ウェアラブル機器を利用した科学館学習支援システムに関する研究開発報告書

平成２０年３月
財団法人

日本科学技術振興財団

この事業は、競輪の補助金を受けて実施したものです。
ｈｔｔｐ：／／ｒｉｎｇｒｉｎｇ．ｋｅｉｒｉｎ．ｇｏ．ｊｐ

ウェアラブル機器を利用した科学館学習支援システムに関する研究開発委員会（敬称略、順不同）

委員長

廣瀬

通孝

東京大学大学院

情報理工学系研究科教授

知能機械情報学専攻
委

員

池井

寧

首都大学東京システムデザイン学部准教授

ヒューマンメカトロニクスシステムコース
〃

季里

〃

葛岡

株式会社七音社
英明

筑波大学

取締役

大学院

システム情報工学研究科

教授

知能機能システム専攻
〃

蔵田

武志

独立行政法人

産業技術総合研究所

主任研究員

情報技術研究部門〃

椎尾一郎

お茶の水女子大学

理学部教授

図書館情報メディア研究科

教授

情報科学科
〃

西岡

貞一

筑波大学

大学院

情報メディア開発分野
オブザ

大野

力

財団法人

日本科学技術振興財団

課長代理

鴻巣

美千代 財団法人

日本科学技術振興財団

インスト

ーバー
〃

ラクター
事務局

竹田原

昇司

財団法人

日本科学技術振興財団

理事

〃

棚橋

正臣

財団法人

日本科学技術振興財団

部長

〃

髙原

章仁

財団法人

日本科学技術振興財団

課長

〃

中村

潤

財団法人

日本科学技術振興財団

報告書目次
１． ウェアラブル機器を利用した科学館学習支援システム ....................................１−１
１．１． 目的..............................................................................................................................１−１
１．２． 背景..............................................................................................................................１−１
１．３． 内容..............................................................................................................................１−２
１．４． 科学館学習支援システムのあり方 ...............................................................................１−２

２． 科学技術館における学習支援システムの機能 ..................................................２−１
２．１． 来館者支援...................................................................................................................２−２
２．１．１． 展示物解説支援 ........................................................................................................２−２
２．１．２． 誘導（ナビゲーション）..........................................................................................２−２
２．１．３． コミュニケーション機能..........................................................................................２−３
２．１．４． 学習意欲支援（見学動機付け）機能........................................................................２−４
２．２． 施設側支援...................................................................................................................２−４
２．２．１． 展示物評価支援 ........................................................................................................２−４
２．２．２． 来館者ニーズの把握支援..........................................................................................２−４

３． 調査実験...........................................................................................................３−１
３．１． 記銘支援試作システムによる評価実験 ........................................................................３−１
３．１．１． 概要..........................................................................................................................３−１
３．１．２． 実験目的...................................................................................................................３−２
３．１．３． 記銘支援システム ....................................................................................................３−３
３．１．４． 実験手法...................................................................................................................３−５
３．１．５． 実験結果............................................................................................................... ３−１２
３．１．６． おわりに............................................................................................................... ３−１５
３．２． モバイル科学技術館学習支援システム実験報告...................................................... ３−１６
３．２．１． はじめに............................................................................................................... ３−１６
３．２．２． 来館者の位置と向きを計測する技術.................................................................... ３−１７
３．２．３． 昨年度の科学技術館ナビゲーションシステム実験概略 ....................................... ３−１９
３．２．４． 追体験のためのモバイルツール ........................................................................... ３−２８
３．２．５． 外部でのシステム性能検証実験 ........................................................................... ３−３５
３．２．６． モバイル科学技術館学習支援システム実験の構成 .............................................. ３−３６
３．２．７． モバイル科学技術館学習支援システム実験の実施 .............................................. ３−５０
３．２．８． おわりに............................................................................................................... ３−６３

４． 今後の展開 .......................................................................................................４−１
付録１． ポータブル記憶支援システム .............................................................付録１−１
付録１．１． 掲示資料 ........................................................................................................付録１−１
付録１．２． 実験状況 ........................................................................................................付録１−１
付録１．３． 被験者への説明資料１...................................................................................付録１−２
付録１．４． 被験者への説明資料２...................................................................................付録１−３

付録２． モバイル科学技術館学習支援システム実験 ........................................付録２−１
付録２．１． 被験者への説明と同意に関する書類 .............................................................付録２−１
付録２．１．１． 人間工学実験計画書............................................................................付録２−１
付録２．１．２． 同意書 ............................................................................................. 付録２−１２
付録２．１．３． 写真及びビデオ公表についての承諾書 ........................................... 付録２−１３
付録２．２． GUI パーツ................................................................................................ 付録２−１４
付録２．２．１． スタート画面 .................................................................................. 付録２−１４
付録２．２．２． メインメニュー............................................................................... 付録２−１４
付録２．２．３． 視点変更メニュー ........................................................................... 付録２−１４
付録２．２．４． 現在位置方向修正メニュー ............................................................. 付録２−１５
付録２．２．５． 階選択メニュー............................................................................... 付録２−１５
付録２．３． Flash 説明コンテンツ ............................................................................... 付録２−１６
付録２．３．１． 各展示室及び展示物の静止画と音声による説明............................. 付録２−１６
付録２．３．２． オプト展示室の各展示のアニメーションによる説明...................... 付録２−１８
付録２．４． アンケート................................................................................................. 付録２−２３

１．ウェアラブル機器を利用した科学館学習支援システム
１．１．

目的

以前、競輪の補助金を受けて実施した「博物館閲覧支援システム構築に関する調査研究」
においてモバイル機器を使用した博物館閲覧支援システムを構築し実証実験を含む調査・研究を行い、PDA 等のモバイル機器を使用した閲覧支援システムの有効性を実証した。しかし、同システムは幾通りかの設定が可能であったが、事前に設定した通りにしか情報を提供できない等の制約があった。
今回はより実用的で柔軟性に富むインタラクティブ環境を提供し、ユビキタス社会を想定した先進的な研究として、より身軽なウェアラブル機器を使用し、一方的に情報等を提供するのではなく、双方向性を持たせた学習支援を行うシステムを研究する。
そして、展示物と来館者はもとより、来館者同士の連携や例えば来館者と解説者とのイ
ンタラクティブなコミュニケーションが手軽にできることを目標に、モバイル機器と違ってハンズフリーなウェアラブル機器を使い、来館者が欲しい時に欲しい情報や学習に必要な情報を的確に得られる学習支援システムに関する研究開発を行うことを目的とする。
１．２．

背景

青少年の科学・技術に関する理解増進、あるいはより関心を持ってもらうために、生涯学習機関として理工系博物館（科学館）が重要な役割を担う必要に迫られている。これには科学館来館者のニーズに呼応した的確な情報の提供ができる手法として、来館者自らの体験的発見を誘導するファシリテータの育成・導入を始め、時代に即応する展示環境の一層の整備充実が科学館側に求められている。また、総合的な学習や生涯学習と言った教育的見地からの要求にもこたえる必要があり、インターネットが発達した今では情報量や多メディア化、スピードなど人によるサポートだけでは時代に対応できない面が発生してきている。そのために情報通信技術（ICT［Information and Communication Technology］）
を利用した情報提供がいろいろ考え出されてきている。
その情報通信技術のデバイスとしてモバイルやウェアラブルといった主に無線を利用した情報機器が発達し、来館者個々人が容易に利用できる条件も整いつつある。「博物館閲覧支援システム」では、PDA や携帯電話といったモバイル機器を使用して、来館者に展示内
容の解説支援を行うなどのサービス向上が出来ることを実証してきた。
これらモバイルやウェアラブル機器を利用した ICT 関連事業は、ユビキタス社会の到来に伴い、今後さらに発展する分野であり、特にウェアラブル機器を利用したシステムは製造現場やメンテナンス等の作業支援、遠隔地からの作業指示、ヘルスケアや救急医療支援
等と様々な研究が行われており、実際の現場で利用される環境が整いつつある。
しかし、ウェアラブル機器の実用面での利用については様々な提案・研究がなされているものの、まだ始まったばかりであり、また、ハード面でも不特定多数の方が使用する場

１−１

合のサイズや装着感の問題など、解決すべき問題点があり普及が遅れている現実がある。
これらの問題を科学館学習支援システムという切り口で、来るべきユビキタス社会の到来に伴い必要不可欠であろうウェアラブル機器の開発、普及を実現させるべく、利用者サイドに立った研究による社会的ニーズの把握が不可欠と考える。
そのために、ウェアラブル機器を使った科学館学習支援システムを構築し、科学技術館
で調査実験を行う。
１．３．

内容

メガネや時計、あるいは洋服や帽子の様に手に持たずに身に付けることができるウェア
ラブル(wearable)機器を使った、ハンズフリーという特性を活かした科学館学習支援システ
ムを試作し、その有効性に関する調査を行う。
来館者にウェアラブル機器を装着してもらい、館内を見学している最中にウェアラブル
機器を通して展示物に対する解説等の学習支援を行う。その後、学習内容・方法、ウェア
ラブル機器の装着感等をアンケート形式で記入してもらい、その結果から有効性の検証及び実用化に向けた課題の抽出を行う。
評価はウェアラブル機器を使用した場合と、ウェアラブル機器を使用せずハンドヘルド型機器を使用した場合とを比較して行う。
実際の実験システムの詳細については第３章に記載しているが、学習支援を行うに当たって、来館者の現在位置と向いている方向を認識することが技術的には大きな鍵となっている。多くの科学館の展示物は建物の中に設置されており、GPS1を利用しての位置測定は利用できない。また、屋内に位置センサーを張り巡らせることも設置費用やメンテナンス
コストを考えると実用的とはいい難い。そこで今回は無線 LAN のアクセスポイントおよびアクティブ RFID2を利用して位置の測定を行う。また、向きについては外部機器による測定は困難であることから、来館者にジャイロや地磁気センサーを身に付けてもらうことで測定可能とした。
１．４．

科学館学習支援システムのあり方

ウェアラブル機器を使った科学館学習支援システムに関する研究開発として科学技術館
を実験フィールドとすることで、具体的な科学館学習支援システムのあり方を検討してみる。
まず、本研究開発は科学技術館の学習支援を目的とするものであり、ウェアラブル機器
自体も科学技術の賜物であるがウェアラブル機器を前面に出すのではなく、機器と学習支

1GPS(Global Positioning System)。アメリカが打ち上げた衛星からの電波をもとに、地上にいる自分の場所を測位するシステム。
RFID(Radio Frequency Identification)のうち電池等の電源を内蔵したもので自ら電波を発する。ID 情報を埋め込んでおり無線通信によって情報をやりとりする。
2

１−２

援とのバランスを考えるべきである。実際、目の前に展示物があるのに何を見せるのか、という問いが発せられるが、存在する展示物だけでは補えない展示物に対する補足説明や類似展示物への誘導、技術史、社会背景などを身に付けているウェアラブル機器を通して、文字や音声、画像、あるいは映像と言ったメディアで学習支援していく事が考えられる。
その場合、画像や音声は本当に必要なのか、実物を見てもらうほうが先決ではないか、という意見もあるが、学習支援システムとしては、見ただけでは分からない人に対して支援を行うことが目的なので、実物をみてもらったうえで、解説等の情報提供支援を行うことになる。
ウェアラブル機器を装着して科学技術館内を歩くと、展示物が反応したり、ハンズオン
可能な仕掛けがあると面白い。ただこれも歩き回るたびに反応するのでは興醒めしてしま
うし、システムの方が何も学習していないことになる。食わず嫌いの解消となるような、押し付けになり過ぎず興味をすくい上げるのに適切な回数や分量の解説が求められる。展示物側にセンサー等の仕掛けを施すのであれば、同様に展示物に工夫を施し、他の展示物とのリンクを上手に張ることで、埋もれがちなマイナー展示に対する興味をひきつけることができるのではないかとも思う。
そうであれば、来館者がある程度選択できるシステムであれば良いのではないだろうか。
例えば、来館者の関心があるワークショップの演示時間や混雑状況（あるいは混雑予想）を知らせるナビゲーション（誘導型）コンテンツも考えられ、開始時間までの待ち時間にディズニーランドのようにワークショップの概要が見られるようになると事前学習となり学習効果もあがることになるのではないだろうか。
ここで実験システムとして、例えば科学技術館のサイトに載っている「おすすめ見学コース」のうち 1 つをパイロットコースとして実施してみることを考えてみる。サイトには学年向けやテーマ、閲覧時間といったカテゴリーでコースが並んでいる。学習支援として
は単にコースの案内をするだけではだめで、コースでは「何をみせるか？」が大切であり、これを見ましょう、イコール強制ではなく、例えばコンテンツを見せ、その場で選択できたりすることが望ましい。誘導型であれば、音声で指示する方法もあるが、画面に科学技術館のマップ（できれば３D）を表示し一緒に来館者の現在位置を表示してコース案内をするのが妥当であろう。カーナビよろしくまさしく館内のナビゲーションシステムとなる。
数あるコースの中から推薦ルートとして一つのコースを提供するとしても、コース自体
も 1 つのコンテンツとなり得るので、コースに忠実に沿っていく事が良いのか、来館者がコースを自由に組みかえられる方が良いのかという問題が発生する。今までの経験から誘導型のシステムを導入する場合、ストーリの組み立てと施設の配置の関係が大きく影響す
ることがあるので、十分検討する必要がある。科学技術館の展示は業界出展方式のため２から４階はブース単位で閉じた世界になっており、関連性やストーリ性は見出せないので、１−３

あまり考慮する必要はないものと思われる。５階に関してはフロアのコンセプトがあるので、そこは配慮する必要がある。ストーリ性をあまり考慮しないのであれば、コースから外れて「寄り道」することも可能とすべきであろう。技術的にはセンシングとビューアは別機能であり、コースから外れてもセンサーの範囲内であればシステムで現在位置を捉えることができる。また RFID タグなどを利用して位置補正を行うことになる。
「寄り道」とは書いたものの、実際に「寄り道」をするためにはコース以外の周囲が見える必要がある。コース上以外に興味をそそられる何かを発見しない限り「寄り道」そのものができないからである。通常歩いている時に、目に飛び込んできたものや音のするほうに興味を持てばその方向に動き始めることになる。システム上の画面にも似たような機能が必要になる。コースやコース上の情報だけでなく、カーナビのガソリンスタンドや駐車場等の周辺施設表示のような機能を設けて、コースの周囲に存在する展示物に対しても（簡易な）情報を提供する必要がある。
となると別の使い道も考えられ、オリエンテーリングやスタンプラリーの要素を入れてみることで、宝探しの様なワクワク感をだしたり、インカム を使って指令を出すなどのアレンジをいれて展示物から展示物への移動の楽しさを出すなどシステムに柔軟性を持たせることで子供から大人まで楽しめるのではないだろうか。そしてシステムへのフィードバックとして解説だけではなくアンケートも取り入れてみると面白い。
システムとしては来館者の現在位置を把握できるので時系列でログを取ると来館者の軌跡になる。そうなると、例えば帰りに今日のヒストリーとして軌跡をプリントアウトして渡すなどして体験が強化される。来館者が歩き回った軌跡データを保存しておきリピート
時に前回の履歴を表示するなどするのも面白いし、インターネットを使って自宅から履歴を見られれば次回は前回見ていない展示物を見ようという事前学習にも似た効果が得られる。個々人の軌跡データを重ね合わせれば訪れた展示物等のランキングを見せることも可能となる。
インターネットが使えるのなら学習支援の解説者として科学技術館の職員だけでなく、ネットを通じて外からのガイドができると職員の負担が減るのではないだろうか。
解説の中身（コンテンツ）については管理者などではなく、各セクション（科学技術館の担当者）が直接に、しかも簡単に入力できるのが望ましい。例えば Wiki 等の技術を使って職員だけでなく来館者も知見やその体験記録をシステムのコンテンツとして入力することで、システムのコンテンツが増えるとともに、入力した来館者は次回来た時に「私はあの時こんなことを感じていたんだ。
」などとその時の体験記憶を追認することになる。一方、他の来館者にとっては別の来館者との情報共有ができることになり、館側からの一方通行の情報提供ではなく、自分たち来館者も作成者側に回れるという気持ちから学習意欲が湧くことになると思う。
（ネットの匿名性や個人情報の扱いなど現実問題として処理しなけれ

１−４

ばならない課題はあるが、システムの形態の一つとしては存在するであろう。）
システム実験としては他の方法（例えば、紙のパンフレットやウェアラブル以外の IT 機器など）との違いを比較実験として行う必要がある。

１−５

２．科学技術館における学習支援システムの機能
科学館における学習支援システムに関する機能はいくつかあるが、大別すると来館者向
けのサービスに関する機能と来館者サービスに結びつく施設側支援に関する機能の２つに分けられる。来館者の学習支援サービスの提供に当たっては施設側のシステム支援も必要
不可欠な機能として挙げられる。科学館学習支援システムに関する主な機能を図２−１に示す。

科学館学習支援システムの主な機能
来館者支援

施設側支援

・展示物解説支援・展示物評価支援
来館者の行動履歴やある展示での滞留時間などのデータを収集し、科学館のレイアウトや展示物の評価に活用する

関心の深さや年齢に対応した解説支援を行なう
解説は展示物の詳細を音声または画像で説明する

・来館者ニーズの把握支援

・誘導（ナビゲーション）

FAQの構築支援（館スタッフの案内業務の軽減による作業支援）
来館者対応のノウハウを共有化

来館者の関心事に合わせて館内の案内や誘導をする例） ・ワークショップの開始時間や場所の案内
・お勧めコースのナビゲーション
・テーマ別コースのナビゲーション
・トイレやロッカーなどの施設案内

・コミュニケーション機能

・学習意欲支援（見学動機付け）例）・音声または映像で来館者同士のコミュニケーショ
ンを行なう→同じ関心を持つ来館者が情報の共有を図る

工作キット等の案内やトピック的な情報を提供し、来館者に学習意欲や見学の動機付けを与える

・インストラクターと来館者がコミュニケー
ションを行なう→来館者に対し積極的に情報を与える機会を
提供する

図

２−１

例） ・ワークシートの利用
・ハンズオンの操作説明・映像または音声によるワークショップの紹介

科学館学習支援システムの主な機能

なお、「展示物解説支援」機能は平成 12 年度から平成 14 年度に実施した「博物館閲覧支援システムに関する調査研究」で既に実施しており、平成 18 年度には「誘導（ナビゲーシ
ョン）」機能を実装し、平成 19 年度には「学習意欲支援（見学動機付け）」機能の一部をシステムに組み込み調査実験を行った。また「展示物評価支援」機能の一部として追体験ができる行動履歴分析ツールの作成を行っている。

２−１

２．１．来館者支援
２．１．１．展示物解説支援
学習支援システムの根幹となる機能である、来館者の興味や関心などに合わせた解説を提供することで学習支援という来館者サービスの充実が図れる。また、解説の提供手段としてインストラクタやファシリテータと言ったヒトが対応する方法と、ヒトではなくパネ
ルや解説装置、あるいはマルチメディア機器などを利用した方法など様々なものがあるが学習支援システムでは ICT 機器を利用して解説の提供を行うことを主とする。
目の前にある展示物そのものについての解説はもちろんのこと、元になった科学的理論
や法則、製作に至る技術やその背景など付随するさまざまな情報提供も学習支援となり、提供方法だけでなく、情報＝コンテンツとしての振る舞いも考える必要がある。解説提供
として音声がよいのか映像でなければいけないのか、文字で良いとした場合でも言語はもとより文字の大きさやレイアウトなど考慮しなければならない事が多くある。これはパネル等のハードウェアでは限りがあるが、ICT 機器を利用したシステムであれば来館者の関心の深さや年齢、言語に対応した解説支援を行なうに当たって上記の制限はほとんど無いと言って良い。
一方、来館時だけでなく来館前後や来館できない場合の解説提供も科学館が持てる大きな学習支援となる。例えば科学館を訪れる前に予めどのような展示物があるかを知って置くことは目的をもって来館する事にも繋がり極めて有益である。事前情報の提供手段として、メディアでの広告、友の会での案内、Web やメールマガジンによるネットワークでの提供、ガイドブックの発行などが考えられ、一般の人の目にとまり易く簡単に入手できなければならない。そして展示物に関係のあるグッズがミュージアムショップで販売されているなどの情報も学習への動機付けとしての支援になると思われる。
対象：
来館者に合わせた展示物の仕組み（からくり）の解説
展示物の科学的、技術的、社会的背景の説明、紹介
解説手段：
インストラクタ、ファシリテータなどヒトによるもの
パネルなど設置物によるもの
IT 機器など装置によるもの
２．１．２．誘導（ナビゲーション）
科学館内での知的好奇心を満たすために展示物までの誘導を行うのも学習支援である。
目の前にある展示物のみの解説提供だけでなく、来館者が興味のあるテーマや関心事に係わる展示物があるとすればそこまでのナビゲーションを行い、知的要求を満たすことが大２−２

切である。来館者の関心事が何であるのかを確認する方法として、来館時に関心のあるキーワードをシステムに入力することで、例えばシステム側で本日の推薦ルートを生成してカーナビゲーションのごとく来館者をナビゲートするのも一考である。
科学館ではワークショップやプラネタリウム等のイベントがあり、そのタイムスケジュールをシステムに組み込んで置くことで開始 10 分前などの時間になったら概要案内を行い、また体験してみたいのであれば実施場所までの誘導を行うなどの情報提供により、機会損
失を少なくするなどの工夫ができる。
館内の展示物の位置への誘導・案内
お勧めコースのナビゲーション
タイムスケジュール（イベントの開始時間・実施場所の誘導・案内）
資料の所在（他館、図書館）への案内
トイレや休憩場所、ロッカー等の施設案内
２．１．３．コミュニケーション機能
単独で学習するのも良いがグループ学習等による複数人での学習も忘れてはならない。
ここでは友達やグループで来館した来館者同士、あるいは同じものに興味をもつ来館者同士のコミュニケーションやインストラクタとの会話を通じて理解を深めることを学習支援と捉える。科学館学習支援システムとしては人や機械などを通じて科学技術への親しみを持ってもらい、科学技術による便利な生活を享受していることなどを身近に感じていただ
き、自分たちとは接点のないものではないことを意識することが、科学技術に対する学習支援になると考える。
そして、システムにより技術者や研究者との交流ができ、科学や技術による（製品を含む）世界に感動し、その感動を共有することで研究者や技術者への夢やあこがれを持ってもらえれば良いと思っている。
前記ナビゲーション機能に来館者の現在位置を記録する機能を付加する事で、来館者の行動履歴が分かると共に、システム側で統計処理等を施すことにより、後日別の来館者が見学に訪れた時に、「この展示物に興味があった人は、他の○○の展示も見ています。」といった案内も可能となる。テキストでも音声でも構わないが来館者の感想をシステムに入力する機能を持たせることで、時間を越えた来館者同士のコミュニケーションも可能となる。
また、他科学館との連携を図り、学校教育における「総合学習」への取り組みや地域教育機関との連携も視野に入れることで交流を通した、ユーザサイドに立った情報提供が可能になると思われる。

２−３

来館者同士、解説者など
科学技術への親しみ（人や動物、機械などを通じて）展示物（実物）を見た感動の共有
技術者・研究者との交流
技術者・研究者への夢、あこがれ
２．１．４．学習意欲支援（見学動機付け）機能
来館者に学習意欲や見学の動機付けを与える。トピック的な情報（映像または音声によるワークショップの紹介、ワークシートの案内など）やミュージアムショップ等で販売されている工作キット類の案内を提供することで来館者に学習意欲や見学の動機付けを与える機能である。
ハンズオンの操作など良く分からない展示物に対しては、ちょっと触っただけで通り過ぎてしまう来館者も多く、ハンズオンの操作説明を行なうことで、その展示物に対して興味がわいたりすることがあり、これも動機付けの一部となる。
２．２．施設側支援
２．２．１．展示物評価支援システムを利用した来館者の行動履歴を取ることで、来館者の動線や展示物での滞留時間を測定することができ、科学館のレイアウトや展示物の評価に活用する機能である。
蓄積されたデータを基に行動解析をデータマイニング手法を使って行なえば、来館者の嗜好による展示物間の相関関係が発見できたりするかもしれない。
また、自分の行動履歴を来館者が自由に見ることができれば、例えば帰宅後にインター
ネット経由で自分の行動を再確認することで学習を強化することも可能となり、開館時間
内に見ることが出来なかったコンテンツ等を見たり、来館者が科学館側に質問やリクエス
トを出したりすることで館側と来館者側のコミュニケーションが図れると共にニーズの把握も容易になる。
２．２．２．来館者ニーズの把握支援
来館者対応のための FAQ の構築支援やノウハウの共有化を支援する機能。
来館者個々の氏名や年齢、連絡先といった個人情報と、来館時に訪れた展示品や回数、滞留時間といったものや、興味や関心・解説支援レベル等をデータベースに蓄積し、閲覧支援の際のデータとして活用する機能である。
また、システム利用時に来館者の質問や感想などを音声等で記録することで、ニーズの把握をすることがより容易に行なえる事となる。

２−４

３．調査実験
３．１．記銘支援試作システムによる評価実験
首都大学東京

池井

寧、石垣

憲

３．１．１．概要
近年の計算機の小型化分散化にともなって、その応用範囲は、空間移動を行なうユーザに対しても広がりつつある。体験学習の重要性が認識される中で、空間的な活動を伴う体験学習者に、そうした小型の計算機で情報的支援を行なうことは、有効な応用の１つとして期待されている。
本研究開発では、科学館の展示空間の閲覧支援に、ウェアラブル機器などの小型の計算機を適用し、学習者の支援を行なう方法論を検討した。従来の閲覧支援では、展示物に関する追加情報をポータブルな端末で、視覚的あるいは聴覚的に提示したり、誘導のための情報を提示するなどの手法が試みられてきた。それらは、実際の博物館や美術館等において、既に利用されているものもある。しかしながら、より直接的に、学習対象の記憶を促進する仕組みは、まだ十分に検討されているとは言い難い。
そこで、本研究では、筆者らが提案している空間型の記憶支援システム（空間型電子記
憶術システム、ＳＲＯＭ）の一部の機能を適用し、展示空間における学習支援システムのプロトタイプとしての検討をおこなった。 本システムは、展示空間閲覧の場において、閲覧者に展示物の情報（ここでは、主として外観）を強く印象付け、見学対象の記銘を促進するシステムである。手法としては、簡単に述べると、小型計算機（ウェアラブルコンピ
ュータ等）の可搬機器を用い、記銘に効果的な画像と重ね合わせて展示物（学習対象）の写真を撮影してもらうというものである。重ね合わせる画像は、従来から知られている記憶支援の手法（記憶術）
における考え方が活用されており、効率的に記憶に残る仕組みが提供される。これは、記銘効率に優れた視覚的イメージと空間記憶を展
示物の記銘に適用するものである。
記銘のプロセスには、多数の要因が関係するが、学習のその場の

図３．１−１ 実験風景（システムを利用する被験者（右）と補助をする実験者（左））周辺情報がかかわることは、文脈３−１

効果として知られている。文脈の情報を利用するにあたって、ウェアラブルコンピュータ
はユーザの文脈の情報にもっとも容易にアクセスできる位置にある。また、継続的にその個人とともに時間を過ごすことにより、その個人の特性に適合させた形式で情報を提示することが可能であるはずである。本評価実験は、短時間で被験者に利用してもらう条件であるため、そうしたウェアラブルコンピュータの本質的特性を有効活用することはできな
いが、将来的なポテンシャルとしてはそれらの点が非常に重要である。また、限定的ではあるが、写真には、展示物周辺の情報も含まれることになり、文脈を想起しやすくするという点も注意すべきである。
評価実験の詳細は、次章以降に述べるが、科学技術館 3F のガスの展示室（ガスクエスト）
内において、閲覧者に小型 PC をもたせ、展示物の写真を十箇所撮影してもらった。その際、筆者らが提案している記憶支援手法を用いた場合と用いない場合で、記銘の効果を再認成
績として比較した。また、被験者には、実験で撮影した写真とともに、展示物の説明を簡単に記述した体験記録他を持ち帰ってもらい、今後の学習へのきっかけとなることを期待することとした。
３．１．２．実験目的
図形化数字

科学館の展示物閲覧の場において、ポータブルな機器を用いた閲覧記憶支援シス
テムのプロトタイプを評価する。記憶支援としては、何を閲覧したかを、より正確に思い出せることがその目標となるが、ここでは、体験者の年齢が低いことと、短時間での実行ということを考慮して、再認1の正確さによる評価を行なうこととした。ただし、自分が撮影した画像であることの再認
だけではなく、何番目に見た（撮影した）対象であるかを、記述してもらうこととした。

図３．１−２

操作画面の一例

具体的には、展示物を見て回る際に、小型 PC（SONY, VAIO-U）をもたせ、展示物の写真をとってもらう。その際に、図３．１−
２にあるように、数字を図形化したグラフィック（図形化数字。この場合は、１を図形化した蝋燭）を、背景となる展示物に重ね合わせて、覚えやすい絵を作ってもらう。これは、視覚的イメージによる記憶促進と、構図を考える注意誘導、手および身体を使って写真を
1

再認は、記憶対象アイテムが提示された上で、それが記憶対象であったかどうかを判断すること。

３−２

図３．１−３実験に用いた図形化数字

作る主体性の効果を有する手法である。ここで用いた図形化数字を、図３．１−３に示す。
被験者が小学生という低年齢層であることを考慮し、ここでは、記憶対象を１０箇所に限定したため、実際に用いたのは、５個の図形化数字である。
本図形化数字の配置を行なった場合と、図形化数字を用いずに対象だけの写真を撮った場合（偶数番目の対象）との比較を行なうことにより、本記銘支援手法の効果を検討する。
実験の詳細を述べる前に、次章では、本手法に関する、より一般的な概念の説明を行なう。
３．１．３．記銘支援システム
本研究の基礎となっている記銘支援システムとして、筆者らが開発を行なっている手法
は、空間型電子記憶術システムと称するものであり、多様な側面から研究を行なっているが、ここでは簡単に概略だけを示す。記憶術は、人間の認知特性に良く適合する手法によって、記銘、保持、再生の各局面の効率を高める方法論であり、これまで主としてトレー
ニングを積んで修得した個人だけが利用できるスキルであった。本研究の提案は、可搬型
電子デバイスを使用することにより、誰でも非常に簡単に、従来の記憶術のエッセンスが利用できるという点が主な特徴となっている。
３．１．３．１．空間型電子記憶術システム SROM
空間型電子記憶術システム (Spatial Electronic Mnemonics, SROM) は、ユーザが認知的記憶空間を、実空間に拡張・増大して利用するための構築支援・運用支援システムである。ユーザが、実空間を記憶の格納場所として利用できるように構築することを支援するシステムであり、言い換えれば、認知的記憶空間を外界にマッピングするシステムである。
ここで構築された記憶空間を、ここでは、外的仮想記憶空間（External Virtual Memory
Space，eVMS）と呼ぶ。外的仮想記憶空間 (eVMS) とは、ユーザの主観において外的空間に配置される記憶の空間であり、ウェアラブルコンピュータや携帯電話などの可搬型の電３−３

子的道具立てに基づいて構築される。外的仮想記憶空間のアドレシング・インデックスとして、場所とモノ、およびその電子的拡張を用いることとし、これを総称して、バーチャル記憶掛けくぎ（Virtual Memory Peg: vMPeg） と呼ぶ。eVMS を利用することにより、ユーザは自らの記憶パフォーマンスを高めることができるというのが、本研究の作業仮説である。
３．１．３．２．バーチャル記憶掛け釘（vMPeg）
通常の記憶術において用いられる記憶掛けくぎ (Memory Peg: MPeg) とは、記憶保管場
所へのタグであり、それ自体は直ちに取り出せるものである。MPeg に必要な基本特性として、本研究では、以下を定義する。
1. 直ちに想起できる枠組み（符号化と体制化）
2. 他の事物（記憶対象）との高い連合性
このような MPeg を、多様な記憶対象に応じて、多数を直ちに構築することは、一般には困難であり、記憶術の広範な利用を妨げていたといえる。そこで、実世界の場所とオブジェクトが、効果的な MPeg となるように電子技術を使用し、通常の MPeg より速く、高保持率で、大量に構築でき、正確に再生できるような電子拡張記憶掛けくぎ（vMPeg）を構成する。vMPeg は、場所とオブジェクトに携帯デバイスによる機能拡張を付与し、認知空間におけるプレゼンスを高めたインデックスであり、SROM と eVMS の基底要素である。
これまでに構築された vMPeg は、場所を素材とする場所型 vMPeg、物を素材とするオブ
ジェクト型 vMPeg がある。この他には、人物型の vMPeg も設定可能である。
３．１．３．３．SROM における eVMS の操作機能
SROM システムは、vMPeg を直接的なインタフェースとして、eVMS を操作するために、次の基本機能を有する。
1. 場所やオブジェクトを用いた vMPeg 構築の支援
2. vMPeg と記憶対象との連合支援
3. 想起の支援
１の段階は、外的記憶空間のインデックスである vMPeg を作ること、すなわち記録メディアに例えれば、デバイスの記憶領域（空間）の初期化をして、データを記録できるようにすることに相当する。２の段階は、そうして作成された外的記憶空間に、記録する対象を書き込む段階である。３の段階は、必要となったときに、書き込まれた対象を読み出す（呼び出す）ことを支援する局面である。

３−４

次章で述べる実験的評価は、この枠組み
で言えば、１の段階であるが、作られた
vMPeg 自体（場所画像＋図形化数字）が、展示物として記憶すべき対象それ自身となっている点が、一般の SROM の目的とは異なっている。
３．１．３．４．図形化数字を用いる手法
vMPeg を作る手法としては、多様な選択肢があるが、SROM において最初に試みたのが、既出の図形化数字である。図３．１−４に、１から２５番までの図形化数字を示す。これらの画像を、カメラのライブビ
ューにオーバーレイして、両者を関係付け

図３．１−４ 図形化数字（太田浩史氏 作）

るように配置した構図を作ることにより、非常に短時間の操作においても、十分な注
意水準の上昇と、制作結果である写真に対する愛着(？) が生まれて、強く記銘することが可能となる。
３．１．４．実験手法
学習支援の初期段階として、展示物の閲覧順および、その対象の記銘支援を行った。小型 PC に内蔵されたカメラで捉えられた画像に、モニタ上で図形化数字を重畳し、ユーザ自身がその図形化数字の位置を操作して、背景の場所画像と関連付ける方法を評価した。本
実験で用いた図形化数字は、既に示した図３．１−３である。
被験者の年齢を考慮し、記銘する対象の展示物は、全部で１０箇所とした。図形化数字を配置する SROM 利用の条件（支援あり）を、奇数番目（１、３、５、７、９）に、SROM
利用しない条件（支援なし）を、偶数番目（２、４、６、８、１０）として、連続に撮影・記銘してもらった。終了直後に、１から１０番目に閲覧した場所の写真がどれであったかを、ディストラクタ2として実験者が予め撮影した１０枚の写真とランダムに混合して印刷したシートに、番号を記入してもらった。

2

ディストラクタ(distracter：妨害刺激)。ここでは不正解の写真のこと。
３−５

３．１．４．１．展示物撮影条件＜支援あり条件＞
展示物に対して図形化数字を重畳して撮影する。背景画像と図形化数字で構成された写真（vMPeg）の例を図３．１−５に示す。これは、３番目の展示物の写真を撮影したものである。３番目をあらわす「耳」が、対象に付け加えられたような配置が作られている。
この際、被験者は、小型 PC の画面の背後に付けられたカメラの位置を適切に操作して構図を考え、かつ、画面上の図形化数字を、画面を指で触れることによって任意の位置に移動
して、印象的な「絵」を作成している。被験者自身によるフレーミングと、タッチパネル
による図形化数字の操作が、被験者の有効な認知処理レベルを短時間に引き出すと考えられる。作られた画像の視覚イメージは、被験者の関与性とともに、記銘効率の高さに貢献すると考えられる。
＜支援なし条件＞
通常、複数の対象や場所を覚えておきたいと思う場合、ともすると写真に撮影しておけ
ば、後でいつでも確認できると考えて、写真を撮影する。しかし、写真に撮るとそれだけで安心してしまい、現場での実物の観察が十分に行なわれないということが起こる。そうした状況にも該当する条件として、展示物を図形化数字なしで、通常の意味で撮影する。
この際、画面の隅に、撮影回数に対応するアラビア数字を提示する。
これらにより、支援ありで図形化数字を展示物と関連付けた場合と、支援なしでアラビ
ア数字だけを提示した場合の記銘効果を比較する。上記の２つの条件において、撮影後に画像が提示される時間はともに５秒である。

図３．１−５

支援あり

図３．１−６３−６

支援なし３．１．４．２．手順
展示会場を訪れた閲覧者に実験への参加を依頼し、同意が得られた閲覧者に、実験の方法を説明する。図形化数字を確認してもらった後、被験者に、小型 PC（SONY，VAIO-U）の操作法を教示する。展示フロアの入口の始点から任意のルートを通り、展示室内の展示
物１０箇所を撮影してもらう。
PC のプログラムは、奇数番目の撮影では、支援あり条件、偶数番目の撮影では、支援なし条件で動作する。被験者は、実験者の概略の誘導に従って、任意に選択した展示物の前で、フレーミングやタッチパネルの操作によって図形化数字の配置を行ない（奇数番目の撮影時）、対象を撮影する。撮影直後、その写真は五秒間、PC のモニタ上に提示されるので、確認して記銘してもらう。
その後「次へ」のボタンが表示されるので、次の展示物の前に移動してボタンを押すと撮影可能状態となるので、同様の作業を行なってもらう。
１０回の撮影直後、再認テストを行なう。回答方法は、被験者自らが撮影した展示物の写真１０枚と、実験者が用意した展示物の写真１０枚、合計２０枚を、ランダムな順に並べて印刷した一覧写真からなる図３．１−７の用紙に、自ら撮影した展示物の写真の下に、撮影順番の番号を記入してもらって行なう。回答終了後、直ちに、正解を簡単に説明する。
最後に、被験者が撮影した写真と、それに対応する場所の実験者が事前に撮影した写真、およびその展示物の簡単な説明を記載した図３．１−８、図３．１−９に示す体験記録シートを、その場で印刷して渡す。また、実験協力の謝礼として、ペンと消しゴムを贈呈する。

３−７10枚が含まれています！！

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図３．１−７

３−８

回答用紙

図３．１−８

体験記録シート１

３−９図３．１−９

体験記録シート２

３−１０

３．１．４．３．実験会場
実験は、図３．１−１０に示す３F のガスの科学の展示室（ガスクエスト）にて実施した。
この展示室には、１９個の展示があるが、１８番、１９番の展示を除いた１７個の中から、１０箇所を、被験者に任意に選んでもらった。

図３．１−１０

実験会場（３F ガスクエスト）

1．フロギストンの万華鏡
2．天然ガスの素 〜ガス・チェーン・マップ：始まり〜
3．シャルルの瓶 〜ガス・チェーン・マップ：輸送〜
4．泣き笑い百面相 〜ガス・チェーン・マップ：貯蔵〜
5．マリオットの温度計 〜ガス・チェーン・マップ：気化〜
6．ベルヌーイのボール 〜ガス・チェーン・マップ：ガス管〜
7．フイゴメーター 〜ガス・チェーン・マップ：ガスメーター〜
8．メタンの像
9．ブラックのはかり
10．ボイルの魔法椅子
11．マグデブルグの吸盤
12．ラボアジェの魔笛
13．フェーンの風車
14．燃料電池の逆さマスク
15．ガスの未来
16．炎と電気
17．浮沈子18．ワークショップ
19．デジタルライブラリー

３−１１

３．１．４．４．被験者
被験者は、３F のガスクエストの入り口付近で募集し、保護者を含めて同意が得られた小学生１６名（平均年齢１０.７歳）である。年齢の内訳を表１に示す。年始の休日であった
ため、閲覧者数は少なかった。実施日は、平成２０年１月５日、６日である。
表３．１−1 被験者の年齢別

年齢

人数
9

4

10

3

11

3

12

6
計１６人

＊平均年齢

10.7 歳３．１．５．実験結果
被験者に回答してもらった結果の再認正答率と標準誤差を図３．１−１１に示す。正答とは、展示物の種類とその順番が正しかった場合とした。また、被験者が撮影した写真の一例を図３．１−１２に示す。

100
90

SROM

Percent Correct

80
70

No SROM

60
50
40
30
20
10
0

SROM

1

No SROM

図３．１−１１

３−１２

再認成績

（１）

（２）

（３）

（４）

（５）

（６）

（７）

（８）

（９）

（１０）

図３．１−１２

被験者の撮影写真の一例

３−１３

図３．１−１１に示した再認正答率は、支援あり（SROM）の場合は約 85%であり、支援無し（No SROM）では、約 47%となった。支援ありが支援無しの２倍近く再認成績が高い（高度に有意。F(1,30)=27.4, p=1.1x10-5）。これは、本支援システムが、展示物の記銘に対して有効な支援を与えていることを示している。
ユーザが使用した小型 PC（VAIO-U）の操作については、子供が扱う際にも適度な大きさであるように思われ、また、背面カメラからの画像のフレーミング操作、および画面上のタッチパネルによる図形化数字の移動配置操作ともに、極めて直感的で容易に実施されているように見受けられた。特に、年齢の低い被験者ほど、熱心に図形化数字の配置を行なっている場合が多かった。ただし、フレーミングと、図形の移動による配置の両者を同時に行なうことが、やや難しいように見える被験者もあった。図３．１−１２の奇数番号の写真を見ると、実験者が期待したように、意図して図形を配置していることが分かる。
被験者が撮影に要した時間を、図３．１−１３に示す。これは、被験者が展示物の前に到達し、撮影準備のボタンをクリックしてスクリーンに画像を表示してから、シャッターを押すまでの時間である。支援ありの場合は、平均約 14 秒、支援無しの場合は約 9 秒であり、支援ありの場合が有意に長かった。この差は、図形化数字を背景の中に配置するために要した時間であると考えられる。その時間は、わずか 5 秒間に過ぎないが、その簡単な操作によって、無理のないインタラクションを誘導し、展示物への注意が向けられ、対象が有効に記銘されたことが再認成績から示唆される。年齢別では、最小年齢である９歳の被験者の撮影時間が最も長かった。
本実験では、学習支援手法の初期段階の検討を目的とし、展示物の外観的特長と、閲覧順の記銘支援のみをおこない、展示物の詳細な情報については対象外とした。体験学習で
18000
16000
14000
12000

SROM

10000
8000

No SROM

6000
4000
2000
0

図３．１−１３

撮影時間 [msec]

３−１４

見学を行なった際に、漫然と見ただけでは、何を見たかすら思い出すことは難しいが、本手法を用いれば、何を見たかを、図形化数字を再認・再生の手がかりとして、想起できる確率を高めることが可能であると考えられる。
３．１．６．おわりに本研究では、科学館の学習支援を行なうための小型 PC によるプロトタイプシステムを構築し、実験を実施してその効果の検証を行なった。ガスの科学をテーマとした展示室において、被験者を募り、数字の画像を重畳して展示物の写真をとってもらうことで、わずか５秒程度の画像合成操作にもかかわらず、対象の外観の記憶を著しく高めうることを示した。本研究で提案している SROM（空間型電子記憶術）は、ウェアラブルなどの可搬型計算機により、学習対象と遭遇している、「その場」において、適切な注意・認知処理を誘導
し、かつ、従来の記憶術の特徴を利用して、対象の記銘を促進するシステムである。従来、大学生レベル以上の被験者を対象として実験的評価を行ない、その著しい効果を確認してきたが、本実験においては、小学校児童の年齢層を対象として、同様の高い記銘促進効果が得られ、科学館の学習支援においても有効であることが確認された。現在の記銘支援の構成は、単純な要素だけから成立しているので、今後、より高度な支援形態を導入する方向で開発を進める予定である。
科学館における学習の支援としては、主として物理的な展示物として提示されている対象の仕組み、機能（背後の論理）、位置付けなどを深く理解させることこそが、本質的に求められる支援の目標であると考えられる。しかしながら、小学生・中学生を中心とした年
齢層の閲覧者に、その場に提供された実体を含む多様な情報を深く理解させること、あるいは理解しようという気にさせることは、常にこちらの思い通りにできるとは限らない。
本研究による支援は、内容の理解の前提ともいえること、すなわち、少なくとも「何を見たか、を思い出せる」仕組みを提供することである。思い出せなければ、その後、時間をおいて、思考を深めることもできないわけであり、学習の出発点として、重要なきっかけを与えていると考えられる。更に進んだ学習内容を反映した支援については、今後検討を進めたいと考えている。

参考文献
Yasushi Ikei, Hirofumi Ota, Takuro Kayahara, Spatial Electronic Mnemonics: avirtual memory interface, HCII2007, Beijing, 2007
太田浩史，池井 寧，空間型電子記憶術 SROM に関する研究，ヒューマンインタフェー
スシンポジウム 2007, pp. 123-128, 2007
Yasushi Ikei, Hirofumi Ota, Spatial Electronic Mnemonics for augmentation of humanmemory, IEEE Virtual Reality 2008, pp. 217-224, Reno, Nevada, 2008

３−１５

３．２．モバイル科学技術館学習支援システム実験報告
産業技術総合研究所 情報技術研究部門
蔵田武志、興梠正克、大隈隆史

３．２．１．はじめに筆者らが昨年度実施した科学技術館ナビゲーションシステム実験は、屋内三次元ナビゲーションシステム実験としては過去にもあまり例がない規模であったため、実施したこと
自体に大きな意味があった。さらに、被験者から得られたさまざまなフィードバックや運用経験は非常に価値の高いものであり、今年度以降の研究開発の指針に大きな影響を与えた。昨年度の実験を報告した国際会議 ICCAS2007 での Outstanding Paper Award 受賞は、それらが評価されたものであると思われる[文献 ICCAS]。
ただし、実運用に近い規模での実験を行うにあたっては、システム全体の安定化、測位系、特にマップマッチングや RFID などの自律的位置補正手段の改良、端末を用いた対話的な位置・方位補正手段の提供、コンテンツの出現制御や出現ルールの見直しなどの課題
が昨年度の実験を通じて挙げられた。また、重量や装置の頑健性の問題、ユーザインタフ
ェースのユーザビリティ、HMD の使用年齢の問題など、年齢層ごとの検討課題が多くある
ことも再確認することができた。さらに、試行中の被験者の行動や会話、インタビューな
どの分析などを効率よく実施するためには、追体験ツールが必要でありその開発も課題となった。
昨年度の実験結果に基づいて実施された今年度のモバイル科学技術館学習支援システム
実験を含む一連の実験においては、一貫して、測位系、コンテンツ管理系、およびウェア
ラブル（モバイル）利用者端末で構成されるシステムを開発・改良しながら適用してきた。
その各サブシステムの中で技術的課題の最も多いのは測位系サブシステムである。本報告では、まず 3.2.2 節で、その測位、正しくは、位置と向きの計測技術の一般動向と筆者らの手法について概説する。続いて、3.2.3 節では昨年度の実験とその結果の概略について、3.2.4
節では被験者行動履歴を用いた追体験のためのモバイルツールについて述べる。3.2.5 節では、今年度のモバイル科学技術館学習支援システムに先立って、奈良県新公会堂（2007 年
11 月）と龍谷大(2008 年１月)で実施したシステム性能検証実験（実演）について紹介する。
2008 年 2 月 24 日から 27 日にかけての４日間に渡って実施したモバイル科学技術館学習支
援システム実験については 3.2.6 節で実験システムについて説明し、3.2.7 節で実験報告を行なう。最後に 3.2.8 節でまとめと今後の課題や展望について述べる。

３−１６

３．２．２．来館者の位置と向きを計測する技術
来館者の位置計測のために利用可能な技術として、主に下記の選択肢が考えられる。
（１） GPS(Global Positioning System)のように複数の軌道衛星を用いる手法（２） 超音波、電波(RF, UWB)、Wi-Fi、光通信などのユビキタスセンサインフラを用いる手法（本稿では便宜上 LPS: Local Positioning System と呼称）
（３） 画像の幾何学的位置合わせや認識手法（４） デッドレコニング（マップマッチングを含む）（５） (1)〜(4)の統合手法
カーナビと共に既に一般に普及している GPS は、携帯電話への GPS 搭載義務化の世界的な流れや、ポータブルナビ市場の拡大などもあり、これからも測位手段として重要な役割を果たすと考えられる。DGPS や RTK-GPS、さらに、それらとインターネットとの組み合わせなど、より高精度なシステムも提案されている。GPS の利点としては、広大な屋外空間をカバーしているにも関わらず、インフラ整備や運用コストを（少なくとも）利用者
側は考えなくてよい点などがあげられる。問題点としては、高層建築物、木陰、屋内など
空が遮蔽された場所では使えないこと、伝達遅延やマルチパスなどの精度への影響が大きいことなどがある。遮蔽に関しては、衛星と同じ信号をスードライト（擬似衛星）と呼ばれる装置を局所的に設置して提供することにより、利用者側の装置を変更せずに測位可能な範囲を拡大することも試みられている。しかしながら現状では、マルチパスの影響はや
はり避けられず、また、インフラ整備・運用コストの問題が新たに発生する。
(2)の LPS の場合、送信機と受信機のセットでシステムを構築し、三辺測量の原理や、単なる ID 検知（ID と離散的な位置情報とが対応）に基づくことによって測位が実現される。
GPS も送信機（衛星）と受信機のセットで成り立っているが、高々30 個前後の衛星を配置することにより地球規模の測位可能としているのに対し、LPS では、測位サービスを提供
しようとする場所に多くの装置を設置し、運用コストを継続的にかけていく必要があり、しかも利用者側の装置の業界標準が定まっていないという問題点がある。なお、UWB はマルチパスにも比較的強いとされ、今後の測位の高精度化が期待される。
LPS の中で最も実用化が進んでいるのは Wi-Fi を用いる手法である。コンシューマ用途に適したものとしては、PlaceEngine[文献 PlaceEngine]のように都市部を中心に遍在している Wi-Fi 基地局情報を収集し利用する方法がある。また、日本エアロスカウト社と NEC
ネッツエスアイ社は防爆構造規格に適合した Wi-Fi タグを開発しており、爆発性ガスの存在する場所においても、業務効率化、安全管理強化、有事時の作業員位置検知、危険物の搬出・搬入状況管理などを可能としている[文献エアロスカウト]。
(3)の画像を用いた手法[文献 SICE]では、カメラとマーカーとのペアによって ID、位置、

３−１７

向きを求めるもの、データベースに蓄積された撮影位置の既知な画像群と入力画像とを比較して位置と向きを求めるもの、SLAM（Simultaneous Localization and Mapping）技術
等によって、周囲の環境の 3 次元構造を復元しながらカメラの 3 次元運動を求めるものなどがある。また、画像中には利用者（来館者）の手の動きや会った人なども含まれるため、潜在的には今後、より高度な状況把握機能が実現、提供される可能性がある。
３．２．２．１．デッドレコニングに基づく手法
来館者の移動速度・範囲に見合った縮尺・粒度で学習支援サービスを提供するには、高精度な位置情報が要求される上、的確なコンテンツ選択や情報の可視化のためには、向きの情報も必要不可欠となる。さらに、それらの履歴は、来館者の行動のトレーサビリティ確保に有効であり、来館者の行動解析や安全管理にも応用できる。
(4)のデッドレコニングでは、自蔵センサ群（加速度、角速度、磁気、気圧等）によって来館者の主に歩行動作を検出、積算し、位置や向きを逐次更新する。また、歩く、走る、
座る、エレベータに乗るなどの動作種別などを推定するものもある。さらに、マップマッ
チングとの併用により精度を向上させることもできる。
筆者らの手法[文献 ISMAR2003, ICAT2006]では、まず、歩行動作の検出を行う。歩行動
作によって人間の重心に印加される加速度には、その鉛直・進行の両方向成分において特徴的なパターンが出現する。慣性センサの姿勢は既知でないため、計測される加速度のう
ち、重力加速度ベクトルに沿った成分を鉛直方向の成分とする。重力加速度ベクトルを推定するために、慣性センサから得られる加速度と角速度データを情報源として用いる。カルマンフィルタの枠組において、加速度ベクトルは静的加速度である重力加速度の観測ベ
クトルとみなすことができ、角速度によって重力加速度の更新方程式をたてることができる。
一方、進行方向については装着時のキャリブレーションによって求める。まず、慣性センサを装着して直線的に短時間歩行し加速度の時系列データを得る。次にその時系列デー
タから鉛直方向成分を除いたものに対して主成分解析を行い、得られた第一主成分軸方向
を進行方向とみなす。このようにして得られた鉛直・進行方向の加速度成分の時系列変化
をパターン認識し歩行動作を検出する。
さらに、一周期の歩行動作中に発生する加速度の鉛直成分の振幅とその歩幅の間には統計的に線形な関係が成り立つことが実験的に知られている。その線形関数の定数（傾きと切片）は個人によって異なるため、事前に歩行データを収集して統計解析によってこれらの定数を得ることで、歩幅を精度良く推定することが可能となる。また、線形関数の当て
はめ誤差の分散を、歩幅の推定精度の信頼度として用いている。
移動方位は、加速度、角速度だけでなく、磁気方位データも用い、慣性センサのドリフ
トを補正しつつ推定する。ただし、磁気方位センサが計測する地磁気は微弱であり、電子

３−１８

機器や建物の構造物などによって容易に乱されるため、その取り扱いは一般に困難である。
そこで提案手法では、伏角及び予測値との比較に基づいて磁気方位センサの出力の正当性を検証している。
なお、GPS 信号にスクランブルを掛けるのと同じ意味合いだと考えられるが、現在、ハ
ネウェル社のデッドレコニングモジュールの最上位機種は米国の輸出規制対象となっている[文献 DRM]。また、トキメック社で開発された高精度 MEMS 慣性センサ[文献トキメック]などの登場により、デッドレコニング性能はさらに向上すると考えられ、この分野の動向が注目される。
ただし、デッドレコニングの性能がいくら向上しても累積誤差を取り除くことは困難であり、また、絶対位置を与える必要があるため、通常は(1)〜(3)とデッドレコニングとを相補的に組み合わせた統合手法を適用することになる。このような組み合わせでは、デッド
レコニングによって過度にインフラに依存することがなくなるため、例えば、LPS で必要とされる装置の設置密度を低く抑えることができるようになる。また、画像ベースの手法の場合は、登録データ数を削減することができる。つまり、インフラ構築・運用コストやシステム全体のエネルギー消費を抑えながら、位置や向き、さらにそれらの履歴に基づく
情報サービスを広範囲に提供できるようになるため、サステイナブル（sustainable：持続可能）なユビキタス情報社会を構築するための基盤技術として位置づけることができる。
昨年度および今年度の実験で使用した筆者らのシステムはそのような考え方を支持した設計を採用している。
３．２．３．昨年度の科学技術館ナビゲーションシステム実験概略
３．２．３．１．システム構成（１） 測位系
3.2.1 節で述べたように、昨年度の科学技術館ナビゲーションシステムも今年度のモバイ
ル科学技術館学習支援システムと同様、測位系、コンテンツ管理系、および利用者端末の各サブシステムで構成されていた。昨年度は、測位系としてデッドレコニングをベースに、
Wi-Fi 測位[文献 PlaceEngine]や RFID による位置補正及びマップマッチング（移動可能範囲を用いた制約のみ）を組み合わせた統合的測位手法を採用した。
（２） コンテンツ管理系
コンテンツ管理系サブシステムは二つのコンポーネントから成る。一つは場所に関連付けられた Flash 等のコンテンツを Web ブラウザによって再生するコンポーネント、もう一
つは Google Earth 上で推薦ルートのナビゲーションと利用者の周辺に存在するコンテンツ表示を実現するコンポーネントである。
利用者端末上では測位系から得られる利用者の現在の位置・高度・方位の履歴、端末のバッテリ残量、Flash コンテンツや推薦ルートなどを格納するデータベースが動作している。

３−１９

再生コンテンツ管理系は条件に応じてクエリを組み合わせ、現在表示すべきコンテンツを検索する。
科学技術館ナビゲーションシステムでは、Flash コンテンツとしてスタート画面、コンテ
ンツ再生を制御するボタン、時間が決められているワークショップや展示の説明(9 種類)、
各展示室や展示物の説明(44 種類)などを用意した。説明用のコンテンツは、写真とテキス
トを含む静止画とそのテキストを読み上げる 15 秒程度の音声から成り、コンテンツオーサ
リングツールにより三次元地図上に登録した（以下、静止画コンテンツと呼称する。付録
2.3 参照）。この登録位置は Placemark で表示され、利用者が現地近くに到着しその方向を向いた場合や、これからその地点に向かうナビゲーション開始時に再生される。
また、実験システムでは推薦ルートもしくは時間の決められたイベントへの誘導コース
を含む推薦ルートを利用者に提示した。科学技術館の Web サイトに掲載されているコース
中の 4 コース分のデータ、及び時間が決められているワークショップや展示のスケジュー
ルをデータベースに入力し、推薦ルートの計算に用いた。入力されたコースの１つについて、スタート地点である 1 階から始まり、最初の数箇所の展示までの推薦ルート表示の例
を図３．２−１[推薦ルート１]に示す。

図 ３．２−１[推薦ルート１] 推薦ルートの可視化例

３−２０

（３） 利用者端末
実験システムのウェアラブル利用者端末として、図３．２−２[ハンドヘルド装置]に示す
ようなハンドヘルドディスプレイを利用するものと、図３．２−３[HMD 装置]のようにヘッドマウントディスプレイ(HMD)を利用するものの 2 種類を用意した。両方に共通しているのは、測位のための各装置を入れたウエストポーチ、ハンドヘルド PC（SONY VAIO TypeU）、及び会話解析のためのデータ収集用ボイスレコーダである。HMD 利用者はハンドヘ
ルド PC をショルダバッグに詰めて HMD(三菱電機 SCOPO)を装着する。このため、ハンズフリーとなるがハンドヘルド PC のボタンが使えなくなるのでショルダバッグにボタンを取り付けた。
使用持続時間は、組込システムや自蔵センサ群、HMD については実験に支障のない長さであったが、ハンドヘルド PC は約 1 時間（標準容量バッテリを用いた場合）であった。

図 ３．２−２[ハンドヘルド装備] 利用者はパーソナルポジショニングのための各装置を入れた
ウエストポーチ、ハンドヘルドＰＣ、及び会話解析のためのボイスレコーダを装着する。

図 ３．２−３[HMD 装備] ヘッドマウントディスプレイ利用者の外観。

３−２１

（４） ユーザインタフェース
端末のディスプレイもしくは HMD の画面の大きさの制約から、三次元地図(Google
Earth)と Flash コンテンツの同時表示は実用的ではないと判断した。そのため、Flash コ
ンテンツを再生すべき場合は全画面で再生され、通常時は三次元地図が全画面表示される（図３．２−４[GUI]）。移動する利用者の安全確保のため単眼の HMD を使用し、効き目側に装着した。また、利用者の端末操作の負担を最小限にするため、利用者の位置や向き、
静止時間に応じて端末が適応的に振る舞うようシステム全体を設計した。ハンドヘルドディスプレイ利用時も HMD 利用時もポインティング操作を要さず、コンテンツのリプレイ
再生希望時と時間の決まったイベントへの誘導をキャンセルする場合のボタン押下のみが要求される。

図 ３．２−４[GUI] ハンドヘルドディスプレイに表示される３次元地図、推薦ルート、及び静止画コンテンツの例
３．２．３．２．

ユーザスタディ

科学技術館ナビゲーションシステムの有用性・使用感の評価と、利用者端末のディスプ
レイ形態の違いがシステムの使用感に与える影響を調査することを主な目的としたユーザ
スタディを実施した。本ユーザスタディは科学技術館における実運用に対するシステムの頑健性や精度も含めて多面的な評価を目指したが、昨年度は特に被験者の主観から得られたシステムの定性的な評価について論じられた。

３−２２

（１） 実験設定と手順
本ユーザスタディは科学技術館（5 階建て、各階 2500〜2700 ㎡）において、計 4 日間実施した。1 日につき午前と午後の 2 セッションを設定し、1 セッションにつき 3 組が並列に試行できるような体制とした。被験者の安全考慮、行動履歴記録、及びシステム調整のために 1 組の被験者につき 1 人の付き添いを割り当てた。
実験時間は 1 試行につき 2 時間程度とし、試行開始後約 1 時間で 1 階のスタート地点に戻り、ハンドヘルド PC のバッテリ交換と、ディスプレイ形態（ハンドヘルドもしくは HMD）の切り替えを実施した。その際、順序効果が分散するようにディスプレイ形態を切り替えた。なお 16 歳未満の被験者は安全上の問題から HMD を着用できないため、試行の前半後半ともハンドヘルドディスプレイでの体験となった。
各付き添いは図３．２−５[付き添いロガー]に示すような映像音声ロガーシステムを装着し、被験者の後方から映像音声履歴を記録した。また、階段の上り下りの際の安全確保や
ウエストポーチが体験型展示物の邪魔になる場合の着脱、システムトラブル対処なども付
き添いの主な役割であった。

図 ３．２−５[付き添いロガー] 各付き添いが装着する映像音声ロガーシステム。
各被験者は試行開始前に実験に関する事前説明を受けた。利用者端末の使用方法や GUIの各表示の意味などの説明をする際、前述のように三次元地図上に推薦ルートが表示される旨を伝え、その上で必ずしもそれに従う必要はないことも同時に伝えた。これは、科学

３−２３

技術館の見学行動がシステムによって強制される印象を与えないようにするためであった。
試行終了後にアンケート調査とグループインタビューを実施した。グループインタビューの様子は被験者とインタビュアーそれぞれが映るよう 2 台のビデオカメラにより記録された。
４日間の実験期間のうち前半（１日目・２日目）と後半（３日目・４日目）の間に数日間の準備期間を設けていたため、実験期間前半で得られた被験者の意見を後半の実験に反映して違いを確認するという迅速な対応が可能であった。結果として実験期間の前半と後半で実験条件が変化することとなり、アンケートの定量的な解析は慎重に行う必要があった。しかし、前半と後半を比較することで改善の効果を確認できたと考えられる。
（２） 被験者
当日の飛び入り参加者を含め、最終的に女性 12 名、男性 10 名の計 22 名に被験者として協力していただいた。年齢別構成は、10 歳代（小学生）3 名、20 歳代 4 名、30 歳代 8 名、
40 歳代 4 名、50 歳代 3 名となっており、さまざまな世代からのフィードバックが得られることとなった。
（３） 結果と考察
本節では被験者アンケート・インタビューを通じて得られた代表的な意見を主観評価結果とし、その要因や意義について考察する。アンケートは計 17 問の質問に対して 7 段階評価
により回答された。
三次元地図表示・現在位置把握に関して
三次元地図表示に関して、インタビューでは「実環境との対応がつきやすい・面白い」という肯定的な意見と「実環境との対応がつかずわかりにくい」という否定的な意見の両方が得られた。三次元地図のわかりやすさに関するアンケートも同様の結果を示した(図３．
２−６[Ｑ三次元地図])。これらの結果から、被験者によっては測位系の誤差が主観に影響を与えたと考えられる。すなわち、測位系の誤差によって実際の現在位置・方位と表示されている位置・方位にずれが生じたときに、地図と実環境の対応を見失わずにシステムの誤動作と解釈した被験者と、地図と実環境の対応を見失ってしまった被験者の両方がいたということである。このことは｢地図がわかりにくい｣と回答した被験者の中にもインタビューでは「自分の位置・方位と表示がずれていた」ことを認識していた被験者が複数いて、実際には地図と実環境の対応付けができていたことからも伺える。拡大率の高い詳細な三次元地図は直感的で実環境との対応付けに有効な視覚的手がかりを与えることができるが、測位系の誤差による位置・方位のずれを増幅させて見せてしまう。そのために実環境との対応付けに混乱を与え、三次元地図そのものに対する悪印象を与えた可能性がある。
地図に関してはこの他に、展示室名や展示室番号などを文字情報として提示してほしい

３−２４

という意見が複数得られ、形状・外見以外の抽象情報も実環境との対応付けにおける手がかりとして配置すべきであったことを確認した。実験期間前半終了時にこの知見が得られたため、実験期間後半では部屋番号情報を三次元地図上に付加して表示することとした。

Q1. ３次元地図はわかりやすかったですか？
（1:わかりにくい, 7:わかりやすい）

6
5
4
3
2
1
0
1

2

3

4

5

6

7

図 ３．２−６[Ｑ三次元地図] 三次元地図のわかりやすさに関するアンケート結果
ナビゲーション・ルート推薦に関してルート推薦に関しては「従わなかった・従えなかった」とするネガティブフィードバッ
クを多く受ける結果となった。これらの意見は「進行すべき方向がわからず、従えなかった」「自己位置の後ろに出てくる軌跡情報のように見えた｣という推薦される進行方向の混乱に関連したものと、「行き先がわからず、結局従わなかった」というナビゲーション情報の提示に関するものに分類された。
進行方向の混乱については、推薦ルートが向きに関する表示を伴わない折れ線で表示されていたことに起因したと考えられる。実際には現在位置から目的地までを繋ぐように表示されていたため、注意深く見れば進行方向はわかるようになっていたが、被験者の誤解を受ける結果となった。さらに、現在いる階のルートのみを表示したため、上の階や下の階にルートが続く場合にエスカレータや階段上にルートが表示されず、ルートの方向が不明確となっていた。この問題は実験期間前半で露呈したため、期間後半の実験開始までの間に矢印による方向指示や階と階を繋ぐ部分のルートも表示するように可視化の改善を実施した(図３．２−７[推薦ルート２])。この結果、ユーザスタディ後半では推薦ルートの意
味や方向についての誤解が減少し、ルート推薦の効果を確認することができた。

３−２５図 ３．２−７[推薦ルート２] 推薦ルート可視化の改善「行き先がわからない」という意見については、短期的なものと長期的なものに分けられた。短期的なものについては三次元地図の提示方法に要因があった。地図と実環境の対応付けに重点を置いて現在位置近辺をよく見せるために仮想視点を比較的近く、鳥瞰する
角度も上方からに近い角度に設定していたため、進行方向の先に何があるのかなどがよく
見通し辛かったと考えられる。この視点設定についても後半の実験までに改善することにした。すなわち、まず約 10 秒間縮尺の大きい表示をし、次の 5 秒間は少し引いた表示をすることを繰り返すようにし、角度も斜め後方から現在位置を見据えるように三次元地図の視点を制御するように変更した。長期的なものについて、実際には次の目的地の情報として展示物説明用の静止画コンテンツを提示していたが、これでは不十分であったと考えられる。この点に関しては次の目的地までの階移動を含めた全体ルートの表示などにより、目的地の位置情報を十分に印象付けることで改善が期待できる。
ハンドヘルドと HMD の比較
ハンドヘルドディスプレイと HMD の比較に関するアンケート項目の結果を図３．２−
８[QHMD]に示す。全般的に HMD の方が、画面が見づらく疲れやすいが展示物を体験しやすく展示物に集中しやすいという傾向が見られた。インタビューでは、多くの被験者がHMD を初めて利用することもあり、HMD そのものに興味を示した被験者が多かった。しかし、単眼式 HMD を利用したことから長時間画面に意識を集中しないと見づらい、慣れが必要との意見が得られた。また、HMD 利用者の年齢制限は科学技術館のように子供が多く訪問する施設では問題となるという指摘があった。

３−２６

HMD は、ハンドヘルドよりも動きやすく科学技術館の展示そのものが見やすく体験しやすいという意見も得られる一方、体験型ではなく目で見るタイプの展示の場合にはハンド
ヘルドタイプの方が見てまわりやすいという意見も得られた。また、ハンドヘルドタイプ
について、グループでナビゲーションを体験するときには情報を共有してコミュニケーシ
ョンを取れるという意見は興味深いものであった。ただし、手に持つときの重量感を問題としてあげる被験者が複数見られた。

7

(人数）

HMDとハンドヘルドの比較

見易い
体験が容易
展示に集中
疲れやすい

6
5
4
3
2
1
0
1
(HMD）

2

3

4

5

6

7
(ハンドヘルド）

図 ３．２−８[QHMD] HMD とハンドヘルドの比較に関するアンケート結果
システム改善による評価の上昇
実験条件の変化の影響を確認するために時間軸に着目すると、実験が進んでシステムが改良されるに従って好意的な回答結果が増える傾向にあった。この傾向が特に顕著であった三次元地図と静止画コンテンツのわかりやすさ、イベント開始 10 分前の案内に関する評価の結果について各実験日ごとの平均値を図３．２−９[Q 評価上昇]に示す。

３−２７図 ３．２−９[Q 評価上昇] システムの改善に伴う評価の上昇
その他の意見その他、機能やサービスに関する要望も被験者から挙げられた。代表的なものは「推薦ルートではなく、行き先を自分で入力したい」「時間が決められたイベントのお知らせ機能
は便利なので充実してほしい」「自分自身の位置よりも子供たちの位置を把握したい」といったものであった。当初の仕様を決定する段階で、可能な限りユーザによる操作を少なくすることを目標としたため、行き先入力などの機能は排除していたが、機構的には実現可能であるため、今後導入することが望ましいと考えられる。
３．２．４．追体験のためのモバイルツール
科学技術館ナビゲーションシステムは前述のように被験者の行動履歴を記録した。これは、より詳細な被験者の行動解析の材料とするのと同時に、行動記録のコンテンツ化によるサービス提供を検討するための実データとして利用するためであった。
記録された被験者の位置・姿勢・時刻などの大規模情報を用いて行動解析を行うとき、統計的手法によるデータマイニングを適用することで興味深い情報を探索することができる。例えば、多くの被験者が長時間滞在した展示を見つけ出したり、展示同士の被験者の嗜好による相関（たとえば、展示 A を長時間見た被験者は展示 B についても長時間みる傾向があるなど）を見つけ出したりできる可能性がある。
しかし、映像や音声・インタビュービデオなどのマルチメディアデータを同様の手法で統計的に効率よく利用するのは、その意味にまで踏み込む必要があるため、少なくとも現状では困難であることも多い。また、これらのマルチメディアデータとして記録された情報は最終的に人間に提示することによって最も効率よくその意義を解釈することができる

３−２８と考えられる。一方で、展示ナビゲーションシステムでの行動記録をコンテンツ化することで、自宅に帰ってから自らの行動を復習する学習強化のためのサービスや、複数の参加者が自らの行動記録を持ち寄って新たな推薦ルートを作り上げるといった Web2.0 モデル
でのサービスを提供することが可能である。
そこで我々は科学技術館実験システムで記録された行動履歴の実データを効率よく提示するための追体験ツールの開発を通して、その提示手法についての研究を進めている。本節では現在の追体験ツールの実装とその検証実験について述べる。
３．２．４．１．

設計方針

追体験ツールは以下のようなシナリオを想定して設計を行った。
シナリオ１：帰宅後の追体験

このシナリオでは追体験ツールをデスクトップ PC 上で使用して自らのデータを確認する。ユーザが見学者（パイロットスタディの被験者）ID で検索すると、追体験ツールは対応する行動履歴を提示する。可視化対象時刻を制御するスラ
イダを動かすことで見たい時刻を指定すると、対応する時刻での位置を可視化する。同時に、指定された時刻のシーンを含む動画ファイルを検索して、存在すればその時刻のシーンを表示する。ユーザが画面上の再生ボタンを押すことで自動的に可視化時刻を更新する
モードに入る。このモードでは位置の三次元可視化、動画ファイル、音声ファイルが同期を取って再生される。
シナリオ２：被験者の行動解析

このシナリオでは、インタビューを記録した動画ファ

イルとインタビュー時の会話を記録したテキストデータも見学者 ID や場所を特定するための検索キーとして利用される。たとえばインタビュー映像で被験者が「自転車」に関する展示の前での行動について報告しているのを見たとき、同時に表示される発言内容のテキストの「自転車」部分に張られているリンクをクリックすることで、そのときの行動記録を追体験する。また、追体験ツールのユーザ自身がインタビュー発言内容テキストと三次
元地図上の位置を関連付けるリンクを新たに作成する機能を提供することで、インタビュ
ーと場所の関連付けを容易に行える。
また、モバイル MR（Mixed Reality）システムを現地での見学者の行動解析に適用することで高い臨場感を持って被験者の行動を観察できる。たとえば問題が報告された地点に実際に行って、コンテンツ表示を再現しながらそのときの様子を追体験する。さらに、現在位置姿勢をキーとする検索により、同じ場所での他の見学者の体験を問い合わせて追体験することで、同じ問題が他の見学者に起こったかを確認する。ここで特定の見学者に着目すべき行動が見られた場合には、可視化の時間をさかのぼり、その見学者の行動を見学
開始から追従して追体験で確認可能とする。

３−２９

以上のようなシナリオで、マルチメディアデータを含む大規模な行動履歴を効率よくユーザに提示するために、以下の方針で追体験ツールを設計することとした。
シーンの再現： 追体験したい当時の状況を伝えるために、追体験ツールは Google Earthの画面を再現し、付き添いスタッフが記録したそのときの被験者の様子を同時に提示する。
再現に使用するデータはタイムスタンプを用いて同期を取る。また、より臨場感を得るた
めに、モバイル MR システムを用いることで現地での追体験も実現する。
効率的な対象選択手段の提供：

追体験の対象となる行動履歴を効率よく検索したり、切り替えたりするためのインタフェースを提供するために、被験者 ID や時刻による対象の検索だけではなく、位置・方位による検索も実現する。また、行動解析ツールにおいてはインタビュービデオを対象の選択に利用するために、インタビュー中の発言内容を記録したテキストと三次元地図上の点を対応付ける仕組みを提供する。
以上の方針に沿って実装した追体験ツールについて、その具体的な画面構成や実現方法について以下で述べる。
３．２．４．２．

画面構成

開発した追体験ツールはデータ検索コントローラ、データプレゼンテーションコントロ
ーラ、三次元可視化表示領域、動画表示領域から構成される。図３．２−１０[追体験ツー
ル]に画面例を示す。データ検索コントローラは見学者 ID、時間範囲、三次元位置、姿勢、
キーワードなどを入力する GUI 部品からなる。データプレゼンテーションコントローラは「再生」「停止」ボタンと制御対象となる時間範囲表示と可視化されるデータの時刻を示す
タイムスライダからなる。現在位置、見学者の軌跡、静止画コンテンツは三次元可視化表
示領域中の地図に表示される。展示ナビシステム画面を再現するために、本システムでもGoogle Earth を三次元可視化に利用している。GUI 部品は Web browser 上に JavaScript
や ActiveX 技術を利用して実現した。
追体験ツールは三次元地図上の軌跡・地図の表示に用いられる視点を制御するための３
種類のモードを持つ。
1)通常モード：ユーザは通常の Google Earth による視点制御を利用できる。
2)見学者ビューモード：履歴記録時のビューを再現するように視点を自動制御する。
3)ユーザビューモード（モバイル MR システム使用時のみ）：モバイル MR システムを用いて、現在のユーザの姿勢とカメラの観察方向を一致させ、現在のユーザ位置を後方上部から観察するように視線位置を設定する。

３−３０

モバイル MR システムは展示ナビシステムと同様の構成で実現されるが、利用者端末にはより画面の大きいタブレット PC (Lenovo ThinkPad X60)を用いた。

図 ３．２−１０[追体験ツール] シナリオ２における追体験ツールの画面例

３−３１

図 ３．２−１１[追体験ソフト] 追体験ツールのソフトウェア構成
３．２．４．３．

実装上の技術課題

HTML フォーム部品によるボタン、JavaScript によるスライダ、ビデオデータ・音声データの提示に利用する Active X, Google Earth 上での可視化を実現するための KML1、履
歴データと現在の状態を記録してプロセス間で共有するための SQL データベース、およびそれらの部品を連携させるための PHP スクリプトによる Web サービスを組み合わせて追体験ツールを実装した。データベースには、
1)見学者 ID・時刻・位置・姿勢を記録した位置テーブル
2)見学者 ID・被験者追跡動画ファイル URL・作成時刻・記録時間を記録した動画テーブ
ル3)インタビュービデオ URL・発言開始時刻・発言終了時刻・発言内容テキストを保持したインタビュー会話テキストテーブルを保持している。ソフトウェアの構成図を図３．２−１１[追体験ソフト]に示す。データ検索コントローラおよびデータプレゼンテーションコントローラによるユーザの入力結果をGoogle Earth 画面上に即時に反映する機構は、検索結果や操作結果を SQL データベース内に蓄積し、KML から<NetworkLink>タグによって定期的にデータベースを監視する PHP
スクリプトを呼び出すことで実現した。

KML（Keyhole Markup Language：Google Earth や Google マップに表示するポイント、線、イメージ、ポリゴン、およびモデルなどの地理的特徴をモデリングして保存するための XML 文法および XML ファイル形式）

1

３−３２

Google Earth は仮想の地球を提供し、建物の三次元モデルやルートの検索結果を表示するのに有益でパワフルなソフトウェアであるが、ユーザの入力情報を得る機構は提供されていない。このため、画面上を直接クリックすることで三次元座標を得る機能は Google
Earth からは提供されていない。そこで Windows Hook を用いて Google Earth 上でのマウ
スイベントを取得し、得られたウィンドウ座標を用いて Google Earth COM API の関数で地表上の位置を取得し、カメラパラメータと建物の三次元形状データを用いて、クリックされた座標に対応する表示中の建物との交点を計算する機構を実現した。この際、Google
Earth が地球を球形で近似していることを考慮して WGS84 座標系からローカル三次元座標系へ変換した。
３．２．４．４．

動作確認実験

（１） 実験設定
追体験ツールの動作および使用感を確認するために設計方針で述べたシナリオ２を想定した動作確認実験を行った。実験ではパイロットスタディ時に記録された見学者（パイロットスタディの被験者）の位置・方位・サポートスタッフによって撮影された見学者の追跡映像、実験後のインタビュー映像とインタビュー中の会話テキストデータを用い、モバ
イル MR システムを使用して科学技術館において実際に見学者の行動を追跡できるかを確認した。本実験の参加者（追体験者）は 4 名でシステムを使用しながらコメント・意見を
得た。
（２）

結果と考察

本節では追体験中の観察結果と追体験者の意見から得られた知見についてまとめ、考察を加える。まず、見学者の追跡映像はその行動を現地において追跡する上でも非常に重要な手がかりとなることが確認できた。現地での見学者の行動や長く滞留して興味を示した
展示を追体験者が実際に確認することができた。ただし、カメラの向きや画面の明るさに激しい変化があった場合には、画面内の見学者の位置と現実の位置の対応を見失うことがあった。このとき対応を取り戻すのに三次元地図上の見学者位置履歴が有効であった。このため、視点制御モードとしては見学者ビューモードが好まれた。
しかしながら、記録されていた位置履歴を測位誤差も含めたまま可視化を工夫せずに提示したために、実環境との対応がつかない場合があり、結果的に位置履歴情報を補助的な利用に留める追体験者がほとんどであった。追体験システムにおいて、測位誤差について
は見学者の測位誤差と追体験者の測位誤差の両方が存在する。見学者の行動を追う場合には、拡大率の高い詳細な三次元地図において見学者の測位誤差を考慮した可視化を検討する必要がある。また、現在位置姿勢をキーとした検索を行う場合には追体験者の測位誤差が結果に影響を与える可能性があるので、誤差を考慮した検索方法についても検討が必要
である。

３−３３

また、2 時間近い履歴の検索結果に対する操作に標準的なスライドバーを用いたため、時間操作について思い通りにできないと報告した追体験者がいた。実際、全ての追体験者において大きく時間を飛ばしながら見たいシーンを探すときにのみスライドバーを利用する様子が観察された。

2F

2F

1F

図 ３．２−１２[ISMAR] 国際会議で実施した屋内外測位デモ。上は正解軌跡、下は実演の様子。

３−３４

３．２．５．外部でのシステム性能検証実験
今年度のモバイル科学技術館学習支援システムに先立って、奈良県新公会堂（2007 年 11
月、ISMAR2007）と龍谷大(2008 年１月、電子情報通信学会 PRMU 研究会、情報処理学
会 CVIM 研究会、日本バーチャルリアリティ学会 MR 研究会の合同研究会)において、シス
テム性能検証実験を兼ねた実演展示を実施した。図３．２−１２[ISMAR]は後述するセン
サモジュールを用いたデッドレコニングシステムを装着して屋内外を歩き回った際の測位結果である。この例では、インフラを整備することなく、デッドレコニングとマップマッ
チング（移動可能範囲を用いた制約、階段の昇り降り動作と階段位置との対応付け）により屋内外測位を実現している。GPS の場合（実際、GPS も備えていた）、屋内から屋外に出て GPS 受信機が衛星からの信号を捕らえはじめてから測位結果を得るまでには待ち時間（十数秒から数十秒）が発生するが、デッドレコニングの場合はそのような問題はなくシームレスに測位結果を提供することができる。
図３．２−１３[SIG-MR]は龍谷大での実演展示の様子である。奈良県新公会堂もこの龍谷大も、実演展示の前に 3 次元地図コンテンツを作る必要があった。3 次元地図コンテンツ
は、ユーザへの位置や向きの提示のためだけではなく、マップマッチング用データを生成するための元データとしても利用される。現状では、この 3 次元地図コンテンツは一般的なモデリングツール（Google SketchUp[文献 SketchUp]）を用いて手動で事前に生成している。今後は、前述の追体験のためのモバイルツールのように、現地でのセンシング結果を用いたインタラクティブなツールを開発してモデリングの負荷を減らしていくような取り組みも有効であろう。

左：地図コンテンツ。

右：デモの様子。

図 ３．２−１３[SIG-MR] 龍谷大での屋内測位デモ。

３−３５

３．２．６．モバイル科学技術館学習支援システム実験の構成
３．２．６．１．

実験システム

昨年度同様、今年度のモバイル科学技術館学習支援システムも、測位系（図３．２−１４[測位系]）、コンテンツ管理系（図３．２−１５[コンテンツ管理系]）、および利用者端末（図３．２−１７[利用者端末]）の各サブシステムにより構成した。測位系としては、デッ
ドレコニングをベースに、RFID による位置補正及びマップマッチング（移動可能範囲を用いた制約、階段の昇り降り動作と階段位置との対応付け）を組み合わせた統合的測位手法を採用した。
デッドレコニングは、筆者らが開発した図３．２−１７[利用者端末]に示す Bluetooth 腰部センサモジュールに内蔵された加速度・ジャイロ・磁気センサ（各３軸）の出力に基づ
く歩行動作解析[文献 ISMAR2003]によって、基準位置からの相対移動ベクトルとその確からしさを推定する。昨年度は平坦路歩行のみをデッドレコニングによる解析対象としたが、今年度は、エスカレータ及び階段での階間移動もその対象とした。
また、昨年度は、装着デバイスに含まれていた組み込み処理系（日本 SGI、ViewRanger）にデッドレコニング処理を搭載していたが、今年度は、装着デバイス全体の小型・軽量化のために、デッドレコニング処理を利用者端末（SONY VAIO-U）で実行させた。これにより、装着デバイスの体積は約７分の１に小型化され、総重量（バッテリ含む）も 400g から100g に軽量化された。この小型・軽量化はシステム装着時の違和感を軽減することに寄与すると期待される。
マップマッチングは、移動可能範囲を制約として用いる処理と、階段の昇り降り動作やエスカレータの乗り降り動作と階段位置との対応付け処理からなる。前者は、デッドレコ
ニングから渡された相対移動ベクトルとその確からしさに基づいて、マップ上に移動後の位置の候補を生成する。そのうち、マップと照合して移動可能でない領域（壁や展示物など）に衝突する位置の候補を削除して、残存する位置のうち、尤もらしい位置を最終的な移動後の位置として出力する。マップマッチングの出力結果は、デッドレコニングシステ
ムへとフィードバックされ、デッドレコニングシステムの推定結果を更新する。後者の動作との対応付けについては、地図上に配置された階段やエスカレータの位置や方向の情報に基づいたイベント駆動型の補正処理の一種であるといえる。

３−３６

図 ３．２−１４[測位系] 測位系に関する概略図

図 ３．２−１５[コンテンツ管理系] ３次元地図、Flash コンテンツ、ＧＵＩなどの管理・制御についての概略図（１） インフラ
通信インフラとしては昨年度構築した Wi-Fi 網を利用することができたため、今年度は効率よく実験を実施することができた。ただし、Wi-Fi 測位については、筆者らによる挙動の解明がまだ不十分であったため用いず、純粋に無線通信網として利用した。
RFID による位置補正手法は基本的に昨年度のものを踏襲した。しかし、昨年度は、RFID

３−３７

での位置補正能力が、RFID リーダ（図３．２−１６[RFID リーダ]）の電源系統のノイズなどに起因する誤差拡大によって正常に発揮されなかったため、今年度は利用者の持つRFID タグと同様、リーダもバッテリ駆動とし、性能の安定化を図った。また、昨年度は２階から 5 階にかけて計 15 個のリーダを設置したが、今年度は 10 箇所に留め、主に階段と各フロアの境界付近及びエスカレータの降り口に配置し、階段やエスカレータの動作検出
誤りの補償に用いた。

図 ３．２−１６[RFID リーダ] 天井に設置された RFID リーダ（２） 利用者端末
本実験の被験者は、図３．２−１７[利用者端末]に示す腰部センサモジュール、アクティ
ブＲＦＩＤタグを装着し、ハンドヘルド利用者端末（SONY VAIO-U）を把持するか首にかけた状態で実験に参加する。

図 ３．２−１７[利用者端末] ハンドヘルドＰＣとセンサモジュール
３節で述べたように、昨年度は利用者端末（ディスプレイ）として、ハンドヘルドディ
スプレイとＨＭＤとの比較を実施したが、ＨＭＤ使用には年齢制限があって低年齢層は使３−３８えないこと、また、複数人が同時に楽しむにはハンドヘルドディスプレイの方が適していることなどから、今年度はハンドヘルドディスプレイのみでの実験設定となった。
３．２．６．２．

コンテンツ

科学技術館の各階の三次元地図（その地図情報に基づいて対話的に作成されるマップマ
ッチング用データ含む）、写真とテキストを含む静止画とそのテキストを読み上げる 15 秒程度の音声から成る静止画コンテンツ、その静止画コンテンツの位置を示す地図上のサム
ネイルコンテンツなどは、昨年度作成したものをほぼ再利用することができた。
今年度は新たに、5 階のオプト展示室の６つの展示の体験の仕方に関する説明用に 3 次元
ＣＧを用いたアニメーション形式のコンテンツを作成した（以下、アニメコンテンツと呼称。図３．２−１８[アニメ]及び付録 2.3.2 参照。なお、静止画コンテンツと異なり音声は含まれない）。
静止画及びアニメコンテンツによる各説明用コンテンツには、利用者が現地近くに到着しその方向を向いた場合や、これからその地点に向かうナビゲーション開始時など、いく
つかの条件に当てはまる場合に再生されるように属性が与えられている。

図 ３．２−１８[アニメ] 3 次元地図を素材にしたアニメーション説明コンテンツ

３−３９

（１） 事前調査
財団法人日本科学技術振興財団の企画広報室が 2007 年に実施した「一番面白かった展示室」に関するアンケート（１箇所のみ選択する方式）によると、オプト展示室への投票率
は他の展示室と比べて高くなく、こどもで 1.4％、おとなで 1.8％であった。一方、科学技術館の説明員の方との意見交換を実施したところ、オプト展示室の各展示自体は体験の仕方さえわかれば十分に興味深いものであり、説明員が実際に解説すれば、来館者は興味を持って各展示を体験してくれることがわかった。
実際に設置されている実展示コンテンツとハンドヘルド端末などで表現されるような仮
想展示コンテンツのそれぞれの特徴比較を表３．２−１[実展示と仮想展示]に示す。このよ
うに、実展示と仮想展示とは相補的である。この特徴を生かしながら、最終的には実展示
による体験を重視するために、説明員へのヒアリングに基づき、各展示の体験の仕方をア
ニメーション（仮想展示）で解説し、実際にどうなるかなどはアニメーションでは提示しないようなコンテンツを作成した。

表 ３．２−１[実展示と仮想展示] 実展示コンテンツと仮想展示コンテンツの特徴比較
コンテンツ

臨場感

製作・維持コスト

更新サイクル

人気の偏りの制御2

実展示

高い

高い

長い

静的

仮想展示

ＭＲ技術で向上

低い

随時

動的

（２） アニメコンテンツ
アニメコンテンツの作成にあたっては、3 次元地図ＣＧデータを素材とした。ただし、詳細な解説を実現するために、オプト展示室については昨年度より詳細なＣＧデータを追加した。また、本来であれば、3 次元地図を用いてナビと詳細説明とをシームレスに提示すべきであるが、Google Earth の視点変更の自由度が十分ではないため、SketchUp でアニメーションを生成し、Flash コンテンツ(swf)を作成した。使用時には、被験者の位置や方向などに基づく各展示用の説明の再生条件が満たされた場合に、Google Earth 上で各展示に対応する swf ファイルがポップアップ再生される。
３．２．６．３．

3 次元ＧＵＩ

ハンドヘルド端末のディスプレイの大きさの制約により、３次元地図(Google Earth)とFlash コンテンツを並べて表示することは実用的ではない。昨年度の実験では、再生すべき2

人気の偏りの制御：人気の偏りに対する制御をどのようにできるかということで、実展示はすぐに変更できないので静的、仮想展示は適宜追加修正できるので動的としている。
３−４０図 ３．２−１９[ポップアップ] Google Earth 上に Flash ポップアップを表示し、メニューや各種コンテンツを表示
Flash コンテンツが存在する場合はその再生画面が全画面を表示し（図３．２−４[GUI]右）、
それ以外の時は３次元地図を全画面表示するように制御していた（図３・２−４[GUI]左）。
ただし、3 次元地図と Flash ブラウザとのフォーカス切り替え処理が必ずしも安定しておらず、また、切り替え方式だと、再生されている Flash コンテンツがどの場所に関連しているものなのかのキュー(cue)をユーザに与えることが難しいため、今年度は、3 次元地図
中にコンテンツがポップアップして表示される方式に変更した（例：図３．２−１９[ポップアップ]）。もちろん、大きく表示すべき場合は徐々に拡大表示することによって、コンテ
ンツがリンクされている場所を把握しつつ十分な解像度でコンテンツを視聴できるよう配慮した。
3 次元地図の視点についてであるが、昨年度の後半２日間は、約 10 秒間縮尺の大きい表示をし、次の 5 秒間は少し引いた表示をすることを繰り返すようにし、角度も斜め後方から現在位置を見据えるように視点を制御した。これにより昨年度は妥当な評価が得られたが、今年度は下記の４パターンを用意し被験者による主観評価を実施した。
視点制御パターン 1) [自動追跡＋自動回転]（昨年度の制御方式に近い方法、図３．２−２０[視点 AA]）
視点制御パターン 2) [自動追跡＋方向固定]（図３．２−２１[視点 AF]）
視点制御パターン 3) [真上からの鳥観＋自動回転]（図３．２−２２[視点 FA]）
視点制御パターン 4) [真上からの鳥観＋方向固定]（図３．２−２３[視点 FF]）３−４１

図 ３．２−２０[視点 AA] [自動追跡＋自動回転]（昨年度の制御方式に近い方法）

図 ３．２−２１[視点 AF] [自動追跡＋方向固定]

３−４２図 ３．２−２２[視点 FA] [真上からの鳥観＋自動回転]

図 ３．２−２３[視点 FF] [真上からの鳥観＋方向固定]

３−４３さらに、制御パターン１、２（視点追跡モード）の場合、図３．２−２４[視点信頼度１]，
図３．２−２５[視点信頼度２]に示すように、測位系の不確かさが小さい場合は、縮尺を大きく表示し、逆に不確かさが大きい場合には、縮尺の小さな地図を表示した。これにより、測位誤差の影響により現在位置の表示がずれていても、画面内に本来の現在位置が含まれる状況が増えるとともに、システムの“自信の度合い”を暗に表現しユーザに伝えることができると考えられる。
また、昨年度の実験では、利用者が端末の操作に時間を取られたり、操作法を覚えたりしないで済むようにするため、利用者の位置や向き、時間に応じて端末が適応的に振る舞うようにシステム全体を設計した。これにより、ハンドヘルドディスプレイ利用時もＨＭ
Ｄ利用時もポインティング操作は必要なく、コンテンツのリプレイ再生希望時と、時間の決まったイベントへの誘導をキャンセルする場合のボタン操作のみが要求された。
しかしながら、行き先の決定などの操作もできた方がよいという被験者からのフィード
バックを反映させるためや、被験者自らがサポートスタッフの手を借りずに位置の修正などが行える手段を提供するために、今年度は図[ポップアップ]にも示したようなメニューの選択や、後述にあるような目的地選択や、位置と方向の修正などの操作を被験者が行えるようにした。

図 ３．２−２４[視点信頼度１] 測位系の不確かさが大きい場合、自動追跡モードでは縮尺を
小さく表示

３−４４

図 ３．２−２５[視点信頼度２] 測位系の不確かさが小さい場合、自動追跡モードでは縮尺を大きく表示（１） 初期操作
被験者がハンドヘルド端末を用いて行う最初の操作は、実験開始のボタンの押下（図３．
２−２６[スタート画面]）となる。その後、アカウント作成（図３．２−２７[アカウント画面]）、目的地設定（オプトは必須、残り２箇所を選択、図３．２−２８[目的地設定画面]）、
及び歩行個人パラメータ取得（図３．２−２９[個人パラメータ画面]）についての操作をしながら、端末に慣れていくことになる。
歩行個人パラメータを取得する際には、まず、ある決められた距離（図３．２−２９[個人パラメータ画面]の例では 10ｍ）を歩いてパラメータを計算し、もう１度同じ距離を歩いて得られたパラメータの検証を実施している。また、もし、検証の結果が悪い場合は再試行を促すメッセージが提示される。

３−４５

図 ３．２−２６[スタート画面] システムを使い始める際、ハンドヘルド端末に表示されたスター
トボタンを押下する。操作は指もしくはスタイラスによるタッチパネル操作、もしくはポインティングデバイスによる操作のいずれかで行う。

図 ３．２−２７[アカウント画面] アカウントを作成

３−４６図 ３．２−２８[目的地設定画面] 目的地を設定する。オプトは必須で、残り２箇所をリストから
選択

３−４７

図 ３．２−２９[個人パラメータ画面] 歩行個人パラメータを取得するための操作画面。

３−４８

図 ３．２−３０[位置修正画面] 実空間と 3 次元地図とを見比べながら、本来の現在位置を思われる位置にカーソルを合わせてクリックする。

図 ３．２−３１[方向修正画面] 実空間と 3 次元地図とを見比べながら、地図の上側が進行方向となるようにユーザ自身の向き、または地図の向きを調整して画面上をクリッ
クする。

３−４９

（２） 現在位置と方向の対話的修正
3 次元地図上のコンテンツが配置されていない場所をクリックすると、図３．２−１９[ポップアップ]のように現在位置と方向の対話的修正もしくは視点変更をするためのメインメ
ニューが表示される（主なメニューについては付録 2.2 参照）。位置補正のメニューを選択すると、図３．２−３０[位置修正画面]、図３．２−３１[方向修正画面]に示すように位置、方向の順で修正するモードに遷移する。その際、ユーザ（被験者）はまず、実空間と 3 次
元地図とを見比べながら、本来の現在位置と思われる位置にカーソルを合わせてクリックする。次に、地図の上側が進行方向となるようにユーザ自身の向き、または地図の向きを調整して画面上をクリックする。
（３） 最短ルート提示
科学技術館のウェブサイトには「おすすめコース」が多数掲載されており、昨年度は、そのうちの 4 コース分のデータや、時間が決められているワークショップや展示のスケジュールデータをデータベースに入力し、その各データと現在位置に基づいて計算される推薦ルートを提示していた。ただし、コースの選択は被験者ではなく実施者により行われた。
今年度は、前述の通り、オプト展示室、及び各被験者が自由に選択した２つの展示室の計
３つの展示室を巡ることになるため、それら各目的地や受付に戻る最短ルートが提示される（提示方法については図３．２−７[推薦ルート２]参照）。
３．２．７．モバイル科学技術館学習支援システム実験の実施
３．２．７．１．

実験設定と手順

本実験は、休日１日間、平日３日間の計 4 日間実施することとした（2008 年 2 月 24 日(日)〜27 日（水））。1 日につき午前と午後に２時間ずつ実験時間を設定し、同時に３組が試行できるような体制とした。被験者の安全考慮、行動履歴記録、及びシステム調整のために１組の被験者につき１人の付き添いを割り当てた。
各被験者は４階に設置された受付（図３．２−３２[受付]）で実験を開始し、前述のように、オプト展示室、及び自由に選択した２つの展示室の計３つの展示室を巡った後、再び受付に戻ってくる。実験時間としては、３０分から１時間を想定したが、特に強制はしなかった。各展示（サブゴール）に到着する度に、視点制御パターン（[自動追跡＋自動回転]、[自動追跡＋方向固定]、 [真上からの鳥観＋自動回転]、 [真上からの鳥観＋方向固定]）が自動的に切り替えられた。その際、順序効果が分散するようにランダムな切り替えがなされるよう配慮した。
各付き添いは、ビデオカメラを持ちながら被験者の後方から映像音声ログを記録した（図３．２−３３[ログ映像]は得られたログ映像の一例）。また、階段の上り下りやエスカレー
タの乗降の際の安全確保やシステムトラブル対処なども付き添いの主な役割であった。
各被験者は試行開始前に、実験に関する事前説明を受け、実験参加に関する同意書（付３−５０

録 2.1.2）と、写真や映像の公表についての承諾書（付録 2.1.3）への署名をした。説明は、付録 2.1.1 に示す説明書（本実験は説明書記載の A〜D のうちの A、Ｂに相当）を参考にしながら行われた。
表示される最短ルートについてであるが、昨年度は、科学技術館の見学行動がシステム
によって強制される印象を与えないようにするために、必ずしも従う必要はないと伝えた。
今年度は、自らが選択したコース設定であるためそのような配慮はせず、評価条件を各被験者において揃えるためになるべくコースに従うように伝えた。

図 ３．２−３２[受付] ４階受付では、科学技術館の３次元地図上に各被験者の現在位置を表
示した。

３−５１

図 ３．２−３３[ログ映像] 得られたログ映像の一例
各被験者には、試行終了後、付録 2.4.に示すアンケート用紙への記入と、数分のインタ
ビューをお願いした。アンケートの質問は以下の１２問であった。
[目的地に関する質問]
1.

どの目的地が面白かったですか？ １〜３位までの順位を記入してください。

[3 次元地図に関する質問]（視点制御パターンごとに回答）
2.

３次元地図はわかりやすかったですか？

3.

画面に表示されている自分の位置と実際の自分の位置は簡単に対応がとれましたか？
[学習支援システム、ナビシステムに関する質問]
4.

オプトのアニメーションによる説明はわかりやすかったですか？

5.

オプト以外の展示物の静止画と音声による説明はわかりやすかったですか？

6.

表示されたルートに従いましたか？

7.

目的地を、簡単にみつけられましたか？

8.

画面と展示物のどちらをよくみましたか？

9.

ナビシステムの必要性や有用性を感じましたか？

10.

ナビシステムだけでなく人間の説明員による説明やナビが必要と感じましたか？

11.

ナビシステムは邪魔でしたか？

12.

ナビシステムはまわりの人との会話の邪魔になりましたか？

３−５２

３．２．７．２．

実験告知と被験者

昨年度と異なり、今年度の実験では、事前予約者や派遣スタッフによる被験者を用意せず、当日受付のみとした。実験の告知は、科学技術館メールマガジンの配信[文献 ML 告知]、
産総研ウェブサイトでの告知[文献 Web 告知]によって行い、図３．２−３４[告知]に示すような告知内容を掲載した。受付では、図３．２−３２[受付]に示すように 52 インチ大型ディスプレイで科学技術館の３次元地図上への各被験者の現在位置表示デモを実施し、来館者に興味を持ってもらえるように配慮した。また、実験参加のモチベーションを高めるた
めに、被験者には図書カードを進呈することとした。
このように当日受付のみであったが、女性 5 名、男性 18 名の計 23 名に被験者として協力していただいた。年齢別構成は、小学生 13 名、20 歳代 5 名、30 歳代 3 名、40 歳代 1
名、50 歳代 1 名となっており、さまざまな世代からのフィードバックが得られることとなった。
なお、週末(2/24)は、積極的な広報活動をすることなく、小学校中学年（多くは保護者同伴者）を中心に 11 名を被験者として招き入れることができた。一方、平日の３日間は団体客がほとんどであったため、各団体の集合時間の制約があったり、保護者同伴ではなかったりという面で、被験者の確保に苦労した。それでも、当日受付のみで昨年度と同程度の人数で被験者実験を実施できたことは評価すべきであるが、今後は、実験の実施日についての検討もすべきであると考えられる。

図 ３．２−３４[告知] 被験者募集の告知

３−５３

３．２．７．３．

アンケート結果

アンケート結果の統計的な解析は、今後の課題として残されているが、本報告では速報的な結果についてのみ掲載する。図３．２−３５[アンケート]は、質問７を除く計１１問の質問に対するアンケート結果を示している。質問１では、３箇所の展示室の面白さの順位付けについてであり、それ以外の各質問は 7 段階評価により回答された。以下、各質問に関する考察を述べる。
質問１の結果からは、各被験者が巡った計３箇所の展示室の中でオプト展示室が最も面白かったと回答した被験者が最も多かったことがわかる。3.2.6.2.節(1)で述べた通り、事前の人気アンケートでは下位に位置していたオプト展示室が本実験では、平均よりも高い人
気を得たことになる。ただし、これが、アニメコンテンツ自体によるものなのか、アニメ
コンテンツによってオプト展示室が本来持つ魅力を引き出すことができた結果なのかの判明のためには、今後のさらなる調査を待つ必要がある。
質問 2,3 は、3 次元地図に関して、特に、視点制御パターンごとの違いについてのものであったが、[真上からの鳥観]よりも[自動追跡]の方がわかりやすく、また、[方向固定]よりも[自動回転]の方がよい評価を得られる傾向にあった。ただし、[自動追跡+自動回転]以外は
基準値 4 を超えていない。また、[自動追跡+自動回転]に関しても決してよい評価値が得られたとは言えない。この原因が、測位系の誤差にあるのか、地図の提示の仕方にあるのかなどを解明する必要がある。また、[自動追跡]と [真上からの鳥観]の比較は、3 次元地図と２次元地図の比較を意図していたが、実際には、スケールの設定もかなり異なっているため、その意味での評価は今回、困難であると思われる。
質問 4,5 は、アニメコンテンツと静止画コンテンツとの比較についてであった。音声がな
いにも関わらず、アニメーション表示による説明の方がわかりやすいという評価が得られた。
質問 6 は、ルートに従ったかどうかというものであったが、実験前になるべく従うように告げたことや説明や目的地を被験者本人が選択したことなどがあり、ルートに従ったという評価が得られた。
質問 8 からは、展示物よりも画面をよく見ていたという評価結果が得られた。これは、移動中の印象を含む可能性もあるが、もし展示室にいる場合においても同じ傾向の結果が得られる場合は、本来目指している展示物自体を主役としたような学習支援システムとは位置づけが異なってくる。そのため、今後のさらなる調査が必要となる。
質問 9 ではナビシステムの必要性や有効性を感じるかどうか、質問１０ではナビシステ
ムに加えて人間（説明員）による説明やナビが必要かどうかについて尋ねた。その結果、ナビシステムも必要・有効であるが、さらに人間による説明やナビも必要であると評価される傾向があることがわかった。
質問 11、12 では、ナビシステム自体が展示体験の邪魔になったかどうか、会話の邪魔に３−５４

なったかどうかについて尋ねた。その結果、邪魔というわけではないと評価される傾向があることがわかった。

３−５５

３−５６

図 ３．２−３５[アンケート] 質問７を除く計１１問の質問に対するアンケート結果
３．２．７．４．

インタビューと考察

アンケート同様、被験者からのコメントやインタビューの会話などの厳密な解析は今後の課題であるが、本節では、まず、被験者から得られたコメントの一部をいくつかに分類して掲載する。
全体的な印象について
•

楽しかった

•

ナビをもって歩くのが楽しかった。

•

迷子になったときなどに親を見つけやすくなると思いました。

3 次元地図やコンテンツ表示について•

緑の矢印が次のルートの行き先を教えてくれて分かりやすかった。

•

地図がとても詳しく出ていて分かりやすかった•

オプトのアニメーション説明は対象の目の前に立たなくても説明がはじまってしまったので、どの展示物についての説明なのか分かりにくかった。

•

コンテンツが密集している所があり、必要でない時にコンテンツが再生された。

•

時々鳥観で位置を確認したいことがあった。

•

目的地と現在位置が画面内に入る範囲で最大限拡大してほしい。

•

文字が小さい。矢印が小さい（特に鳥瞰図）。

•鳥観図のときに緑矢印が見えづらい。

•

視点固定のときは、進むべき方向が若干分かりづらい。

３−５７

測位、位置・方向修正について•

階段で階がずれた。

•

階段のあたりで位置が間違って表示されることが多かった。

•

電波（RFID）による補正でかえってずれた。

•

別の計測装置を併用して、時々位置補正をすると良いと思いました。

•

位置姿勢を修正する頻度を減らしてほしい。

•

方向と位置設定が正確にしにくかった。

端末（ハンドヘルドＰＣ）について•

ナビシステムが大きい、重いので展示を見るのには少し不向きだと思いました。

•

ケータイや NINTENDO DS で同じようなシステムがあればその場で出して使える
し、子供も持っているので便利だと思います。

•

NINTENDO DS＋ダウンロードサービスで何とかできないか？ディズニーワールド
で実証中のはず•

端末の（操作性）把持性に選択の検討の余地有りと感じた•

画面が小さくて見づらい。PC 端末を見るのにどうしても一生懸命になってしまい、
周りにいる人とぶつかる可能性があると感じた。

•

全身を使った体験型の展示物の体験がし辛かった。

音声について•動物園などの音声ガイダンスよりも音が小さくて聞きづらかった。

•

イヤホンをつけた方がいい(周囲がうるさかった)•（行き先やアニメ再生中など）音声でも教えて欲しい

全体的な印象として楽しかったという感想が得られている。小学生中学年程度の被験者が多く、ゲーム感覚で楽しんでもらうことができた。また、もう一度体験させて欲しいと、実験終了後に戻ってきた被験者（低学年の児童）もいた。各被験者あたりの試行時間は特に強制せず 30 分から１時間を想定していたが、（正確な解析はまだであるが）平均で 35 分
前後、最短で 10 分程度、最長で１時間半程度であり、おおむね肯定的にシステムを体験していただいたものと思われる。
3 次元地図やコンテンツ表示についてであるが、地図やルート表示がわかりやすかったとい評価が得られている。測位精度が向上したため、フロア全体を表示しなくても、自動追跡による大きな縮尺での表示が最も評価がよいという結果が得られたと考えられる。また、測位の不確かさによる縮尺制御を導入したことも効果があった可能性がある。
一方で、興味を持っていただいた高齢者(65 歳女性)が、画面の文字や現在位置を示す矢印が小さすぎて体験を断念されたなど、上記コメントを含め、GUI デザインがユニバーサ

３−５８ルではなかったことを示しており、改善の必要がある。また、測位系の誤差、コンテンツの配置密度、ユーザの体験履歴などを考慮したコンテンツの出現（再生）条件を設定でき
し、せっかくの説明コンテンツが学習支援の支障にならないようにすることも課題である。
測位、位置・方向修正については、階段付近でのネガティブなコメントが得られた。実際、階段に係る処理の実装は、実施直前に行われたものであり、処理の安定化が十分ではなかった。また、RFID やマップマッチングによる補正が十分に機能しなかった場面が少なからずあり、被験者に頻繁に位置や方向の修正を強いる場合もあった。
端末（ハンドヘルドＰＣ）については、アンケートからはあまり否定的な結果は得られていないが、インタビューでは大きく重いという意見が多く寄せられた。任天堂 DS を用いたディズニーワールドのツアーガイドサービスは、屋内測位を実現したり、詳細な 3 次元
地図を現在位置や方向に応じて提示したりするものではないため、直接比較は難しい。しかしながら、携帯電話や携帯ゲーム機、iPod Touch や PND（パーソナルナビゲーションデバイス）などで、既にある程度の測位とナビゲーションの融合サービスは提供されていることや、端末自体のコストを削減可能であることなどから、端末をＰＣベースから、携帯端末ベースに移行することを検討すべきであると考えられる。ただし、その場合、端末自体の性能が低下してしまうため、測位系やインタラクション技法などの技術的な改良がさらに必要になってくる面も発生する。いずれにしても、一般的に本実験に類するサービスが認知され始めているため、（今回を含め）一般向け実証実験によってこれまでよりも意味のあるデータが得られることが期待できる。
音声についてであるが、アニメコンテンツや行き先の提示などの際にも音声ガイドがあった方がよいという意見が得られた。また、周囲の音に対して、端末のスピーカーから出力される音が小さかったため聞き取りづらい場面が多く見られた。イヤホンをつけた被験者とつけなかった被験者がいたが、イヤホンがあった方が聞き取りやすさの面では望ましいようである。ただし、ハンドヘルド端末はグループでの利用が可能という利点があるた
め、音声の聞き取りやすさとの両立は課題である。

３−５９

３．２．７．５．

測位精度評価

被験者１名について、測位精度を評価したので報告する。これにより被験者全員分の測位精度評価の方法がある程度確立できたため、今後、統計的な評価を進める予定である。
そもそも、測位精度評価を実現するには、グランドトゥルースデータが必要となるが、本来そのようなデータを容易に入手できない環境での実験を実施している。そのため、グ
ランドトゥルースデータ3自体も技術課題となる。本実験では、追体験ツールを流用して、サポートスタッフが撮影した映像再生とそれに対応した測位データに基づいた 3 次元地図
表示とを同期させるグランドトゥルースデータ入力ツールを作成した（図３．２−３６[グランドトゥルースデータ入力]）。

図 ３．２−３６[グランドトゥルースデータ入力] グランドトゥルースデータ入力ツールのうち、
Google Earth 以外の部分のデザイン。

3

グランドトゥルースデータ：被験者の位置を直接計測していないので、ここではビデオを人手で解析して得られた正解データ（手作業による誤差を含む）を指す。
３−６０図 ３．２−３７[軌跡] 測位結果により得られた軌跡を緑色、グランドトゥルースデータ入力ツー
ルで入力した基準となる軌跡を赤色で表示。

３−６１

図 ３．２−３８[測位誤差グラフ] 測位結果により得られた軌跡とグランドトゥルースデータ入力
ツールで入力した基準となる軌跡とを比較して得られた測位誤差。
その入力ツールにより得られた基準となる軌跡と、被験者が装着した測位系サブシステ
ムにより得られた軌跡を図３．２−３７[軌跡]に示す。また、それら両軌跡を用いて得られた各地点での得られた測位誤差を図３．２−３８[測位誤差グラフ]に示す。この被験者の場
合の平均誤差は 3.7m であり、通常の GPS や屋内 Wi-Fi 測位よりも多少よい程度であった。
ただし、この被験者は、約 16 分の間に３回位置修正を試みていた（そのうち１回は間違った位置に修正していた）。
軌跡及び誤差グラフから、展示室から展示室への移動については比較的安定して測位が実現されていたことがわかった。一方で、各展示室内では、そのレイアウトの複雑さに、現状のマップマッチングアルゴリズムが対応し切れておらず、誤差を増大させていることもわかった。また、レイアウトが複雑な場合、デッドレコニングで用いている歩行モデルに当てはまらない歩き方をしている可能性も考えられるため、それらの点について、今後の検討が必要である。なお、方向については、ジャイロと地磁気を併用したアルゴリズムの改良により、あまり大きくずれることはなかったと考えているが、定量評価は今後の課
題である。

３−６２

３．２．８．おわりに本報告では、主に、昨年度の実験結果と比較しながら、今年度のモバイル科学技術館学
習支援システム実験とその結果について述べた。また、被験者行動履歴を用いた追体験のためのモバイルツールについても概説した。今年度は科学技術館での２年目の実験である
ことや、外部での実装実験を繰り返してきたことなどもあり、昨年度と比較しシステムが安定していた。そのため、評価データに様々な意味でのノイズが含まれることが減っており、今後の厳密なデータ解析から有益な結果が導き出されることが期待される。
学習支援の面では、アニメコンテンツにより、実展示が本来持つ魅力を引き出せた可能性があり、今後この点についてはより深く検討していく必要がある。また、作りこまれたコンテンツに加えて、人間による説明の必要性もアンケートなどからわかっている。これ
らの点をサービス工学の面から捉えると、実展示・仮想展示・人のカップリングによる QOE(Quality of Experience)の向上という研究課題への取り組みが今後重要になるのではないかと考えられる。
例えば、各説明員には豊富な解説ノウハウが蓄積されており、そのノウハウを投入すれば各展示がより魅力的になることは明らかである。しかしながら、表[実展示と仮想展示]にも示した通り、実展示更新のサイクルはコストなどの面で早めることは困難である。そのため、本実験のように仮想展示コンテンツによるある種の補償は非常に有効であるといえ、その次の課題はいかに仮想展示コンテンツを効率よく増やしていくかという点になる。
説明員などプロシューマ向け解説コンテンツ生成ツールを提供できれば、そのような課題を解決できる可能性がある。技術的には追体験ツールとそのようなコンテンツ生成ツール
は共通点が多いため、早期の開発を検討したい。
また、やはり、最も優れた解説コンテンツは人間による解説であるとも言える。その場合、コンテンツ作成同様、問題となるのは人手不足やコストなどである。もしも、来館者と遠隔説明員（他フロア、他展示施設、在宅の説明員）との適応的マッチメイキングが可能となり、遠隔コミュニケーションを円滑にするインタフェース技術が実現されれば、これらの問題を軽減できるのではないかと考えられる。

３−６３

参考文献
[文献 ICCAS]

Takashi Okuma, Masakatsu Kourogi, Nobuchika Sakata, Takeshi Kurata: "A Pilot

User Study on 3-D Museum Guide with Route Recommendation Using a Sustainable Positioning
System", In Proc. International Conference on Control, Automation and Systems 2007 (ICCAS2007) in Seoul, KOREA, pp.749-753 (2007)[文献 PlaceEngine] PlaceEngine, http://www.placeengine.com/[文献エアロスカウト] 日本エアロスカウト社, http://aeroscout.co.jp/[文献 SICE] 蔵田武志, 酒田信親, 葛岡英明, 興梠正克, 大隈隆史, 西村拓一, 遠隔協調作業のためのウェアラブル・タンジブルインタフェース, SICE 第 69 回パターン計測部会研究会,
pp.11-18 (2006)[文献 ISWC2001][文献 ISMAR2003] M. Kourogi and T. Kurata, “Personal positioning based on walking locomotion
analysis with self-cotained sensors and a wearable camera,” in Proc. ISMAR2003, pp. 103‒112,
2003.
[文献 ICAT2006] Masakatsu Kourogi, Nobuchika Sakata, Takashi Okuma, and Takeshi Kurata:"Indoor/Outdoor Pedestrian Navigation with an Embedded GPS/RFID/Self-contained Sensor
System", In Proc. 16th International Conference on Artificial Reality and Telexistence (ICAT2006),
pp.1310-1321 (2006)[文献 DRM] ハネウェル社 DRM, http://www.magneticsensors.com/products.html#DRM[文献トキメック] 開発が進む マルチ出力マイクロ慣性センサ「MESAG」,
http://www.tokimec.co.jp/sensor/mesag/index.html[文献 SketchUp] Google SketchUp, http://sketchup.google.com/intl/ja/[文献 ML 告知] 科学技術館メールマガジン, https://www3.jsf.or.jp/mailmaga/menu.asp[文献 Web 告知] 産総研ウェブサイトでの実験告知,
http://unit.aist.go.jp/itri/itri-rwig/ci/ari/jsf2008.html
http://www.aist.go.jp/aist_j/event/ev2008/ev20080224/ev20080224.html

３−６４

４．今後の展開
本年度は「ウェアラブル機器を利用した科学館学習支援システムに関する研究開発」の一環として「記銘支援試作システムによる評価実験」および「モバイル科学技術館学習支
援システム実験」を行った。また委員会において様々な検討がなされた。その結果を踏まえた今後の展開を以下に示す。
「記銘支援試作システムによる評価実験」では学習の基本となる記憶支援について評価
実験を行なった。展示物に接した事を思い出せなければ、その後その展示物について思考することもできない事になり、学習の出発点として記憶し思い出す事は重要なきっかけを与えていると考えられる。この評価実験による記銘支援は内容の理解の前提ともいえる「何を見たかを思い出せる」仕組みを提供することにある。何回も科学館に訪れることができる環境であれば繰り返し学習の効果が得られるとが考えられるが、何回も訪れることが出来なければ、例えば一回限りの見学（学習）となり、認知科学で言う「エピソード記憶」に類する記憶支援が学習支援として必要になると思われる。
今回の実験で提案した SROM（空間型電子記憶術）は、ウェアラブル機器などにより、学習対象である展示物が存在している「その場」において、従来の記憶術の特徴を利用しつつ、適切な注意・認知処理を誘導することで対象展示物の記銘を促進するシステムである。記憶支援を科学館学習支援システムの機能として取り入れ、展示物解説や学習意欲支援などの他の機能と連携を図ることで、来館者の学習をサポートできると考えられ、自宅に戻った後でも記憶が残ることで興味が持続し事後学習（来館後の学習）が期待できる。
インターネットを活用した事後学習支援の機能を科学館学習支援システムのオプション
として追加することで学習支援を補強することになり、事後学習だけでなく事前学習についても検討し調査研究していきたい。
一方、「モバイル科学技術館学習支援システム実験」では前年度に引き続きナビゲーションを利用して科学技術館の中を見学していただいた。測位系の精度が向上したことで自身の現在位置（向き）を含めて地図やルート表示は分かり易かったという評価を得ている。
しかし、許容できる誤差が無くなった訳ではなく階段付近では手動による誤差修正を行なう事がしばしばあった。実用化に当たってはシステムを改善しこの課題をクリアにする必要がある。
学習支援としてのコンテンツについては概ね好評であったが、高齢者の方にとっては文字や音声が小さくて実験そのものを体験していただけなかったケースがあり、実用化に当たってはシステムのユニバーサルデザインを検討する必要があることが認識できた。今回の実験では被験者に対して（同じ場所に行けば）同じコンテンツが再生されているが、言語や解説の深さなど多様性を持たせることでパーソナライズ化を図ることは必然と思える。

４−１

またアンケート結果から実展示・仮想展示・人(説明員)による QOE（Quality of Experience)の向上が求められており、新たな研究課題として今後重要になると思われる。実際、各説
明員には豊富な解説ノウハウが蓄積されており、そのノウハウを投入すれば各展示がより魅力的になることは明らかである。しかしながら、実展示更新のサイクルはコストなどの面で早めることは困難である。そのため、ICT を利用した操作説明を含む仮想展示コンテ
ンツによるある種の補償は非常に有効であるといえ、その次の課題はいかに仮想展示コン
テンツを効率よく増やしていくかという点になると思われ、コンテンツの充実も実用化の上で必要な項目となる。
上記課題を踏まえ実用化に向けて更なる研究開発を行なっていきたい。

ウェアラブルの１スタイル
今回、HMD の実験を採用しなかったのは昨年度の実験で有効性が示されていたことと、
年齢制限のため 15 歳以下の子供の使用が許可されていないため、ハンドヘルド型 PC を使用したが、アンケートでは大きく重いという意見が多く寄せられた。ハンドヘルド型 PC でも手に持たずに身に付ける事が出来る方法として季里委員から「VR 機器収納ベスト案」（図４−１）を提案していただいた。

図４−1 VR 機器収納ベスト案

４−２

VR 機器収納ベストはハンズフリー、フリーサイズ、未来的デザインをコンセプトとし、ハンズフリーにするためウエットスーツ素材のベストを採用している。特徴としては・肩及び背中はマジックテープで着脱式にし、フリーサイズ対応とした。
・左のポケットに小型バッテリ（予備）を収納可能とした。
・胸には PC を収納する画板があり、ファスナーで PC 画面の開け閉めを行い、画板の開き具合（角度）を調節するようにした。
（胸の画板を閉じるときには、PC のバッテリを節約しかつ必要以上に熱が帯びないよ
うにする意味で、PC の電源が切れる仕組みを入れる。）
・PC からの熱を体に伝えないよう保冷剤あるいは断熱材を入れる。
・ベストの前面にカメラを収納できる場所を設ける。
等が挙げられるが、実際に夏の期間や、長時間使用時でも快適かどうか、安全かどうか、
カッコイイかどうか検証する必要がある。
学習支援とは別にウェアラブル機器のデザインに視点を移した「ファンタジー型ウェア
ラブル機器」案（図４−２）も提案していただいた。肩の上にペットのように留まっている鳥の形をした機器（ロボット）を通じて情報を提供しており、キャラクターを考えることで親しみやすい学習支援システムになるものと思われる。

図

４−２ファンタジー型ウェアラブル機器案

４−３

付録１．ポータブル記憶支援システム
付録１．１．掲示資料

図

付録１−１

会場掲示

付録１．２．実験状況

図

付録１−２

図

撮影する被験者（右）と実験者

付録１−３

回答する被験者

付録１−１

付録１．３．被験者への説明資料１

付録１−２

付録１．４．被験者への説明資料２

付録１−３

付録２．モバイル科学技術館学習支援システム実験
付録２．１．被験者への説明と同意に関する書類
付録２．１．１．人間工学実験計画書

付録２−１

付録２−２

付録２−３

付録２−４

付録２−５

付録２−６

付録２−７

付録２−８

付録２−９

付録２−１０

付録２−１１

付録２．１．２．同意書

付録２−１２

付録２．１．３．写真及びビデオ公表についての承諾書

付録２−１３

付録２．２．GUI パーツ
付録２．２．１．スタート画面

付録２．２．２．メインメニュー

付録２．２．３．視点変更メニュー

付録２−１４

付録２．２．４．現在位置方向修正メニュー

付録２．２．５．階選択メニュー

付録２−１５

付録２．３．Flash 説明コンテンツ
付録２．３．１．各展示室及び展示物の静止画と音声による説明（静止画コンテンツ）

付録２−１６

付録２−１７

付録２．３．２．オプト展示室の各展示のアニメーションによる説明（アニメコンテンツ。
下記に図[アニメ]以外を掲載する。静止画コンテンツと異なり音声はない。）

付録２−１８

付録２−１９

付録２−２０付録２−２１

付録２−２２

付録２．４．アンケート

付録２−２３

付録２−２４

付録２−２５ウェアラブル機器を利用した科学館学習支援
システムに関する研究開発報告書
平成２０年３月
発行

東京都千代田区北の丸公園２番１号
財団法人
電話

日本科学技術振興財団

０３（３２１２）８４８４