WISS 2023

筋電刺激を活用した FPS ゲームにおける射撃タイミング把握のトレーニング
手法周鑠

瀬川 典久 ∗

概要.
FPS ゲーマーは、高度なシューティングスキルを身につけるために、ゲーム経験と長期にわたるトレーニングが不可欠である。本研究では、筋電刺激（EMS）を利用した FPS ゲームにおけるシューティングスキルのトレーニング方法を提案する。プレイヤーはゲーム中に EMS デバイスを装着し、トレーニングを実施する。システムは自動的にシュートのタイミングを計算し、電気刺激を用いてプレイヤーの指を動かして射撃を行う。このプロセスを繰り返すことで、プレイヤーはより効率的にシューティングスキルを向上させることができ、短時間でのトレーニングが可能となる。

1

はじめにFPS（First-person shooter）ゲームは競技性が非常に高く、世界中に広範囲にわたるプレイヤーコミュニティを持っている [8]。FPS ゲームでは敵との戦いが中心となるため、プレイヤーにとってシューティングスキルの習得は極めて重要である [11]。ゲーム内では、プレイヤーは敵の位置、速度、方向などの情報を利用して最適なシューティングタイミングを計算し、正確な判断を下して射撃し、敵を倒さなければならない。しかし、多くの一般的な FPS プ
レイヤーにとっては、シューティングスキルを習得することは難しく、プロからの直接指導を受けることなく、多くの時間とエネルギーを投じて独学で訓練を行う必要がある [4]。

図 1. EMS を用いた FPS ゲームトレーニング方法

そこで本研究は、EMS を用いて、FPS ゲームでのシューティングスキルを向上させるための新しいトレーニング方法を提案する (図 1)。プレイヤーがEMS デバイスを装着してゲーム内でシューティングトレーニングを行うことで、電気刺激を用いてプレイヤーにタイミングのヒントを提供し、さらにプレイヤーの手を直接動かしてターゲットを狙撃することが可能となる。このトレーニングプロセスを繰り返すことで、プレイヤーは徐々に適切なシューティングタイミングを身につけ、ゲームスキルを向上させることが期待される。
Copyright is held by the author(s). This paper is nonrefereed and non-archival. Hence it may later appear
in any journals, conferences, symposia, etc.
∗京都産業大学

2
2.1

関連研究
FPS ゲームによる運動感覚

運動感覚とは、体の運動によって生じる感覚。人が運動する時、まず視覚や聴覚などの感覚を通じて情報を収集し、判断や意思決定を行う。その後、行動を予測して自身の身体の動きを修正し、力を制御する [12]。運動感覚に基づいて、人間は複雑な運動環境で適切な行動を取ることができる。
Krakauer らの研究によると、人間の運動感覚は訓練によって向上させることができ、その結果、誤った予測を減少させることが可能である [6]。FPS ゲー
ムにおいては、プレイヤーは視覚や聴覚を通じて情報を収集し、迅速かつ的確な判断を下して行動する必要がある [1]。移動する目標を命中するためには、最適な射撃タイミングを予測し判断する能力が求められる。このシューティングのタイミングを予測するプロセスは、運動感覚に大きく依存している [3]。

2.2 筋肉電気刺激
EMS とは、微小の電流を用いて筋肉を収縮させ、手足を動かす技術である。Kasahara らは、EMS を利用することで人の反応速度を向上させる手法を提案した [5]。反応速度は運動知覚の重要な構成であるため、彼らの研究は、EMS を用いて人間の運動感覚をトレーニングする媒体として利用する可能性を示した。これに基づいて本研究は、FPS ゲームプ
レイヤーに EMS デバイスを装着させ、シューティングのタイミングを把握するトレーニングを行う。

3システム構成

本研究で構築したシステムは、EMS デバイスとカスタム FPS ゲームを連携させている。

WISS 2023

3.1 EMS の配置
EMS デバイスは、スイッチコントロール（ESP32[2]と PETTOYA 554[9]）(図 2(a))、電源（Macros
MEF-38[7]、最大電圧 3V）(図 2(b))、電極 (図 2(c))
で構成されている。プレイヤーは EMS デバイスを装着することで、ゲーム中に電気刺激で指を動かし、ターゲットを撃つ。デバイスは、Arduino で書いたプ
ログラムで動作し、スイッチがオンになる時、50msのパルスで電気刺激行う。電極は、プレイヤーの腕の深指屈筋に貼り付け、指を動かす。

FPS ゲーム
本研究では、Usina エンジン [10] と Python を用いてカスタム FPS ゲームを作成した。システムを動かすため、EMS デバイスとゲームを連携した (図2(d))。ゲームを行うとき、プレイヤーは自分の手で3.2マウスを操作し、ターゲットを照準する。システムは、カーソルとターゲットの相対位置によって自動的に最適なタイミンングを計算する。これにより、システムは適切なタイミングで EMS デバイスを動作し、プレイヤーの指を動かし、マウスをクリックしてターゲットを倒す。本研究では、この構築したシステムを用いて FPS ゲームのトレーニングを行う。

図 2. EMS デバイスとカスタム FPS ゲーム

4

法 (Non-EMS：電気刺激なしでゲームを進行する、
Only-EMS：ゲームなし電気刺激だけ受ける、WithEMS：電気刺激でゲームやる) でそれぞれゲームを行う。参加者はゲーム中の五つの移動するターゲット（速度はランダム）を可能な限り素早く打ち倒す。
各参加者は、まずゲームを 3 回クリアし、その後 10回のトレーニングセッションを行います。次に、再度ゲームを 3 回クリアし、さらに 10 回のトレーニングセッションを実施した後、最終的にゲームを 3回クリアする。全ての参加者はこの一連の流れでトレーニングを行い、トレーニング前、中、後の各段階での平均命中率を記録する。

図 3. 対照実験の結果

u 検定の結果によって、Only-EMS 方法でトレーニングした参加者の前後の命中率の有意差はなかった (p の値は 0.8798)(図 3(b))。With-EMS の方法でトレーニングした参加者の平均命中率は 1% 水準で有意に高まった (p の値は 0.0091)(図 3(c))。そして HSD 検定で三つの方法の結果に対して評価行うと、With-EMS の方法でトレーニングした参加者の平均命中率は、他の二つの方法に比べて、1% 水準で有意に効果が高まった (図 3(d))(表 1)。
表 1. Tukey HSD

実験と評価

Group 1
with EMS
with EMS
non-EMS

本研究で提案したトレーニング方法の有効性を検証するため、一連な実験と評価を行う必要がある。

4.1

p-value0.00150.00.1377

ResultTrue
TrueFalse

実験 1：ネガティブ影響

まずは、本システムを使うことで、プレイヤーにネガティブな影響を与えないことを検証する。実験 1
では、10 名の参加者に、EMS 装置つけと装置なしの状態でそれぞれゲーム行う。参加者はゲーム中、突然現れるターゲットを可能な限り素早く撃つ。各参加者の 10 回テストした所要時間は全部記録される。
結果によって、すべての参加者は、装置つけたほうの所要時間は装置なしより短くなっている。この
結果を u 検定で評価すると、u の値は 100、p の値は 0.00018 でした。装置付けの方が装置付けない方と比べて平均所要時間 1% 水準で有意に短くなったと確認した。

4.2

Group 2
non-EMSEMS only
EMS only

実験 2：トレーニング方法の対照

次に、提案したトレーニング方法の有効性に対して、対照実験を行う。実験 2 では、30 名の参加者を三つのグループに分けて、三つのトレーニング方

5まとめ

本研究では、EMS を活用した、新しい FPS ゲームのシューティングスキルトレーニング方法を提案した。カスタムの FPS ゲームを用いて実施した一連の評価実験の結果をもとに、本研究で提案したトレーニング方法の有効性を明らかにした。
本研究では長期的なトレーニング効果や方法の汎用性について検証しなかったため、提案した方法が他の FPS ゲームにも適用可能か、またトレーニング効果が長期間にわたってどの程度持続するのかは、今後の課題としてさらなる検証が必要であると考えられる。

謝辞
本研究は JSPS 科研費 20K11780 の助成を受けたものである。

筋電刺激を活用した FPS ゲームにおける射撃タイミング把握のトレーニング手法

参考文献[1] D. Bavelier, R. L. Achtman, M. Mani, andJ. Föcker. Neural bases of selective attentionin action video game players. Vision research,
61:132–143, 2012.
[2] ESPRESSIF. ESP32, 2022.
[3] C. S. Green and D. Bavelier. Learning, attentional control, and action video games. Current
biology, 22(6):R197–R206, 2012.
[4] J. Jansz and M. Tanis. Appeal of playing online
ﬁrst person shooter games. Cyberpsychology &behavior, 10(1):133–136, 2007.
[5] S. Kasahara, K. Takada, J. Nishida, K. Shibata, S. Shimojo, and P. Lopes. Preserving agency during electrical muscle stimulation
training speeds up reaction time directly afterremoving EMS. In Proceedings of the 2021 CHI
Conference on Human Factors in Computing
Systems, pp. 1–9, 2021.

[6] J. W. Krakauer and P. Mazzoni. Human sensorimotor learning: adaptation, skill, and beyond.
Current opinion in neurobiology, 21(4):636–644,
2011.
[7] MACROS. MEF-38, 2022.
[8] J. Parry. E-sports are not sports. Sport, ethics
and philosophy, 13(1):3–18, 2019.
[9] TONGLING. PETTOYA554, 2022.
[10] Ursina. Ursina Engine, 2022.
[11] R. Vicencio-Moreira, R. L. Mandryk, andC. Gutwin. Now you can compete with anyone: Balancing players of diﬀerent skill levels
in a ﬁrst-person shooter game. In Proceedingsof the 33rd Annual ACM Conference on HumanFactors in Computing Systems, pp. 2255–2264,2015.
[12] D. M. Wolpert, J. Diedrichsen, and J. R. Flanagan. Principles of sensorimotor learning. Naturereviews neuroscience, 12(12):739–751, 2011.