サッケードを利用した新しい情報提示手法の提案

サッ
・
2@ pp 79-88 、
・
Vol 6@ No
・
TVRSJ@
基礎論文
館
ケードを利用した 新しい情報提示手法の 提案
、%度 ミ曇 、淳 吉コ,
1
前田文こ ㍗ 2
0章
*1
The Study ofヾaccade-based Display
JuniiWATANABE*l
Taro MAEDA
SusumuゝACHI・
,2
Abstract
@
We propose a new method to display information based on the saccadic
eye@ movement
. Using@ this@ method,@
WC@ can@ make@ small-size@ devices
The@ device@ based
on@ this@ method@
can@ be@ a@ very@ simple@ one@ composed@
of@ two@ blinking@ light@ points@ and
around@
a@ vertical@ blin Ⅱ ng@ light@ array
This@ method@
uses@ the@ saccadic@
eye@ movement@
for
displaying@ information,@ so@ its@ viewer@ can@ be@ limited@ to@ people@ who@ are@ actively@ looking
these@ features,@ this@ method@
[email protected]@ for@ wearable@ and@ ubiquitous
for@ it, ConsideFng@
・
・
computing
Keywords@
:@
1.
Wearable,@Ubiquitous,@
Saccade,@[email protected],@Display,@Interface
2.
はじめに
眼球運動を利用した 情報提示手法の 原理
ウェアラブルコンピューテインバにおける
情報提示
デバイスは、 近年そのデバイス 自体を小型化する 方向
へ 進んでいるが、 一方で、 情報提示のためのリソース
移動させると、 残像によりその 軌跡が連続した 線に知
として人間自身の 身体運動を利用することも 可能であ
[1l[2l[3l
、 その可能性に 着目し、 その手法の有効,性
が 一定以上の速さで 運動することによっても
像 効果によって 線が知覚される。
り
図工左に示すよさに、 兆点をあ る一定以上の 速さで
覚 される。 逆に、 図工右のように 兆点は動かず、 眼球
同様の残
を 探るのが本研究の 目的であ る。
本研究においては、 人間自身の身体運動をリソース
とした視覚情報提示手法のひとつとして、
人間の眼球
運動、 特にサッ ケードを利用した 情報提示手法を 提案
する。 この手法の原理は、 兆 点があ る一定以上の 速さ
で移動すると、 残像によりその 軌跡が連続した 線に知
覚 される [4l[5lが 、 逆に、 兆点は動かず 眼球が一定 以
上の速さで運動することによっても、
同様の残像効果
によって線が 知覚される [6lということを 利用したも
光 点の移動による 残像
眼球運動による 残像
図 1 残像による線の知覚
Fig 1@ [email protected]@[email protected]@[email protected]
のであ る。
・
本手法の特徴は 、 大きく分けて 2 つ 挙げられる。 ま
ず第 Ⅰに、光貞 2 つと 兆点列 1 列だけで、 デバイスの
無い空間にも 情報提示が可能であ るという 点 。 本手法
を ウェアラブル 情報提示デバイスに 利用すれば、 デバ
次に、図 2 左に示すよさに 光貞列 を一定以上の 速さ
で 移動させ、 移動している 最中に光 貞 列の発光パター
ンを 時間変化させると、 文字、 記号等の 2 次元情報
イス の小型 が可能であ る。 また、 ディスプレイ とし
を提示することが 可能であ る。 この原理はテレビの 走
て 利用した場合は、 空中など投影面の 無い空間に情報
提示することも 可能となる。 第 2 として、 本手法は人
直線や 、 光貞列を周期的に 移動させることによって ,ぼ
報を提示する 図 3 、 4 のようなデバイスに 応用されて
間の眼球運動を 利用しているので、 眼球運動を起こし
た 人のみ情報を 見ることが可能であ り、 情報提示の選
いる。 そこで、 上記 2 つの現象を考え 合わせると、 光
点列 ではなく眼球を 動かし、 眼球運動が起こっている
択性があ るという点であ る。
最中に光貞列の 発光パターンを 時間変化させることに
ィヒ
よっても、 図 2 右のように文字、 記号等の 2 次元情報
を提示することが 可能であ ることがわかる。 本研究で
*1 東京大学大学院工学系研究科
2 東京大学大学院情報学理
さ
Graduateヾchool{f・n5neering,》heゞniver$ty{fゝokyo
*2@ [email protected]@ in@ Information@ Studies , Graduate
*1
[email protected]@[email protected]@[email protected]
はこの考え方を 基本的な情報提示原理として、
理に基づいた 情報提示手法の 可能性を探る。
一 79 一
この原
ょ
御
の諸
に住
で
制
姥そう作用に
ム万
学
T
き
動
の
長球
且
清
山
元2
㎡
る 次
2
y
図5
FiK.5
実装の概要
OutIineofthismethod
視標
注視点、
図3
党点列の移動によ る情報提示デバイス
(光貞列の移動前 )
InternationalSignatureMachines
社
図 6 試作デバイス
Fig ,
Prototype device
Fantazein
F憶 3
・
Deviceb
あedonmovinglight
array
6
図 7 に注視点・ 視標の光るタイミングと 眼球の動き
を表したタイムチャートを 示す。 太い実線部分が 注視
点・ 視 標の光っている 時間帯を表し、 点線が眼球の 動
きを表す。 はじめに、 注視点が光り、 眼球は注視点の
方向を向く。 次に注視点が 消え、 視標が光る。 この時、
眼球は視標が 光った瞬間に 視標に対して 動き始めるの
ではなく、 あ る一定の時間 (潜日き ) 経ってから動き 始め
図4
る。 眼球が動き始め、 その運動速度があ る一定の速度
を超えている間 (図 7 における矢印の 間 ) に、 兆点 タ lJ
の明滅パターンを 時間変化させ 情報の提示を 行 。
党, 点 列の移動によ る情報提示デバイス
(北京列の移動中)
F憶 4
・
Deviceb
ぁedonmoving
hght
う
訂ray
注視点
3. 本 情報提示手法を 使ったデバイスの 概要
眼球の動き
Ⅰ
Ⅰ
図7
注視点、視標の発光タイミングと 眼球の動
・
きのタイムチヤート
光らせ注視点に 視線を向けさせる。 次に、 注視点を消
う
Ⅰ
光貞列を時間変化
る
すとともに視標を 光らせる。 そ
Ⅰ
Ⅰ㍉ ゆ
り●㎏
穏Ⅰ
合わせて光貞列を 明滅させ、 情報を提示する。 また、
眼球運動によって 残像を起こすには、 高速な眼球運動
が必要であ るので、 追跡眼球運動の 高速運動成分であ
サ ツケード (運動速度 300 ∼ 500 度 ア秒)[7lを誘発す
る。 実際には、 図 5 左にあ るよさに、 まず、 注視点を
Ⅰ
十
百一
T
視
眼球運動を利用して 情報提示を行 j ためには、 情報
を提示する側で 眼球運動を誘発し、 そのタイミングに
潜時
1
F憶 7
することにより、 視
・
Ⅲ mechart
movement
線を注視点から 視 標に移らせ、 サッケードを 誘発する。
一 80 一
of Hght
ti而 ng
and
eye-
渡遇 ・前田・ 舘 :サッケードを利用した
新しい情報提示手法の
提案
4.
安定した情報提示のための
サッ ケードは 潜時 150ms ∼ 200ms 程度で視覚誘導六発
性 サッケード と 同程度であ るが、 視覚誘導六発 性 サッ
条件
本手法では眼球運動を 誘発し、 その眼球運動の 最中
ケードょり最高速度が 速く、 ゲインが大きい。 エクス
に光貞列を光らせて 情報提示を行 うが、 安定した情報
提示を行
う
プレスサッケードは 溶暗 100ms
ためには兆点列を 光らせるタイミングが 重
前後で上記
2 つの
サッ
潜時が短い。 この中でもっとも 潜時 が時間
ケードょり
要となる。 つまり、 安定した情報提示には、 サッケー
ドにかかる時間を 一定と考えると、 視標が光ってから
眼球が動き出すまでの 時間、 潜 時 が安定していること
ケードであ ることが知られている [13l[14l。 特に注視
点が消えてから 視 標が光るまでの 間隔が 200ms の条
が必要となる。 本研究では、 潜時安定のための 条件と
件で最も潜 時 が安定している [15l[16l
ので、 本手法で
して注視点・ 視 標の光るタイミング、 注視点・ 視標の
明るさの 2 点に着目し、 安定した情報提示のための 条
は注視点・ 視標の光るタイミングを、
的に安定しているのは 図
。 注視点, 視 標の光るタイミング
サッ ケードを誘発しているが、
最高速度、 ゲインなどその 特性が異なるいくつかの
種
安定した,清報 提示のために、 注視点・ 視標の発光タ
イミングを注視点が 消えてから 視標が光るまで 200ms
とし、 溶暗が安定したエクスプレスサッケードを
誘発
することとしたが、 実際、 その発光タイミングに 設定
したとしても、 100% エクスプレスサッケードが 誘発さ
れるわけではなく、 注視点の明るさ、 大きさ等により
その頻度は異なる [18l[19l。 そこで、 注視点・ 視 標の
明るさとエクスプレスサッケードの 誘発頻度の関係を
調べる実験を 行った。 注視点、 視標の明るさをそれぞ
れ変化させ、 どの程度の頻度でエクスプレスサッ
ケ一
ドが誘発されるか 実験を行った。
て誘発される サッ ケードの種類が 異なることが 知られ
ている [9l[10l。 つまり、 安定した情報提示のためには、
潜時 が時間的に安定している サッ ケードを誘発するよ
うな、 注視点・ 視標の発光タイミングを 特定すること
が 重要となる。 主なサッ ケードの種類と、 それを誘発
する代表的な 注視点・ 視標の発光タイミングを 図 8 に
示す。
視覚誘導 外発性サッケード
視樺
[ [
視覚誘導内装 性サ ソ ケード
・
Ⅰ
実験条件
4.2.1
眼球の 動 き
へ
Ⅰ
Ⅰ
フ
へ
へ
[ [
実験条件の概要を 図 9 に示す。 実験は明るさ 0 . llx の
[ [
LED 以外光源の無い 暗室の中で行い、 被験者は注視点
から 45r.m の位置に片方の 目の眼球が位置するように
エクスプレスサッケード
Ⅰ
Ⅰ
Ⅰ
潜時 がより
安定する [17lことも知られている。
4,2 注視点・ 視 標の明るさ
サッケードには 潜時 、
類が存在し、 注視点・視標を光らせるタイミングによっ
予期性サッケード
注視点1 [ ] [
注視点が消えて
プレスサッケードは 反復することによって
本手法では注視点・ 視 標を順番に光らせることによ
り
右下のエクスプレスサッ
から視標が光るまでの 間隔を 200ms としてエクスプ
レスサツケードを 誘発することとした。 また、 エクス
件を求めた。
4.1
8
腰掛け、 その片方の目で サッ ケードを起こさせた。
フ
Ⅰ.
予
備実験においては、 右目と左目で、 サッケードを 起こ
す 目による情報提示能力の 差は見られず、 また、 サッ
ケードの方向についても 鼻側から外側、 外側から 鼻側
[ [
図 8 サッ ケードの種類と代表的な誘発刺激
Fig.8 Varietyofs ㏄cadesandtriggerstimuli
へと変化させたが、 情報提示能力に 差は見られなかっ
たので、 本実験では右目で 鼻側から外側へ 向けてサッ
ケードを起こさせることとした。
注視点、と 視標の間の距離は 8cm 、 視野角では 10 度
とした。 これは、 日常みられる サッ ケードは視野角 10
度程度が多い [7lことによる。 情報提示用に 3 行 1 タ lJ
主なサッ ケードとして、 視標の現れる 位置をあ らか
じめ予測して 起こされた予期性サッケード (図 8 左上 )、
注視点、と 視標が両方光っている 状態から意識的に 起こ
された視覚誘導六発 性 サッケード (図 8 左下 )、 注視点
が 消えるとともに 視標が光り、 それに誘導される 視覚
の 光貞列を注視点と 視標のちょうど 真中に配置した。
注視点、 視標、兆点 列 にはそれぞれ 赤色 LEDf ピーク
誘導 外発性サッケード (図 8 右上)、 注視点が消えた 後
あ る一定時間経ってから 視標が光るエクスプレスサッ
波長 660nm) を使った。 注視点、 視標の大きさは 視野
ケード (図 8 右下 ) があ る [11l[12l。 予期性サッケード
角 1.3度、 明るさについては、 明るい (0.8cd/m2)、 中
は 視標の現れる 位置をあ らかじめ予測しているので
潜時 ( この場合は注視点が 消えてからの 時間) が 20ms
∼ 80ms
と短くばらついている。 視覚誘導六発 性 サッ
間 (0.3cd/m2)
視標それぞれ変化させ、
ケードは 潜時 150ms
は視野角 0 25 度、 明るさは 14cd/m2 とした。
∼ 200ms
、 暗い (0.lcd/m2)
の 3 段階で注視点
計 9 通りの明るさの 組み合わ
せで実験を行った。 兆点列の 1 つ 1 つの光 点の大きさ
程度、 視覚誘導 外発性
・
-@
81
--
日本バーチャルリアリティ
学会論文話 Vol,6,
注視点
Ⅰ
左 規模
光貞
錦
列
①
No.2,2001
右@
レ
見@
ま
6
45Cm
i0 度
Ⅰ吟
①予期性サッケード
②エクスプレスサッケ
ー
③レギュラーサッケード
図 9 実験条件の概要
Fig , 9@ [email protected]@[email protected]
図 11
4.2.2
実験方法
実験における、 注視点・ 視標の光るタイミングのタ
ng.ll
イムチヤートを 図 10 に示す。 注視点が光り (図 10 上) 、
被験者は注視点に 視線を向ける。 次に注視点が 消え、
200ms 経った後に左右どちらかの 視標がランダムに 光
る (図 10 中央 )。 左右ランダムとしたのは、 反復実験に
よって予期サッケードが 起こるのを防ぐためであ る。
次に注視点と 右視標の間に配置した 3 行 1 列の光恵 タ lJ
において 右視標が光り始めた 後、40mS ∼ 100mS の間①
の兆点を点灯、 100ms ∼ 160mS の間②の兆点を 点灯、
160ms ∼ 220ms の間③の 光点を点灯させる。 これは①
の位置に線の残像が 知覚されたら、 溶暗 40ms ∼ 100ms
の予期性サッケードが 起こったということ、 ②の位置
に見えたら 潜時 100ms
∼ 160ms
線の位置 とサッケードの種類の 関係
ReIationbetweenpositionofIinesand
type ofsaccades
ぎると、 注視点が消えること 自体が予期性の サッ ケー
ドを誘発しているのではないかと 考えられる 口 4l 。 ま
た、 グラフを横方向に 見ると、 視標の明るさの 変動に
よってエクスプレスサッケードの 発生頻度に違いは 現
れていないことがわかる。
この実験から 考えると、 注視点が明るすぎた 場合、 そ
の消灯が予期性サッケードを 誘発してしまうので、 注
視点はあ る程度暗くしたほうがエクスプレスサッケー
ドを多く誘発するということがわかった。
また、 視標
は ついては、 明るさの変化によってエクスプレスサッ
ケードの誘発頻度に 変化は見られなかった。
のエクスプレスサッ
ケード、 ③の位置に見えたら 潜時 160ms ∼ 220ms の視
覚誘導性のレギュラーサッケードが 起きたということ
■エクスプレス
ロ ラ期 桂
藩 レギュラー
であ る。知覚される線の 位置と誘発された サッ ケード
暗
の種類の関係を 図 11 に示す。 実験は、 それぞれの明
るさの組み合わせで 50 回の試行を行った。
200ms
注視点
図 12
明るさと誘発頻度の 関係の実験結果
Fie.l2
在 視槙
ResuItofexperiment
有禄 伽
5。
①
②
③
図 10
40
100
160
清朝提示に本手法を 利用した場合、 どの程度の情報
鼻 を 1 回のサッ ケードで提示できるか、 本手法の情報
提示能力について 調べる実験を 行った。 ここで情報提
220
明るさ実験のタイムチヤート
Fig.l0
本手法の情報提示能力
示能力というのは、 本手法を使用した 場合、空間にお
Timech 打tofexperiment
いて 何 ピクセル分の 情報量を
4.2.3
う
被験者間での 差はほと
んどなく同様の 傾向を示したので、 被験者のうちの
いて情報提示に 利用可能な時間を T 、 空間における 1
ピクセルを提示するための 最小提示時間を tm とする
と、Ⅹ 二 Ttm によって計算可能であ る。 サッケード
1
人の実験結果を 図 12 に示す。 図の縦方向が 注視点の
明るさの変化、 図の横方向が 視標の明るさの 変化であ
る。 9 つのグラフを 3 つ ず つ 、 縦方向に見ると、
点が暗いほうがエクスプレスサッケードが
誘発されていることがわかる。
度に提示できるかとい
うことであ り、 具体的には図 13 に示すよ に、 横方
向に表示可能なピクセル 数Ⅹは、 サッケード中にお
実験結果
実験から得られたデータは、
1
中における情報提示に 利用可能な時間 T は既知なの
で W[8l及び本論文 6 章の表 3 参照 ) 、 最小提示時間
注視
高い頻度で
これは注視点が 明るす
tm. を実験により 決定した。
82
一
子
Ⅲ
L日
渡逼 ・前田・ 舘
:サッケードを利用した
新しい情報提示手法の
提案
200ms
注視点
眼球の動
左祝樽
有禄標
図 13
横方向に表示可能なピクセル数 X の算出
F 憶 13
・
[email protected]
図 14
F 憶 14
・
Ⅰ
線
覚れる
さ
破
知
丁T
2ms 点灯消灯
解像度実験のタイムチヤート
Timechart
ofeXperiment
も同様のものを 使用した。 被験者、 注視点、 視標の位
の 被験者は消灯時間が 0.4ms まで破線を知覚し、 視力
1.0 程度の被験者は 消灯時間が 0.3ms まで破線を知覚
した。 第 3 行は光恵列の 横幅を 0 . 03125 度とした時の
置関係は図 9 と同じだが、 被験者・注視点間の 距離を
結果で、 視力 0.6 程度の被験者は 消灯時間が 0.3ms ま
g2cm 、 注視点・ 視標 間の距離を 16cm とした。 注視
点から視棲 までの視野角は 10 度であ る。 注視点、 視
標の明るさは 注視点が 0 lcd/m2 、 視標が 0 8cd/m2 と
で破線を知覚し、 視力 1.0 程度の被験者は 消灯時間が
実験条件
実験は、 明るさの実験と 同じ暗室の中で 行い、 LED
5.1
0.2ms
まで破線を知覚した。
たヒ
Table@ 1@ [email protected]@experiment
O.5mrrL 、 視野角にして
0.0625 度、 0.03125 度の 2 通りを用意した。
5,2
を調
と
時間
lmm
横幅 0 . 0625
実験方法
横幅 0 . 03125
木実験における 注視点、 視標、兆点列の光るタイミ
ングのタイムチャートを 図 14 に示す。 まず、 注視点
が光り (図 14 上 )、 被験者は注視点に 視線を向ける。
次に注視点が 消え、 200ms 経った後に左右どちらかの
度
度
、Ⅴ:
した。 光貞列の横幅は
灯
中白日
/
卜j
下吏
る
ヰ尋
れ
さ
覚
した。 兆点列は図 9 における中央②番の 光点だけ使用
知果
・
破実
表
・
視力 0.6 程度
視力 1.0 程度
0 . 4ms
0 . 3m5
0 2ms
0 . 3ms
・
光貞列の横幅が 小さく、 視力がよくなる 僅 少ない
消灯時間でも 破線が知覚された。 視野角 ¥0 度の サッ
ケードを起こした 場合、 およそ 20ms 程度が情報提示
に利用できる [8lので、横方向に表示可能なピクセル
視標がランダムに 光る。 そして、 注視点から 視標に向
かって サッ ケードが起きている 最中に、 図 14 の光貞
数Ⅹは、 光貞列の横幅 0 , 03125 度・視力 1.0 程度の
列 中央②番の光点があ る特定の時間間隔で 点滅する。
そうすると、 図 14 下の矢印のように 破線が知覚され
ル、
場合でⅩ 二 20(ms)70.2(ms/
る。 そこで、 先月刊が点滅する 間隔を徐々に 小 t くし
ていくと、 だんだん破線の 間隔が小さくなり、 最終的
Ⅹ 二 20(ms)/0.4(ms/
には直線が知覚されるようになる。
貞 列 を何何配置するかによって
この破線と直線の
境界となる時間間隔が 情報提示の最小単位時間と 考え
ることができるので、 兆点の点滅する 間隔をどの程度
まで小さくしたら 直線が知覚されるかを 決定した。 具
体的には、 2ms 点灯、 2mS 消灯というパターンから 開
始し、0.lms 単位で消灯時間を 減少させていき、 いっ
直線と知覚されるか 上下供 [7lによりその境界を 特定
した。 ただし、 光恵列の横幅は 視野角にして 0.0625
度、 0 . 03125 度の 2 通り用意し、 被験者についても 視
ピクセル )二 100 ピクセ
光貞列の横幅 0 . 0625 度・視力 0.6 程度の場合で
ピクセル )二 50 ピクセル程度と
なる。 縦方向に表示可能なピクセル
数については、 光
調節が可能であ るが、
本研究においては 最大 7 行の光恵 列 で情報提示を 行っ
たが、十分提示可能であ った。 本情報提示手法をディ
スプレイと考えると、 本実験を行った 設定では、 縦 7
ピクセル、 横 50 ∼ 100 ピクセル程度の 情報提示能力を
持ったディスプレイと 考えられる。
5.4 情報提示能力の 物理的限界
次に本実験において、 どのような時に 破線が知覚
されなくなるか、 その物理的条件について
考察する。
力 0 . 6 程度、 視力 1.0 程度の 2 グループで実験を 行い、
図 15 左に示すよ
それぞれの組み 合わせ、 4 通りの条件で 実験を行った。
時間を tm( 秒 )、 消灯している 間の眼球運動の 速度を
5.3
う
に、 光貞列の横幅を
A( 度)、 消灯
Ⅶ 度 7 秒 ) とすると、 光貞列は消灯している
実験結果
上下 法 によって特定された 直線と破線との 境界は、
上をⅤ xtm
間に網膜
移動する。 その時、 大きさ d 二 vxtm
一A
兆点列の横幅、 視力によって 異なった。 破線が知覚さ
の隙間が物理的に 存在するが、 その隙間が視認される
れ得る最小の 消灯時間を表 1 に示す。 第 2 行は光貞 列
と破線が知覚される。 この隙間は、 破線の線が存在す
の 横幅を 0.0625度とした時の 結果で、 視力 0.6 程度
る部分に比べて 小さく、 この隙間が視認できるか 調べ
一 83
日本バーチャルリアリティ
学会論文話 Vo1.6,
報告があ
るということは、 ランドルト環によって 計測されてい
る
最小可読閾の 視力 [7lを求めているの 同等と考え
ね 、 その視力を具体的に 求めると表
表2
2
@
つ
こ
度のサッ ケードにおいて 情報提示
に使用できる視野角は 約
5
度なので、 サッケード中の
唐朝提示可能な 時間を T とすると、 Q 二 5 度 Xtm/T
によって求められる。
第 3 行は物理的に 存在する 際
間は であ り、 0 から光貞列の 横幅 A(0.0625度 ) を 引
いた値であ る。 第 4 行は隙間 d を視認できる 視力であ
る。
と
・
一 A く O となり隙間が 物理的に存在しな
くなった状態であ り、 この時破線は 知覚され得ない。
二20ms 、
を代入して tm を求める
となり、 その時、 横方向に表示 可
・
、 tm=0.0356ms
二 T 八m 二 562 ピクセルとなる。
能な ピクセル数Ⅹ
つ
まり理論的には、 10 度のサッ ケード 1 回で VGA( 横方
同 640 ピクセル ) の解像度を持ったディスプレイの 9
割程度の 2 次元情報を提示可能であ るということがわ
かった。 しかし、 より多くの人に 清報を提示するため
には、 被提示者の視力は 0.6 程度に設定すべきであ る
ため、 表示可能なピクセル 数は上記の計算より 少なく
ぷヰ
V x tm
なる。 次に、視力 0.6 で同様の計算を 行うと、 副尺視
力 も変化して、 先月列の横幅
tm
破線が知覚される
時間 T
A 二 0 00056 、
光貞列の横幅
ない。第 5 行、 第 6 行は異なる光貞列の 横幅 (0 03125
度 ) で隙間、 視力を求めたものであ る。 また、 第 3 行、
第 5 行で値が負になっているのは、 図 15 右のように
あ まり 低
る。
サッ ケード) に、情報提示に利用できる
この視力以上ないと、 隙間を視認することはでき
d 二 Vxtm
[20lが、 残像の視認については、
本実験においては、 光貞列の横幅を 2 通り用意して
実験を行ったが、 理論的には、 光恵列の横幅を 2 本の
直線のずれを 見分けることのできる 最小のずれ (副尺
視力 ) の大きさ 2"(0.00056 度 川7l とし、 視認できる 最
小の隙間の大きさを、 人間の視力限界、 視力 2.0 の場
含 まで、 消灯時間を短くすることが 可能であ る。 視力
2.0 の人間が視認できる 最小の隙間は は二0.00833 度で
あ り、 d ミ 5 度 Xtm/,T 一 A の関係式 (視野角 10 度の
にのようになる。
ちに光恵 列が 網膜上を移動する 視野角ひであ り、
の 値は、 視野角 10
る
下は見られないようであ
も
tm. 、 第 2 行は消灯時間の
の第 1 行は消灯時間
Nn.2,2001
直線が知覚される
二
0 1lgms
A 二 0 . 00185
度となり、
と計算される。 この時、 横方向に表示
・
可能なピクセル 数Ⅹ 二 168 ピクセルとなる。
この、 よ
汎用的な条件設定では、 VGA の 1/4 程度の 2 次元
清報を提示可能であ り、 英数字を提示した 場合には、
英数字 1 文字の横幅を 5 ピクセルとすると、 30 文字
程度が提示可能であ る。
ただし、 英数字などの 文字を提示する 場合には、 多
り
図 15 破線が知覚される場合
Fig , 15@ [email protected]@[email protected]@line
表2
消灯時間と破線を知覚できる視力の 関係
[email protected]@ [email protected]@[email protected]@and
くの情報を物理的に 提示できたとしても、 1 度の残像
で 認識できる文字の 数は限られており [2ll、 それに 関
eyesight
Y肖なT 手間
視野角 (度)
甘
隙間 (度)
視力
0.4ms@
01
0.3ms@
0.2ms@
0.125
0.5ms@
0.075
0 . 05
O , lms
0.025
0.188@
0.27
0.0625@
0.44
0.0375@
1.33
-0.0125@
-0.0375
-0 . 00625
・
隙間 (度 )
0.219
0 . 0938
0 . 0688
0 . 0188
視力
0.18
0.24
0.38
0.89
する限界も考慮する
6.
具体的設計論
本手法を用いて 実際に清朝提示を 行 う 場合、 どのよ
うに各パラメータ (光貞列の光るタイミング、 サッ ケ一
表 2 の消灯時間と 視力の関係に 着目すると、 光貞タリ
の 横幅が 0.0625 度の時 (第 3 行、 第 4 行)、 視力が 0.6
程度だと消灯時間が 0.4ms まで隙間が物理的に 視認、
可能であ り、 視力が 1.0 程度だと消灯時間が
必要があ る。
0.4ms
ドの大きさ、 注視点・ 視標間の距離等 ) を決定すればよ
いか、 これまでの議論に 基づいて設計の 指針を示す。
6.
Ⅰ
i呈 吉士 B 命十
ナ
まず、 サッケード中の 眼球運動の速度と 経過時間の
も
しくは 0.3ms まで隙間が物理的に 視認可能であ る。 光
関係を考えると 図 16 のグラフのようになる。
点 列の横幅が 0.03125 度の時 (第 5 行、 第 6 行)、 視力
が 0.6 だと消灯時間が 0.3ms まで隙間が物理的に 視認
ラフは縦軸に 眼球の運動速度、 横軸に経過時間を 取り、
サッ ケードが起こり 始めてから、 サッケードが 終わる
可能であ り、 視力が 1.0 程度だと消灯時間が 0.2ms ま
で 隙間が物理的に 視認可能であ る。 これは、 表 1 の 実
までを示したものであ る。 サッケードが 起こり始めた
時間を七二 0 とした。 グラフにあ るよ う に、 サッ ケ一
験結果とよく 合致しており、 本手法の情報提示能力を
考える場合には、 物理的制約が 支配的であ ることがわ
ドが起こり始めてから 眼球の運動速度は 上昇し、 あ る
ピークを迎え、 減少し始め、 サッケード終了とともに
かった。 また、 視力はサッ ケード中、 低下するという
0 になる。 本手法によって 情報提示を行うには、 眼球運
一 84 一
この グ
渡逸 ・前田・ 舘 :サッケードを利用した
新しい情報提示手法の
提案
動 によって残像が 起こらなければいけないので、
眼球
の運動速度があ る一定速度 (図 lf のグラフ縦軸Ⅵ ) を
超えている間のみ、 情報提示が可能となる。 サッケー
ドが起きてから 初めて情報提示可能な
眼球速度になる
時間を打とし、 眼球速度が ピ一 クを迎え、
セル / 文字 )
二
tm,.を 0.4ms とすると、 情報提
示のために必要な 時間 T 二 75( ピクセル )x0.4(ms/ ヒ 。
るための最小単位時間
クセル )二 30ms
清報 提示
が不可能になる 時間をわとする。 情報提示に使用で
きる時間 T 二 わ ー tl であ る。 この時、 空間における 1
ピクセルを提示するための 最小単位時間を tm とする
75 ピクセルなので、 1 ピクセル提示す
となる。 ただし、 tm,.二0 4ms
・
という値
は、 前章の実験において、 被験者の視力が 0.6 程度、
光貞列の横幅が 0.0625度の時の値であ る。 次に、 情報
提示に利用できる 時間が 30m5 以上となる サッ ケード
T れm
によって決定される。
の 視野角ワを決定するが、 予備実験において サッ ケー
ドの大きさと 情報提示に利用可能な 時間の関係を 調べ
た対応表を表 3 示す。 表によると、 情報提示に利用で
以上の議論を 逆に辿ると、 本清報 提示手法を利用し
て情報提示を 行 う 場合、 提示したい清朝 の ピクセル数
きる時間が 30ms 以上となる サッ ケードの視野角 ワは
20 度の場合であ る。 サッケードの 視野角 ワが 決定さ
Ⅹが決定すれば、 その情報を提示するために 必要な時
れれば、 注視点・ 視標の位置関係も 決定される。 眼球
と 注視点の距離
L が lm の時、 注視点と視標の 距離
と、 横方向に表示可能なピクセル
数ⅩはⅩ
間 T が決定し、 その時の サッ ケードの大きさ
二
ワ
も決定
する。 また、 図 16 にあ るように、 注視点・ 視標 間の
距離 D は注視点・ 被 情報提示者 問 距離 L とサッ ケー
ドの大きさ ヮ を使って D 二 Lx 施几ワと表される。
D
Ⅰ Lx
栢几ワ ニ36cm
となる。 具体的構成イメージ
を図 18 左に示す。 また、 その時の注視点、 視標、光恵
列の光るタイミングチヤートを
図 18 右に示す。 ほ じ
V
めに、 注視点が点灯し、 視線を注視点に 向けさせる。
日展球速
Ⅶ
+
し
図 16 眼球速度と時間の関係
Fig , 16@ Relation@ between@
eyemovement@
ve-
locity and time
次に、 注視点が消灯してから、 200ms 経過後に視標を
点灯させ、 潜時が 100ms 程度で安定している ェクス
プレスサッケードを 誘発させる。 眼球は 100ms 程度
の潜時の後、 視標に向かって サッ ケードを開始する。
視野角 20 度の サッ ケードは約 80m5[7l であ り、 サッ
ケード中に情報提示が 可能な時間は 約 30ms であ る。
その情報提示可能な 30ms の間に、 0.4ms ずつ兆点列
を端から文字をスキャンするパターンで
点灯させ、 文
字を提示する (図 18 右の矢印の間 )。 ただしこの図 18
の場合、 眼球が右に動いているので、 文字を右からス
キャンする形で 光 貞 列を点灯させる。
表3
Table
一
D
視標
サッケードの大きさと提示時間の関係
3
Relation between
angle ofsaccades
[email protected]
小sp けy
サッ ケード
5度
10 度
15 度
20 度
情報提示時間
0 ∼Ⅰ 5ms
[email protected]
Ⅰ
Ⅰ
20
25
∼25ms
∼30ms
36cm
視標
200ms@ 100ms@
注視点 =
図 17 位置関係の決定
Fig 17@ [email protected]@elements
ネ見甘栗
光貞列
設計例 : 15 文字表示ディスプレイ
具体的な設計 何 として、 lm 手前から視力 0.6 程度
0 人に対して、
旺
文字の英数字を 提示することを 考
える。 1 文字の横方向を 5 ピクセルと考えると、 表示
に必、 要な横方向のピクセル
数Ⅹ
二
80ms
...
W 球 (Dm き、
,
・
6.2
図
15(文字)x 臥ピク
一 85 一
図 18 具体的設計例
Fig , 18@ [email protected]@[email protected]
叶
30ms
日本バーテ
ャ ルリアリティ
学会論文誌 Vo1.6,
6.3
今後の展望
No.2,2001
本手法の特徴を 生かした応用例として、 いくつかの
方向性が考えられる。 まず第 1 として、 本手法は光貞
本章の具体的設計 側 において、 1 ピクセルを提示する
ための最小単位時間、 情報提示に利用可能な サッケ一
2 つと 光貞列が 列 あれば情報提示が 可能であ
ドの大きさの値は、 4 章、 5 章の実験と同じく、 暗室
本手法を使用したデバイスは
Ⅰ
るので、
小型化が期待でき、 図 19
で 測定した値を 用いた。 しかし、 本手法を屋外など、
実験を行った 環境と異なる 環境で使用する 場合には、
に示すよさにウェアラブル 情報提示デバイスに 応用 可
能 であ る。 ウェアラブルデバイスに 実装する場合、 眼
その環境に合った 値を使用して 設計を行わなければな
球連動を簡単に 測定可能であ れば [24l、 それにあ わせ
らない。
特にその環境の 照度や表示用 LED の輝度が変
て確実に情報提示が 可能となる。 第 2 として、 本手法
は デバイスの無い 空間にも情報提示することが 可能な
ィヒす
ると、 人間の目の残像特性は 大きく変化することが 知
られている [4l。 一般的に、 照度が大きくなると 残像は
起こりにくくなり [22l、 本論文で使用した 実験環境に
ので、 図 20 のように、 普段生活している
街中でも 光
点を両端の建物に、 光恵列を片方の 光点の近くに 配置
することによって 空中に情報を 提示することも 可能で
あ る。 ただし、 前章でも議論したよさに、 屋外で本手
おいて情報提示を 行った場合も、 照度が大きくなるに
低下し、 照度が約 50lx を超え
たあ たりから情報提示が 困難となった。 50 億という 明
つ れて情報提示能力は
法を使用する 場合は、 夕方から夜にかけてなど、 やや
暗い環境において 使用したほうが、 より効果的な 情報
提示が可能となる。 第 3 としては、 光貞や光貞 列は、
コンピュータの 電源等すでに ィ呵 らかの装置に 組み込ま
るさは、 住宅全般平均照度が 約 70%[23l なので、 日常
生活する上でやや 暗 い 程度の明るさであ る。 また、 表
示用 LED の輝度については、 一般的に LED の輝度が
大きいほうが 残像が起こりやすい [22l。 従って、 本手
法を屋外で使用する 場合には夕方から 夜にかけて、 屋
内で使用する 場合にはやや 暗い室内において、 明るい
LED を使用して情報提示を 行ったほうが 効果的であ
ると考えられる。 ただし、 実験を進めていく 中で、 光
源が LED しかない暗室の 状態より、 多少、 光が差し
込んで い る状態のほうが 情報が見やすいと 報告する 被
れているので、 本手法を利用すると、
それらすでにあ
リソースを 、 例えば図 21 のように組み 合わせるこ
とによって情報提示することも 可能となる。 そして第
4 に、 本手法は人間の 眼球運動を利用しているので、
眼球運動を起こした 人のみ情報を 見ることが可能であ
り 、
情報提示の選択性があ る。 この特徴を考えると、
多くの 清報を選択的に 提示することが 必要となる ュビ
キ タスコンピューテインバ 等への応用も 考えられる。
る
験者も存在し、 本手法の情報提示能力は、 照度や輝度
の他にも、 背景に対する LED のコントラスト、 LED
程度であ るが、 ユビキ タスコンピューティン
にどれくらい 注意が向けられているかなどの
て 個々のユニットの 状態を提示することは
保 しているよ
う
本手法を使って 伝えられる情報量は
要素が関
であ る。
今後は照度、 輝度と情報提示能力の 関係とともに、
背景と LED のコントラストについてや、
LED に対
する注意と情報提示能力との 関係などについても 着目
度に英単語数 語
グ におい
十分可能で
あ る。 今後、 ますます多くの 情報が発信される 中で、
流すのではなく、 情報を見たい 人に
のみ、 情報を提示するということが 重要となり、 本手
法の特徴が活かされると 考えられる。
, 清報の全てを垂れ
し、 より効果的な 情報提示ができる 条件を明らかにし
ていきたい。
7.
1
光貞
まとめ
光貞
本研究ではエクスプレスサッケードという
高速で時
間 的に安定した 眼球運動に着目することにより、
簡便
で 汎用的な情報提示手法の 提案を行った。 この情報提
元手法を使用した 場合、 1 度の ザッ ケードで提示可能
な 情報量は、 VGA ディスプレイの 1/4 程度、英数字
にして 3m 文字程度であ ることがわかった。 また、 本
手法を使用して 安定した 清報 提示を行
う
ための条件と
して、 注視点・ 視標の光るタイミング、 注視点・ 視標
の光る明るさの 2 点に着目し、 それぞれ安定した 青軸
提示のための 条件を特定した。 次いで、 本手法を使っ
て青軸提示を 行 う 場合、 どのように提示系を 設計すれ
ウェアラブルへの 応用
例外型装着情報提示デバイス
図 19
本手法の応用例 1
Fig.Ig Applicationofthismethodl
ばよいのか設計の 指斜を示した。
一 86 一
浪漫,前田・
舘
:サッケードを利用した
新しい情報提示手法の
提案
電子情報通信学会論文 話
l,pp. 79-86
D-II,Vol. J74-D-II, No.
(1991)
[10] 青木美奈,藤田畠
葮 走査サッカードと記, ほ誘導性サッ
カードの適応の転移について,電子情報通信学会論文
話 D-II, Vol.J82-D-II,No.l,pp. g1-99 (1999)
[11] B.Fischer,H.Weber:
Express saccades and visual
attention, Behavioraland
Brain Sciences, Vol. 16,
pp. 553-610 (1993)
[12] M.G.Wenban-Smith,J.M
.Findlay:
Express saccades:is there a separatepopulation
in humans ?,
Exp. and Brain Res.,Vo1.87,pp.
218-222 (1991)
[13] 海老澤 嘉伸,杉浦沈滞注視点サイズが 視覚依存性反
射的サッカードに 与える影響,映像情報メディア学会
誌,V0l. 52,N0. 11,pp. 1738-1743 (1998)
デバイスのない 空間に情報提示
例 :道の両側に光貞・ 光貞列を配置
F 聴 20
・
図 20 本手法の応用例 2
Applicationofthismethod2
党 点列
光恵、
既存リソースの 利用
例 :ハ ブ のランプを利用したもの
[21l 乾敏賄 "認知心理学 1 知覚と運動", 東京大学出版会
(1995)
[22@
図 21
日本視覚学会編 " 視覚情報処理ハンドブック ", 朝
青書店 (2000)
[23l 小原二郎,加藤力 ,安藤正雄:" インテリアの 計画と設
本手法の応用例 3
Fig.2l Applicationofthismethod
計", 彰国 出版 (2000)
[24l 伴野明,岸野文郎,小林幸雄
: 瞳孔抽出と頭部の動きを
許容する視線検出装置の 試作,電子情報通信学会論文
sfe〃ol , J76-D-II
, No , 3:}p
・
636-646
(1993)
(2001 年 1 月 30
の
㏄
南
睾
裕
,
特
一嘉
晴
性
ド伸
之
解
の
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