筆記のブレを利用したデジタルペンの重心の違いによる書き心地推定手法

筆記のブレを利用した デジタルペンの重心の違いによる書き心地推定手法 明治大学 総合数理学部3年 伊藤奈々美 能宗巧 瀬崎夕陽 関口祐豊 中村聡史（明治大学） 近藤葉乃香 梅澤侑己 橋本忠樹（株式会社パイロットコーポレーション）

背景 デジタル端末上での手書き入力が普及している アナログペン デジタルペン • 多様な素材・構造のものが存在 • 店頭での試し書きが可能 • 素材や構造の変更が困難 • 試し書きの機会が少ない ▼ ▼ 個人の嗜好や用途に応じた 書き心地の選択が可能 書き心地が限定的で 個人に適したものを見つけるのが困難 1

背景 ペンの物理的特性 … 全長 / 形状 / 摩擦 / 重心 などさまざま → これらが「書き心地」を大きく左右すると考えられる 適切なペンを効率的に見つけるためには ユーザの主観評価だけでなく，書き心地の客観的な評価が必要 2

背景 ペンの物理的特性 … 全長 / 形状 / 摩擦 / 重心 先行研究 書き心地の改善に向けたペン先の摩擦が筆記のブレに及ぼす影響 [能宗ら 2025] • 特定の参加者や文字において，書き心地と筆記のブレに相関が見られた 摩擦特性が書き心地と手書きのブレに影響を与える可能性を示唆 能宗巧，瀬崎夕陽，小林沙利，関口祐豊，中村聡史，近藤葉乃香，梅澤侑己，橋本忠樹：書き心地の改善に向けたペン先の摩擦が筆記のブレに及ぼす影響， 情報処理学会研究報告ヒューマンコンピュータインタラクション（HCI），vol. 2025-HCI-211, No. 15, pp. 1–8 (2025). 3

背景 ペンの物理的特性 … 全長 / 形状 / 摩擦 / 重心 重心の役割 把持点を支点とするモーメントを変化 → 筆圧の安定性/線の精度/操作性に影響 例） 把持点と重心位置が遠い → 筆圧が安定するが，素早い方向転換がしにくい 把持点と重心位置が近い → 軽快な操作ができるが，線が滑りやすい こうしたブレが書き心地に反映されると考えられる → 重心に着目 4

目的 ペンの重心の違いによる筆記のブレを用いて 書き心地を客観的に評価する 5

関連研究① ひらがなの平均手書き文字は綺麗 [中村ら 2016]  理想文字と実際の文字との差異 ： 手書き文字に生じる「ブレ」  ユーザの平均文字は，実際の筆記文字よりも理想に近い ブレを用いることでペンを客観的に評価できる可能性 H1 筆記時のブレが小さい重心設計のペンは， ユーザにとって満足度の高い書き心地を提供する 中村聡史，鈴木正明，小松孝徳：ひらがなの平均手書き文字は綺麗，情報処理学会論文誌，vol. 57, pp. 2599–2609(2016). 6

関連研究② 横方向のストローク  手と指の運動方向が異なり，動作制御が困難 → ストロークが短くなりやすい [Meulenbroekら 1991] ブレが筆記文字の縦横比への影響を及ぼす可能性 H2 筆記時のブレが大きいペンで筆記した文字は， ブレが小さいペンで筆記したものより字のバランスが縦長になる Meulenbroek, R. G. and Thomassen, A. J.: Stroke-direction preferences in drawing and handwriting, Human Movement Science, vol. 10, No. 2, pp. 247–270 (1991). 7

仮説 H1  筆記時のブレが小さい重心設計のペンは，ユーザにとって満足度の 高い書き心地を提供する H2  筆記時のブレが大きいペンで筆記した文字は，ブレが小さいペンで 筆記したものより字のバランスが縦長になる 8

実験概要 重心位置の異なるスタイラスペンを用いた筆記実験 書き心地について  筆記データを用いた客観的評価  アンケートを用いた主観的評価 → 2つの評価の相関について分析 筆記文字の縦横比について → ブレやペンの重心の違いなどによる影響について定量的に分析 9

ペンの重心設計 重心位置を変更可能なペンを開発（4種類）  同一軸を使用し，おもりの位置と数を変更することで重心位置を変更  ペンA→ペンDにつれて低重心 種類 重量 [g] 重心 [mm] 比率 （重心/全長） 高 A 14.5 70.3 49% B 16.9 68.0 48% C 16.9 65.0 46% 低 D 19.3 63.0 44% 重 心 A B C D 10

実験 参加者 大学生および大学院生，計30名（右利き：26名/左利き：4名） 条件  文字：4種類 「四」 / 「永」 / 「む」 / 「ふ」  キャンバスサイズ：2種類 小/大 → 各条件において5回ずつ筆記（順序はランダム） 11

主観的評価アンケート 実験終了後にペンの書き心地に関するアンケートを実施 項目  各ペンの全体的な書き心地：5段階評価(-2〜+2)  キャンバスサイズ条件ごとの書き心地：順位付け(1位：最も良い/4位：最も悪い)  一番購入したいと感じたペン  一番長時間使用に向いていると感じたペン 13

結果 H1  筆記時のブレが小さい重心設計のペンは，ユーザにとって満足度の 高い書き心地を提供する 参加者全体におけるブレと書き心地：相関なし H2  筆記時のブレが大きいペンで筆記した文字は，ブレが小さいペンで 筆記したものより字のバランスが縦長になる ブレによる文字の縦横比への影響：有意差なし 14

結果（主観的評価アンケート）  書き心地，長時間使用 → 低重心のペンほど高評価の傾向  購入したい → ペンBが最多 高 重心 低 16

結果（筆記時のブレ） ブレ（平均文字と筆記文字との差分）の算出方法 [新納ら 2019]  対応する特徴点同士のユークリッド距離を算出  距離の総和をストローク長で割る 単位距離あたりのユークリッド距離 ＝ ブレ 筆記文字 平均文字 ブレを算出 新納真次郎，中村聡史，鈴木正明，小松孝徳：ひとの評価にあった手書き文字の類似度評価手法の提案， 情報処理学会研究報告ヒューマンコンピュータインタラクション（HCI），vol. 2019-HCI-181, No. 24, pp. 1–8 (2019). 17

結果（筆記時のブレ） ブレと書き心地の主観評価の相関 スピアマンの順位相関係数を用いて分析  アンケートで得られた書き心地が良い順  ブレの値が小さい順 参加者全体では両キャンバスサイズで相関なし → 参加者の属性（利き手・ペンの持ち方）ごとに分析 18

結果（筆記時のブレ） 属性ごとの相関 属性 N  利き手 全体 30 -0.03 0.37 0.20 0.26 右利き 26 -0.14 0.32 0.27 0.24  ペンの持ち方 ： 4つの型に分類 左利き 4 0.70 0.09 -0.25 0.15 DT型 DQ型 平均「小」 分散「小」 平均「大」 分散「大」 DT型 21 -0.03 0.42 0.24 0.24 LT型 6 0.20 0.36 0.60 0.16 DQ型 2 0.07 0.24 -0.03 0.27 属性ごとの順位相関係数  「小」条件：左利きで強い正の相関 LT型 LQ型  「大」条件：LT型で中程度の正の相関 Schwellnus H, Carnahan H, Kushki A, Polatajko H, Missiuna C, Chau T. Effect of pencil grasp on the speed and legibility of handwriting after A 10-minute copy task in Grade 4 children. Aust Occup Therapy Journal. vol. 59, No. 3, pp. 180-187 (2012). 19

結果（筆記文字の縦横比） キャンバスサイズによる縦横比への影響  縦横比：文字を囲う最小の長方形 → 高さ ÷ 幅 で算出 高 さ  比率： 「小」条件の縦横比 ÷ 「大」条件の縦横比 で算出 幅 → 1に近いほどキャンバスサイズの影響が小さい 高 文字による影響が見られた  「四」：「小」条件の方が縦長 重心 低 文字 ペンA ペンB ペンC ペンD 四 1.044 1.038 1.043 1.032 永 0.950 0.953 0.971 0.940 む 0.994 0.991 0.971 0.979 ふ 0.996 1.000 0.994 0.991 平均 0.996 0.996 0.995 0.986 22

考察（主観的評価アンケート） 長時間使用に向いていると感じたペン：低重心ほど高評価 → ペンの回転モーメントの影響  低重心のペン 回転モーメント（重力がペンを回転させる力） 小 重心 高 把持点 → ペンを支えるために必要な力 小 疲労が蓄積しにくい 低 23

考察（筆記時のブレ） ブレと主観評価の相関  左利き：強い正の相関 ペン先の摩擦 大 → 動作が不安定  LT型：中程度の正の相関 重心の影響を 受けやすい可能性 ペンを支える指 少 → 動作が不安定 各属性のサンプル数に偏りあり → さらなる検証が必要 24

考察（筆記文字の縦横比） キャンバスサイズの影響  「四」：「小」条件においてより縦長 → 特有の筆運びが要因 2 限られたキャンバス内で1画目を長く書いてしまうと， 窮屈さから2画目が相対的に短くなる（縦長になる） 1 多様な文字の検討が必要 25

展望 書き心地に影響を与えるさまざまな要因の検証  参加者の属性  多様なストローク  多様な重心特性 ユーザの嗜好に合わせた，より実用的な評価指標の実現 26

まとめ 背景 デジタルペンは書き心地が限定的で適切なものを見つけにくい 目的 重心の違いによるブレを用いた書き心地の客観的な評価 実験 重心設計の異なるペンを用いた筆記実験の実施 結果 特定の実験条件や参加者の属性で客観的評価に影響 展望 ユーザの嗜好に合わせた，より実用的な評価の実現 27