Realization Support Approach for Science Experiments in Virtual Space

Research Project

Project/Area Number	23K02716
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 09070:Educational technology-related
Research Institution	Hiroshima City University
Principal Investigator	岡本勝広島市立大学, 情報科学研究科, 講師 (30453210)
Project Period (FY)	2023-04-01 – 2026-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000) Fiscal Year 2025: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000) Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000) Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Keywords	バーチャルリアリティ / 学習支援 / 理科学習 / ヘッドマウントディスプレイ / アイトラッキング
Outline of Research at the Start	ヘッドマウントディスプレイで計測可能な視線情報に着目し，仮想空間での理科実験における学習者の操作意図を視線情報などから推定する手法の提案と、その操作意図を基にして学習者が正しい実験操作に気付いていくためのリアルタイムでのフィードバック提示手法の開発を行っていく。
Outline of Annual Research Achievements	化学は実験を行うことで基本的な概念や原理，法則の理解を図ることが重要とされている．VRを用いた化学学習支援システムが数多く存在する中，近年では，VRにおいてシステム利用時に視線計測を行えるデバイスが開発されてきている．本研究では，HMDに搭載されているアイトラッキング機能を用いることで学習者の視線を見るべきところへ誘導する視線誘導フィードバックを実装した仮想電気分解実験システムを提案した．アイトラッキング機能を用いることで学習者の見ている箇所をリアルタイムで取得可能となり，見るべきところを誘導，意識させることが可能となる．学習者は，仮想電気分解環境において電気分解反応を確認する際，視線誘導フィードバックが提示したオブジェクトを見ることで電極と反応前後の関係を確認していく．提案システムを用いて学習を行う際に被験者が視線誘導フィードバックによって提示しているオブジェクトを見ることができているのか検証した．システムを用いた学習中に被験者の視線情報に関する座標データを取得したところ，被験者の視線はフィードバックが提示しているオブジェクトのところへ移動していることが確認できた．このことから，電気分解反応を確認しているときに視線誘導フィードバックが正しく機能し，被験者は提示されているものを見ることができていたと考えられる．また，提案システムを用いることで見るという行為で確認したイオンや分子を適切に把握することができるか検証した．システム操作後のテスト結果から，視線誘導フィードバック実装した提案システムの方が視線誘導フィードバックのない従来システムに比べて見たものをより把握できていることが確認できた．また，事後アンケート結果から，提案システムに対して多くの肯定的な評価を得ることができた．一方で，NaやKといった視線誘導をしていないものを答えた人も存在した．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 提案システムの開発が順調に進んでおり、評価実験においても一定の有効性が確認できたためおおむね順調に進んでいると判断している。一方で、中長期的な評価実験は行えていないため、来年度以降にこの点については進めていく必要がある。
Strategy for Future Research Activity	初年度に開発したプロトタイプシステムは、あくまでも電気分解実験に特化したものであるため、今後は幅広い学習項目への拡張を予定している。そのうえで、評価実験から得られた課題を解決するためのフィードバック手法の検討を行い、化学実験を通じて学習を行えるシステムにおけるアイトラッキングに基づくフィードバックを用いた学習支援手法のフレームワークの提案を目指していく。