JP2000321044A - モーションキャプチャ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被計測物の動きを正確に計測することができ
るとともに、使用上の制約が少ないモーションキャプチ
ャ装置を提供すること。 【解決手段】 角度検出部１０１は、演技者がとるポー
ズによって変化する各関節部の折れ曲がり角度を検出す
る。ビデオカメラ１０２は、演技者の周囲の空間を撮影
する。そして、データ処理装置１０３は、角度検出部１
０１から出力される折れ曲がり角度を示す信号に基づい
て、演技者の身体の部位の相対的な位置を導出するとと
もに、ビデオカメラ１０２から出力される映像信号に基
づいて演技者の絶対的な位置と角度を導出し、これらの
導出結果に基づいて各部位の絶対的な位置を導出するこ
とにより、演技者の動きを計測する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の部位が関節
部によって接続された人間や動物等の動きを計測するモ
ーションキャプチャ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近のゲーム装置においては、ゲームキ
ャラクタのリアルな動作を実現するために、演技者に様
々な動作を行わせて、このときの動きを計測してゲーム
キャラクタの動作に取り込む手法が用いられている。こ
の演技者の動きを計測する技術であるモーションキャプ
チャには各種の方式があり、例えば体表的なものとし
て、光学式、機械式、磁気式の３方式が実用化されてい
る。

【０００３】光学式のモーションキャプチャは、動きを
計測したい場所（例えば演技者の手や足等）にマーカを
取り付けて、このマーカの動きをカメラで撮影すること
により、マーカの絶対的な位置を導出して演技者の各部
の動きを計測するものである。例えば、赤外線を反射す
る球状のマーカを演技者に取り付けて、このマーカの動
きを赤外線カメラで撮影するモーションキャプチャが実
用化されている。

【０００４】また、機械式のモーションキャプチャは、
演技者の身体に角度検出部や感圧部を取り付けて、演技
者が動いたときに変化する関節部の折れ曲がり角度を検
出することにより、演技者の動きを計測するものであ
る。

【０００５】磁気式のモーションキャプチャは、演技者
の身体の部位に磁気センサを取り付け、人工的に生成さ
れた磁場の中で演技者を動かせて、磁力線の密度と角度
を磁気センサによって検出することにより、磁気センサ
が存在する絶対的な位置を導出して演技者の動きを計測
するものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した光
学式、機械式のモーションキャプチャでは必ずしも演技
者の動きを正確に計測することができず、また、磁気式
のモーションキャプチャでは使用上の制約が多かった。

【０００７】例えば、光学式のモーションキャプチャで
は、撮影間隔（例えば１／６０秒ごと）に対してマーカ
の動きが速い場合、すなわち演技者の動きが速い場合に
は、前回の撮影時から今回の撮影時までの間にマーカが
どこからどこまで移動したかを把握することが困難とな
り、演技者の動きを計測することができなくなる。ま
た、腕が交差する等、身体の一部がカメラの撮影範囲の
死角になってマーカを撮影することができなかった場合
には、演技者の動きを計測することができなくなる。さ
らに、複数の演技者の動きを同時に計測する場合であっ
て、これら複数の演技者の動きが交錯するような場合に
は、各マーカがどの演技者に取り付けられたものである
かを把握することが困難になり、演技者の動きを正確に
計測することができなくなる場合がある。

【０００８】また、機械式のモーションキャプチャで
は、空間における演技者の絶対的な位置を計測すること
ができないため、関節部の折れ曲がり角度から間接的に
導出した場合に、演技者の絶対的な位置に誤差が生じ
る。そして、この誤差により、実際には演技者が移動し
ていないにも関わらず、演技者が地面を横滑りするよう
な動きを誤って算出してしまう場合があった。

【０００９】また、磁気式のモーションキャプチャで
は、生成された磁場の範囲内でしか磁気センサが存在す
る絶対的な位置を検出することができないため、計測範
囲が狭く、使用範囲が制限される。また、外乱による磁
場の変化を防止しなければならないため、例えば磁場が
変化しやすい鉄筋コンクリート製の建物の内部では使用
することができないなど、使用上の制約が多く使い勝手
が悪い。

【００１０】本発明は、このような点に鑑みて創作され
たものであり、その目的は、被計測物の動きを正確に計
測することができるとともに、使用上の制約が少ないモ
ーションキャプチャ装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明のモーションキャプチャ装置は、被計測
物の各部の相対位置を相対位置測定手段によって計測す
るとともに、この被計測物が含まれる空間における被計
測物の絶対位置と絶対角度を絶対位置・絶対角度測定手
段によって計測し、これらの計測結果に基づいて演算手
段によって被計測物の各部の絶対位置を演算している。
被計測物の各部の動きを測定する場合に、被計測物の各
部の相対位置を求めただけでは、地面や床等に対して横
滑りが生じて測定誤差となるが、被計測物の絶対位置と
絶対角度を測定して、この測定した絶対位置と絶対角度
を基準に被計測物の各部の位置を求めることにより、被
計測物の各部の絶対位置が定まるため、測定誤差を低減
することができる。特に、被計測物の一部の絶対位置と
絶対角度を測定する以外は、被計測物の各部の相対位置
の測定が行われるため、被計測物の各部が交差した場合
や複数の被計測物が存在する場合等においても各部の絶
対位置を求めることができ、動きの正確な計測が可能に
なる。また、被計測物全体、すなわち一箇所の絶対位置
と絶対角度を求めるだけでよいため、使用上の制約を少
なくすることができる。

【００１２】特に、上述した相対位置測定手段は、被計
測物の各部が動いたときに、隣接するこれら各部の相対
的な角度情報を相対位置として出力し、絶対位置・絶対
角度測定手段は、空間を撮影する撮影手段によって撮影
された映像に基づいて、被計測物の絶対位置と絶対角度
を出力することが望ましい。各部の相対的な角度から各
部の相対位置を求めることは容易であり、また、撮影手
段を用いて空間を撮影することにより被計測物の絶対位
置を求めることにより、使用上の制約をさらに低減する
ことができる。

【００１３】また、上述した相対位置測定手段は機械式
のモーションキャプチャ手段であり、絶対位置・絶対角
度測定手段は光学式のモーションキャプチャ手段である
ことが望ましい。これら２種類の方式を組み合わせて用
いることにより、お互いの欠点を補って、正確でかつ使
用上の制約が少ない計測を実現することができる。

【００１４】また、撮影手段を被計測物の一部に固定し
ておいて、絶対位置・絶対角度測定手段によって、被計
測物の周囲を撮影した映像に基づいて被計測物の絶対位
置と絶対角度を求めることが望ましい。被計測物自体に
撮影手段を備える場合には、周囲の空間に撮影手段を設
定する場合に比べて、被計測物の移動範囲の制約をなく
すことができる。

【００１５】また、被計測物と隔たった位置に設置され
て絶対位置が既知の第１の指標部をさらに備えておい
て、絶対位置・絶対角度測定手段によって、撮影手段に
よって撮影された映像に含まれる第１の指標の位置に基
づいて、被計測物の絶対位置と絶対角度を求めることが
望ましい。絶対位置が既知の第１の指標部が映像内に含
まれている場合に、これに基づいて撮影位置を特定する
ことは容易であるため、この撮影位置と相対的に一定の
位置関係にある被計測物の絶対位置と絶対角度を容易に
求めることができる。

【００１６】また、撮影手段を被計測物と隔たった位置
に設置しておいて、絶対位置・絶対角度測定手段によっ
て、被計測物の一部に固定された第２の指標を撮影手段
によって撮影した映像に基づいて、被計測物の絶対位置
と絶対角度を求めることが望ましい。被計測物と離れた
位置に撮影手段を設置しておいて被計測物とその周囲を
撮影した場合に、被計測物の一部に固定された第２の指
標の絶対位置を特定することは容易であるため、この第
２の指標と相対的に一定の関係にある被計測物の絶対位
置と絶対角度を容易に求めることができる。特に、本発
明では、第２の指標の数は、１箇所あるいは少数である
ため、従来の光学式のモーションキャプチャにおいて、
被計測物の全体に付された多くのマーカ（指標）の絶対
位置を求める場合に比べて、演算量が低減され、処理の
高速化等が可能になる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した一実施形
態のモーションキャプチャ装置について、図面を参照し
ながら詳細に説明する。図１は、本実施形態のモーショ
ンキャプチャ装置の構成を示す図である。同図に示すモ
ーションキャプチャ装置１００は、角度検出部１０１、
ビデオカメラ１０２、データ処理装置１０３を含んで構
成されている。

【００１８】角度検出部１０１は、被計測物としての演
技者の身体に取り付けられており、演技者の動作によっ
て変化する首、肘、手首、指、腰、膝等の各関節部の折
れ曲がり角度を検出して、データ処理装置１０３に対し
て折れ曲がり角度を示す信号を出力する。

【００１９】ビデオカメラ１０２は、演技者の身体の所
定の部分（例えば演技者の動作の妨げにならない腰等）
に取り付けられており、演技者の周囲の空間を撮影し
て、データ処理装置１０３に対して映像信号を出力す
る。

【００２０】データ処理装置１０３は、角度検出部１０
１から出力される各関節部の折れ曲がり角度を示す信号
に基づいて、手、足、頭等の各部位について、演技者の
身体の所定位置（以下、「基準点」と称する）に対する
相対的な位置を導出する。

【００２１】具体的には、データ処理装置１０３は、図
２に示すような階層構造に従って、上位階層に属する部
位の相対的な位置に基づいて下位階層に属する部位の相
対的な位置を導出する。

【００２２】例えば、角度検出部１０１から出力される
各関節部の折れ曲がり角度を示す信号に基づいて右手の
相対的な位置および方向を導出する場合には、データ処
理装置１０３は、まず、基準点に対する胸の相対的な位
置を導出し、次に、胸につながっている右肩について、
胸と右肩をつなぐ関節部の折れ曲がり角度に基づいて胸
に対する相対的な位置を導出し、さらに、右肩につなが
っている右腕について、右肩と右腕をつなぐ関節部の折
れ曲がり角度に基づいて右肩に対する相対的な位置を導
出する。次に、データ処理装置１０３は、右腕につなが
っている右手について、右腕と右手をつなぐ関節部の折
れ曲がり角度に基づいて右腕に対する相対的な位置を導
出し、最後に、これらの各導出結果に基づいて、基準点
に対する右手の相対的な位置を導出する。

【００２３】また、データ処理装置１０３は、ビデオカ
メラ１０２によって撮影される映像内の被写体の大きさ
や方向等に基づいて、演技者の絶対的な位置と角度を導
出する。例えば、あらかじめ、空間内の座標が明らかな
位置に配置されたビデオカメラ１０２によって周囲の映
像を撮影しておく。次に、データ処理装置１０３は、こ
のようにしてあらかじめ撮影された映像に含まれる被写
体の大きさや方向等と、演技者が動作したときに実際に
撮影された映像内の被写体の大きさや方向等とを比較す
ることにより、ビデオカメラ１０２の位置と角度を算出
し、この算出結果に基づいて演技者の絶対的な位置と角
度を求めることができる。さらに、データ処理装置１０
３は、演技者の各部位の相対的な位置と、演技者の絶対
的な位置および角度に基づいて、演技者の各部位の絶対
的な位置を導出して演技者の動きを計測する。

【００２４】データ処理装置１０３によって導出された
演技者の各部位の絶対的な位置は、図３に示すようなモ
ーションデータとしてデータ処理装置１０３内のメモリ
１０４に格納される。例えば、ゲームキャラクタの動作
にこのモーションデータが利用されることにより、ゲー
ムキャラクタのリアルな動作を実現することが可能とな
る。

【００２５】上述した角度検出部１０１およびデータ処
理装置１０３が相対位置測定手段、機械式のモーション
キャプチャ手段に、ビデオカメラ１０２が撮影手段に、
ビデオカメラ１０２およびデータ処理装置１０３が絶対
位置・絶対角度測定手段、光学式のモーションキャプチ
ャ手段に、データ処理装置１０３が演算手段に、それぞ
れ対応する。

【００２６】このように、本実施形態のモーションキャ
プチャ装置１００では、演技者の関節部の折れ曲がり角
度に基づいて演技者の各部位の相対的な位置を導出する
とともに、演技者に取り付けられたビデオカメラ１０２
から見た周囲の映像に基づいて演技者の絶対的な位置と
角度を導出しており、これらの導出結果に基づいて演技
者の各部位の絶対的な位置および方向を導出して、演技
者の動きを計測しており、演技者の動きを正確に計測す
ることが可能になるとともに、使用上の制約を少なくす
ることができる。

【００２７】具体的には、従来の光学式のモーションキ
ャプチャ装置では、演技者の動きが速い場合やマーカが
ビデオカメラ１０２の撮影範囲の死角になる場合、ある
いは複数の演技者の動きが交錯するような場合には、演
技者の動きを計測することができなくなるが、本実施形
態のモーションキャプチャ装置１００では、演技者の部
位の相対的な位置を映像により計測するのではなく、機
械式のモーションキャプチャによって演技者の関節部の
折れ曲がり角度に基づいて計測するため、演技者の動き
の速さや死角を考慮する必要がなく、しかも複数の演技
者の動作を同時に計測して各演技者の動きを区別するこ
とが容易となる。

【００２８】また、従来の機械式のモーションキャプチ
ャ装置では、空間における演技者の絶対的な位置を直接
検出していなかったために、演算によって求めた演技者
の絶対的な位置に誤差が生じる不都合があったが、本実
施形態のモーションキャプチャ装置１００では、ビデオ
カメラ１０２によって撮影された映像に基づいて、空間
内における演技者の絶対的な位置と角度を直接検出する
という光学式のモーションキャプチャの手法を部分的に
採用することにより、演技者の動きを正確に計測するこ
とが可能となる。特に、従来の光学式のモーションキャ
プチャのように、映像に含まれる多数の計測点のそれぞ
れの絶対位置を直接的な演算によって求める場合に比べ
ると、データ処理装置１０３における演算量を減らすこ
とができ、演算処理の高速化が可能になる。

【００２９】また、従来の磁気式のモーションキャプチ
ャ装置では、計測範囲が制限されるとともに磁場が変化
しやすい場所では使用することができないなど使用上の
制約が多いが、本実施形態のモーションキャプチャ装置
１００では、磁気的なモーションキャプチャの手法を用
いていないため、計測範囲に制限はなく、磁場の変化を
考慮する必要もないため、鉄筋コンクリートの建物の中
等でも使用することができ、使用上の制約を減らすこと
ができる。

【００３０】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施
が可能である。例えば、上述した実施形態では、演技者
の身体に角度検出部１０１を取り付けて各関節部の折れ
曲がり角度を検出したが、角度検出部１０１の代わりに
感圧部を取り付けて、演技者の動きに伴って感圧部に加
わる応力を検出することによって、演技者の身体の各関
節部の折れ曲がり角度等を算出するようにしてもよい。
また、演技者の身体に角度検出部１０１と感圧部の双方
を取り付けるようにしてもよい。

【００３１】また、上述した実施形態では、演技者の周
囲については特に限定していないが、図４に示すモーシ
ョンキャプチャ装置１００ａのように、演技者の周囲の
空間に所定の間隔でマーカ１１０ａを配置して、演技者
に身体の一部に取り付けられたビデオカメラ１０２ａに
よりこれらのマーカ１１０ａを撮影するようにしてもよ
い。ビデオカメラ１０２ａによってマーカ１１０ａを撮
影して、これらマーカ１１０ａの動きを解析することに
より、ビデオカメラ１０２ａの絶対位置、すなわち演技
者の絶対的な位置と角度を容易に算出することができ
る。マーカ１１０ａが第１の指標部に対応する。

【００３２】また、上述した実施形態では、演技者の身
体に取り付けられたビデオカメラ１０２から周囲を撮影
したが、演技者の身体の複数箇所に複数のビデオカメラ
を備えてもよい。

【００３３】また、図５に示すモーションキャプチャ装
置１００ｂのように、演技者の周囲に複数台（例えば３
台）のビデオカメラ１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄを配
置するとともに、これら３台のビデオカメラ１１１ｂ、
１１１ｃ、１１１ｄの撮影範囲の死角にならない演技者
の身体の部分（例えば頭）にマーカ１０４ｂを備えて、
ビデオカメラ１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄによりマー
カ１０４ｂを撮影することによっても、演技者の絶対的
な位置と角度を計測することが容易となる。マーカ１０
４ｂが第２の指標部に対応する。なお、モーションキャ
プチャ装置１００ｂでは、３台のビデオカメラ１１１
ｂ、１１１ｃ、１１１ｄを備えたが、マーカ１０４ｂを
常に撮影することができるのであれば、ビデオカメラの
台数は３台に限られず、何台でもよい。

【００３４】また、上述した実施形態では、撮影手段と
してビデオカメラ１０２等を備えたが、撮影手段として
はビデオカメラでなくてもよく、他の撮影装置を用いる
ようにしてもよい。また、演技者の絶対的な位置と角度
を検出することができればよく、必ずしも撮影手段を用
いなくてもよい。例えば、床の全面に感圧センサを設置
し、演技者の２本の足の位置を検出することにより、演
技者の絶対的な位置と角度を測定するようにしてもよ
い。

【００３５】また、上述した実施形態では、パーソナル
コンピュータ等のデータ処理装置１０３を用いて、各部
の絶対的な位置を導出したが、ワークステーション等の
他の汎用コンピュータや専用の演算装置を用いるように
してもよい。

【００３６】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、被計
測物の各部が交差した場合や複数の被計測物が存在する
場合等においても各部の絶対位置を求めることができ、
動きの正確な計測が可能になる。また、被計測物の少な
くとも一箇所の絶対位置と絶対角度を求めるだけでよい
ため、使用上の制約を少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態のモーションキャプチャ装置の構成
を示す図である。

【図２】演技者の各部位の相対的な位置を導出する際の
階層構造を示す図である。

【図３】モーションデータの一例を示す図である。

【図４】モーションキャプチャ装置の変形例を示す図で
ある。

【図５】モーションキャプチャ装置の他の変形例を示す
図である。

【符号の説明】

１００ モーションキャプチャ装置 １０１ 角度検出部 １０２ ビデオカメラ １０３ データ処理装置

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA04 AA09 AA37 BB15 BB27 CC16 FF04 FF65 JJ03 JJ05 JJ19 JJ26 QQ27 QQ31 2F069 AA04 AA06 AA93 BB36 BB40 DD08 GG01 GG04 GG07 GG58 GG59 HH30 NN00 5B057 BA02 DA07 DB03 DC08

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被計測物の各部の相対位置を測定する相
   対位置測定手段と、 前記被計測物が含まれる空間における前記被計測物の絶
   対位置および絶対角度を測定する絶対位置・絶対角度測
   定手段と、 前記絶対位置・絶対角度測定手段によって測定された前
   記絶対位置および絶対角度と、前記相対位置測定手段に
   よって測定された前記相対位置とに基づいて、前記被計
   測物の各部の絶対位置を演算する演算手段と、 を備えることを特徴とするモーションキャプチャ装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記相対位置測定手段は、前記被計測物の各部が動いた
   ときに、隣接するこれら各部の相対的な角度情報を前記
   相対位置として出力し、 前記絶対位置・絶対角度測定手段は、前記空間を撮影す
   る撮影手段を有し、この撮影手段によって撮影された映
   像に基づいて、前記絶対位置および前記絶対角度を出力
   することを特徴とするモーションキャプチャ装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、 前記相対位置測定手段は機械式のモーションキャプチャ
   手段であり、前記絶対位置・絶対角度測定手段は光学式
   のモーションキャプチャ手段であることを特徴とするモ
   ーションキャプチャ装置。
4. 【請求項４】 請求項２において、 前記撮影手段は、前記被計測物の一部に固定されてお
   り、 前記絶対位置・絶対角度測定手段は、前記被計測物の周
   囲を撮影した映像に基づいて前記絶対位置と前記絶対角
   度を求めることを特徴とするモーションキャプチャ装
   置。
5. 【請求項５】 請求項４において、 前記被計測物と隔たった位置に設置されて、絶対位置が
   既知の第１の指標部をさらに備えており、 前記絶対位置・絶対角度測定手段は、前記撮影手段によ
   って撮影された映像に含まれる前記第１の指標の位置に
   基づいて、前記被計測物の絶対位置と絶対角度を求める
   ことを特徴とするモーションキャプチャ装置。
6. 【請求項６】 請求項２において、 前記撮影手段は、前記被計測物と隔たった位置に設置さ
   れており、 前記絶対位置・絶対角度測定手段は、前記被計測物の一
   部に固定された第２の指標を前記撮影手段によって撮影
   した映像に基づいて、前記被計測物の絶対位置と絶対角
   度を求めることを特徴とするモーションキャプチャ装
   置。