JP2009020656A - State detection system, interface system, health appliance, game system, state detection method and state detection program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、所定のデバイスに取り付けられたセンサを用いて人やデバイスの状態を推定する状態検出システム、インターフェースシステム、健康器具、ゲームシステム、状態検出方法および状態検出プログラムに関する。 The present invention relates to a state detection system, an interface system, a health device, a game system, a state detection method, and a state detection program for estimating the state of a person or a device using a sensor attached to a predetermined device.
従来から、所定のデバイスに取り付けられたセンサを用いて人やデバイスの体の状態を推定する技術が提案されている(たとえば、非特許文献1,4、特許文献2,3を参照。)。非特許文献1では、多数の圧力センサが配置されたシート上を人が動くことにより発生する足の裏の圧力分布の変化から人の全身の動きを計算しアニメーションに用いるモーションキャプチャタイプのシステムが提案されている。特許文献2では、エクササイズ器具または人体への装着具に加速度センサを取り付けて、加速度成分を検出し、検出値に応じてゲーム機にコントロール信号を送信し、ゲームを遂行する技術が開示されている。特許文献3では、手で握って操作するゲームコントローラを用いて腕や手首の動作をセンシングし、その動作に連動してゲームを遂行する技術が提案されている。非特許文献4では、2つのバランスボールに各人が座り、座姿勢を保ちかつ互いに連動しながら協調してパックマンゲームを楽しむ協調型ゲームが提案されている。 Conventionally, techniques for estimating the state of a person or a body of a device using a sensor attached to a predetermined device have been proposed (see, for example, Non-Patent Documents 1 and 4 and Patent Documents 2 and 3). In Non-Patent Document 1, there is a motion capture type system that calculates the movement of a person's whole body from a change in pressure distribution on the sole of a foot that occurs when a person moves on a sheet on which a number of pressure sensors are arranged, and uses it for animation. Proposed. Patent Document 2 discloses a technique for performing a game by attaching an acceleration sensor to an exercise device or a wearing tool on a human body, detecting an acceleration component, and transmitting a control signal to a game machine according to the detected value. . Patent Document 3 proposes a technique for sensing a movement of an arm or a wrist using a game controller that is operated by grasping with a hand and performing a game in conjunction with the movement. Non-Patent Document 4 proposes a collaborative game in which each person sits on two balance balls, maintains a sitting posture and cooperates with each other to enjoy a pacman game.
しかしながら、非特許文献1は、多数の圧力センサをセンサパッドに敷き詰め、このパッド上に位置する人間の足の裏の圧力分布を検出し、その結果に基づき人の動きを推定するインタラクティブアニメーションシステムである。よって、このシステムにより推定できる姿勢は立っている姿勢に限定され、任意のデバイスに座っている人の体の状態を適切に推定するのは非常に難しい。また、この技術ではセンサの位置や数を変更させることはできない。 However, Non-Patent Document 1 is an interactive animation system in which a large number of pressure sensors are spread on a sensor pad, a pressure distribution on the sole of a human foot located on the pad is detected, and a person's movement is estimated based on the result. is there. Therefore, postures that can be estimated by this system are limited to standing postures, and it is very difficult to appropriately estimate the state of the body of a person sitting on an arbitrary device. Also, with this technology, the position and number of sensors cannot be changed.
また、特許文献2では、エクセサイズ器具の動作に応じて加速度センサにより検出される加速度や速度だけでは、任意のデバイスに座っている人の上半身および下半身の状態を適切に推定することはほぼ不可能である。 Further, in Patent Document 2, it is almost impossible to appropriately estimate the state of the upper body and lower body of a person sitting on an arbitrary device only by the acceleration and speed detected by the acceleration sensor according to the operation of the exercise device. Is possible.
また、特許文献3では、腕や手首の動作に連動してゲームが進行するため、腕や手首の動作に関する入力情報から任意のデバイスに座っている人の上半身や下半身の状態を適切に推定することはできない。 Further, in Patent Document 3, the game progresses in conjunction with the movement of the arm or wrist, and therefore the state of the upper body and lower body of a person sitting on an arbitrary device is appropriately estimated from input information regarding the movement of the arm and wrist. It is not possible.
さらに、非特許文献4では、バランスボールの表面ではなく床面にセンサを配置しており、また配置されたセンサは、上下左右の方向を確認するためのスイッチとしてのみ機能する。よって、これらの入力情報から任意のデバイスに座っている人の上半身や下半身の状態を適切に推定することはできない。 Further, in Non-Patent Document 4, a sensor is arranged on the floor surface instead of the surface of the balance ball, and the arranged sensor functions only as a switch for confirming the vertical and horizontal directions. Therefore, the state of the upper body and lower body of a person sitting on an arbitrary device cannot be estimated appropriately from these input information.
上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、デバイスに着脱可能に取り付けられ、前記デバイスに座っている人の動きに伴い変化する前記デバイスの回転を検出する第1のセンサと、前記デバイスに着脱可能に取り付けられ、前記デバイスに座っている人の動きに伴い変化する前記デバイスに作用する力を検出する第2のセンサと、前記第1のセンサにより検出されたデバイスの回転と前記第2のセンサにより検出されたデバイスに作用する力とに基づき前記デバイスに座っている人の状態または前記デバイスの状態の少なくともいずれかを推定する処理装置と、を備えた状態検出システムが提供される。 In order to solve the above-described problem, according to an aspect of the present invention, a first sensor that is detachably attached to a device and detects rotation of the device that changes with movement of a person sitting on the device; A second sensor that is detachably attached to the device and detects a force acting on the device that changes with the movement of a person sitting on the device; and a rotation of the device detected by the first sensor And a processing device that estimates at least one of the state of the person sitting on the device and the state of the device based on the force acting on the device detected by the second sensor, and a state detection system comprising: Provided.
これによれば、デバイスに第1のセンサおよび第2のセンサを着脱可能に取り付けることにより、これらを用いて検出されたセンサ値に基づきデバイスに座っている人の体の状態やデバイスの状態を推定することができる。 According to this, by attaching the first sensor and the second sensor to the device in a detachable manner, the state of the body of the person sitting on the device and the state of the device based on the sensor value detected using them can be determined. Can be estimated.
具体的な推定方法としては、前記デバイスが置かれる接地面に対して水平な面内に着脱可能に加速度センサを(第1のセンサの一例として)複数設け、前記処理装置は、X、Y、Z軸のうち前記複数の加速度センサにより検出されたデバイスの2軸または3軸の回転に基づき前記デバイスに座っている人の下半身の状態を推定するようにしてもよい。 As a specific estimation method, a plurality of acceleration sensors (as an example of a first sensor) are detachably provided in a plane horizontal to the ground plane on which the device is placed, and the processing device includes X, Y, The state of the lower body of a person sitting on the device may be estimated based on the rotation of two or three axes of the device detected by the plurality of acceleration sensors in the Z axis.
このとき、前記処理装置は、前記デバイスに座っている人の腰の位置が前記デバイスの概ね真上に位置する状態を初期状態として、前記デバイスに座っている人の腰の初期状態の位置からの偏差を前記検出されたデバイスの2軸または3軸の回転に基づき特定することにより、前記偏差から前記人の下半身の状態を推定してもよい。 At this time, the processing apparatus has an initial state in which the position of the waist of the person sitting on the device is located almost directly above the device, and the initial position of the waist of the person sitting on the device. The state of the lower body of the person may be estimated from the deviation by specifying the deviation based on the detected 2-axis or 3-axis rotation of the device.
また、他の具体的な推定方法としては、前記デバイスの座面または底面に着脱可能に圧力センサを(第2のセンサの一例として)複数設け、前記処理装置は、前記複数の圧力センサにより検出されたデバイスに加わる圧力分布から前記デバイスに作用する重心を求め、求められた重心に基づき前記人の上半身の状態を推定してもよい。 As another specific estimation method, a plurality of pressure sensors (as an example of a second sensor) are detachably provided on the seating surface or bottom surface of the device, and the processing device is detected by the plurality of pressure sensors. The center of gravity acting on the device may be obtained from the pressure distribution applied to the device, and the upper body state of the person may be estimated based on the obtained center of gravity.
または、前記デバイスの座面に着脱可能に歪みセンサを(第2のセンサの一例として)複数設け、前記処理装置は、前記複数の歪みセンサにより検出された前記デバイスの歪み状態から前記デバイスに作用する重心を求め、求められた重心に基づき前記人の上半身の状態を推定するようにしてもよい。 Alternatively, a plurality of strain sensors (as an example of a second sensor) are detachably provided on the seating surface of the device, and the processing apparatus acts on the device from the strain state of the device detected by the plurality of strain sensors. The center of gravity of the person may be obtained, and the state of the upper body of the person may be estimated based on the obtained center of gravity.
これによれば、加速度センサから2軸以上のデバイスの回転を求め、これにより、主に人の下半身の状態が推定される。また、圧力分布やデバイスの歪み具合からデバイスに作用する重心を求め、これにより、主に人の上半身の状態が推定される。このようにして、少なくとも2種類以上のセンサを組み合わせて使用することにより、重心の移動およびデバイスの回転の変化を同時に検出することにより、デバイスに座っている人の全身の姿勢を精度良く推定することができる。 According to this, rotation of a device having two or more axes is obtained from the acceleration sensor, and thereby the state of the lower body of a person is mainly estimated. Further, the center of gravity acting on the device is obtained from the pressure distribution and the degree of distortion of the device, whereby the state of the upper body of the person is mainly estimated. In this way, by using at least two or more types of sensors in combination, it is possible to accurately estimate the posture of the whole person sitting on the device by simultaneously detecting the movement of the center of gravity and the change in the rotation of the device. be able to.
また、各種センサはデバイスに着脱可能に取り付けられる。よって、人が座った姿勢をある程度保つことができるデバイスであれば、これらのセンサを取り付けるだけで、そのデバイスを用いて人の体の状態を推定することができる。 Various sensors are detachably attached to the device. Therefore, if it is a device that can maintain a posture in which a person is sitting to some extent, it is possible to estimate the state of a person's body using the device only by attaching these sensors.
たとえば、かかる構成のインターフェースシステムをインターフェースとして、人が座姿勢を保つことが可能なバランスボール、いすまたはゆりかごなどの任意のデバイスに装着し、推定された人の体の状態と連動して遂行されるゲームプログラムを用いて、前記デバイスに座して体を動かしながらゲームを遂行するゲームシステムを提供することができる。 For example, using an interface system with such a configuration as an interface, it is mounted on any device such as a balance ball, chair or cradle that allows a person to maintain a sitting posture, and is performed in conjunction with the estimated human body condition. A game system for performing a game while sitting on the device and moving the body can be provided.
前記処理装置は、前記加速度センサを用いて求められたデバイスの回転が所与の第1の閾値より小さい場合、前記デバイスの状態を前記デバイスが移動したと判定してもよい。 The processing apparatus may determine that the device has moved in a state of the device when the rotation of the device obtained using the acceleration sensor is smaller than a given first threshold value.
前記処理装置は、前記加速度センサを用いて求められたデバイスの回転が所与の第1の閾値より大きく、かつ、前記圧力センサを用いて求められたデバイスの重心が所与の第2の閾値より小さい場合、前記デバイスの状態を前記デバイスに衝撃が加えられたと判定してもよい。 The processing apparatus is configured such that the rotation of the device obtained using the acceleration sensor is larger than a given first threshold value, and the center of gravity of the device obtained using the pressure sensor is given a given second threshold value. If smaller, the state of the device may be determined that an impact has been applied to the device.
前記処理装置は、前記加速度センサを用いて求められたデバイスの回転が所与の第1の閾値より大きく、かつ、前記第圧力センサを用いて求められたデバイスの重心が所与の第2の閾値以上の場合、前記デバイスの状態を前記デバイスが弾んだと判定してもよい。 The processor has a rotation of the device determined using the acceleration sensor greater than a given first threshold and a center of gravity of the device determined using the second pressure sensor is a given second If it is equal to or greater than the threshold value, it may be determined that the device has bounced the state of the device.
これによれば、圧力センサと加速度センサとを組み合わせることにより、デバイスの移動、デバイスの弾み、デバイスへの衝撃という特定の動作を検知することができる。 According to this, by combining the pressure sensor and the acceleration sensor, it is possible to detect specific operations such as device movement, device bounce, and device impact.
状態検出システムは、本システムにより検知された前記デバイスに座っている人または前記デバイスの状態を示す信号を任意のアプリケーションを実行するときの入力信号として用いるインターフェースシステムとして利用することができる。たとえば、状態検出システムをインターフェースとしてゲームプログラムを作成する場合、デバイスに座っている人の全身の姿勢に関する情報だけでなく、デバイスの移動、デバイスの弾み、デバイスへの衝撃というデバイスの特定の動作情報も利用してゲームプログラムを作成することができる。この結果、デバイスに座して体を動かすことによりデバイスの動きと自分の動きとの両方に連動して動作するアプリケーションを創作することができる。 The state detection system can be used as an interface system that uses a signal indicating the state of the person sitting on the device or the device detected by the system as an input signal when executing an arbitrary application. For example, when creating a game program using the state detection system as an interface, not only information on the posture of the whole body of a person sitting on the device, but also specific operation information of the device such as movement of the device, device bounce, and impact on the device Can also be used to create game programs. As a result, it is possible to create an application that operates in conjunction with both the movement of the device and its own movement by sitting on the device and moving the body.
前記処理装置は、前記求められたデバイスの回転および前記求められたデバイスの重心に基づき推定された前記人の体の状態が、予め定められた1又は2以上の基準となる人の体の状態のいずれに当てはまるかを判定してもよい。 The processing apparatus is configured such that the human body state estimated based on the determined rotation of the device and the center of gravity of the determined device is one or more predetermined human body states. It may be determined which of the above applies.
これによれば、デバイスに座っている人の全身の状態をある程度細かく推定することができるだけでなく、推定された人の体の状態と1又は2の基準となる体の状態とを比べ、体の姿勢についての代表例のうちどれに近いかを判定することによりユーザの大雑把な動きを認識することができる。たとえば、上半身の回転を1度刻みで取得するのではなく、前に傾いているか後ろに傾いているか、だけを取得するようなユーザの大まかな姿勢を推定することができる。この結果、ノイズを軽減し、ユーザの直観により見合った推定を可能にする。これにより、本システムをゲームなど細かな動きが必要なアプリケーションの入力手段だけでなく、大まかな動きが必要なアプリケーションの入力手段としても使用することができる。 According to this, not only can the state of the whole body of the person sitting on the device be estimated to a certain degree, but the estimated state of the person's body is compared with the state of the reference body 1 or 2, and the body A rough movement of the user can be recognized by determining which of the representative examples of the posture is close. For example, instead of acquiring the rotation of the upper body in increments of 1 degree, it is possible to estimate a rough posture of the user who only acquires whether it is leaning forward or leaning backward. As a result, noise is reduced and estimation that is more appropriate for the user's intuition is possible. As a result, this system can be used not only as an input means for an application that requires fine movement, such as a game, but also as an input means for an application that requires rough movement.
たとえば、かかる構成のインターフェースシステムをインターフェースとして任意のデバイスに装着することにより、前記デバイスに座して自己の体を鍛える健康器具を開発することができる。この健康器具では、人の大まかな動きに対してその動作や姿勢が適正であるかが判定されることが好ましい。これにより、姿勢が適正であれば、つぎのステップに進めるとか、得点を得られるとか、ユーザに有る特典を示すことにより遊び感覚で自己の体を鍛え、運動不足を解消することができる。 For example, by attaching an interface system having such a configuration to an arbitrary device as an interface, it is possible to develop a health device that sits on the device and trains its body. In this health appliance, it is preferable to determine whether the motion and posture are appropriate for a general movement of a person. Thus, if the posture is appropriate, it is possible to progress to the next step, obtain a score, or to show a privilege that exists for the user, train the body with a sense of play, and solve the lack of exercise.
前記処理装置は、前記デバイスに座する人の体型の予め求められた標準的な体型からの偏差を求め、前記標準的な体型からの偏差に基づき前記デバイスに座する個々の人の体型を加味して前記人の体の状態を推定してもよい。 The processing device obtains a deviation of a human figure sitting on the device from a predetermined standard figure, and takes into account the individual figure of the person sitting on the device based on the deviation from the standard figure. Then, the state of the person's body may be estimated.
本システムを快適に使うために、使用前にユーザの体格、デバイスの移動範囲を入力および測定することにより、そのユーザの体格に応じた状態へと本システムを調整する(キャリブレーション)。たとえば、ダイエットや運動を目的として使用する場合は大きく動作しなければ反応しないように本システムを調整する。これにより、大きな身体運動を促し、より高いダイエット効果を得ることができる。一方、たとえば、長時間使用したい場合には、ユーザの負荷を少なくするために、小さな動作で反応するように本システムを調整すればよい。このような調整により、ユーザに対して日常的に全身運動を促すインターフェースを提供することができる。 In order to use the system comfortably, the system is adjusted to a state corresponding to the user's physique by inputting and measuring the user's physique and the movement range of the device before use (calibration). For example, when using it for diet or exercise, this system is adjusted so that it doesn't react unless it moves greatly. Thereby, a big physical exercise | movement can be promoted and the higher diet effect can be acquired. On the other hand, for example, when the user wants to use the system for a long time, the system may be adjusted so as to respond with a small operation in order to reduce the load on the user. By such adjustment, it is possible to provide an interface that prompts the user to exercise the whole body on a daily basis.
上記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、デバイスに着脱可能に取り付けられた第1のセンサを用いて前記デバイスに座っている人の動きに伴い変化する前記デバイスの回転を検出し、前記デバイスに着脱可能に取り付けられた第2のセンサを用いて前記デバイスに座っている人の動きに伴い変化する前記デバイスに作用する力を検出し、前記第1のセンサにより検出されたデバイスの回転および前記第2のセンサにより検出されたデバイスに作用する力に基づき前記デバイスに座っている人の体の状態を推定する方法が提供される。 In order to solve the above problems, according to another aspect of the present invention, the rotation of the device changes with the movement of a person sitting on the device using a first sensor detachably attached to the device. And detecting a force acting on the device that changes with the movement of a person sitting on the device using a second sensor detachably attached to the device, and detecting the force by the first sensor. A method for estimating the state of a person sitting on the device based on the rotation of the device and the force acting on the device detected by the second sensor is provided.
また、上記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、デバイスに着脱可能に取り付けられた第1のセンサを用いて前記デバイスに座っている人の動きに伴い変化する前記デバイスの回転を検出する処理と、前記デバイスに着脱可能に取り付けられた第2のセンサを用いて前記デバイスに座っている人の動きに伴い変化する前記デバイスに作用する力を検出する処理と、前記第1のセンサにより検出されたデバイスの回転および前記第2のセンサにより検出されたデバイスに作用する力に基づき前記デバイスに座っている人の体の状態を推定する処理と、をコンピュータに実行させる状態検出プログラムが提供される。 Moreover, in order to solve the said subject, according to the other aspect of this invention, the said device which changes with the motion of the person sitting in the said device using the 1st sensor detachably attached to the device A process of detecting the rotation of the device, a process of detecting a force acting on the device that changes with the movement of a person sitting on the device using a second sensor detachably attached to the device, Causing the computer to execute a process of estimating a state of a person sitting on the device based on the rotation of the device detected by the first sensor and the force acting on the device detected by the second sensor. A state detection program is provided.
本発明によれば、複数のセンサを用いてデバイスに座っている人の体の状態を推定することができる。 According to the present invention, the state of the body of a person sitting on a device can be estimated using a plurality of sensors.
添付図面を参照しながら、以下に本発明の一実施形態にかかるインターフェースシステムについて説明する。なお、以下の説明及び添付図面において、同一の構成及び機能を有する構成要素については同一符号を付することにより重複説明を省略する。 An interface system according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Note that, in the following description and the accompanying drawings, the same reference numerals are given to components having the same configuration and function, and redundant description is omitted.
(インターフェースシステムの全体構成)
まず、本実施形態にかかるインターフェースシステムの全体構成について、図1を参照しながら説明する。インターフェースシステム10は、バランスボール100と、バランスボール100に取り付けられた各種センサ(加速度センサ200、圧力センサ210および歪みセンサ220)と、バランスボール100に取り付けられたマイクロコンピュータ300と、受信機400と、パーソナルコンピュータ500とを有している。インターフェースシステム10にはディスプレイ(モニタ)550が含まれていてもよい。
(Whole interface system configuration)
First, the overall configuration of the interface system according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The
バランスボール100は、ユーザUが座姿勢を保ちながら姿勢を変えることができる物体(ボール)に複数のセンサ類と、制御のためのマイクロコンピュータ300等を実装した基板とを装着したデバイスの一例である。受信機400は、デバイス側のマイクロコンピュータ300から発せられる無線信号を受信し、その信号をコンピュータ500に伝える。コンピュータ500(処理装置に相当)は、受信機400を経由してデバイスから送られてきた信号を処理する。パーソナルコンピュータ500は状態検知装置(処理装置)の一例であるが、状態検知装置は、パーソナルコンピュータ500に限られず、後述するデータの信号処理ができればどのような電子機器であってもよい。
The
加速度センサ200は、バランスボール100の表面であってバランスボール100が置かれた接地面に対して水平な面内に着脱可能に複数取り付けられる。加速度センサ200は、X、Y、Z軸のうち2軸または3軸の回転を検知可能なものが用いられる。本実施形態では、バランスボール100の2軸(X軸およびY軸)の回転が検知される。バランスボール100の2軸の回転は、主にユーザUの下半身の状態を推定するとともにバランスボール100の移動や衝撃を特定するために使われる。加速度センサ200は、デバイスに着脱可能に取り付けられ、デバイスに座っている人の動きに伴い変化するデバイスの回転を検出する第1のセンサの一例である。第1のセンサの他の例としては、ジャイロセンサが挙げられる。
A plurality of
圧力センサ210は、バランスボール100の座面に着脱可能に複数装着される。圧力センサ210は座面にかかる複数点の圧力(バランスボール100に作用する力、圧力分布)を検知し、検知された圧力分布からバランスボール100に作用する重心が計算される。バランスボール100に作用する重心は、主にユーザUの上半身の状態を推定するとともにバランスボール100の衝撃と弾みとを区別するために用いられる。圧力センサ210は、デバイスに着脱可能に取り付けられ、デバイスに座っている人の動きに伴い変化するデバイスに作用する力を検出する第2のセンサの一例である。
A plurality of
歪みセンサ(曲げセンサ)220は、バランスボール100の座面に着脱可能に複数設けられる。歪みセンサ220は、棒状でありその変形(曲げ)具合を検出し、検知されたバランスボール100の歪み状態からバランスボール100に作用する重心が計算される。バランスボール100に作用する重心は、主にユーザUの上半身の状態を推定するために用いられる。歪みセンサ220は、上記第2のセンサの他の一例である。
A plurality of strain sensors (bending sensors) 220 are detachably provided on the bearing surface of the
デバイスに作用する重心を求める場合、デバイスが変形しやすいときには歪みセンサ220が有効であり、デバイスが変形しにくいときには圧力センサ210が有効である。バランスボール100の場合には、圧力センサ210および歪みセンサ220のどちらを用いることもできる。ただし、バランスボール100には、固いものから軟らかいものまでいろいろあるため、本実施形態では、バランスボール100の固さによってセンシングの精度が悪化するのを防ぐために両方のセンサを用いてデバイスに作用する重心を求める。
When obtaining the center of gravity acting on the device, the
(センサの配置)
図2(A)〜(C)には、各種センサの配置の一例が3つの角度から示されている。図2(A)はZ方向(真上)からバランスボール100を見た図、図2(B)はY方向(側面)からバランスボール100を見た図、図2(C)はX方向(正面)からバランスボール100を見た図である。
(Sensor arrangement)
2A to 2C show an example of the arrangement of various sensors from three angles. 2A is a view of the
加速度センサ200は、正面の略中央とそこから接地面に水平な方向に60度ずつ移動させた位置に合計3つ装着される。加速度センサ200は、2軸または3軸の加速度が測定できる位置に配置される。
A total of three
圧力センサ210および歪みセンサ220は、ユーザのお尻の位置を中心に設けられ、足が接触する部分にも一部設けられる。圧力センサ210は、床面に装着されてもよいが、精度を上げるためには、座面に装着された方がよい。歪みセンサ220は、体重移動によりバランスボール100が最も変形しやすい位置を中心に装着される。
The
各種センサは、バランスボール100の中心を通りバランスボール100を鉛直方向に切断するXZ面に対して対称に設けられる。このように複数のセンサを組み合わせることにより、異なる種類の情報が得られ、得られた情報の組み合わせにより少ないセンサ数であっても体の大まかな動きを取得することができる。また、各種センサはすべて着脱可能なため、センサの数やセンサの配置位置およびセンサの種類を柔軟に変更することができる。
Various sensors are provided symmetrically with respect to the XZ plane that passes through the center of the
なお、図3にコンピュータ500の内部構成を示したように、コンピュータ500は、ROM505、HDD510、RAM515、CPU520、バス525、内部インターフェース(内部I/F)530および外部インターフェース(外部I/F)535を有している。たとえば、ROM505には基本プログラムや異常時に起動するプログラム等が記録され、RAM515にはセンサ値からユーザの姿勢や挙動を推定するために必要な各種プログラムやデータ(たとえば、後述するユーザ用モデルテーブル)が蓄積される。バス525は、ROM505、HDD510、RAM515、CPU520、内部インターフェース530および外部インターフェース535の各デバイス間で情報をやりとりする経路であり、受信機400にて受信した各種センサ値は、バス525を経由してRAM515に記憶される。内部インターフェース530は、キーボード540やマウス545からデータを入力し、必要な情報をモニタ(ディスプレイ)550に表示する。
3, the
CPU520は、上記データを用いてプログラムを実行することによりユーザの姿勢や挙動を推定する。マイクロコンピュータ300の内部構成は、基本的にコンピュータ500と同様であるので説明を省略する。
The
つぎに、インターフェースシステム10の動作についてマイクロコンピュータ300の処理(デバイスでの信号処理)、コンピュータ500の処理(姿勢推定処理)の順に説明する。
Next, the operation of the
(デバイスでの信号処理)
図4を参照しながら、バランスボール100での信号処理について説明する。処理が開始され(S400)、ユーザUがバランスボール100に座しながら自己の姿勢を変えてバランスボール100を操作すると(S405)、各種センサによりバランスボール100の動きがセンシングされる。つまり、複数の歪みセンサ220は、バランスボール100の変形を計測し(S410)、複数の圧力センサ210は、圧力センサ210が設けられた複数点の圧力を計測し、複数の加速度センサ200は、加速度センサ200が設けられた各点に掛かるバランスボール100の加速度を計測する(S420)。
(Signal processing in the device)
The signal processing in the
マイクロコンピュータ300は、S410〜S420にて計測された各種センサ値を各センサについて集計し、コンピュータ500への送信形式に変換し(S425)、その信号を送信した後(S430)、本処理を一端終了する(S435)。本処理は、ユーザUがバランスボール100にて座姿勢を保っている間、所定時間(たとえば、数秒)毎に繰り返し実行される。
The
(姿勢の推定原理)
コンピュータ500の処理(姿勢推定処理)を説明する前にユーザの姿勢とデバイスの傾き(回転)、ユーザUの重心との関係を示した図5を参照しながら、人の姿勢の推定原理を説明する。バランスボール100は、図5(A)に示した座姿勢を基本とする。図5(A)に示した初期状態では、腰Wの位置はバランスボール100の中心Oを通る軸Zo上にある。このとき、バランスボール100はX軸、Y軸、Z軸のいずれの軸方向にも回転しておらず、デバイスの傾き(回転)Rは0である。また、この状態では、バランスボール100に作用する重心Gも軸Zo上にある。図5(A)では、便宜上、デバイスの傾きRと重心Gとをずらして表しているが、実際は初期状態ではいずれも軸Zo上にあり重なっている。
(Attitude estimation principle)
Before explaining the processing of the computer 500 (posture estimation processing), the human posture estimation principle will be described with reference to FIG. 5 showing the relationship between the user posture, device tilt (rotation), and the center of gravity of the user U. To do. The
図5(B)では、図5(A)の状態に対してユーザUの上半身が前に傾いていて、下半身は動いていない。この状態は、デバイスの傾きRと重心Gの変化に連動している。すなわち、図5(B)の状態では、腰Wの位置はバランスボール100の中心Oを通るZ方向の軸Zo上にある。よって、図5(A)の場合と同様にバランスボール100は初期状態からまったく回転しておらず、デバイスの傾きRは0である。このように、デバイスの傾きRが0の場合、下半身は初期状態から動いていないと推定することができる。一方、図5(B)の場合の重心Gは、軸Zoに対して大きく前方に移動している。これにより、ユーザUの上半身は初期状態に対する重心Gの位置からの変化量(偏差)だけ前方に傾いていると推定することができる。
In FIG. 5B, the upper body of the user U is tilted forward with respect to the state of FIG. 5A, and the lower body is not moving. This state is linked to the change in the inclination R and the center of gravity G of the device. That is, in the state of FIG. 5B, the position of the waist W is on an axis Zo in the Z direction passing through the center O of the
図5(C)では、図5(B)の状態に対してユーザUの腰Wが後方に移動し、さらに上半身も後方に反っている。この場合、腰Wの位置は軸Zoに対してθだけ回転している。よって、デバイスの傾きRからユーザUの下半身がバランスボール100の後方にずれたと推定することができる。また、図5(C)の場合の重心Gは、軸Zoに対して後方に移動している。これにより、ユーザUの上半身は初期状態に対する重心Gの位置の変化量だけ後方に傾いていると推定することができる。
In FIG. 5C, the waist W of the user U moves backward with respect to the state of FIG. 5B, and the upper body is also warped backward. In this case, the position of the waist W is rotated by θ with respect to the axis Zo. Therefore, it can be estimated from the inclination R of the device that the lower half of the user U has shifted to the back of the
さらに、図5(D)のように図5(C)の姿勢から上半身だけを前に傾けると、腰Wの位置は軸Zoに対してθだけ回転したままであり、重心Gの位置だけが軸Zoに対して前方に移動する。これにより、ユーザUの下半身は図5(C)の状態と同じであり、ユーザUの上半身だけが移動して前方に傾いたと推定される。 Furthermore, when only the upper body is tilted forward from the posture of FIG. 5C as shown in FIG. 5D, the position of the waist W remains rotated by θ with respect to the axis Zo, and only the position of the center of gravity G is present. Move forward with respect to axis Zo. Thereby, the lower body of the user U is the same as the state of FIG. 5C, and it is estimated that only the upper body of the user U has moved and tilted forward.
ユーザUの腰Wの位置は常に初期状態でデバイスの天頂部分に存在し、ユーザUは、これをなるべく保ちながら全身を動かしてデバイスを操作しようとする。この状態を前提として、加速度センサ200から求められるデバイスの傾きを腰Wの位置の移動と推定することにより、ユーザUの下半身の状態を推定することができる。一方、圧力センサ210から求められた複数点での圧力分布からユーザUの上半身の状態を推定することができる。これらを組み合わせてユーザUの全身の状態を推定することができる。
The position of the waist W of the user U always exists in the zenith portion of the device in the initial state, and the user U tries to operate the device by moving the whole body while keeping this as much as possible. On the assumption of this state, the state of the lower body of the user U can be estimated by estimating the inclination of the device obtained from the
(デバイスの傾きおよび重心の算出方法)
本実施形態にかかるインターフェースシステム10では、デバイスの傾き(回転θ)はつぎのように算出される。図6(A)(B)にバランスボール100の初期状態を示す。図6(A)はバランスボール100の表面に取り付けられた加速度センサ200をX軸方向(正面)から見た図であり、図6(B)は加速度センサ200をY軸方向(側面)から見た図である。バランスボール100と加速度センサ200との接面に垂直な方向の加速度をav、水平な方向の加速度をauとする。なお、重力加速度gは、接地面に対して鉛直方向に働いている。
(Calculation method of device tilt and center of gravity)
In the
この状態からバランスボール100を、図6(C)に示すようにX軸を中心にθxだけ回転させるとともに、図6(D)に示すようにY軸を中心にθyだけ回転させる。この時の各角度θx、θyと加速度au、avとの関係は以下の式(1)及び式(2)にて表される。
θx=αsin(au/g)・・・(1)
θy=αsin(av/g)・・・(2)
αは所定の固有値である。
The
θ x = α sin (a u / g) (1)
θ y = αsin (a v / g) ··· (2)
α is a predetermined eigenvalue.
つぎに圧力センサ210を用いた重心の計算について説明する。実際の重心の計算は、正確な体全体の重心ではなく、大まかな重心の変化を用いれば足りる。重心Gの位置(x、y)は、n箇所に設けられた圧力センサ210により検出される圧力分布に基づき以下の式(3)および式(4)を用いて算出される。
バランスボール100が変形しにくい場合、圧力センサ210を用いて重心Gの位置を算出する方法が有効である。しかしながら、バランスボール100が変形しやすい場合には歪みセンサ220を用いる方法が有効である。
When the
歪みセンサ220は、図2(A)に示したように、左右で一対となるとともに前後で一対となるように配置され、一対となった歪みセンサ220から検出される2つの値から左右の重心および前後の重心を別々に求める。これらを加算した結果の重心を2次元平面上にマッピングする。たとえば、図7(A)に示したように、ユーザUが左足側に体重をかけると、ユーザUの右脚部近傍に位置する歪み(曲げ)センサ200aおよびユーザUの左脚部近傍に位置する歪み(曲げ)センサ200bは、図7(B)に示したようにバランスボール100の歪みに応じて曲がる。
As shown in FIG. 2A, the
各センサ対にはX軸方向(左右)、Y軸方向(前後)それぞれに重みが設定されており、重心はX、Yに分けて求める。重みはセンサの位置と反応のしやすさによって決まる。X軸方向の重みを持ったセンサ対がn個、Y軸方向の重みを持ったセンサ対がm個、あるセンサ対のXの値をXk,Yの値をYk、X軸方向に対するセンサの重みをAk、Y軸方向に対するセンサの重みをBkとすると、バランスボール100に作用する重心は、複数の歪みセンサ200の歪み(曲げ)に基づき式(5)(6)を用いて求められる。
Weights are set for each sensor pair in the X-axis direction (left and right) and Y-axis direction (front and rear), and the center of gravity is determined separately for X and Y. The weight is determined by the position of the sensor and the ease of reaction. N sensor pairs having weights in the X-axis direction, m sensor pairs having weights in the Y-axis direction, X value of a certain sensor pair as X k , Y value as Y k , and X-axis direction Assuming that the sensor weight is A k and the sensor weight in the Y-axis direction is B k , the center of gravity acting on the
重心をより正確に求めるためには、圧力センサ210を用いた複数点での直接的な力の計測、および歪みセンサ220を用いた複数面での変形による間接的な力の計測等に基づき、使用するデバイスの種類や材質により複数のセンサ類からの情報を組み合わせて使用して総合的に計算する。
In order to obtain the center of gravity more accurately, based on the direct force measurement at a plurality of points using the
具体的には、重心Gは、圧力センサ210を用いて計測された重心Ga、歪みセンサ220を用いて計測された重心Gbに加え、特定の部位に掛かる力から求められる付加情報Gcを用いて計算される。重心は、圧力センサ210および歪みセンサ220ともに主にお尻の圧力分布で求められる。これに加え、左右の太股にかかる圧力の割合と総量から足が支える体重と、バランスボール100が支える体重の割合や重心の位置を推定でき、この付加情報Gcを補助的に重心の計算に加味する。
Specifically, the center of gravity G uses the additional information Gc obtained from the force applied to a specific part in addition to the center of gravity Ga measured using the
具体的には、たとえば、圧力センサ210を用いて計測された重心Gaの重み付けを1、歪みセンサ220を用いて計測された重心Gbの重み付けを0.5、付加情報の重み付けを0.1とした場合、重心Gは次式(7)を用いて各センサ値から適正に求めることができる。
G=(1×Ga+0.5×Gb+0.1×Gc)×1/1.6・・・(7)
ただし、上記重み付けは一例に過ぎない。
Specifically, for example, the weight of the center of gravity Ga measured using the
G = (1 × Ga + 0.5 × Gb + 0.1 × Gc) × 1 / 1.6 (7)
However, the above weighting is only an example.
(姿勢推定処理)
つぎに、コンピュータ500(CPU520)にて実行されるユーザの姿勢推定処理について、図8の処理フローを参照しながら説明する。
(Attitude estimation processing)
Next, a user posture estimation process executed by the computer 500 (CPU 520) will be described with reference to the process flow of FIG.
図8のステップS800から姿勢推定処理が開始されると、CPU520は、定期的に受信機400から各種センサ値を受信し、加速度センサ200のセンサ値、すなわち、バランスボール100にて計測された複数点の加速度に基づきバランスボール100の傾き(2軸の回転)を演算する(S805)。つぎに、CPU520は、演算されたバランスボール100の傾きからユーザUの腰の位置を特定し(S810)、ユーザUの腰の位置から主にユーザUの下半身の状態を推定する。
When the posture estimation process is started from step S800 of FIG. 8, the
つぎに、CPU520は、圧力センサ210のセンサ値、すなわち、計測された複数点の力(圧力分布)に基づきバランスボール100に作用する重心Gaを演算し(S815)、歪みセンサ220のセンサ値、すなわち、計測されたバランスボール100の変形具合に基づき重心Gbを演算し(S820)、さらに重心に関する付加情報Gcを求める(S825)。演算した重心Ga,Gbおよび付加情報Gcを式(6)に代入することにより、より正確な重心Gが特定される(S830)。特定されたユーザの腰の位置および重心の位置からユーザ用モデルテーブルに予め蓄積されたモデルのうち最も合致したモデルをユーザUの体の状態として推定し(S835)、本処理を終了する(S840)。
Next, the
これによれば、人にセンサ類を取り付けたり、コントローラを手に持って操作したりすることなく、バランスボール100の天頂部分近傍に骨盤を持ってくるように体のバランスを取ることにより、高々2種類のセンサを用いてバランスボール100上のユーザの体の状態を推定することができる。
According to this, the body is balanced so that the pelvis is brought in the vicinity of the zenith portion of the
(移動、弾み、衝撃処理)
本システム10では、姿勢の推定に加え、バランスボール100の2次元平面上の移動やバランスボール100への衝撃、弾みを特定することができる。バランスボール100の移動、弾みおよびバランスボール100への衝撃を特定する処理フローを示した図9を参照しながらこれらの処理について説明する。
(Move, bounce, shock treatment)
In the
図9のステップS900から移動、弾み、衝撃の特定処理が開始されると、CPU520は、定期的に受信機400から受信した各種センサ値のうち、まず加速度センサ200により検出されたバランスボール100の複数点の加速度に基づき、急激な加速度の変化が生じたか否かを判定する(S905)。具体的には、バランスボール100上のn個の加速度センサ200から一定時間t1の間に計測された加速度の総量fが閾値Fを超えたか否かで急激な加速度の変化があったかが判定される。n>1の場合、CPU520は、それぞれの加速度の総量fk(1≦k≦n)の差から急激な加速度の変化が有った位置を判別する。
When the movement, bounce, and impact identification processing is started from step S900 in FIG. 9, the
ステップS905にて急激な加速度の変化がなかったと判定された場合、CPU520は、バランスボール100が移動したと判断し、移動処理を実行する(S910)。実際の移動処理は、本システム10を応用するアプリケーションによる。たとえば、バランスボール100を動かすことにより、ディスプレイ上のバーチャル空間を冒険するアドベンチャーゲームであれば、バランスボール100の移動距離を算出し、これに応じてディスプレイ上のバーチャル空間を冒険するように処理してもよい。
If it is determined in step S905 that there is no sudden change in acceleration, the
ステップS905にて急激な加速度の変化があったと判定された場合、CPU520は、急激な圧力の変化があったか否かを判定する(S915)。具体的には、バランスボール100上のm個の圧力センサ210から一定時間t2の間に計測された圧力の総量pが閾値Pを超えたか否かで急激な圧力の変化があったかが判定される。m>1の場合、CPU520は、それぞれの圧力の総量ph(1≦h≦m)の差から急激な圧力の変化が有った位置を判別する。
When it is determined in step S905 that there has been a sudden change in acceleration, the
ステップS905にて急激な加速度の変化があったと判定され、かつステップS915にて急激な圧力の変化があったと判定された場合、CPU520は、バランスボール100が弾んだと判定し、弾み処理を実行する(S920)。実際の弾み処理は、本システム10を応用するアプリケーションによるが、たとえば、前記アドベンチャーゲームであれば、バランスボール100の弾んだ状態によってディスプレイ上のバーチャル空間の障害物を飛び越えるように処理してもよい。
If it is determined in step S905 that there has been a sudden change in acceleration, and if it is determined in step S915 that there has been a sudden change in pressure, the
ステップS905にて急激な加速度の変化があったと判定され、かつステップS915にて急激な圧力の変化はなかったと判定された場合、CPU520は、バランスボール100をたたくなどバランスボール100に衝撃が加えられたと判定し、衝撃処理を実行する(S925)。たとえば、前記アドベンチャーゲームであれば、バランスボール100への衝撃回数によってディスプレイ上の別空間にワープするように処理してもよい。CPU520は、移動処理(S910)、弾み処理(S920)、衝撃処理(S925)のいずれかの処理を終了後、本処理を終了する(S930)。なお、本処理は、所定時間毎に実行される。
If it is determined in step S905 that there has been a sudden change in acceleration, and if it is determined in step S915 that there has not been a sudden change in pressure, the
ステップS905、ステップS915の判定に用いられる閾値F、Pは、どちらも後述するキャリブレーションで決められ、その後に数値を変更することも可能である。実際には、絶対的な閾値を超え、前回までの値と比べて何倍になったかの両方の条件をクリアしたときに急激な変化があったと判定する。ただし、絶対的な閾値は、デバイスにかかる力(体重)であるから、使う人の体重によって大きく変化する。何倍になったかの条件は、たとえば、過去5〜10回(回数は任意)の測定記録から平均値を算出し、それと比べて今回の測定値が何倍になっているかを判定する。圧力に関しては2倍程度、加速度に関しては1.5倍程度が目安となるが、これに限られない。 Both the thresholds F and P used in the determinations in steps S905 and S915 are determined by calibration described later, and the numerical values can be changed thereafter. Actually, it is determined that there is an abrupt change when both conditions of exceeding the absolute threshold value and how many times the absolute value has been increased compared to the previous value are cleared. However, since the absolute threshold value is a force (weight) applied to the device, it greatly varies depending on the weight of the user. As for the condition of how many times it has become, for example, an average value is calculated from the measurement records of the past 5 to 10 times (the number of times is arbitrary), and it is determined how many times the current measurement value has been increased. The standard is about twice the pressure and about 1.5 times the acceleration, but is not limited thereto.
(変形例)
以上に説明した実施形態にかかるインターフェースシステム10は、以下の各種機能を備えることができる。
(Modification)
The
(補正処理)
たとえば、図10の処理フローに示したように、本システムのコンピュータ500により前述したユーザの姿勢推定処理(図8)および移動、弾み、衝撃処理(図9)が実行された後(S1005)、補正処理を行い(S1010)、補正後の結果を出力後(S1015)、本処理を終了するようにしてもよい(S1025)。
(Correction process)
For example, as shown in the processing flow of FIG. 10, after the above-described user posture estimation processing (FIG. 8) and movement, bounce, and impact processing (FIG. 9) are executed by the
たとえば、コンピュータ500は、補正処理において、上記各種センサにより検知された値に基づき推定される前記人の体の状態が、予め定められた1又は2以上の基準となる体の状態のいずれに当てはまるかを判定してもよい。
For example, in the correction process, the
本システム10によれば、バランスボール100に座っている人の全身の状態をある程度細かく推定することができる。その一方で、上記補正処理を実行することにより推定された人の体の状態と1又は2の基準となる体の状態とを比べ、体の姿勢についての代表例のうちどれに近いかを判定することにより、たとえば、上半身の傾きを1度刻みで取得するのではなく、前に傾いているか後ろに傾いているか、だけを取得するようなユーザの大雑把な動きを認識することができる。この結果、ノイズを軽減し、ユーザの直観により見合った推定を可能にする。これにより、本システム10を細かな動きを要求するゲームなどのアプリケーションだけでなく、大まかな動きに対する入力情報が必要なアプリケーションに対しても使用することができる。
According to the
(コマンド化)
また、たとえば、図10の処理フローに示したように、本システムのコンピュータ500により前述したユーザの姿勢推定処理(図8)および移動、弾み、衝撃処理(図9)が実行された後(S1005)、コマンド化を行い(S1020)、その結果を出力してから(S1015)、本処理を終了するようにしてもよい(S1025)。
(Command)
Further, for example, as shown in the processing flow of FIG. 10, after the above-described user posture estimation processing (FIG. 8) and movement, bounce, and impact processing (FIG. 9) are executed by the
コマンド化とは、たとえば、腰を左右に素早く動かす、円を描くように動かす、弾んだ後に上半身を前に傾ける等、ユーザのバランスボール上での動きを、マウスのダブルクリック、特定のプログラムの起動、コンピュータの電源を切る等のコンピュータ上の入力に任意に割り当てることをいう。このように、推定されたユーザの姿勢、推定されたデバイスの挙動、それらの一連の動作をコマンドとして登録し使用することにより、ユーザUに身体運動を促す健康促進システムとして本システム10を利用したり、情報の入力手段として本システム10を利用したりすることができる。
Commanding means, for example, moving the waist quickly to the left or right, moving in a circle, tilting the upper body after playing, double-clicking the mouse on the balance ball, Arbitrary assignment to input on the computer, such as starting or turning off the computer. As described above, the
(キャリブレーション)
本システム10を快適に使うために、図11の処理フローに示したように、本システム10の使用前にユーザUの体格、移動範囲を入力および測定し、各ユーザUの体格に応じて本システム10を利用できるように調整してもよい。
(Calibration)
In order to use the
具体的には、本システム10の使用の要求があると、本処理はシステムの使用前に一回だけ処理が開始され(S1100)、CPU520は、初期状態に置かれたバランスボール100を用いて圧力センサ210からのセンサ値に基づき体重を計算し(S1105)、初期状態に置かれたバランスボール100を用いて歪みセンサ220からのセンサ値に基づき体格を計算し(S1110)、バランスボール100を前後左右に動かすことにより加速度センサ200からのセンサ値を用いてバランスボール100の動作範囲を計算し(S1115)、モデルライブラリからユーザに適したテーブル(ユーザ用モデルテーブル)を作成し(S1120)、本処理を終了する(S1125)。
Specifically, when there is a request to use the
たとえば、ダイエットや運動を目的として本システム10を使用する場合には、ユーザが大きく動作しなければ本システム10が反応しないように調整する。これにより、大きな運動を促すことができる。また、本システム10の長時間使用が予想されるため、使用中の負荷を小さくしたい場合には、小さな動作で本システム10が反応するように調整すればよい。
For example, when the
(モデルライブラリ)
なお、本システム10の使用前に、開発者側は、図12に示した処理フローに従い、コンピュータを用いて事前に実際に本システム10を使用し、力の分布、デバイスの変形、傾き、衝撃などの値からユーザUの姿勢、挙動の推測を行う。(S1205)。また、同時に実際のユーザの姿勢、挙動のモーションキャプチャを行い(S1210)、これにより得られた実測値(S1215)とS1205にて求められた計算値との比較を繰り返す(S1220)。開発者側は、比較により得られたデータとともに、そのときのユーザの身長と体重といった体格を表すデータを入力し(S1225)、ユーザの姿勢、挙動、ユーザの身長、体重、センサ値等をデータベース化して(S1230)、モデルライブラリとして登録しておく(S1235)。
(Model library)
Before using the
以上に説明したように、本システム10はユーザインターフェースシステムであり、リアルタイム性が求められるため、処理の負荷を軽減しながら高速に計算を行う必要がある。この要求を満たすために、予めモデルライブラリを制作しておき、モデルライブラリに蓄積されたデータを用いることでユーザの体格にあわせ、センサ値から即座にユーザUの姿勢、挙動を特定するためのテーブルをキャリブレーション時に作成する。そして、このテーブル(ユーザ用モデルテーブル)をユーザの姿勢の推定に用いることにより、処理の負荷の軽減と高速な計算を実現する。
As described above, the
以上に説明したように、本実施形態にかかるインターフェースシステム10は、バランスボールに取り付けられた各種センサおよびセンサからの検出信号からバランスボールに座する人の状態およびバランスボール自体の状態を検知する状態検知システムとして機能する。さらに、本実施形態にかかるインターフェースシステム10は、検知した人の状態やデバイスの状態を示す信号を各種アプリケーションの入力信号として用いることにより、各種アプリケーションのインターフェースとして機能することができる。
As described above, the
たとえば、本システムは、各種センサを用いてユーザUの姿勢、挙動のモデル化を行い、全身の姿勢や挙動を推定する様々なソフトウエアのユーザインタフェースとして用いることができる。基盤ソフトウエアはライブラリ化されているため、開発者がこのシステムを応用し、ユーザの姿勢、挙動の一部もしくは全部を使用したアプリケーションを自由に作成することができる。 For example, the present system can be used as a user interface of various software that models the posture and behavior of the user U using various sensors and estimates the posture and behavior of the whole body. Since the basic software is made into a library, a developer can freely create an application using part or all of the user's attitude and behavior by applying this system.
たとえば、図13(A)に示したように、ユーザUがバランスボール上で座姿勢を保ちながらバランスを取ったり、図13(B)のようにバランスボール100の上で弾んだり大きく体を動かすことでゲームが進行するアプリケーションを作成することができる。このゲームは他人と連動させて協調してゲームを遂行するようにしてもよい。
For example, as shown in FIG. 13A, the user U balances while maintaining a sitting posture on the balance ball, or bounces on the
また、たとえば、ユーザUが図14(A)に示したようにバランスボール100上で弾んだり、図14(B)に示したように回転したり、図14(C)に示したようにいろいろなポーズをとることにより、ディスプレイ上に絵や文字を描いたりすることにより、ユーザUにゲーム感覚で運動を促進させることができる。
Further, for example, the user U bounces on the
そのほかにも、本システム10は、コンピュータのポインティングデバイス、ゲームコントローラ、マウス、ジョイスティックなどに利用することができる。たとえば、バランスボール100上で重心を後ろに移動させればカーソルが上に移動し、重心を前に移動させればカーソルが下に移動し、バランスボール100を2回たたけばクリックするようにリンク付けてバランスボール100をコンピュータへの入力手段の一つとして使うこともできる。
In addition, the
さらに、本システム10をアート作品への応用、楽器、モーションキャプチャなどに応用することもできる。たとえば、バランスボール100上である姿勢を保つことができたら、その姿勢にリンク付けした音がでるようにしてもよい。このようにユーザの動き、姿勢を音に変えたり画像に変えたりすることができる。
Furthermore, the
上記実施形態において、各部の動作はお互いに関連しており、互いの関連を考慮しながら、一連の動作として置き換えることができる。そして、このように置き換えることにより、状態検出システムの動作の実施形態は、状態検出方法の実施形態として表現することができる。また、状態検出システムの動作は、状態検出システムの機能をコンピュータが理解できるように記載した状態検出プログラムを、コンピュータを用いて実行することにより実現することも可能である。 In the above embodiment, the operations of the respective units are related to each other, and can be replaced as a series of operations in consideration of the relationship between each other. And by replacing in this way, the embodiment of the operation of the state detection system can be expressed as an embodiment of the state detection method. The operation of the state detection system can also be realized by using a computer to execute a state detection program described so that the computer can understand the functions of the state detection system.
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to the example which concerns. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Understood.
たとえば、本発明にかかる状態検知装置は、ユーザインタフェースとして種々のデバイスに装着することによりエンターテインメント(ゲーム)や健康器具として応用することができる。デバイスとしては、バランスボールの他にいすやゆりかごなどを用いることができる。デバイスに装着する際には、センサの種類、センサの数、センサの位置を任意に変更することができ、これにより、処理精度の向上とコストの低減を図ることができる。 For example, the state detection apparatus according to the present invention can be applied as an entertainment (game) or a health appliance by being mounted on various devices as a user interface. As a device, a chair or a cradle can be used in addition to a balance ball. When mounting on a device, the type of sensor, the number of sensors, and the position of the sensor can be arbitrarily changed, thereby improving processing accuracy and reducing costs.
10 インターフェースシステム
100 バランスボール
200 加速度センサ
210 圧力センサ
220 歪みセンサ
300 マイクロコンピュータ
400 受信機
500 コンピュータ
520 CPU
DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記デバイスに着脱可能に取り付けられ、前記デバイスに座っている人の動きに伴い変化する前記デバイスに作用する力を検出する第2のセンサと、
前記第1のセンサにより検出されたデバイスの回転と前記第2のセンサにより検出されたデバイスに作用する力とに基づき前記デバイスに座っている人の状態または前記デバイスの状態の少なくともいずれかを推定する処理装置と、を備えた状態検出システム。 A first sensor that is removably attached to the device and detects rotation of the device that varies with the movement of a person sitting on the device;
A second sensor that is removably attached to the device and detects a force acting on the device that changes with the movement of a person sitting on the device;
Estimating at least one of the state of the person sitting on the device and the state of the device based on the rotation of the device detected by the first sensor and the force acting on the device detected by the second sensor A state detecting system.
前記処理装置は、X、Y、Z軸のうち前記複数の加速度センサにより検出されたデバイスの2軸または3軸の回転に基づき前記デバイスに座っている人の下半身の状態を推定する請求項1に記載された状態検出システム。 The first sensor is an acceleration sensor that is detachably provided in a plane parallel to a ground plane on which the device is placed,
The processing apparatus estimates a state of a lower body of a person sitting on the device based on rotation of two or three axes of the device detected by the plurality of acceleration sensors among the X, Y, and Z axes. The state detection system described in.
前記処理装置は、前記複数の圧力センサにより検出された前記デバイスに加わる圧力分布から前記デバイスに作用する重心を求め、求められた重心に基づき前記人の上半身の状態を推定する請求項1〜3のいずれかに記載された状態検出システム。 The second sensor is a plurality of pressure sensors detachably provided on a seating surface or a bottom surface of the device,
The said processing apparatus calculates | requires the gravity center which acts on the said device from the pressure distribution added to the said device detected by these pressure sensors, and estimates the state of the said upper body based on the calculated | required gravity center. The state detection system described in any one of.
前記処理装置は、前記複数の歪みセンサにより検出された前記デバイスの歪み状態から前記デバイスに作用する重心を求め、求められた重心に基づき前記人の上半身の状態を推定する請求項1〜4のいずれかに記載された状態検出システム。 The second sensor is a strain sensor provided in a detachable manner on the seating surface of the device,
5. The processing apparatus according to claim 1, wherein the processing device obtains a center of gravity acting on the device from the strain states of the device detected by the plurality of strain sensors, and estimates the state of the upper body of the person based on the obtained center of gravity. The state detection system described in any one.
前記デバイスに座する人の体型の予め求められた標準的な体型からの偏差を求め、前記標準的な体型からの偏差に基づき前記デバイスに座する個々の人の体型を加味して前記デバイスに座っている人の状態または前記デバイスの状態の少なくともいずれかを推定する請求項1〜9のいずれかに記載された状態検出システム。 The processor is
The deviation of the figure of a person sitting on the device from a predetermined standard figure is obtained, and the figure of the individual person sitting on the device is added to the device based on the deviation from the standard figure. The state detection system according to claim 1, wherein at least one of a state of a sitting person and a state of the device is estimated.
前記デバイスに着脱可能に取り付けられた第2のセンサを用いて前記デバイスに座っている人の動きに伴い変化する前記デバイスに作用する力を検出し、
前記第1のセンサにより検出されたデバイスの回転および前記第2のセンサにより検出されたデバイスに作用する力に基づき前記デバイスに座っている人の体の状態を推定する状態検出方法。 Detecting rotation of the device that varies with the movement of a person sitting on the device using a first sensor removably attached to the device;
Detecting a force acting on the device that changes with the movement of a person sitting on the device using a second sensor detachably attached to the device;
A state detection method for estimating a state of a person sitting on the device based on a rotation of the device detected by the first sensor and a force acting on the device detected by the second sensor.
前記デバイスに着脱可能に取り付けられた第2のセンサを用いて前記デバイスに座っている人の動きに伴い変化する前記デバイスに作用する力を検出する処理と、
前記第1のセンサにより検出されたデバイスの回転および前記第2のセンサにより検出されたデバイスに作用する力に基づき前記デバイスに座っている人の体の状態を推定する処理と、をコンピュータに実行させる状態検出プログラム。 Detecting rotation of the device that changes with the movement of a person sitting on the device using a first sensor detachably attached to the device;
A process of detecting a force acting on the device that changes with the movement of a person sitting on the device using a second sensor detachably attached to the device;
A process for estimating the state of the body of a person sitting on the device based on the rotation of the device detected by the first sensor and the force acting on the device detected by the second sensor. Condition detection program
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---|---|
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Cited By (21)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011156253A (en) * | 2010-02-03 | 2011-08-18 | Konami Digital Entertainment Co Ltd | Game device, game processing method, and program |
CN102728062A (en) * | 2011-04-08 | 2012-10-17 | 汤姆森特许公司 | A device to control the movement of a virtual player and a virtual ball in a game application |
JP2012223566A (en) * | 2011-04-21 | 2012-11-15 | Sony Computer Entertainment Inc | User identified to controller |
WO2014027202A1 (en) * | 2012-08-15 | 2014-02-20 | Stephen Priestnall | Input device |
JP2014525758A (en) * | 2011-05-05 | 2014-10-02 | クアルコム,インコーポレイテッド | Proximity and stunt recording method and apparatus for outdoor games |
US9235241B2 (en) | 2012-07-29 | 2016-01-12 | Qualcomm Incorporated | Anatomical gestures detection system using radio signals |
WO2016042407A1 (en) * | 2014-09-16 | 2016-03-24 | Bonora Valerio | Foot-operated controller, device and furniture comprising it, method of operating it |
JP2017012211A (en) * | 2015-06-26 | 2017-01-19 | 株式会社ソフィアプランニング | Health care apparatus |
KR101730112B1 (en) * | 2010-09-24 | 2017-04-26 | 주식회사 디랙스 | Bike for exercise |
JP2017514237A (en) * | 2014-04-21 | 2017-06-01 | イージー アズ ア ドリンク プロダクションズ, インク.EZ As A Drink Productions, Inc. | Pressure sensitive peripherals and methods of use |
CN106880270A (en) * | 2017-02-28 | 2017-06-23 | 上海江村市隐智能科技有限公司 | Buddhist mattress system |
CN107661619A (en) * | 2017-10-25 | 2018-02-06 | 上海长海医院 | A kind of naval officers and men for adapting to unstable ship environment moves integrated system apparatus |
WO2018142655A1 (en) * | 2017-02-06 | 2018-08-09 | アイシン精機 株式会社 | Vehicle device operation apparatus |
CN109481913A (en) * | 2017-09-10 | 2019-03-19 | 浙江玛拉蒂智能家具科技有限公司 | A kind of intelligent body-building device and wisdom body-building interactive system |
US10471303B2 (en) | 2014-10-16 | 2019-11-12 | Nintendo Co., Ltd. | Training instrument and input device |
US10751613B1 (en) | 2019-06-20 | 2020-08-25 | Nintendo Co., Ltd. | Apparatus and method |
JP2021037298A (en) * | 2020-04-03 | 2021-03-11 | 任天堂株式会社 | Information processing system, information processing program, information processing apparatus, and information processing method |
CN112843633A (en) * | 2021-01-09 | 2021-05-28 | 吉首大学 | Body training balance ball and control method thereof |
US11033812B2 (en) | 2019-06-20 | 2021-06-15 | Nintendo Co., Ltd. | Input apparatus, method, and game processing method |
JP2021092989A (en) * | 2019-12-11 | 2021-06-17 | テイ・エス テック株式会社 | Seat experience system |
JP2021522936A (en) * | 2018-05-10 | 2021-09-02 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェKoninklijke Philips N.V. | A system that determines the brushing parameters of an electric toothbrush |
-
2007
- 2007-07-11 JP JP2007181966A patent/JP2009020656A/en not_active Withdrawn
Cited By (36)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011156253A (en) * | 2010-02-03 | 2011-08-18 | Konami Digital Entertainment Co Ltd | Game device, game processing method, and program |
KR101730112B1 (en) * | 2010-09-24 | 2017-04-26 | 주식회사 디랙스 | Bike for exercise |
CN102728062A (en) * | 2011-04-08 | 2012-10-17 | 汤姆森特许公司 | A device to control the movement of a virtual player and a virtual ball in a game application |
JP2012217853A (en) * | 2011-04-08 | 2012-11-12 | Thomson Licensing | Device for controlling movement of virtual player and virtual ball in game application |
CN102728062B (en) * | 2011-04-08 | 2016-12-07 | 汤姆森特许公司 | Control the equipment of the movement of the virtual players in game application and virtual ball |
US9440144B2 (en) | 2011-04-21 | 2016-09-13 | Sony Interactive Entertainment Inc. | User identified to a controller |
JP2012223566A (en) * | 2011-04-21 | 2012-11-15 | Sony Computer Entertainment Inc | User identified to controller |
US10610788B2 (en) | 2011-04-21 | 2020-04-07 | Sony Interactive Entertainment Inc. | User identified to a controller |
JP2014525758A (en) * | 2011-05-05 | 2014-10-02 | クアルコム,インコーポレイテッド | Proximity and stunt recording method and apparatus for outdoor games |
US9504909B2 (en) | 2011-05-05 | 2016-11-29 | Qualcomm Incorporated | Method and apparatus of proximity and stunt recording for outdoor gaming |
US9235241B2 (en) | 2012-07-29 | 2016-01-12 | Qualcomm Incorporated | Anatomical gestures detection system using radio signals |
WO2014027202A1 (en) * | 2012-08-15 | 2014-02-20 | Stephen Priestnall | Input device |
US9597589B2 (en) | 2012-08-15 | 2017-03-21 | Stephen Priestnall | Input device |
JP2017514237A (en) * | 2014-04-21 | 2017-06-01 | イージー アズ ア ドリンク プロダクションズ, インク.EZ As A Drink Productions, Inc. | Pressure sensitive peripherals and methods of use |
WO2016042407A1 (en) * | 2014-09-16 | 2016-03-24 | Bonora Valerio | Foot-operated controller, device and furniture comprising it, method of operating it |
US10514773B2 (en) | 2014-09-16 | 2019-12-24 | 3Drudder | Foot-operated controller, device and furniture comprising it, method of operating it |
US10881909B2 (en) | 2014-10-16 | 2021-01-05 | Nintendo Co., Ltd. | Training instrument and input device |
US11358027B2 (en) | 2014-10-16 | 2022-06-14 | Nintendo Co., Ltd. | Training instrument and input device |
US10471303B2 (en) | 2014-10-16 | 2019-11-12 | Nintendo Co., Ltd. | Training instrument and input device |
JP2017012211A (en) * | 2015-06-26 | 2017-01-19 | 株式会社ソフィアプランニング | Health care apparatus |
WO2018142655A1 (en) * | 2017-02-06 | 2018-08-09 | アイシン精機 株式会社 | Vehicle device operation apparatus |
CN106880270A (en) * | 2017-02-28 | 2017-06-23 | 上海江村市隐智能科技有限公司 | Buddhist mattress system |
CN109481913A (en) * | 2017-09-10 | 2019-03-19 | 浙江玛拉蒂智能家具科技有限公司 | A kind of intelligent body-building device and wisdom body-building interactive system |
CN109481913B (en) * | 2017-09-10 | 2023-11-17 | 浙江玛拉蒂智能家具科技有限公司 | Intelligent body-building device and intelligent body-building interaction system |
CN107661619A (en) * | 2017-10-25 | 2018-02-06 | 上海长海医院 | A kind of naval officers and men for adapting to unstable ship environment moves integrated system apparatus |
JP2021522936A (en) * | 2018-05-10 | 2021-09-02 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェKoninklijke Philips N.V. | A system that determines the brushing parameters of an electric toothbrush |
US11998108B2 (en) | 2018-05-10 | 2024-06-04 | Koninklijke Philips N.V. | Systems for determining brushing parameters in an electric toothbrush |
US11033812B2 (en) | 2019-06-20 | 2021-06-15 | Nintendo Co., Ltd. | Input apparatus, method, and game processing method |
US11260293B2 (en) | 2019-06-20 | 2022-03-01 | Nintendo Co., Ltd. | Method and apparatus with deformable body engaging portion and game controller attachment portion |
US10751613B1 (en) | 2019-06-20 | 2020-08-25 | Nintendo Co., Ltd. | Apparatus and method |
US11577160B2 (en) | 2019-06-20 | 2023-02-14 | Nintendo Co., Ltd. | Input apparatus, method, and game processing method |
JP2021092989A (en) * | 2019-12-11 | 2021-06-17 | テイ・エス テック株式会社 | Seat experience system |
JP7417054B2 (en) | 2019-12-11 | 2024-01-18 | テイ・エス テック株式会社 | seat experience system |
JP7410837B2 (en) | 2020-04-03 | 2024-01-10 | 任天堂株式会社 | Information processing system, information processing program, information processing device, and information processing method |
JP2021037298A (en) * | 2020-04-03 | 2021-03-11 | 任天堂株式会社 | Information processing system, information processing program, information processing apparatus, and information processing method |
CN112843633A (en) * | 2021-01-09 | 2021-05-28 | 吉首大学 | Body training balance ball and control method thereof |
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