫†2

概要：学校における防災教育の現状は，教育の必要性に気付いていない（内発的動機付けがない）人や，必要性に対する意識が低い人が混在している（防災教育離れ）．以上から本研究では防災教育離れに対し，VR 型の防災訓練システムを提案する．その後，本システムが既存教材に比べ意欲的に取り組めるか否か IMMS 評価を行った．結果は既存教材より本システムの方が注意(+1.58)関連性(+0.7)自信(+0.2)満足感(+2.61)と高い値を得られた．さらに学習効果を測定するため教材別の避難リスクと平均初期消火開始時刻を比較した結果，本システムを学習したグループの方は平均避難リスクが(-6.45p)消火開始時刻は(-10s)低くなり，より安全で素早い行動をとることができるようになった．
キーワード：VR 教育教材，防災教育，ARCS モデル，マルチエージェントシステム

VR Disaster Training System
for Improving Disaster Awareness
TANIMOTO TAISUKE†1SANO MUTSUO†2

Abstract: The current state of disaster prevention education in schools is mixed with people who are not aware of the necessityof education (there is no incentive motivation) and people who are not conscious of necessity (mixed disaster education away).
From the above in this research, we propose a VR disaster prevention training system against disaster prevention education. After
that, we conducted an IMMS evaluation to investigate whether this system can work more ambitiously than existing teachingmaterials. Results were higher than the existing teaching materials by this system with attention (+1.58) relevance (+0.7) confidence(+0.2) satisfaction feeling (+2.61). Furthermore, the result of comparing the evacuation risk by teaching material and the average
initial fire extinguishing start time in order to measure the learning effect is that the average evacuation risk is (-6.45 p) and the fire
extinguishing start time is (-10 s) lower for the group who learned this system It became possible to take safe and quick action
Keywords: VR Disaster Training System, Disaster prevention education, ARCS model, Multi Agent System1. はじめに

そこで本研究では，防災教育離れに対し，VR 型の防災訓練システムを提案する．VR 技術を用いた教材は，マルチメデ災害による被害軽減を実現するためには，社会の防災・ィア教材にはない没入感や臨場感を与え，実際に見ること減災力を向上させることが重要であることは広く認められや体験できないことを提示することが可能である．したがている．その根底には，災害全般に対する理解が必要であって，VR 教材を用いることは児童・生徒の興味や関心を高り，基本部分は，小・中学校における義務教育で学ぶことめ，意欲を向上させることができると考えた．

がふさわしい．しかしながら，我が国の義務教育課程では，そのような災害全般を包括的に扱った授業は設けられておらず，近年では「総合的な 学習の時間」の一テーマとして防災が取り上げられる機会があるのみである[1]．

2. 関連研究
我が国は地震が多く，南海トラフ大地震への警戒も高ま

また，学校現場における防災教育の現状は，防災教育のっている．そのため，人々の防災意識を高めるための様々必要性等に気付いていない（内発的動機付けがない）人やな手法やシステムが提案されている．柳らは，防災教育ツ防災教育の必要性に対する意識が低い人が混在している．

ールとして，リアルタイム物理シミュレーションを用いた

さらに PTA 活動等を通じ小学生，中学生の保護者等の人達

震災シミュレーションおよび実写動画映像を投影可能な可に，災害時に互いに助け合う精神を育むことも考えられる

搬型 VR システムを提案し[3]，坪田らは，ポータブル VR

が，現状では，児童生徒や保護者等の参加はほとんどないシステムを開発した [4]．しかし，これらのシステムは大型（防災教育離れ）という指摘もある[2]．このような背景かスクリーンを 3 面用いて VR 環境を再現することに対し，ら，現在，防災教育に求められている要素は主に（i）防災本システムは HTC – Vive を用い仮想空間でインタラクテ学習に対して興味を引くこと，（ii）防災に関する知識を能ィブな行動を行うことができる．本システムの特徴として，動的に獲得するような意識改革が大切である，と考えた．

避難だけではなく消火訓練も体験することができ，防災に†1 大阪工業大学大学院 情報科学研究科
Tanimoto Taisuke†2 大阪工業大学情報科学部
Sano Mutsuo© 2018 Information Processing Society of Japan353

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関する意識を高める事を可能とした．

3. 学校の防災教育の内容

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4.1 ARCS モデルとは
ジョン・ケラーが 1983 年に提唱した ARCS モデルは，インストラクショナルデザイナーが学習意欲の問題に取り学校における防災教育は， 自他の生命尊重を基本理念に，組むことを援助するシステムモデルである．学習意欲の問

生徒が生涯にわたって安全な生活を営むことができるよう，題と対策を，「注意 ATTENTION」，「関連性 RELEVANCE」，自律的に安全な行動ができる態度や能力を身に付けること「自信 CONFIDENCE」，「満足感 SATISFACTION」の４要をねらいとしている．教育内容は「防災教育」，「防災管理」，

因に整理した枠組みと，各要因に対応した動機づけ方略，「防災に関する組織活動」の各分野に整理することができならびに動機づけ設計の手順を提案したものである．本シる．これらを適切に指導することにより，児童等の安全確ステムでは ARCS モデルに基づいて開発された「即時フィ保と防災対応能力の向上を目指す．

ードバック」「動機付けメッセージの臨床利用」，また新し

自らの安全を確保するための判断力や行動力の育成

く「避難リスクの提示」を導入し防災教育に意欲的に取り

生命の尊重や地域の安全のために貢献する心の育成

組む方策を取り入れた．各々の動機付け方策についての説

自然災害の発生メカニズムをはじめとして、地域の明は後章で行う．

自然環境、災害や防災についての基礎的・基本的事

注意因子：＜おもしろそうだ＞

項の理解



関連性因子：＜やりがいがありそうだ＞



自信因子：＜やればできそうだ＞



満足感：＜やってよかった＞

3.1 発達の段階に応じた防災教育の目標
防災教育の内容を体系的・効果的に習得することができるよう，児童等の発達段階に応じた防災教育の目標として
表 1 に示す．
表1低学年小学校

中学年
高学年

中学校

発達段階に応じた教育目標

災害に関心をもち，災害発生時に近くの大人に連絡したり，一緒に避難してもらえるよう声をかけるなど，適切な行動ができる．
災害について基本的な理解ができ， 自ら安全な行動ができるようにするとともに、，周囲の人と協力して危険を回避できる．
災害の危険を理解し，自分の安全だけでなく他の人々の安全にも気配りができるようにする。
日常の備えや的確な判断のもとで主体的な行動ができる．また，地域の防災活動や災害時の助け合いの大切さを理解し， 進んで活動ができる．

5. VR 型防災訓練システムの構成
前章の通り VR「避難」「消火」「総合」訓練の 3 部構成になっている．それを実現するために VR 機器として HTCVive を採用した．この機器は没入感のある視覚的情報だけでなく，付属するコントローラーを用いることで VR 空間内のオブジェクトに対しインタラクションができることが特徴である．さらに空間内の（3×4ｍ）に範囲内を自由に徒歩で移動することが可能であり，防災における様々な行動を再現することができる．開発ソフトウェアは統合開発

4. 提案するシステムの概要
本システムは「VR 避難訓練」「VR 消火訓練」「VR 総合訓練」の３部構成になっている．既存の防災教育の方法と環境を内蔵し，複数のプラットホームに対応する GameEngine Unity5 を使用する．またプレイ中は Unity 公式キャラクターの「unity ちゃん」がインストラクターとしてプレイヤーに対しコメントを返す．

して，小・中学校では「避難訓練」「消火訓練」（総合訓練は行われることは稀）に分かれて実施されており，この構

5.1 VR 避難訓練システム詳細成方法を参考にした．さらに既存教育で課題に挙げられて「VR 避難訓練」では，順路に従いながら進むことで避難にいた，「防災教育離れ」「防災意識低下」を軽減するため必要な知識を獲得することができる．プレイヤーは，4 階ARCS モデル（教育工学）を取り入れる．本システムの体建ての学校の校舎の中央教室から始まり，1 階のエントラ

験を通して課題解決，日本の将来を担う，防災リーダー育ンスまで進むとゴールとなっている．避難の際に必要な知成を目指す．システム概要を図 1 に示す．

識は「1.火災の周知」「2.酸素の供給を断つ」「3.低姿勢で避VR総合訓練

難」「4.自分と他者の命の尊重」である．これは文部科学省

マルチエージェントシステム+避難リスク提示が達成目標としている防災教育の内容と消防庁が配布してVR避難訓練
VR消火訓練いる防災テキストを参考にした．1～4 の内容を含んだイベントを各フロアに配置し，プレイヤーがイベントを終了するとコメントを返す．また，4 についてはプレイヤーの行動の差によってコメント内容が変わる．フロアごとの学習

図 1 本システムの概要© 2018 Information Processing Society of Japan

内容を図 2，プレイヤーの視線を図 3 に示す．

354

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4Ｆ

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火災周知

あ消火ボールを用いた消火活動

スタート
酸素遮断

3Ｆ

低姿勢
で避難

命の尊重

2Ｆ

命の尊重

消火器を用いた消火活動

酸素遮断

消火栓を用いた消火活動

1Ｆ
ゴール

図2

命の尊重

段階的な機器の変化によってＡＲＣＳモデルの注意，満足感
項目を満たす方策

難易度：高手順：多図 4 シナリオの進行

各フロアの学習内容①

難易度：低手順：少①

火災発見

周知

②

消火ボール
②

酸素遮断

消火器
③

③
命の尊重

図3

消火栓

プレイヤーの視線（VR 避難）
図5

プレイヤーの視線（VR 消火）

図 3 の①ではプレイヤーが 4Ｆ教室内で火元を発見し，順路に沿って火災警報器を押し周知を行う．②では行内を図 5 の①では消火ボールの様子である．プレイヤーはコ進むと窓や防火扉が開いている，プレイヤーはコントロー

ントローラーでボールを掴み，投げることができ直観的なラーで触れることで閉めることができる．その際，閉め寝操作となっている．②では消火器の使い方を学習でき，既ければならない理由を学習できる．③では廊下上部にバー製品どおり，ピンを抜かずに薬剤を噴射することはできなが設置され，しゃがんで進まなければ赤く警告を出す，さい．③は消火栓である，一連の操作をしたのち，両コントらに先には怪我人がおり，レスキューすることができる．

ローラーで放水ノズルを持たないと放水されない．

5.2 VR 消火訓練システム詳細

5.3 VR 総合訓練システム詳細「VR 消火訓練」は，プレイヤーが仮想空間内で「消火ボー「VR 総合訓練」では，前章の「VR 避難訓練」「VR 消火訓ル」「消火器」「消火栓」用いて消火活動を行い，機器の使練」を複合し，マルチエージェントとして，生徒エージェい方を体得できるようなシステムである．プレイヤーは機ントが 100 人追加されているシステムである．シナリオの器ごとに 5 つの出火元の消火を行う．キャラクターのコメ設定では，プレイヤーはクラスを守るリーダーの役割を与ントに従いながら進めていき，消火に成功するたびに動機えられており，自助，他者の命の尊重を考えながら行動すづけメッセージを受け取る．学校における消火活動では火ることが求められている．プレイヤーは 4Ｆ建ての校舎のを用いる危険性，消火剤の後片付け，機器のコストなどを2Ｆから始まり，1Ｆのエントランスまで進むと終了する．

考慮され，生徒全員が体験できない（クラス代表だけが行その間には「VR 避難訓練」「VR 消火訓練」で学んだ，う）ことや，ビデオでの学習が多く，扱い方を知識として（i）酸素の遮断（ii）消火活動ができる．これらの行動をは知っているが，実践的に消火を行ったことが無い人が多することによって，生徒エージェント全員の避難リスクを数いることが現状である．このシステムでは以上の課題を低減することができ，終了時にはプレイヤーの危険度，エ克服できているのが特徴である．シナリオの進行を図 4，ージェント全体の危険度の推移，消火活動を行った時間なプレイヤーの視線を図 5 に示す．

どを振り返る（避難リスクの提示）ことができる．システ© 2018 Information Processing Society of Japan355

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ムの構成を図 6，プレイヤーの視線を図 7 に示す．
5.3.2

生徒エージェント

このエージェントの避難時の移動速度は式(1)を設定す
る．水平歩行速度は避難現場では動的である．歩行速度𝑣と避難者の密度ρの関係を示した中村[6]のモデル式を採用すプレイヤー

る．避難経路の設定方法は A*探索を用いて現在地から避難干渉口までの最短経路を計算し移動する．移動の際には煙など干渉の避難障害物を考慮し，避難不可だと判定すると経路を計算し再設定を行う．エージェントの占有面積は 0.5m である．生徒エージェントを図 9 に示す．

図6

システムの構成

初期消火

生徒エージェント

図 9 生徒エージェント−2𝑣 = 1.4 − 1.7𝑒 𝜌
結果(1)

5.4 即時フィードバック・動機付けメッセージ臨床利用
即時フィードバック・動機付けメッセージの臨床利用とは，プレイヤーの行動直後に，行動に対しポジティブなコ知識

図7

メントや行動の意味（知識）を投げかけ，モチベーションプレイヤーの視線（VR 総合）を保つ方策である． ARCS の４項目の向上を見込めることから教育教材に用いられることが多い．
「VR 避難訓練」でプレイヤーはシステム開始時，即避難するか，初期消火は，自助，他者の命の尊重を学習するイベント時には，プ活動を行うのかを判断する．さらに，窓，防火扉を閉める

レイヤーの行動によってコメントが変化する．
「VR 消火訓

ことで避難リスクに変化がある．いずれの行動に選んでも練」では火元を消火するごとにプレイヤーにメッセージを間違いではないが，この行動選択が全体の避難リスクにど返す．種類としては「すごい」「よくできているね」などプのように影響するのか結果で学習できる．

レイヤーに「褒められた」と感じさせるメッセージを用意した．

5.3.1

火煙エージェント

火煙エージェントモデルはシミュレーションの時間経

5.5 避難リスクの提示

過に応じで，空間モデル内に火煙情報を表示し各エージェ「VR 総合訓練」終了後の結果発表では，図 10 の示す避ントに対して，避難可能経路か否かの情報を与えるもので難リスクの提示を行う．結果は上下 2 段のグラフで構成さある．本モデルでは，煙の進行速度を 1.0m/s[5]，火の進行れており，縦軸は危険度[1/m]，横軸は経過時間[s]である．

速度を 0.1m/s,と設定した． 火煙エージェントを図 8 に示

下段はプレイヤーが全体に与えた危険度の推移である．赤す．

線はプレイヤー個人の危険度の推移を表し，線上にプロットされている点は，「イエロー：初期消火活動を行った」「ピンク：窓を閉めた」「オレンジ：防火扉を閉めた」ことを表す．黄線はプレイヤーが火煙エージェントに干渉を行わなかった，つまり消火活動などをしなかった時の避難者全員の避難リスクの推移（ベンチマーク）を意味している．緑線は消火活動などを行い，火煙エージェントに干渉した時の避難者全員の避難リスク推移を表している．図 10 の下
図8

火煙エージェント

© 2018 Information Processing Society of Japan段グラフでは黄線と比べ緑線はある時刻を境に危険度が下356

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がり始めている．赤線を見るとイエローの点がプロットさトの座標より値が大きい場合，避難リスクの算出方法は出れているのでプレイヤーが消火活動を開始したことで下が火場所からの距離ではなく煙との距離を計測する．煙は上ったと言える．振り返りでは，プレイヤーの貢献が作用し，に移動する特性によって変更した．火災において被害は多全員の危険度を下げることができたことを表しているとコ

くの場合，煙の影響である．煙によって視界，呼吸，避難メントをする．これは ARCS モデルにおける満足度を向上

経路も妨害を受ける．計測方法を図 11 に示す．

させる方策である．

図 11
図 10

避難リスクの提示

距離計測方法6. 評価実験

上段のグラフは他のプレイヤーとの自身の避難リスク

実験の目的は本研究で開発した．
「VR 防災訓練システム」を比較している．他のプレイヤーとの比較だけでなく，前に対して学習者がどの程度，この教材へ学習意欲があるの回の自分やプレイヤー全員の平均グラフとも比較することかを調査することである．同時に既存教材に対し，学習者ができる．今回は他のプレイヤーとして著者を採用し比較がどの程度，意欲があるのかも調べ，「VR 防災訓練システを行った．図 10 のプレイヤーは著者よりも同時刻に消火ム」と「既存防災教材」の学習意欲を比較する．加えて，活動を行っているが危険度が低い，この結果ではプレイヤ各教材の内容が習得できているのかを調べるために VR 教

ーは著者よりも安全に消火活動ができていたことを意味す

材を学習したグループと既存教材を学習したグループに分る．

け，プレイヤーの避難リスクを集計，リスクの平均算出し教材の違いで，リスクの推移に差があるのかを観察する．
また，行動特徴の比較を行う．目的は，行動特徴比較の目

5.5.1 避難リスク計算手法
避難完了時間に加え，避難中の避難完了人数の評価の的は既存教材と同様またはそれ以上の学習効果があるのかため平均避難時間を指標とした．また、生徒の持つ避難リを調べることである．その方法として，避難リスク推移とスクは自身と出火箇所の距離に反比例すると考え，以下の初期消火を行った人数と平均時刻を比較する．

式(2)のように定義し，指標とした．
𝑟𝑒𝑖 =

1𝑙𝑖 (𝑡)

6.1 IMMS 評価アンケート(2)

一般的な学習意欲を測定するために，ARCS モデルに基・𝑟𝑒𝑖 : 時刻𝑡における生徒𝑖の瞬間避難リスク[1/m]

づく the Instructional Materials Motivation Survey (IMMS)尺度

・𝑙𝑖 (𝑡): 時刻𝑡における生徒𝑖の出火箇所からの距離[m]を用いた．この尺度には注意（12 項目），関連性（9 項目），ただし，出火場所の避難リスクは 100 とする．

自信（9 項目），満足感（６項目）があり，計 36 項目の質

また施設のリスクは，生徒の瞬間避難リスクの避難完了問で構成されている．各項目には評価点数はリッカード尺

時間と生徒数の総和を考え，以下式(3)のように定義して度で回答する．「1.全くあてはまらない」「 2.わずかにあている．

はまる」「 3.半分くらいあてはまる」「 4.かなりあてはまる」
𝑛𝑇𝑒𝑖𝑛𝑅𝑒𝑖 = ∑ ∫ 𝑟𝑒𝑖 (𝑡)𝑑𝑡 = ∑ ∫
𝑖=1 0

𝑇𝑒𝑖

𝑖=1 0

「 5.とてもあてはまる」の 5 段階である．
𝑑𝑡𝑙𝑖 (𝑡)(3)

・𝑅𝑒𝑖 :校舎全体の避難リスク[s/m]・𝑛 :生徒数[人]

6.2 実験方法
A グループ（N=1022～24 歳男女），B グループ（N=1022～24 歳男女）に分かれ，A は「VR 防災訓練システム」，

・𝑇𝑒𝑖 :生徒𝑖の避難完了時間[s]B は既存教材「わたしの防災サバイバル手帳」[7]を学習のさらに，避難エージェントの現在座標が火煙エージェンープには VR 操作性の慣れによって教材の印象に影響がで© 2018 Information Processing Society of Japan

のち IMMS 尺度に回答，集計を行う．また，A，B 両グル357

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ないよう，「VR 操作レッスンコース」を十分に体験しても均避難リスクである．平均消火開始時刻は既存教材（24.8らう．このコースでは VR 空間での移動方法，オブジェク秒），VR 教材（14.7 秒）と約 10 秒早く行動を起こしていトへのインタラクション方法，コントローラーのボタン説る．また，避難リスクの最高値を比較しても VR 教材（8.65p），

明を行う．

既存教材（15.1p）と 6.45p 低くなっており，より安全に消火活動が行えたことを意味する．まとめると VR 教材を学習したグループの方が平均時刻，リスクともに低い値にな

7. 結果・考察った．これは避難行動，消火活動の方法が体得できたこと

IMMS 評価実験の結果を表 2 に示す．本実験では開発しが理由と考えられる．

た VR 教材と既存教材について，どちらの方が学習者の学習意欲が高まるのかを調べた．結果として ARCS4 項目す

8. おわりにべてにおいて，前者が高くなった．これにより，本研究で開発した VR 教材は学習者の学習意欲を高めることができ

本研究では防災教育の社会的な様々な課題に対し，解決ると分かった．特に「注意」「満足感」においては，+1.58p，策として意欲的に取り組めるような「VR 防災訓練システ+)2.16p と著しい向上があった．これは方策として挙げたム」を ARCS モデルの方策を取り入れながら開発した．知「即時フィードバック・動機づけメッセージ」「避難リスク識習得のため「VR 避難訓練」「VR 消火訓練」，行動特徴抽の提示」が効いたと考えられる．次に「関連性」「自信」に出のため「VR 総合訓練」の 3 つの詳細を説明した．IMMS

ついては開発の際に項目を向上させる方策は取り入れなか

評価の結果「VR 防災訓練システム」は既存教材に比べ，意ったが，+0.7，+0.2 の向上があった．しかし，「自信」があ欲的に取り組むことができる教材であることが分かった．

まり向上しなかった，有意差が見られなかった理由として，さらに，学習効果についても，「VR 教材」を学習したグル

VR の操作に対してレッスンコースをしたが抵抗感が残っープの方が初期消火開始時刻，平均避難リスクともに早く，ていた人がいることが考えられる．VR 教材の課題として，低くなったことから，既存教材を学習するよりも実際の火操作の簡略化に注力しなければならないことが言える．次災になった場合，より良い避難行動をとることができるとに各教材における行動特徴は図 12 に示す．

考えられる．

表2

参考文献

IMMS 結果

項目（信頼性α）

既存教材

ＶＲ教材

P(T<=t)両側注意

2.93(0.88)

4.51(0.81)

**

関連性

3.30(0.80)

4.00(0.82)**

自信

3.88(0.77)

4.08(0.83)

n.s.

満足感

2.47(0.75)

4.63(0.87)

P(T<=t)両側

n.s.:非有意*:p<0.05,****:p<0.01,

初期消火の際の避難リスクの比較
16Risk[1/m]

14
12

テキスト

5/10 人10VR 教材

8/10 人86
4[1]

城下 英行，河田 惠昭．“学習指導要領の変遷過程に見る防災教育展開の課題”. 自然災害科学 J .J SNDS 262163176（2007）[2] 文部科学省“現在の防災教育における課題”.
http://www.mext.go.jp/b_menu/shingi/chousa/kaihatu/006/shiryo/attach/1367196.htm, (参照 2017-12-10).
[3] 柳在鎬，橋本直己，佐藤誠，大野隆造 “地震災害に対する防災教育のためのポータブル VR システムの構築”. リ アルタ
イム物理シミュレーションを利用した防災教育， 日本建築学会大会学術講演梗概集，pp. 469–470 (2007)．
[4] 坪田慎介，大野隆造“ポータブル VR システムを用いた防災教育の実施”. 日本建築学会大会学術講演梗概集 pp. 485–486(2009)．
[5] 大上俊之ら: 煙の影響を考慮したトンネル火災の避難行動シ
ミュレーション 計算理数工学論文集 Vol.8(2008.11)論文
No.01-081128[6] 中村和男，吉岡松太郎，稗田: 歩行者流動モデルとそのシミュレーション，人間工学，10, No182(1971),pp.21-32.
[7] 消防庁”わたしの防災サバイバル手帳”
http://www.fdma.go.jp/html/life/survival/pdf/h29/survival2903.pdf

201 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65
時間経過[sec]

VR

図 12

テキスト

避難リスク比較

丸点，実線は既存教材を学習したグループ，バツ印，破線は VR 教材を学習したグループの平均消火開始時刻と平© 2018 Information Processing Society of Japan358