ヘッドライン 化学教育のバリアフリー化 視覚障害者による化学構造式認識法の検討 KAMIJO Haruo 上條治夫 ヘッドライン 日本大学短期大学部（船橋校舎）生命・物質化学科 准教授 視覚障害者の立場から見た場合，化学あるいは生命科学現象を聴覚を利用してとらえたり，対象に触れて体験 することが重要であるが，化学構造式は，それが画像情報であるために，視覚障害者にとってアクセスしにくい 分野であった。筆者は自らの経験を基に視覚障害者自らによる構造式描画や，パソコンの出力画面やスキャンさ れた画像から化合物名とそれ以外の文字を一括して読み上げるシステムについて検討している。本稿では，これ らの描画法や認識法について解説するとともに，関連するいくつかの知見も紹介する。 1 にもかかわらず，視覚障害者自らが画像を描画したり，確 はじめに 認する手法についてはほとんど検討されていない。 教育をバリアフリーの観点から見直すとともに，バリア 近年，コンピュータ技術の発達に伴い，OCR（光学文 フリーを教育研究の領域において推進する試みが注目され 字認識）による文字認識法についての研究が盛んになって ている。バリアフリーは様々な学生・生徒や教師，教育行 きた。OCR 法は文字には有効だが，文字以外は扱えない 政に携わる者をはじめ，一般社会人が本来学習して身につ ので，視覚障害者のための支援技術として，文字以外の画 けておくべき基礎的知識であり市民的教養である。 像を含む情報の認識法の構築が必要である。内容を理解す 化学教育のスタート地点で，分子に対する学習者の知的 るためには画像情報へのアクセスも重要であり，視覚障害 好奇心を引き出し，理解を促すことは重要であり，進路の をもつ人々のためにも何らかの方法でこれらの問題を改善 方向を決める大きな要因となりうる。このためには，学習 する必要がある。 者が興味をもって分子やそれに関連する学習に取り組み， 2 かつ理解を深めることができる教材が望まれる。分子やそ 視覚障害者の情報獲得手段の現状 スクリーンリーダを用いた文字情報へのアクセス の化学反応といった目に見えない対象や概念を理解し考察 2.1 する化学分野においては，化学構造式のような視覚的な表 視覚障害者による画像情報認識について記述する前に， 現や分子模型，分子軌道図などのモデルは必須であり，思 文字情報の認識について示す。近年の情報機器の発展は視 考や情報伝達のための不可欠な手段として用いられてい 覚障害をもつ人たちの情報獲得手段に著しい変化をもたら る。これらを目的に応じてパソコンで可視化するグラ した。パソコンなどの IT 機器とスクリーンリーダと呼ば フィックシステムも種々開発され，研究や教育の現場で利 れるソフトウェアの広範な普及はそうした技術開発による 用されている。 ところが大きい。スクリーンリーダは「画面読み上げソフ 化学あるいは生命科学現象を聴覚を利用してとらえた トウェア」と呼ばれ，パソコンなどに組み込むことで，画 り，対象に触れて体験することは，視覚障害学生の興味を 面 に 表 示 さ れ る 多 く の 文 字 情 報 を，TTS（Text To 引き出し，思考のきっかけをつくるために有効であり，そ Speech）エンジンに伝達し，合成音声によって文字情報 うした学生のために触覚や聴覚を利用した様々な教育手法 を音声読み上げ可能にするものである。編集中の文章や， が考案され，それに応じた装置が工夫されている 。 インターネットブラウザ，パソコンの各種メニュー項目な 1） さて，筆者が中途視覚障害を得て体験したことは，こう どを音声で確認できるので，視覚障害者は IT 機器を利用 した教育手法がその多くにおいて指導者側の綿密な配慮に した文字情報へのアクセスが簡便となった。また，文字情 基づいている手法であるにもかかわらず，視覚障害者の 報は音声だけでなく，点字端末にも出力することができ， ニーズを必ずしも反映しているとはいえないことである。 音声では聞き取りにくい文章の確認や，盲聾者の利用にも 特に画像情報にアクセスしにくい視覚障害者にとって，こ 有効である。また，用紙に印刷された文章も，OCR を行 のような化学や生命科学に関わる情報の入手が必要である うことで，パソコンなどで確認ができる。OCR を行うソ 272 化学と教育 64 巻 6 号（2016 年） ヘッドライン フトウェアも，スクリーンリーダで操作可能なものがあ り，視覚障害者が独力で印刷された文章を読むことも可能 である。ただ，OCR の精度に関しては，英文や日本語の みの文章であれば高精度で認識可能だが，図表や数式な ど，文字以外の情報が混在した文章では，精度が低下する 問題がある。これらに対応するため，理系文章の読み取り に特化した OCR 技術の開発が行われている。このよう 図1 に，スクリーンリーダは視覚障害者が IT 機器を利用して 立体コピー機（ピアフ） （左） と印字した立体コピー図（右） 情報の送受信を行うために必要不可欠となりつつあるが， ヘッドライン 日本語固有の問題として，漢字の伝達方法には難点もあ る。詳細は渡辺らの報告に詳しい 2）。 2.2 画像情報へのアクセス スクリーンリーダのもつもう一つの問題は，文字情報以 外の画像情報の音声読み上げが不可能という点である。イ ンターネット上の文章には，文字以外の数表やイラスト画 像のような視覚に依存する情報が多く，また GUI（Graphi- 図2 cal User Interface）を多用したソフトウェアも多く存在 点図ディスプレイ（ （株） ケージーエス DV‑2） する。画像が存在することは確認できても，その内容を読 み取ることはできない。さらに，GUI ソフトウェアでは， キーボード入力でなく，マウスなどのポインティングデバ イスの利用が想定されており，スクリーンリーダではこれ らに対応できない。以上のように，電子化することで，視 覚障害者は独力で文字情報の送受信が行えるようになっ た。 しかし，画像情報へのアクセスという大きな問題が残る。 筆者が直面した化学構造式の認識において，提示された 図3 構造式が OCR では読み上げられないので，当初，晴眼者 表面作図器で描いたフェニルアラニン （視覚に障害のない人々）の補助による「対面朗読」を （図 2）を用いる方法である。表示したい画像に合わせて， 行った。読み上げの一例は以下のとおりである。 「用紙の中央に正六角形があり，六角形の辺が交互に 2 画像を構成するものである。さらに，視覚障害者が晴眼者 本で表示されている。 」 「正六角形の 2 時の方角に手が出ていて，アルファベッ の協力を得ずに触図を作成するためのものとしては表面作 図器（図 3）がある。 トの大文字で OH と書かれている。 」 「用紙の下段に化学構造が横に （ ディスプレイ上の該当するピンを上下させ，ピンの凹凸で ） 個並んでいる。」 これは，鉄筆等で線を引くと軌跡が凸状となって浮き上 このように文字化することで伝えられる構造式情報があ がるセロハン状シートを使用する視覚障害者用の筆記用具 り，これらの情報を視覚障害者が独力で獲得する方法は必 である。触覚で作成途中の図形を確認しながら触図作成を 要である。 進めることが可能である。直感的に操作できることは創造 視覚障害者が画像を理解するためには触図を用いる方法 的行為を行う上で重要な要素であり，この意味で表面作図 がしばしば使用される。触図は，提示したい文字や画像を 器は優れた道具であるといえるが，描画システムとして 隆起させ，触覚によって認識可能にしたものである。写真 は，一度描いた図の修正ができないことや，デジタルデー のように，色情報などを伴う微細な表現など触図の提示手 タへの変換が視覚障害者独力では困難な点など，改善の可 段は 2 つの方法に大別される。1 つは，紙に提示する方法 能性があると思われる。 触覚だけに依存しない化学構造式確認法の必要性 である。紙の上に点や線を隆起させ，触図を構成するもの 2.3 である。立体コピー機（図 1）と呼ばれる専用の機器によ 一般的な画像情報は触察が有効であるが，化学構造式の り，印字部分が膨張して盛り上がる特殊な紙（カプセル ように微細な構造をもち，しかも類似した構造が多い画像 ペーパー）を用いて作成することもできるし，ある程度薄 については，その存在の有無を知ることがまず最優先であ い用紙であれば，ペンなどを用いて強い筆圧で描くこと る。化学構造式が描かれている用紙や，パソコン画面上で で，容易に触図が作成できる。他方は，点図ディスプレイ の出力については，視覚障害者はまず，その資料中の化学 化学と教育 64 巻 6 号（2016 年） 273 ヘッドライン 化学教育のバリアフリー化 構造式の存在の有無を知ることから始めなければならな 機器に出力する方法があり，筆者らは触覚ディスプレイへ い。化学構造式の存在を視覚障害者に伝える手段として の出力による修正画面の確認を行った。すなわち，触覚 は，旧来の対面朗読は有効であったが，朗読者側が化学に ディスプレイの補助機器としての有効性が認識できるとと 習熟しているとは限らないので，確立された情報として得 もに，化学構造式画像の読み上げの必要性が求められた。 ることが困難であった。筆者は健常者と視覚障害者間の化 4 学構造式情報の共有を目的としていて，視覚障害者が作成 視覚障害者による化学構造式の認識法 ヘッドライン した化学構造式情報を健常者が認識可能であり，同時に健 前項で述べた化学構造式の描画法と同様に，その認識法 常者が作成した化学構造式情報を視覚障害者が認識可能で においても視覚障害者の利用を前提としたシステムが必要 なければならないと考えている。そのためには視覚障害者 であるが，従来，そのようなシステムはほとんど検討され にとって聴覚や触覚の利用が必要となり，化学構造式を認 ていなかった。 識し，資料中の化学構造式の存在を，まず聴覚でとらえ， 視覚障害者に対して化合物名を読み上げるためには，画 その後に触覚による追加確認を行うというシステムが必要 像として提供された教科書や化学論文などから化学構造式 であると考えた。 部分を抽出するシステムと，化学構造式画像を検索可能な 3 化学データベース用のファイル形式に変換するシステムと 視覚障害者による化学構造式の描画法 いう，それぞれ別々の検討が必要であり，これらを統合す 以下に視覚障害者自らが化学構造式を描画する手法とし るシステムを構築した上に，生成した化合物名を読み上げ て利用可能な方法について述べる。ここで述べる手法は新 るシステムが必要である。教科書や化学論文，特許情報， たに提案・開発された手法ではないが，視覚障害者にとっ あるいはインターネット上に存在する化学構造式を検索可 て極めて有効な方法であるので紹介する。 能なファイル形式に変換しようとする研究はケモインフォ 一般に構造式エディタは分子構造を作図，編集するパソ マティクスや化学データベースの発展によって近年，急激 コンプログラムであり，作図や化学データベースの検索式 に進歩していて，シェアウェア，フリーウェアを含めて入 を書き表すために，分子や化学反応の二次元（平面）表現 手可能なシステムが存在することから，筆者らは視覚障害 を作成する際に使用される。構造式エディタは一般に実行 者の使用を前提とした化学構造式抽出システムの開発につ プログラムに実装されたものと他のアプリケーションの中 いて検討した 5）。 に組み込まれて実行される小さなプログラムに大別され 筆者らが検討したシステムは視覚障害をもつ高等教育に る。実装されたプログラムはパソコンの GUI に依存した おける化学教育の受講者あるいは化学情報に興味をもつ人 システムであり，現在までの技術では，視覚障害者には利 たちを対象にしていて，墨字（点字に対して，普通に書か 用できない。 れた文字や印刷された文字）と化学構造式を含む文章の一 視覚障害者自らが化学構造式を描画するシステムとして 括読み上げを想定している。墨字と化学構造式が共存する はフリーウェアである MOLinsight と呼ばれる画期的なシ 文章を取り込み，墨字領域と化学構造式領域を識別し，そ ステムがあり，視覚障害者を対象として開発されていて， れぞれを読み上げ可能なデータに変換した後に再結合した ChemAxon 社のソフトウェアを利用し，点キーボードの 上で文章全体を読み上げるという一連の動作を行うことに 操作でパソコンの画面上に構造式を描画することができ よって，使用者の化学情報獲得を補助する目的で使用され る 。一方，組み版システムの一つである XyMTeX 法 は る。 処 理 の 概 要 を 図 4 に 示 す。 な お， 構 築 し た ソ フ ト フリーウェアであり，TeX／LaTeX で利用可能であり，テ ウェアは一連の操作におけるインターフェイスの役割を果 キスト形式で構造を記述する。すなわち，ユーザは汎用の たし，視覚障害者が使用することを想定し，すべての操作 3） 4） テキストエディタを用いて TeX／LaTeX に準じたソース が音声読み上げとキーボードのみで行えるように設計し を書き，マウスなどのポインティングデバイスを利用せず た。認識結果の読み上げでは，文字領域，化学構造式領域 に化学構造式を作成することができる。筆者は中途視覚障 を区別するため，それぞれの読み上げ冒頭に「文字」ある 害であることから，既知の構造式情報が有機的に利用でき いは「構造式」という音声を付加することで判別できるよ る点で，XyMTeX 法に利便性があった。しかし，視覚障 うにした。これらの結果，試作したシステムを用いれば， 害者は XyMTeX 法を用いれば化学構造式をパソコン画面 文字と化学構造式が混在したイメージファイルを化合物名 上に描画できたものの，XyMTeX／LaTeX 法の出力結果 （IUPAC 法に準拠）を読みながら文字も一括して読み下す は画像であってスクリーンリーダに対応していないので， ことができるようになった。具体例として，CLiDE 社が 描画結果の修正は視覚障害者単独では困難であった。パソ 提供する化学構造式画像および高校教科書中の化学構造式 コンに出力された結果の確認手段としては，前述のよう 画像を用いて本システムを試行したところ，構造式抽出に に，用紙に印刷する方法と，触覚ディスプレイなどの補助 おいては約 90 % 成功し，化合物読み上げにおいては約 50 274 化学と教育 64 巻 6 号（2016 年） ヘッドライン 力での化学構造式名の読み上げが可能となった。本システ ムは視覚障害者自らによる描画法と認識法という双方向の 情報伝達を含んでいて，このシステムが稼働できたことか ら視覚障害者と晴眼者間で化学情報が共有でき，これらの 結果は視覚障害者の学習環境や就労環境を改善する効果が 期待できる。また，理科として総括される科目の中では， 物理に比べ，化学や生物は画像の利用が多い。このことは 画像にアクセスしにくい視覚障害者にとって，そうした科 目の学習に対する障壁となっている。特に化学教育におい り，その理解が必須である。筆者らが進めている手法はま ず，聴覚で化学構造式の存在を見いだすという点を主たる 目的としているので，聴覚情報だけで描かれている化学構 造を理解するためには，化合物名についての基本的な知識 が必要であると考えていて，現状では点図や立体コピーな どの触察情報の活用も，聴覚情報を補う重要な手法であろ う。今後，教科書のデジタル化が進む過程で，こうした画 図4 像情報を含む教科の学習において，視覚障害者の画像情報 化学構造式を含む文章の読み上げ法のフローシート 獲得のニーズが高まると考えられ，筆者らが進めているシ ステムがそうしたニーズへの一助となれば幸甚である。 本稿の執筆に当たり，化学構造式の描画法として用いた % の正解率が得られた。構造式抽出では線密度と面密度 を基準としていることから，複数の環が相互に結合してい XyMTeX 法の取り扱いについて，日本大学理工学部 小泉 るような構造を持つような化合物では，密度の急激な変化 公志郎先生に大変お世話になりました。また化学構造式認 が起きていて，正しい抽出結果が得られない例があった。 識法のためのソフトウェア構築に当たり，富山大学生命融 また化合物読み上げにおいては C と O や，H と N のよう 合科学教育部の豊岡尚樹先生，廣林茂樹先生並びに守井清 な組み合わせで元素記号の誤読が生じていて，そのために 吾氏のご指導に感謝いたします。本稿の執筆の機会をくだ 正しい化合物名を与えていない例があった 。また本シス さった日本大学理工学部 5） テムで構築したシステムについて，3 名の視覚障害者に使 用感を求めたところ，音声も聞きやすく，触図で確認する より格段に早く化学構造式名にアクセスできることを挙げ た。なお，本システムは検討過程ではあるが，希望する視 覚障害者に配布することも検討している。 5 おわりに 視覚障害をもった学生に対するのみならず化学に興味を もつ視覚障害者を対象とする化学構造式の描画及び認識法 において，筆者らは触覚に依存せず，聴覚だけに依存する 参考文献 1） 鳥山由子，視覚障害指導法の理論と実際―特別支援教育における視覚 障害教育の専門性―，ジアース教育新社，2007，p. 20． 2） 渡辺哲也，渡辺文治，藤沼輝好，大杉成喜，澤田真弓，鎌田一雄，電子情 報通信学会論文誌，D‑I，情報・システム，I‑情報処理 2005，J88‑D （4），891‑899． 3） F. Pereira, J. Aires‑de‑Sousa, V. D. B. Bonifacio, P. Mata, A. M. Lobo, . 2011, , 361. 4） 藤田眞作，化学者・生化学者のための LaTeX―パソコンによる論文 作成の手引き，東京化学同人，1993，p. 121． 5） H. Kamijo, S. Morii, W. Yamaguchi, N. Toyooka, M. Tada‑Umezaki, S. Hirobayashi, . 2016, , pp. 496‑503. システムを構築した。本システムは化学構造と文字が混在 する出版物や論文などの印刷物の読み取りが最終目標であ り，そうした資料は文字と化学構造式以外の図表を含んで いて，現状の光学的文字認識技術では図表の多くが読みと り結果において「文字化け」を避けることができない。こ のことから，本システムの構築ではあらかじめ用意した資 料を用いてシステムを試作するのやむなきに至ったもの の，本システムでは従来全く不可能だった視覚障害者の独 化学と教育 村上雅彦先生に感謝いたします。 1（勤務先） 64 巻 6 号（2016 年） かみじょう・はるお 筆者紹介［経歴］1951 年，山梨県生まれ， 1975 年日本大学理工学部工業化学科卒，1977 年同大学大学院理工学研究科工業化学専攻修 士課程修了，2016 年富山大学大学院生命融合 科学教育部博士後期課程修了，博士（工学） ， 2015 年より現職。［専門］有機合成化学，視 覚障害学生のための支援技術開発。 ［趣味］読 書，主に歴史小説（DAISy による読書）。［連 絡先］274‑8501 千葉県船橋市習志野台 7‑24‑ 275 ヘッドライン て，化学構造式は学習の根幹をなす重要な分野の 1 つであ
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