HANDS-ON COMPUTING Scientific American 2008.07
横山 大地 訳分
[手によるコンピューター利用]
アップル社のiPhoneが昨年市場に出たとき、いわゆるマルチタッチスクリーンとして一般大衆に紹介された。スクリーン上の画像は指先で動かすことができ、画像の端においた２本の指先を別々な方向に広げるかまたは近づけるように動かすことによって拡大、縮小ができる。その実用性以上にインターフェイスが与えた触れる楽しさは瞬く間に称賛されていった。 その触れて動かすという動作は感覚的で直観的に感じられた。しかし、iPhone着手時の世界のまわりの研究所ではマルチタッチスクリーンは２本の指による操作をはるかに超えていた。エンジニア達は多数の人々による多数の手にさえ、10本の指にただちに反応できるはるかに大きなスクリーンを開発した。写真家、グラフィックデザイナーあるいは建築家(多くの視覚的な資料を操作し、しばしばチームで働くであろう専門家達)がどのようにこのマルチタッチコンピューティングを歓迎するか想像するのは簡単である。しかし、この技術はすでにより広範囲で利用されており、誰でも練習なしでブレインストーミング会議中に手を伸ばして物体や計画を動かしたり書き加えることが可能な状態に達している。
[知覚できるピクセル]
ニューヨーク大学のコンピューター科学者でニューヨークのパーセプティブピクセルの創立者でもあるジェフ・ハンはマルチタッチ技術の最先端にたっている。彼の会社のロビーを歩くと、３×８フィートのフラットスクリーンで迎えられる。彼は電子壁に歩み寄り、彼の指のタッチだけでイメージの世界を解放する。１０台以上もの動画再生装置を同時に作動でき、またツールバーはない。ハンがディスプレイとは異なるファイルにアクセスしたいとき、軽く打つことのできる図表やメニューを出して２度それを軽く打つ。 司令室において、地理的に合成された監視画像をすばやく比較する必要のある諜報機関は、初期に装置一式を購入したいくつかの採用者のうちに含まれている。CNNのニュースキャスターは大統領予備選挙の報道中に、米国の５０の州をくっきりと表示した大きなパーセプティブピクセルシステムを使用した。投票の結果を表示するために、キャスターはスクリーンの前に立ち、単に地図を横切って指を動かすことで、スクリーン上の州や郡さえも動的に拡大、縮小してみせた。将来的に見て、ハンはエネルギー取引および医療画像のような極度にグラフを用いたビジネスがこの技術の中心的な応用先となることを予想している。
マイクロソフト・リサーチの主要な研究者であるビル・バクストンによると、マルチタッチ・インターフェースの基本的な研究は1980年代の初めまでさかのぼるという。 しかし、2000年付近に、ニューヨーク大学でハンは技術の最も難しいハードルの1つである 高解像度での指認識を達成する挑戦を始めた。その解決はハードウェアおよびソフトウェアの革新の両方を要求するものだった。 おそらくもっとも重要なことは漏れ全反射(FTIR)として知られている光学効果を利用していることであり、FTIRは指紋認識機器にも使用されている。自らを非常に触知的な人間と称しているハンは、ある日コップ一杯に入った水を見ていたときこの効果に気付いた。彼は急角度から水を通して見たときグラスの外側についた指紋がとてもはっきり現れるということに気付いた。彼は電子装置が、透明なコンピューターモニターの表面に置かれた指先を光学的に追跡することが可能かもしれないと想像した。このようにしてマルチタッチインターフェイスに没頭する彼の６年間が始まった。 彼は最初、自動預金受払機とキオスク端末で使用されている、一般的にスクリーンにあらかじめ定められた点を触っている指の静電容量を感知するだけであるシングルタッチスクリーンの高解像度版を作ることを考えた。しかし、任意に動いている指の追跡はスクリーンの後ろに現実的ではない量の配線を要求するだけでなく、さらにスクリーンの機能性を制限することになっただろう。
ハンは 最終的に、導波層のように作用するアクリルの透明な長方形のシートを考案した。これは簡単に言えば光の波に対してパイプのような役目をするものである。シート端周辺にある発光ダイオード(LED)はシートに赤外光を送り込むと、その光は光ファイバーを通りぬけるようにシートの壁の内部で反射しながら進む。この間 光は漏れない。しかし誰かがシート表面に指を置くと、内部で反射光がシート表面に当たり拡散し、シートを通り抜け反対表面から出るように跳ね返る。スクリーンの後ろのカメラは触れられている位置を示す漏れた光、すなわちFTIRを感知する。カメラはすぐに多くのポイントからこの漏出を追跡することができる。
佐藤 真吾 訳分
ハンはすぐにアクリルパネルも、拡散スクリーンとして機能することができることを発見。コンピュータにリンクされているパネルの背後にあるプロジェクターは、反対側にに向かってビームのイメージを通じて拡散します。したがって、画面は画像の出力とその画像で行われたタッチの両方の入力として役立つかもしれません。
指の正確な位置を感知させることは、1つの挑戦でした。指の動きを追跡し、画面上でどのようなことが起こる命令であるかに変換することができるソフトウェア・ルーチンを考案することは難しかった。ハンとともに作業する６人のソフトウェア開発者たちは、まず第一に指が画面上ですばやくオブジェクトをドラッグした際の低遅延、または残像を与えるために部分的に高性能グラフィックス・エンジンとして機能するソフトウェアを書き込まなければいけませんでした。そして、ランダムな方向に掃引する指先から画面の変則的なFTIRの光出力に対処しなければならなかった。
コンピュータのオペレーティングシステムのアーキテクチャは、ユーザーの入力がキーボードまたはマウスのいずれかから来ることが前提です。キーストロークは明確であり、"q"は"q"を意味する。マウスの動きは2次元グリッド上の直交座標、xとyの位置として表されます。マウスの動きは2次元グリッド上の直交座標、xとyの位置として表されます。入力を表すため、このような方法は、グラフィカル・ユーザー・インターフェース、またはGUIとして知られている一般的な規律に属します。ハン・のマルチタッチスクリーンは同時にx座標とy座標が10以上のストリームを生成し、"伝統的なGUIはそれほどの同時性は実際に設計されていません"と彼は指摘している。現在のオペレーティングシステムは、単一のマウスカーソルを前提としており、 "我々は、新しいマルチタッチのグラフィカルなフレームワークを作るため配管の多くを引き裂く必要がありました"とハン氏は述べています。
このすべての作業中に、ハンの圧力検知は、アクリルスクリーンの表面に設計された微細な隆起を有するポリマーの薄い層の前面に適用することによっても、達成されることがわかった。ユーザーがポリマー上の任意の場所を強く、またはやさしく押したとき、少し屈曲し、指紋領域は、散乱した光が明るくなったり暗くなったりすることでカメラが感知することができ、大きくなったり小さくなったりします。画面上のオブジェクトをしっかり圧力を維持することによって、ユーザーは、隣接するオブジェクトの背後にそれをスライドすることができます。
2006年、ハン・のパーセプティブピクセルチームは、全ての要素を取り入れ、その年のTED（技術、エンターテイメント、デザインの）会議で熱狂的な聴衆にそのシステムを披露した。その後、システムの受注が着実に増加している。パーセプティブピクセルは、価格を開示されていません。 GUI（グラフィカル・ユーザー・インターフェース） ユーザに対する情報の表示にグラフィックを多用し、大半の基礎的な操作をマウスなどのポインティングデバイスによって行うことができるユーザインターフェースのこと。最近ではGUIを利用するための基本的なプログラムをOSが提供することにより、アプリケーションソフトの操作感の統一や、開発負担の軽減などが図れている。
Tracking fingers(指の追跡)
最も先進的なマルチタッチスクリーンは,動きや、数多くの指の圧力に対応しています。明敏なピクセル設計（右の図）では、プロジェクターは視聴者が直面している表面にアクリルの画面で画像を送信します。指や他のオブジェクト（例えば、スタイラスなど）が表面をタッチすると、 赤外光は、センサーに指やバックオフLEDが散乱してアクリル板の内側に輝いていた。ソフトウェアは、指の動きなどのデータを解釈します。必要なときに画面をタップすると、コマンドメニューが表示されます。
福田 直哉 訳分
[Microsoftは表面をこする]
ハンがセットアップを完成させている間にも、他のエンジニア達は、さまざまな手段で同様の目標を追求しました。大手ソフトウェア会社のMicrosoftは現在、Surfaceと呼ばれる小さなマルチタッチコンピュータを運用し始め、"Surface Computer"というハードウェアのカテゴリーに位置づけようとしています。構想は、Microsoft HardwareのStevie Btahiche氏とMicrosoft ResearchのAndy Wilson氏がテーブル上の特定の物理的な物体を認識できる対話式テーブルの開発が始まった2001年にさかのぼります。二人の発案者はこのテーブルは電子ピンボールマシン、ビデオ、パズルやフォトブラウザとして機能することができると想定しました。 85以上の試作品の後、上の段に透明なアクリル板、下の段にプロジェクターの箱を持つテーブルになってしまいました。(反対側のページの一番下の図を参照) プロジェクターは、水平線上に30インチの画面に画像を投影します。赤外線LEDをテーブルに点灯させ、反対側の指先または物体で跳ね返えさせる。このようにしてデバイスが人の指からの指示を認識できるようになります。Windows Vistaのコンピュータが処理を提供します。
マイクロソフトは技術を適用する可能性が最も高いと思われる、4つのレジャー、小売店、娯楽産業のパートナーにSurface table computersを出荷しています。例えば、スターウッドホテル系列の "Sheraton "は、ホテルのロビーでお客様が閲覧し、音楽を聴き、家庭へデジタル写真を送信し、食べ物や飲み物を注文できるようになるようにsurface computersを設置しようとしています。T-Mobile USAの小売店の顧客は、単に表面の画面上に別の携帯電話のモデルを配置することによって、携帯電話の裏側にあるblackdotted"domino"タグにより電話の価格、機能、および携帯電話プランの詳細を表示させることでそれらを比較することができるようになります。その他のMicrosoftソフトウェアは、ワイヤレス対応のデジタルカメラがsurface computer上に置かれたときに、ケーブルなしでコンピュータへ写真の内容をアップロードすることを許可します。
第一世代のsurfaceシステムは5000ドルから10,000ドルの値を付けています。同社はほとんどの電子部品と同様に、生産量が増加するにつれて価格が減少すると予想しています。マイクロソフトは三年から五年後にSurface computersが消費者価格で利用できるようにすべきだと言います。
[三菱もまた]
技術開発者は、三菱電機研究所から最近分離したマサチューセッツ州フラミンガムにあるCircle Twelveと呼ばれる新設企業により発表されたDiamond Touch tableに興味があるかもしれません。三菱で開発されたテーブルは、外部の当事者が彼らが思い描くアプリケーション用のソフトウェアを書くことができるように構成されており、数十のテーブルはすでに学術研究者および商業顧客の手の中にあります。
Diamond Touchの目的は"小集団の共同作業を支援するため"であると、Adam Bogue販売担当取締役は述べています。"システムは誰が誰であるかわかり、複数の人が対話することができる。"数人の人々が椅子に座って、下のコンピュータによりリンクされているテーブルを囲んで配置されます。そのうちの誰かがテーブルに触れると、画面に埋め込まれたアンテナの配列は、静電結合とされている方式でコンピュータ内の受信機に、人の体と椅子を介して、非常に少量の無線周波エネルギーを送信します。また、特別なフロアマットは、回路を完成させるために使用することができます。連結されているアンテナは、人が触れている画面上の場所を示します。 一見限定的ですが、このセットアップは、誰がどのような入力をしたのか跡をたどることができ、さらに、最初の画面に触れるどんな人にも制御を与えることができます。 その場合、最初のユーザーの入力が完了するまで、指定された座席を介して検出された他のタッチを無視します。システムはまた、設計図のように、イメージの注釈をつくった人をも追跡することができます。
Parsons Brinckerhoffというニューヨーク市に本社を置くグローバルなエンジニアリング会社は、テーブルや計画の技術をさらに向上させる試みがあります。 "我々は、大きなプロジェクトの最中では会議を数千もやっている"と同社の可視化部門の地域マネージャーのTimothy Caseは言います。"我々は、複数の場所に複数のテーブルを持つことができ、誰もが同じものを見ることができます。"
Diamond TouchとPerceptive Pixelの両方のシステムは人々が入力できるように画面上に仮想キーボードを映し出す"エミュレータ"の機能を備えている。 しかし、それは愛好家はこの平凡な活動のために動的システムを使用することを好むとは考えにくい。マルチタッチの大きな強みは、複数の人に複雑な活動を一緒に仕事させることである。 約25年前にどのようにしてマウスがキーボードの矢印キーから人々を解放したのかを思い出すのは困難です。 すぐにでもマルチタッチインタフェースは、ユビキタスマウスから私たちを解き放つのに役立つ可能性があります。 "あなたが実際に新しいユーザーインターフェイスに出会うのは非常にまれだ"とハン氏は述べています。 "我々は、この全てのものの初期段階にいるだけだ。"
