河野ゼミ研究紹介20211020

1. 専門演習第5講『河野ゼミの研究紹介』 2021年10月20日（水）情報システム学系ゲーム・アプリケーション研究室河野義広

2. TOKYO JOHO UNIVERSITY 本日のメニュー  流れ  河野の自己紹介&研究歴  河野ゼミの研究方針  子ども向け学修支援システム  子ども達の主体的な学びを促す学修活動  河野ゼミの研究チーム  ゼミ活動の紹介 2

4. TOKYO JOHO UNIVERSITY 教員紹介  名前：河野義広（かわのよしひろ）  所属：ゲーム・アプリケーション研究室  専門：情報工学、教育工学  所属学会：  電子情報通信学会 ※サイバーワールド研究会専門委員  教育システム情報学会  日本デジタルゲーム学会 ※ゲーム教育研究部会メンバー  テーマ：リアルタイムサイバーフィジカルシステム  主体的な学びを促進する子ども向け学修支援システム  リアルタイムWebゲームを実現するゲームデザイン基盤 4

5. TOKYO JOHO UNIVERSITY 河野の研究年表 5 研究学部・修士 P2P型分散仮想環境東京情報大学 2003 2006 2011 2020 2017 2014 会社員・博士・研究員技術リアルタイム Webゲームネットワークゲーム・フィールド型仮想球技・共有オブジェクト管理手法・相補予測・分散処理プロトコル・DirectX（3DCG）・ソケット通信・並列分散処理・同期制御技術・Dead Reckoning ・リアルタイム性評価ソーシャルメディアリアルタイム Webゲーム・パーソナルブランディング・7つの習慣の第二領域活動・ポジティブ心理学と目標共有地域活動と子どもの主体的な学び・学修活動の収集＆フィードバック・プログラミング教育支援・子どもの学びを促すゲーム研究・ゲームデザイン・ゲーム開発教育 Web技術・Ajax ・Ruby on Rails ・Linuxサーバ・CMS ソーシャルメディア開発・Twitter API ・データベース技術・Web API開発 Webゲーム・Node.js ・Pixi.js Web技術・Amazon Web Services ・Vue.js ・Docker ・オープンデータ機械学習・クラスタリング・主成分分析 C/C++ JavaScript Ruby JavaScript PHP Python

6. TOKYO JOHO UNIVERSITY 研究歴（学生時代）  卒研配属～大学院修士課程（2003年度～2005年度）  茨城大学工学部米倉研究室にて、分散仮想環境の研究  P2P型分散仮想環境における共有オブジェクト管理手法  エアホッケーゲームを用いたパックの制御権の管理を実現  大学院博士課程（2006年度～2008年度）  リアルタイムWebゲームの研究開発  Ajaxを用いた遠隔アバタの予測補間  リアルタイム型オンラインゲームの整合性と応答性を評価  学会発表  国内：東京、岐阜、種子島  国外：シンガポール、ポルトガル 6

7. TOKYO JOHO UNIVERSITY マルチプレイヤエアホッケーゲーム 7

8. TOKYO JOHO UNIVERSITY マルチプレイヤでの管理領域の分割 8

9. TOKYO JOHO UNIVERSITY Ajaxによるゲームロジックと通信部分の分離  Ajaxの利点  サーバとの非同期通信  クライアント側でのゲームロジックの実行  Webページの部分更新  リアルタイムWebゲームの課題解決  Ajaxによる内部処理と通信の分離  Dead Reckoningによる補間処理 9 t t Remote Local transmission interval MVC loop’s interval

10. TOKYO JOHO UNIVERSITY Dead Reckoningによる予測・補間  概要  過去データを基に遠隔アバタの状態を時々刻々予測  利点  通信遅延の影響の軽減  通信帯域の節約 10 位置 A(t) 時刻 T 予測・補間 t-ti ti-２ ti-１ ti A(ti) A(ti-１) A(ti-２) t

11. TOKYO JOHO UNIVERSITY AjaxによるリアルタイムWebゲーム 11 遠隔アバタの描画頻度が通信頻度に依存！ ※ 1秒に1回通信&更新

12. TOKYO JOHO UNIVERSITY AjaxによるリアルタイムWebゲーム改 12 DRの利用により遠隔アバタの描画頻度が通信頻度に非依存！

13. TOKYO JOHO UNIVERSITY 研究歴（会社員&研究員時代）  ㈱インテック・ネットコア（2006年度～2009年度）  IPv6の経路選択エージェントの開発  大学での研究成果→車の衝突回避アルゴリズム  安全確実なメッセージングシステムの研究開発  茨城大学博士研究員（2010年度）  Web上のアテンション（人々の関心）の可視化システム  地域活性化とSNS活用  学会発表  国内：東京、長崎、福岡  国外：シンガポール、米国（カリフォルニア） 13

14. TOKYO JOHO UNIVERSITY 研究歴（情報大）  東京情報大学（2011年度～）  地域・教育システム  子ども向け学修活動データ収集＆フィードバックシステム  主体性向上RPG、ICTリテラシーボードゲーム開発  ヒューマンインタラクション  7つの習慣に基づく自己実現支援システム  ポジティブ心理学に基づく目標共有システム  リアルタイムWebゲームのためのデザイン基盤技術  学会発表  国内：首都圏、札幌、香川、岡山、大分、沖縄  国外：アルバニア、韓国、オーストラリア、イタリア、チェコ、スロバキア 14

15. TOKYO JOHO UNIVERSITY IT大学  地域活動の中で子ども達にITを教える活動  プログラミング、名刺作り、放送局  情報リテラシーを学ぶすごろくゲーム 15

16. TOKYO JOHO UNIVERSITY こどものまち  子ども主体のまちづくりイベント  子どもだけが利用できるお店や役所などを企画・運営 16

17. TOKYO JOHO UNIVERSITY ウォークアドベンチャー  対面・オンラインハイブリッドの地域活動イベント  こどものまちは3密回避できないため新企画として提案  ウォークラリーの要領で対面とオンラインが協力プレイ  街中のスポットでお題をクリアしながらゴールを目指す 17

18. TOKYO JOHO UNIVERSITY 地域活動を通じたシステム開発  ITすごろく  情報リテラシーから出題  遊びながらITを学ぶ  IT対する意識変化を調査 18  お仕事センター  こどものまちの仕事予約  銀行とハローワーク

19. TOKYO JOHO UNIVERSITY 佐原マッピングパーティ  八坂神社周辺のOSM（OpenStreetMap）登録  佐原山車マップを開発し、夏祭りにて提供  課題：リアルタイムな山車位置表示は不可能 19

20. TOKYO JOHO UNIVERSITY 佐原ハッカソン  短期集中型開発イベント（秋祭りと同時開催）  成果物  佐原ハンターズ、さわら飲み歩きマップ 20

21. TOKYO JOHO UNIVERSITY 佐原ハンターズ  山車の位置情報をみんなで共有するシステム 21

22. TOKYO JOHO UNIVERSITY さわら飲み歩きマップ  出店や酒造などの飲めるポイントを地図上に表示 22

23. TOKYO JOHO UNIVERSITY リアルタイムWebゲームの研究紹介  目的  リアルタイムWebゲーム実現のためのデザイン基盤の確立  課題  HTTP通信に依存しない高頻度での同期制御  ゲームジャンルおよび仮想状態を考慮した時空間管理  研究テーマ（大学院生3名が主導して研究進行中）  QoE（Quality of Experience）に配慮した最適なチューニングパラメータ（予測アルゴリズム，同期制御手法，通信頻度や更新頻度の調整など）の導出  直感的操作によるWebゲーム開発支援システム 23

24. TOKYO JOHO UNIVERSITY リアルタイムWebゲームのデモ  2Dアクションゲームのサンプル 24

25. TOKYO JOHO UNIVERSITY Dead Reckoningの動作イメージ  2DアクションゲームにおけるDR（遅延400ms） 25

26. TOKYO JOHO UNIVERSITY 直感的操作によるWebゲーム開発  編集画面（ゲーム開発） 26

27. TOKYO JOHO UNIVERSITY 直感的操作によるWebゲーム開発  マルチプレイ画面 27

28. TOKYO JOHO UNIVERSITY 直感的操作によるWebゲーム開発  遅延発生時のマルチプレイの様子 28

30. TOKYO JOHO UNIVERSITY ゲームについて：皆さんに質問  卒論でゲームを作りたい人？  何のためのゲームか？  娯楽のため  子どものIT教育のため  高齢者支援のため  地域活性化のため  人類の発展に貢献する手段としてのゲームがよい 31 もう一歩！ただし、ネットワークゲームの効率化や DBの分散化などの技術的な課題があればOK いいね!! プログラミング教育や情報リテラシーなどいいね!! 地域貢献や多世代間交流いいね!! 地域の助け合いのためのマッチングゲーム河野ゼミの方針はどうか？シリアスゲーム（社会課題の解決を目的としたゲーム）に着目！！

31. TOKYO JOHO UNIVERSITY 人類の発展に貢献するVisionとは？  地球にどれくらい水があるか：http://archive.fo/rsXS0 32

32. TOKYO JOHO UNIVERSITY 世界人口の推移と課題  子ども達に可能性の種を蒔くことの意義  国連の予測では、2055年に世界人口が100億人を突破  気候変動・食料・水・エネルギーなど多くの課題が山積  全人類で解決すべき課題 ⇒ 未来を担う子ども達が鍵 33

33. TOKYO JOHO UNIVERSITY 我々人類が直面する課題  国連が提唱する2030年までの持続可能な開発目標  Sustainable Development Goals（SDGs）  17のグローバル目標と169のターゲット 34

34. TOKYO JOHO UNIVERSITY サイバーフィジカルシステムの概要  データ収集 ⇒ 解析・処理 ⇒ フィードバックの流れ 35 内閣府 Society 5.0，https://www8.cao.go.jp/cstp/society5_0/index.html

35. TOKYO JOHO UNIVERSITY 河野ゼミの教育・研究方針  ITの視点に立ち、社会の側面を見る  社会課題を解決するためのシステム開発  社会課題の場：子ども、学び、地域  解決手段：Web、システム設計、データサイエンス、etc..  IT（手段）と社会（問題意識）の両面が不可欠 36

36. TOKYO JOHO UNIVERSITY 研究テーマ  主テーマ：リアルタイムサイバーフィジカルシステム  主体的な学びを促進する子ども向け学修支援システム  リアルタイムWebゲームを実現するゲームデザイン基盤  ゲーミフィケーション× AI × リアルタイム  ゲーミフィケーション：ゲームの仕組みや方法を応用  ゲーム化（Gamify）することで現実世界の課題を解決  教育、ビジネス、組織開発、スポーツなどの分野で応用  AI：機械学習とオープンデータの活用  学修ログ解析による志向抽出、ゲームデータ解析による設計算出  オープンデータを活用した問題発見  リアルタイム：実時間制約のある課題に着目  機械学習による解析結果をリアルタイムにフィードバック 37

37. TOKYO JOHO UNIVERSITY ゲーミフィケーションの簡単な説明  ゲーミフィケーションの要素（マクゴニガル 2011 ）  ゴール：達成すべき目標、ルール：制約条件  フィードバックシステム：達成度の把握  自発的参加：「越える必要のない障壁」  バートルテストによる分類（バートル 1996） 38

38. TOKYO JOHO UNIVERSITY ゲーミフィケーションの簡単な説明  ゲーミフィケーションの要素（マクゴニガル 2011 ）  ゴール：達成すべき目標、ルール：制約条件  フィードバックシステム：達成度の把握  自発的参加：「越える必要のない障壁」  バートルテストによる分類（バートル 1996） 39 参照：https://www.ssaits.jp/blog/motivation/gamification/bartle-test.html

40. TOKYO JOHO UNIVERSITY 主テーマ：子ども向け学修支援システム  目的  子ども達が学びたいことを主体的に選択できること  方法  子ども達の学修活動データ収集システム  本人の志向推定による学修フィードバックシステム  メンターからのフィードバックを得る学修成果物共有基盤  学修とフィードバックの繰り返しによる主体性向上 41

41. TOKYO JOHO UNIVERSITY 子ども向け学修支援システムの概要 42 フィジカル空間サイバー空間学修活動データ収集学修成果物情報発信主体的学修フィードバック志向の分析行動特性・モノを作る・新しい使い方を考える・人に教える … 興味・科学・文学・芸術・スポーツ … 分析学修課題の推薦・学修活動・成果物の蓄積・子ども達の志向分類学修成果物共有基盤本人の志向に近い学修課題の推薦主体的な学修課題の選択興味のある人はぜひ大学院へ

42. TOKYO JOHO UNIVERSITY 学修データ収集システム  学修活動と学年に応じて動的にアンケートを生成 43 Kawano, Yoshihiro, & Kawano, Yuka (2021). Development of Learning Systems for Children to Promote Self-Directed Choosing of Learning Tasks. International Journal of Mobile Computing and Multimedia Communications (IJMCMC), 12(3), 60-77.

43. TOKYO JOHO UNIVERSITY 学修フィードバックシステム 44 アチーバーソーシャライザーエクスプローラーバートルテストに基づき各クラスタを命名 Y. Kawano, Y. Kawano, "A Proposal of Learning Feedback System for Children to Promote Self-directed Learning", The 24th International Conference on Network-Based Information Systems (NBiS-2021) (Taichung, Taiwan), 2021.9.

44. TOKYO JOHO UNIVERSITY 学修データ収集システムの構成図  Architecture  Front end: Vue.js (UI framework for single page application)  Questionnaire items: SQL via Web API  Answer data: Document-oriented NoSQL (MongoDB) 45

45. TOKYO JOHO UNIVERSITY 学修活動のデータ収集  毎回の学修活動時に『学び』の記録をデータ収集  学修活動の種類、子どもの発達段階に応じて項目を調整  収集した学修データを AI で解析し、子どもの志向を分析 46

46. TOKYO JOHO UNIVERSITY Work 1. システム化の意義  考えてみましょう  システムによる学修活動の記録・解析の価値は？  質問紙との本質的な違いは？  ちょっと考えてみてください：1分  システム化の意義  大量の学修データを蓄積できる  大量の学修データを高速に解析できる  人間では不可能な複雑なデータ解析が可能  子ども達の学びに対する即時フィードバックが可能 47

48. TOKYO JOHO UNIVERSITY プログラミング教育  プログラミング教育の現状  エストニアやイギリスはプログラミング先進国  初等教育にてアルゴリズムやプログラミング言語の学習が導入  日本は2020年にプログラミング教育必修化  総合的な学習の時間：横断的・総合的な探求学習  プログラミング的思考の育成が重視される  プログラミング的思考とは何でしょうか？  プログラミング能力とプログラミング的思考の違いは？  そもそもプログラミングとは何でしょうか？ 49

49. TOKYO JOHO UNIVERSITY プログラミングとは何でしょう？ 1. プログラム（Program）とは？ 2. 身近にプログラムで動いているもの？  電子レンジ、炊飯器、テレビ、ラジオ、ロボット掃除機  車、カーナビ、Suica、電車、改札、ATM、自販機  コンビニのレジ、病院の受付・会計・カルテ  買い物、チケット予約、アプリ  Google、Facebook、Twitter 50 gram（書かれたもの） pro（あらかじめ） program（予定表）

50. TOKYO JOHO UNIVERSITY プログラムの動作イメージ 51  猫が四角形の軌跡を移動しながら掛け声

51. TOKYO JOHO UNIVERSITY Work 2. プログラミングを学ぶ意義  考えてみましょう  プログラミングを学ぶことで何が身に付くでしょうか？  ちょっと考えてみてください：1分  プログラミングができると何が便利でしょうか？  論理的思考が身に付く、物事の仕組みが分かるようになる  課題に向き合う姿勢と粘り強さが身に付く  面倒な処理をプログラムに任せて手間を減らす  自動化して人間はやらなくてもよくする  データを保管しプログラムで解析して、生活を便利に！ 52

52. TOKYO JOHO UNIVERSITY プログラミング的思考  プログラミング的思考とは？  自らが意図したものを実現するための論理的な考え方  要素の「分解」と「組み立て」が必要  「問題の発見」「課題の抽出・整理」「解決策の実行」の流れ 53 キャリア教育コラム，https://career-ed-lab.mycampus.jp/career-column/942/

53. TOKYO JOHO UNIVERSITY  課題解決までのループを経験学習未来を切り拓く子ども達 54 ディスカッション（企画）プロトタイプ（試作）プレゼンテーション（提案）主体性を身に付ける

54. TOKYO JOHO UNIVERSITY 主体性とは？  主体性：自分の意志で考えて行動しようとする姿勢  × 人に言われてからやる ⇒ 反応的  △ 自分から進んでやる ⇒ 自主的  ○ 何をするかは自分で決める⇒ 主体的 55 『挨拶をしさない』と言われてやる自ら進んで挨拶をする教室の雰囲気を明るくしたいと思い花瓶を飾る

56. TOKYO JOHO UNIVERSITY 河野ゼミの強み  ゼミ活動：実践の場があること  研究発表：プレゼン形式でディスカッション、学会発表  研修プログラム：プログラミング、読解力・文章力向上  チーム開発：2つのプロジェクトで3～6名程度でチーム編成  学外との交流：地域の子育て世代、市役所、Code for Chiba  地域活動：開発アプリの実運用＆学修データ収集  教育面：研究指導を主軸とした問題解決力 1. プレゼンテーション：研究成果を発信するチカラ 2. ライティング：思考を言語化するチカラ 3. ディスカッション：論理的に思考するチカラ 4. プログラミング：やりたいことを具現化するチカラ 57 システム開発&ゼミ活動就活のネタになる！

57. TOKYO JOHO UNIVERSITY プロジェクトと研究チーム  方針  プロジェクト毎に複数の研究チームを編成  1チームは3～6名程度とし、プロジェクト毎に3チーム程度  プロジェクトと研究チーム紹介  地域・教育システム（略称：地域）  主体的な学びを促進する子ども向け学修支援システム  子ども向け主体性開発ゲームの開発  ICTリテラシーゲームの開発  ヒューマンインタラクション（略称：インタラクション）  リアルタイムWebゲームを実現するゲームデザイン基盤  卒業生と在学生をつなぐソーシャルメディア開発  進学を前提とした新規テーマも募集（研究の継続性を重視） 58

58. TOKYO JOHO UNIVERSITY 研究チームの特徴（地域）  子ども向け学修支援システム  テーマ  学修データ収集システム＆フィードバックシステム  クラウド型学修成果物共有基盤  メリット  実際に地域の子ども達や大人達と触れ合う機会がある  最先端クラウド技術（AWS）を活用したチームでのシステム開発  Code for Chibaのサポートを受けながら開発できる  科研費を使って研究に打ち込める  しっかり取り組めば即戦力として活躍できるようになる 59

59. TOKYO JOHO UNIVERSITY 研究チームの特徴（インタラクション）  リアルタイムWebゲーム  テーマ  通信遅延に基づくQoE（Quality of Experience）の評価  整合性と応答性の最適化を目的としたゲームデザイン基盤  直感的操作によるWebゲーム開発ツール  メリット  システム開発の基本を修得できる（スマホアプリもWebが前提）  ネットワークゲーム開発のノウハウを修得できる  大学院生と一緒に研究できる  ネットワーク遅延発生装置を使った実験ができる 60

61. TOKYO JOHO UNIVERSITY ゼミの紹介河野ゼミについて 62

62. TOKYO JOHO UNIVERSITY ゼミの様子  卒研テーマ  自分自身の問題意識をテーマとする学生が多い  教員との関係  一緒に飲みに行ったり、勉強会に出掛けたりが大切  Facebookやブログで、価値観や活動内容を共有  指導方針  学生の主体性を重視  心配はするけど、手取り足取りは教えない  公正な評価が教員の役割  中途半端な状態で社会に送り出すことはできない 63

63. TOKYO JOHO UNIVERSITY ゼミでのワークショップ  ワールドカフェのグループワーク 64

64. TOKYO JOHO UNIVERSITY サブゼミの様子 65

65. TOKYO JOHO UNIVERSITY ゼミ合宿  2019年度は岡山でFIT2019に参加 66

66. TOKYO JOHO UNIVERSITY ゼミの進め方  全体を通して  週1回のディスカッション  毎週3～4名程度が研究内容を発表し、全員で議論  サブゼミ  プロジェクト毎に各自の進捗報告  前半  社会調査、参考文献の調査  Webの知識、開発技術の修得  後半  各自のテーマに応じたフィールドワーク、システム開発  卒論中間発表 67

67. TOKYO JOHO UNIVERSITY ゼミで使うITツール  Facebook：公式な連絡手段  ゼミの連絡、卒論指導、イベント周知  Dropbox：ファイル共有  卒論ファイル、プレゼン資料、開発関連メモ  GitHub：ソースコードのバージョン管理  システムのソースコード共有、変更履歴の確認  Slack：チャットツール  プロジェクト毎のチャット用  Gmail：各種アカウントのID  上記各サービスの登録用アカウント 68

68. TOKYO JOHO UNIVERSITY 期待する人物像（1） 1. どういう人に来て欲しいか？  自分で考えて行動できる人  技術を吸収したいという欲求がある人  積極的にゼミ運営に関わる人  大学院に進学したい人  お天道様に顔向けできる人  たばこは吸わない人がよい ※ 価値観が合うほうがハッピー 2. ゼミの推奨科目  システム系：Webシステムプログラミング, Unix論  キャリア系：インターンシップ, キャリアデザイン 69

69. TOKYO JOHO UNIVERSITY 期待する人物像（2） 3. 取ったほうがよい資格は？  ITパスポートがあれば、ある程度は技術的な話が理解可能  基本情報処理技術者なら多少就活で有利かも  LPICやCCNAなどのネットワーク管理系もよい  本を読む、社会人の友達を持つ、旅に出る、勉強会に参加するなど、自分の視野を広げることを意識して欲しい 4. ゼミではどういった勉強が必要か？  技術：プログラミング、DB、Web、Linux、ネットワーク  社会：ソーシャルメディア、外部の人々との交流、ユーザ目線の考え方、社会に問題意識を持つ広い視野 70

70. TOKYO JOHO UNIVERSITY 大学院進学のススメ  大学院とは  卒業後、修士課程は2年、博士課程はさらに3年の研究期間  学会発表や論文投稿、学部生の指導に取り組む  大学院のメリット  研究遂行能力はビジネス面でも役立つスキル  仕事の選択肢が拡がる（より高度な仕事ができる）  自分の市場価値が高まるので10年くらいで元が取れる  大学院のデメリット  それなりの初期投資が掛かる（学費＋生活費が2年分）  2年分の実務経験が得られない→長い人生のための投資 71

71. TOKYO JOHO UNIVERSITY 大学院進学のコストと収入差  進学コスト（学費200万＋2年の収入800万）は回収可  進学コスト1000万は34歳で回収、生涯賃金は4000万の差 72

72. TOKYO JOHO UNIVERSITY まとめ  本日の内容  研究方針：ゲーミフィケーション× AI × リアルタイム  子ども向け学修支援システムを鋭意研究中  千葉市若葉区や四街道市での地域活動を実践  ゼミのプロジェクトは地域とインタラクションの2つが存在  プロジェクト内の研究チームで活動  今後の予定  残り2週は他の教員からの研究紹介  11/24 ゼミ配属説明会  12/01 からは研究室に分かれて開発演習 73

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