視線コミュニケーションのためのロボットの視線表現

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近年，人間とコミュニケーションを行い，人間と共に暮らすことを目的としているコミュニケーションロボットが増えてきた．コミュニケーションは大きく分けて言語コミュニケーションと非言語コミュニケーションに分けることができ，自然なコミュニケーションを行うにはコミュニケーションロボットにも非言語コミュニケーションが行えることが求められる．非言語コミュニケーションの中で，本研究では視線を用いたコミュニケーションに着目した．人間とロボットのインタラクションにおいて，会話の進行において視線のやり取りの重要性，視線を相手に見せる機能の重要性は様々な研究で指摘されている．ロボットによる視線を用いたコミュニケーションを行うには，ロボットの視線方向を人間に感じてもらう必要がある．また，人間と日常生活で共生するロボットにおいては，機能的価値だけでなく，情緒的価値も重要であり，外見的にも人間が受け入れられるものでなければならない．そのため，外見上の親しみやすさも重要である．そして，ロボットが何かを『見ている』ということを見た目や動作を用いて人間に印象付ける必要がある．第1章にて，本研究の背景，関連研究，目的と課題，構成について詳しく述べる．本研究では視線コミュニケーションを行なうために，目の外見のような静的な視線表現と眼球動作のような動的な視線表現について考える．静的な視線表現として，親しみやすさと視線の読み取りやすさを兼ね備えた目のデザインと，視線の読み取りやすい顔のデザインについて考えた．第2章にて人間の目を基準として，目の縦幅及び黒目の大きさを変え計9タイプの目のデザイン候補を作り，親しみやすさの調査を行った．被験者は日本人と英語を母国語とする留学生の2グループで行った．その結果，親しみやすい目のデザインは，2グループとも目の横幅に対する目の縦幅の比率が人間と同じ，またはそれ以上に縦幅があり，露出している黒目と白目の面積の比率が同じか黒目の方がより大きい目が良いという結果となった．第3章では，第2章で作成した目のデザイン候補を用いて視線の読み取りやすさの調査を行った．その結果，黒目の大きさで有意差が見られ，露出している黒目と白目の面積の比率が同じか黒目の方がより大きい目が視線が読み取りやすくなる傾向があった．目の動きを見せることで視線方向を読み取る精度が上がることも同時に確認した．平面の顔・半球の顔・人間でいう鼻にあたる三角形の突起を半球の中央につけた顔の3つをつくり，視線の読み取りやすさについて調査を行ったところ，三角形の突起を半球の中央につけた顔が最も視線が読み取りやすい顔となった．親しみやすさと視線の読み取りやすさを兼ね備えた目のデザインは，目の横幅に対する目の縦幅の比率が人間と同じ，またはそれ以上に縦幅があり，露出している黒目と白目の面積の比率が同じか黒目の方がより大きいものが良いと思われる．また，目を動かすとより視線が読み取りやすくなること，顔の中央，鼻に当たる位置に凹凸をつけると読み取りやすさが上がることが分かった．動的な視線表現として，全体としての視線の自然な動作，目によるロボットの内部状態表現が考えた．第4章では，視線の自然な動作を調査するために人間の動作を観察し，その中から要素を抽出してそれを元に眼球動作と頭部動作，そしてその2つの連動について検討した．人間の視線配布動作を観察したところ，頭部回転をするときに瞬きをすること，頭部回転は加速し減速するという速度変化をすることが分かった．速度変化を行うロボットの振り向き動作の印象評価を行ったところ，加速減速を伴う首振りは好感，振り向いた感，見られた感，自然さ，親しみやすさがあることが分かった．そして，速度変化のある頭部回転と，頭部回転を行う際に瞬きをし，眼球回転角度と頭部回転角度を組み合わせて対象物を見る動作を作成したところ，自然であるという印象を与えることができた．第5章では，視線による内部状態の表現について調査を行った．集中して物に視線を定めている状態に行われる注視動作と，そうではない状態に行われる待機動作の2つの動作に差を出すことで，ロボットの注視を演出することを考えた．ロボットに待機動作から注視動作へ移る様子を被験者に見せたところ，Saliency の高い場所に反応する待機動作から注視動作へ移った動作を見た被験者は，ロボットの注視対象物へ視線を向けるという傾向が見られた．より自然な待機動作を人間の動作を元に作成するため，人を待つというという状況における人間の視線動作の観察を行った．そうしたところ，被験者は視線が戻る位置がある状態で周囲を観察するような動作を行い，時間が経つにつれ遠くを見るようになった．観察した動作を元にロボットの待機動作を作成し，それと同時に視線がまったく動かない注視動作，さらに集中時の瞬きと非集中時の瞬きを想定した2 つの量の瞬きを組み合わせ，ロボットの注視動作と待機動作の印象評価を行った．その結果，注視動作としては瞬きが少なく目が動かない，待機動作としては目が動くと良いことが分かった．第6章では，ロボットの視線表現のまとめと将来の展望について記述した．

概要 i図目次 x表目次 xii第 1 章 序論 11.1 本研究の背景 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2 関連研究 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2.1 視線コミュニケーション . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2.2 静的な視線表現 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.2.3 動的な視線表現 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.3 本研究の目的と課題 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.4 本論文の構成 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7第 2 章 目の形状による親しみやすさ評価 82.1 ロボットの目のデザイン候補 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.2 日本人による親しみやすさの評価実験 . . . . . . . . . . . . . . . . 82.2.1 実験方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.2.2 実験結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.2.3 考察 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.3 英語を母国語とする留学生による親しみやすさの評価実験 . . . . . 122.3.1 実験方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.3.2 実験結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.3.3 考察 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14第 3 章 視線の読み取りやすさの評価 163.1 ロボットの構成 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163.1.1 ロボットの機構 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163.1.2 眼球投影 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183.1.3 視線制御のための実世界観測 . . . . . . . . . . . . . . . . . 213.2 視線方向読み取り易さの評価 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213.2.1 実験方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223.2.2 実験結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233.2.3 考察 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253.3 眼球動作の有無による視線方向読み取り実験 . . . . . . . . . . . . . 263.3.1 実験方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263.3.2 実験結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273.3.3 考察 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273.4 頭部回転を用いたロボットの顔の違いによる視線方向読み取り易さ の評価 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303.4.1 ロボットの顔のデザイン . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303.4.2 実験方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313.4.3 実験結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313.4.4 考察 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33第 4 章 視線の自然な動作 344.1 プロジェクタの目と機械の目の比較 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344.1.1 実験方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344.1.2 結果と考察 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354.2 人間の注視行動の観察 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374.2.1 実験方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374.2.2 結果と考察 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374.3 ロボットの振り向き印象評価 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384.3.1 印象評価方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384.3.2 評価結果と考察 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414.4 頭と目の振り向き動作の自然さ評価 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414.4.1 実験方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424.4.2 結果と考察 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434.5 視線コミュニケーションに適したロボットの頭 . . . . . . . . . ...

主指導教員 : 久野義徳

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博士の専攻分野の名称 : 博士(工学)学位授与年月日 : 平成28年9月23日

identifier:学位記号番号 : 博理工甲第1035号

収集根拠 : 博士論文（自動収集）
資料形態 : テキストデータ
コレクション : 国立国会図書館デジタルコレクション > デジタル化資料 > 博士論文
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近年，人間とコミュニケーションを行い，人間と共に暮らすことを目的としているコミュニケーションロボットが増えてきた．コミュニケーションは大きく分けて言語コミュニケーションと非言語コミュニケーションに分けることができ，自然なコミュニケーションを行うにはコミュニケーションロボットにも非言語コミュニケーションが行えることが求められる．非言語コミュニケーションの中で，本研究では視線を用いたコミュニケーションに着目した．人間とロボットのインタラクションにおいて，会話の進行において視線のやり取りの重要性，視線を相手に見せる機能の重要性は様々な研究で指摘されている．ロボットによる視線を用いたコミュニケーションを行うには，ロボットの視線方向を人間に感じてもらう必要がある．また，人間と日常生活で共生するロボットにおいては，機能的価値だけでなく，情緒的価値も重要であり，外見的にも人間が受け入れられるものでなければならない．そのため，外見上の親しみやすさも重要である．そして，ロボットが何かを『見ている』ということを見た目や動作を用いて人間に印象付ける必要がある．第1章にて，本研究の背景，関連研究，目的と課題，構成について詳しく述べる．本研究では視線コミュニケーションを行なうために，目の外見のような静的な視線表現と眼球動作のような動的な視線表現について考える．静的な視線表現として，親しみやすさと視線の読み取りやすさを兼ね備えた目のデザインと，視線の読み取りやすい顔のデザインについて考えた．第2章にて人間の目を基準として，目の縦幅及び黒目の大きさを変え計9タイプの目のデザイン候補を作り，親しみやすさの調査を行った．被験者は日本人と英語を母国語とする留学生の2グループで行った．その結果，親しみやすい目のデザインは，2グループとも目の横幅に対する目の縦幅の比率が人間と同じ，またはそれ以上に縦幅があり，露出している黒目と白目の面積の比率が同じか黒目の方がより大きい目が良いという結果となった．第3章では，第2章で作成した目のデザイン候補を用いて視線の読み取りやすさの調査を行った．その結果，黒目の大きさで有意差が見られ，露出している黒目と白目の面積の比率が同じか黒目の方がより大きい目が視線が読み取りやすくなる傾向があった．目の動きを見せることで視線方向を読み取る精度が上がることも同時に確認した．平面の顔・半球の顔・人間でいう鼻にあたる三角形の突起を半球の中央につけた顔の3つをつくり，視線の読み取りやすさについて調査を行ったところ，三角形の突起を半球の中央につけた顔が最も視線が読み取りやすい顔となった．親しみやすさと視線の読み取りやすさを兼ね備えた目のデザインは，目の横幅に対する目の縦幅の比率が人間と同じ，またはそれ以上に縦幅があり，露出している黒目と白目の面積の比率が同じか黒目の方がより大きいものが良いと思われる．また，目を動かすとより視線が読み取りやすくなること，顔の中央，鼻に当たる位置に凹凸をつけると読み取りやすさが上がることが分かった．動的な視線表現として，全体としての視線の自然な動作，目によるロボットの内部状態表現が考えた．第4章では，視線の自然な動作を調査するために人間の動作を観察し，その中から要素を抽出してそれを元に眼球動作と頭部動作，そしてその2つの連動について検討した．人間の視線配布動作を観察したところ，頭部回転をするときに瞬きをすること，頭部回転は加速し減速するという速度変化をすることが分かった．速度変化を行うロボットの振り向き動作の印象評価を行ったところ，加速減速を伴う首振りは好感，振り向いた感，見られた感，自然さ，親しみやすさがあることが分かった．そして，速度変化のある頭部回転と，頭部回転を行う際に瞬きをし，眼球回転角度と頭部回転角度を組み合わせて対象物を見る動作を作成したところ，自然であるという印象を与えることができた．第5章では，視線による内部状態の表現について調査を行った．集中して物に視線を定めている状態に行われる注視動作と，そうではない状態に行われる待機動作の2つの動作に差を出すことで，ロボットの注視を演出することを考えた．ロボットに待機動作から注視動作へ移る様子を被験者に見せたところ，Saliency の高い場所に反応する待機動作から注視動作へ移った動作を見た被験者は，ロボットの注視対象物へ視線を向けるという傾向が見られた．より自然な待機動作を人間の動作を元に作成するため，人を待つというという状況における人間の視線動作の観察を行った．そうしたところ，被験者は視線が戻る位置がある状態で周囲を観察するような動作を行い，時間が経つにつれ遠くを見るようになった．観察した動作を元にロボットの待機動作を作成し，それと同時に視線がまったく動かない注視動作，さらに集中時の瞬きと非集中時の瞬きを想定した2 つの量の瞬きを組み合わせ，ロボットの注視動作と待機動作の印象評価を行った．その結果，注視動作としては瞬きが少なく目が動かない，待機動作としては目が動くと良いことが分かった．第6章では，ロボットの視線表現のまとめと将来の展望について記述した．
概要 i図目次 x表目次 xii第 1 章 序論 11.1 本研究の背景 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2 関連研究 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2.1 視線コミュニケーション . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2.2 静的な視線表現 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.2.3 動的な視線表現 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.3 本研究の目的と課題 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.4 本論文の構成 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7第 2 章 目の形状による親しみやすさ評価 82.1 ロボットの目のデザイン候補 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.2 日本人による親しみやすさの評価実験 . . . . . . . . . . . . . . . . 82.2.1 実験方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.2.2 実験結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.2.3 考察 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.3 英語を母国語とする留学生による親しみやすさの評価実験 . . . . . 122.3.1 実験方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.3.2 実験結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.3.3 考察 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14第 3 章 視線の読み取りやすさの評価 163.1 ロボットの構成 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163.1.1 ロボットの機構 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163.1.2 眼球投影 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183.1.3 視線制御のための実世界観測 . . . . . . . . . . . . . . . . . 213.2 視線方向読み取り易さの評価 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213.2.1 実験方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223.2.2 実験結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233.2.3 考察 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253.3 眼球動作の有無による視線方向読み取り実験 . . . . . . . . . . . . . 263.3.1 実験方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263.3.2 実験結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273.3.3 考察 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273.4 頭部回転を用いたロボットの顔の違いによる視線方向読み取り易さ の評価 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303.4.1 ロボットの顔のデザイン . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303.4.2 実験方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313.4.3 実験結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313.4.4 考察 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33第 4 章 視線の自然な動作 344.1 プロジェクタの目と機械の目の比較 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344.1.1 実験方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344.1.2 結果と考察 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354.2 人間の注視行動の観察 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374.2.1 実験方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374.2.2 結果と考察 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374.3 ロボットの振り向き印象評価 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384.3.1 印象評価方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384.3.2 評価結果と考察 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414.4 頭と目の振り向き動作の自然さ評価 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414.4.1 実験方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424.4.2 結果と考察 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434.5 視線コミュニケーションに適したロボットの頭 . . . . . . . . . ...
主指導教員 : 久野義徳