情報処理学会 インタラクション 2012IPSJ Interaction 20122012-Interaction
2012/3/17

TubTouch : 湯水の影響や自由形状への適用を考慮した浴槽タッチ UI 環境榊原吉伸†平井重行††

本研究では, 浴槽縁へ静電容量方式のタッチセンサを組み込むことで湯水がある状況でも指先でのタッチ・スライド・近接の操作が可能なシステム TubTouch を実装した. 元々, 静電容量センサは液体にも反応するものだが,TubTouch は人の手指と水を区別できる. また, 曲面を含む様々な形状の箇所に適用可能である点や日常的な掃除などにも支障がない形で導入可などの特徴もある. 本論文では,タッチセンサ機能の特徴と共に浴槽を中心とした浴室内のインタラクションについて考察し, 実装システムやアプリケーション例について述べる.

TubTouch : Bathtub touch user-interface towardcurved surfaces and unaﬀected by water
Yoshinobu Sakakibara† and Shigeyuki Hirai††This paper describes the bathtub surface computing system ”TubTouch” which changes abathtub with water to an interactive controller. This system handles touching, sliding andproximity of human body such as hands and fingers by capacitive touch sensors. Basically,a capacitive sensor detects conductive objects including human bodies and water. TubTouchcan, however, make distinguish between them by responses of sensors. In addition, this system is not obstacles of daily cleaning by installing inside of existing bathtub, and can adapt
to various places including curved surfaces. In this paper, we discuss an interaction design ina bathroom, describe an implementation of TubTouch and its applications.とする．ただ，湯水や汚れの存在を考慮すると，掃除

1. は じ め にの観点から浴槽表面にセンサやディスプレイ機能を加最近の一般住宅の浴室はテレビや浴室暖房乾燥機な工・導入することは実用的ではない．我々はそれらをど，様々な機器の取り付けが可能で，給湯器のリモコ考慮したうえで浴槽へ適用するシステム TubTouch をン以外にそれらのリモコンが増え．リビングでの複数提案する．ここでは浴槽裏側へ組み込む形で静電容量リモコン問題と同様のことが起こると考えられる．ま方式タッチセンサを導入し，天井取付のプロジェクタた壁への据え付け型であるため，デザイン的観点で到から浴槽へ画面投影し，インタラクティブな環境を構

底スマートとは言えない環境になりつつあると言える．

築する．そのような研究は数多くあるが，浴室のよう本研究ではこの浴室リモコンの問題を解決することな電子機器の利用が過酷と言える環境で動作するシスが目的の一つであり，様々な機器や機能を統合的に扱テムを実現している点が大きな特徴である．また，浴い，スマートな機器操作ができる環境を実現すること

槽表面は加工しないため掃除などの支障はなく，センが望ましいと考えている．そのためのアプローチとしサの適用箇所も曲面を含む様々な形状の箇所に適用でて，システムバスのパーツとして導入される浴槽にセきるという利点もある．

ンサ機能やディスプレイ機能を持たせ，直感的な入力

本論文では, これらの特徴を持つ TubTouch のシ ス

や機器の操作メニュー表示を行うことを解決策の一つ

テム構成やタッチセンサの基本特性と操作機能を 説明し, 実装システムとアプリケーション例につい て紹介する. そして, それらにより浴室に限らない 様々な† 京都産業大学大学院 先端情報学研究科
Graduate School of Frontier Informatics , Kyoto Sangyo
University†† 京都産業大学 コンピュータ理工学部
Kyoto Sangyo University箇所への静電容量タッチセンサの適用や応用 の可能性について示す.

983

横壁（エプロン）は容易に取り外し可能

2. TubTouch のシステムデザイン
2.1 基本コンセプト
様々な機器を統合的に操作でき，柔軟なユーザインタフェースを持つ仕組みを実現することが TubTouchの基本コンセプトでもある．そのためのアプローチと

図 2 システムバスと浴槽横壁（エプロン）して，浴槽内部に静電容量方式のタッチセンサを組み込み，入浴者が浴槽に触れることで様々な操作ができる入力インタフェースを構成する．また，操作に関す列化したものを用いる．

る情報提示には，天井設置プロジェクタを用いて浴槽2.2.3 プロジェクタ利用の考慮点表面に投影する．図 1 に TubTouch のシステムイメー

システムバスには天井裏に浴室暖房乾燥機などの機ジを示す．以下では，システムを構成するハードウェ器のユニットが設置できるスペースがあり，天井にアアの考慮点および，浴槽を中心とした浴室インタラク

クセスハッチも付いている．そのため天井取付は比較

ティブシステムとしての考慮点について述べる．

的容易である．将来的にはピコプロジェクタがより小型・高機能・高出力化し，天井裏にプロジェクタを設プロジェクタ

利用イメージ

置せずともマッチ箱以下のサイズのプロジェクタを天天井井へ貼り付けるだけで情報投影環境が構築できると考操作画面の投影えている．

2.3 浴槽を対象としたインタラクションデザイン
前節までの内容を元にした浴室内のインタラクティ
内蔵された静電容量方式タッチセンサ

ブシステムを構成するが，本節ではユーザ（入浴者）浴槽が浴槽縁に触れて操作するインタラクションデザイン

図 1 TubTouch の基本システムイメージについて考察する．

2.3.1 ユーザ位置・操作範囲とセンサ端子サイズ
2.2 ハードウェア構成について次章で示すタッチセンサの特性から，比較的サイズ2.2.1 システムバスの構造とタッチセンサの導入の小さいセンサ端子はタッチ検出する範囲が小さく，日本の一般住宅で普及している規格化されたユニッ配置間隔を考慮することで指先での操作にも適用でき

ト型システムバスは、壁や床，浴槽，天井などがパーる．一方で，サイズが大きな端子はタッチ検出できるツで構成され，組み立てや取り外しがし易い．浴槽の範囲が大きいため，指先の動きより手のひらや複数本横壁（エプロン）も取り外し可能で，浴槽裏側にも容の指の腹を用いた比較的大きめな動きを捉えることに易にアクセス可能である．TubTouch はこれを利用し向いている．このことを元に，ユーザの位置や操作範て，既存浴室でもタッチセンサの端子や計測回路の設囲と，センサ端子のサイズと配置について考察する．

置を行うため，実用化の際のメンテナンス性について浴室内ではユーザは浴槽内に座っているか，洗い場も考慮している．なお，浴槽形状については，図 2 ので座るか立つかである（図 3）．洗い場では，ユーザような流線型で上面も曲面で構成されているものがは浴槽縁を広範囲に触れることが可能で，手のひらなある．多くのタッチセンサは平面状だが，次節で説明どを使うことが想定される．他方，浴槽内で座った状するタッチセンサの方式と端子を用いることで曲面で態では腕を伸ばしても届く範囲は限定され，浴槽縁上あっても導入は可能である．に手や肘を置いて指先で細かな操作をすることが多く2.2.2 タッチセンサ方式の考慮点なると考えられる．そのため浴槽縁の左右端（図 3 の数あるタッチセンサ方式の中で静電容量方式は壁や赤い枠）のほうはあまり細かい操作には利用されにく

テーブルなどの面の裏側にセンサ端子を取り付けて構

く，浴槽縁の中心あたり（図 3 の青い枠付近）は細か成可能なほか，曲面などにも適用できる利点がある．

い操作に利用されやすい箇所と言える．タッチセンサ

ただ，静電容量のセンサなので人体以外の誘電体（湯の端子数をかなり多めに設置可能な場合には，浴槽縁水）にも反応するという欠点があるが，その影響につ全体に小型の端子を配置してどのようなタッチ操作入いては以前の研究で既に確認済みである1) ．なお，タッ力にも対応できる．端子数が限られている場合には，チセンサは銅板電極によるタッチスイッチを複数で並小さめの端子を中央あたりに配置し，浴槽縁の左右端984

には比較的大きめの端子を配置することが有効と考え

電容量方式タッチセンサとして，16ch 版タッチスイッられる．

チ用センサ IC（オムロン社 B6TS-16LF）を使用した．浴槽エプロンを外した箇所にセンサ IC を納めた回路ケースを，浴槽縁上面の裏側となる箇所にセンサ端子を取り付け，端子と回路ケースの間をリード線で接続している（図 5 参照）．

図 3 浴槽縁の主な操作箇所

2.3.2 操作位置・内容の情報投影
次に，プロジェクタで情報投影する内容に関して考図 5 浴槽横にセンサ回路と端子を設置した様子察する．ユーザが洗い場にいる際には，手のひら操作で浴槽縁を広範囲に操作可能であり情報投影も広範囲に行う．ユーザも広範囲に視認できることから図 4 の

3.1 センサ端子ようなアイコンでも，比較的大きめのサイズで投影しセンサ端子は銅板を利用しており任意のサイズで作て支障がない．ただ，浴槽縁上面は細長い領域であり，成することが出来る．今回，研究で使用した浴槽の縁提示内容は一次元的な配置が基本となる．また，浴槽は流線型であり，その縁の幅は場所によって異なるが縁の狭さのため，機器操作のメニュー項目提示には，およそ 50mm 程度である．端子サイズはこの浴槽裏

メニュー遷移の表現方法や選択項目の状態表示にも工側の設置可能幅を基に決定する．端子の面積によって夫が必要となる．様々な浴室内機器の統合的な操作を計測特性が異なるため，端子は大型のもの（50mm 四行うには，各機器の操作メニュー項目を切り替え表示方）と小型のもの（20mm 四方以下）を用意する（図する必要も出てくるため，アニメーションなど表現方

6 参照）．大型端子は手のひらや複数指の腹での操作法についてよく検討する必要がある．また，投影内容に利用することを想定している．小型端子は指先によが手指の上にかかり視認しにくくなることがあるため，る細かな操作を想定しており，操作目的や位置に応じ手や腕に被らない位置へ情報提示することも考える．

た空間分解能の向上を図ることを目的としている．こ例えば，指先から少し位置をずらした箇所や，図 4 のこでは，大型端子と小型端子それぞれ単体での近接操ように浴槽の内側の壁に投影するなどの工夫が考えら作とタッチ操作の検証を行う．また，端子を複数並べ，れる．

その並べ方と端子サイズの違いを含めてスライド操作に関する特性の確認を行う．なお，センサ IC に接続するセンサ端子はそれぞれ独立して計測がされることから，近接，タッチ，スライド操作それぞれ複数同時入力（マルチタッチ入力）が可能である．

図 4 浴槽壁面への情報投影

3. 浴槽埋め込みタッチセンサの基本特性
図6

センサ端子

本章では，TubTouch の操作手法である，近接操作（端子と手指の近接具合），タッチ操作（On/Oﬀ のタッチスイッチ），スライド操作（複数端子の連続的な値3.2 端子サイズによる特性の違いの変化を利用したスライド入力）の 3 つの操作に対す

近接操作

る基本特性と可用性について確認する．ここでは，静センサ端子と手指間の距離による計測値の影響につ985

いて，15mm × 15mm の端子を用いて銅板の面に対タッチ操作

し垂直方向・水平方向でそれぞれ 5mm 刻みの距離でセンサ端子の出力値の絶対値や変化量は各端子の計測した．垂直方向の計測では，比誘電率が低く計測

リード線の長さや周囲の状況，水の有無や温度などに値への影響が少ないウレタン片を重ねて，端子-手指依存する．そこで，単純に端子毎にキャリブレーショ間の一定距離を保ちつつ計測した．垂直，水平それぞンを行ってセンサ出力値に閾値を儲け，On/Oﬀ 判定れの結果を図 7 と図 8 に示す．

を行ってタッチ操作の検出に利用する．この場合，センサ上面に水がある場合でもキャリブレーションを適切に行えば，センサ端子の大小に関わらずタッチの検出が可能であることは確認できている1) ．
スライド操作列に並べた複数個のセンサ端子に対し，隣接する端子の出力値の変化量を連続的に計測することでスライド操作の処理を実現する．そこで，センサ端子を一列に並べて手指でスライド操作した際のセンサ出力値の計測を行った結果，大小どちらのセンサ端子でもスライド操作処理が可能であることを確認した1) ．

図7

スライド方向と平行な辺の端子長さについては，短近接距離とセンサ出力値の関係（垂直方向）いほうが複数端子のデータを扱えることになり，スライド入力の分解能向上が図れる．また，スライド軸を複数列設置することや，浴槽縁の幅が狭く限られていることを考慮すると，端子サイズは小さいめのほうが好ましいと言える．そこで，小型端子で異なるサイズにおいて計測値の関係性を調べた．その結果を図 9 に示す．

図8

近接距離とセンサ出力値の関係（水平方向）

これらから，静電容量の変化量は端子サイズ（表面

図 9 端子面積とタッチ・非タッチの比較積）で違うことが確認できた．小型端子では垂直方向15mm 程度，水平方向 25mm 程度までの近接量しか計

この図では，銅板の表面積に依存してタッチと非タッ測できず，誤差も比較的大きいため操作手法に含める

チの静電容量の変化量が増加していることが確認できことは少々難しい．一方，大型端子は垂直方向 35mm，る．次に，隣接する銅板同士の影響を調べるため，10水平方向 50mm 程度まで比較的精度良く計測が可能

× 20mm 銅板を 10mm 間隔で 8 つを図 10 のようなで，近接操作に利用できることが確認できた．

2 次元の配置に並べ，端子 C をタッチした時の隣接す垂直方向の近接量は連続的な値の入力に適用可能

る端子の計測値を調べた．その結果を図 11 に示す．

だが，手が宙に浮いた状態での操作であり，微調節や端子 C の長辺（20mm）に隣接する B と D は多少特定の値で留めることが難しい．しかし，操作アイコの影響を受けているが，端子 C の短辺（10mm）に隣ンへのフォーカスや近接による操作パネルのアニメー接する G はほとんど影響を受けていない．これにより，ション処理などへ適用は可能と考える．また，水平方同じ距離で隣接する銅板でも隣接辺の長さで影響の違向の近接距離はセンサ端子同士の設置間隔を決める参いがあることを確認した．静電容量の変化が比較的見考にすることができる．また，後述するスライダ操作込める 10x20mm サイズの銅板端子であれば，列の違の処理でも利用できる．

う端子へ与える影響が少ないことから，今回実装する

986

ABCも行う．これらの処理は Processing で実装している．

D

4.2 TubTouch による機器操作システム
2 章と 3 章の内容をベースにセンサ端子を配置し，調光照明と音楽プレーヤのアプリケーション機能を実E

図 10

図 11

FGF装した．そのシステム構成図を図 13 に，その浴槽縁小型端子の 2 次元配置へ操作画面が投影された様子を図 14 に示す．

図 13

TubTouch による複数機器操作システムの構成

図 14

TubTouch によるユーザインタフェース構成例

配置された小型端子同士の隣接影響

浴槽縁の幅の中では 10mm 間隔で二列に並べればスライダ機能が実装できることを確認した．このことを踏まえ，次章で述べるシステムの実装では 10x20mm の端子を 10mm 間隔で 4 つずつ 2 列に並べ，長さ 70mmのスライダ領域を構成する．

4. TubTouch の実装とアプリケーション例
4.1 実装システムの構成
今回は 16ch のタッチセンサ IC を 1 つ利用する形
で TubTouch を実装した．2 章のインタラクションデ

左右両端のアイコンには 2 つの機能の切り替え操作

ザインの考察および 3 章のタッチセンサの基本特性をを割り当ててあり，近接操作で機能選択が行える．機踏まえ，センサ端子の取り付けは図 12 のような配置

能選択の際には，各機能の操作アイコンが浴槽縁上でとした（回路および端子の取り付けについては図 5 を引き出されるアニメーション描画を行う．残りの 3 つ参照）．これは，浴槽内に座って浴槽縁に手を伸ばしのアイコンは各機能時にそれぞれ特定操作が割り当てたときに自然に指先が来る位置に，指先でのスライダられ，これらはタッチ操作を行う．調光照明機能では対応可能な小型センサ端子列がある構成と鳴っている．

2 つの照明を調光できる．各アイコンは，消灯・点灯・そして，その左右に 4 つずつ大きめの端子を設置して調光の選択で，調光は中央の二列のスライダを指先スあり，手のひらでの様々な操作に使用可能である．

ライド操作でそれぞれ独立して制御可能である．音楽再生機能では再生・停止・一時停止の操作をアイコンに割り当ててある．中央付近の小さなセンサ端子で，図 12

再生曲の変更操作が可能である．浴槽側面には再生トセンサ端子の配置図（浴槽縁上面）

ラック名が表示され，手指の操作にかぶらない情報提示を行っている．
このシステムでは，計測した各タッチセンサの情報

なお，この実装システムの操作は TubTouch を利用を情報提示用 PC で受け取り，浴槽へ投影する操作情した際の一例を示したものであり，各操作手法への機報の視覚フィードバックに用いる．なお，この情報提能の割り当てや情報提示は機器の種類や数，機能の多示用 PC ではセンサ IC との通信や計測データのキャさなどに応じてデザインし直す必要があると言える．

リブレーションを行い，そのデータを基に各センサ端ただ，実際に複数機器を切り替えて操作できているこ子の近接操作，タッチ操作，スライド操作の検出処理とから，より様々な機器を含めた統合的な操作環境が987

TubTouch で実現できることは示した．さらに，曲面あると考えている．

へのセンサ適用や狭い範囲での 3 種の操作機能も実現

今後は，高度な UI 処理や様々な機器の統合操作でしており，システムバスの浴槽を用いていることから，発展させる予定であるまた，水場や汚れという同じ条より様々な浴室環境（浴槽）への適用可能性も示した．

件を持つキッチンやトイレ，洗面台にも同様の機能を

2)

なお，TubTouch の機能の一部は Bathcratchなど

適用してスマート環境をより多くの箇所で構築するこでも使われている．とも試みたい．さらに，住宅に限らず，水や汚れが課題となるような過酷な環境，例えばレストランの厨房

5. 関 連 研 究やモーターボートの操縦席，水産加工会社の工場など

静電容量方式タッチセンサでマルチタッチ入力可能

で先進的なユーザインタフェースの適用と実用化するなシステムの研究としては，暦本による SmartSkin6)5)や福地らによる研究ことにも取り組んでいきたい．

が挙げられる．これらはテーブ参 考

ルやパッドサイズのセンサ平面を構成しており，マルチタッチ入力以外に近接入力や，腕や手指での形状入
3)4)

力も行える．適用箇所は全く違うものの，操作情報をプロジェクタで投影する点などを含めこれらの研究の構成は本研究に近いと言える．また，静電容量方式を利用し，かつプロジェクタで画面投影している研究としては，Westerman らによるシステム7) や，Di-amondTouch8) が挙げられる．DiamondTouch は単なる静電容量方式ではなく，タッチする人を区別することができ，複数人での操作環境を実現している．本
研究に関しては，親子でお風呂に入る場合などに浴槽を複数人数で触れる可能性があることから，複数人対応という点で DiamondTouch は参考にすべき研究と言える．一方で，曲面でのタッチ操作環境に関する研究としては，Benko らの，Sphere9) や，ドーム状のディスプレイ10) が挙げられる．これらの画面もプロジェクタを利用するものだが，タッチ検出には赤外光を利用する方式という点で，本研究とは違うアプローチと言える．

6. お わ り に
本論文では，様々な浴室用機器に対し，浴槽を用いて統合的で直感的に扱える UI システム TubTouch を提案し，実装システムやアプリケーション例について述べた．曲面を含む様々な形状の浴槽に適用でき，かつ湯水の影響を考慮して操作環境を実現している点に特徴がある．また，後付け設置できる点，浴槽表面には何も加工しないため掃除の際に浴槽に洗剤をかけたりスポンジでゴシゴシこするなどしても問題がない点など，実用性の高さも大きな特徴と言える．本論文ではまた，TubTouch を実装したシステムで複数機器の統合的な操作ができることを示した．身の周りの環境をユーザインタフェースとして活用し，新たな生活の楽しみ方や新たな応用方法を開拓するという観点では，このような研究はスマートさを追求する以上の価値が988

文献1) 林宏憲, 榊原吉伸, 早川聖朋, 平井重行. タッチ
センサ内蔵浴槽による浴室のインタラクションデ
ザインとその応用. ヒューマンインタフェース学会研究報告集 Vol.12, No.1, 2010.
2) 平井重行, 榊原吉伸, 早川聖朋. Bathcratch: 浴槽をこすることで DJ スクラッチ演奏を楽しむシステム. エンタテインメントコンピューティング
2011 論文集, pp 95-100, 2011.
3) 福地健太郎, 暦本純一. SmartSkin を用いた多点入力システムの実装. 情報処理学会論文誌 Vol.46
No.7. pp.1682-1692, 2005.
4) 福地健太郎, 暦本純一. 多点入力 GUI による複数オブジェクトの並行操作の評価情報処理学会論
文誌 Vol.49 No.7. pp.2500-2508, 2008.
5) Kentaro Fukuchi and Jun Rekimoto. Interaction Techniques for SmartSkin. In Proc. ofUIST2002, 2002.
6) Jun Rekimoto. SmartSkin: An Infrastructure
for Freehand Manipulation on Interactive Surfaces, In Proceedings of the SIGCHI conference on Human factors in computing systems,
pp.113–120, 2002.
7) Westerman, W. Hand Tracking, Finger Identiﬁcation and Chordic Manipulation on a MultiTouch Surface. PhD Thesis, University ofDelaware, 1999.
8) Dietz, Paul and Leigh, Darren. DiamondTouch: a multi-user touch technology.
InProceedings of the 14th annual ACM symposium on User interface software and technology, pp.219–226, 2001.
9) Hrvoje Benko, Andrew D. Wilson, and Ravin
Balakrishnan. Sphere: multi-touch interactions
on a spherical display. In Proc. of UIST2008,
pp.77–86, 2008.
10) Hrvoje Benko, and Andrew D. Wilson. Multipoint interactions with immersive omnidirectional visualizations in a dome In Proceedingsof ACM International Conference on Interactive Tabletops and Surfaces, pp.19–28, 2010.