JP2015077351A - 運動解析方法、運動解析装置および運動解析プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】チェックポイントでの関心部位の姿勢を視覚的に容易に提示することができる運動解析方法、運動解析装置および運動解析プログラムを提供すること。【解決手段】指定部２０は、スイング動作される運動具１３のチェックポイントＨ１を指定する。第１算出部３１は、慣性センサー１２の出力を用いて、スイング中の運動具の移動軌跡Ｒ１，Ｒ２を算出する。第２算出部３２は、運動具の移動軌跡上にてチェックポイントに至るまでの慣性センサー１２の出力を用いて、チェックポイントにおける運動具の関心部位１３ｃの姿勢を算出する。表示部１９は、チェックポイントにおける運動具の関心部位１３ｃの姿勢を表示する。【選択図】図３

Description

本発明は運動解析方法、運動解析装置および運動解析プログラム等に関する。

運動解析装置はスイング動作といった運動の解析に用いられる。運動具またはその運動具を操作する被験者には慣性センサーが装着される。慣性センサーの出力に基づき視覚的にスイング動作が再現される。こうした運動解析装置の一具体例として、例えば特許文献１に開示されるようにゴルフスイング解析装置が挙げられる。

特開２００８−７３２１０号公報

ゴルフでは打球の方向はインパクトの瞬間のフェイスの向きに大きく影響される。知られるように、インパクトの直前に手首を返してクラブヘッドのフェイスを合わせ込もうとすると、合わせ込みが遅れ、手首を返すことで反対にインパクト時のフェイスが乱れてスイングに悪影響を与えてしまう。ゴルフスイング中の手首の動きはカメラ等を用いた光学式モーションキャプチャーでは観察がし難く、微妙な手首の返しの動きまではトレースできない。精密にトレースする場合は、高精度なカメラを何台も用意する必要があり、大がかりな計測装置となってしまう。またカメラ等を用いた光学式モーションキャプチャーでは屋内でしか計測ができず、一般的な屋外の練習の場で利用することができなかった。

アマチュアのゴルファーは、スコアアップのためにスイングのチェックポイントを自らに課す。アドレスからトップに向けてのバックスイングと、トップからインパクトに向けてのダウンスイングと、インパクトからフィニッシュに至るフォロースイングとは、連続して行われる。よって、スイング途中のチェックポイントを確認することは困難である。慣性センサーの出力に基づき視覚的にスイング動作を再現した時、その一連のスイング動作の中から特に関心のあるチェックポイントでのスイング動作を見極めることも困難である。この課題は、ゴルフに限らず、他のスポーツ例えば野球やテニスなどにも共通する。
本発明の幾つかの態様は、チェックポイントでのゴルフクラブや腕の状態を視覚的に容易に提示することができる運動解析方法、運動解析装置および運動解析プログラムを提供することを目的とする。

（１）本発明の一態様は、慣性センサーの出力を用いて、運動具のスイング中の移動軌跡、および前記運動具の関心部位の姿勢を算出し、前記運動具の移動軌跡上の指定されたチェックポイントにおける前記運動具の関心部位の姿勢状態を表示する運動解析方法に関する。

本発明の一態様によれば、スイング動作される運動具のチェックポイントが指定される。慣性センサーから運動具のスイング中に出力されるデータを用いて、運動具の移動軌跡と関心部位の姿勢が算出される。それにより、求められた運動具の移動軌跡上にてチェックポイントがどこかが分かる。運動具の移動軌跡上の指定されたチェックポイントでの運動具の関心部位の姿勢が表示される。これをスイング評価に役立てることで、被験者の運動上達を支援することができる。

（２）本発明の一態様では、前記チェックポイントは、前記スイング中における前記運動具の位置情報および時間情報の少なくとも一方を用いて指定することができる。

チェックポイントは運動具の移動軌跡上に指定されるが、この指定は、運動具の位置情報（例えば被験者の目と同じ高さ等）や時間情報（例えばバックスイングやダウンスイング開始からの経過時間等）により指定することができる。慣性センサーでは単位時間毎にサンプリングされて加速度や角速度等が検出され、これらの検出データは単位時間毎（例えば時刻毎やサンプリングカウンタ番号毎）に管理される。単位時間毎の変化量（加速度）を例えばサンプリングカウンタ番号ｔ＝１〜ｍの期間で２階積分して、サンプリングカウンタ番号ｔ＝ｍでの運動具の位置を求める。運動具の移動軌跡上の位置または時間をチェックポイントと比較し、チェックポイントと一致又は最も近い移動軌跡上の点が特定され、その点に対応するサンプリングカウンタ番号ｔ＝ｍが特定される。

（３）本発明の一態様では、前記慣性センサーの出力を用いて、前記運動具のシャフト部の軸回りに発生する回転角を算出し、前記移動軌跡上における前記運動具の関心部位に前記回転角の情報を関連付けることができる。

チェックポイントでの運動具のシャフト部の軸回りに発生する回転角は、初期回転角の位置からチェックポイントに至るまでの間に慣性センサーにより得られた角速度を積分することで求まる。運動具のシャフト部の軸回りに発生する回転角は、手首の動きに連動しており、打撃具であれば打撃面の向き（ゴルフクラブであればフェイス面の向き、テニスラケットであればガット面の向き）を示す重要なファクターである。こうして、チェックポイントでの手首の動きは、チェックポイントでの運動具のシャフト部の軸回りに発生する回転角として認識できる。これをスイング評価に役立てることで、被験者の運動上達を支援することができる。

（４）本発明の一態様では、前記運動具の関心部位は、打撃面とすることができる。例えばゴルフクラブ等の打撃具の場合、クラブヘッドのフェイス面等の打撃面の向きがスイング中にどう変化するかは関心事であるが、スイングが速過ぎて視認できない。チェックポイントでの打撃面の姿勢を表示することで、有効なスイングチェックが可能となる。

（５）本発明の一態様では、前記運動具の移動軌跡に関連付けて、前記関心部位を表すオブジェクト画像を表示することができる。

こうすると、スイング移動軌跡上のチェックポイントでの運動具の関心部位の姿勢を表す物体として、運動具を模したオブジェトが表示されるので、チッェクボイントを視覚的に評価することができる。

（６）本発明の一態様では、前記運動具の関心部位の姿勢状態の変化に応じて向きを変えるマーキングを表示することができる。

マーキングの表示により、運動具の関心部位の姿勢として、例えば手首の返しの状態や打撃面の角度の変化を被験者に分かり易く表示することができる。

（７）本発明の一態様では、被験者の前記運動具の関心部位への視線方向で、前記関心部位の姿勢状態を表示することができる。被験者の視点からチェックポイントに向かう方向を視線方向に設定することで、被験者の目から見た関心部位の姿勢を表示することができる。

（８）本発明の他の態様は、スイング動作される運動具のチェックポイントを指定する指定部と、慣性センサーの出力を用いて、前記運動具の移動軌跡を算出する第１算出部と、前記運動具の移動軌跡上にて前記チェックポイントにおける前記運動具の関心部位の姿勢状態を算出する第２算出部と、前記チェックポイントにおける前記運動具の関心部位の姿勢を表示する表示部と、を備える運動解析装置に関する。

（９）本発明のさらに他の態様は、慣性センサーの出力を用いて、スイング中の運動具の移動軌跡、および前記運動具の関心部位の姿勢を算出する手順と、前記チェックポイントにおける前記運動具の関心部位の姿勢を表示する手順と、をコンピューターに実行させる運動解析プログラムに関する。

本発明の他の態様に係る運動解析プログラムは、本発明の一態様に係る運動解析装置の動作をコンピューターに実行させることができる。このプログラムは、運動解析装置に当初から記憶されていても良いし、記憶媒体に格納されて運動解析装置にインストールされても良いし、ネットワークを通じてサーバーから運動解析装置の通信端末にダウンロードされても良い。

本発明の一実施形態に係るゴルフスイング解析装置の構成を概略的に示す概念図である。 運動解析モデルとゴルファーおよびゴルフクラブとの関係を概略的に示す概念図である。 一実施形態に係る演算処理回路の構成を概略的に示すブロック図である。 チェックポイントの一例を示す図である。 単位時間ごとに管理される慣性センサーの出力を説明するための図である。 通常のビュー座標変換された正面画像を示す図である。 通常のビュー座標変換された側面画像を示す図である。 ゴルフクラブの移動軌跡とチェックポイントでのゴルフクラブの姿勢を視覚的に表現する画像の表示例を示す図である。 図８とはビュー座標が異なる他の表示例を示す図である。 図８及び図９とはビュー座標が異なるさらに他の表示例を示す図である。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

（１）ゴルフクラブ解析装置の構成
図１は本発明の一実施形態に係るゴルフスイング解析装置（運動解析装置）１１の構成を概略的に示す。ゴルフスイング解析装置１１は例えば慣性センサー１２を備える。慣性センサー１２には例えば加速度センサーおよびジャイロセンサーが組み込まれる。加速度センサーは互いに直交する三軸方向に個々に加速度を検出することができる。ジャイロセンサーは互いに直交する三軸の各軸回りに個別に角速度を検出することができる。慣性センサー１２は検出信号を出力する。検出信号で個々の軸ごとに加速度および角速度は特定される。加速度センサーおよびジャイロセンサーは比較的に精度よく加速度および角速度の情報を検出する。

慣性センサー１２はゴルフクラブ（運動具）１３に取り付けられる。ゴルフクラブ１３はシャフト１３ａおよびグリップ１３ｂを備える。グリップ１３ｂが手で握られる。グリップ１３ｂはシャフト１３ａの軸と同軸に形成される。シャフト１３ａの先端にはクラブヘッド１３ｃが結合される。望ましくは、慣性センサー１２はゴルフクラブ１３のシャフト１３ａまたはグリップ１３ｂに取り付けられる。シャフト１３ａはグリップ１３ｂを含みクラブヘッド１３ｃまでの棒状部分を指す。慣性センサー１２はゴルフクラブ１３に相対移動不能に固定されればよい。ここでは、慣性センサー１２の取り付けにあたって慣性センサー１２の検出軸の１つはシャフト１３ａの軸に合わせ込まれる。慣性センサー１２の検出軸のもう１つはクラブヘッド１３ｃのフェイス（打撃面）の向きに合わせ込まれる。

ゴルフスイング解析装置１１は演算処理回路１４を備える。演算処理回路１４には慣性センサー１２が接続される。接続にあたって演算処理回路１４には所定のインターフェイス回路１５が接続される。このインターフェイス回路１５は有線で慣性センサー１２に接続されてもよく無線で慣性センサー１２に接続されてもよい。演算処理回路１４には慣性センサー１２から検出信号が供給される。

演算処理回路１４には記憶装置１６が接続される。記憶装置１６には例えばゴルフスイング解析ソフトウェアプログラム（運動解析プログラム）１７および関連するデータが格納できる。演算処理回路１４はゴルフスイング解析ソフトウェアプログラム１７を実行しゴルフスイング解析方法を実現する。記憶装置１６にはＤＲＡＭ（ダイナミックランダムアクセスメモリー）や大容量記憶装置ユニット、不揮発性メモリー等が含まれることができる。例えばＤＲＡＭには、ゴルフスイング解析方法の実施にあたって一時的にゴルフスイング解析ソフトウェアプログラム１７が保持される。ハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）といった大容量記憶装置ユニットにはゴルフスイング解析ソフトウェアプログラム１７およびデータが保存される。不揮発性メモリーにはＢＩＯＳ（基本入出力システム）といった比較的に小容量のプログラムやデータが格納される。

演算処理回路１４には画像処理回路１８が接続される。演算処理回路１４は画像処理回路１８に所定の画像データを送る。画像処理回路１８には表示装置（表示部）１９が接続される。画像処理回路１８には、ビュー座標変換部１８Ａが設けられる。ビュー座標変換部１８Ａは、詳細を後述する通り、表示装置１９に表示される画像の視点と視線方向を変換する。接続にあたって画像処理回路１８には所定のインターフェイス回路（図示されず）が接続される。画像処理回路１８は、入力される画像データに応じて表示装置１９に画像信号を送る。表示装置１９の画面には画像信号で特定される画像が表示される。表示装置１９には液晶ディスプレイその他のフラットパネルディスプレイが利用される。

演算処理回路１４には指定部２０が接続される。指定部２０は、スイング動作されるゴルフクラブ１３のチェックポイントを演算処理回路１４に指定する。演算処理回路１４は、ゴルフクラブ１３の関心部位の移動軌跡を算出し、その移動軌跡上にてチェックポイントに至るまでの慣性センサー１２の出力に基づいて、チェックポイントでのシャフト１３ａの軸回りに発生する回転角を算出する。ここでは、演算処理回路１４、記憶装置１６、画像処理回路１８及び指定部２０は例えばコンピューター装置として提供される。

演算処理回路１４及び指定部２０には入力装置２１が接続される。入力装置２１は少なくともアルファベットキーおよびテンキーを備える。入力装置２１から文字情報や数値情報が演算処理回路１４に入力される。入力装置２１は例えばキーボードで構成されればよい。コンピューター装置およびキーボードの組み合わせは例えばスマートフォンや携帯電話端末、タブレットＰＣ（パーソナルコンピューター）等に置き換えられてもよい。

ここで、指定部２０にて指定されるチェックポイントは、入力装置２１により入力される外部入力データ（例えば被験者の身長データ）に基づいて設定しても良い。また、ビュー座標変換部１８Ａは、指定部２０に接続されても良い。こうすると、被験者の身長データに基づいて視点を設定し、視点からチェックポイントに向かう方向を視線方向に設定することができる。

（２）運動解析モデル
演算処理回路１４は仮想空間を規定する。仮想空間は三次元空間で形成される。三次元空間は実空間を特定する。図２に示されるように、三次元空間は絶対基準座標系（ワールド座標系）Σｘｙｚを有する。三次元空間には絶対基準座標系Σｘｙｚに従って三次元運動解析モデル２６が構築される。三次元運動解析モデル２６の棒２７は支点２８（座標ｘ）に点拘束される。棒２７は支点２８回りで三次元的に振子として動作する。支点２８の位置は移動することができる。ここでは、絶対基準座標系Σｘｙｚに従って、先端１３ｃの位置は座標ｘｈで特定される。

三次元運動解析モデル２６はスイング時のゴルフクラブ１３をモデル化したものに相当する。振子の棒２７はゴルフクラブ１３のシャフト１３ａを投影する。棒２７の支点２８はグリップ１３ｂを投影する。慣性センサー１２はシャフト２７に固定される。慣性センサー１２は加速度信号および角速度信号を出力する。加速度信号では、重力加速度ｇを含む加速度信号を出力する。

演算処理回路１４は同様に慣性センサー１２に局所座標系（センサー座標系）Σｓを固定する。局所座標系Σｓの原点は慣性センサー１２の検出軸の原点に設定される。局所座標系Σｓのｙ軸は図１に示すようにシャフト１３ａの長軸に一致する。局所座標系Σｓのｘ軸は図１に示すようにフェイスの向きで特定される打球方向に一致する。したがって、この局所座標系Σｓに従って支点の位置ｌｓｊは、図２に示すように（０，ｌｓｊｙ，０）で特定される。同様に、クラブヘッド１３ｃの位置ｌｓｈは（０，ｌｓｈｙ，０）で特定される。

（３）スイング軌跡算出
図３は一実施形態に係る演算処理回路１４の構成を概略的に示す。演算処理回路１４は第１算出部としてのスイング軌跡算出部３１および第２算出部としての回転角算出部３２を備える。スイング軌跡算出部３１は慣性センサー１２に接続される。スイング軌跡算出部３１には慣性センサー１２から出力信号が供給される。ここでは、慣性センサー１２の出力に、直交３軸に沿ってそれぞれ検出される加速度および直交３軸回りでそれぞれ検出される角速度が含まれる。スイング軌跡算出部３１は慣性センサー１２の出力に基づきゴルフクラブ１３の位置および姿勢を検出する。スイング軌跡算出部３１は例えば運動中のグリップ１３ｂおよびクラブヘッド１３ｃの位置を検出する。検出にあたってスイング軌跡算出部３１は例えば次式（１）に従ってグリップ１３ｂの加速度を算出する。こうした加速度の算出にあたってスイング軌跡算出部３１は慣性センサー１２の固有の局所座標系Σｓに従ってグリップ１３ｂの位置ｌｓｊを特定する。特定にあたってスイング軌跡算出部３１は記憶装置１６から位置情報を取得する。記憶装置１６には予めグリップ１３ｂの位置ｌｓｊが格納される。グリップ１３ｂの位置ｌｓｊは例えば入力装置２１経由で指定されればよい。式（１）において、αｓｊはグリップの加速度、αｓは慣性センサー１２が計測した加速度、ωｓは慣性センサー１２が計測した角速度である。

…（１）

スイング軌跡算出部３１は、算出された加速度に基づきグリップ１３ｂの移動速度を算出する。ここでは、次式（２）に従って加速度に規定のサンプリング間隔ｄｔで積分処理が施される。Nはサンプル数を示す（以下、同じ）。

…（２）

さらにスイング軌跡算出部３１は算出された速度に基づきグリップ１３ｂの位置を算出する。ここでは、次式（３）に従って速度に規定のサンプリング間隔ｄｔで積分処理が施される。

…（３）

スイング軌跡算出部３１は予め仮想三次元空間内で局所座標系Σｓの位置（またはグリップ１３ｂの位置）を特定する。局所座標系Σｓの変位またはグリップ１３ｂの変位が仮想三次元空間内の座標系に変換されると、ゴルフクラブ１３の位置が特定される。

同様に、スイング軌跡算出部３１は次式（４）〜（６）に従ってクラブヘッド１３ｃの位置を検出する。位置の検出にあたってスイング軌跡算出部３１は慣性センサー１２の固有の局所座標系Σｓに従ってクラブヘッド１３ｃの位置ｌｓｈを特定する。特定にあたってスイング軌跡算出部３１は記憶装置１６から位置情報を取得する。記憶装置１６には予めクラブヘッド１３ｃの位置ｌｓｈが格納される。クラブヘッド１３ｃの位置ｌｓｈは例えば入力装置２１経由で指定されればよい。

…（４）

…（５）

…（６）

スイング軌跡算出部３１は、クラブヘッド１３ｃの位置ｌｓｈを、上記の通り慣性センサー１２の固有の局所座標系Σｓに従って特定した後、仮想三次元空間内の座標系に変換する。つまり、クラブヘッド１３ｃの位置Ｐｓｈ（ｔ）は、図１に示す仮想三次元空間内の座標（ｘ，ｙ，ｚ）で示される。

（４）シャフトの軸周り回転角の算出
回転角算出部３２は慣性センサー１２及び指定部２０に接続される。回転角算出部３２には慣性センサー１２から出力が供給される。回転角算出部３２は、慣性センサー１２の出力に基づき角位置「０°」の初期位置からチェックポイントまでの軸回りのグリップ１３ｂの回転角θｍ（ｎ＝１，…，Ｎ）を検出する。検出にあたって回転角算出部３２は、次式（７）に示すように、単位時間当たりの回転角の変化量（角速度ωｎ）を積分する。

…（７）

式（７）の積分期間は、初期位置ｎ＝１からチェックポイントｎ＝ｍまでであり、その間に慣性センサー（ここではジャイロセンサー）１２から出力される角速度ωｎが積分される。こうしてグリップ１３ｂのチェックポイントでの回転角θｍが算出される。

チェックポイントでの回転角θｍの検出にあたって回転角算出部３２は慣性センサー１２の出力に基づきグリップ１３ｂの軸（シャフト１３ａに同軸）回りでグリップ１３ｂの初期位置を検出する。検出にあたって回転角算出部３２は慣性センサー１２でシャフト１３ａに平行な１検出軸回り（ここではｙ軸回り）にアドレス時の角速度を取得する。回転角算出部３２は取得した角速度を初期値に据える。アドレス時にはｙ軸回りで角速度は生じないことから、角速度が「０（ゼロ）」で静止すると、角位置「０°（ゼロ度）」（＝初期位置）が設定される。

回転角算出部３２には、慣性センサー（ジャイロセンサー）１２から角速度ωｎが順次入力される。よって、回転角算出部３２にチェックポイントが指定され、積分期間の終了を取得できれば、回転角算出部３２はチェックポイントでのグリップ１３ｂの回転角θｍを算出できる。

（５）チェックポイントの指定
チェックポイントは、ゴルフクラブ１３の移動軌跡上での位置情報または時間情報で指定できるが、以下では位置情報を用いて指定する場合について説明する。

図４は、チェックポイントの一例を示す図である。ゴルフ練習場では、トップからインパクトに向かうダウンスイング途中にて、ゴルフクラブ１３を停止させ、その時のクラブヘッド１３ｃのフェイスの向きをチェックポイントとして確認することがある。この例では、クラブヘッド１３ｃが例えばゴルファーの目の高さにて停止されている。このチェックポイントは、クラブヘッド１３ｃまでの高さＨ１となる。このチェックポイント（高さ）Ｈ１は、ゴルフスイング解析装置１１がゴルファーの身長Ｈ２を取得することにより指定できる。本実施形態では、入力装置２１より被験者の身長データＨ２が入力される。指定部２０は、例えば、係数α（α＜１）を用い、Ｈ１＝Ｈ２×αの演算により、チェックポイント（高さ）Ｈ１を指定することができる。係数αは、少し屈んだ被験者の目の高さの係数として、例えばα＝０．８に設定できる。

図５は、慣性センサー１２で検出されるデータ例を示す。慣性センサー１２から送信される３軸の加速度得及び角速度データは、図５に示すように、例えば先頭ビットにサンプリングカウンタ番号ｔ（ｔ＝１〜Ｎ）が付されている。なお、これらのデータは、記憶装置１６または演算処理回路１４内の記憶部に記憶さておいても良い。このサンプリングカウンタ番号ｔは、クラブヘッド１３ｃの位置Ｐｓｈ（ｔ）をスイング軌跡算出部３１が算出する式（７）中の符号ｔと一致する。つまり、スイング軌跡算出部３１が式（７）に従って算出するクラブヘッド１３ｃの位置Ｐｓｈ（ｔ）は、サンプリングカウンタ番号ｔ毎に算出されることになる。

指定部２０には、サンプリングカウンタ番号ｔ毎に算出されるクラブヘッド１３ｃの位置Ｐｓｈ（ｔ）がスイング軌跡算出部３１から入力される。指定部２０は、クラブヘッド１３ｃの位置Ｐｓｈ（ｔ）の高さ（Ｚ座標）がチェックポイント（高さ）Ｈ１と一致するか、あるいは最も近い値となるサンプリングカウンタ番号ｔ＝ｍを求める。

こうして、指定部２０は、チェックポイント（高さ）Ｈ１に対応するサンプリングカウンタ番号ｔ＝ｍを、回転角算出部３２に指定する。回転角算出部３２は、式（７）に従い、クラブヘッド１３ｃの移動軌跡上にてチェックポイントＨ１に至るまでの慣性センサー１２の出力（ｔ＝１〜ｍ）に基づいて、チェックポイントＨ１にてシャフト１３ａの軸回りに発生する回転角θｍを算出する。

（６）表示
演算処理回路１４は画像データ生成部３４を備える。画像データ生成部３４はスイング軌跡算出部３１および回転角算出部３２に接続される。画像データ生成部３４にはスイング軌跡算出部３１および回転角算出部３２から出力信号が供給される。画像データ生成部３４は移動軌跡画像生成部３５、面回転画像生成部３６および立方体画像生成部３７を備える。移動軌跡画像生成部３５はゴルフクラブ１３の位置および姿勢に基づきゴルフクラブ１３の移動軌跡を視覚的に表示する画像（後述する図８〜図１０に示すＲ１，Ｒ２）を生成する。面回転画像生成部３６は、ゴルフクラブ１３上に規定されてシャフト１３ａの軸回りで回転するフェイスを表示するオブジェクト画像（図８〜図１０に示す画像４１）を生成する。立方体画像生成部３７はグリップ１３ｂの軸に平行な稜線を有する立方体の画像（図８〜図９示すマーキング４２）を生成する。立方体には、グリップ１３ｂの軸に平行に広がって幾何学形状の輪郭（ここでは正方形の輪郭）を有する１平面が規定される。フェイス面のオブジェクト画像４１の及び立方体４２の平面４３は、クラブヘッド１３ｃがチェックポイントにある時のグリップ１３ｂの回転角θｍに応じてグリップ１３ｂの軸回りに向きを変える。チェックポイントにある時の画像は相互に関連づけられて１画像データとして画像データ生成部３４から出力される。なお、マーキングは平面や立方体以外にも、曲面や、立方体以外の球体等の立体形状でも可能である。

演算処理回路１４は描画部３８を備える。描画部３８は画像データ生成部３４に接続される。描画部３８には画像データ生成部３４から画像データが供給される。描画部３８は、移動軌跡画像生成部３５の出力信号に基づき、ゴルフクラブ１３の移動軌跡を視覚的に表示する画像を描画し、表示装置１９に表示する。描画部３８は、ゴルフクラブ１３の移動軌跡の画像に、個々の位置ごとに、フェイスの画像（オブジェクト）４１および立方体の画像（マーキング）４２を重ねる。その結果、仮想三次元空間内で、ゴルフクラブ１３の移動軌跡にチェックポイントでのフェイスの回転角および立方体の回転角を関連づけつつ視覚的に表示する画像は生成される。

（７）ゴルフスイング解析装置の動作
ゴルフスイング解析装置１１の動作を簡単に説明する。まず、ゴルファーのゴルフスイングは計測される。計測に先立って必要な情報が入力装置２１から演算処理回路１４に入力される。ここでは、三次元運動解析モデル２６に従って、局所座標系Σｓに従った支点２８の位置ｌｓｊ、並びに、慣性センサー１２の初期姿勢の回転行列Ｒ０の入力が促される。また、ゴルファーの身長データが入力装置２１から指定部２０に入力される。入力された情報は例えば特定の識別子の下で管理される。識別子は特定のゴルファーを識別すればよい。

計測に先立って慣性センサー１２がゴルフクラブ１３のシャフト１３ａに取り付けられる。慣性センサー１２はゴルフクラブ１３に相対変位不能に固定される。ここでは、慣性センサー１２の検出軸の１つはシャフト１３ａの軸に合わせ込まれる。慣性センサー１２の検出軸の１つはフェイス（打撃面）の向きで特定される打球方向に合わせ込まれる。

ゴルフスイングの実行に先立って慣性センサー１２の計測は開始される。動作の開始時に慣性センサー１２は所定の位置および姿勢に設定される。これらの位置および姿勢は初期姿勢の回転行列Ｒ０で特定されるものに相当する。慣性センサー１２は特定のサンプリング間隔で継続的に加速度および角速度を計測する。サンプリング間隔は計測の解像度を規定する。慣性センサー１２の検出信号はリアルタイムで演算処理回路１４に送り込まれる。演算処理回路１４は慣性センサー１２の出力を特定する信号を受信する。

ゴルフスイングは、アドレスに始まって、テイクバック、ハーフウェイバック、トップからダウンスイング、インパクトを経て、フォロースルー、そしてフィニッシュに至る。ゴルフクラブ１３が振られると、ゴルフクラブ１３の姿勢は時間軸に従って変化する。慣性センサー１２はゴルフクラブ１３の姿勢に応じて検出信号を出力する。このとき、スイング軌跡算出部３１は慣性センサー１２の出力に基づきゴルフクラブ１３特にクラブヘッド１３ｃの位置を検出する。スイング軌跡算出部３１からクラブヘッド１３ｃの位置が入力される指定部２０は、その位置とチェックポイントとを比較する。指定部２０は、チェックポイントと対応する位置をスイング軌跡算出部３１が算出した時のサンプリングカウンタ番号ｔ＝ｍを求め、回転角算出部３２に指示する。回転角算出部３２は、クラブヘッド１３ｃの移動軌跡上にてチェックポイントＨ１に至るまでの慣性センサー１２の出力に基づき、チェックポイントにある時のグリップ１３ｂの軸回りでグリップ１３ｂの角位置を式（７）に従って算出する。画像データ生成部３４は、ゴルフクラブ１３の移動軌跡に関連づけてチェックポイントにある時のフェイスの画像および立方体の画像を特定する三次元画像データ（例えばポリゴンデータ）を生成する。描画部３８は、三次元画像データに基づき、ゴルフクラブ１３の移動軌跡Ｔに関連づけてフェイス４１の画像および立方体４２の画像を描画する。

描画データは画像処理回路１８に送られ、描画データに従って表示装置１９の画面に画像は映し出される。画像処理回路１８は、ビュー座標変換部１８Ａを含んでいる。ビュー座標変換部１８Ａは、視点から視線方向に向けて見た画像を表示装置１９に表示するように公知のビュー座標変換する機能を有する。例えば、図１に示す絶対基準座標系（ｘ，ｙ，ｚ）にて視点をｚ軸上に設定し、視点からの視線方向をｚ方向とするように通常のビュー座標変換された正面画像を図６に示す。同様に、視点をｘ軸上に設定し、視点からの視線方向をｘ方向とするように通常のビュー座標変換された側面画像を図７に示す。なお、図６及び図７において、バックスイングの移動軌跡はＲ１、ダウンスイングの移動軌跡はＲ２である。

本実施形態は、図６または図７に示す正面画像または側面画像を用いても良い。図８は、例えば図６と同じ正面画像にチェックポイントでのクラブヘッド１３ｃのフェイスの姿勢を表示したものである。この他、例えば、図７において、ゴルファーの目の辺りを視点１とし、視点１からチェックポイントに向かう視線方向１とするビュー座標変換を図９に挙げることができる。これは、図４に示す視点Ｐからの視線方向Ｓと同じである。つまり、図９は、チェックポイントにてゴルフクラブ１３を停止させずにスイングした場合に、図４と同様にゴルファーの目から見たチェックポイントでのクラブヘッド１３ｃのフェイスの姿勢を、運動解析装置１１により表示したものである。図９の表示例によれば、図４のようにして見慣れている練習時（ゴルフクラブ停止時）のチェックポイントを、ゴルフクラブを停止させずにスイングした時のチェックポイントと比較できる点で優れている。さらに他の例として、図７において、ゴルファーの後方の斜め上方に視点２を設定し、視点２からゴルファーに向かう視線方向２とするビュー座標変換を図１０に挙げることができる。

図８〜図１０にも、バックスイングの移動軌跡Ｒ１とダウンスイングの移動軌跡Ｒ２が示されている。図８〜図１０では加えて、シャフト１３ａの軸回りで回転するクラブヘッド１３ｃのフェイスを表示するオブジェクト４１が表示される。図８及び図９では加えて、マーキングである立方体４２が表示される。運動具１３のシャフト１３ａは棒状であるため、シャフト１３ａの軸回りの回転をオブジェクト４１として表示しても被験者はどのくらい回転しているのかを把握し辛い。このため、運動具１３の移動軌跡と併せて、運動具１３のシャフト１３ａの軸回りに発生する回転角の変化を表すマーキング４２（図８及び図９）を表示させることにより、手首の返しの状態や打球面の角度の変化を被験者に分かり易く表示することができる。

画像中で立方体４２の平面４３はグリップ１３ｂ及びシャフト１３ａの回転に応じて向きを変える。グリップ１３ｂの回転すなわち手首の回転は平面４３の回転で表現される。こうして被験者は画像から明確に、チェックポイントでの手首の回転を把握することができる。こうした把握に応じて被験者はスイングのフォームに改良を加えることができる。特に、立方体４２はグリップ１３ｂの直交三軸を反映する。その結果、被験者はチェックポイントでの手首の動きを観念的に明確に認識することができる。

スイング動作の提示にあたって画像ではチェックポイントでのフェイス４１が特定される。こうしてゴルフクラブ１３そのものでチェックポイントでの手首の回転は表現される。被験者はゴルフクラブ１３の動きを視覚的に確認することができる。こうした確認を通じて被験者はスイングのフォームに改良を加えることができる。なお、表示装置１９には、第１画像と第２画像とを並列または重ねて表示しても良い。こうすると、同一ゴルファーの異なるスイングを比較することができる。あるいは、本人のスイングを上級者のスイングと比較することができる。

なお、以上の実施形態では演算処理回路１４の個々の機能ブロックはゴルフスイング解析ソフトウェアプログラム１７の実行に応じて実現される。ただし、個々の機能ブロックはソフトウェア処理に頼らずにハードウェアで実現されてもよい。その他、ゴルフスイング解析装置１１は手で握られて振られる運動具（例えばテニスラケットや卓球ラケット、野球のバット）のスイング解析に応用されてもよい。また、図３のスイング軌跡算出部３１と回転角算出部３２とを分けて記載したが、併せて一つの算出部としてもよい。

上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。したがって、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれる。例えば、明細書または図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語とともに記載された用語は、明細書または図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えられることができる。また、慣性センサー１２やゴルフクラブ１３、演算処理回路１４、指定部２０、三次元運動解析モデル２６、スイング軌跡算出部３１、回転角算出部３２等の構成および動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形が可能である。また、ゴルフ以外にもテニスや野球等のスイング動作を用いる運動に対しても本発明を適用することができる。

１１ 運動解析装置（ゴルフスイング解析装置）、１２ 慣性センサー、１３ 運動具（ゴルフクラブ）、１３ａ シャフト部（シャフト）、１３ｃ クラブヘッド、１４ コンピューター（演算処理回路）、１７ 運動解析プログラム（ゴルフスイング解析ソフトウェアプログラム）、１９ 表示部、２０ 指定部、３１ 第１検出部（スイング軌跡算出部）、３２ 第２検出部（回転角算出部）、３４ 画像データ生成部、４１ フェイス画像、４２ マーキング（立方体）、４３ 平面、Ｈ１ チェックポイント、Ｈ２ 身長、Ｒ１，Ｒ２ 移動軌跡。

Claims (9)

1. 慣性センサーの出力を用いて、運動具のスイング中の移動軌跡、および前記運動具の関心部位の姿勢を算出し、
   前記運動具の移動軌跡上の指定されたチェックポイントにおける前記運動具の関心部位の姿勢状態を表示することを特徴とする運動解析方法。
2. 請求項１に記載の運動解析方法において、
   前記チェックポイントは、前記スイング中における前記運動具の位置情報および時間情報の少なくとも一方を用いて指定されることを特徴とする運動解析方法。
3. 請求項１または２に記載の運動解析方法において、
   前記慣性センサーの出力を用いて、前記運動具のシャフト部の軸回りに発生する回転角を算出し、前記移動軌跡上における前記運動具の関心部位に前記回転角の情報を関連付けることを特徴とする運動解析方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の運動解析方法において、
   前記運動具の関心部位は、打撃面であることを特徴とする運動解析方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の運動解析方法において、
   前記運動具の移動軌跡に関連付けて、前記関心部位を表すオブジェクト画像を表示することを特徴とする運動解析方法。
6. 請求項５に記載の運動解析方法において、
   前記運動具の関心部位の姿勢状態の変化に応じて向きを変えるマーキングを表示することを特徴とする運動解析方法。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の運動解析方法において、
   被験者の前記運動具の関心部位への視線方向で、前記関心部位の姿勢状態を表示することを特徴とする運動解析方法。
8. スイング動作される運動具のチェックポイントを指定する指定部と、
   慣性センサーの出力を用いて、前記運動具の移動軌跡を算出する第１算出部と、
   前記運動具の移動軌跡上にて前記チェックポイントにおける前記運動具の関心部位の姿勢状態を算出する第２算出部と、
   前記チェックポイントにおける前記運動具の関心部位の姿勢を表示する表示部と、
   を備えることを特徴とする運動解析装置。
9. 慣性センサーの出力を用いて、スイング中の運動具の移動軌跡、および前記運動具の関心部位の姿勢を算出する手順と、
   前記チェックポイントにおける前記運動具の関心部位の姿勢状態を表示する手順と、
   を、コンピューターに実行させることを特徴とする運動解析プログラム。

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