CN107875616B - 运动训练装置、记录介质、显示方法 - Google Patents

运动训练装置、记录介质、显示方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及运动训练装置、记录介质、显示方法。运动训练装置具备：显示部，通过该显示部，能够在显示有动画的状态下视觉辨认作为用户自身的身体部位的一部分的训练对象部位；以及控制部，使显示部在与用户自身的所述训练对象部位的位置不同的位置上显示看起来像所述训练对象部位在进行运动的动画。

Description

运动训练装置、记录介质、显示方法
技术领域
本发明涉及运动的训练。
背景技术
专利文献1公开了为了治疗幻肢痛而使患者视觉辨认尽量实时地再现了伤残的身体部位的动画的方法。专利文献1公开了将该方法转用于瘫痪的治疗。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2004-298430号公报
在上述现有技术的情况下，为了视觉辨认尽量实时的动画，在用于未伤残的部位的运动训练时，以重叠于作为用户的身体部位的训练对象部位的方式来显示动画。为此，难以比较用户的身体部位和动画，训练的效果低。本公开鉴于上述问题，其要解决的技术问题在于，易于比较用户的身体部位和动画。
发明内容
本公开是为了解决上述技术问题而完成的，可以作为以下方式来实现。
本公开的一方式为一种运动训练装置，具备：显示部，通过所述显示部，能够在显示有动画的状态下视觉辨认作为用户自身的身体部位的一部分的训练对象部位；以及控制部，使所述显示部在与用户自身的所述训练对象部位的位置不同的位置上显示看起来像所述训练对象部位在进行运动的动画。根据该方式，由于在与用户自身的训练对象部位的位置不同的位置上显示动画，因此，易于比较用户的身体部位和动画。
在上述方式中，也可以是头戴式显示装置。根据该方式，便于搬运，可以不占地方地进行训练。
在上述方式中，所述显示部也可以是光学透视式。根据该方式，可以实际看到作为用户自身的身体部位的训练对象部位，因此，易于比较用户的身体部位和动画。
在上述方式中，也可以是，还具备拍摄现实空间的相机，所述显示部为视频透视式，所述控制部使由所述相机拍摄到的所述训练对象部位对应于所述训练对象部位在现实空间中的位置显示于所述显示部。根据该方式，由于显示部为视频透视式，因此，遮挡外部的多余的光，从而可以集中于训练。
在上述方式中，所述训练对象部位也可以是单手。根据该方式，可以有效地实施单手的训练。
在上述方式中，也可以是，所述训练对象部位是双手，所述控制部使所述动画显示于用户自身的双手之间。根据该方式，在训练对象部位是双手的情况下，可以相对于用户的双手的位置，将动画显示于容易看到的位置。
在上述方式中，也可以是，所述控制部使作为所述动画显示的所述训练对象部位显示为看起来比用户自身的所述训练对象部位更小。根据该方式，易于看到动画。
在上述方式中，也可以是，所述控制部使所述动画以避免和用户自身的所述训练对象部位重叠的方式进行显示。根据该方式，可以更加容易地比较用户的身体部位和动画。
本公开可以通过上述以外的各种方式实现。例如，可以通过显示方法、用于实现该方法的程序、存储有该程序的非暂时性的存储介质等方式来实现。
附图说明
图1是HMD的构成图。
图2是左眼用显示部的构成图。
图3是HMD的功能框图。
图4是示出用户戴上了HMD的情形的图。
图5是示出显示处理的流程图。
图6是示出在显示处理中张开双手的情形的图。
图7是示出在显示处理中握住双手的情形的图。
附图标记说明
10HMD；20显示装置；30L左眼用显示部；30R右眼用显示部；32L左眼用输出部；32R右眼用输出部；34L左眼用导光部；36L左眼用反射部；36R右眼用反射部；38L左眼用眼罩；38R右眼用眼罩；51相机；70控制部；72触控板；74操作按钮部；80CPU；82存储部；84运动模型数据库；86输入信息取得部；88电源部；90电缆；321L左眼用图像生成部；322L左眼用投射光学系统；BL左眼用背光源；EY左眼；FH残疾手；LM左眼用光调制元件；NH健全手。
具体实施方式
图1示出HMD10的构成。HMD是Head Mounted Display的首字母，是指头戴式显示器(頭部装着型表示装置)。HMD10通过执行后述的显示处理，从而实现用于运动训练的显示方法，并作为运动训练装置发挥功能。运动训练是为了手的康复而实施的。
HMD10是用户可以在看到虚像的同时也可以看到现实空间的光学透视式(光学穿透式(光学シースルー型))。
HMD10具备具有眼镜那样的形状的显示装置20、以及控制部70。显示装置20和控制部70以能够通过有线或无线进行通信的方式而连接。在本实施方式中，显示装置20和控制部70通过有线的电缆90连接。控制部70经由电缆90与显示装置20之间进行图像的信号(图像信号)、控制的信号(控制信号)的通信。
显示装置20具备左眼用显示部30L以及右眼用显示部30R。左眼用显示部30L具备左眼用输出部32L、左眼用导光部34L(图2)、左眼用反射部36L以及左眼用眼罩38L。右眼用显示部30R具备右眼用输出部32R、右眼用导光部、右眼用反射部36R以及右眼用眼罩38R。需要说明的是，右眼用导光部和左眼用导光部34L为相同的构成。
图2详细地示出左眼用显示部30L的构成。图2是从正上方观察左眼用显示部30L时的图。左眼用输出部32L配置于眼镜的镜腿(temple)的根部部分，具备左眼用图像生成部321L以及左眼用投射光学系统322L。
左眼用图像生成部321L具备左眼用背光源BL以及左眼用光调制元件LM。在本实施方式中，左眼用背光源BL由红色、绿色及蓝色等各发光色的光源的集合所构成。作为各光源，例如可以采用发光二极管(LED)等。在本实施方式中，左眼用光调制元件LM由作为显示元件的液晶显示器件构成。
左眼用显示部30L如下所述地发挥功能。当从控制部70(图1)向左眼用图像生成部321L输入了左眼用的图像信号时，左眼用背光源BL的各光源发出红色光、绿色光以及蓝色光。从各光源发出的红色光、绿色光以及蓝色光进行漫射并入射到左眼用光调制元件LM。左眼用光调制元件LM根据从控制部70输入至左眼用图像生成部321L的图像信号，对投射的红色光、绿色光以及蓝色光进行空间调制，从而发出与图像信号相应的图像光。
左眼用投射光学系统322L例如由投射透镜组构成，使从左眼用图像生成部321L的左眼用光调制元件LM射出的图像光成为平行状态的光束。通过左眼用投射光学系统322L而成为平行状态的光束的图像光射入左眼用导光部34L。
左眼用导光部34L将来自于左眼用投射光学系统322L的图像光引导至左眼用反射部36L所具有的三棱镜的半透过反射面。在半透过反射面的正反面中的、佩戴时朝向用户的左眼EY的一侧施有反射镜层等反射涂层。通过该施有反射涂层的面，被引导至半透过反射面的图像光在左眼用反射部36L的图像提取区域全反射。反射后的图像光进入用户的左眼EY。其结果是，在用户的左眼EY中可以看到虚像。在本实施方式中，使用户感知到虚像也表达为显示图像。
从现实空间入射至左眼用反射部36L的光的至少一部分透过示于左眼用反射部36L的半透过反射面，并被引导至用户的左眼EY。由此，用户可重叠看到通过左眼用输出部32L所显示的图像和来自于现实空间的光学像。
如图1所示，右眼用显示部30R具有和上述构成的左眼用显示部30L为左右对称的相同的构成，和左眼用显示部30L同样地发挥作用。
这样，用户可以同时看到在显示装置20的图像提取(image extraction)区域所显示的图像和现实空间。这样显示的图像给予用户增强现实感(AR：Augmented Reality：扩增实境)。
左眼用眼罩38L配置于左眼用导光部34L的与用户的左眼EY相反的一侧。本实施方式中的左眼用眼罩38L可以卸下。左眼用眼罩38L用于遮光，以使光不会从现实空间射入半透过反射面。为此，如果安装了左眼用眼罩38L，则用户可以清晰地看到由左眼用输出部32L所显示的图像。
在显示装置20中，在用户佩戴了显示装置20时的对应于用户的眉间的位置上设置有相机(camera)51。为此，在用户将显示装置20佩戴于了头部的状态下，相机51对用户面向的方向的现实空间进行拍摄。相机51为单镜头相机。其它方式中的相机51为立体相机。
控制部70控制显示装置20。控制部70具备触控板(touch pad)72以及操作按钮部74。触控板72检测触控板72的操作面上的接触操作，并输出与检测内容相应的信号。作为触控板72，可以采用静电式、压力检测式、光学式等的各种触控板。操作按钮部74具有各种操作按钮，检测各操作按钮的操作，并输出与检测内容相应的信号。
图3是HMD10的功能框图。控制部70具备CPU80、存储部82、运动模型数据库84、输入信息取得部86以及电源部88，各部通过总线等相互连接。
存储部82通过ROM、RAM、DRAM、硬盘等构成。存储部82中存储有以操作系统(OS)为首的各种程序以及显示处理用的程序。
运动模型数据库84为蓄积运动模型的数据库。运动模型是将训练对象部位的运动模型化而得的动画数据，在本实施方式中，预先蓄积有左手的运动模型和右手的运动模型。
输入信息取得部86包括前述的触控板72以及操作按钮部74。输入信息取得部86输入来自于触控板72、操作按钮部74的与检测内容相应的信号。电源部88为控制部70以及显示装置20所具备的各构成部供电。
CPU80读出并执行存储于存储部82的程序来实现各种功能。具体而言，CPU80实现：在从输入信息取得部86有操作的检测内容的输入时执行与该检测结果对应的处理的功能；对存储部82进行数据的读写的功能；以及控制从电源部88向各构成部的供电的功能。
CPU80通过读出并执行存储于存储部82的显示处理用程序来执行显示处理。通过显示处理的执行，实现运动训练用的显示方法。显示处理通过显示有功能障碍的身体部分的动画来用于辅助用户的运动训练。用户为了瘫痪的身体部位的康复而实施运动训练。
图4示出用户佩戴了HMD10的情形。本实施方式中的HMD10将至少一只手有功能障碍的人设想为用户。本实施方式中的“手”是指从手腕到指尖的部位全体。
在本实施方式中，作为运动训练的对象的动作为IP关节或MP关节的弯曲伸直。IP关节在第一手指(大拇指)时为第一关节，在第二手指～第五手指时为第一关节以及第二关节。MP关节是指位于手指和手掌的边界的关节。
在包括有功能障碍的手指的手中，作为康复对象的手指是第一～第五手指中至少任一手指。下面，将包括有功能障碍的手指的手称为“残疾手FH”、将没有功能障碍的手称为“健全手NH”。“没有功能障碍”是指不是康复的对象，实际上也可以有些微的功能障碍。在图4所示的用户的情况下，右手为健全手NH，左手为残疾手FH。
图5是示出前述的显示处理的流程图。显示处理以通过操作按钮部74输入的开始指示为契机而开始。显示处理反复执行，直至通过操作按钮部74输入结束指示。操作按钮部74由用户或者训练辅助人员进行操作。
首先，CPU80检测用户的双手的位置(S110)。具体而言，从相机51所拍摄到的图像内分别提取左右手的部分，二维地确定轮廓。
然后，CPU80判断能够在双手之间显示动画吗(S120)。具体的判断方法将在后面描述。在能够在双手之间显示动画时(S120：是)，在双手之间显示动画(S130)，并返回S110。
图6以及图7示出在显示处理中用户感知的像的情形。图6示出显示作为动画IMG的张开状态的双手、并且用户的双手也张开的情形。图7示出显示作为动画IMG的握住状态的双手、并且用户的双手也握住的情形。用户透过显示装置20的半透过反射面来视觉辨认健全手NH以及残疾手FH的位置。本实施方式中的动画IMG作为三维的像被用户感知。
动画IMG显示于用户自身的双手之间，因此，可以说显示于与用户自身的双手的位置不同的位置。而且，由于动画IMG显示于用户自身的双手之间，因此，可以说是以避免和用户自身的双手重叠的方式进行显示。这里所说的避免重叠是指完全没有重叠的部位。
图6以及图7示出了显示区域R1的轮廓。显示区域R1是可以显示图像的区域。不过，并非用户可以清晰地看到显示区域R1的轮廓。矩形区域R2(后述)是用户看不到的假想区域。
将沿着作为显示区域R1的轮廓的长方形的边的方向中的、用户的右手和左手排列的方向定义为宽度方向。此外，将沿着作为显示区域R1的轮廓的长方形的边的方向中的、与宽度方向正交的方向定义为高度方向。在高度方向上，将用户的手的指尖侧称为“上”、将用户的手的手腕侧称为“下”。
显示区域R1与健全手NH及残疾手FH的位置关系根据用户的姿势来确定。姿势是指用户的头部与健全手NH及残疾手FH的三维位置关系。
动画IMG用于显示交替进行握住状态和张开状态这样的连续动作。在S120中重复“是”的判断的期间，持续进行动画IMG的显示。
用户被预先指示与动画一致地使自己的双手握住或张开。残疾手FH是康复的对象部位并是训练对象部位。健全手NH不是康复的对象部位，但却是训练对象部位。认为通过不仅是残疾手FH、而且健全手NH也实施运动训练，从而将提高残疾手FH的康复效果。
动画IMG的高度H2显示为比手的高度H3短。手的高度H3是对于用户来说看到的手是什么程度的高度这样的参数。具体而言，定义为沿着高度方向的距离、且是从手的部位中位于最上的部位至手腕的距离。其结果，作为动画IMG显示的手显示得比健全手NH以及残疾手FH更小。
手的高度H3可根据用户的姿势而变动。本实施方式中的动画IMG的高度H2是固定值。为此，预先设定为动画IMG的高度H2比最小时的高度H3短。最小时的高度H3是最大限度伸直手臂的状态下的手的高度H3。在其它方式中，训练辅助人员也可以将高度H2设定为变动值。
这里，对S120的判断进行说明。在本实施方式中，如前所述，以动画IMG在双手之间、且与双手中哪只手均不重叠的方式来进行显示。在S120中，判断是否有这样进行显示的二维空间。具体而言，CPU80在矩形区域R2满足以下全部条件的情况下，在S120中判断为“是”。
条件a：矩形区域R2的宽度W2落于重复宽度W1内。重复宽度W1是双手之间与显示区域R1重复的区域的宽度。
条件b：在高度方向上，左右手分别落于显示区域R1的范围之内。
条件a是用于使动画IMG显示于健全手NH与残疾手FH之间、且显示为与健全手NH及残疾手FH中哪只手均不重复的条件。
条件b是用于使动画IMG显示于健全手NH及残疾手FH附近而易于比较动画IMG和健全手NH及残疾手FH的条件。
利用条件a、b，以如下方式来确定显示动画IMG的位置。在宽度方向上，使矩形区域R2的中心与重复宽度W1的中心一致。在高度方向上，使矩形区域R2的中心与从左右手的上端至下端的线段的中心一致。左右手的上端是指左手的上端和右手的上端中位于更上一方的位置。左右手的下端是指左手腕和右手腕中位于更下一方的位置。
重复宽度W1、矩形区域R2的宽度W2以及手的高度H3时刻发生变化。为此，基于各时间点时的状态来实施S120的判断。需要说明的是，在双手的位置检测失败时，在S120中判断为“否”。例如，在任一只手位于相机的拍摄范围外时，无法检测出该手的位置。
在判断为无法在双手之间显示动画IMG时(S120：否)，提示用户调整头和双手的位置(S140)。具体而言，显示“空开双手之间，请看双手之间”等字符串作为图像。之后，返回S110。
根据如上说明的实施方式，可以采用透过型的HMD10来有效地实施将双手作为训练对象的运动训练。进而，HMD10便于搬运、不占地方，因此，即使是在自己家等也易于实施运动训练。
本发明并不仅限于本说明书的实施方式、实施例、变形例，在不脱离其宗旨的范围内，可以通过各种构成来实现。例如，为了解决前述技术问题的一部分或全部、或实现前述效果的一部分或全部，可以适当替换、组合发明内容部分所记载的各方式中的技术特征所对应的实施方式、实施例、变形例中的技术特征。该技术特征在本说明书中只要未作为必须的特征进行说明，则可以适当删除。例如，可以列举出以下示例。
在双手均为残疾手FH的情况下，康复以及训练对象部位也可以是双手。
训练对象部位也可以不是双手。例如，也可以是作为残疾手的单手。或者，既可以是双腿或单腿，还可以是单脚或双脚。这里所说的腿是指大腿(もも)往前的部位。这里所说的脚是脚腕往前的部位。
动画是在与用户自身的训练对象部位的位置不同的位置显示动画即可。例如，也可以容许和用户自身的训练对象部位重叠来显示动画。也就是说，也可以显示为动画的一部分与用户自身的训练对象部位重叠。或者，在训练对象部位是双手的情况下，也可以在不是双手之间的位置(例如，左右手各自的上方)上显示动画。此外，动画也可以不是双手。例如，也可以是作为残疾手的单手。或者，既可以是双腿或单腿，还可以是单脚或双脚。在动画是单手的情况下，检测单手的位置，并判断是否可以在与单手不重叠的位置显示动画。在能够在与单手不重叠的位置显示动画的情况下，在与单手不重叠的位置显示动画。
运动训练装置也可以是视频透视式(ビデオ透過型)的HMD。在采用视频透视式的HMD时，也可以使由相机拍摄到的作为用户的身体部位的训练对象部位对应于在现实空间中的位置进行显示。
运动训练装置也可以不是HMD。例如，既可以是平板式终端，也可以是智能手机。在采用这样的显示终端时，例如，也可以通过将显示终端配置于双手之间，从而将看上去像训练对象部位在进行运动的动画显示于与用户自身的训练对象部位的位置不同的位置上。
运动训练也可以为了治疗幻肢痛而实施。例如，手的大拇指伤残并感知到了幻肢痛的患者也可以为了治疗幻肢痛而实施运动训练。
在如实施方式所述地采用透过型的HMD时，也可以没有调整动画的显示位置的功能。这种情况下，通过用户调整自身的姿势，从而也可以将看上去像训练对象部位在进行运动的动画显示于与用户自身的训练对象部位的位置不同的位置上。
动画IMG也可以通过二维感知的像来显示。
在上述实施方式中，通过软件实现的功能及处理的一部分或全部也可以通过硬件来实现。此外，通过硬件实现的功能及处理的一部分或全部也可以通过软件来实现。作为硬件，例如也可以采用集成电路、分立电路、或组合了这些电路的电路模块等各种电路。

Claims (9)

1.一种运动训练装置，其特征在于，具备：
显示部，通过所述显示部，用户能够在显示有动画的状态下视觉辨认作为用户自身的身体部位的一部分的训练对象部位；以及
控制部，判断是否能够在所述训练对象部位之间显示看起来像所述训练对象部位在进行运动的动画，并在判断为能够显示的情况下，使所述显示部在所述训练对象部位之间显示看起来像所述训练对象部位在进行运动的动画。
2.根据权利要求1所述的运动训练装置，其特征在于，
所述运动训练装置是头戴式显示装置。
3.根据权利要求2所述的运动训练装置，其特征在于，
所述显示部为光学透视式。
4.根据权利要求2所述的运动训练装置，其特征在于，
所述运动训练装置还具备拍摄现实空间的相机，
所述显示部为视频透视式，
所述控制部使由所述相机拍摄到的所述训练对象部位对应于所述训练对象部位在现实空间中的位置显示于所述显示部。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的运动训练装置，其特征在于，
所述训练对象部位是双手。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的运动训练装置，其特征在于，
所述控制部使作为所述动画显示的所述训练对象部位显示为看起来比用户自身的所述训练对象部位更小。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的运动训练装置，其特征在于，
所述控制部使所述动画以避免和用户自身的所述训练对象部位重叠的方式进行显示。
8.一种记录介质，其特征在于，
所述记录介质中记录有程序，所述程序用于使用户能够在显示有动画的状态下视觉辨认作为用户自身的身体部位的一部分的训练对象部位的位置的显示部显示看起来像所述训练对象部位在进行运动的动画，并且，
所述程序用于使控制部判断是否能够在所述训练对象部位之间显示看起来像所述训练对象部位在进行运动的动画，并在判断为能够显示的情况下，使所述显示部在所述训练对象部位之间显示看起来像所述训练对象部位在进行运动的动画。
9.一种显示方法，其特征在于，
所述显示方法是在用户能够在显示有动画的状态下视觉辨认作为用户自身的身体部位的一部分的训练对象部位的位置的显示部上显示看起来像所述训练对象部位在进行运动的动画的方法，
在所述显示方法中，通过控制部判断是否能够在所述训练对象部位之间显示看起来像所述训练对象部位在进行运动的动画，并在判断为能够显示的情况下，使所述显示部在所述训练对象部位之间显示看起来像所述训练对象部位在进行运动的动画。
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