研究のための13のヘッドトラッキング利用事例

ヘッドトラッキングは、行動に関する洞察を得るための強力な方法です。この機能はアイストラッキングと併用可能ですが、利用が少なく、あまり知られていません。ヘッドトラッキングは、注意力と方向を提供する情報に関してアイストラッキングに関連しています。ヘッドトラッキングは追加のデータソースを提供するため、アイストラッキングの実施が困難な状況を含むさまざまな応用や研究環境に使用できます。

1. 注意

ヘッドトラッキングを使用するすべての研究にとって基本的な概念が注意です。ヘッドの動きは刺激への方向性および減衰に関連しているため、注意と非常に密接に結びついています。実際、多くの研究がヘッドトラッキングとアイストラッキングを組み合わせて、注意を評価しています。

ヘッドトラッキングは注意を定量化するためのより粗い測定値であり、キャリブレーションを必要としないため、アイストラッキングと比較して大きな利点があります。したがって、注意の測定にとって貴重な指標です。

使用の容易さ（キャリブレーションを必要としない）から、ヘッドトラッキングはさまざまなシナリオで注意を測定するために、より直接的かつ受動的に機能し、リアルタイムでのヘッドの動きをトラッキングすることが容易になります。オンライン環境では、ヘッドトラッキングは参加者が画面に対面しているか、他の場所にいるかを判断するためにも使用されます。

2. スポーツ

スポーツにおいて、ヘッドの動きはさまざまな役割を果たします。ヘッドの動きは選手が空間を移動するだけでなく、パフォーマンスの結果を導き、影響を与えます。例えば、バスケットボールでは、ヘッドフェイクがさまざまなゲーム状況で使用され、ディフェンダーを欺くために、ボールを投げるのか他の方向にパスするのかが示されます。最近の研究では、バスケットボールにおけるヘッドフェイクの生産コストを検討し、ヘッドフェイクを使用した場合の反応時間が、使用しない場合よりも高いことがわかりました。興味深いことに、この生産コストはヘッドフェイクを行う選手の準備段階が長い場合に無視されます（Güldenpenning et al., 2023）。

もう1つの例は、選手がバッティングのためにバッターボックスに上がるときの野球です。ピッチに対する視線と集中は重要ですが、バッティング中にもヘッドの動きが行われます。実際、野球行動を分析するスポーツ心理学の研究からは、バッティング中にヘッドの回転が目よりも多く発生していることがわかっています。したがって、ヘッドの動きは野球で重要な役割を果たし、選手はバッティング中にヘッドを下げたり、プレートに向かって頭を向けたりすることがあり、これらはコーチングされていることがわかっています（Terry & Fogt, 2023）。

3. ジストニア

ジストニアは、定期的または周期的な筋肉の収縮が不規則な動きや姿勢を引き起こす不随意運動障害です。この定義の一部には、ヘッドシェイク振戦が含まれます。これは、パーキンソン病などの神経疾患に見られ、ヘッドノッドが不随意に行われます。ジストニアの診断は一般的に主観的であり、最小限の要件で定義されていません。局所的なジストニア症候群に対しては、診断基準は存在しません（Albanese, Giovanni, & Lalli, 2018）。ヘッドシェイク振戦に苦しむ患者にとって、ヘッドトラッキングは動きを定量化するための客観的な方法となります。

4. リモートリサーチ

ヘッドトラッキングを研究するために使用できる多くの技術がありますが、ウェブカメラを使用したヘッドトラッキングの研究は、オンライン研究やリモート研究の扉を開く強力なユースケースです。これにより、研究者が行動測定を収集するために参加者が常にラボに来る必要がなくなります。Labvancedを使用することで、研究者はPCまたはスマートフォンでヘッドトラッキングを有効にできます。これにより、キャリブレーションがアイストラッキングにとって難しい場合、特に子供を研究する場合に役立ちます。ヘッドトラッキングはアイストラッキングほど計算能力を要求しないため、より迅速にパフォーマンスし、任意のデバイスで機能しますが、アイストラッキングは適切にリモートで動作するために良好なCPU/GPUを必要とします。

Labvancedにおけるヘッドトラッキングを示すヘッドの動きのリアルタイムフィードバックルック。

Labvancedでのヘッドの動きを追跡するシンプルなデモを試してみてください。実験を開始すると、顔の上にファイシャルメッシュが表示され、ニューラルネットワークが動作していることが示されます。次に、あらゆる方向に頭を動かすと、スライダーがすぐにその結果として動くのを見ることができます。バックエンドでは、これらのスライダーはデータポイントや空間内の座標に相当します。Labvancedにおけるヘッドの動きに関するデータは、6つのデータストリームで報告されます。

5. 感覚システムのフィードバックとヘッドの動き

視覚的および聴覚的なフィードバック、耳石器情報と結合されたセンサーシステムからのフィードバックは、モーショントラッキングの基本的な行動の核心にあります。例としては、移動する車を見たり（または避けたり）、蜂をよけたりすることが挙げられます。このような行動は単純に見えるかもしれませんが、複数の感覚入力を調整するために複雑な行動を必要とします。ヘッドトラッキングと動く音の組み合わせを評価する研究は限られていますが、これは誰がどのように周囲をナビゲートし、理解するかを導く基本的な行動であるにもかかわらずです（Leung et al., 2016）。

6. 音楽

音楽は音の重要な表現であり、それを聴いたり生み出したりする人々によって自然に引き起こされる動きが伴います。音楽はリズムと強力な音楽的旋律で満ちています。ライブ音楽を聴いている場合でも録音されたバージョンを聴いている場合でも、ヘッドの動きが起こることは間違いありません。2019年のSwarbrick et al.の研究では、参加者がまだリリースされていないアルバムを聴くと、ライブコンサートでは録音された再生バージョンを聴くときよりも多くのヘッドの動きが発生することが示されています。さらに、ミュージシャンの以前の作品に精通している人々は、ニュートラルリスナーと比較してより多くの動きを示し、よりリズム感を持っていました。ヘッドの動きを追跡することによって、研究者たちはアーティストへの感心とライブ音楽を聴くことが、音楽を聴くときのヘッドの動きといった行動にどのような影響を与えるかを示しています。

過去10年間、技術がすべての業界で進歩する中、没入型リスニングシステムの人気が高まっており、より強力な音楽聴取体験を提供しています。最近の研究では、ミュージシャンがクラシックなステレオシステムとバイノーラル空間化システム（2つのマイクのセットアップで録音された音声で、ライブで聞かれているかのように3D音声効果を生み出します）でプレイする好みを調査しました。この実験では、研究者たちは行動測定としてのヘッドトラッキングを使用し、バイノーラル空間化条件が没入感、社会的存在感、他のミュージシャンとのつながり、位置特定、リアリズムに対する評価が高く、クラシックなステレオシステムに比べてヘッドの動きが多く見られました。これらの発見は、改善された聴覚体験がより高いエンゲージメントをもたらしたこと、または「行動-知覚ループをよりよく理解するための探索を促進する身体化された音楽認知メカニズムの存在」があったことを示唆しています（Tomasetti & Turchet, 2023）。

音楽パフォーマンスの文脈において、ヘッドの動きは演奏するミュージシャン間のコミュニケーションや合図にも役割を果たします。即興演奏を行ったり、音楽タイミングが不規則な場合、ミュージシャンにとってコミュニケーションは重要です。共通の注意を使用することで、パフォーマーは他のミュージシャンに合図を送り、相互作用することができます。2019年にBishop, Cancino-Chacon, & Goebiによって発表された研究では、ヘッドの動きが測定され、研究者たちはヘッドの動きが音符が保持されたときのコミュニケーション手段として使用されることを確認しました。さらに、練習やリハーサルの効果があり、ミュージシャンは共演者との親密さが増すにつれて、より多くの動きを示しました。これらの発見は、調整の重要性や創造的な音楽文脈におけるリスクテイキングを促進する動機としてのヘッドの動きの重要性を示しています。

7. HCI

人間とコンピュータの相互作用（HCI）は、デザインとコンピュータ技術の使用の重なりに焦点を当てています。したがって、HCIの主要なトピックには、人間とコンピュータの相互作用が含まれます。最も一般的な入力には、マウスとキーのトラッキングが含まれますが、イノベーションにより、ヘッドトラッキングを入力として使用し、コンピュータと相互作用し、命令を出すことが可能になりました。

HCIは、ゲームの研究においても重要な役割を果たします。HCIとゲームの交差点では、ゲームプレイの相互作用や行動、プレイヤーの特性など重要な考慮事項が含まれ、HCIの専門家は本質的にゲームのデザインを手助けします。ゲーム内のインタラクションはさまざまな役割を持つ可能性があり、このカテゴリーでは、ヘッドノッドや動きが全体的なゲームパフォーマンスやデザインにおいて重要な機能を持つことがあります。HCI、ゲーミフィケーション、コントロールのためのヘッドの動きの例は、プレイヤーの目標がヘッドの動きを使ってキャラクターを導くことと、顔の表情を使用する可能性を持つこのゲームに見ることができ、Ilves, Gizatdinova, Surakka & Vankkaによって開発されました。この研究の結果は、プレイヤーがこのインタラクティブなアプローチを楽しみ、よりエンターテイメント性や興味を示したことを示唆しており、そのようなアプローチがより有意義な体験を提供する価値があることを示唆しています。

8. 支援技術

障害を持つ人々は、PCのようなデバイスとの相互作用や制御に困難を経験します。この集団にとって、支援技術はデバイスの独立した使用と制御を増やすための可能な解決策の役割を果たします（Zapala & Balaj, 2012）。ヘッドトラッキングを使用することで、支援技術はヘッドの動きによってナビゲートおよび制御されることができます。これらの動作は、アイストラッキングや音声認識などの他の入力と組み合わせることも一般的です。

9. 航空

航空環境における認知とパフォーマンスに関する研究も、ヘッドトラッキングの指標を使用しています。これには、視線とヘッドの位置に関連付けるために、アイストラッキングと一緒に使用されることが非常に多いです。ヘッドの動きを測定することで、研究者は注意、空間認知、自動的な動きに関する認知プロセスへの洞察を得ることができます。共同パイロットが関与する場合には、共同注意および状況認識も含まれます（Murthy et al., 2020）。

10. 自動車研究

運転中には、同時に多くの認知プロセスが発生します。最も重要なのは、道路や他の車両への注意が意思決定と空間認知を促進することです。これは、車線変更のような状況で明らかです。車線を変更する際、視覚的な行動が意思決定に先行し、ヘッドの動きは、前方や側面のミラーに向かって空間を認識する際に重要な役割を果たします（Pech, Lindner, & Wanielik, 2014）。このような研究は、車両のダッシュボードに取り付けられたスマートフォンの内蔵ウェブカメラを使用してリモートヘッドトラッキングを行うことで、Labvancedで実施可能です。

横断歩道

移動性と環境に関連するのが横断歩道です。この興味深い研究で、Zito et al.は若年者と高齢者の歩行者が横断歩道を渡る様子を評価するためにヘッドトラッキングを使用しました。その結果、高齢者は若年者よりも横断歩道を渡るときに道路を見ることが多く、高齢者の意思決定行動は、速度よりも車の距離に基づいて決まることがわかりました。このような研究は、日常的な状況におけるヘッドトラッキングの重要性を示しています。

11. コミュニケーション / ボディーランゲージ

前のセクションでほのめかしたように、ヘッドの動きはボディーランゲージを介してコミュニケーションに使用することができます。これは音楽のコンテクストを超えて、日常的な状況でも見られます。特に会話中に、ボディーランゲージとしてのヘッドノッドが同意や不同意を示すために使用されることが明らかです。次のセクションでは、文化がヘッドシェイクが「いいえ」または「はい」を意味するかにどのように影響するかを論じます。

ヘッドの動きは手話にも役割を果たします。Puupponenによる研究では、フィンランド手話におけるヘッドと胴体の関係が評価されました。この研究論文では、異なる複雑さを持つ物語がヘッドと胴体の動きにどのように影響するかを調査し、一般的にこれらの2つの身体の部位が手話におけるアーティキュレーターとしての役割を果たすことを評価しました。全般的な結論は、ヘッドの動きがフィンランド手話においてはるかに重要であり、ほとんどの場合、動きの共指向が観察され、より複雑な組み合わせでは動きに違いが生じるというものでした。手話におけるヘッドの動きの役割を評価することは興味深い研究のユースケースであり、Labvancedを使用してオンラインで研究することができます。

12. 社会心理学

ヘッドの動きはノンバーバルコミュニケーションにおいて重要な役割を果たしますが、社会的または文化的な側面もそれに影響を与え、ヘッドノッドやシェイクといったボディーランゲージの意味を決定します。

例えば、アメリカ文化では、縦にヘッドを動かすことは「はい」または肯定的な反応を示しますが、他の文化では「いいえ」や否定的な反応を意味することがあります。ブルガリア文化はこの例であり、水平の動きが「いいえ」を示すことがあります。AndonovaとTaylorの研究では、これらの文化的違いが、人々のコミュニケーション意図がない状況の下での認知プロセスにどのように影響するかを評価し、国によってはジェスチャーや文化特有の身体化パターンに影響があることがわかりました。

13. 発達

乳幼児や子供に対するアイストラッキングは、長いキャリブレーション期間とキャリブレーション段階で静止する必要性から困難です。このような観察は、臨床および健康な集団の両方で見られ、fMRI設定でアイストラッキングを利用した研究でも観察されています（Sasson & Elison, 2012; Son et al., 2020）。ヘッドトラッキングはその問題に対する強力な解決策であり、キャリブレーションが不要です。さらに、この若い集団において、ヘッドの方向性と注意は高く関連しています（Langton, 2000）。

発達心理学において、ヘッドトラッキングは多くの利用ケースがあります。特に臨床研究の分野での疎外があります。2023年1月に発表されたSong et al.による革新的な研究では、ヘッドトラッキングと自閉症児の自身の名前に対する反応の測定を組み合わせたアルゴリズムを開発することによって、自閉症スペクトラム障害の早期スクリーニングのための方法を確立しました。この変数の組み合わせの理由は、自己の名前に反応しないことが自閉症スペクトラム障害の早期兆候の1つと見なされるからです。研究者たちは、ヘッドの位置を考慮したこのアルゴリズムを使用することで、方法と臨床診断の間に93.3％の一貫性があることを示しました。このような発見は、ヘッドトラッキングに依存する新しいスクリーニングテストへの道を開き、現在のスクリーニングプロトコルよりも迅速でコスト効率が良く、時間、専門知識、お金がたくさん必要です。

結論

全体として、ヘッドトラッキングは、注意、知覚、方向性、意思決定、相互作用といった認知機能を研究するためのさまざまな研究アプリケーションで使用できる強力で有用な機能です。ウェブカメラを使用してヘッドトラッキングを有効にすることは、オンライン研究環境で可能であり、リモート管理を通じて新しい研究の場を開くことができます。

参考文献

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