JP2005040556A

JP2005040556A - モーション・キャプチャーを用いた運動機能並びに運動能力の分析

Info

Publication number: JP2005040556A
Application number: JP2003303646A
Authority: JP
Inventors: Yoshihito Ono; 美仁小野
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-07-25
Filing date: 2003-07-25
Publication date: 2005-02-17

Abstract

【課題】簡単かつ低価格で、しかも被験者にはほとんどストレスを与えることなく３次元の運動データを得る。
【解決手段】被験者５（スポーツ選手等）を２台以上のテレビジョンカメラ１、２で異なる角度から同時に撮影した映像信号を、それぞれビデオ・キャプチャ・ボード３を経由してコンピュータ４に取り込む。このようにして被験者（スポーツ選手等）を異なる角度から同時に撮影して得られたフレーム単位のそれぞれの映像データから、被験者（スポーツ選手等）の身体の各部分の３次元の運動データをモーション・キャプチャ機能ソフトウエアを用いて算出・収集することによって、安価でかつ被験者（スポーツ選手等）にはほとんどストレスを与えることなく、運動機能並びに運動能力の分析を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、人間の運動機能並びに運動能力の分析にモーション・キャプチャーを利用することに関する。

人間、特にスポーツ選手等の運動機能並びに運動能力の分析には、従来からビデオカメラを用いた映像解析による方法が広く利用されている。

さらに近年ではコンピュータを利用して、ビデオカメラで撮った映像から運動データを算出する方法が知られているが、この方法だとカメラが１台に限定されるため、２次元の運動データしか得ることが出来ない。

また、３次元の運動データを得る方法にはモーション・キャプチャーを利用する方法があるが、これまではモーション・キャプチャー・システムが非常に高価であるのに加え、分析を受ける被験者（スポーツ選手等）は着衣（例えば、黒一色の全身スーツ等）や運動範囲が制限されたり、システ厶が認識しやすいように身体にマーカー（光を反射もしくは発光するものや磁石など）を装着する必要があり、被験者（スポーツ選手等）には強いストレスがかかるものであった。

以上に述べた従来の方法では、１台のビデオカメラを用いる場合は比較的簡単に運動機能並びに運動能力の分析ができるものの２次元の運動データしか得ることが出来ないし、３次元の運動データを得たい場合には、非常に高価で被験者（スポーツ選手等）に強いストレスをかけるものであった。

本発明は、このような従来の方法が有していた問題を解決しようとするものであり、簡単かつ低価格で、しかも被験者（スポーツ選手等）にはほとんどストレスを与えることなく３次元の運動データを得ることを目的とするものである。

そして、本発明の第１の課題解決手段は、上記目的を達成するために被験者（スポーツ選手等）の運動する様子を２台以上のテレビジョンカメラで異なる角度から同時に撮影し、その映像データから、被験者（スポーツ選手等）の身体の各部分、例えば頭・腕・胸・腰・足等の運動データをコンピュータによって創出される仮想空間内の３次元の運動データとして算出するソフトウエア（以下、このソフトウエアをモーション・キャプチャ機能ソフトウエアと呼ぶ）を用いて３次元の運動データとして算出・収集することによって運動機能並びに運動能力の分析をするものである。

また、第２の課題解決手段は、第１の課題解決手段で収集した被験者（スポーツ選手等）の身体の各部分、例えば頭・腕・胸・腰・足等の３次元の運動データから、３Ｄソフトウエア等を用いて被験者（スポーツ選手等）の動きをコンピュータの創出する仮想空間内で再現・視覚化することによって運動機能並びに運動能力の分析をするものである。

上記第１の課題解決手段による作用は次の通りである。すなわち、２台以上のテレビジョンカメラとモーション・キャプチャ機能ソフトウエアを用いて３次元の運動データを算出・収集するため、被験者（スポーツ選手等）は着衣等の制限を受けることなく普段通りの運動（プレー）を行うことが可能である。

また、第２の課題解決手段による作用は、３次元データを視覚化するので、運動機能並びに運動能力を分析する場面において非常に理解しやすくなるという効果を発揮する。

上述したように本発明では高価なモーション・キャプチャー・システムを使わないので、今までよりもはるかに安い価格で３次元の運動データを収集することができる。

さらに、被験者（スポーツ選手等）はほとんど制限を受けることなく普段通りの運動（プレー）ができるので、より正確で実際に則した運動データを収集することができる。

発明の実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態を図１〜図２に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態が適用されたシステムの一例である。図示のように被験者（スポーツ選手等）を撮影するテレビジョンカメラが２台である場合について説明する。

この図において１ならびに２はそれぞれテレビジョンカメラを、３はビデオ・キャプチャ・ボード、４はコンピュータ、そして５は被験者である。テレビジョンカメラ１ならびに２は、被験者５を異なる角度から撮影して画像信号を出力する働きをする。ビデオ・キャプチャ・ボード３は、テレビジョンカメラ１ならびに２から入力された画像信号を処理してフレーム単位のデジタル画像データとしてコンピュータ４に出力する、いわゆるビデオ・キャプチャ動作をする。

コンピュータ４は、ビデオ・キャプチャ・ボード３より入力されるフレーム単位のデジタル画像データから被験者５の身体の各部分、例えば頭・腕・胸・腰・足等の３次元運動データを算出するモーション・キャプチャ機能ソフトウエア機能、それから必要に応じてモーション・キャプチャ機能ソフトウエアにより算出される３次元運動データから被験者５の動きをコンピュータの創出する仮想空間内で再現・視覚化する３Ｄソフトウエア等の機能を備えている

テレビジョンカメラ１ならびに２は、図１のように直接ビデオ・キャプチャ・ボード３に接続しても良いし、被験者５を同時に撮影するのであれば、あらかじめ２台のビデオカメラなどでビデオテープなどの記録媒体に録画したものを、ビデオ・キャプチャ・ボード３に取り込んでも構わない。

テレビジョンカメラ１ならびに２と被験者５との位置関係は、図２のように上面図としてみた場合、０度より大きく１８０度より小さい、すなわちテレビジョンカメラ１ならびに２が異なる位置から被験者５を撮影できるようにすれば、どのような位置関係であっても構わない。

それでも、被験者５の身体の各部分、例えば頭・腕・胸・腰・足等の部位がテレビジョンカメラ１ならびに２の両方に同時に映った方が運動データとして追跡しやすいので、テレビジョンカメラ１ならびに２と被験者５との位置関係は、３０度以上でかつ１２０度以下であることが好ましい。

テレビジョンカメラ１ならびに２と被験者５との位置関係が３０度より小さい場合は、テレビジョンカメラ１と２で撮影される２つの画像差が少なく、正確な３次元運動データを得ることが難しくなる。さらに１２０度より大きい場合は、テレビジョンカメラ１では映っていても、テレビジョンカメラ２では映っていない部位がでてくるようになり、やはり正確な３次元運動データを得ることが難しくなる。

ビデオ・キャプチャ・ボード３は、テレビジョンカメラ１ならびに２もしくは２台のビデオカメラなどの動画像撮影装置からの入力された映像信号を処理してフレーム単位のデジタル画像データをコンピュータ４に出力するための装置であり、このような機能を有していれば、その形態はボード（板状）に限定されるものではない。例えばコンピュータ４がノートブック型の場合ではカード型のものも使用可能である。

コンピュータ４には、あらかじめモーション・キャプチャ機能ソフトウエアが導入（インストール）されていることが必要である。コンピュータ４は、ビデオ・キャプチャ・ボード３から入力されるテレビジョンカメラ１ならびに２で撮影したフレー厶単位のデジタル映像データからモーション・キャプチャ機能ソフトウエアを介して被験者５の身体の各部分、例えば頭・腕・胸・腰・足等の３次元運動データを算出するのである。

算出される３次元運動データとは、コンピュータ４が創出する仮想空間内での被験者５の身体の各部分、例えば頭・腕・胸・腰・足等の位置・移動速度・移動方向・加速度などの情報のことであり、さらには身体の各部分・各関節の捻りや回転などの情報をも含むものである。

コンピュータ４に導入されるモーション・キャプチャ機能ソフトウエアとしては、ＫＲＯＰＳ（株式会社ジースポート製）、ＰＶＳＴＵＤＩＯ（株式会社エル・エー・ビー製）などがある。

さらにコンピュータ４には、モーション・キャプチャ機能ソフトウエアにより算出される被験者５の身体の各部分、例えば頭・腕・胸・腰・足等の３次元運動データから、被験者５の動きをコンピュータ４の創出する仮想空間内で再現・視覚化する３Ｄソフトウエア等が導入（インストール）されていることが好ましい。

算出される３次元運動データだけでも被験者５の運動機能並びに運動能力の分析は可能であるが、３Ｄソフトウエア等を用いることによって結果を視覚化できるので、誰もが理解しやすい形での分析が可能となる。

コンピュータ４に導入される３Ｄソフトウエアとしては、ＬｉｇｈｔＷａｖｅ３Ｄ（米ＮｅｗＴｅｋ社製）、Ｓｈａｄｅ６ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ（株式会社イーフロンティア製）、Ｍａｙａ（加Ａｌｉａｓ社製）などがある。

本発明の一実施形態を示すフロー図本発明の図１におけるテレビジョンカメラと被験者との関係図（上面図）

符号の説明

１テレビジョンカメラ１
２テレビジョンカメラ２
３ビデオ・キャプチャ・ボード
４コンピュータ
５被験者

Claims

人間、特にスポーツ選手等の運動する様子を２台以上のテレビジョンカメラで異なる角度から同時に撮影し、その映像データからモーション・キャプチャ機能ソフトウエアを用いて、撮影した人間の身体の各部分、例えば頭・腕・胸・腰・足等の運動データを３次元の運動データとして算出・収集することを特徴とする運動機能並びに運動能力の分析システ厶。
請求項１で収集される３次元の運動データから、３Ｄソフトウエア等を用いて人間の動きをコンピュータの創出する仮想空間内で再現・視覚化することを特徴とする運動機能並びに運動能力の分析システ厶。