wearable pointing devices

yubi-ori, yubi-pen & mogura

ウェアラブル・ポインティングデバイスを作りました。
yubi-oriは、人差指と中指の第２関節の曲げ角度によってカーソルの絶対座標を制御しようとするものです。
yubi-penはペンタブレットのペンを人差指に固定したものです。
２つとも右手に装着し、マウスボタンあるいはペン先のクリックに相当するものは左手で操作することを想定しています。
moguraはポインティングデバイスの性能を評価するためのソフトです。

yubi-ori

下の４つの写真は、カーソルをディスプレイの４つのコーナーに移動させるための指の曲げ方を示しています。人差指はＸ軸に対応し、曲げれば左に、伸ばせば右に移動します。中指はＹ軸に対応し、曲げれば下に、伸ばせば上に移動します。

第２関節の角度を測るため、ボールベアリングの中心に約５ミリ角の可変抵抗器を取り付け、指を曲げ伸ばしすると真鍮板の突起物が抵抗の溝と噛み合い摺動板を回転させます。そうして回転角を電圧の変化として取り出します。これをＰＩＣ１６Ｆ８７７ＡのＡ／Ｄコンバータの入力とし、出力された数値の変化の一例を示したのが下のグラフです。

ピンクが人差指、ブルーが中指で、下が曲げた状態、上が伸ばした状態を表します。２本の指を同時に曲げ伸ばしした後、中指を曲げたままで人差指を伸ばして曲げる。次に人差指を曲げたままで中指を伸ばして曲げる。・・・。

このグラフでは出力間隔を１００ミリ秒としていますが、実験機では１ミリ秒間隔でＡ／Ｄ変換した１０個の数値をソートし、中心６個の平均値を出力しています。

超小型の半固定抵抗を転用しているので、どれぐらい精度がでるか心配でしたが、思ったよりスムーズに指の動きに追随します。時々２０～３０ドットほど滑ったか思うと元に戻るという動きをしますが、まあご愛敬ということで。

さて、ポインティングデバイスとしての性能を測定する実験ですが、結果は惨憺たるものでした。後で紹介するmoguraのクリアタイムが約１５７秒。マウスなら３７秒程度でできることがです。片方の指だけを動かすならそれほど難しいことはありませんが、斜め方向に動かそうとすると混乱してしまいます。当初、人差指をＹ軸すなわち上下方向の移動に割り当てていたのを途中で変更したことも混乱を助長していますが、２本の指を同時に動かしてカーソルを思い通りに動かすのは予想以上に難しいことがわかりました。練習すればある程度のスピードを出すことは可能かもしれませんが、そう簡単にはいかないようです。

yubi-pen

yubi-penはペンタブレットのペンを人差指に固定したものです。ペンそのものをくくりつけると、さすがに邪魔ですから、内部の基板とコイルを取り出し、２つ折りにした上で、ホットボンドで固めています。ワコムのペンタブレットは電磁誘導方式のため電池が不要なので軽くて小さくなります（約６グラム）。ペン先を取り付けていますが、クリックするためではありません。サイドボタンも使わないのでもっと小さくすることもできるでしょうが、とりあえずこれで良しとします。
と同様に左手にワイヤレスマウスを持ってそのボタンをクリックしています。
yubi-oriやyubi-penは手に装着したままでキーボードを操作できるようにしています。第１関節を越えたこの位置の指輪は装置を安定的に支持すると同時に、指の曲げ伸ばしにあまり支障をきたさないという利点があります。ウェアラブルにすると、その装置を操作することしかできなくなるのでは困ります。キーボードも使いたいし、コーヒーカップは無理でも缶コーヒーなら飲めるようにしたい。
yubi-oriの開発期間は約３ヵ月、それに引き替えyubi-penはたったの３時間。yubi-oriの失敗にもめげず次なるウェアラブル・ポインティングデバイスとしてアーム式のデバイスを製作中に、アームの上に収まるようにペンの中身を３つ折りにして固めたものを眺めていたとき、ふと思いついてゴムバンドで人差指にくくりつけ実験してみると、意外や意外、うまくいく。行きすぎる。今までの苦労は何だったのだろう。指輪の作り方はうまくなったけど。

moguraのクリアタイムは、約３２秒でした。マウスの３７秒に比べてかなり速いし、手や指を自由に動かせるので操作が楽でした。慣れてくるとカーソルを追いかけて微調整することなく、瞬時にポイントを指示することができるようになりました。

このタブレット（ワコムのBizTablet）の大きさは約１５センチ＊１４センチで、けっして大きなものではありませんが、ウェアラブルとすればかっこわるい。ペン先が動く範囲は、ディスプレイ１２８０＊６００ドットに対して、６４＊３０ミリ程度のごく小さいもので十分ですから、ポケットの中やズボンにマジックテープで貼り付けるなどして使えるようになるのではないかと考えています。

mogura

moguraは、ポインティングデバイスの性能を測定するためのソフトです。写真のように９つの円の中から赤色で表示された円をクリックすると、その円が消え、次のターゲットがランダムに選択され赤色で表示されます。円をすべて消すと、また９つの円が表示されます。このとき円の直径が２０ドットずつ小さくなります。これが６回繰り返されます。合計５４個の円を消すのに要した時間とミスクリックの回数を終了時に表示します。
なお、このソフトの仕様（円の配置・直径・繰り返し回数など）は今年（２００５年）のヒューマンインタフェースシンポジウムで発表された、坂口広樹氏，野中英俊氏，栗原正仁氏の論文「モバイル指向指先装着型ポインティングデバイス」の中で記述されているものをベースにしています。

mogura.lzh(290KB)
Windows環境で動作します。

私のベストスコアランキング
	デバイス	タイム
1	pointer	25.03
2	pointer mini（机上）	28.59
3	ペン	31.27
4	yubi-pen	32.33
5	StandingBamboo	34.86
6	pointer mini（立位）	35.44
7	standing	36.80
8	マウス	36.95
9	portable（トラックボール）	52.80
10	トラックポイント	86.82
11	grip6	89.18
12	grip5+	93.74
13	sakura	134.66
14	grip5	155.98
15	yubi-ori	156.91

私のベストスコアを示します。ベストといってもそれぞれ数回から十数回程度しか測定していませんが。
私の本業は建築設計なのでほとんど毎日CADを使います。CADの場合、ターゲットは主に点（線の端点・交点を含む）ですから、カーソル側にヒットする範囲・大きさがあります。自作のCADではその範囲（カーソルの大きさ）を３１ドット角としています。ディスプレイの解像度を１６００＊１２００ドットとした場合、これぐらいが経験的に一番効率よく作業できると考えています。さらに、３１ドット角の中に複数の点が含まれることもしばしばですから、中心の１７ドット角とその外側を区別したり、カーソルの中心点に近い方が選択されるようにしていたりします。
そうしたポインティングデバイスのヘビーユーザーとしては、このテストは難易度が低すぎるようにも感じます。
「ペン」は、BizTablet付属のペンでペン先のクリックを使って測定したものです。確かに速いのですが、クリックしたときにポイントがずれたり、知らない間にタブレットにペン先がついてしまったりというエラーも多いので、私の評価は高くありません。

<2006.1.6加筆>
Perkyのファームウェアを更新したのを機会に約２ヵ月半ぶりにmoguraのテストをしました。pointerの記録が２９．６６秒から２５．０３秒にあがりました。
ファームウェアの変更点は、pointerを操作しているときの同時打鍵検出時間を短くしたことです。Perkyは同時打鍵を検出するため、最初のキーが押されると８０ミリ秒のタイマーが作動します。この間に押されたキーを同時打鍵と見なします。文字入力の場合は、タイムラグは全くと言っていいぐらい感じられませんが、マウスカーソルを動かしながら、マウスボタン（スペースキー）を押すと、ズレは明らかです。このズレを少なくするため、右手をpointerに置いている間（タッチセンサで検出されます）は、同時打鍵の検出時間を３０ミリ秒としました。左手の同時打鍵は２指だけですから誤入力も気になるほどではありません。しかし、３０ミリ秒でもまだ少し（感覚的には１０～２０ミリ秒ほど）ズレます。自作のCADではこのズレをなくすため、常にマウスカーソルの座標を１０ミリ秒間隔で記録し、マウスボタンが押された場合はズレの時間をさかのぼって座標を参照するようにしています。

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