ヒューマン・コンピュータ・インタラクション

Wikipedia 日本語訳 · HCI

Wikipedia 英語版記事の全訳で、人とコンピュータの相互作用を設計・評価・研究する学際分野を概観する。

本記事は、英語版ウィキペディアの記事「Human–computer interaction」を日本語に翻訳したものです。原記事はクリエイティブ・コモンズ表示-継承ライセンス（CC BY-SA）のもとで提供されており、本翻訳（二次的著作物）も同ライセンスに従います。脚注番号・参考文献リストは可読性のため割愛しています。

ヒューマン・コンピュータ・インタラクション（Human–computer interaction、HCI）とは、人々がコンピュータシステムを操作し、それと関わり合う過程のことである。HCI の研究は、コンピュータ技術の設計とその利用を対象とし、特に人（ユーザー）とコンピュータの間のインターフェースに焦点を当てる。HCI の研究者は、人々がどのようにコンピュータと相互作用するかを観察し、人間が新しい方法でコンピュータと相互作用できるような技術を設計する。これには、視覚的・聴覚的・触覚的（ハプティック）なフィードバックシステムが含まれ、これらは従来型のインターフェースとモバイルコンピューティングの両方の文脈において、相互作用のチャネルとして機能する。

人間とコンピュータの間の相互作用を可能にする装置は、「ヒューマン・コンピュータ・インターフェース」として知られている。

研究分野としての HCI は、コンピュータ科学、行動科学、デザイン、メディア研究、その他いくつかの分野が交差する位置にある。

この用語は、スチュアート・K・カード、アレン・ニューウェル、トーマス・P・モランが 1983 年に著した記念碑的な著作『The Psychology of Human–Computer Interaction（ヒューマン・コンピュータ・インタラクションの心理学）』によって広まった。知られている限りでの最初の使用は、1975 年のカーライルによるものである。この用語は、特定かつ限定的な用途を持つ他の道具とは異なり、コンピュータには多くの用途があり、それらの用途がしばしばユーザーとコンピュータの間の自由な（オープンエンドな）対話を伴うということを伝えることを意図している。対話という概念は、HCI を人間同士の相互作用になぞらえるものであり、このアナロジーはこの分野の理論的考察において極めて重要である。

人間はさまざまな方法でコンピュータと相互作用しており、両者の間のインターフェースはこの相互作用を促進するうえで決定的に重要である。HCI は、ヒューマン・マシン・インタラクション（HMI）、マン・マシン・インタラクション（MMI）、あるいはコンピュータ・ヒューマン・インタラクション（CHI）とも呼ばれることがある。

デスクトップアプリケーション、ウェブブラウザ、ハンドヘルドコンピュータ、コンピュータ・キオスクなどは、今日広く普及しているグラフィカル・ユーザー・インターフェース（GUI）を利用している。音声ユーザー・インターフェース（VUI）は音声認識および音声合成システムに用いられ、新興のマルチモーダル・インターフェースおよび GUI は、他のインターフェース・パラダイムでは実現できない方法で、人間が身体性を持つキャラクター・エージェントと関わることを可能にする。

定義と背景

米国計算機学会（ACM）は、HCI を「人間が利用するための対話型コンピューティングシステムの設計、評価、実装、およびそれを取り巻く主要な現象の研究に関わる学問分野」と定義している。HCI の重要な側面の一つはユーザー満足度であり、これはエンドユーザー・コンピューティング満足度とも呼ばれる。ACM はさらに次のように述べている。

ヒューマン・コンピュータ・インタラクションは、コミュニケーションする人間と機械を研究するため、機械の側と人間の側の両方に関する基礎的な知識を引き出す。機械の側では、コンピュータ・グラフィックス、オペレーティングシステム、プログラミング言語、開発環境の技術が関連する。人間の側では、コミュニケーション理論、グラフィックデザインおよび工業デザインの分野、言語学、社会科学、認知心理学、社会心理学、そしてコンピュータ・ユーザー満足度といった人間工学的要因が関連する。そしてもちろん、工学およびデザインの手法が関連する。

HCI は、航空や医療といった分野において、人間が複雑な技術と安全かつ効率的に相互作用できることを保証する。HCI の学際的な性質のために、さまざまな背景を持つ人々がその成功に貢献している。

設計の不十分なヒューマン・マシン・インターフェースは、多くの予期せぬ問題を引き起こす可能性がある。典型的な例は、原子炉のメルトダウン事故であるスリーマイル島原子力発電所事故であり、調査の結果、ヒューマン・マシン・インターフェースの設計が少なくとも部分的にこの災害の原因であったと結論づけられた。同様に、航空分野におけるいくつかの事故は、メーカーが標準的でない飛行計器やスロットル・クアドラントの配置を採用するという決定から生じた。新しい設計は基本的なヒューマン・マシン・インタラクションにおいて優れていると提案されたものの、パイロットはすでに「標準的な」配置を身につけていた。このように、概念的には良いアイデアが、意図しない結果をもたらしたのである。

相互作用のループ

ヒューマン・コンピュータ・インターフェースは、人間のユーザーとコンピュータの間のコミュニケーションのインターフェースとして説明することができる。人間とコンピュータの間の情報の流れは、相互作用のループとして定義される。相互作用のループにはいくつかの側面があり、それには次のものが含まれる。

視覚ベース：視覚ベースの HCI は、おそらく最も広く普及している研究領域である。
音声ベース：コンピュータと人間の間の音声ベースの相互作用は、HCI システムのもう一つの重要な領域であり、さまざまな音声信号によって取得される情報を扱う。
フィードバック：人間からインターフェースを通じてコンピュータへ、そしてコンピュータから人間へと処理が往復する過程で、それらを評価し、調整し、確認するためのインターフェースを通じたループ。
適合（Fit）：タスクを達成するために必要な人的資源を最適化するために、コンピュータの設計、ユーザー、タスクを適合させること。

視覚ベース HCI

表情分析：表情を通じて感情を視覚的に認識し分析することに焦点を当てる。
身体動作追跡（大規模）：大規模な身体動作を追跡し分析することに集中する。
ジェスチャー認識：ユーザーが行うジェスチャーを識別し解釈することを含み、コマンドやアクションのシナリオにおいてコンピュータと直接相互作用するためにしばしば用いられる。
視線検出（眼球運動追跡）：ユーザーの眼の動きを追跡し、文脈依存的な状況においてユーザーの注意、意図、焦点をよりよく理解するために主に用いられる。

各領域の具体的な目標は応用先によって異なるが、それらは総体として HCI の向上に貢献する。特に、視覚的アプローチは、音声ベースやセンサーベースの手法といった他のタイプの相互作用の代替手段あるいは補助手段として探究されてきた。たとえば、読唇あるいは唇の動きの追跡は、音声認識の誤りを訂正するうえで影響力があることが証明されている。

音声ベース HCI

音声ベースの相互作用は、さまざまな音声信号を通じて取得される情報の処理に焦点を当てた分野である。音声信号の性質は視覚信号に比べて多様性に乏しいかもしれないが、それらが提供する情報は非常に信頼性が高く、価値があり、時には独自の情報をもたらすことがある。

音声認識：発話された言語の認識と解釈を中心とする。
話者認識：異なる話者を識別し区別することに集中する。
聴覚的感情分析：音声信号における感情的手がかりを分析することによって、知的な HCI に人間の感情を取り込む取り組み。
人間が発する音／合図の検出：ため息、息をのむ音、笑い声、泣き声など、典型的な人間の聴覚的合図を認識し、感情分析やより知的な HCI システムの設計に貢献する。
音楽的相互作用：音楽を生成しそれと相互作用することを含む比較的新しい領域で、芸術産業への応用がある。音声ベースと視覚ベースの両方のシステムで研究されている。

センサーベース HCI

ユーザーと機械の間の相互作用を促進するために物理センサーの使用を伴う、広範な応用を持つ多様な領域を包含する。これらのセンサーは、基本的なものから高度に洗練されたものまで幅広い。

ペンベースの相互作用：特にモバイル機器において重要で、ペンのジェスチャーや手書き文字認識に焦点を当てる。
マウスとキーボード：コンピューティングで一般的に用いられる、確立された入力装置。
ジョイスティック：対話的な制御のための確立された入力装置で、ゲームやシミュレーションで一般的。
モーショントラッキング・センサーとデジタイザー：映画、アニメーション、芸術、ゲームに革命をもたらした最先端技術。装着型の布センサーや関節センサーは、より没入的な相互作用を可能にする。
触覚（ハプティック）センサー：ロボティクスや仮想現実で重要で、触覚に基づくフィードバックを提供し、ヒューマノイドロボットや外科手術への応用で重要な役割を果たす。
圧力センサー：ロボティクス、仮想現実、医療応用において、表面に加えられた圧力に基づく情報を提供する。
味覚／嗅覚センサー：他の領域と比べ人気は低いが研究は行われており、成熟度には幅がある。

目標とユーザビリティ

HCI は、人間が計算的な人工物、システム、インフラをどのように利用するかという様態に関わる。この分野の研究の多くは、コンピュータ・インターフェースのユーザビリティ（使いやすさ）を改善することによって HCI を向上させようとするものである。ユーザビリティが正確にはどのように理解されるべきか、それが他の社会的・文化的価値とどのように関係するか、そしてそれが望ましい特性である場合とそうでない場合はいつなのか、といった点については、ますます議論が活発になっている。

この分野の研究の多くは、次のようなことに関心を寄せている。

学習しやすさ、見つけやすさ、使用の効率といった望ましい特性に向けて新しいインターフェースを設計し最適化するための手法。
ソフトウェア・ライブラリなどを用いてインターフェースを実装するための手法。
ユーザビリティやその他の望ましい特性に関してインターフェースを評価し比較するための手法。
HCI の利用と、そのより広範な社会文化的含意を研究するための手法。
ユーザーが人間かコンピュータかを判定するための手法。
HCI の利用に関するモデルや理論、ならびにインターフェース設計のための概念的枠組み（認知主義的なユーザーモデル、活動理論、エスノメソドロジー的説明など）。
計算的設計、コンピュータの利用、HCI 研究の実践の根底にある価値を批判的に省察する視座。

この分野の研究者が達成しようとするものの構想は、人によって異なりうる。認知主義的な視座を追求する場合、研究者は、人間が自らの活動について抱いているメンタルモデルとインターフェースを一致させようとするかもしれない。ポスト認知主義的な視座を追求する場合は、インターフェースを既存の社会的実践や社会文化的価値と一致させようとするかもしれない。

設計原則

現行のユーザー・インターフェースを評価する際、あるいは新しいインターフェースを設計する際には、次の実験的な設計原則が考慮される。

ユーザーとタスクへの早期の焦点づけ：タスクを遂行するために何人のユーザーが必要か、適切なユーザーが誰であるべきかが判断される。さらに、ユーザーが遂行するタスクと、その頻度が定義される。
経験的測定：インターフェースは、日常的にそれに接する実際のユーザーによってテストされる。タスクを遂行するユーザーの数、完了時間、誤りの数といった、定量的なユーザビリティの指標が測定される。
反復設計（イテレーティブ・デザイン）：「設計 → テスト → 結果の分析 → 繰り返し」という反復的なステップを、理にかなった使いやすいインターフェースが作られるまで繰り返す。

設計方法論

1980 年代にこの分野が誕生して以来、人間と PC の相互作用設計のための手法を示すさまざまな戦略が発展してきた。初期の手法は、ユーザーの心理的過程を予測可能で測定可能なものとして扱ったのに対し、現代のモデルは概して、ユーザー・設計者・専門家の間の安定した入力と議論を中心に据え、ユーザーが必要とする体験に技術的枠組みを織り込むことを推し進める。

活動理論（Activity theory）：人間が PC と協働する状況を特徴づけ考察するために用いられ、活動駆動の観点から相互作用の設計に示唆を与える。
ユーザー中心設計（UCD）：ユーザーがあらゆる PC システムの設計の中心に据えられなければならないという考えに立脚した、広く実践されている設計思想。しばしばエスノグラフィー的調査によって情報が与えられ、参加型設計と親和性が高い。
UI 設計の原則：寛容性、簡潔さ、可視性、アフォーダンス、一貫性、構造、フィードバックといった諸原則。
価値感受的設計（VSD）：設計を直接利用する人々だけでなく、それが直接的・間接的に影響を及ぼす人々をも考慮に入れて技術を構築するための手法。概念的・経験的・技術的という 3 種類の検討を含む反復的な設計プロセスを用いる。

主要なトピック

拡張現実（AR） は、デジタルコンテンツを現実世界と統合し、人間の知覚と物理的環境との相互作用を強化する。研究は主に、適応的なインターフェース、マルチモーダルな入力技術、現実世界の物体との相互作用に焦点を当てる。装着可能な AR 技術の進歩はユーザビリティを向上させている。

仮想現実（VR） は、完全に没入的なデジタル環境を作り出し、感覚的な入力装置を通じてコンピュータ生成の世界と相互作用することを可能にする。研究はユーザーの存在感、相互作用技術、没入の認知的効果に焦点を当てる。重要な研究領域の一つは、VR が認知的負荷とユーザーの適応性に与える影響である。

複合現実（MR） は、AR と VR の両方の要素を融合させ、物理的物体とデジタル物体の両方とのリアルタイムの相互作用を可能にする。研究は空間コンピューティング、現実世界の物体との相互作用、文脈認識型の適応的インターフェースに集中する。MR 技術は教育、訓練シミュレーション、医療においてますます応用されている。

エクステンデッド・リアリティ（XR） は、AR・VR・MR を包含する包括的な用語であり、現実環境と仮想環境の間の連続体を提供する。研究はユーザーの適応性、相互作用のパラダイム、没入型技術の倫理的含意を調査する。最近の研究は、AI 駆動のパーソナライゼーションと適応的インターフェースが XR のユーザビリティをどのように向上させるかを明らかにしている。

ヒューマン AI インタラクション は、ユーザーが人工知能システムとどのように関わるかを、特にユーザビリティ、信頼、解釈可能性に焦点を当てて探究する。透明で説明可能かつ倫理的に責任ある AI 駆動のインターフェースの設計を目指す。研究は、説明可能な AI（XAI）と人間が関与する意思決定（human-in-the-loop）の重要性を強調し、AI とユーザーの協働を改善する設計指針を開発している。

アクセシビリティ の取り組みは、視覚や運動などに障害を持つ人々にとって包摂的なデジタル体験を設計することに焦点を当てる。研究は支援技術、適応的インターフェース、ユニバーサルデザインの原則に関連する。アクセシブルな設計は障害のある人々に利益をもたらすだけでなく、すべてのユーザーのユーザビリティを高める。

ソーシャル・コンピューティング は、技術と人々の間の対話的・協働的な行動である。ブログ、電子メール、ソーシャル・ネットワーキングなど多くの技術が存在し、心理学・社会心理学・社会学から引き出される研究が爆発的に増加している。たとえば、人々は男性の名前を持つコンピュータが女性の名前を持つ機械よりも高価であると予想することがわかった研究や、同じように振る舞うにもかかわらずコンピュータとの相互作用を人間とのそれよりも否定的に捉えることがわかった研究がある。

人間とコンピュータの相互作用においては、互いの行動に対する理解の間に意味的なギャップが存在する。ドメイン固有の知識の形式的表現であるオントロジーは、両者の間の意味的な曖昧さを解消することによってこの問題に対処するために用いることができる。

感情の研究では、コンピュータがどのように人間の感情を検出し、処理し、それに反応できるかが研究されてきた。研究者はいくつかの「感情検出チャネル」を提案している。HCI における感情の影響は、ECG（心電図）を用いる金融的意思決定や、アイトラッキング・フェイスリーダーを用いる組織的知識共有といった分野で研究されてきた。

ブレイン・コンピュータ・インターフェース（BCI） は、増強された脳または配線された脳と外部装置の間の直接的なコミュニケーション経路である。BCI は双方向の情報の流れを可能にする点で神経変調（ニューロモジュレーション）とは異なり、しばしば人間の認知機能あるいは感覚運動機能を研究し、マッピングし、補助し、増強し、あるいは修復することを目的とする。

セキュリティ・インタラクション は、特に情報セキュリティに関わる限りでの人間とコンピュータの相互作用の研究であり、エンドユーザー・アプリケーションにおけるセキュリティ機能のユーザビリティ向上を目的とする。ゼロックス・パロアルト研究所（Xerox PARC）に起源を持つ HCI とは異なり、HCISec は黎明期の分野であり、その関心はインターネットセキュリティへの関心と軌を一にしている。セキュリティ機能のユーザビリティが乏しい場合、後から思いつきで追加された、急いで継ぎ足された、設計者がセキュリティ概念やユーザビリティの専門知識を欠いていた、といった理由がよく見られる。

HCI を変化させる諸力

従来、コンピュータの利用は、テキストベースの端末のような狭い明示的なチャネルによって両者が結ばれた、人間とコンピュータの二者関係（ダイアド）としてモデル化されていた。その後、相互作用を日常的なコミュニケーションや思考の多次元的な性質をより反映したものにするための取り組みがなされ、HCI はダグラス・エンゲルバートの所見に応えるべくインターフェースを超えて焦点を移した ——「もし使いやすさだけが唯一の妥当な基準であれば、人々は三輪車に固執して、決して二輪車を試そうとはしないだろう。」

HCI はコンピューティングの発展によって影響を受ける。こうした諸力には次のものが含まれる。

ハードウェアコストの低下による、より大きなメモリとより高速なシステムの実現
ハードウェアの小型化と消費電力要件の低減による携帯性の向上
新しいディスプレイ技術による、計算装置の新しい形態への実装
専用ハードウェアによる新機能の実現
ネットワーク通信と分散コンピューティングの開発の増大
特に専門職以外の人々による、コンピュータの利用の一層の普及
入力技術（音声、ジェスチャー、ペン）の革新とコスト低下が相まった、急速なコンピュータ化
より広範な社会的関心による、不利な立場にある集団のコンピュータへのアクセスの改善

学術会議

HCI の新しい研究のための主要な会議の一つは、ACM が毎年開催する「コンピューティングシステムにおけるヒューマンファクターに関する会議」であり、通常はその短縮名 CHI（「カイ」と発音）で呼ばれる。CHI は ACM のコンピュータ・ヒューマン・インタラクション分科会（SIGCHI）によって組織され、数千人の参加者を擁する大規模かつ広範な会議で、学者・実務家・産業界の人々が参加する。

このほかにも、世界中で毎年開催される、より小規模、地域的、あるいは専門的な会議が数多く存在する。たとえば、ASSETS（コンピュータとアクセシビリティ）、CSCW・ECSCW（コンピュータ支援協調作業）、CUI（対話型ユーザー・インターフェース）、DIS（対話型システムの設計）、HRI（ヒューマン・ロボット・インタラクション）、HCII、ICMI（マルチモーダル・インターフェース）、MobileHCI、NIME（音楽的表現のための新しいインターフェース）、OzCHI、TEI（タンジブル・組み込み・身体化された相互作用）、Ubicomp（ユビキタス・コンピューティング）、UIST、INTERACT、IHCI などがある。

Keiichi HayashiK1884 Research Technology