JP2005034195A - Lesson support system and method - Google Patents

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JP2005034195A JP2003197265A JP2003197265A JP2005034195A JP 2005034195 A JP2005034195 A JP 2005034195A JP 2003197265 A JP2003197265 A JP 2003197265A JP 2003197265 A JP2003197265 A JP 2003197265A JP 2005034195 A JP2005034195 A JP 2005034195A
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Taichi Matsui
太一 松井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize the lessen to meet the requests of the recipients by reducing the restriction of the lesson in the location, time and the like. <P>SOLUTION: The motions of the recipient are measured based on the outputs of a position attitude sensor mounted on the recipient and the position attitude sensor mounted on a golf club or a tennis racket, for instance. Then, the lesson is carried out displaying the instructor, the recipient, balls and the like as the virtual objects on the HMD mounted on the recipient utilizing the compound reality presentation technique. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、場所や時間の少ない制約でスポーツ等の講習の受講を可能にする講習支援技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
現在世の中には様々なスポーツがあり、各々のスポーツにおいてより専門化および高度化が進んでいる。そのため人々は専門家から講習を受けることなしには、なかなかスポーツを習得できない。そのため、テニス教室、ゴルフ教室など、スポーツ講習のビジネスも盛んである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこの種の講習は特定の場所で、かつ特定のスケジュールに従って開催されているため、思うように講習を受けられない場合がある。又、スポーツの上達には講習者自身のフォームやプレイをビデオ等で撮影し、客観的に観察することが効果的であることが多いが、通常講習は多人数で同時に行うことが多く、講習者毎にビデオカメラを用意し、かつ常に講習者を追いかけて撮影することは一般的にはかなり困難である。
【0004】
また、教則ビデオ等も市販されているが、一般には、ビデオ鑑賞する部屋でゴルフのスイング練習等のスポーツ練習を行うことはできないのが実情であり、結局はイメージトレーニング程度に利用することしかできない。
【0005】
受講者のスイングをビデオで撮影し、それを指導者に送付し、指導者の指導映像を録画して返送することによる指導なども提案されている(特許文献1)が、自分が練習をしてから結果が帰ってくるまでに時間がかかったり、やはりビデオを見ながら練習することが困難であるなど、依然として問題点も多い。
【0006】
本発明はこのような従来技術の課題に鑑みなされたものであり、スポーツ等の講習の場所と時間の制約を減少させ、また講習者自身の動作の撮影及び再生を容易に行うことが可能な講習支援システム及び講習支援方法を提案するものである。
【0007】
【特許文献1】
特開平5−328275号公報
【0008】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明による講習支援システムは、仮想物体としてのインストラクターの画像を生成するためのモデル情報と、インストラクターの指導により受講者に予め定められた講習を行うための講習データを記憶する記憶手段と、受講者の頭部位置姿勢を検出するための第1のセンサと、受講者が操作する道具又は受講者の身体の一部分の位置姿勢を検出するための第2のセンサと、第1及び第2のセンサの出力から、受講者の位置姿勢を検出する位置姿勢検出手段と、講習データ、モデル情報及び受講者の位置姿勢に従って、インストラクターの画像を生成し、受講者の装着するHMDに表示させる画像生成手段とを有することを特徴とする。
【0009】
また、本発明による講習支援方法は、受講者の頭部位置姿勢を検出するための第1のセンサと、受講者が操作する道具又は受講者の身体の一部分の位置姿勢を検出するための第2のセンサとの出力から、受講者の位置姿勢を検出する位置姿勢検出ステップと、仮想物体としてのインストラクターの画像を生成するためのモデル情報と、インストラクターの指導により受講者に予め定められた講習を行うための講習データ及び位置姿勢検出ステップで検出した受講者の位置姿勢に従って、インストラクターの画像を生成する画像生成ステップと、画像生成ステップで生成した画像を、受講者の装着するHMDに表示させる表示ステップとを有することを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明をその好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
本実施形態に係る講習支援システムは、複合現実感提示装置により実現される。複合現実感提示装置は、現実空間又はその画像に、観察者の視点位置、姿勢に対応する仮想物体の画像(仮想物体画像)を重畳して観察者に呈示することで、あたかも現実空間に仮想物体が存在しているかのような感覚を体感させるものである。
【0011】
本実施形態に係る複合現実感提示装置は、スポーツインストラクター、例えばゴルフインストラクターを仮想物体としてユーザ(受講者)に呈示することにより、あたかもその場にインストラクターが存在してゴルフを指導してくれるような感覚を受講者に体感させるものである。
【0012】
図1に本実施形態における複合現実感提示装置内部の概略構成をブロック図で示す。
CPU101は、ROM111に格納されたデータやプログラムコードを用いて、本装置全体の制御を行うと共に、後述の講習進行管理部110内の不図示のメモリや、RAM112に格納されたデータやプログラムコードを用いて、後述する各画像処理や数値計算等を行う。なお、上述の各データやプログラムコードの所在は特に限定すべきものではなく、例えば本装置全体の制御プログラムコードが外部記憶装置113やRAM112に格納されていても良い。
【0013】
頭部用位置姿勢センサ102は、ユーザの頭部に装着することにより、ユーザの頭部の絶対的な位置、姿勢(絶対座標系におけるユーザの頭部の位置、姿勢)を示す信号を後述の位置姿勢計測部103に出力する。上記絶対座標系を以下、世界座標系と呼ぶことがある。
【0014】
この世界座標系は、図2に示すとおり、適当な位置を原点とし、z−x平面を水平面とする座標系で、重力方向を−y方向とする。ここでは原点として、後述する位置姿勢計測部103が固定されている位置を原点とするが、世界座標系が一意に決まっていればこの原点は任意に設定可能である。
【0015】
位置姿勢計測部103は、頭部用位置姿勢センサ102から入力した上述の信号から、ユーザの頭部の位置、姿勢を特定する。一方、後述のゴルフクラブ位置姿勢センサ104より入力する信号から、世界座標系におけるユーザーの持つゴルフクラブの位置、姿勢を特定する。なお、特定した上述のユーザの頭部の位置、姿勢のデータと、ゴルフクラブの位置、姿勢のデータはCPU101に出力される。
【0016】
ゴルフクラブ位置姿勢センサ104は、頭部用位置姿勢センサ102と同じものを用いても良く、ゴルフクラブに装着することにより、世界座標系におけるゴルフクラブの位置、姿勢を示す信号を位置姿勢計測部103に出力する。なお、センサは、例えばグリップ内部に取り付けることが可能であり、またクラブのフェースの向きが正しく検出できるよう、出力信号とフェースの向きの基準をキャリブレーションしておくことが望ましい。
【0017】
位置姿勢計測部が特定した世界座標系におけるユーザの頭部の位置、姿勢及び、ゴルフクラブの位置、姿勢は、以下の通り表される。
時刻tにおけるユーザの頭部の位置:h!(t)
h!(t)=(hx,hy,hz) (1)
ただし、h!はhのベクトル表記。
時刻tにおけるユーザの頭部の姿勢:
θr ロール角
θp ピッチ角
θy ヨー角(方位角)
時刻tにおけるゴルフクラブの位置:P!(t) (2)
P!(t)=(Px,Py,Pz)
ただし、P!はPのベクトル表記。
時刻tにおけるゴルフクラブの姿勢:
φr ロール角
φp ピッチ角
φy ヨー角(方位角)
【0018】
以上のユーザの頭部の位置、姿勢のデータと、ゴルフクラブの位置、姿勢のデータがCPU101に入力される。ここでCPU101がこれらのデータから、ゴルフクラブの動きを検知する方法について説明する。
【0019】
ユーザの頭部の位置、方位角を基準とした手の位置P’!は、(CPU101内で)以下の演算を行うことで求めることができる。
P’!=P!×T_(h!)×Ry_(θy) (3)
但し、T_は平行移動変換Tの逆変換、Ry_はy軸周りの回転変換Ryの逆変換である。
【0020】
又、ユーザの頭部の向きを基準とし、時刻t+Δtにおける手の位置P’!の移動ベクトルd!は以下のようにして求めることができる。
d!=P’!(t+Δt)−P’!(t) (4)
【0021】
そして手の移動速度を示す速度ベクトルv!は以下のようにして求めることができる。
v!=d!/Δt (5)
【0022】
その結果、この速度ベクトルv!のx、y、zの各方向の成分(vx、vy、vz)により、ユーザの頭部を基準とした手の動きは以下のようにして検知することができる。
vx>0:右に動いた vx<0:左に動いた
vy>0:上に動いた vy<0:下に動いた
vz>0:後に動いた vz<0:前に動いた
【0023】
図1に戻って、ヘッドマウントディスプレイ(以下、HMD)105は、内部に撮像装置としてのCCD105bと表示部105cを備え、後述の画像生成部106により合成された映像(CCD105bで撮像された実写映像と、仮想空間に存在するインストラクター及びゴルフボールの映像(仮想物体画像)との合成映像)を表示部105cに表示することで、このHMD105を頭部に装着したユーザに、あたかもインストラクターとゴルフボールが実際に存在するかのように感じさせることができる。
【0024】
なお、複合現実感呈示装置に用いられるHMD105には、周知のように光学シースルー方式と、ビデオシースルー方式の2種類が存在し、本実施形態ではビデオシースルー方式のHMDを用いた場合を説明するが、HMD105に光学シースルー方式のHMDを用いることも可能である。HMD105が光学シースルー方式である場合、CCD105bは備わっていない。
【0025】
画像生成部106は、HMD105がビデオシースルー方式のものであった場合、CCD105bから入力した実写映像に対して任意の画像処理(ガンマ補正、階調変換など)を行ってもよい。そして、CPU101から与えられるユーザの頭部位置、姿勢情報、クラブの位置、姿勢情報及び例えば外部記憶装置113に予め記憶されたインストラクター及びゴルフボールの3次元モデル情報及び、後述する講習進行管理部から与えられるインストラクターとゴルフボールの位置姿勢情報とに基づいて、ユーザの視点位置、姿勢に適合したインストラクター及びゴルフボールの画像(仮想物体画像)を既知のコンピュータグラフィックス技術を用いて生成する。そして、この画像をCCD105bで撮像した実写映像、あるいはその実写映像に任意の画像処理を施した実写映像と合成して、合成映像を表示部105cに出力する。
【0026】
なお、仮想物体画像の生成時に、ユーザの頭部位置姿勢を視点位置姿勢に変換したり、HMD105で立体視可能なように右目用、左目用画像を生成する処理については複合現実感提示技術において既知の任意の方法を利用可能である。
【0027】
一方、HMD105が光学シースルー方式である場合、上述の通りHMD105にはCCD105cが備わっていないために、画像生成部106は、ビデオシースルー方式のHMDに呈示するためのインストラクター及びゴルフボールの画像のみを表示部105cに出力する。
【0028】
スピーカ107は、後述する音声合成部108で生成された音声を出力する。なお、このスピーカ107から出力されるのは音声に限定されず、他にも例えば、ボールとゴルフクラブの衝突音等の効果音を出力することが可能である。スピーカは通常のスピーカの他、例えばユーザが装着するイヤホンやヘッドホンとして構成することが可能である。
【0029】
108は音声合成部で、インストラクターが何か音声を発したりする場合、その音声を生成する。また、上述の通り、効果音を生成することも可能である。音声や効果音のデータは例えば外部記憶装置113に予め記憶され、講習進行管理部110の制御により音声合成部108に与えられる。
【0030】
講習進行管理部110は、説明上機能ブロックとして記載しているが、実際にはCPU101によって実現される機能の一部であり、予め定められた講習内容を実現するためゴルフ講習の進行を管理する。
【0031】
ROM111は、CPU101が本装置全体の制御を行うために必要なプログラムコードやデータの少なくとも1部を格納する。また、本装置が起動する際に必要となる設定や、文字を表示部に表示するための文字コードなども格納する。
【0032】
RAM112は、後述する外部記憶装置113からロードしたプログラムコードやデータなど一時的に格納するエリアを備えていると共に、CPU101が各種のプログラムコードを実行する際に使用するワークエリアも備えている。
【0033】
外部記憶装置113はHDD等の記憶装置から構成され、CD−ROMやフロッピー(登録商標)ディスクなどの記憶媒体からインストールされた各種のプログラムコードやデータなどを保存する。また、前述のRAM112内のワークエリアに不足が生じた場合、仮想的なワークエリアとしてのテンポラリファイルを、この外部記憶装置113内のエリアに作成することもできる。
【0034】
講習記録再生部114は、後述するように、ゴルフ講習の進行を外部記憶装置113に記録し、又、記録されたデータを再生することが出来る。
操作部115はユーザがシステムに対して指示を与えるための入力デバイスであり、例えば矢印キーやテンキーなどが設けられたリモコンである。
【0035】
図3は上述の構成を備える複合現実感提示装置を用いたMRゴルフ講習システムの基本概観を表した図である。301はHMD105を装着したユーザー、302はユーザーに見える仮想インストラクターで、303a、303bは仮想ゴルフボールである。ユーザー301はHMD105を通して仮想インストラクター302や仮想ゴルフボール303a、303bを見ることが出来る。
このシステムのユーザー302はこの講習システムの受講者であるので、以下ユーザーのことを受講者と呼ぶ。
【0036】
<全体処理>
次に、図4に示すフローチャートを用いて、本実施形態における複合現実感提示装置の全体処理について説明する。
まず、装置が起動されると、オペレーティングシステムの読み込みなど各種初期化処理が行われる。初期化処理が終了すると、ログイン画面を表示部105cに表示する。ログイン画面は例えばユーザ名とパスワードを入力するためのテキストボックスを有する一般的なものであって良い。ユーザは予め登録した自分のユーザ名とパスワードを入力し、操作部115の実行キー等を用いてログインを実行する。
【0037】
なお、本実施形態において、GUIの操作はユーザが操作部115を用いて行う。操作部115がリモコンのようなキーの少ない装置である場合には、例えば従来ビデオゲームなどで採用されているような、ソフトキーボードを用いた文字入力を利用することが可能である。
【0038】
初めて受講するユーザは、例えばログイン画面中に表示される「新規ユーザ登録」ボタンを選択、実行する。
ステップS120では、新規ユーザ登録ボタンが選択、実行されたか否かを判断し、そうであればステップS130へ、通常のログイン処理が実行された場合にはステップS140へ移行する。
【0039】
ステップS130ではユーザ登録処理を行う。ここでは、ログイン用ユーザ名及びパスワードの設定、後述するユーザモデル生成のためのパラメータ(性別、年齢、身長、体重、腕や手の長さなど)の登録、その他個人情報の登録(受講が有料である場合にはクレジット情報等の登録)を行う。登録した情報は外部記憶装置113に含まれるユーザデータベースに記憶する。
【0040】
一方、ステップS140では、ログイン画面で入力されたユーザ名、パスワードを用いてユーザデータベースを参照し、ユーザの認証処理を行う。そして、認証が正常になされた場合には、ユーザデータベースから前回までに行った講習の内容などの初期情報を取得する。なお、ユーザ名とパスワードとが対応しない場合など、認証が正常終了しなかった場合には、例えばエラーメッセージを表示し、ステップS110にもどる。
【0041】
ステップS150では、講習メニュー画面を表示する。ここで、既登録ユーザにのみ「前回の続き」ボタンを画面中に表示する等、既登録ユーザと新規登録ユーザ間で異なるメニュー画面を表示することが可能である。もちろん、ユーザ毎に個別のメニュー画面を表示するように構成しても良い。
【0042】
本実施形態に係るシステムでは、後述するように3つの練習方法(インストラクターお手本、重ね合わせお手本、講習記録再生)が存在するため、講習メニュー画面もこれら練習方法を選択可能に構成される。もちろん、自動レッスンとして、予め定めたプログラム(例えば、初級、中級、上級コースや、◎◎ショット集中レッスン等)を選択するようにし、各プログラムの中で上述した3種類の練習を行うようにしても構わない。ここでは、説明を簡単にするため、ユーザが3種類の練習方法から自分の希望するものを選択するものとする。
【0043】
また、講習メニュー画面には、講習の終了を指示するためのボタンが含まれており、ステップS160では終了が指示されたかどうかを判定する。終了が指示された場合には、ユーザデータベース中のユーザ情報のうち、所定の項目(例えば終了した日時に関する情報、講習を行った内容など、講習履歴に関する情報、課金情報等)を記録、更新して、処理を終了する。
【0044】
終了指示がなされていなければ、選択された練習方法に応じた処理がステップS170〜S190で行われ、ユーザの指示。所定時間の経過、或いは所定のレッスン内容の終了等をトリガとしてステップS150に戻る。
【0045】
以下、本実施形態に係るシステムで実現される3通りの練習内容及びそれを実現するための処理について説明する。
【0046】
<インストラクターお手本>
この練習は、インストラクターが行う手本動作を受講者が観察しながら練習を行うものである。
図3を用いて説明する。
講習進行管理部110は、予め記憶された手本動作のモデルデータを用いて仮想物体であるインストラクター302及びゴルフボール303aの画像を生成もしくは再生し、手本となる動作を示す。この動作表示時に受講者は操作部115を操作して、任意の方向からインストラクターの動作を観察することが可能である。
【0047】
受講者は、インストラクターによる手本の観察と、仮想ボール303bを用いた練習とを行う。仮想インストラクター302の説明やアドバイスは、文字データや音声データとして外部記憶装置113に予め記憶されており、仮想物体画像としてHMD105に文字表示されたり、音声合成部108で音声信号に変換されてスピーカ107より再生される。
【0048】
講習者が練習(試打)を行う場合には、例えば操作部115から指示を行う。この指示に応答して講習進行管理部110は、受講者の頭部位置に基づいて適切な場所(例えば受講者が移動せずにボールを打つことが可能な場所)に仮想ティー及び仮想ゴルフボールの画像を表示させる。そして、クラブに取り付けた位置姿勢センサ104からの信号によって位置姿勢計測部が決定したクラブの位置姿勢を元に、仮想ボールとクラブとの接触有無を検出し、接触したらその時点のヘッドスピードやフェースの向き、ボールとフェースの当たり方等に応じてボールの初速、方向を算出し、ボールの画像を順次生成、更新しながら表示する。
【0049】
そして、スイングの軌跡やスピード、フェースの向きなどに応じて、予め記憶した文字や音声データによるアドバイスを受講者に与える。なお、ヘッドスピード及びヘッドの位置姿勢の算出は、グリップに装着した位置姿勢センサの出力と予め設定したクラブの長さから求めることも可能であるし、ヘッドに別途加速度センサ等を設け、位置姿勢計測部103で得た値から算出しても良い。
【0050】
この方法で可能な練習内容に特に制限はなく、ゴルフクラブの握り方、スタンス等の基本からフェードボールやバンカーショット等の応用までゴルフに関すること全てである。グリーンやバンカーなどのゴルフ場を構成する要素が必要な場合はそれらのモデル情報を記憶しておき、仮想画像として表示するようにしても良い。
【0051】
なお、本実施形態においては、頭部用位置姿勢センサ102とゴルフクラブ位置姿勢センサ104のデータから、位置姿勢計測部103で頭部とゴルフクラブの位置姿勢関係を計算し、そのデータを元に講習進行管理部110が受講者の利き腕を推測する。受講者の利き腕に合わせて仮想インストラクターの利き腕が決まるが、受講者の好みによって右利き、左利きを選択可能としてもよい。
【0052】
<重ね合わせお手本>
次に、重ね合わせお手本について説明する。この練習方法は、受講者とインストラクターとがあたかも重なっているように表示することで、インストラクターの動きと自分の動きとの違いをより明確したり、インストラクターの動きに合わせた練習を行うことを可能にするものである。
【0053】
講習進行管理部は110は、ユーザデータベースに記憶したユーザモデル生成用パラメータを用いるか、頭部用位置姿勢センサ102のデータとゴルフクラブ位置姿勢センサ104のデータから位置姿勢計測部103で頭部とゴルフクラブの位置姿勢関係を計算し、そのデータを元に推定した受講者の身長や足の長さ、手の長さを用いて、受講者とほぼ同じ体型を有するインストラクター(仮想分身インストラクター)を生成する。
【0054】
そして、仮想分身インストラクターを受講者と重なり合うように表示する。従って、受講者は、自分が仮想インストラクターになったかのように仮想インストラクターの動作を認識でき、また自分の動きを仮想分身インストラクターの動きに合わせることが可能になる。そのため、通常行われるレッスンのように、インストラクターの動作を第3者視点から見て、その動作を真似する場合に比べ、より容易かつ適切にインストラクターの動きを真似することが可能になる。
【0055】
例えば、仮想分身インストラクターが受講者の位置でスイング等を行い、受講者はその仮想分身インストラクターの動きに合わせてスイング等を行い、練習する。仮想分身インストラクターの説明は音声合成部108で音声信号となり、スピーカ107より再生される。この方法により行うことの可能な練習内容は<インストラクターお手本>と同様、ゴルフに関すること全てである。
【0056】
なお、自動的に推定された受講者の身長や足の長さ、手の長さは操作部115を用いてユーザが調整することもできる。また、講習者のくせに応じて各関節の角度を調整することも出来る。
なお、通常は受講者の利き腕に合わせて仮想分身インストラクターの利き腕が決まるが、受講者が右利きか、左利きかを選択することも出来る。
【0057】
<講習記録再生>
次に、講習記録再生について説明する。この処理は講習記録再生部114が行う。
上述した<インストラクターお手本>と<重ね合わせお手本>の進行は外部記憶装置113に記録することが出来る。
【0058】
講習記録再生部114では講習の進行自体を記録すると共に受講者の動きも記録する。その方法を以下に示す。
頭部用位置姿勢センサ102のデータとゴルフクラブ位置姿勢センサ104のデータから位置姿勢計測部103で頭部とゴルフクラブの位置姿勢関係を計算し、そのデータを時系列に講習記録再生部114が収集し、外部記憶装置113に記録する。
【0059】
その記録されたデータと、ユーザデータベースに記憶された受講者の身体データ(利き腕、身長、足の長さ、手の長さ、間接の角度の調整値等)とから、受講者の身体の位置、姿勢を推測し、受講者の姿を仮想インストラクターのように表示することが出来る。すなわち、頭部とゴルフクラブの位置姿勢関係データは時系列にそって記録されているので、位置姿勢関係データから受講者の姿を推定し、順次仮想物体画像を生成して表示すると、受講者のスイング等の動きを再現映像としてビデオのように再現することが出来る。この推定においては、講習の進行を参照しても良い(すなわち、記録されている受講者の動きがどのような練習を行っているものなのかを、受講者の動きの推定の助けとしても良い)。また、仮想物体として表示する受講者のテクスチャデータ(顔や服装等)は、予め設定された既存のデータを用いても良いし、例えば顔については実際に受講者の顔を撮影したデータを用いる等ができる。
【0060】
講習記録再生において再生するデータの選択は、任意の方法で行うことが可能であるが、例えば記録済みのデータ内容を特定できる情報(例えば、”XXスイング練習 2003−5−5”とそのファイルパス)を、記録毎に受講者のユーザデータベースに登録しておき、再生処理時に再生可能なファイルのリストを受講者に呈示し、操作部115からの選択指示に応じていずれかのファイルを再生するように構成することが可能である。
【0061】
頭部位置姿勢情報とクラブ位置姿勢情報とに基づくその再現映像の再生は、これら位置姿勢情報の収集後であればいつでも可能であるため、受講者は練習した直後でも一週間後でも、外部記憶装置113に記録されている限りいつでも再現映像を見ることが出来る。
【0062】
再現映像は位置姿勢関係のデータをもとにするために、任意の視点から見た映像でも再生することが可能で、また再生中に操作部115から指示して視点を動かすことも可能である。従って、自分のスイングを任意の角度から観察することが可能で、効率的な練習を実現することができる。
【0063】
また、単位時間に生成する仮想物体画像の数を変化させることで再生スピードを変えることが出来るし、同じデータを再生しつづけることによって静止画表示することも出来る。
【0064】
またデータを時系列と逆に再生するとことによって映像を逆転再生することも出来るし、再生するデータを飛び飛びにすることによってコマ送り再生も出来る。
【0065】
<講習記録お手本同時再生>
上述の3通りの練習方法以外にも、他の練習方法を採用することが可能である。例えば、<講習記録再生>で再生するの受講者の映像と、<重ね合わせお手本>に登場する仮想分身インストラクターの映像を重畳させ、受講者が客観的に仮想分身インストラクターの動きと受講者自身の動きとの違いを見ることが出来る。
【0066】
<他の実施形態>
上述の実施形態においては、本発明の仮想現実感提示装置を用いてゴルフ講習を行うシステムのみを説明したが、他の任意のスポーツの講習を実現することが可能である。例えば、図1におけるクラブ位置姿勢センサ104に代えてラケット位置姿勢センサ(センサ自体は同一のものでよく、取り付ける対象物がテニスラケットとなる)を用い、また講習内容を変更することにより、図5に概念的に示すようなテニス講習システムを実現することが可能である。
【0067】
また、ラケット等の器具を使用しないスポーツや、スポーツ以外の講習にも本発明を適用可能であることは言うまでもない。例えば、バレエやダンスなどの講習を行う場合には、受講者の手や足に位置姿勢センサを取り付けることで、手や足の動かし方等を習得することが可能である。また、楽器の演奏の講習に対しても適用可能である。
【0068】
また、上述の実施形態においては、受講者の位置姿勢を検出するセンサと、クラブやラケットの位置姿勢を検出するセンサのみを用いた複合現実感提示装置を用いてスポーツ講習支援システムを実現した場合を説明した。しかし、受講者の身体の位置、姿勢をより細かく検出するために、3つ以上の位置姿勢センサを用いることも可能である。具体的には、受講者の両手、両足に位置姿勢センサを取り付けても良い。
【0069】
また、本発明の仮想現実感提示装置と同等の機能を複数の機器から構成されるシステムによって実現しても良い。
尚、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムを、記録媒体から直接、或いは有線/無線通信を用いて当該プログラムを実行可能なコンピュータを有するシステム又は装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータが該供給されたプログラムを実行することによって同等の機能が達成される場合も本発明に含む。
【0070】
従って、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、該コンピュータに供給、インストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明の機能処理を実現するためのコンピュータプログラム自体も本発明に含まれる。
【0071】
その場合、プログラムの機能を有していれば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、OSに供給するスクリプトデータ等、プログラムの形態を問わない。
【0072】
プログラムを供給するための記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ等の磁気記録媒体、MO、CD−ROM、CD−R、CD−RW、DVD−ROM、DVD−R、DVD−RW等の光/光磁気記憶媒体、不揮発性の半導体メモリなどがある。
【0073】
有線/無線通信を用いたプログラムの供給方法としては、コンピュータネットワーク上のサーバに本発明を形成するコンピュータプログラムそのもの、もしくは圧縮され自動インストール機能を含むファイル等、クライアントコンピュータ上で本発明を形成するコンピュータプログラムとなりうるデータファイル(プログラムデータファイル)を記憶し、接続のあったクライアントコンピュータにプログラムデータファイルをダウンロードする方法などが挙げられる。この場合、プログラムデータファイルを複数のセグメントファイルに分割し、セグメントファイルを異なるサーバに配置することも可能である。
【0074】
つまり、本発明の機能処理をコンピュータで実現するためのプログラムデータファイルを複数のユーザに対してダウンロードさせるサーバ装置も本発明に含む。
【0075】
また、本発明のプログラムを暗号化してCD−ROM等の記憶媒体に格納してユーザに配布し、所定の条件を満たしたユーザに対して暗号化を解く鍵情報を、例えばインターネットを介してホームページからダウンロードさせることによって供給し、その鍵情報を使用することにより暗号化されたプログラムを実行してコンピュータにインストールさせて実現することも可能である。
【0076】
また、コンピュータが、読み出したプログラムを実行することによって、前述した実施形態の機能が実現される他、そのプログラムの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているOSなどが、実際の処理の一部または全部を行ない、その処理によっても前述した実施形態の機能が実現され得る。
【0077】
さらに、記録媒体から読み出されたプログラムが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるCPUなどが実際の処理の一部または全部を行ない、その処理によっても前述した実施形態の機能が実現され得る。
【0078】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複合現実感提示技術を用いて講習支援を行うことにより、練習場所や時間の制約が少ない講習を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態における複合現実感提示装置の内部の概略構成を示すブロック図である。
【図2】世界座標系を示す図である。
【図3】本発明の実施形態において実現されるスポーツ講習の実施イメージを説明する図である。
【図4】本発明の実施形態における複合現実感提示装置の全体処理を説明するフローチャートである。
【図5】本発明の別の実施形態において実現されるスポーツ講習の実施イメージを説明する図である。
【符号の説明】
101 CPU
102 頭部用位置姿勢センサ
103 位置姿勢計測部
104 ゴルフクラブ位置姿勢センサ
105 HMD
105b CCD
105c 表示部
106 画像生成部
107 スピーカ
108 音声合成部
110 講習進行管理部
111 ROM
112 RAM
113 外部記憶装置
114 講習記録再生部
301 ユーザー(受講者)
302 仮想インストラクター
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a class support technology that enables a class such as sports to be attended with limited space and time.
[0002]
[Prior art]
There are various sports in the world now, and each sport is more specialized and sophisticated. For this reason, it is difficult for people to learn sports without taking classes from experts. Therefore, sports classes such as tennis classes and golf classes are also active.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, since this type of training is held at a specific location and according to a specific schedule, it may not be possible to take the training as expected. In order to improve sports, it is often effective to shoot the students' own forms and plays with videos, etc., and observe them objectively. In general, it is quite difficult to prepare a video camera for each person and always follow the trainee for shooting.
[0004]
In addition, instructional videos are also available on the market, but in general, sports practice such as golf swing practice cannot be performed in the room where the video is watched, and it can only be used for image training after all. .
[0005]
It has also been proposed to take a video of the student's swing, send it to the instructor, record the instruction video of the instructor, and send it back (Patent Document 1). There are still many problems, such as it takes time to return results and it is still difficult to practice while watching the video.
[0006]
The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and can reduce restrictions on the place and time of training such as sports, and can easily shoot and play back the actions of the trainee himself. A course support system and a course support method are proposed.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-5-328275
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-described object, the course support system according to the present invention includes model information for generating an instructor image as a virtual object, and class data for conducting a class predetermined for a student under the guidance of the instructor. A first sensor for detecting the head position / posture of the student, and a second sensor for detecting a position / posture of the tool operated by the student or a part of the student's body And the position and orientation detection means for detecting the position and orientation of the student from the outputs of the first and second sensors, the instructor image is generated according to the training data, model information and the position and orientation of the student, And an image generation means for displaying on the HMD to be mounted.
[0009]
The class support method according to the present invention includes a first sensor for detecting the head position and orientation of the student, and a first sensor for detecting the position and orientation of a tool operated by the student or a part of the student's body. The position and orientation detection step for detecting the position and orientation of the student from the output of the sensor 2, model information for generating an instructor image as a virtual object, and a class predetermined for the student by the instruction of the instructor In accordance with the training data and the position and orientation of the student detected in the position and orientation detection step, the image generation step for generating an instructor image and the image generated in the image generation step are displayed on the HMD worn by the student And a display step.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on preferred embodiments with reference to the drawings.
The course support system according to the present embodiment is realized by a mixed reality presentation device. The mixed reality presentation device superimposes a virtual object image (virtual object image) corresponding to the observer's viewpoint position and orientation on the real space or its image, and presents it to the observer as if it were virtual in the real space. It makes you feel as if an object exists.
[0011]
The mixed reality presentation apparatus according to the present embodiment presents a sports instructor, for example, a golf instructor, as a virtual object to a user (student), as if the instructor exists on the spot and instructs golf. This is a way for students to experience the sensation.
[0012]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration inside the mixed reality presentation apparatus according to the present embodiment.
The CPU 101 controls the entire apparatus using data and program codes stored in the ROM 111, and also stores data and program codes (not shown) in the course progress management unit 110 described later, and data and program codes stored in the RAM 112. The image processing, numerical calculation, and the like described later are performed. Note that the locations of the above-described data and program codes are not particularly limited. For example, control program codes for the entire apparatus may be stored in the external storage device 113 or the RAM 112.
[0013]
The head position / orientation sensor 102 is attached to the user's head, and outputs a signal indicating the absolute position and orientation of the user's head (the position and orientation of the user's head in the absolute coordinate system), which will be described later. Output to the position and orientation measurement unit 103. Hereinafter, the absolute coordinate system may be referred to as a world coordinate system.
[0014]
As shown in FIG. 2, this world coordinate system is a coordinate system having an appropriate position as an origin and a z-x plane as a horizontal plane, and a gravity direction as a -y direction. Here, the origin is a position where a position / orientation measurement unit 103, which will be described later, is fixed, but the origin can be arbitrarily set if the world coordinate system is uniquely determined.
[0015]
The position / orientation measurement unit 103 identifies the position and orientation of the user's head from the above-described signals input from the head position / orientation sensor 102. On the other hand, the position and posture of the golf club held by the user in the world coordinate system are specified from a signal input from a golf club position and posture sensor 104 described later. Note that the identified head position and posture data and golf club position and posture data are output to the CPU 101.
[0016]
The golf club position / orientation sensor 104 may be the same as the head position / orientation sensor 102. When the golf club position / orientation sensor 104 is attached to the golf club, a signal indicating the position and orientation of the golf club in the world coordinate system is transmitted to the position / orientation measuring unit. To 103. The sensor can be mounted inside the grip, for example, and it is desirable to calibrate the reference of the output signal and the face orientation so that the face orientation of the club can be detected correctly.
[0017]
The position and posture of the user's head in the world coordinate system specified by the position and orientation measurement unit and the position and posture of the golf club are represented as follows.
Position of user's head at time t: h! (T)
h! (T) = (hx, hy, hz) (1)
However, h! Is a vector notation of h.
The posture of the user's head at time t:
θr Roll angle
θp Pitch angle
θy Yaw angle (azimuth angle)
The position of the golf club at time t: P! (T) (2)
P! (T) = (Px, Py, Pz)
However, P! Is a vector notation of P.
Attitude of golf club at time t:
φr Roll angle
φp pitch angle
φy yaw angle (azimuth angle)
[0018]
The user's head position / posture data and golf club position / posture data are input to the CPU 101. Here, a method in which the CPU 101 detects the movement of the golf club from these data will be described.
[0019]
The position P ′ of the hand based on the position of the user's head and the azimuth! Can be obtained by performing the following calculation (within the CPU 101).
P '! = P! × T_ (h!) × Ry_ (θy) (3)
However, T_ is the inverse transformation of the translational transformation T, and Ry_ is the inverse transformation of the rotational transformation Ry around the y axis.
[0020]
The hand position P ′ !! at time t + Δt is based on the orientation of the user's head. Moving vector d! Can be obtained as follows.
d! = P '! (T + Δt) −P ′! (T) (4)
[0021]
And the velocity vector v indicating the moving speed of the hand! Can be obtained as follows.
v! = D! / Δt (5)
[0022]
As a result, this velocity vector v! Based on the components (vx, vy, vz) in the x, y, and z directions, hand movements based on the user's head can be detected as follows.
vx> 0: moved to the right vx <0: moved to the left
vy> 0: moved up vy <0: moved down
vz> 0: moved after vz <0: moved before
[0023]
Returning to FIG. 1, the head mounted display (hereinafter referred to as “HMD”) 105 includes a CCD 105 b as an imaging device and a display unit 105 c inside, and an image synthesized by an image generation unit 106 described later (an actual image captured by the CCD 105 b And an instructor and a golf ball image (virtual object image) existing in the virtual space are displayed on the display unit 105c, so that the user who wears the HMD 105 on the head is as if the instructor and the golf ball are You can make it feel as if it actually exists.
[0024]
As is well known, there are two types of HMD 105 used in the mixed reality presentation device: an optical see-through method and a video see-through method. In this embodiment, a case where a video see-through HMD is used will be described. The HMD 105 may be an optical see-through HMD. When the HMD 105 is an optical see-through method, the CCD 105b is not provided.
[0025]
When the HMD 105 is of the video see-through method, the image generation unit 106 may perform arbitrary image processing (gamma correction, gradation conversion, etc.) on the real image input from the CCD 105b. Then, from the user's head position, posture information, club position, posture information, and instructor and golf ball three-dimensional model information stored in advance in the external storage device 113, and a course progress management unit to be described later. Based on the given instructor and the position and orientation information of the golf ball, an instructor and a golf ball image (virtual object image) suitable for the viewpoint position and orientation of the user are generated using a known computer graphics technique. Then, this image is combined with a live-action image captured by the CCD 105b or a real-image image obtained by subjecting the real-image image to arbitrary image processing, and the combined image is output to the display unit 105c.
[0026]
Note that the processing for converting the user's head position / posture into a viewpoint position / posture or generating the right-eye image and the left-eye image so that the HMD 105 can be stereoscopically viewed at the time of generating the virtual object image is based on the mixed reality presentation technology. Any known method can be used.
[0027]
On the other hand, when the HMD 105 is an optical see-through method, as described above, since the HMD 105 does not include the CCD 105c, the image generation unit 106 displays only the image of the instructor and golf ball to be presented on the video see-through HMD. To the unit 105c.
[0028]
The speaker 107 outputs the voice generated by the voice synthesis unit 108 described later. Note that what is output from the speaker 107 is not limited to sound, and for example, it is possible to output sound effects such as a collision sound between a ball and a golf club. The speaker can be configured as, for example, an earphone or a headphone worn by the user in addition to a normal speaker.
[0029]
Reference numeral 108 denotes a voice synthesizer, which generates a voice when the instructor utters a voice. Further, as described above, it is also possible to generate sound effects. Voice and sound effect data are stored in advance in the external storage device 113, for example, and are given to the voice synthesis unit 108 under the control of the course progress management unit 110.
[0030]
Although the course progress management unit 110 is described as a functional block for explanation, it is actually a part of the function realized by the CPU 101 and manages the progress of the golf course in order to realize predetermined course contents. .
[0031]
The ROM 111 stores at least a part of program codes and data necessary for the CPU 101 to control the entire apparatus. In addition, settings necessary when the apparatus is started up, character codes for displaying characters on the display unit, and the like are also stored.
[0032]
The RAM 112 has an area for temporarily storing program codes and data loaded from an external storage device 113 to be described later, and also has a work area used when the CPU 101 executes various program codes.
[0033]
The external storage device 113 includes a storage device such as an HDD, and stores various program codes and data installed from a storage medium such as a CD-ROM or a floppy (registered trademark) disk. When a shortage occurs in the work area in the RAM 112, a temporary file as a virtual work area can be created in the area in the external storage device 113.
[0034]
As will be described later, the course recording / playback unit 114 records the progress of the golf course in the external storage device 113 and can play back the recorded data.
The operation unit 115 is an input device for a user to give an instruction to the system. For example, the operation unit 115 is a remote controller provided with an arrow key or a numeric keypad.
[0035]
FIG. 3 is a diagram showing a basic overview of an MR golf course system using the mixed reality presentation apparatus having the above-described configuration. 301 is a user wearing the HMD 105, 302 is a virtual instructor visible to the user, and 303a and 303b are virtual golf balls. The user 301 can see the virtual instructor 302 and the virtual golf balls 303 a and 303 b through the HMD 105.
Since the user 302 of this system is a student of this training system, the user is hereinafter referred to as a student.
[0036]
<Overall processing>
Next, the overall processing of the mixed reality presentation device according to the present embodiment will be described using the flowchart shown in FIG.
First, when the apparatus is activated, various initialization processes such as reading of the operating system are performed. When the initialization process ends, a login screen is displayed on the display unit 105c. The login screen may be a general one having a text box for inputting a user name and a password, for example. The user inputs his / her user name and password registered in advance, and executes login using the execution key of the operation unit 115 or the like.
[0037]
In the present embodiment, the GUI operation is performed by the user using the operation unit 115. When the operation unit 115 is a device with few keys such as a remote controller, it is possible to use character input using a soft keyboard, for example, which is conventionally employed in video games.
[0038]
The user who takes the course for the first time selects and executes a “new user registration” button displayed on the login screen, for example.
In step S120, it is determined whether or not a new user registration button has been selected and executed. If so, the process proceeds to step S130, and if a normal login process is performed, the process proceeds to step S140.
[0039]
In step S130, user registration processing is performed. Here, setting of login user name and password, registration of parameters (gender, age, height, weight, arm and hand length, etc.) for user model generation described later, registration of other personal information (paid for attendance) If it is, registration of credit information etc. is performed. The registered information is stored in a user database included in the external storage device 113.
[0040]
On the other hand, in step S140, a user authentication process is performed by referring to the user database using the user name and password input on the login screen. Then, if the authentication is successful, initial information such as the contents of the training conducted so far is acquired from the user database. If authentication does not end normally, such as when the user name and password do not correspond, an error message is displayed, for example, and the process returns to step S110.
[0041]
In step S150, a training menu screen is displayed. Here, it is possible to display a different menu screen between the registered user and the newly registered user, such as displaying the “continue last time” button on the screen only for the registered user. Of course, an individual menu screen may be displayed for each user.
[0042]
In the system according to the present embodiment, there are three practice methods (an instructor model, an overlay model, and a training record / playback) as will be described later, and the training menu screen is configured so that these practice methods can be selected. Of course, as an automatic lesson, select a predetermined program (for example, beginner, intermediate, advanced course, ◎◎ shot intensive lesson, etc.), and perform the above three types of practice in each program. It doesn't matter. Here, in order to simplify the explanation, it is assumed that the user selects his / her desired one from three kinds of practice methods.
[0043]
Further, the class menu screen includes a button for instructing the end of the class. In step S160, it is determined whether the class has been instructed to end. When termination is instructed, record and update predetermined items (for example, information about the date and time of completion, information about the course history, billing information, etc.) among user information in the user database. To end the process.
[0044]
If no end instruction has been given, processing according to the selected practice method is performed in steps S170 to S190, and the user's instruction. The process returns to step S150 with the elapse of a predetermined time or the end of a predetermined lesson content as a trigger.
[0045]
Hereinafter, three kinds of practice contents realized by the system according to the present embodiment and processing for realizing the practice contents will be described.
[0046]
<Instructor model>
In this practice, the student performs the practice while observing the model operation performed by the instructor.
This will be described with reference to FIG.
The course progress management unit 110 generates or reproduces images of the instructor 302 and the golf ball 303a, which are virtual objects, using model data of a model operation stored in advance, and shows a model operation. During the operation display, the student can operate the operation unit 115 and observe the operation of the instructor from an arbitrary direction.
[0047]
The student performs an example observation by the instructor and practice using the virtual ball 303b. The explanation and advice of the virtual instructor 302 are stored in advance in the external storage device 113 as character data or voice data, and are displayed as characters on the HMD 105 as virtual object images, or converted into voice signals by the voice synthesizer 108 and converted into the speaker 107. More played.
[0048]
When the trainee performs a practice (trial hit), for example, an instruction is given from the operation unit 115. In response to this instruction, the course progress management unit 110 sets the virtual tee and the virtual golf ball to an appropriate place (for example, a place where the student can hit the ball without moving) based on the head position of the student. Display the image. Then, based on the position and orientation of the club determined by the position and orientation measurement unit based on the signal from the position and orientation sensor 104 attached to the club, the presence or absence of contact between the virtual ball and the club is detected. The initial velocity and direction of the ball are calculated according to the direction of the ball, how the ball touches the face, and the like.
[0049]
Then, according to the trajectory and speed of the swing, the orientation of the face, etc., advice based on previously stored characters and voice data is given to the student. The head speed and head position / orientation can be calculated from the output of the position / orientation sensor mounted on the grip and a preset club length. You may calculate from the value obtained in the measurement part 103. FIG.
[0050]
There are no particular restrictions on the practice content possible with this method, and everything from golf grips, stances and other basics to applications such as fade balls and bunker shots. When elements constituting the golf course such as green and bunker are necessary, the model information may be stored and displayed as a virtual image.
[0051]
In this embodiment, the position and orientation measurement unit 103 calculates the position and orientation relationship between the head and the golf club from the data of the head position and orientation sensor 102 and the golf club position and orientation sensor 104, and based on the data. The course progress management unit 110 estimates the dominant hand of the student. The dominant arm of the virtual instructor is determined according to the dominant arm of the student, but it may be possible to select right-handed or left-handed according to the preference of the student.
[0052]
<Overlay model>
Next, an overlay model will be described. This practice method makes it possible to clarify the difference between the instructor's movement and your own movement by displaying the student and the instructor as if they overlap, and to practice according to the instructor's movement. It is to make.
[0053]
The course progress management unit 110 uses the parameters for user model generation stored in the user database, or the position and orientation measurement unit 103 determines the head and position from the data of the head position and orientation sensor 102 and the data of the golf club position and orientation sensor 104. Calculate the position / posture relationship of the golf club and use the height, foot length, and hand length of the student estimated based on the data to create an instructor (virtual self-instructor) that has almost the same body shape as the student. Generate.
[0054]
Then, the virtual alternate instructor is displayed so as to overlap with the student. Accordingly, the student can recognize the movement of the virtual instructor as if he / she became a virtual instructor, and can adjust his / her movement to the movement of the virtual alternate instructor. For this reason, it is possible to imitate the instructor's movement more easily and appropriately than in the case of imitating the movement of the instructor as seen from a third person's viewpoint, as in a normal lesson.
[0055]
For example, the virtual instructor performs a swing or the like at the position of the student, and the student performs a swing or the like in accordance with the movement of the virtual instructor and practice. The explanation of the virtual alternation instructor becomes a voice signal by the voice synthesizer 108 and is reproduced from the speaker 107. The practice content that can be performed by this method is all about golf, as in <Instructor Model>.
[0056]
Note that the user's height, leg length, and hand length estimated automatically can be adjusted by the user using the operation unit 115. In addition, the angle of each joint can be adjusted according to the habit of the trainee.
Normally, the dominant arm of the virtual alternate instructor is determined according to the dominant arm of the student, but the student can also select whether the student is right-handed or left-handed.
[0057]
<Course record replay>
Next, the course recording / reproduction will be described. This process is performed by the course recording / playback unit 114.
The progress of the <Instructor Model> and <Superposition Model> described above can be recorded in the external storage device 113.
[0058]
The course recording / playback unit 114 records the progress of the course itself as well as the movements of the students. The method is shown below.
The position / orientation measurement unit 103 calculates the position / orientation relationship between the head and the golf club from the data of the head position / orientation sensor 102 and the data of the golf club position / orientation sensor 104. Collected and recorded in the external storage device 113.
[0059]
The position of the student's body from the recorded data and the student's body data (dominant arm, height, foot length, hand length, indirect angle adjustment value, etc.) stored in the user database , You can guess the posture and display the student's appearance like a virtual instructor. In other words, since the position and orientation relationship data of the head and the golf club are recorded in chronological order, if the student's figure is estimated from the position and orientation relationship data and virtual object images are generated and displayed in sequence, It is possible to reproduce the motion such as the swing as a video. In this estimation, the progress of the course may be referred to (that is, the practice of the recorded student movement may be used as an aid in estimating the student movement). ). In addition, as the texture data (face, clothes, etc.) of the student displayed as a virtual object, existing data set in advance may be used. For the face, for example, data obtained by actually photographing the student's face is used. Etc.
[0060]
Selection of data to be reproduced in the course recording / reproduction can be performed by an arbitrary method. For example, information (for example, “XX swing practice 2003-5-5” and its file path that can specify recorded data contents) can be specified. ) Is registered in the student's user database for each recording, a list of files that can be played back during the playback process is presented to the student, and any file is played back in response to a selection instruction from the operation unit 115 It can be configured as follows.
[0061]
The reproduction of the reproduced video based on the head position / posture information and the club position / posture information can be performed at any time after the collection of the position / posture information. As long as it is recorded in the device 113, the reproduced image can be viewed at any time.
[0062]
Since the reproduced video is based on the position-and-orientation data, it is possible to reproduce even the video viewed from any viewpoint, and it is also possible to move the viewpoint by instructing from the operation unit 115 during playback. . Therefore, it is possible to observe one's own swing from an arbitrary angle, and an efficient practice can be realized.
[0063]
Further, the playback speed can be changed by changing the number of virtual object images generated per unit time, and still images can be displayed by continuing to play back the same data.
[0064]
The video can be reproduced in reverse by reproducing the data in reverse order of time series, and frame-by-frame reproduction can be performed by skipping the data to be reproduced.
[0065]
<Simultaneous replay of class record>
In addition to the three practice methods described above, other practice methods can be employed. For example, you can superimpose the video of the student to be played in <Learning Record Playback> and the video of the virtual instructor appearing in <Overlay Model> so that the student can objectively move the virtual instructor and the student's own You can see the difference from movement.
[0066]
<Other embodiments>
In the above-described embodiment, only the system for performing a golf course using the virtual reality presentation apparatus of the present invention has been described, but it is possible to realize a course for any other sport. For example, instead of the club position / orientation sensor 104 in FIG. 1, a racket position / orientation sensor (the sensor itself may be the same, and the object to be attached becomes a tennis racket), and by changing the contents of the course, FIG. It is possible to realize a tennis training system as conceptually shown in FIG.
[0067]
Needless to say, the present invention can also be applied to sports that do not use a racket or other equipment or to classes other than sports. For example, when a class such as ballet or dance is performed, it is possible to learn how to move the hand or foot by attaching a position and orientation sensor to the hand or foot of the student. It can also be applied to musical performance classes.
[0068]
In the above-described embodiment, when a sports training support system is realized by using a mixed reality presentation device that uses only a sensor that detects the position and orientation of a student and a sensor that detects the position and orientation of a club or a racket. Explained. However, it is also possible to use three or more position and orientation sensors in order to detect the position and orientation of the student's body in more detail. Specifically, a position and orientation sensor may be attached to both hands and feet of the student.
[0069]
Moreover, you may implement | achieve the function equivalent to the virtual reality presentation apparatus of this invention with the system comprised from a some apparatus.
A software program that realizes the functions of the above-described embodiments is supplied directly from a recording medium or to a system or apparatus having a computer that can execute the program using wired / wireless communication. The present invention includes a case where an equivalent function is achieved by a computer executing the supplied program.
[0070]
Accordingly, the program code itself supplied and installed in the computer in order to implement the functional processing of the present invention by the computer also realizes the present invention. That is, the computer program itself for realizing the functional processing of the present invention is also included in the present invention.
[0071]
In this case, the program may be in any form as long as it has a program function, such as an object code, a program executed by an interpreter, or script data supplied to the OS.
[0072]
As a recording medium for supplying the program, for example, a magnetic recording medium such as a flexible disk, a hard disk, a magnetic tape, MO, CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD-ROM, DVD-R, DVD- There are optical / magneto-optical storage media such as RW, and non-volatile semiconductor memory.
[0073]
As a program supply method using wired / wireless communication, a computer program itself that forms the present invention on a server on a computer network, or a computer that forms the present invention on a client computer such as a compressed file including an automatic installation function A method of storing a data file (program data file) that can be a program and downloading the program data file to a connected client computer can be used. In this case, the program data file can be divided into a plurality of segment files, and the segment files can be arranged on different servers.
[0074]
That is, the present invention includes a server device that allows a plurality of users to download a program data file for realizing the functional processing of the present invention on a computer.
[0075]
In addition, the program of the present invention is encrypted, stored in a storage medium such as a CD-ROM, distributed to the user, and key information for decrypting the encryption for a user who satisfies a predetermined condition is provided via a homepage via the Internet, for example. It is also possible to realize the program by downloading it from the computer and executing the encrypted program using the key information and installing it on the computer.
[0076]
In addition to the functions of the above-described embodiments being realized by the computer executing the read program, the OS running on the computer based on the instruction of the program is a part of the actual processing. Alternatively, the functions of the above-described embodiment can be realized by performing all of them and performing the processing.
[0077]
Furthermore, after the program read from the recording medium is written to a memory provided in a function expansion board inserted into the computer or a function expansion unit connected to the computer, the function expansion board or The CPU of the function expansion unit performs part or all of the actual processing, and the functions of the above-described embodiments can also be realized by the processing.
[0078]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to realize a class with less restrictions on practice place and time by providing class support using mixed reality presentation technology.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration inside a mixed reality presentation apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a world coordinate system.
FIG. 3 is a diagram illustrating an implementation image of a sports class realized in the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart illustrating an overall process of the mixed reality presentation apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating an implementation image of a sports class realized in another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
101 CPU
102 Head position and orientation sensor
103 Position and orientation measurement unit
104 Golf club position and orientation sensor
105 HMD
105b CCD
105c Display section
106 Image generation unit
107 Speaker
108 Speech synthesis unit
110 Course Progress Management Department
111 ROM
112 RAM
113 External storage device
114 Training Record Reproduction Department
301 users (students)
302 Virtual Instructor

Claims (10)

仮想物体としてのインストラクターの画像を生成するためのモデル情報と、前記インストラクターの指導により受講者に予め定められた講習を行うための講習データを記憶する記憶手段と、
受講者の頭部位置姿勢を検出するための第1のセンサと、
前記受講者が操作する道具又は前記受講者の身体の一部分の位置姿勢を検出するための第2のセンサと、
前記第1及び前記第2のセンサの出力から、前記受講者の位置姿勢を検出する位置姿勢検出手段と、
前記講習データ、前記モデル情報及び前記受講者の位置姿勢に従って、前記インストラクターの画像を生成し、前記受講者の装着するHMDに表示させる画像生成手段とを有することを特徴とする講習支援システム。
Storage means for storing model information for generating an image of an instructor as a virtual object, and training data for performing a predetermined training for a student under the guidance of the instructor;
A first sensor for detecting a student's head position and posture;
A second sensor for detecting a position and orientation of a tool operated by the student or a part of the student's body;
Position and orientation detection means for detecting the position and orientation of the student from the outputs of the first and second sensors;
A class support system comprising: an image generation unit configured to generate an image of the instructor according to the class data, the model information, and the position and orientation of the student and display the image on an HMD worn by the student.
前記記憶手段が、さらに、前記受講者が直接又は前記道具を用いて操作する物体の画像を生成するためのモデル情報を記憶し、
前記画像生成手段が、前記講習データ、前記モデル情報及び前記受講者の位置姿勢に従って、前記物体の画像をも生成し、前記受講者の装着するHMDに表示させることを特徴とする請求項1記載の講習支援システム。
The storage means further stores model information for generating an image of an object operated by the student directly or using the tool,
2. The image generation means also generates an image of the object according to the class data, the model information, and the position and orientation of the student, and displays the image on an HMD worn by the student. Class support system.
前記画像生成手段が、前記インストラクターによる手本動作を前記受講者に呈示するための画像を生成し、前記HMDに表示させることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の講習支援システム。The class support system according to claim 1, wherein the image generation unit generates an image for presenting a model operation by the instructor to the student and displays the image on the HMD. 前記画像生成手段が、前記インストラクターの画像として、前記受講者の体型と類似したインストラクターの画像を前記受講者が前記インストラクターの画像と自分の身体が重なっているように視認するような位置に存在するものとして生成することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の講習支援システム。The image generation means exists as an image of the instructor at a position where the student visually recognizes an image of the instructor similar to the body shape of the student so that the image of the instructor and his / her body overlap each other. The class support system according to any one of claims 1 to 3, wherein the class support system is generated as a thing. さらに、前記前記受講者の位置姿勢を記録する記録手段を有し、
前記画像生成手段が、前記記録手段に記録された前記受講者の位置姿勢を用いて前記受講者の動作を再現する画像を生成し、前記受講者の装着するHMDに表示させることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の講習支援システム。
Furthermore, it has a recording means for recording the position and orientation of the student,
The image generation means generates an image that reproduces the action of the student using the position and orientation of the student recorded in the recording means, and displays the image on the HMD worn by the student. The course support system according to any one of claims 1 to 4.
受講者の頭部位置姿勢を検出するための第1のセンサと、前記受講者が操作する道具又は前記受講者の身体の一部分の位置姿勢を検出するための第2のセンサとの出力から、前記受講者の位置姿勢を検出する位置姿勢検出ステップと、
仮想物体としてのインストラクターの画像を生成するためのモデル情報と、前記インストラクターの指導により前記受講者に予め定められた講習を行うための講習データ及び前記位置姿勢検出ステップで検出した前記受講者の位置姿勢に従って、前記インストラクターの画像を生成する画像生成ステップと、
前記画像生成ステップで生成した画像を、前記受講者の装着するHMDに表示させる表示ステップとを有することを特徴とする講習支援方法。
From the output of the first sensor for detecting the head position and orientation of the student and the second sensor for detecting the position and orientation of the tool operated by the student or a part of the body of the student, A position and orientation detection step for detecting the position and orientation of the student;
Model information for generating an image of the instructor as a virtual object, class data for conducting a class predetermined for the student under the guidance of the instructor, and the position of the student detected in the position and orientation detection step An image generating step for generating an image of the instructor according to the posture;
And a display step of displaying the image generated in the image generation step on the HMD worn by the student.
前記画像生成ステップが、さらに、前記受講者が直接又は前記道具を用いて操作する物体の画像を生成するためのモデル情報を用いて、前記講習データ、前記モデル情報及び前記受講者の位置姿勢に従って、前記物体の画像をも生成することを特徴とする請求項6記載の講習支援方法。The image generation step further uses model information for generating an image of an object that the student operates directly or using the tool, according to the training data, the model information, and the position and orientation of the student. The class support method according to claim 6, wherein an image of the object is also generated. 前記画像生成ステップが、前記インストラクターによる手本動作を前記受講者に呈示するための画像を生成することを特徴とする請求項6又は請求項7記載の講習支援方法。The class support method according to claim 6 or 7, wherein the image generation step generates an image for presenting the student with a model action by the instructor. 前記画像生成ステップが、前記インストラクターの画像として、前記受講者の体型と類似したインストラクターの画像を、前記受講者が前記インストラクターの画像と自分の身体が重なっているように視認するような位置に存在するものとして生成することを特徴とする請求項6乃至請求項8のいずれか1項に記載の講習支援方法。The image generation step exists as an image of the instructor at a position where an image of the instructor similar to the body shape of the student is visually recognized so that the student overlaps the image of the instructor with his / her body The class support method according to any one of claims 6 to 8, wherein the class support method is generated. さらに、前記前記受講者の位置姿勢を記録手段に記録する記録ステップを有し、
前記画像生成ステップが、前記記録手段に記録された前記受講者の位置姿勢を用いて前記受講者の動作を再現する画像を生成することを特徴とする請求項6乃至請求項9のいずれか1項に記載の講習支援方法。
Furthermore, the recording step of recording the position and orientation of the student in the recording means,
The image generation step generates an image that reproduces the movement of the student using the position and orientation of the student recorded in the recording unit. Course support method described in the section.
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