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研究内容

乳幼児行動シミュレータ

概要

乳幼児の事故の傾向が長年変化していないにも関わらず、効果的な対策を開発できていない。 乳幼児の行動やそれに伴う事故を解明するためのツールがないためである。 この問題点を解決するためには、計算機上で乳幼児の行動を再現し、事故をシミュレーションするツールの開発が重要である。 本研究では、乳幼児の行動は、環境の状態と年齢による発達状況に大きく依存していると考え、それらのデータを基に仮想空間内で乳幼児の行動シミュレーションシステムを開発している。 過去の事故事例を基に事故データベースを作成し、行動シミュレータと統合することで、住宅内の安全状況の評価、事故の原因解明への応用などが期待できる。

行動のモデル化

乳幼児の行動に関連する要素を以下のように内的要因と外的要因に分けた。 内的要因は、乳幼児の発達行動や生理といった乳幼児自体に関連する要素であり、外的要因は、乳幼児の周辺の物体を含めた環境である。 これらのうち、乳幼児の行動に大きく影響を与えると考えられる発達行動と、物体の興味・行動を誘発する機能に関してモデル化を行った。

乳幼児の行動に関連する要素

発達行動モデル

発達行動モデルとは、月齢・年齢と可能な行動の関係(例: 1歳になると歩けるようになる)と、行動の遷移(例: 座る⇒立つは可能、座る⇒走るは不可能)をモデル化したものである。 モデル化には、Denver IIと呼ばれる小児科医が乳幼児の発達段階を検査するためのチェックシートを用いた。

発達に伴い、行動のネットワークが複雑になる。

環境モデル

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行動生成手法

以下の手法により、行動とその行動をとる確率のセットがリストとして得られる。 例えば、ボールを掴む: 0.2、机を使ってつかまり立ち: 0.6、椅子に登る: 0.4。

行動生成手法
  1. 物体に対して興味を持つ確率の算出
  2. 物体により行動を誘発される確率の算出
  3. 状態遷移確率に基づく次にとる行動の確率の算出
  4. 発達段階に基づく行動をとる確率の算出
  5. 次にとる行動の確率の算出

現段階での行動シミュレータの検証

シミュレーション結果と乳幼児の行動観察から得られたデータを比較することで検証を行った。

比較のために以下の計算を行った。

包含率:  シミュレータが結果として出力する行動の候補の中に実際の乳幼児がとった行動が含まれている割合
寄与率:  行動の確率に閾値を設定し、その閾値変化が包含率に与える影響の割合

結果

検証結果

グラフの横軸は、次に乳幼児がとる行動の確率に設定した閾値を示している。 また、左縦軸は、把持達成行動の包含率を示しており、右縦軸は、包含率に対する閾値の変化の寄与率を示している。

グラフから、閾値を低くしていくと包含率は徐々に高くなっていくことが分かる。 閾値を低くすることによって、次に乳幼児がとる行動の確率のうち、確率値が低い行動、つまりシミュレータがあまり起こらないと予測した行動も対象に含めシミュレーションを行うことになるので、把持達成行動の包含率が高くなる。 寄与率は、閾値を低くしていくと、低下していく。 このことは、シミュレータが起こる可能性が高いと予測した行動が包含率に大きな影響を与え、逆にシミュレータがあまり起こらないと予測した行動が包含率に与える影響は小さいということを意味している。 つまり、シミュレータが起きる確率が高いと予測した行動が、実際にも起こる確率が高く、逆にシミュレータが起こる確率が低いと予測した行動が、実際にも起こる確率が低いということを意味しており、作成した把持達成行動モデルの有効性を示している。

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参考文献

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