| 研究課題/領域番号 |
15K00960
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| 研究機関 | 宮城教育大学 |
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研究代表者 |
岡 正明 宮城教育大学, 教育学部, 教授 (50292355)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 植物学習 / ICT / 拡張現実感 / プロジェクションマッピング / インタラクティブパフォーマンス |
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| 研究実績の概要 |
本研究では，AR（拡張現実感）、VR（バーチャルリアリティー）、プロジェクションマッピング、インタラクティブパフォーマンス、などの最新の情報技術を活用し、効率的・効果的な植物学習を実現する教材開発を行う。平成28年度の主な成果は、以下の項目である。
１．圃場に見立てた床面に配置したマーカー上に、作物（トウモロコシ）3DCGをAR表示し、栽植間隔による相互遮蔽の違いを視覚的に学習できるシステムを開発した。
２．ARマーカーの自由度を高める目的から、タブレットに表示させた図形をARマーカーとして使用することに成功し、多様な植物3DCGや植物成長動画を瞬時に切り替えながら表示させるシステム、その手法を応用して学習者がゲーム形式で栽培条件と植物成長との関係を理解できる教材などを開発した。
３．1年目に開発した“だまし絵”手法を利用して壁面や床面に置いたマーカー上に植物3DCGを表示させる手法（ARとプロジェクションマッピングの融合技術）を改良し、床面から直立している様に見える植物3DCGが、マーカーの動きに合わせて、遠近感を含んで移動するシステムを開発した。
４．その他、(1)スマートグラスがAR（一部VRを含む）を用いた学習に有効であることを見出し、中学生115名に対しそのシステムを実施して学習効果を調査した、(2)自然物をARマーカーとして利用する可能性を追求し、球根上に草花を表示させるなどの手法に成功した、(3)仮想空間での植物生育環境条件をシミュレートするインタラクティブパフォーマンスの基礎データとして、3Dプリンタを用いて新規水耕装置の作成および栽培評価実験を行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
研究2年目は、初年度に開発したARとプロジェクションマッピングなどの技術をもとに、さらに教育効果の高い教材開発を予定していたが、スマートグラスによるAR・VR教材の開発、タブレット上の画像・動画や自然物などをARマーカーとして利用する可能性の実証とそれを用いた新規教材開発、栽培教育に容易に適用できる圃場作物AR表示教材など、予定していた技術開発は概ね達成できた。加えて、主に3年目に予定していた教育現場（中学校）での実践も開始し、ICT教材を活用した植物学習の教育効果の調査も実施できた。
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| 今後の研究の推進方策 |
研究最終年度である平成29年度は、これまで開発したICT教材の改良と、より教育効果が高いと期待されるインタラクティブパフォーマンスおよびVRを用いた教材開発を進め、また教育現場での実践を積み上げ教育効果の検証を行う。具体的な研究計画は、以下の項目である。
１．前年度に開発したスマートグラスを用いたARとVR手法を改良し、栽培条件と植物成長の関係を体験的に学習できる教材開発を進める。学習者が主体的に学べるゲーム要素を含む教材を予定している。
２．新たにHMD(ヘッドマウントディスプレイ）を使用したVRに取り組み、仮想空間内を動き回れるバーチャル植物園を構築する。仮想空間において、植物を拡大して観察する、3Dアニメーションを表示して植物成長を短時間に観察できる、など、四次元を自由に制御できる植物観察教材とする。
３．植物管理作業（整枝作業や誘引）などによる植物形態変化をシミュレートするインタラクティブパフォーマンス教材を開発する。技術的には学習者の動作（手の動きなど）を三次元座標で捉える技術開発が課題であるが、本研究でも用いているモーションキャプチャ装置Kinect、あるいは磁力線式三次元デジタイザを利用する予定である。
４．開発した教材を小中学校で実践し、ICTを用いた植物学習教材の教育効果の検証データを積み重ねる。また、開発したICT教材を用いて対話的な学習を実践するための授業案も作成する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
研究計画に記載したように、VRを実行するための機器として、新たにHMD（ヘットマウントディスプレイ、加速度センサー、ジャイロセンサーなどの機能が備わった機種）を購入する予定である。現在、HMDは多くの会社から次々に新機種が発表されており、特に次年度（平成29年）にはMicrosoft社が機能の優れた比較的安価な新HMDを販売開始する予定である。本年度（平成28年度）に販売されている機種を購入するよりも、他社の機種とMicrosoft社の機種の機能を比較し、平成29年度前半にHMDを購入する方が、教育現場により適した機種を選定できるとの考えから、HMDを購入するための金額を次年度に繰り越した。
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| 次年度使用額の使用計画 |
繰り越した金額については、理由に示したHMD（ヘッドマウントディスプレイ）を各社の機種から選定し、購入するために使用する。
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