【ITニュース解説】Virtual Knobs: Making human-machine interaction more intuitive and efficient

ITニュース概要

仮想ノブは、物理的なノブの操作感を再現するシステム。マルチタッチ入力からノブの位置や回転角度を計算し、UI設計を工夫することで、広範囲の値を素早く正確に調整できる。自動車やVRなど、様々な環境での応用が期待され、動画プレイヤーへの実装で優れた操作性が確認された。

ITニュース解説

この記事では、物理的なつまみの操作感を再現した革新的な仮想つまみジェスチャーシステムについて解説する。このシステムは、マルチタッチ入力から仮想つまみとその回転角度を計算し、つまみの位置とサイズを拡張された次元として利用し、UIデザインの原則を改善することで、広い範囲の値を素早く、正確に調整することを可能にする。また、外乱への耐性も強化されている。 従来のタッチスクリーンとGUI（グラフィカルユーザーインターフェース）を組み合わせたインターフェースは、直感的な操作や多様な用途への適応性、豊富な機能といった利点を持つ。しかし、画面上の要素を目で見てから操作する必要があるため、視覚的な注意を多く必要とし、認知負荷が高い。また、触覚的なフィードバックがないため、操作感に乏しく、振動や動きといった外乱に弱いという欠点がある。 一方、物理的なつまみは、連続的な値の調整に最適で、単純な操作が可能。固定された位置により、手探りでの操作（ブラインド操作）が容易で、明確な物理的な境界による触覚的なフィードバックが得られる。しかし、コストや複雑さ、信頼性の面で、つまみの数を増やすことが難しいという制約がある。 特に自動車のインターフェースにおいては、単純な操作、最小限の視覚的注意、触覚的なフィードバック、外乱への耐性が求められる。従来のデスクトップやモバイル向けのGUIはこれらの要件を満たせないが、物理的なつまみは優れている。ただし、物理的なつまみの数には制限があるため、重要な機能や頻繁に使用する機能（温度や音量など）に限定される。 そこで、この記事では物理的なつまみの直感的な操作性を維持しつつ、コストやスペースの制約を解消するために、仮想つまみを設計するというアプローチを取る。具体的には、物理的なつまみの操作感をシミュレートし、UIデザインを改善して、視覚的な依存度を減らすことを目指す。 仮想つまみは、中心位置（c）、半径（r）、回転角度（θ）、対応する値（v）の4つのパラメータで定義される。回転角度は、角度の差分を累積することで計算され、値の変化は角度の変化に比例する。タッチスクリーンでの実装では、タッチされた複数の点の中から、最も距離の離れた2点を特定し、その2点間の距離と角度から、つまみの中心、半径、回転角度を算出する。 UIデザインにおいては、視覚的な依存度を最小限に抑え、運転中の安全性を確保するために、いくつかの原則を採用する。まず、仮想つまみの位置を固定せず、指の位置に合わせて移動させることで、位置特定に必要な視覚的な注意を減らす。次に、画面上に十分な大きさの操作領域を設け、その領域内での回転ジェスチャーをつまみの回転として解釈する。操作領域は、色やパターン、音、振動などを用いて区別し、操作中は継続的に振動フィードバックを提供する。また、音声や特定のジェスチャーで操作領域を有効化し、不要な場合は自動的に非表示にする。さらに、複数の仮想つまみを異なる操作で切り替えることで、ハードウェアを追加することなく、多様な機能を制御できるようにする。 プロトタイプの結果、仮想つまみは物理的なつまみと同様の直感的で自然な操作感を実現し、低スペックのスマートフォンでもスムーズに動作し、素早く正確な調整が可能であることが確認された。一般的なスライダーやステッパーと比較して、仮想つまみは操作速度と精度のバランスに優れている。また、回転角度を使用しているため、水平方向や垂直方向の振動に対する耐性があり、自動車などの不安定な環境に適している。 さらに、仮想つまみのパラメータである位置（c）と半径（r）を活用することで、表現能力を拡張する。例えば、つまみの半径を調整することで、時間単位（時間、分、秒）を切り替え、回転角度で具体的な値を調整するといった使い方が可能になる。また、ビデオ編集における再生速度の調整など、連続的な関数の制御にも応用できる。 実際に、開発者は自身のビデオプレーヤーYAPにおいて、仮想つまみの位置とサイズを組み合わせて、音量や明るさ、シークバーの操作に利用している。これにより、動画の特定の位置への迅速かつ正確な移動が可能になっている。 仮想つまみは、指の位置情報のみに依存するため、VR/AR環境にも適している。コンピュータービジョンなどを用いて指の位置をリアルタイムに追跡することで、シームレスなVR/AR操作が実現可能になる。 開発者は、このつまみジェスチャーについて特許を申請中であり、デスクトップ、モバイル、VR、そして未来のインタラクション環境において広く応用可能であり、人間と機械のインタラクションをより効果的で魅力的なものにすると考えている。