JP2001319235A - モーションデータ作成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明はビデオカメラ、写真、絵などの二次元
画像を用いて、コンピューター内の三次元空間の位置、
方向などを特定し、モーションデータを作成する装置に
関するものである。 【解決手段】（１）ビデオカメラ、写真機などの映像撮
影機器を用いて、必要な物体が動いている状態を撮影
し、動画、もしくは静止画を作成する。その際、その物
体の必要な位置に必要な数の目印（マーカー）をつけて
おく。（２）映像データをコンピューターに取りこむ。
（３）その画像を利用して、コンピュータを用い、マー
カーの位置、方向などを測定し，そのデータを利用する
事により、仮想三次元空間上に位置，方向などのデータ
を作成する。（４）（３）の動作を必要な分繰り返し、
連続した位置、方向などのデータ、すなわちモーション
データを作成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、モーションデータ
の作成が容易に行えるモーションデータ作成装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】三次元コンピューターグラフィックスに
おいて、その画面内の物体データ（ポリゴン等）を動か
す場合、、その物体のコンピュータ内の仮想三次元空間
上の、移動や回転前の位置と方向のデータと、移動や回
転後の位置と方向のデータを必要とする。三次元コンピ
ューターグラフィックスは、この位置、方向データを多
数、連続させてつなげていく事により、動物の関節の動
きや乗り物等のアニメーションを可能にする。そのデー
タをモーションデータ（アニメーションデータ）とい
う。

【０００３】すなわちモーションデータとは、連続した
多数の位置、方向などを表すデータの、集合したデータ
を言う。

【０００４】従来このモーションデータを作成する場
合、光学式のセンサーなどを用いた大掛かりな専用の機
械や、専用の室内を用いて、その機器を扱う専門の人間
を必要とした。しかしこれらの機器はその専門性と複雑
な機構から高価であった。

【０００５】そのため、設備を自前で購入できない者
は、この設備を時間単位などで借りてモーションデータ
を作成するか、販売されているモーションデータを用途
に応じて購入するか、もしくは自分の経験と技術によ
り、長時間かけて手作業で作成していかなければならな
かった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、モーションデータを作成する場合、従来専用の複
雑かつ 高価な機器、設備を必要とした点。また、それ
らの専用の設備を使用しない場合は、アニメーションを
作成するための豊富な知識、経験、高度な技術、長時間
労力がかかっていた点。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、ビデオカメ
ラ、写真、絵などの二次元画像を用いて、三次元空間に
おける位置、方向などのデータを測定し、モーションデ
ータを作成する点を最も主要な特徴とする。その構成は
（１）ビデオカメラや写真機などの映像撮影機器を用い
て、必要な物体が動いている状態を撮影し、動画、もし
くは静止画を作成する。その際、その物体の必要な位置
に必要な数の目印（マーカー）をつけておく。（２）映
像データをコンピューターに取りこむ。（３）その画像
を利用して、コンピュータを用いマーカーの位置、方向
などを測定し、そのデータを利用する事により、仮想三
次元空間上に位置，方向などのデータを作成する。
（４）（３）の動作を必要な分繰り返し、連続した位
置、方向などのデータ、すなわちモーションデータを作
成する。この発明により設備構成が単純で小さく、か
つ、安価なモーションデータ作成装置が可能になる。

【０００８】

【発明の実施の形態】まず、この発明の本質的な部分
は、二次元画像を用いて、三次元位置、方向などを特定
し、モーションデータを作成する、と言うところにあ
る。

【０００９】次に本発明の実施形態を述べると、全体的
な構成は大きく分けると２つの工程に分けられる。

【００１０】２つの工程とは、１、モーションデータを
作るのに必要な、マーカーを含む二次元画像の作成をす
る部分。２、その工程で得られた二次元画像を用いてモ
ーションデータを作成する部分、である。

【００１１】まず、モーションデータを作るのに必要
な、マーカーを含む二次元画像の作成する部分の説明を
行う。

【００１２】ここで必要な機材は、マーカー。撮影し映
像を保存するための機器。自分がほしいモーションデー
タの動きを行える物体。等である。

【００１３】まず、ビデオカメラや写真機などの映像撮
影機を用いて、必要な物体が動いている状態を撮影し、
動画、もしくは静止画を作成する。この際の撮影機器は
マーカーを含む画像を作成できるものであればよく、撮
影機器は何でも良い。この作業の具体的内容を表したの
が図1である。この工程で重要な目的は、マーカーを付
けた物体の、同じ時間もしくは、同じ動作を表す状態を
複数方向から撮影した動画、もしくは静止画の画像デー
タを得る、という点である。

【００１４】具体的にはまず、ビデオカメラなどの撮影
機器を用い、自分がモーションデータを必要とする動き
に類似した物体の、動画もしくは静止画の撮影を行う。
その際、その物体には目印（マーカー）を必要な位置
に、必要な数だけ付けておく。このマーカーは、コンピ
ュータでモーションデータを作成する時に、モーション
データの位置、方向、その他任意のデータを決定するた
めものである。

【００１５】図１は物体を、ビデオカメラなどの３、正
面方向撮影機器と４、側面方向撮影機器を用い、同時に
複数方向から連続撮影した場合の例である。この例で
は、３は物体の正面、４は側面方向にあるものとする。
また物体は人間とする事とし、撮影中、運動している状
態である。マーカーは片腕の手首に一つ付けたものとす
る。また腕を上方へ上げる動作を行い撮影するものとす
る。

【００１６】図２は物体を３で撮影した詳細例、図３は
物体を４で撮影した詳細例である。（この場合の撮影機
は二次元画像を作成できるものであればよく、デジタ
ル、アナログ等のデータ形式は問わない。）

【００１７】マーカーをつけた画像を撮影する際、いく
つかの点に注意する。

【００１８】この物体の撮影は、立体データを得るため
に、同じ動き、もしくは同じ時間の、同一物体の映像
を、最低２方向以上から得ておく。また、この例では2
方向に限定しているが、物体上方、下方、斜めなど自由
な複数方向から撮影する事も可能である。また撮影する
方向を増やし、使用するほどマーカーの情報が増えるの
で、得られる情報の精度が上がる。

【００１９】また、撮影する際、すべての方向の画面に
写る物体の大きさ、位置を揃えておくようにする。のち
にコンピュータ上での補正も可能であるが、手間が省け
るので作成時間を短縮できる。その他、撮影する物体ま
での距離等は任意のものとする。

【００２０】またマーカーの撮影の際、物体と背景の色
は揃えておくようにする。そうすることにより背景と、
余分な物体の部位を削除でき、マーカーの判別をしやす
く出来る。このときの色は何色でもかまわないが、マー
カーの色と容易に区別できる色にする。この図１の例で
は、物体は全身白色のタイツを装着し、背景も白色一色
とする事にし、マーカーの色とは重ならないものとす
る。

【００２１】この段階で二次元画像を正確に出す事が重
要であり、同じ設定の複数台の撮影機で、物体まで等距
離で、同じ倍率で同じスピードのコマ割で同時に撮影す
るとモーションデータが正確に出る。また、マーカーを
はっきりと区別できる状態で撮影する事で正確なデータ
の収集できる。

【００２２】この際、必要なのは、動きを表す画像であ
る。動画とは、静止画を連続的に表示する静止画の集合
体であり、ここで動画を得ると言う事は、複数枚の動き
が変化した静止画像を得ると言う事と同義である。その
ため静止画を、写真などの静止画像で複数回に分けて撮
影してもよいものとする。

【００２３】また、撮影の際、複数台のカメラをコンピ
ューターにつなげてさせてリアルタイムで画像データを
得ることも可能であるし、または同じ物体で同じ動きを
何回も行い、一台のビデオカメラなどで、多数の方向か
ら何回も同じ動作をくりかえし撮影し、画像を得てもよ
い。（ただし同じ時間や、同じ動作の物体を撮影した場
合、複数台のカメラを用いて同時にとったものほど、コ
マ間の動きのずれが生じずらいので、マーカーで得るデ
ータの精度が高くなる。）また複数の物体にマーカーを
多数付け、動きを同時に撮影しておく事により、時間の
短縮も可能である。

【００２４】この工程で重要なのは、マーカーを付けた
動く物体の動画、もしくは静止画を得るという点にあ
る。

【００２５】次にマーカーの説明を行う。

【００２６】マーカーとは目印、すなわちデータを割り
出すための道具を言う。そのため、二次元画像に目的の
データを記すことが出来るならば、どのような形状、
色、大きさでかまわない。

【００２７】例えば、車のモーションデータを得るため
に、必ずしも実際の車にマーカーを付けて撮影しなけれ
ばならない、と言うわけではない。場合によってはおも
ちゃのミニカーにマーカーをつけて擬似的に自動車のモ
ーションデーターを得ることもあると思われる。人間の
モーションデータを得る場合は人形につける場合もある
かもしれない。そのような訳から、これらマーカーの、
色彩や形状は、自分の得ようとする動きを表す物体の状
態、形状、縮尺等に左右されるものであり、色彩、形
状、大きさは必要とする状態によって任意に考案できる
ものである。

【００２８】またこのマーカーは必ずしも物体に付ける
というのではなく、物体自身をマーカーとする事も可能
であり、この場合は、マーカーを紐でぶら下げたりして
モーションデータ作成用の画像を作成できる。

【００２９】撮影の際に物体につけるマーカーの例を示
す。

【００３０】図４は人間につける時のマーカーの一例で
ある。ここで２１は位置を、２２、２３、２４、２５、
２６、２７、２８は方向を表すデータを二次元画像に与
えるためのものである。これら２１〜２８の色はすべて
異なるものとする。この場合においてマーカーは、位
置、方向を二次元画像にためのあたえるものである。他
に必要なデータがあれば任意に突起、色などをマーカー
に追加する。

【００３１】これらマーカーの色、形などの位置など
を、コンピュータで測定する事により、様々なデータを
得る事が出来るのである。

【００３２】これらマーカーは、最終的に必要なモーシ
ョンデータなどのデータを得るための道具でしかない。
ここで重要なのは、マーカーは、モーションデーターの
作成において位置、方向その他必要なデータを示すもの
であればよく、どのような色彩、形状、大きさも取りう
るという事である。

【００３３】つまり、マーカーは画像に情報を与えるも
のであればいいというわけで、写真など、画像に自らマ
ジックなどで記載したり、CGなどでマーカーを加えて、
マーカー情報を構成することもできる。

【００３４】次にその前工程で得られた二次元画像を用
いてモーションデータを作成する部分に移る。

【００３５】ここで重要な事は、前工程で作成した映
像，画像の二次元画像をコンピューターに取りこみ、そ
のデータを元にコンピューター内に仮想三次元空間を構
成し、マーカーの位置を測定し、モーションデータを得
ることである。

【００３６】ここで必要な機材は、前工程で作成した映
像データ。マーカーの位置などを解析するためのコンピ
ューターと解析用に作られたソフト。などである。

【００３７】まず、コンピュータに、前工程で作成した
画像、もしくはマーカー情報を記載した画像を取り込
む。その画像データはモーションデータを作成するソフ
トから直接取りこんでもよいし、別に保存しておいてか
らでも良い。この場合その画像は任意の画像データ形式
とする。１コマ枚に分解された映像や、撮影機器がデジ
タル形式のもので、取りこむ前にすでにデジタル形式の
もの、写真をスキャナーなどで１枚づつ取りこんだも
の、動画の形式でまとめられたもの、コンピュータにつ
なげられた機器からのリアルタイムに得られる画像、CG
画像など、どんな形式でもよい。

【００３８】それはデータ形式の問題は単に、最終的に
取りこむことになるコンピュータ内のソフト、もしくは
モーション作成をするソフト側で対応すればよいことだ
からである。

【００３９】またこの段階でマーカー情報を記入するこ
ともできる。色、形など任意の形式に基づくマーカー情
報をCGなどによって記入するのである。これによってCG
など前工程を経ないで作った画像もしくは取りこんだ画
像などにもマーカー情報を与える事が出来る。

【００４０】次にモーション作成に移る。ここでの重要
な作業はマーカーの位置、方向などのデータを測定する
事である。

【００４１】取りこんだ画像データを元に、モーション
データ作成ソフトでマーカーの位置、方向などを測定
し、仮想三次元空間に記録する。モーションデータを作
成するソフトの仕組みは次の通りである。

【００４２】図５はその仕組みの全容図である。

【００４３】まず前段階として、画像データをモーショ
ンデータを作成するソフトに取りこむ。その際、図１で
作っておいた、複数方向から作った同一物体の画像デー
タを、方向別に分けてデータを管理し、使用することに
する。（ここでは図２と図３がそれにあたる。）

【００４４】またその方向別のデータ（ここでは図２と
図３）は、コマ毎に同じ時間のもの、もしくは同じ動作
を示す画像（ここでは図２の１１と図３の１４がそれに
あたる。）を使用できるようにソフト側、もしくは任意
で揃えておく。（コンピュータにつなげられた機器か
ら、リアルタイムで入ってくる画像データも同様であ
る。）

【００４５】またその際、データのばらつきがでないよ
うに、方向別の画像の大きさを揃えておく。

【００４６】また、モーションを得るための画像に使わ
れたマーカーの形式（色、形状、大きさなど）をソフト
にあらかじめ登録しておくか、もしくは新規に登録す
る。

【００４７】次に、これら取りこんだ画像データを元
に、モーションデータ作成ソフトでモーションデータを
作成する。その仕組みは図５である。ここでは、画像デ
ータの分析を仮に２方向でおこなっているが、上方面、
下方面など、その他必要な角度で捉えた画像を必要に応
じて、同時に複数方向使用する事ができる。またそれに
よって精度の向上を図ることができる。

【００４８】図５で示された図２は、図１で作成された
物体の、３、撮影機から撮影した画像、図２と同一であ
り、図５で示された図３は、図１で作成された物体の別
方向の画像の４、撮影機から撮影した画像、図３と同一
である。（図２の１１と図３の１４は、同じ時間のも
の、もしくは同じ状態の動作を表す、同一物体の別方向
画像である。）ここではこれら図２の１１を正面図、図
３の１４を側面図に使用してコンピューター内に仮想三
次元空間を作成する事にする。

【００４９】コンピュータ内の仮想三次元空間の作成方
法は、図２および図３などの画面のピクセルの縦横の数
を基準に構成したり、画面の縦横比に応じて任意の空間
に分割する事によって行う。この例では座標原点（０、
０、０）を、図２の左上隅にとっているがこのような位
置、尺度は自分が任意に決めてよい。

【００５０】次に図２の１１の縦横の大きさを使って空
間の高さと幅を、図３の１４の幅を使って空間の奥行き
を構成する。この際、方向別画像の隣接する辺の大きさ
を揃えておく。（ここでは図２の１１と図３の１４の高
さがそれにあたる。）

【００５１】次にマーカーの仮想空間上の位置、方向な
どを特定する。方法は、二次元画像のマーカの形、色、
大きさの情報を元に、三次元空間の位置を特定する。こ
こでは仮にコンピューター画面のピクセルの色によって
位置情報を知るものとする。この例では、すでに背景、
物体ともに白になっておりマーカーの判別は容易であ
る。

【００５２】マーカーのそれぞれの方向の、二次元画像
上の位置を割り出す。その後、座標（０、０，０）を基
準に、図２の１１の幅から、マーカーまでの位置ｘを測
り、それを仮想空間上の位置データ（ｘ、ｙ、ｚ）のｘ
とする。同様に図２の１１の高さから、マーカーまでの
位置ｙを測り、それを仮想空間上の位置データ（ｘ、
ｙ、ｚ）のｙとし、同様に図３の１４の幅から、マーカ
ーまでの位置ｚを測り、それを仮想空間上の位置データ
（ｘ、ｙ、ｚ）のｚとする。このようにして位置データ
を割り出せる。ここでは４１がそのデータにあたる。

【００５３】方向データなどの出し方は、このマーカー
を使用した場合、位置の割り出しと同様に行う。マーカ
ーから出ている上下左右の突起の色および位置を使用し
て導き出す。上下左右の突起はすべて色が違うので、マ
ーカーを回転させた場合、正面図と側面図の画像では４
つの突起の位置が変わる。その変化により方向を導く事
が出来る。

【００５４】コンピュータ内の仮想三次元空間の作成方
法は、このほか図２および図３などの画面のピクセルの
縦横の数を基準に構成したり、画面の縦横比に応じて任
意の空間に分割する事によって行う。この例では座標原
点（０、０、０）を、図２の左上隅にとっているがこの
ような位置、尺度は自分が任意に決めてよい。

【００５５】また、取りこんだ画像を任意の大きさに切
りぬき、または拡大縮小などの加工を行い任意の空間を
作成することも可能である。

【００５６】もしくは、あらかじめ仮想三次元空間のサ
イズをコンピュータ内に任意に決めておき、取り込んだ
画像をその空間のサイズにあわせたり、任意の形すなわ
ち多角形、多角錘、多角柱、円柱、円錐など仮想三次元
空間をつくり空間内に配置することにより作成する事等
も可能である。

【００５７】ここで重要なのは、これら三次元仮想空間
とは、ここではあえて視覚化しているが、実際にはコン
ピュータ内においては座標等のデータを計算する事であ
り、マーカーのデータから位置、方向などのデータに変
換を行う事である。これらの例は様々な変換方式の例な
のである。

【００５８】その他様々な方法が考えられるが、この発
明において最も重要な点は、空間の割り出し方ではな
く、二次元画像から位置、方向などのデータを得て、モ
ーションデータを作るという点にあり、この課程ではど
のような計算方法を用いても良い。

【００５９】このように、その作成された仮想三次元空
間内に、仮想空間の各面のマーカーの情報を元に位置、
方向のデータを作成する。このデータには座標（ｘ、
ｙ、ｚ）の空間位置データ（ここではｘは幅、ｙは高
さ、ｚは奥行きを表す。）や回転に必要な方向データな
どを記録する。また、位置、方向のデータの順番や名
前、全体の動画枚数での位置、全体動画枚数、先頭、終
端などの位置データ、必要なメッセージ、経過時間、記
録時間、プログラム命令など必要なデータが他にあれ
ば、任意に記録する。これらの位置、方向などのデータ
は、必要とする任意のデータ形式で記録する。

【００６０】これら空間のサイズ、マーカーなどの位置
などの単位は、任意に製作者が決める事が可能であり、
実際の撮影サイズにする必要は必ずしもなく、モーショ
ンデータの作成中、もしくは作成前後に必要に応じて定
める事が可能である。

【００６１】これら作業を図６のように、次の動作を示
す物体の画像に入れ変えて行く事を繰り返す事で、位
置、方向などのデータを次々に得て行く事ができる。そ
れらのデータの集まりが、モーションデータである。こ
のようにしてモーションデータを簡単に作成できるので
ある。

【００６２】具体例としては図６のように、物体の別方
向画像、図２の１１と図３の１４の次のコマにあたる、
それぞれの画像、図２の１２と図３の１５に差し替え
る。それからまたマーカーの位置を作成機で分析作業を
行い図６の４２、すなわち（ｘ、ｙ、ｚ）をだし、また
次にそれぞれ図２の１３と図３の１６から同様に図６の
４３の（ｘ、ｙ、ｚ）をだす、と言うようにして次のコ
マへと繰り返し進めていくのである。（この際必ずしも
次のコマを使う必要はなく、データの必要量などにおい
てコマを間引いたり、追加したり飛ばしたりする事が可
能である。）それによって出来たデータ４１、４２、４
３が腕の動き、すなわち物体の運動を表す位置などのデ
ータの集合体モーションデータである。

【００６３】つまり、このように画像を差し替え、マー
カー位置などの測定をし、必要な最終画像になるまで繰
り返す事により、モーションデータを得るのである。

【００６４】

【発明の効果】このように、一連の課程により、二次元
画像から位置、方向等のデータを得ることができ、その
作業を繰り返し行う事により、連続した位置、方向など
のデータ、すなわちモーションデータを簡単に作成でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】マーカーを付けた画像撮影の詳細

【図２】正面方向撮影機の撮影画像詳細

【図３】側面方向撮影機の撮影画像詳細

【図４】マーカーの形状の例

【図５】二次元画像から、三次元位置の測定およびモー
ションデータの作成詳細図（１）

【図６】二次元画像から、三次元位置の測定およびモー
ションデータの作成詳細図（２）

【符号の説明】

１ 物体 ２ マーカー ３ 正面方向撮影機器 ４ 側面方向撮影機器 １１ 物体の動作を表す正面方向画像１枚目 １２ 物体の動作を表す正面方向画像２枚目 １３ 物体の動作を表す正面方向画像３枚目 １４ 物体の動作を表す側面方向画像１枚目 １５ 物体の動作を表す側面方向画像２枚目 １６ 物体の動作を表す側面方向画像３枚目 ２１ 位置を測定するための部分 ２２ 方向を測定するための部分 ２３ 方向を測定するための部分 ２４ 方向を測定するための部分 ２５ 方向を測定するための部分 ２６ 方向を測定するための部分 ２７ 方向を測定するための部分 ２８ 方向を測定するための部分 ３０ 仮想空間 ３１ 座標原点 ３２ 仮想空間の幅 ３３ 仮想空間の高さ ３４ 仮想空間の奥行き ３５ マーカーまでの幅 ３６ マーカーまでの高さ ３７ マーカーまでの奥行き ４１ １１と１４によって得られた座標位置、方向等の
データ ４２ １２と１５によって得られた座標位置、方向等の
データ ４３ １３と１６によって得られた座標位置、方向等の
データ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ビデオカメラ、写真,絵 などの二次元画
   像を用いて、コンピュータで必要な三次元位置などを測
   定し、その作業工程を繰り返し行う事によって、コンピ
   ューター内に三次元空間内の物体のモーションデータを
   作成することを特徴とする、モーションデータ作成装
   置。