JP2001188918A

JP2001188918A - 多関節構造体の動作表現装置，コンピュータグラフィックスシステム、及びロボット制御システム

Info

Publication number: JP2001188918A
Application number: JP2000328396A
Authority: JP
Inventors: Munetoshi Unuma; 宗利鵜沼; Ryozo Takeuchi; 良三武内
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-10-23
Filing date: 2000-10-23
Publication date: 2001-07-10

Abstract

(57)【要約】【課題】人間等を表すコンピュータグラフィックの動作
表現を容易にする。【解決手段】動作表現用時間関数データベース，関節角
演算装置，レンダリング装置，表示装置，制御装置を設
け、多関節構造体の動作表現を時間関数で表現し、その
動作表現用時間関数のパラメータを制御装置で制御する
ことにより達成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はコンピュータグラフィッ
クスにて人間や動物等の多関節構造体を動かす動作表現
装置方法に係り、特に、豊富な動作を表現を可能にする
のに好適な多関節構造体の動作表現装置，コンピュータ
グラフィックスシステム、及びロボット制御システムに
関する。

【０００２】

【従来の技術】人間の歩行動作，駈け足動作や馬，昆虫
の動きなどをコンピュータグラフィックスにて表現する
場合、一般的にキーフレーム法が用いられる。このキー
フレーム法は、動作対象とする人間や馬等の多関節構造
体の或る時刻での形状と、次の時刻での形状を決め、そ
の間の時刻での形状を補間法にて決定し、各形状を時系
列的に順次表示することで、全体的にその多関節構造体
が動いているように表現するものである。このキーフレ
ーム法は、動作対象の動きを決める時系列的な各形状を
決定するのに時間がかかり、処理時間が膨大となりオペ
レータに負担を強いるという問題がある。

【０００３】そこで従来は、電子通信学会論文誌 ’８
０／１，Ｖｏｌ．Ｊ６３−ＤＮｏ．１の８７頁「アニメ
ーションプリミティブの合成による３角関数近似式動画
像」に記載されているように、人間の動きを１６mmフィ
ルムで撮影して代表的な関数部分の動きを計測し、各関
節部分の水平方向，垂直方向の位置Ｘ，Ｙが時間Ｔの関
数として基準位置から何cmのところにあるかにより、各
関節部分の運動軌跡を求めている。そして、その運動軌
跡を直線と３角関数曲線にて近似し、コンピュータは、
この近似曲線から時系列上の各形状を算出しこれを順次
表示するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術は、
撮影して求めた各関節の動きを、各時点での基準位置か
らのＸ位置，Ｙ位置の変化として近似曲線を求めてい
る。このため、この近似曲線を用いて動作を表現する場
合は良いが、別の動作を表現する場合には適用できず、
再度撮影から繰り返さなければならず、自由度が小さい
という問題がある。つまり、この従来技術は、撮影した
実際の動作しかコンピュータグラフィックス上で多関節
構造体を動かすことができない。このことは、コンピュ
ータグラフィックス上で、豊富な動作をさせることがで
きないことを意味する。つまり、例えば撮影した標準的
な歩行動作をコンピュータグラフィックス上で表現でき
るだけで、この標準的な動作に変更を加えて例えば「荒
々しい歩行動作」や「楽しそうな歩行動作」を表現でき
ない。このため従来は、斯る動作を表現したい場合に
は、実際に「荒々しい歩行動作」等を人間に行なわせこ
れを撮影してその動作を解析しなければならない。換言
すれば、豊富な動作表現を実際に撮影することができな
い動物や昆虫、想像上の物体は、コンピュータグラフィ
ックスにていろいろな動作形態で動かすことが困難であ
ることを示す。

【０００５】本発明の目的は、コンピュータグラフィッ
クスロボット等の動作表現装置において動作対象に対し
いろいろな動作形態をとらせることが容易な動作の制御
装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】多関節構造体の各関節の
動きを制御することで多関節構造体の動作を表現する場
合に、各関節の動きを時間関数で表現する。いろいろな
動作形態をとらせるために、パラメ−タを変更する手段
は、複数の動作を表現する時間関数の各パラメ−タどう
しを平均する手段，多関節構造体の方向を制御する手
段，動作経路を生成する手段，曲線の内側と外側で歩幅
を変える手段，遠心力の影響を考慮する手段，運動時の
歩幅を制御する手段，空間で時間関数を補間する手段，
時間で時間関数を補間する手段，キーフレーム法で生成
した動作と時間関数で生成した動作を合成する手段と、
測定デ−タから時間関数を生成する手段と、キーフレー
ム法で生成した動作から時間関数を生成する手段，時間
関数を補正する手段との少なくとも一つを有することで
達成される。

【０００７】

【作用】動作表現の複数の動作を表現する時間関数の各
パラメータどうしを平均ごとにより複数の時間関数を平
均した動作が表現できる。

【０００８】多関節構造体の方向を制御することで進行
方向を制御できる。

【０００９】動作経路を生成することで空間上を自由に
移動できる。

【００１０】曲線の内側と外側で歩幅を変えることによ
り足が滑ることがない。

【００１１】遠心力の影響を考慮することにより円運動
時の体の傾きを表現できる。

【００１２】移動時の歩幅を制御することで区間の歩数
を制御することができる。

【００１３】空間で時間関数を補間することにより移動
しながらの動作変化が表現できる。時間で時間関数を補
間することにより経過時刻により動作変化ができる。

【００１４】キーフレーム法で生成した動作と時間関数
で生成した動作を合成することにより時間関数だけで表
現できない動作も表現できる。

【００１５】測定デ−タから時間関数を生成することに
より実際の動作を時間関数で生成できる。

【００１６】キーフレーム法で生成した動作から時間関
数を生成することにより実際に存在しない動作も時間関
数で生成できる。

【００１７】時間関数を補正することにより時間関数を
補正できる。

【００１８】

【実施例】多関節構造体の各関節の動きを表現する一手
法について以下説明する。コンピュータグラフィックス
等の動作表現装置において、表現すべき多関節構造体に
は、人間，ロボット，昆虫などあるが本実施例では、コ
ンピュータグラフィックスシステムにおいて人間を表示
する場合について説明する。

【００１９】人間は、非常に多くの関節で構成されてい
る。この多くの関節が他の関節に対して協調を行ないな
がら動作することによって目的の動作、或いは人間らし
い動作が表現できる。人間を動かすためには各関節の曲
げ角を時間変化させなければならない。そこで次式を用
い各関節の動きを表現する。

【００２０】

【数１】

【００２１】Θｍ(ｔ)は関節の曲げ角を表わす時間関数
である。この時間関数は周期関数のフ−リエ級数展開で
ある。ｍは関節番号に対応する。人間全身の動きを表現
するには各関節に対応した時間関数Θｍ(ｔ)が必要にな
る。ｉは級数展開する最大次数、Ａ₀ は曲げ角度の平均
値、Ａｎは第ｎ次高調波のスペクトル強度、Ψｎは第ｎ
次高調波の位相を示す。

【００２２】以下、本発明の実施例を図１により説明す
る。動作表現用時間関数データベース１１，関節角演算
装置１２，レンダリング装置１３，表示装置１４，制御
装置１５より構成される。動作表現用時間関数データベ
ース１１には、動作の種類毎に人間の各関節に対応する
時間関数Θｍ(ｔ)の係数、Ａ₀・Ａ₁…Ａ_i，Ψ₁・Ψ₂…
Ψ_iが登録されている。関節角演算装置１２は、表現し
ようとする動作のＡ₀・Ａ₁…Ａi，Ψ₁・Ψ₂…Ψ_i より数
１を用い、人間の各関節のある時刻における曲げ角度を
計算する。レンダリング装置１３は、関節角演算装置１
２で計算された結果から人間の３次元上の位置や姿勢を
計算し２次元に投影する。表示装置１４は投影された結
果をディスプレイに表示する。制御装置１５は、動作表
現用時間関数データベース１１の時間関数の選択、選択
された時間関数Θｍ(ｔ)の係数、Ａ₀・Ａ₁…Ａ_i，Ψ₁・
Ψ₂…Ψ_iの修正、時間変数ｔの制御を行なう。

【００２３】その結果、動作の選択や、データベースに
蓄えられた動作以外の動作表現、更に時間変数ｔの制御
による動作速度の制御などができる。

【００２４】図２は、制御装置の一実施例である。動作
表現用時間関数データベース１１，時間関数の選択装置
２１，選択された時間関数の一時記憶装置群２２，２
３，２４，時間関数の平均装置２５，関節角演算装置１
２，レンダリング装置１３，表示装置１４より構成され
る。時間関数選択装置２１で選択された一つの動作を表
わす時間関数の各成分は、選択された時間関数の一時記
憶装置群２２，２３，２４に動作毎に記憶される。ここ
で、仮に選択した動作の数をｊ種類，それぞれの時間関
数の振幅及び位相差を次のようにする。動作１，Ａ₁₀・
Ａ₁₁…Ａ_1i，Ψ₁₁・Ψ₁₂…Ψ₁ _i 動作２，Ａ₂₀・Ａ₂₁…
Ａ_2i，Ψ₂₁・Ψ₂₂…Ψ₂ _i 動作ｊ，Ａ_j0・Ａ_j1…Ａ_ji，
Ψ_j1・Ψ_j2…Ψ_ji選択された時間関数の振幅及び位相は
時間関数の平均装置２５で次式のように各周波数成分が
平均される。

【００２５】

【数２】

【００２６】

【数３】

【００２７】関節角演算装置１２は、数２の振幅及び数
３の位相より次式の数４を用い、人間の各関節のある時
刻における曲げ角度を計算する。

【００２８】

【数４】

【００２９】レンダリング装置１３は、関節角演算装置
１２で計算された結果から人間の３次元上の位置や姿勢
を計算し２次元に投影する。表示装置１４は投影された
結果をディスプレイに表示する。

【００３０】以上の結果、動作表現用時間関数データベ
ース１１に蓄えられている動作以外の動作を、動作表現
用時間関数データベース１１より複数の動作表現用時間
関数を選択し前記のような演算処理をすることにより新
たに生成することができる。図３は、制御装置の一実施
例である。動作表現用時間関数データベース１１，時間
関数の選択装置２１，選択された時間関数の各成分の一
時記憶装置群２２，２３，２４，時間関数の重み付き平
均装置３１，関節角演算装置１２，レンダリング装置１
３，表示装置１４，制御装置１５より構成される。時間
関数選択装置２１で選択された一つの動作を表わす時間
関数の各成分は、選択された時間関数の一時記憶装置群
２２，２３，２４に動作毎に記憶される。ここで、仮に
選択した動作の数をｊ種類。それぞれの時間関数の振幅
及び位相差を次のようにする。動作１，Ａ₁₀・Ａ₁₁…Ａ
_1i，Ψ₁₁・Ψ₁₂…Ψ_1i 動作２，Ａ₂₀・Ａ₂₁…Ａ_2i，Ψ
₂₁・Ψ₂₂…Ψ_2i 動作ｊ，Ａ_j0・Ａ_j1…Ａ_ji，Ψ_j1・Ψ
_j2…Ψ_ji 時間関数の振幅及び位相は時間関数の重み付
き平均装置３１で次式のように各周波数成分の重み付き
平均がされる。αkは時間関数の重みである。

【００３１】

【数５】

【００３２】

【数６】

【００３３】関節角演算装置１２は、数５の振幅及び数
６の位相より次式の数７を用い、人間の各関節のある時
刻における曲げ角度を計算する。

【００３４】

【数７】

【００３５】レンダリング装置１３は、関節角演算装置
１２で計算された結果から人間の３次元上の位置や姿勢
を計算し２次元に投影する。表示装置１４は投影された
結果をディスプレイに表示する。

【００３６】以上の結果、動作表現用時間関数データベ
ース１１に蓄えられている動作以外の動作を、動作表現
用時間関数データベース１１より複数の動作表現用時間
関数を選択し前記のような演算処理をすることにより各
選択した動作の重みを制御しながら新たな動作を生成す
ることができる。

【００３７】図４は、制御装置の一実施例である。動作
表現用時間関数データベース１１，通過点の指定装置４
１，移動方向の制御装置４２，関節角演算装置１２，レ
ンダリング装置１３，表示装置１４より構成される。図
５は、通過点と移動方向の関係を示す図である。図５は
ｘｙ平面上に地面があり、人間４０２はこの地面の上に
立っている。人間の頭の方向がｚ軸である。まず、通過
点の指定装置４２で人間の通過点を図５における、４０
１のように指定する。移動方向の制御装置４２は、人間
４０２の正面が通過点４０１の方向を向くようにｙ軸周
りに回転する。人間の移動は、移動中の動作表現を動作
表現用時間関数データベース１１より選択する。関節角
演算装置１２で関節を動かす。移動方向の制御装置４２
で人間４０２は通過点４０１の方向を向いているので人
間４０２は通過点４０１の方向に移動する。レンダリン
グ装置１３は、関節角演算装置１２で計算された結果か
ら人間の３次元上の位置や姿勢を計算し２次元に投影す
る。表示装置１４は投影された結果をディスプレイに表
示する。

【００３８】以上の結果、時間関数で動きを表現する人
間の移動方向を制御することができる。

【００３９】図６は、制御装置の一実施例である。動作
表現用時間関数データベース１１，通過点の指定装置４
１，移動経路の生成装置６１，移動方向の制御装置４
２，関節角演算装置１２，レンダリング装置１３，表示
装置１４より構成される。図７は、通過点と移動方向の
関係を示す表示装置１４の画面での表示例を示す図であ
る。図７はｘｙ平面上に地面があり、人間６０２はこの
地面の上に立っている。人間の頭の方向がｚ軸である。
まず、人間がこの平面上を動く時の通過点を、通過点の
指定装置４１を用い平面上に図６０１，６０３，６０
４，６０５のように指定する。指定された通過点の間を
例えば自由曲線等を用い曲線で接続し、移動経路を図６
０１，６０６のように生成する。移動方向の制御装置４
２は、人間６０２の正面が生成された曲線６０６の現在
人間が移動している地点の接線方向６０７を向くように
人間６０２をｙ軸周りに回転する。人間の移動は、移動
中の動作表現を動作表現用時間関数データベース１１よ
り選択する。関節角演算装置１２で関節を動かす。移動
方向の制御装置４２で人間６０２は、現在通過している
地点の接線方向を向いているので人間６０２は生成され
た曲線６０６に沿って移動する。レンダリング装置１３
は、関節角演算装置１２で計算された結果から人間の３
次元上の位置や姿勢を計算し２次元に投影する。表示装
置１４は投影された結果をディスプレイに表示する。

【００４０】以上の結果、時間関数で動きを表現する人
間を平面上自由に移動させることができる。

【００４１】さらに他の制御方法としては、多関節構造
体６０２の運動の始点の位置を示す情報６０１，上記多
関節構造体６０２の運動の始点における速度と運動の方
向との少なくとも一方を示すベクトル情報６０７，多関
節構造体６０２の運動の終点の位置を示す情報６０３，
多関節構造体６０２の運動の終点における速度と運動の
方向との少なくとも一方を示すベクトル情報（図示せ
ず）を図示していない入力手段で入力し、記憶し、また
表示し、多関節構造体６０２の運動の始点の位置を示す
情報６０１，多関節構造体６０２の運動の始点における
速度と運動の方向との少なくとも一方を示すベクトル情
報６０７，多関節構造体６０２の運動の終点の位置を示
す情報６０３，多関節構造体６０２の運動の終点６０３
における速度と運動との少なくとも一方を示す情報に基
づいて、多関節構造体６０２の始点６０１から終点６０
３までの運動経路を示す情報を演算する。その後、６０
３，６０４，６０５，６０６と同様に演算する。また、
さらに他の制御方法としては、多関節構造体６０２の運
動中の位置に対応する情報６０１と、多関節構造体６０
２の運動中の向きを示す情報６０７とを入力し、記憶
し、また表示し、多関節構造体６０２の運動中の位置に
対応する情報と多関節構造体６０２の運動中の向きを示
す情報６０７とに基づいて、多関節構造体６０２の運動
中の経路を示す情報を演算する。尚、ここで多関節構造
体の運動中の向きを示す情報は、座標系上の所望の点、
または他の多関節構造体に対する上記多関節構造体の運
動中の向きを示す情報，座標系上の所望の線に対する上
記多関節構造体の運動中の向きを示す情報，座標系上の
所望の平面に対する上記多関節構造体の運動中の向きを
示す情報、または多関節構造体の運動の方向に対する上
記多関節構造体の運動中の向きを示す情報である。

【００４２】図８は、制御装置の一実施例である。動作
表現用時間関数データベース１１，通過点の指定装置４
１，移動経路の生成装置６１，移動方向の制御装置４
２，曲線移動時の歩幅の制御装置７１，時間関数の補正
装置７２，関節角演算装置１２，レンダリング装置１
３，表示装置１４より構成される。図９は、人間が曲線
上を移動する時の曲率中心側の足の歩幅と曲率中心の反
対側の歩幅の関係を示す図である。人間は曲線７０１上
を移動する。現在移動中の曲線７０ｌ上の点Ｐ：７０９
における微小区間ΔＬ：７０２の曲率中心をＯ：７０
３、曲率半径をＲ：７０４、曲率の中心側の足と曲率中
心Ｏとの距離をＲ_i ：７０５、曲率の外側の足と曲率中
心Ｏとの距離をＲ_o ：７０６とする。人間の移動経路、
図７０１を図８の通過点の指定装置４１及び移動経路の
生成装置６１を用い生成する。人間の正面は移動方向の
制御装置４２を用い点Ｐにおける接線方向を向くように
制御される。曲線移動時の歩幅の制御装置７１では人間
が曲線を移動する際に曲率中心側の歩幅Ｓ_i：７０７、
外側の歩幅Ｓ_o：７０８を次の数８及び数９で生成す
る。Ｓは人間が直線運動をする時の歩幅である。

【００４３】

【数８】

【００４４】

【数９】

【００４５】人間の移動は、移動中の動作表現を動作表
現用時間関数データベース１１より選択する。関節角演
算装置１２で関節を動かす。このとき内側の歩幅と外側
の歩幅の違いを曲線移動時の歩幅の制御装置７１で制御
し動作を表わす時間関数を時間関数の補正装置７２によ
り補正する。移動方向の制御装置４２で人間７０２は、
現在通過している地点の接線方向を向いているので人間
７０２は生成された曲線７０６に沿って地面に対して足
が滑らずに移動する。レンダリング装置１３は、関節角
演算装置１２で計算された結果から人間の３次元上の位
置や姿勢を計算し２次元に投影する。表示装置１４は投
影された結果をディスプレイに表示する。

【００４６】以上の結果、時間関数で動きを表現する人
間を平面上自由になおかつ地面に対して足が滑らずに移
動させることができる。

【００４７】図１０は、制御装置の一実施例である。動
作表現用時間関数データベース１１，通過点の指定装置
４１，移動経路の生成装置６１，移動方向の制御装置４
２，曲率半径の検出装置８１，移動速度の検出装置８
２，遠心力の算出装置８３，時間関数の補正装置７２，
関節角演算装置１２，レンダリング装置１３，表示装置
１４より構成される。人間の移動経路を指定装置４１及
び移動経路の生成装置６１を用い生成する。人間の正面
は移動方向の制御装置４２を用い接線方向を向くように
制御される。図１１は、地面に対して垂直に立っている
人間が円運動をした時に加わる力の関係を示す図であ
る。人間が８０１、曲率中心がＯ、曲率半径がＲ、重力
がｇ、遠心力がａ_r 、遠心力と重力の合成力がＦであ
る。このままでは、人間は遠心力のために外側に倒れて
しまう。あるいは、倒れそうに観測者に見える。そこ
で、次のように人間の姿勢を制御する。曲率半径の検出
装置８１を用い現在通過している曲線の曲率半径を、移
動速度の検出装置８２を用い現在の移動速度を検出又は
算出する。曲率半径及び移動速度より遠心力の算出装置
８３を用い人間に加わる遠心力を算出する。時間関数の
補正装置７２を用い図１２に示すように、遠心力ａ_r と
重力ｇの合成力Ｆと人間の姿勢が平行になるように人間
の姿勢をΘ_f 傾かせるように動作表現用時間関数を修正
する。これにより人間に加わる遠心力と重力が平衡し倒
れない。その後、関節角演算装置１２で関節の動きを生
成する。レンダリング装置１３は、関節角演算装置１２
で計算された結果から人間の３次元上の位置や姿勢を計
算し２次元に投影する。表示装置１４は投影された結果
をディスプレイに表示する。

【００４８】以上の結果、時間関数で動きを表現する人
間を曲線上を移動させる際に遠心力の影響を考慮するた
め、人間が倒れそうに見えたりするような不自然な動き
をすることがない。

【００４９】図１３は、制御装置の一実施例である。動
作表現用時間関数データベース１１，通過点の指定装置
４１，移動経路の生成装置６１，移動方向の制御装置４
２，曲率半径の検出装置８１，移動速度の検出装置８
２，重力の修正装置９１，遠心力の算出装置８３，時間
関数の補正装置７２，関節角演算装置１２，レンダリン
グ装置１３，表示装置１４より構成される。人間の移動
経路を指定装置４１及び移動経路の生成装置６１を用い
生成する。人間の正面は移動方向の制御装置４２を用い
接線方向を向くように制御される。曲率半径の検出装置
８１を用い現在通過している曲線の曲率半径を、移動速
度の検出装置８２を用い現在の移動速度を検出する。曲
率半径及び移動速度より遠心力の算出装置８３を用い人
間に加わる遠心力を算出する。時間関数の補正装置７２
で重力と遠心力が平衡するように人間の姿勢を補正す
る。重力の修正装置９１は重力に関する情報の大きさを
修正する。重力に関する情報の大きさを変えることによ
て、例えば重力を小さくすれば体が大きく傾き、逆に重
力を大きくすれば体があまり傾かないと言った動作の誇
張などができる。その後、関節角演算装置１２で関節の
動きを生成する。レンダリング装置１３は、関節角演算
装置１２で計算された結果から人間の３次元上の位置や
姿勢を計算し２次元に投影する。表示装置１４は投影さ
れた結果をディスプレイに表示する。

【００５０】以上の結果から、時間関数で動きを表現す
る人間を曲線上を移動させる際に重力の大きさを変える
ことによって人間が曲線上を通過する際に遠心力による
姿勢の変化を誇張あるいは控えめに表現することができ
る。

【００５１】図１４は、制御装置の一実施例である。動
作表現用時間関数データベース１１，位置の指定装置１
０１，距離の算出装置１０２，歩数に関する情報の入力
装置１０３，歩幅の制御装置１０４，時間関数の補正装
置７２，関節角演算装置１２，レンダリング装置１３，
表示装置１４より構成される。図１５は、人間の移動経
路と歩数の関係を示す表示装置での表示例の図である。
曲線１００１が人間の移動経路を示す。位置の指定装置
１０１で曲線１００１上の２点ｘ₁，ｘ₂を指定する。距
離の算出装置１０２で曲線ｘ₁ｘ₂の長さＬを求める。歩
数の入力装置１０３で曲線ｘ₁ｘ₂上を人間が移動する際
に要する歩数ｎを入力する。歩幅の制御装置１０４で歩
幅Ｓを次式のようにもとめ時間関数の補正装置７２に送
る。

【００５２】

【数１０】

【００５３】時間関数の補正装置７２では動作表現用時
間関数データベース１１より選択した時間関数を歩幅が
Ｓになるように補正する。補正した時間関数を用い関節
角演算装置１２で各関節の動きを生成する。レンダリン
グ装置１３で人間の３次元上の位置や姿勢を計算し２次
元に投影する。表示装置１４は、投影した結果をディス
プレイに表示する。

【００５４】以上の結果から、決められた区間を決めら
れた歩数で人間が移動できるようになる。

【００５５】図１６は、制御装置の位置実施例である。
動作表現用時間関数データベース１１，時刻の指定装置
１１１，時間の算出装置１１２，歩数の入力装置１０
３，一歩に要する時間の制御装置１１４，時間関数の補
正装置７２，関節角演算装置１２，レンダリング装置１
３，表示装置１４より構成される。図１７は、人間が移
動する際の歩調の時間の関係を示す表示装置１４での表
示例の図である。横軸が時間である。時刻の指定装置１
１１でタイムスケール１１０１上の２点ｔ₁ ，ｔ₂を指
定する。時間の算出装置１１２で２点ｔ₁，ｔ₂間の時間
の長さＴを求める。歩数の入力装置１０３で時刻ｔ₁ｔ
間を人間が移動する際に要する歩数ｎを入力する。一歩
に要する時間の制御装置１１４で一歩に要する時間Ｔ_s
を次式のように求め時間関数の補正装置７２に送る。

【００５６】

【数１１】

【００５７】時間関数の補正装置７２では動作表現用時
間関数データベース１１より選択した時間関数を一歩に
要する時間がＴs となるように補正する。補正した時間
関数を用い関節角演算装置１２で各関節の動きを生成す
る。レンダリング装置１３で人間の３次元上の位置や姿
勢を計算し２次元に投影する。表示装置１４は、投影し
た結果をディスプレイに表示する。

【００５８】以上の結果から、決められた時間を決めら
れた歩数で人間が移動できるようになる。

【００５９】図１８は、制御装置の位置実施例である。
動作表現用時間関数データベース１１，姿勢の指定装置
１２２，位置の指定装置１２１，時間関数の補正装置７
２，関節角演算装置１２，レンダリング装置１３，表示
装置１４より構成される。表現したい人間の姿勢（静止
状態の姿勢）を姿勢の指定装置１２２で指定する。その
姿勢になる空間上の位置を位置の指定装置１２１で指定
する。人間は動作表現用時間関数データベース１１より
選択された動作で移動している。人間が位置の指定装置
１２１で指定した地点に近づくと時間関数の補正装置７
２により時間関数が姿勢の指定装置１２２で指定した姿
勢になるように時間関数を補正していく。指定した位置
に人間が達すると、人間の姿勢は指定した姿勢になる。
補正した時間関数を用い関節角演算装置１２で各関節の
動きを生成する。レンダリング装置１３で人間の３次元
上の位置や姿勢を計算し２次元に投影する。表示装置１
４は、投影した結果をディスプレイに表示する。

【００６０】以上の結果から、時間関数で動作している
多関節構造体を決められた位置において決められた姿勢
をさせることができる。

【００６１】図１９は、制御装置の位置実施例である。
動作表現用時間関数データベース１１，姿勢の指定装置
１２２，時刻の指定装置１３１，時間関数の補正装置７
２，関節角演算装置１２，レンダリング装置１３，表示
装置１４より構成される。表現したい人間の姿勢（静止
状態の姿勢）を姿勢の指定装置１２２で指定する。その
姿勢になる時刻を時刻の指定装置１３１で指定する。人
間は動作表現用時間関数データベース１１より選択され
た動作で移動している。人間が時刻の指定装置１３１で
指定した時刻に近づくと時間関数の補正装置７２により
時間関数が姿勢の指定装置１２２で指定した姿勢になる
ように時間関数を補正していく。指定した時刻に人間が
達すると、人間の姿勢は指定した姿勢になる。補正した
時間関数を用い関節角演算装置１２で各関節の動きを生
成する。レンダリング装置１３で人間の３次元上の位置
や姿勢を計算し２次元に投影する。表示装置１４は、投
影した結果をディスプレイに表示する。

【００６２】以上の結果から、時間関数で動作している
多関節構造体を決められた時刻において決められた姿勢
をさせることができる。

【００６３】図２０は、制御装置の一実施例である。動
作表現用時間関数データベース１１、位置の指定装置
(Ａ)１４１，時間関数の選択装置(Ａ)１４２，位置及び
時間関数の記憶装置(Ａ)１４５,位置の指定装置(Ｂ)１
４３，時間関数の選択装置(Ｂ)１４４，位置及び時間関
数の記憶装置(Ｂ)１４６，距離の算出装置１４７，時間
関数の補間装置１４８，関節角演算装置１２，レンダリ
ング装置１３，表示装置１４より構成される。図２１
は、移動中の人間の動作表現を補間する手法を説明する
ための表示装置１４の画面の表示例を示す図である。人
間は直線１４０１上を左側から右側に移動する。位置の
指定装置(Ａ)１４１を用いて図２１の直線１４０１上の
点Ｘ_m ：１４０２を指定し、その地点の動作表現を時間
関数の選択装置(Ａ)１４２を用いて動作表現用時間関数
データベース１１より選択する。ここでは、仮に選択し
た動作を「普通に歩く」（図２１，１４０３）とする。
この時間関数の各周波数成分のスペクトル強度をＡ_mn，
位相をΨ_mnとする。指定した直線上の位置Ｘm及び動作
を表現する時間関数のスペクトル強度Ａ_mn ，位相Ψ_mn
は、位置及び時間関数の記憶装置(Ａ)１４５に記憶され
る。次に、位置の指定装置(Ｂ)１４３を用いて点Ｘ
_m+1 ：１４０４を指定し、その地点の動作表現を時間関
数の選択装置(Ｂ)１４４を用いて動作表現用時間関数デ
ータベース１１より選択する。ここでは、仮に選択した
動作を「元気に歩く」（図２１，１４０５）とする。こ
の時間関数の各周波数成分のスペクトル強度をＡ_m+1n，
位相をΨ_m+1nとする。指定した直線上の位置Ｘ_m+1 及び
動作を表現する時間関数のスペクトル強度Ａ_m+1n，位相
Ψ_m+1nは、位置及び時間関数の記憶装置(Ｂ)１４６に記
憶される。距離の算出装置１４７は、現在の人間の位置
を算出する。現在地をｘ：１４０６とする。時間関数の
補間装置１４８は、２地点の時間関数及び現在の位置よ
り次式のように現地点の時間関数のスペクトル強度Ａ
_n(ｘ)，位相Ψ_n(ｘ)を求める。

【００６４】

【数１２】

【００６５】

【数１３】

【００６６】関節角演算装置１２は数１２及び数１３で
求めたスペクトル強度Ａ_n(ｘ)、位相Ψ_n(ｘ)より関節角
を次式のように求める。

【００６７】

【数１４】

【００６８】補間した時間関数を用い関節角演算装置１
２で各関節の動きを生成する。この例では「普通に歩
く」と「元気に歩く」の中間の動作１４０３が生成され
る。レンダリング装置１３で人間の３次元上の位置や姿
勢を計算し２次元に投影する。表示装置１４は、投影し
た結果をディスプレイに表示する。

【００６９】以上の結果、指定した２地点の動作を補間
した表現をしながら２地点を移動する事ができる。

【００７０】図２２は、制御装置の一実施例である。動
作表現用時間関数データベース１１，時刻の指定装置
(Ａ)１５１，時間関数の選択装置(Ａ)１５２，時刻及び
時間関数の記憶装置(Ａ)１５５，時刻の指定装置(Ｂ)１
５３,時間関数の選択装置(Ｂ)１５４，時刻及び時間関
数の記憶装置(Ｂ)１５６，時間の算出装置１５７，時間
関数の補間装置１５８，関節角演算装置１２，レンダリ
ング装置１３，表示装置１４より構成される。図２３
は、移動中の人間の動作表現を補間する手法を説明する
ための表示装置１４の画面での表示例を示す図である。
直線１５０１は、時間軸である。時刻の指定装置(Ａ)１
５１を用いて図２３の時間軸上の時刻Ｔ_m：１５０２を
指定し、その時刻の動作表現を時間関数の選択装置(Ａ)
１５２を用いて動作表現用時間関数データベース１１よ
り選択する。ここでは、仮に選択した動作を「普通に歩
く」（図２３，１５０３）とする。この時間関数の各周
波数成分のスペクトル強度をＡ_mn，位相をΨ_mnとする。
指定した時刻Ｔ_m 及び動作を表現する時間関数のスペク
トル強度Ａ_mn，位相Ψ_mnは、時刻及び時間関数の記憶装
置(Ａ)１５５に記憶される。次に、時刻の指定装置(Ｂ)
１５３を用いて時刻Ｔ_m+1：１５０４を指定し、その時
刻の動作表現を時間関数の選択装置(Ｂ)154を用いて動
作表現用時間関数データベース１１より選択する。ここ
では、仮に選択した動作を「元気に歩く」（図２３，１
５０５）とする。この時間関数の各周波数成分のスペク
トル強度をＡ_m+1n，位相をΨ_m+1n とする。指定した時
刻Ｔ_m+1及び動作を表現する時間関数のスペクトル強度
Ａ_m+1n，位相Ψ_m+1nは、時刻及び時間関数の記憶装置
(Ｂ)１５６に記憶される。時間の算出装置１５７は、現
在の時刻を算出する。現在時刻をｔ：１５０６とする。
時間関数の補間装置１５８は、２地点の時間関数及び現
在の時刻より次式のように現地点の時間関数のスペクト
ル強度Ａ_n(ｔ)，位相Ψ_n(ｔ)を求める。

【００７１】

【数１５】

【００７２】

【数１６】

【００７３】関節角演算装置１２は数１５及び数１６で
求めたスペクトル強度Ａ_n(ｔ)，位相Ψ_n(ｔ)より関節角
を次式のように求める。

【００７４】

【数１７】

【００７５】補間した時間関数を用い関節角演算装置１
２で各関節の動きを生成する。この例では「普通に歩
く」と「元気に歩く」の中間の動作１５０３が生成され
る。レンダリング装置１３で人間の３次元上の位置や姿
勢を計算し２次元に投影する。表示装置１４は、投影し
た結果をディスプレイに表示する。

【００７６】以上の結果、指定した２つの時刻の間の動
作を補間した表現をしながら２地点を移動する事ができ
る。

【００７７】図２４は、制御装置の一実施例である。動
作表現用時間関数データベース１１，関節の指定装置１
６１，時間関数表現の切離し装置１６２，キーフレーム
法による動作の生成装置１６３，合成装置１６４，関節
角演算装置１２，レンダリング装置１３，表示装置１４
より構成される。人間の全ての動作を時間関数だけで表
現できない場合がある。例えば「歩きながら手を振る」
ような場合「歩く」という動作が時間関数データベース
に登録してあったとしても、「手を振る」という動作が
データベースに登録してなければ「歩きながら手を振
る」といった動作は生成できない。このような場合本制
御装置を用いて動作を生成する。例として「歩きながら
手を振る」の動作の生成法について説明する。先ず、動
作表現用時間関数データベース１１より「歩く」を表現
する時間関数を選択する。「左手を振る」動作を生成す
るとする。この場合、左肩から先の関節を時間関数表現
から切り離さなければならない。その指定は関節の指定
装置１６１で行なう。指定した関節を時間関数表現の切
離し装置１６２で時間関数表現から切り離す。切り離さ
れた関節を残して関節角演算装置１２で各関節の動きを
生成する。切り離された関節の動作はキーフレーム法に
よる動作の生成装置１６３で動作を生成する。キーフレ
ーム法で生成された動作と時間関数で生成された動作は
合成装置１６４で合成される。レンダリング装置１３で
人間の３次元上の位置や姿勢を計算し２次元に投影す
る。表示装置１４は、投影した結果をディスプレイに表
示する。

【００７８】以上の結果、動作表現用時間関数データベ
ースに登録されていない動作においても動作を生成する
ことができる。

【００７９】図２５は、制御装置の一実施例である。動
作表現用時間関数データベース１１，関節の指定装置１
６１，時間関数表現の切離し装置１６２，キーフレーム
法による動作の生成装置１６３，時間関数変換装置１７
１，合成装置１６４，関節角演算装置１２，レンダリン
グ装置１３，表示装置１４より構成される。本実施例は
図２４の多関節構造体の制御装置のキーフレーム法によ
る動作の生成装置163の後に時間関数変換装置を付加し
たものである。時間関数変換装置１７１は、キーフレー
ム法による動作の生成装置１６３で生成した動作を数１
のような形の時間関数に変換する装置である。時間関数
に変換されたキーフレーム法で生成された動作は、動作
表現用時間関数データベース１１に登録される。登録さ
れた時間関数は別の機会に用いる時に再利用する。

【００８０】以上の結果、動作表現用時間関数データベ
ースに登録されていない動作をキーフレーム法で生成し
その動作を時間関数に変換し動作表現用時間関数データ
ベースに登録することにより一度作った動作を再利用す
ることができる。

【００８１】図２６は、動作表現用時間関数を生成する
装置の一実施例である。動作測定装置１８１，時間関数
変換装置１８２，動作表現用時間関数データベース１１
より構成される。図２７は、動作表現用時間関数の生成
手順の一例を示す図である。動作計測装置１８１で、人
間の各関節の動き（関節の曲げ角）を計測する。図２７
の例では、人間１８０１の動作をビデオカメラ１８０２
で撮影しフレーム毎に画面上に映し出された映像１８０
３から各関節の動きを計測する。計測された一例が１８
０４である。人間の関節の動きは１８０４のように周期
運動が多い。そこで、時間関数変換装置１８２で測定さ
れたデータをフーリエ級数展開し数１のような関数（動
作表現用時間関数）に変換する。変換した時間関数は動
作表現用時間関数データベース１１に登録される。

【００８２】以上の結果、実際の人間の動作より動作表
現用時間関数を生成することができる。

【００８３】図２８は、動作表現用時間関数を生成する
装置の一実施例である。動作測定装置１８１，測定デー
タの修正装置１９１，時間関数変換装置１８２，動作表
現用時間関数データベース１１より構成される。図２６
の実施例に測定データの修正装置１９１を付加したもの
である。測定データには測定誤差や測定ミスによる実際
のデータとのずれが生じる。そこで、実際のデータに近
付けるために測定データの修正装置１９１、によりフィ
ルタリング処理や測定データの修正を行なう。以上の結
果、実際の人間の動作を計測し、計測時に生じる誤差を
排除し、動作表現用時間関数を生成することができる。

【００８４】図２９は、動作表現用時間関数を生成する
装置の一実施例である。キーフレーム法による動作の生
成装置２０１，時間関数変換装置１８２，動作表現用時
間関数データベース１１より構成される。人間の動作を
キーフレーム法による動作の生成装置２０１を用いて生
成する。生成された動作(各関節の曲げ角の時間変化)を
時間関数変換装置１８２を用いて動作表現用時間関数に
変換する。生成された時間関数は動作表現用時間関数デ
ータベース１１に登録される。

【００８５】以上の結果、キーフレーム法で生成された
動作から動作表現用時間関数を生成することができる。

【００８６】図３０は、動作表現用時間関数を生成する
装置の一実施例である。動作表現用時間関数データベー
ス１１，時間関数の修正装置２１１より構成される。動
作表現用時間関数データベース１１より選択された時間
関数は時間関数の修正装置２１１で修正される。ここで
の修正とは、動作関数のフィルタリング処理，動作関数
の補間，複数の動作関数の平均処理などである。修正さ
れた動作関数は動作表現用時間関数データベース１１に
登録され再利用される。

【００８７】以上の結果、動作表現用時間関数データベ
ースより選択した時間関数を修正処理後、動作表現用時
間関数データベースに登録することにより、一度修正し
た動作関数を再利用することができる。

【００８８】図３１は、制御装置の一実施例である。動
作表現用時間関数データベース１１，時間関数の選択装
置（体の一部の関節の時間関数を選択）２２１，選択さ
れた時間関数の一時記憶装置群（関節毎）２２２，２２
３，２２４，時間関数の合成装置２２５，関節角演算装
置１２，レンダリング装置１３，表示装置１４より構成
される。本制御装置は上半身は「歩く」動作を、下半身
は「走る」動作を表現するような場合に用いる。このよ
うな動作を生成する場合の例を示す。動作表現用時間関
数データベース１１より、時間関数の選択装置２２１を
用い「歩く」動作の上半身の時間関数を選択し、選択さ
れた時間関数の一時記憶装置２２２に記憶させる。次
に、時間関数の選択装置２２１を用い「走る」動作の下
半身の時間関数を選択し、選択された時間関数の一時記
憶装置２２３に記憶させる。上半身の時間関数と下半身
の時間関数を時間関数の合成装置２２５を用い合成す
る。合成された時間関数を用い関節角演算装置１２で各
関節の動きを計算する。レンダリング装置１３で人間の
３次元上の位置や姿勢を計算し２次元に投影する。表示
装置１４は、投影した結果をディスプレイに表示する。

【００８９】以上の結果、関節毎に時間関数を選択する
ことができ関節毎の動作の組合わせができる。

【００９０】図３２に、図１〜図３１の実施例における
種々のパラメータ等を例えば画面を介して入力する編集
部となる動作エディタ９５を示す。動作エディタ９５に
よって編集されたデータが前述のレンダリング装置１
３，表示装置１４に出力される。動作エディタ９５は、
動作表現の指定部９５１，経路及び速度の指定部９５
２，キーフレーム法による動作の修正部９５３より構成
される。

【００９１】図３３に示す動作表現の指定部９５１での
画面例では、前述した実施例の動作表現用の関数の選択
やその関数の重みの制御等を行なう。動作表現指定部９
５１では、作者の表現しようとする動作を表わす、関数
（各関節の動きを表わす周波数のスペクトル強度及び位
相角）を出力する。

【００９２】図３４に示す経路及び速度の指定部９５２
の画面例では、前述した実施例の人間の移動する経路，
速度，動作表現等を指定する。出力されるデータは、１
コマ毎の人間の関節の曲げ角度である。

【００９３】図３５に示すキーフレーム法による動作の
修正部９５３の画面例では、関数表現による動作表現の
一部を関数表現から切離しキーフレーム法により生成す
る。以上、上述した実施例は、コンピュータグラフィッ
クスシステムで人間を表現しその動作制御の例である
が、関節角演算装置の演算結果を動作指令として実物の
多関節ロボットの動作制御信号とし、ロボットを駆動す
るロボット制御システムにも適用することもできる。

【００９４】

【発明の効果】本発明によれば、時間関数を用いて動作
を生成する多関節構造体のいろいろな動作表現、空間上
の移動制御などが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す多関節構造体の制御装
置の構成図である。

【図２】本発明の一実施例を示す多関節構造体の制御装
置である。

【図３】本発明の一実施例を示す多関節構造体の制御装
置である。

【図４】本発明の一実施例を示す多関節構造体の制御装
置である。

【図５】通過点と移動方向の関係を示す図である。

【図６】本発明の一実施例を示す多関節構造体の制御装
置である。

【図７】通過点と人間の移動方向を示す図である。

【図８】本発明の一実施例を示す多関節構造体の制御装
置である。

【図９】曲線移動時の歩幅の関係を示す図である。

【図１０】本発明の一実施例を示す多関節構造体の制御
装置である。

【図１１】円運動時に人間に加わる力を示す図である。

【図１２】姿勢の補正を示す図。

【図１３】本発明の一実施例を示す多関節構造体の制御
装置である。

【図１４】本発明の一実施例を示す多関節構造体の制御
装置である。

【図１５】移動経路と歩幅の関係を示す図。

【図１６】本発明の一実施例を示す多関節構造体の制御
装置である。

【図１７】時刻と歩幅の関係を示す図。

【図１８】本発明の一実施例を示す多関節構造体の制御
装置である。

【図１９】本発明の一実施例を示す多関節構造体の制御
装置である。

【図２０】本発明の一実施例を示す多関節構造体の制御
装置である。

【図２１】移動中の動作の補間を示す図。

【図２２】本発明の一実施例を示す多関節構造体の制御
装置である。

【図２３】時刻による動作補間を示す図。

【図２４】本発明の一実施例を示す多関節構造体の制御
装置である。

【図２５】本発明の一実施例を示す多関節構造体の制御
装置である。

【図２６】本発明の一実施例を示す測定データからの時
間関数生成装置である。

【図２７】動作表現用時間関数の生成方法を示す図。

【図２８】本発明の一実施例を示す測定データからの時
間関数生成装置である。

【図２９】本発明の一実施例を示すキーフレーム法によ
るデータからの時間関数生成装置である。

【図３０】本発明の一実施例を示すデータベースの修正
装置である。

【図３１】本発明の一実施例を示す多関節構造体の制御
装置である。

【図３２】本発明の各実施例における種々のパラメータ
を画面を介して入力し得る編集部となる動作エディタ９
５を示す図。

【図３３】動作エディタ９５の動作表現の指定部９５１
の画面例を示す図。

【図３４】動作エディタ９５の経路及び速度の指定部９
５２の画面の一例を示す図。

【図３５】動作エディタ９５のキーフレーム法による動
作の修正部９５３の画面の一例を示す図。

【符号の説明】

１１…動作表現用時間関数データベース、１２…関節角
演算装置、１３…レンダリング装置、１４…表示装置、
１５…制御装置。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多関節構造体の各関節の動きを表わす複数
の一次的時間関数を記憶する記憶手段と、上記複数の一次的時間関数の中から複数の一次的時間関
数を選択する選択手段と、上記選択された複数の一次的時間関数に基づいて、少な
くとも一つの二次的時間関数を演算する演算手段と、上記二次的時間関数に基づいて多関節構造体の動作を出
力する出力手段とを具備することを特徴とする多関節構
造体の動作表現装置。
【請求項２】上記演算手段は、上記選択された複数の一
次的時間関数の平均量に基づいて、少なくとも一つの二
次的時間関数を演算する演算手段であることを特徴とす
る請求項１に記載された多関節構造体の動作表現装置。
【請求項３】上記平均量は、各一次的時間関数に重みを
付けた平均量であることを特徴とする請求項２に記載さ
れた多関節構造体の動作表現装置。
【請求項４】上記出力手段は、表示手段であることを特
徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載された多
関節構造体の動作表現装置。
【請求項５】多関節構造体の運動経路を生成するものに
おいて、上記多関節構造体の運動の始点の位置を示す情報、上記
多関節構造体の運動の始点における速度と運動の方向と
の少なくとも一方を示す情報、上記多関節構造体の運動
の終点の位置を示す情報、上記多関節構造体の運動の終
点における速度と運動の方向との少なくとも一方を示す
情報を入力する入力手段と、上記多関節構造体の運動の始点の位置を示す情報、上記
多関節構造体の運動の始点における速度と運動の方向と
の少なくとも一方を示す情報、上記多関節構造体の運動
の終点の位置を示す情報、上記多関節構造体の運動の終
点における速度と運動との少なくとも一方を示す情報に
基づいて、上記多関節構造体の上記始点から上記終点ま
での運動経路を示す情報を演算する演算手段とを具備す
ることを特徴とする多関節構造体の動作表現装置。
【請求項６】上記多関節構造体の上記始点から上記終点
までの運動経路を示す情報を表示する表示手段を具備す
ることを特徴とする請求項５に記載された多関節構造体
の動作表現装置。
【請求項７】上記表示手段は、上記多関節構造体の運動
の始点の位置を示す情報、上記多関節構造体の運動の終
点の位置を示す情報を表示することを特徴とする請求項
６に記載された多関節構造体の動作表現装置。
【請求項８】上記表示手段は、上記多関節構造体の運動
の始点における速度と運動の方向との少なくとも一方を
示す情報、上記多関節構造体の運動の終点における速度
と運動との少なくとも一方を示す情報を表示することを
特徴とする請求項６に記載された多関節構造体の動作表
現装置。
【請求項９】上記多関節構造体の運動の始点における速
度と運動の方向との少なくとも一方を示す情報、上記多
関節構造体の運動の終点における速度と運動との少なく
とも一方を示す情報はベクトル情報であることを特徴と
する請求項５に記載された多関節構造体の動作表現装
置。
【請求項１０】多関節構造体の運動経路を生成するもの
において、上記多関節構造体の運動中の位置に対応する情報と、上
記多関節構造体の運動中の向きを示す情報とを入力する
入力手段と、上記多関節構造体の運動中の位置に対応する情報と上記
多関節構造体の運動中の向きを示す情報とに基づいて、
上記多関節構造体の運動中の経路を示す情報を演算する
演算手段とを具備することを特徴とする多関節構造体の
動作表現装置。
【請求項１１】上記多関節構造体の運動中の位置に対応
する情報、上記多関節構造体の運動中の向きを示す情報
を記憶する記憶手段とを具備することを特徴とする請求
項１０に記載された多関節構造体の動作表現装置。
【請求項１２】上記多関節構造体の運動中の向きを示す
情報は、座標系上の所望の点、または他の多関節構造体
に対する上記多関節構造体の運動中の向きを示す情報で
あることを特徴とする請求項１０に記載された多関節構
造体の動作表現装置。
【請求項１３】上記多関節構造体の運動中の向きを示す
情報は、座標系上の所望の線に対する上記多関節構造体
の運動中の向きを示す情報であることを特徴とする請求
項１０に記載された多関節構造体の動作表現装置。
【請求項１４】上記多関節構造体の運動中の向きを示す
情報は、座標系上の所望の平面に対する上記多関節構造
体の運動中の向きを示す情報であることを特徴とする請
求項１０に記載された多関節構造体の動作表現装置。
【請求項１５】上記多関節構造体の運動中の向きを示す
情報は、多関節構造体の運動の方向に対する上記多関節
構造体の運動中の向きを示す情報であることを特徴とす
る請求項１０に記載された多関節構造体の動作表現装
置。
【請求項１６】多関節構造体の各関節の動きを時間関数
で表現するものにおいて、多関節構造体の通過点を指定する手段と、指定した通過点の間を多関節構造体が運動する経路生成
手段と、指定した通過点上を通過する多関節構造体の動作を出力
する出力手段とを具備することを特徴とする多関節構造
体の動作表現装置。
【請求項１７】多関節構造体の各関節の動きを時間関数
で表現するものにおいて、多関節構造体の通過点を指定する手段と、指定した通過点の近傍間を多関節構造体が運動する経路
生成手段と、指定した通過点の近傍を通過する多関節構造体の動作を
出力する出力手段とを具備することを特徴とする多関節
構造体の動作表現装置。
【請求項１８】指定した通過点の間を多関節構造体が通
過する手段として、指定した通過点の間を曲線で接続す
る手段を備え、多関節構造体が指定した曲線上を運動す
ることを特徴とする請求項１６または請求項１７に記載
された多関節構造体の動作表現装置。
【請求項１９】指定した通過点の間を多関節構造体が通
過する手段として、指定した通過点の間を曲線で接続す
る手段と、多関節構造体が生成された曲線上を運動する
ときにその時点の曲線の曲率に応じ曲率中心に近い方の
足の歩幅を小さく、曲率中心に遠い方の足の歩幅を大き
くする手段と、それぞれの足が接平面に対し滑らない手
段を備え、多関節構造体が指定した曲線上を滑らずに運
動するように制御することを特徴とする請求項１６また
は請求項１７に記載された多関節構造体の動作表現装
置。
【請求項２０】多関節構造体の各関節の動きを時間関数
で表現するものにおいて、上記多関節構造体が曲線上を運動するときに、上記曲線
の曲率半径を検出、又は算出する手段と、上記多関節構造体の運動速度を検出、又は算出する手段
と、上記曲率半径と上記運動速度から遠心力を算出する手段
と、上記多関節構造体に対し遠心力と重力が平衡するように
時間関数を補正する手段とを具備することを特徴とする
多関節構造体の動作表現装置。
【請求項２１】重力に関する情報を変更する手段を具備
することを特徴とする請求項２０に記載された多関節構
造体の動作表現装置。
【請求項２２】空間上の複数点を指定する手段と、歩数に関する情報を入力する手段と、指定した複数点の間を指定した歩数で運動する多関節構
造体の動作を出力する出力手段とを具備することを特徴
とする多関節構造体の動作表現装置。
【請求項２３】複数の時刻を指定する手段と、歩数に関する情報を入力する手段と、指定した複数の時刻間を指定した歩数で運動する多関節
構造体の動作を出力する出力手段とを具備することを特
徴とする多関節構造体の動作表現装置。
【請求項２４】多関節構造体の各関節の動きを時間関数
で表現するものにおいて、運動中に指定した位置におい
て指定した姿勢をとる上記多関節構造体の動作を出力す
る出力手段を具備することを特徴とする多関節構造体の
動作表現装置。
【請求項２５】多関節構造体の各関節の動きを時間関数
で表現するものにおいて、運動中に指定した時刻位置に
おいて指定した姿勢をとる上記多関節構造体の動作を出
力する出力手段を具備することを特徴とする多関節構造
体の動作表現装置。
【請求項２６】多関節構造体の各関節の動きを時間関数
で表現するものにおいて、指定した空間における多関節構造体の動作を時間関数で
表現する手段と、指定した空間と空間の間の動作を表現する時間関数を指
定した空間における多関節構造体の動作を表現する時間
関数を空間と空間の間の距離で補間し、中間地点におけ
る多関節構造体の動作を表現する時間関数を生成する手
段と、指定区間を実質的に連続的に変化する上記多関節構造体
の動作を出力する出力手段とを具備することを特徴とす
る多関節構造体の動作表現装置。
【請求項２７】多関節構造体の各関節の動きを時間関数
で表現するものにおいて、指定した時刻における多関節構造体の動作を時間関数で
表現する手段と、指定した時刻と時刻の間の動作を表現する時間関数を指
定した時刻における多関節構造体の動作を表現する時間
関数を時刻と時刻の間の時間で補間し中間時刻における
多関節構造体の動作を表現する時間関数を生成する手段
と、指定区間を実質的に連続的に変化する上記多関節構造体
の動作を出力する出力手段とを具備することを特徴とす
る多関節構造体の動作表現装置。
【請求項２８】多関節構造体の各関節の動きを時間関数
とキーフレーム方とで表現するものにおいて、多関節構
造体の特定の関節の動きを時間関数表現から切離し、切
り離した関節の動きをキーフレーム法で生成する手段
と、多関節構造体の動きを時間関数表現とキーフレーム法に
よる表現を合成して処理できる手段とを具備することを
特徴とする多関節構造体の動作表現装置。
【請求項２９】キーフレーム法で生成した動作を時間関
数に変換し、該時間関数を記憶する手段を具備すること
を特徴とする請求項２８に記載された多関節構造体の動
作表現装置。
【請求項３０】多関節構造体の関節の動きを測定する手
段と、測定された該多関節構造体の関節の動きを時間関数に変
換する手段と、該時間関数に基づいて多関節構造体の動作を出力する出
力手段とを具備することを特徴とする多関節構造体の動
作表現装置。
【請求項３１】上記時間関数に変換する手段は、測定さ
れた多関節構造体の関節の動きを補正して、時間関数に
変換する手段であることを特徴とする請求項３０に記載
された多関節構造体の動作表現装置。
【請求項３２】多関節構造体の各関節の動きを時間関数
で表現するものにおいて、多関節構造体の関節の動きを
キーフレーム法で生成し、キーフレーム法で生成された
動作を時間関数に変換し、多関節構造体の動作を出力す
ることを特徴とする多関節構造体の動作表現装置。
【請求項３３】多関節構造体の各関節の動きを時間関数
で表現するものにおいて、多関節構造体の動作を選択す
るときに、全ての関節の時間関数を同一動作を表現する
時間関数群を用いて動作を生成することを特徴とする多
関節構造体の動作表現装置。
【請求項３４】多関節構造体の各関節の動きを時間関数
で表現するものにおいて、多関節構造体の動作を選択す
るときに、それぞれの関節の時間関数を同一動作あるい
は異なる動作を表現する時間関数群を用いて動作を生成
することを特徴とする多関節構造体の動作表現装置。
【請求項３５】請求項１から請求項３３の何れかに記載
された多関節構造体の動作表現装置と、該多関節構造体
の動作を表示する表示装置とを具備することを特徴とす
るコンピュータグラフィックスシステム。
【請求項３６】請求項１から請求項３３の何れかに記載
された多関節構造体の動作表現装置と、該多関節構造体
の動作に応じて駆動されるロボットとを具備することを
特徴とするロボット制御システム。
【請求項３７】請求項１から請求項３の何れかに於い
て、上記一次的時間関数は、時間関数の成分であること
を特徴とする多関節構造体の動作表現装置。