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Slides AXIS WS2
1.
IAMAS Gangu Project
- Work in Progress “Sketching in Hardware”ワークショップ 小林茂(IAMAS:岐阜県立国際情報科学芸術アカデミー) 2008 年 12 月 27 日:AXIS Gallery
2.
自己紹介 • 1970年名古屋市生まれ • 電子楽器メーカー(1993∼2004) –
サウンドデザイナー – 技術研究所 – ソフトウェアエンジニア • IAMAS(2004∼) – フィジカルコンピューティング – インタラクションデザイン
3.
自己紹介:ツールキット開発の動機 • ハードは気軽にスケッチできない →ソフトが動いた段階で気がついても遅い • 実際に動くまでは想像で進めるしかない →建設的なディスカッションが行われにくい •
デザイナーとエンジニアの共通言語がない →コミュニケーション上の齟齬が多発する →インタラクションデザインのプロセスで使える ツールキットが必要なのでは?
4.
自己紹介:書籍(執筆) Make日本語版Volume 04 特集「Sketchーハードウェアでスケッチする」 オライリー・ジャパン編(オライリー・ジャパン・2008年)
5.
自己紹介:書籍(執筆) Make日本語版Volume 05 「Sketch /
Prototype―素材として使える電子回路」 オライリー・ジャパン編(オライリー・ジャパン・2008年)
6.
自己紹介:書籍(共著) +GAINER GainerBook Labo+くるくる研究室(九天社・2007 年/オーム社・2008
年)
7.
自己紹介:書籍(監修) Making Things Talk Arduinoで作る「会話」するモノたち Tom
Igoe 著・小林 茂 監訳・水原 文 翻訳(オライリー・2008年)
8.
本日の予定 • イントロダクション – フィジカルコンピューティングとは –
ツールキットの紹介(Gainer) – 事例紹介 – ツールキットの紹介(Funnel) • 実習 – 実習1:電子回路の基礎知識 – 実習2:Funnel入門 – 実習3:Funnel応用
9.
フィジカルコンピューティングとは? • ニューヨーク大学のITP*1 でTom Igoeらが 中心となって教えているコースの名前 •
インタラクションデザインを教えるための 方法の1つ • コンピュータが理解したり反応できる人間の フィジカルな表現の幅をいかに増やすか • デザインやアート教育の1つの分野として定着 *1 Interactive Telecommunications Program
10.
ITPの紹介 ITP Winter Show
2008 • ITPで学ぶ学生の展覧会で毎年春冬2回開催 • 12月17日から18日まで開催 • http://itp.nyu.edu/shows/winter2008/
11.
フィジカルコンピューティングとは? 一般的なPCから見た人間は? • キー情報(ASCIIキーボードから) • マウス情報(1つのマウスから)
12.
Alto (1973) 出典:http://toastytech.com/guis/
13.
フィジカルコンピューティングとは? • PC+標準入出力デバイスの世界で実現できる インタラクションには限界がある – 人間が直接触れて感じることができない –
PCのパラダイムに縛られてしまう • 統一されたプラットホームならではの良さも 勿論ある (例:Flashなどによるウェブ上での表現)
14.
フィジカルコンピューティングとは? • 物理的な入出力を活用することによって 表現力は拡大する(例:Nintendo Wii) •
電子楽器などではずいぶん昔からのテーマ • iPhoneが注目される理由とも大きく関連 • フィジカルなインタラクションデザインの メソッド確立はまだまだこれから?
15.
フィジカルコンピューティングの構成要素 • センサ (例:光、圧力、音、温度、加速度など) • アクチュエータ (例:LED、モータ、ソレノイドなど) •
プロセッサ (例:マイコン、I/Oモジュール+PCなど) →ものすごく簡単にまとめると プログラミング+電子工作
16.
プログラミング+電子工作? フィジカルコンピューティングは難しい? • プログラミングはそれなりのスキルが必要 (例:ActionScript、C、C++、Javaなど) • 電子工作にもそれなりのスキルが必要 (例:回路設計、実装、検証) •
両方のスキルが必要ということは…
17.
プログラミング+電子工作? フィジカルコンピューティングは難しい? • 確かに習得するまでにはそれなりの努力が必要 • できあがった結果は直接的に人間の感覚に 訴えるものになる(はず)
18.
プログラミング+電子工作? 最近では扱いやすいプラットホームが登場 • プログラミング – Flash –
Processing – Max/MSP • 電子回路のスケッチ – Gainer – Arduino – Phidgets
19.
電子工作は大変? • 誰でもはんだ付けくらいはやったことがある • まずは必要最小限のこと(だけ)を覚えれば スタートできる –
電圧∼電流∼抵抗 – 回路図の読み方 – オームの法則など – よく使う部品のシンボルと特徴 • 失敗しながら覚えていけばいい • でもUNDOはきかない(=人生と一緒)
20.
フィジカルな世界とつなぐ方法 マイコンのみ(例:PIC、AVR) a b c d A B C D マイコン microcontroller program a0]=ain.o; aout.1 = 255;
21.
フィジカルな世界とつなぐ方法 マイコン+PC(例:Arduino、Wiring) a b c d A B C D マイコン microcontroller PC USB program a0]=ain.o; aout.1 = 255; program a0]=ain.o; aout.1
= 255;
22.
Arduino I/Oボード 写真:SparkFun Electronics
23.
フィジカルな世界とつなぐ方法 I/Oモジュール+PC(例:Gainer、Phidgets) a b c d A B C D I/Oモジュール I/O module PC USB program a0]=ain.o; aout.1 =
255;
24.
Phidgets
25.
Gainerとは? オープンソース・ハード&ソフトのツールキット • I/Oモジュール • ソフトウェア・ライブラリ –
ActionScript 2/3 – Processing – Max/MSP
26.
Gainer I/Oモジュール 写真撮影:高尾俊介
27.
I/Oモジュール+ブレッドボード 写真撮影:高尾俊介
28.
さまざまな電子部品 写真撮影:高尾俊介
29.
I/Oモジュール+ブレッドボード+部品 写真撮影:高尾俊介
30.
入力:曲げ 写真撮影:高尾俊介
31.
出力:LEDアレイ 写真撮影:高尾俊介
32.
出力:振動モータ 写真撮影:高尾俊介
33.
ワークショップ HELLO!!フィジカルコンピューティング • 日時:2007.12.22-23 • 場所:山口情報芸術センター •
参加者:19名 • 言語:日本語 • 環境:Processing×Funnel×Gainer I/O
34.
作例:Mountain Guitar • 金箱淳一 •
音楽表現のためのギター型インタフェース – 親しみやすさ – 演奏の奥深さ • 各種センサ+I/Oモジュール+PC • IAMAS東京展「いまからだ」などで展示 • 学生CGコンテストなど複数で受賞
35.
作例:Mountain Guitar(スケッチ)
36.
作例:Mountain Guitar(1号)
37.
作例:Mountain Guitar(2号)
38.
作例:Mountain Guitar(2号の製作中)
39.
作例:Mountain Guitar(3号)
40.
作例:Mountain Guitar(4号)
41.
作例:Mountain Guitar(4号の製作中)
42.
作例:Mountain Guitar(4号の配線)
43.
作例:Mountain Guitar(5号)
44.
作例:Mountain Guitar(5号の内部)
45.
Funnelとは?:コンセプト • 単純で透明 • スケッチ∼プロトタイプまで使える •
デザイナーとエンジニアの「共通言語」
46.
FunnelとGainerの違い • Gainer – シンプルなドライバ的なもの –
Gainer I/Oと1:1対応 – 入門書がある • Funnel – フレームワーク的なもの – ArduinoやXBeeも利用可能 – 入門書がない
47.
Funnelとは?:関連 Sketching User Experiences Getting
the Design Right and the Right Design Bill Buxton(Morgan Kaufmann Pub・2007年)
48.
Funnelとは?:関連 出典:Bill Buxton, Sketching
User Experiences (2008)
49.
Funnelの特徴 • 疑似コード風のコーディング • 入出力をより簡単に扱うためのフィルタ –
ローパス、ハイパス(Convolution) – 入力を設定した閾値で分割(SetPoint) – スケーリング(Scaler) – オシレータ(Osc) • 複数のI/Oモジュールに対応
50.
Funnelの構成 USB XBee Dongle Gainer I/O Module Arduino (with
Firmata) USB XBee Dongle Funnel Server ActionScript 3 Processing Max/MSP etc. Ruby AS3 Library Processing Library OSC LibrariesRuby Library Funnel I/O Digi International XBee Funnel I/O Digi International XBee
51.
Arduino Duemilanove 写真:SparkFun Electronics
52.
LilyPad Arduino 写真:SparkFun Electronics
53.
Arduino Pro Mini 写真:SparkFun
Electronics
54.
Arduino ProtoShield 写真:SparkFun Electronics
55.
Arduino XBee Shield 写真:SparkFun
Electronics
56.
FIO: Funnel I/O
Module v1.3
57.
FIO: Funnel I/O
Module v1.3
58.
FIO: Funnel I/O
Module v1.3 +-
59.
XIO: XBee I/O
Board v1.0
60.
XIO: XBee I/O
Board v1.0
61.
Funnel:今後の開発予定 ビルド009のリリースを近日中に予定 • I2Cデバイスのサポートを追加 • XBeeおよびFIOのサンプルとツールを追加 •
バグ修正や細かな改良など
62.
配布物一覧 品名 品番など 数 Gainer
I/Oモジュール 1個 USBケーブル 1本 ブレッドボード SAD-01 1個 ジャンプワイヤ SPP-100 適量 抵抗器(橙橙茶金) 330Ω 2個 抵抗器(茶黒橙金) 10kΩ 1個 ボリューム 10kΩ(Bカーブ) 1個 CdSセル 5mm 1個 LED 白色 1個 加速度センサ KMX52-1050 1個 タクトスイッチ 6mm角 1個
63.
電圧∼電流∼抵抗 電気の流れは水の流れのようなもの • 電圧 – 2点間の高度(電位)の違い –
基準点が必要(GND) – 単位はボルト(V)
64.
電圧のイメージ図 低高
65.
電圧∼電流∼抵抗 電気の流れは水の流れのようなもの • 電流 – 電圧の高いところから低いところに流れる –
単位はアンペア(A)
66.
電流のイメージ図 少多
67.
電圧∼電流∼抵抗 電気の流れは水の流れのようなもの • 抵抗 – 電流の流れにくさ –
単位はオーム(Ω)
68.
抵抗のイメージ図 低 高
69.
電圧∼電流∼抵抗 よく出てくる補助単位の例 • 1,000倍を表すキロ(例:1kΩ) • 1,000,000倍を表すメガ(例:1MΩ) •
1 1,000 を表すミリ(例:1mA) • 1 1,000,000 を表すマイクロ(例:50µA)
70.
回路図ってなに?
71.
回路図ってなに? 回路図は電子回路の設計図 • シンボルで表した電子部品の接続を示したもの • シンボルに若干のバリエーションはあるが、 基本的には全世界共通
72.
電源の回路図シンボル +5V GND
73.
スイッチの回路図シンボルと部品例
74.
抵抗器の回路図シンボルと部品例
75.
可変抵抗器の回路図シンボルと部品例
76.
LEDの回路図シンボルと部品例
77.
ブレッドボードってなに? • 部品の足を穴にさすことで電子回路を形成 • はんだ付け不要 –
部品を再利用できる – 回路を組み間違えてもやり直しできる – 耐久性にはやや注意が必要
78.
ブレッドボードの構造 • 横方向のブロックは背面で接続 • 縦方向のブロックは未接続 •
電源用のエリアは専用に用意されている
79.
実習:LEDを点灯させてみよう
80.
LEDを点灯させてみよう どうして抵抗器が必要なの? • LEDには適切な電流の範囲がある (例:20mA) • その範囲を超えると簡単に焼き切れてしまう •
適切な値の抵抗器を用いて電流を制限する • 適切な抵抗値はどうやって求める? →オームの法則を用いて計算する ※抵抗器で電流を制限する方法が全てではありません
81.
オームの法則 電圧∼電流∼抵抗の関係 V = I
× R • Vは電圧で単位はV(ボルト) • Iは電流で単位はA(アンペア) • Rは抵抗で単位はΩ(オーム)
82.
オームの法則 電源電圧 − LEDの電圧
= LEDに流したい電流 × R Rを求めるためにこの式を変形 R = 電源電圧 − LEDの電圧 LEDに流したい電流 例:電源電圧が5.0V、LEDの電圧が1.8V、電流が10mA R = 5 − 1.8 0.01 = 3.2 0.01 = ? ※実際には計算結果に近い値の抵抗器を用いる
83.
例:LEDを点灯させてみる
84.
参考:ジャンプワイヤの色分け • 赤:電源の+側(+5V) • 黒:電源のー側(GND) •
白・青・黄:センサとの接続など
85.
例:LEDを点灯させてみる(NG) の方向が違う ワイヤをさす位置が違う にささっていない
86.
実習:LEDをスイッチでオン/オフさせてみる
87.
実習:LEDをスイッチでオン/オフさせてみる 7
88.
Processing入門 • 基本的な操作方法 • 用語 •
簡単なプログラム
89.
参考書籍 Built with Processing
[改訂版] デザイン/アートのためのプログラミング入門 前川 峻志+田中 孝太郎(ビー・エヌ・エヌ新社・2008年)
90.
Processing入門:基本的な操作方法 • 起動 • サンプルを開く •
実行 • 終了
91.
Processing入門:用語 • Processing Development
Environment • Sketch • Display Window
92.
Processing入門:簡単なプログラム1 コード例 1 Hello
World! println("Hello World!");
93.
Processing入門:簡単なプログラム2 コード例 2 ウィンドウを表示してみる //
最初に1回だけ実行される void setup() { // Display Windowのサイズ(横、縦) size(200, 200); } // 毎フレームごとに実行される void draw() { // 背景の色(赤、緑、青) background(255, 255, 255); }
94.
Processing入門:簡単なプログラム3 コード例 3 直線を描画してみる void
setup() { size(200, 200); } void draw() { background(0); stroke(255); line(0, 0, 199, 199); }
95.
Processing入門:簡単なプログラム4 コード例 4 マウスの状態を読み取る void
setup() { size(200, 200); } void draw() { if (mousePressed) { background(255); } else { background(0); } }
96.
Processing入門:簡単なプログラム5 コード例 5 マウスイベントを扱う int
brightness = 0; void setup() { ... void draw() { background(brightness); } void mousePressed() { brightness = 255; } void mouseReleased() { brightness = 0; }
97.
Funnel入門 • 出力をコントロールしてみる – マウスでI/Oモジュール上のLEDを制御 –
I/Oモジュール上のボタンでLEDを制御 • 入力を扱ってみる – ボリューム – CdSセル
98.
Funnel入門:Gainer I/Oの出力について 出力には2種類ある • デジタル出力(dout:0か1かの2段階) –
LED、モータなど – 状態がシンプルで取扱が簡単 • アナログ出力(aout:0∼1の256段階)*2 – LED、モータなど – 連続的な変化を扱うことができる *2 実際にはPWMによる疑似アナログ出力
99.
Funnel入門:マウスによる制御 コード例 6 マウスでI/Oモジュール上のLEDを制御(
01 ControlLEDByMouse) import processing.funnel.*; Gainer gainer; void setup() { size(200, 200); frameRate(30); gainer = new Gainer(this, Gainer.MODE1); gainer.autoUpdate = true; } void draw() { background(100); }
100.
Funnel入門:マウスによる制御 コード例 7 マウスでI/Oモジュール上のLEDを制御(
01 ControlLEDByMouse続き) void mousePressed() { gainer.led().value = 1.0; } void mouseReleased() { gainer.led().value = 0.0; }
101.
Funnel入門:ボタンによる制御 コード例 8 ボタンでI/Oモジュール上のLEDを制御(
02 ControlLEDByButton) import processing.funnel.*; Gainer gainer; void setup() { size(200, 200); frameRate(30); gainer = new Gainer(this, Gainer.MODE1); gainer.autoUpdate = true; } void draw() { background(100); }
102.
Funnel入門:ボタンによる制御 コード例 9 ボタンでI/Oモジュール上のLEDを制御(
02 ControlLEDByButton続き) void gainerButtonEvent(boolean pressed) { if (pressed) { gainer.led().value = 1.0; } else { gainer.led().value = 0.0; } }
103.
Funnel入門:aout 0にLEDを接続
104.
Funnel入門:aout 0にLEDを接続
105.
Funnel入門:アナログ出力の制御 コード例 10 ボタンでaout
0に接続したLEDを制御 // _02_ControlLEDByButtonの以下の部分だけを変更する void gainerButtonEvent(boolean pressed) { if (pressed) { gainer.analogOutput(0).value = 1.0; } else { gainer.analogOutput(0).value = 0.0; } }
106.
Funnel入門:Gainer I/Oの入力について 入力には2種類ある • デジタル入力(din:0か1かの2段階) –
スイッチなど – 状態がシンプルで取扱が簡単 • アナログ入力(ain:0∼1の256段階) – 出力電圧が変化するセンサなど – 連続変化を扱うことができる
107.
Funnel入門:ain 0にボリュームを接続
108.
Funnel入門:ain 0にボリュームを接続
109.
Funnel入門:ain 0にボリュームを接続 • 03
SimpleScopeを開いて実行 • ボリュームを回して変化を確認 • チャンネル数を2に増やす • ain 1が不安定なのはなぜ? • どうしてボリュームを回すと電圧が変わるの?
110.
Funnel入門:抵抗分圧
111.
Funnel入門:抵抗分圧
112.
Funnel入門:サンプルをボリュームで制御 • 04 Treeを開く*3 •
変更を加えるために別名で保存 • Funnelを使うための準備 • mouseXをain 0の値で置き換える *3 Topics/Fractals and L-Systems/Treeと同じものです
113.
Funnel入門:ain 0に光センサを接続
114.
Funnel入門:ain 0に光センサを接続
115.
Funnel入門:ain 0に光センサを接続 • 改変した
04 Treeを再度実行 →ボリュームの場合と何かが違う? • 03 SimpleScopeで入力の範囲を調べる • Scalerをフィルタとして追加する • 意図した通りになったかどうか確認
116.
Funnel入門:Scalerの追加 コード例 11 Scalerを追加した
05 Tree import processing.funnel.*; Gainer gainer; void setup() { size(400, 400, P3D); ... gainer = new Gainer(this, Gainer.MODE1); Filter f[] = { new Scaler(0.3, 0.9, 0, 1, Scaler.LINEAR, true) }; gainer.analogInput(0).filters = f; }
117.
Funnel応用:ainに加速度センサを接続
118.
Funnel応用:ainに加速度センサを接続
119.
Funnel応用:ainに加速度センサを接続 • 03 SimpleScopeを開く •
表示するチャンネル数を3に増やす • x, y, zそれぞれの軸の動きを確認 – 傾けてみる – 振ってみる
120.
Funnel応用:加速度センサの用途 • 動きの検出 • 傾きの検出 →なぜ加速度センサで傾きが検出できるの?
121.
Funnel応用:傾きを検出する原理
122.
Funnel応用:センサの出力から角度を求める • フィルタで細かい動きを取り除く • 03
SimpleScopeで変化幅を確認する • -1から+1までにスケーリングする • 逆sin関数を用いて角度に変換する
123.
Funnel応用:加速度センサを使ってみる • 05 RGBCube
Mouseを開く*4 • マウスを動かして動作を確認する • マウス操作を加速度センサに置き換える *4 3D and OpenGL/Form/RGBCubeを一部改変
124.
IAMAS Gangu Project
- Work in Progress “Sketching in Hardware”ワークショップ 小林茂(IAMAS:岐阜県立国際情報科学芸術アカデミー) 2008 年 12 月 27 日:AXIS Gallery
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