JP2015107237A - 解析装置、解析方法および記録媒体 - Google Patents
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Abstract
【課題】より簡単な構成でオブジェクト間の接触現象を解析する。【解決手段】第1のオブジェクト上の第1の位置に第2のオブジェクトが接触したことによって上記第1のオブジェクトに発生した振動を示す振動データを取得する取得部と、上記振動データによって示される振動特性と、上記第1のオブジェクトについて上記第2のオブジェクトが接触しうる位置ごとに定義される振動特性とを比較することによって上記第1の位置を特定する第1の解析処理部と、上記第1のオブジェクトの速度と上記第1の位置とに基づいて、上記第2のオブジェクトの上記接触後の速度を推定する第2の解析処理部とを備える解析装置が提供される。【選択図】図2
Description
本開示は、解析装置、解析方法および記録媒体に関する。
これまでに、センシングや解析を利用して、ユーザの運動を支援する技術が多く開発されてきている。かかる技術として、例えば、テニス、バドミントン、卓球、ゴルフ、野球など、打具を用いてボールを打つスポーツにおいて、ボールが打具にヒットした回数やヒットした位置を検出し、ユーザに情報として呈示するものがある。このような技術の例として、例えば特許文献1には、テニスラケットの打面やその周辺にセンサを配置し、打面にボールがヒットしたことを検出してその回数や位置をユーザに通知する技術が記載されている。
上記の特許文献1に記載の技術では、テニスラケットの打面上の各位置に対応して多数のセンサが配置される。これによって、打面にボールがヒットした回数のみならず打面のどこにボールがヒットしたかをも検出することが可能である。しかしながら、このような多数のセンサは、ユーザが打具を購入後に取付けるには手間がかかりすぎる。予めセンサが組み込まれた打具を販売してもよいが、打具の価格が上昇し、またユーザは打具の買い替えがしづらくなる。また、数千分の1のフレームレートで撮影可能なハイスピードカメラを利用してボールが衝突する瞬間を撮影し、ボールがヒットした位置を画像から確認する方法も考えられるが、ハイスピードカメラは高価であり、また操作も煩雑であるため、ユーザが手軽に利用することは難しい。
打具のスウィングスピードや、打球の回転軸、回転量、速度などについても同様のことがいえる。つまり、これらを計測することはプレーヤのパフォーマンスを測定するために有用であるが、計測のためには高価な専用装置、例えばハイスピードカメラやモーションキャプチャなどが必要とされる。例えば、ボールの回転量を求めるには、フレームレートが4000fps程度のハイスピードカメラで撮影した画像を解析したり、ドップラーレーダーを利用したりする方法が知られているが、専用の装置が必要となり、また解析や操作にも高度な技術が必要とされるため、ユーザが手軽に利用することは難しい。
そこで、本開示では、より簡単な構成でオブジェクト間の接触現象を解析することが可能な、新規かつ改良された解析装置、解析方法および記録媒体を提案する。
本開示によれば、第1のオブジェクト上の第1の位置に第2のオブジェクトが接触したことによって上記第1のオブジェクトに発生した振動を示す振動データを取得する取得部と、上記振動データによって示される振動特性と、上記第1のオブジェクトについて上記第2のオブジェクトが接触しうる位置ごとに定義される振動特性とを比較することによって上記第1の位置を特定する第1の解析処理部と、上記第1のオブジェクトの速度と上記第1の位置とに基づいて、上記第2のオブジェクトの上記接触後の速度を推定する第2の解析処理部とを備える解析装置が提供される。
また、本開示によれば、第1のオブジェクト上の第1の位置に第2のオブジェクトが接触したことによって上記第1のオブジェクトに発生した振動を示す振動データを取得することと、上記振動データによって示される振動特性と、上記第1のオブジェクトについて上記第2のオブジェクトが接触しうる位置ごとに定義される振動特性とを比較することによって上記第1の位置を特定することと、上記第1のオブジェクトの速度と上記第1の位置とに基づいて、上記第2のオブジェクトの上記接触後の速度を推定することとを含む解析方法が提供される。
また、本開示によれば、第1のオブジェクト上の第1の位置に第2のオブジェクトが接触したことによって上記第1のオブジェクトに発生した振動を示す振動データを取得する機能と、上記振動データによって示される振動特性と、上記第1のオブジェクトについて上記第2のオブジェクトが接触しうる位置ごとに定義される振動特性とを比較することによって上記第1の位置を特定する機能と、上記第1のオブジェクトの速度と上記第1の位置とに基づいて、上記第2のオブジェクトの上記接触後の速度を推定する機能とをコンピュータに実現させるためのプログラムが格納された記録媒体が提供される。
以上説明したように本開示によれば、より簡単な構成でオブジェクト間の接触現象を解析することができる。
なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
1.システム構成
2.機能構成
3.処理フロー
4.衝突後のボールの速度の推定
4−1.力積の算出
4−2.ラケットの有効質量の算出
4−3.衝突前のラケットの速度の算出
4−4.反発係数の選択
5.ボールの回転の推定
6.情報提示の例
7.ハードウェア構成
8.補足
1.システム構成
2.機能構成
3.処理フロー
4.衝突後のボールの速度の推定
4−1.力積の算出
4−2.ラケットの有効質量の算出
4−3.衝突前のラケットの速度の算出
4−4.反発係数の選択
5.ボールの回転の推定
6.情報提示の例
7.ハードウェア構成
8.補足
(1.システム構成)
図1は、本開示の一実施形態に係るシステム構成の例を示す図である。図1を参照すると、システム10は、センサ装置100と、スマートフォン200と、サーバ300とを含む。
図1は、本開示の一実施形態に係るシステム構成の例を示す図である。図1を参照すると、システム10は、センサ装置100と、スマートフォン200と、サーバ300とを含む。
センサ装置100は、テニスのラケットRに装着される。センサ装置100は振動センサを備え、ラケットRにボールが衝突したことによってラケットRに発生する振動を検出する。振動センサによって取得された振動データは、例えばBluetooth(登録商標)などの無線通信によってスマートフォン200に送信される。また、センサ装置100は、加速度センサや角速度センサ、地磁気センサなど(例えば9軸モーションセンサ)を備え、ラケットRの加速度や角速度、傾きなどを検出してもよい。これらのセンサによって取得されたデータも、無線通信によってスマートフォン200に送信される。
ここで、ラケットRは、テニスでボールを打つための打具である。以下で説明する一実施形態では、打具としてラケットRを例として説明するが、打具の例はこれには限られない。後述するように、本技術は、打具にボールが衝突したときの振動に基づいて衝突後のボールの速度を推定するものである。従って、ボールの衝突によって振動が発生する打具、例えばバドミントンのラケット、卓球のラケット、ゴルフのクラブ、野球のバットなど、あらゆる打具について、本技術が適用可能である。また、オブジェクト同士の衝突によって振動が発生する場合であれば、スポーツでなくても本技術を適用することができる。また、衝突は、よりソフトな接触であってもよい。従って、本技術は、第1のオブジェクトへの第2のオブジェクトの接触によって第1のオブジェクトに発生する振動に基づいて、接触後の第2のオブジェクトの速度を推定するものといえる。
スマートフォン200は、センサ装置100から送信されたデータを受信する。スマートフォン200は、受信したデータに基づいて、後述するようなボールの衝突後の速度の推定などの解析処理を実行してもよい。この場合、スマートフォン200は、解析結果をユーザに向けて出力するとともに、サーバ300にアップロードしてもよい。あるいは、スマートフォン200は、受信したデータをサーバ300に転送してもよい。この場合、スマートフォン200は、サーバ300で実行された解析処理の結果を受信し、ユーザに向けて出力してもよい。なお、スマートフォン200は、通信機能、解析機能、および出力機能を備える他の装置、例えばタブレット端末や各種のパーソナルコンピュータなどによって代替されてもよい。
サーバ300は、スマートフォン200とネットワークを介して通信し、センサ装置100において取得されたデータの解析結果またはデータそのものを受信する。サーバ300は、スマートフォン200からデータを受信する場合、後述するようなボールの衝突後の速度の推定などの解析処理を実行する。サーバ300は、スマートフォン200からアップロードされた解析結果、または自ら算出した解析結果を保存し、必要に応じてスマートフォン200などのユーザが使用する端末装置に送信する。また、サーバ300は、解析結果またはデータを提供したユーザ以外のユーザが使用する端末装置に解析結果を送信し、解析結果をユーザ間で共有することを可能にしてもよい。
(2.機能構成)
図2は、本開示の一実施形態に係るシステムの機能構成を概略的に示す図である。図2を参照すると、システム40は、入力部410と、処理部420と、出力部430とを機能構成として含む。システム40の機能構成は、例えば、複数の装置に分散して実現されてもよい。例えば、上記で図1を参照して説明したシステム10において、入力部410はセンサ装置100で、処理部420はスマートフォン200またはサーバ300で、出力部430はスマートフォン200で、それぞれ実現されてもよい。あるいは、システム40の機能構成は、単一の装置に集約されて実現されてもよい。例えば、図1を参照して説明したシステム10において、センサ装置100がプロセッサやディスプレイ、スピーカなどを有し、入力部410、処理部420、および出力部430のすべてを実現してもよい。なお、この場合、スマートフォン200やサーバ300はシステム10に含まれなくてもよい。
図2は、本開示の一実施形態に係るシステムの機能構成を概略的に示す図である。図2を参照すると、システム40は、入力部410と、処理部420と、出力部430とを機能構成として含む。システム40の機能構成は、例えば、複数の装置に分散して実現されてもよい。例えば、上記で図1を参照して説明したシステム10において、入力部410はセンサ装置100で、処理部420はスマートフォン200またはサーバ300で、出力部430はスマートフォン200で、それぞれ実現されてもよい。あるいは、システム40の機能構成は、単一の装置に集約されて実現されてもよい。例えば、図1を参照して説明したシステム10において、センサ装置100がプロセッサやディスプレイ、スピーカなどを有し、入力部410、処理部420、および出力部430のすべてを実現してもよい。なお、この場合、スマートフォン200やサーバ300はシステム10に含まれなくてもよい。
入力部410は、例えば、振動センサ411と、モーションセンサ413と、その他のセンサ415とを含みうる。振動センサ411は、例えば圧電素子、ひずみゲージ、または加速度センサなどによって実現され、ラケットRに発生する振動を検出した振動データを出力する。モーションセンサ413は、例えば3軸加速度センサ、3軸角速度センサ、3軸地磁気センサなどによって実現され(これらすべてを含むセンサは9軸モーションセンサとも呼ばれる)、ラケットR(のセンサ装置100が取り付けられた部分)の加速度や回転、方位などを検出したモーションデータを出力する。この他に、その他のセンサ415として、温度センサ、気圧センサ、GPS受信機などが含まれてもよい。その他のセンサ415による検出結果も、後述するボールの衝突後の速度の推定などの解析処理に利用されうる。
ここで、入力部410と処理部420とが同じ装置において実現される場合、入力部410は、第1のオブジェクト(ラケット)上の第1の位置に第2のオブジェクト(ボール)が接触(衝突)したことによって第1のオブジェクトに発生した振動を示す振動データを取得する取得部でありうる。取得部は、さらに、接触(衝突)を含む区間における第1のオブジェクト(ラケット)の変位および回転を示すモーションデータを取得してもよい。あるいは、入力部410と処理部420とが異なる装置において実現される場合、入力部410を実現する装置(例えばセンサ装置100)において取得された振動データやモーションデータは、有線または無線の通信によって処理部420を実現する装置(例えばスマートフォン200またはサーバ300)に送信される。この場合、処理部420を実現する装置において振動データやモーションデータを受信する通信装置が、上記の取得部として機能しているといえる。
処理部420は、例えば、衝突検出部421と、物理演算部423と、出力補正部425とを含みうる。衝突検出部421は、振動データに基づいて、ラケットRへのボールの衝突を検出し、衝突が発生した区間のセンサデータを正確に切り出す処理を実行する。例えばスポーツの場合、打具とボールとの間の接触時間はきわめて短い場合が多い(テニスの場合は約5ms)。従って、衝突前後の打具の状態を推定するためには、モーションセンサ413のサンプリング周波数は200Hz以上であることが望ましい。このように高いサンプリングで検出されたセンサデータについて、後続の物理演算部423が現実的な処理負荷で正確な解析処理を実行するためには、衝突検出部421が、衝突が発生した区間のセンサデータを正確に切り出すことが望ましい。
図3は、本開示の一実施形態に係る衝突検出部の処理の例について説明するための図である。図3を参照すると、例えば、振動センサ411およびモーションセンサ413の両方から連続的に提供されるストリーミングデータのうち、振動センサ411のデータにおいてインパクトが検出された場合、衝突検出部421は、インパクトに続く所定の長さの区間の振動センサのストリーミングデータと、インパクトの前後の所定の長さの区間のモーションセンサのストリーミングデータとを、衝突が発生した区間のセンサデータとして切り出す。
図4は、本開示の一実施形態に係る物理演算部の構成の例について説明するための図である。図4を参照すると、処理部420に含まれる物理演算部423は、衝突解析部4231と、打球推定部4233と、打球軌跡推定部4235とを含む。衝突解析部4231は、衝突検出部421によって検出された衝突区間での打具の速度や姿勢、軌跡を推定する。また、衝突解析部4231は、打具上でのボールの衝突位置を推定する。打球推定部4233は、衝突直後の打球の状態を推定する。より具体的には、例えば、打球推定部4233は、打球の速度、回転軸、回転量、および飛び出し方向を推定する。打球軌跡推定部4235は、打球の軌跡を推定する。また、打球軌跡推定部4235は、打球の落下地点を推定してもよい。
再び図2を参照して、処理部420に含まれる出力補正部425は、物理演算部423の出力を補正する。物理演算部423では、ラケットRとボールとの衝突を力学的にモデル化して解析することによってボールの速度や回転を推定するが、現実には、ラケットやガットによる運動エネルギーのロスや、衝突前のボールの速度による反発係数の変化、スウィングによるラケットRの慣性モーメントの変化などによって、推定された値が現実の値と整合しない場合がある。そこで、出力補正部425が物理演算部423の出力を補正する。なお、上記のような不整合が問題にならない場合には、出力補正部425を設けず、物理演算部423の出力をそのまま出力部430に提供してもよい。
より具体的には、例えば、出力補正部425は、回帰や機械学習といった統計的な手法を用いて物理演算部423の出力を補正してもよい。また、例えば、出力補正部425は、物理演算部423で推定された値に加えて、衝突前後のラケットRの動きなど、衝突区間において利用可能な他のデータを利用して、物理演算部423の出力を補正してもよい。
出力部430は、例えば、ディスプレイ431と、スピーカ433と、その他の出力部435とを含みうる。ディスプレイ431は、例えばLCDまたは有機ELディスプレイなどの各種の表示装置であり、処理部420の出力を画像としてユーザに向けて出力する。スピーカ433は、処理部420の出力を音声としてユーザに向けて出力する。その他の出力部435は、例えば、LEDなどのランプやバイブレータなどでありえ、処理部420の出力を、発光や振動としてユーザに向けて出力する。なお、出力部430によって出力される情報の例として、ディスプレイ431による情報提示の例について後述する。
(3.処理フロー)
図5は、本開示の一実施形態における処理を概略的に示すフローチャートである。図示されたステップは、処理部420において実行される。図5を参照すると、まず、衝突検出部421が衝突の発生を待ち受ける(S101)。衝突が発生した場合、衝突検出部421が衝突区間のセンサデータを物理演算部423に提供し、物理演算部423での処理が開始される。
図5は、本開示の一実施形態における処理を概略的に示すフローチャートである。図示されたステップは、処理部420において実行される。図5を参照すると、まず、衝突検出部421が衝突の発生を待ち受ける(S101)。衝突が発生した場合、衝突検出部421が衝突区間のセンサデータを物理演算部423に提供し、物理演算部423での処理が開始される。
物理演算部423では、まず、衝突解析部4231が、衝突位置を解析する(S103)。より具体的には、衝突解析部4231は、ラケットR上のボールの衝突位置を特定する。この処理は、例えば、ラケットRにボールが衝突したときの振動を、ラケットRのボールが衝突する部分とは異なる部分に装着されたセンサ装置100によって検出した振動データに基づいて、振動データの振動特性と、ラケットRのボールが衝突する位置ごとの振動特性とを比較することによって、ラケットRのボールが衝突した衝突位置を特定する処理でありうる。なお、このような処理の詳細については、例えば国際公開第2013/069447号に記載されている。
次に、打球推定部4233が、衝突後の打球に関する推定を実施する。まず、打球推定部4233は、衝突位置におけるラケットRの速度を推定する(S105)。より具体的には、まず、打球推定部4233は、センサ装置100の取付位置における衝突時のラケットRの速度を、例えばモーションセンサ413によって検出されるラケットRの加速度変化に基づいて推定する。さらに、打球推定部4233は、例えばモーションセンサ413によって検出されるラケットRの回転に基づいて、センサ装置100の取付位置における速度を衝突位置におけるラケットRの速度に変換する。このとき、打球推定部4233は、例えばモーションセンサ413によって検出されるラケットRの加速度、回転、および方位に基づいて、衝突時および/またはその前後におけるラケットRの姿勢を算出してもよい(S107)。
次に、打球推定部4233は、ラケットRとボールとの衝突における反発係数を選択または算出する(S109)。ここで、衝突における反発係数は、ボールの衝突位置によって異なりうる。打球推定部4233は、例えば、衝突位置におけるラケットRの有効質量を算出し、有効質量に基づいて衝突位置におけるラケットRとボールとの間の見かけの反発係数を算出してもよい。あるいは、打球推定部4233は、予め測定された衝突位置ごとの見かけの反発係数の中から、S103において推定された衝突位置に対応するものを選択してもよい。
さらに、打球推定部4233は、これまでの処理において算出または選択された物理量に基づいて、衝突後の打球状態を推定する(S111)。例えば、打球推定部4233は、衝突後のボールの速度、打ち出し角度、回転量、および回転の軸などを推定する。ここで、打球推定部4233は、衝突解析部4231によって推定された衝突位置について定義されるラケットの振動特性に基づいて、検出された振動データから入力波形、すなわちラケットRがボールから受けた力の時間変化を復元することができる。これによって、ラケットRがボールに与えた力積を算出することができる。なお、衝突後のボールの速度および回転の推定については、この後さらに詳しく説明する。続いて、打球軌跡推定部4235が、衝突後の打球の軌跡を推定してもよい(S113)。
以上で説明したような本開示の一実施形態において、衝突解析部4231は、振動データによって示される振動特性と、第1のオブジェクト(ラケット)について第2のオブジェクト(ボール)が接触(衝突)しうる位置ごとに定義される振動特性とを比較することによって第1の位置(ラケット上のボールの衝突位置)を特定する第1の解析処理部であるといえる。また、打球推定部4233は、第1のオブジェクト(ラケット)の速度と第1の位置(ラケット上のボールの衝突位置)とに基づいて、第2のオブジェクト(ボール)の接触(衝突)後の速度を推定する第2の解析処理部であるといえる。また、打球軌跡推定部4235は、第2のオブジェクト(ボール)の接触(衝突)後の速度に基づいて、第2のオブジェクトの接触後の軌跡を推定する第3の解析処理部であるといえる。
以下では、これらの処理部によって実行される衝突後のボールの速度および回転の推定について、さらに詳細に説明する。
(4.衝突後のボールの速度の推定)
図6は、本開示の一実施形態において解析される衝突現象を模式的に示す図である。図6を参照すると、ラケットRと、ボールBとが示されている。ラケットRの質量はmr、ボールBの質量はmbであり、これは(a)に示す衝突前、(b)に示す衝突中、(c)に示す衝突後を通じて変化しない。
図6は、本開示の一実施形態において解析される衝突現象を模式的に示す図である。図6を参照すると、ラケットRと、ボールBとが示されている。ラケットRの質量はmr、ボールBの質量はmbであり、これは(a)に示す衝突前、(b)に示す衝突中、(c)に示す衝突後を通じて変化しない。
(a)に示す衝突前の段階において、ラケットRは速度vrでボールBに向かって運動しており、ボールBは速度vbでラケットRに向かって運動している。(b)に示す衝突中の段階において、ラケットRはボールBから−Ftの力積を受け、ボールBはラケットRからFtの力積を受ける。さらに、(c)に示す衝突後の段階において、ラケットRの速度はv’rに変化し、ボールBの速度はv’bに変化する。
上記のような衝突現象に関して、力学の法則に従って以下の式1〜式3が成り立つ。なお、eはラケットRとボールBとの間の反発係数である。式1は反発係数の定義式、式2は運動量保存の法則、式3は運動量の変化と力積との関係から導出される。
上記の衝突現象に関する物理量のうち、ラケットRの質量mr、およびボールBの質量mbについては、事前に計測することができる。なお、ラケットRの質量mrについては、ラケットRにボールBが衝突した位置における有効質量が用いられてもよい。また、本実施形態では、ラケットRに装着されたセンサ装置100から提供される振動データと、事前に測定されたラケットRの固有伝達関数とに基づいて、ラケットRにボールBが衝突した位置(第1の位置)を特定することができる。センサ装置は、さらに、センサ装置の装着位置(第2の位置)におけるラケットRの変位および回転を検出することが可能である。従って、センサ装置の装着位置を基準にしたラケットRの形状が既知であれば、ラケットR全体の3次元空間での運動を再現し、ラケットRにボールBが衝突した時点における第1の位置でのラケットRの速度を推定することができる。
さらに、本実施形態では、ラケットRに装着されたセンサ装置から提供される振動データと、事前に測定されたラケットRの固有伝達関数とに基づいて、第1の位置における振動の入力信号、すなわちボールBによってラケットRに及ぼされた力の波形を再現することができる。ラケットRがボールBから受けた力積Ftは、この力の波形の時間積分に相当するから、本実施形態では、振動データとラケットRの固有伝達関数とに基づいて、力積Ftに関しても算出可能である。また、後述するように、反発係数eについても、ラケットRにボールBが衝突した位置に基づいて決定することが可能である。
そうすると、上記の式1〜式3に含まれる未知数は、ラケットRの衝突後の速度v’r、ボールBの衝突前の速度vb、およびボールBの衝突後の速度v’bの3つになる。従って、上記の式1〜式3は、これらの3つの未知数を決定するための連立方程式として解くことができる。この結果、ボールBの衝突後の速度v’bを、以下の式4によって求めることができる。
なお、仮に、ラケットRの衝突後の速度v’rを計測することができれば、例えば式1および式2を連立方程式として解くことによってボールBの衝突前後の速度vb,v’bを求めることができる。しかしながら、ラケットRの衝突後の速度v’rを、例えば加速度センサの検出値から算出することは、衝突が発生している時間が非常に短い(5ms程度)ために高いサンプリング周波数(200Hz以上)が必要とされること、およびセンサの検出値が衝突のために大きく変動することのために、実際上は困難である。
そこで、本実施形態では、上述したように力積Ftの算出が可能であることを利用して、ラケットRの衝突後の速度v’rが未知のままで、ボールBの衝突後の速度v’bを推定する。なお、後述するように、式4において、ラケットRの質量mrに代えて有効質量を用いたり、衝突前のラケットの速度vrを衝突位置について算出したり、反発係数eとして衝突位置における見かけの反発係数eAを用いたりすることによって、推定の精度を向上させることができる。
(4−1.力積の算出)
図7は、本開示の一実施形態における力積の算出について説明するための図である。図7を参照すると、ラケットRにボールBが衝突した位置(第1の位置)における入力信号の時間波形f(t)が、伝達関数(FRF:Frequency Response Function)G(jω)で伝達されて、センサ装置の装着位置(第2の位置)における出力信号の時間波形x(t)として計測される。ここで、伝達関数G(jω)は、入力信号の周波数スペクトルをF(jω)、出力信号の周波数スペクトルをX(jω)とすると、G(jω)=X(jω)/F(jω)と表される。
図7は、本開示の一実施形態における力積の算出について説明するための図である。図7を参照すると、ラケットRにボールBが衝突した位置(第1の位置)における入力信号の時間波形f(t)が、伝達関数(FRF:Frequency Response Function)G(jω)で伝達されて、センサ装置の装着位置(第2の位置)における出力信号の時間波形x(t)として計測される。ここで、伝達関数G(jω)は、入力信号の周波数スペクトルをF(jω)、出力信号の周波数スペクトルをX(jω)とすると、G(jω)=X(jω)/F(jω)と表される。
ここで、第1の位置におけるラケットRの伝達関数をGip(ω)、同じく第1の位置における入力信号の周波数スペクトルとFip(ω)とすると(ipは、impact pointの略)、Fip(ω)=X(ω)/Gip(ω)の関係が成り立つ。Gip(ω)は事前の計測によって既知でありうるため、上記の関係に基づき、センサ装置から提供される振動データに基づいてX(ω)を特定すれば、Fip(ω)を算出することができる。さらに、第1の位置における入力信号の時間波形fip(t)は、fip(t)=ifft(Fip(ω))によって求めることができる(ifftは、inverse fast fourier transformの略)。
さらに、入力信号の時間波形fip(t)は、ボールBからラケットRに伝わった力の時間変化を表すため、これを積分することによってボールBがラケットRに及ぼした力積を算出することができる。力積Ftは、時間波形fip(t)における衝突開始時刻をt1、衝突終了時刻をt2とすると、以下の式5によって求められる。
このようにして、本実施形態では、第1の位置について定義される振動特性に含まれる伝達関数を用いた逆算によって、振動データから力積Ftを算出することができる。
(4−2.ラケットの有効質量の算出)
次に、ラケットの有効質量の算出について説明する。上記の式4では、ラケットRの質量をmrと表現しているが、より正確に衝突後のボールBの速度を算出する場合、この質量mrは、有効質量によって表現されうる。
次に、ラケットの有効質量の算出について説明する。上記の式4では、ラケットRの質量をmrと表現しているが、より正確に衝突後のボールBの速度を算出する場合、この質量mrは、有効質量によって表現されうる。
ラケットRにボールBが衝突した場合、ボールBからラケットRに伝わった力によって、ラケットRが押し返されたり、回転したりする。この結果、衝突現象を表現する上記の式1〜式3において、ラケットRの質量は、実際の(例えば静置した状態で計測した)ラケットRの質量とは異なりうる。より具体的には、式1〜式3におけるラケットRの質量は、実際の質量mrよりも小さい有効質量mreでありうる。
ここで、ラケットRの有効質量mreは、以下の式6によって、実際の質量mrから算出されることが知られている。なお、x軸をラケットRの幅方向の軸、y軸をラケットRの長さ方向の軸として、yはラケットRの重心からボールBの衝突位置(第1の位置)までのy軸方向距離、xはラケットRの重心から第1の位置までのx軸方向距離、IxはラケットRのx軸回りの慣性モーメント、IyはラケットRのy軸回りの慣性モーメントである。
本実施形態において、ラケットRの重心から衝突位置(第1の位置)までのx軸およびy軸方向の距離であるxおよびyは、第1の位置が特定されることによって算出可能である。また、慣性モーメントIx,Iyについては、定義される衝突位置ごとに計測されてもよいし、以下の式7および式8によって近似されてもよい。なお、LはラケットRの長さ、WはラケットRの幅である。
慣性モーメントIx,Iyを近似によって求める場合、上記の式6に式7および式8を代入して得られる以下の式9によってラケットRの有効質量mreが求められる。
(4−3.衝突前のラケットの速度の算出)
図8は、本開示の一実施形態における衝突前のラケットの速度の算出について説明するための図である。この例では、モーションデータに基づいて推定されるラケットRの姿勢に基づいて、ラケットRの衝突前の速度が算出される。算出された速度は、ボールBの衝突後の速度の推定に用いられる。図8を参照すると、ラケットRと、ボールBとが示されている。ラケットRはグリップRGとヘッドRHを含み、グリップRGの端部(グリップエンド)にセンサ装置100が取り付けられている。(a)に示す初期状態(t=0)において、センサ装置100の速度はv0、加速度はa0であった。
図8は、本開示の一実施形態における衝突前のラケットの速度の算出について説明するための図である。この例では、モーションデータに基づいて推定されるラケットRの姿勢に基づいて、ラケットRの衝突前の速度が算出される。算出された速度は、ボールBの衝突後の速度の推定に用いられる。図8を参照すると、ラケットRと、ボールBとが示されている。ラケットRはグリップRGとヘッドRHを含み、グリップRGの端部(グリップエンド)にセンサ装置100が取り付けられている。(a)に示す初期状態(t=0)において、センサ装置100の速度はv0、加速度はa0であった。
(b)に示す衝突時の状態(t=tip)において、センサ装置100の速度はvip、加速度はaipであった。また、センサ装置100の角速度はωipであった。この状態において、ヘッドRHにおけるボールBの衝突位置(第1の位置)でのラケットRの速度Vを求める。まず、センサ装置100の速度vipは、初期状態(t=0)から衝突時(t=tip)までに発生した加速度a(t)の結果であることから、以下の式10によって求められる。なお、a(t)=a0、a(tip)=aipである。
さらに、衝突時の状態においてラケットの回転によって衝突位置で発生する速度Vipは、衝突位置のグリップエンドからの距離rを用いて以下の式11によって求められる。
以上より、衝突時の状態における衝突位置でのラケットの速度vripは、以下の式12によって求められる。
上述のような衝突前のラケットの速度の算出をより一般化すると、以下のようになる。まず、センサ装置100に備えられたモーションセンサ(加速度センサおよび角速度センサなど)のデータを解析し、ボールBとの衝突が発生した区間におけるラケットRの姿勢計算を実施し、変位および軌跡を求める。この時点では、センサ装置100の取り付け位置での変位および軌跡が算出される。ここでは、例えば、P={x,y,z,roll,pitch,yaw}のように、3次元空間における変位とオイラー角とを含む情報が算出されうる。
さらに、上記のようにして求められたセンサ装置100の取り付け位置での変位および軌跡を、ボールBとの衝突位置(第1の位置)での変位に変換する。このとき、例えば、センサ装置100に備えられた角速度センサによってラケットRの回転を検出し、回転行列Rotipを求め、センサ装置100の取付位置での変位Pを変換することによって、衝突位置での変位Pipを算出することができる。より具体的には、例えば、Pip=Rot*PとしてPipを求めることができる。
このようにして、衝突時における衝突位置での速度(ベクトル)を求めることができる。このベクトルの方向(姿勢に基づいて推定されるラケットRの衝突時の速度方向)に基づいて、ボールBの衝突後の速度を推定してもよい。また、後述するように、ラケットRの衝突時の速度方向に基づいて、ボールBの回転量を推定してもよい。上記のPに基づいて、衝突時におけるラケットRの衝突面(ヘッドRH)の角度を求めることもできる。この角度と、衝突時におけるラケットRの速度方向とに基づいて、衝突後のボールBの打ち出し角度を推定することもできる。
なお、例えば、テニスにおけるボレーショットのように、衝突前にラケットRが静止している(vr=0またはvrip=0)とみなすことが可能である場合、上記のようなラケットRの速度の算出は必ずしも必要ではない。ここで、速度vrまたはvripを算出するためにはセンサ装置100から提供される加速度を含むモーションデータが必要であるが、それ以外の力積Ft、質量mr(または有効質量mre)、質量mb、および反発係数e(または見かけの反発係数eA)の算出には、モーションデータは必ずしも必要ではない。従って、衝突の条件によっては、本実施形態における衝突後のボールBの速度v’bの推定は、モーションデータを用いることなく振動データに基づいて実行可能であるといえる。
また、例えば、テニスにおけるサーブのように、衝突前にボールBが静止している(vb=0)とみなすことが可能である場合、上記の式1〜式3において、ボールBの衝突前の速度vbが未知数ではなくなる(0とおける)。この場合、代わりにラケットRの衝突前の速度vrを未知数として、式1〜式3を連立方程式として解いてもよい。この場合も、ラケットRの速度vrまたはvripをセンサデータから算出する必要がなく、それ以外の力積Ft、質量mr(または有効質量mre)、質量mb、および反発係数e(または見かけの反発係数eA)が算出できればよいため、衝突後のボールBの速度v’bの推定を、モーションデータを用いることなく振動データに基づいて実行可能である。
(4−4.反発係数の選択)
次に、反発係数の選択について説明する。反発係数は、衝突する2物体の、衝突前後の相対速度の大きさの比である。上記の式4では、ラケットRとボールBとの間の反発係数をeと表現しているが、より正確に衝突後のボールBの速度を推定する場合、衝突によってラケットRが動かない場合の反発係数e(COR:Coefficient of Restitution)に代えて、衝突によってラケットRが動く場合の見かけ上の反発係数eA(ACOR:Apparent Coefficient of Restitution)が用いられうる。実際のボールBとの衝突時には、ラケットRはユーザの手によって把持されているため動く余地があるためである。
次に、反発係数の選択について説明する。反発係数は、衝突する2物体の、衝突前後の相対速度の大きさの比である。上記の式4では、ラケットRとボールBとの間の反発係数をeと表現しているが、より正確に衝突後のボールBの速度を推定する場合、衝突によってラケットRが動かない場合の反発係数e(COR:Coefficient of Restitution)に代えて、衝突によってラケットRが動く場合の見かけ上の反発係数eA(ACOR:Apparent Coefficient of Restitution)が用いられうる。実際のボールBとの衝突時には、ラケットRはユーザの手によって把持されているため動く余地があるためである。
見かけ上の反発係数eAは、反発係数eとラケットRの質量mr、およびラケットRの有効質量mreを用いて、以下の式13によって求められることが知られている。式13から明らかなように、反発係数eと見かけ上の反発係数eAとの相違は、ラケットRの質量mrと有効質量mreとの相違に対応している。
上記のような見かけ上の反発係数eAを、式4に示した衝突後のボールBの速度の推定に反映させる場合、例えば以下の2通りの方法が考えられる。1つは、例えば上記の式6または式9によって算出された衝突位置におけるラケットRの有効質量mreを用いて式13から算出した見かけ上の反発係数eAを、衝突位置における反発係数eipとして用いる方法である。もう1つは、衝突位置の候補となるラケットR上の位置ごとに、予め見かけ上の反発係数eAを計測しておく方法である。この場合、見かけ上の反発係数ACOR={eA1,eA2,・・・,eAn}のような値の集合として表される。なお、1〜nは、この例においてラケットR上の位置に与えられる番号である。上記のACORの中で、検出された衝突位置に対応する見かけ上の反発係数eAが、衝突位置における反発係数eipとして選択される。
上記の式4において、ラケットRの質量として有効質量mreを用い、ラケットRの速度として衝突位置での速度vripを用い、反発係数として衝突位置における反発係数eipを用いると、ボールBの衝突後の速度v’bは以下の式14によって求めることができる。
本実施形態では、衝突位置でのラケットRの有効質量mre、衝突位置でのラケットRの速度vrip、衝突位置での反発係数eip、および力積Ftを推定することによって、衝突前のボールの速度vbや衝突後のラケットの速度v’rがわからなくても、衝突後のボールの速度v’bを精度よく推定することができる。なお、例えば必要とされる精度によっては、有効質量mreの代わりに質量mrを用いたり、衝突位置での速度vripの代わりに速度vrを用いたり、衝突位置での反発係数eipの代わりに反発係数eを用いたりすることによって、処理が簡略化されてもよい。つまり、本実施形態において、有効質量mre、速度vrip、および反発係数eipの算出は、いずれも推定の精度を向上させるためのオプションとして採用されうる。
(5.ボールの回転の推定)
図9は、本開示の一実施形態における衝突後のボールの回転の推定について説明するための図である。図9を参照すると、ラケットRと、衝突前のボールB1と、衝突中のボールB2と、衝突後のボールB3とが示されている。ボールの半径をrb、ボールの質量をmbとする。衝突前のボールB1は速度vbであり、角速度ωbで回転している。衝突後のボールB3は速度v’bであり、角速度ω’bで回転している。
図9は、本開示の一実施形態における衝突後のボールの回転の推定について説明するための図である。図9を参照すると、ラケットRと、衝突前のボールB1と、衝突中のボールB2と、衝突後のボールB3とが示されている。ボールの半径をrb、ボールの質量をmbとする。衝突前のボールB1は速度vbであり、角速度ωbで回転している。衝突後のボールB3は速度v’bであり、角速度ω’bで回転している。
ここで、図示されているようにx軸およびy軸を設定すると、衝突時にラケットRからボールBが受けるx軸方向の力積Fxは、下記の式15によって求められる。なお、vbxは速度vbのx軸方向成分、v’bxは速度v’bのx軸方向成分である。
例えば、上述したような衝突後のボールBの速度の推定処理では、v’r、vb、およびv’b3つの未知数を含む式1〜式3を連立方程式として解くことによって、衝突後のボールBの速度v’bを推定したが、同様にして衝突前のボールBの速度vbについても推定することが可能である。さらに、上記の処理では、衝突時におけるラケットRの衝突面(ヘッドRH)の角度と、衝突時におけるラケットRの速度方向とに基づいて、衝突後のボールBの打ち出し角度を推定することも可能でありうる。ボールBの打ち出し角度が推定されれば、速度vb,v’bをそれぞれx軸方向成分とy軸方向成分とに分解し、上記の式15を用いて力積Fxを算出することができる。
あるいは、ラケットRに取り付けられるセンサ装置100が、x軸方向について感度をもつ振動センサを含む場合、上記の式5の場合と同様にして、以下の式16によって力積Fxを求めることができる。
上記の式15または式16によって力積Fxが求められると、ボールBの慣性モーメントIbの定義式(慣性モーメントIbは、衝突時におけるトルクFxrbの角加速度dω/dtに対する比例定数)より、以下の式17が導出される。
さらに、ボールBがテニスボールのような、中空で厚さを無視できる球殻の場合、慣性モーメントIbは、質量mbと半径rbとを用いて以下の式18によって求めることができる。
上記の式17および式18より、衝突前後のボールBの回転角速度ωb,ω’bの関係を示す式19が導出される。
上述のように、式15または式16によって力積Fxの値が求められれば、これを上記の式19に代入することによって、衝突前のボールBの回転角速度ωbから衝突後のボールBの回転角速度ω’bを求めることができる。例えば、衝突前にボールBが静止していたり、移動していてもほとんど回転していない(ωb=0である)ことが仮定できる場合には、式19によって衝突後のボールBの回転角速度ω’bを推定することができる。また、何らかの方法によって衝突前のボールBの回転角速度ωbが特定または推定できる場合には、ωb=0でなくても、式19によって衝突後のボールBの回転角速度ω’bを推定することができる。
なお、上記の例では、ラケットRとボールBとの間の転がり摩擦係数や滑り摩擦係数、衝突面の角度などについては、処理の簡略化のために考慮していない。ボールBの慣性モーメントIbについても、式18では中空で厚さを無視できる球殻として算出したが、厚さを有する球殻や、中実の球体についても半径rbを用いて慣性モーメントを算出する方法は公知であるため、ボールBの形状によってこれらの方法を適宜利用して式18を置き換えてもよい。
ボールの速度および回転の推定の理論的なモデルについては、例えばR.Cross,"Effects of friction between the ball and strings in tennis",Sports Engineering,Vol.3,Issue 2,2000年5月,pp.85-97、およびHoward Brody,Rod Cross,Crawford Lindsey,"The Physics and Technology of Tennis",Racquet Tech Pub.,2002などにも記載されている。このような文献に記載された理論的なモデルに基づいて、上述した本実施形態におけるボールの速度および回転の推定の処理を拡張または変更することも可能である。
例えば、本実施形態におけるボールの速度および回転の推定の処理の拡張として、衝突後のボールBの軌跡が推定されてもよい。上述したような処理によって、衝突後のボールBの速度(衝突後の初速)、打ち出し方向、回転軸および回転量を推定することが可能であるため、重力加速度による速度の変化や、回転によって発生するマグナス効果を推定することによって、衝突後のボールBの軌跡を推定することができる。
(6.情報提示の例)
(第1の例)
図10Aおよび図10Bは、本開示の一実施形態における情報提示の第1の例を示す図である。図10Aおよび図10Bでは、3次元空間(x−y−z空間)に、ラケットRにおけるボールBの衝突位置(第1の位置)の軌跡Tが表示されている。点PがラケットRとボールBとが衝突した位置であり、その前後の軌跡Tは、スイングによって第1の位置が衝突の前後でどのように移動したかを示す。このような表示は、例えば、センサ装置100から提供される振動データと、ラケットRの固有伝達関数とに基づく衝突位置の特定結果と、上記で図8を参照して説明したような衝突位置の変位とを利用することによって可能になる。
(第1の例)
図10Aおよび図10Bは、本開示の一実施形態における情報提示の第1の例を示す図である。図10Aおよび図10Bでは、3次元空間(x−y−z空間)に、ラケットRにおけるボールBの衝突位置(第1の位置)の軌跡Tが表示されている。点PがラケットRとボールBとが衝突した位置であり、その前後の軌跡Tは、スイングによって第1の位置が衝突の前後でどのように移動したかを示す。このような表示は、例えば、センサ装置100から提供される振動データと、ラケットRの固有伝達関数とに基づく衝突位置の特定結果と、上記で図8を参照して説明したような衝突位置の変位とを利用することによって可能になる。
さらに、図10Aおよび図10Bに示された軌跡Tは、例えば上記で式12によって推定された、衝突位置でのラケットRの速度(衝突時に限らず、その前後で同様にして推定されうる)に対応した色で表示されている。図では、軌跡Tがモノクロームで表示されているが、他の例では軌跡Tがカラーで表示されてもよい。図10Aに示される例では、軌跡T1が最も濃い色(速い速度を示す)で表示された部分に点P1が位置しており、ラケットRの速度が最も速い区間でボールBの衝突が発生したことがわかる。一方、図10Bに示される例では、軌跡T2が最も濃い色で表示された部分からずれて点P2が位置しており、ラケットRの速度が最も速い区間を外れてボールBの衝突が発生したことがわかる。
(第2の例)
図11Aおよび図11Bは、本開示の一実施形態における情報提示の第2の例を示す図である。図11Aおよび図11Bでは、ボールBの衝突位置(第1の位置)でのラケットRの速度が、時系列のグラフg1,g2によって表示されている。グラフg1は、横軸を時間軸とし、縦軸をラケットRの速度とする線グラフである。一方、グラフg2は、時間軸に沿ってラケットRの速度を色で表したグラフである。図では、グラフg1,g2がモノクロームで表示されているが、他の例では、グラフg1,g2がカラーで表示されてもよい。グラフg1,g2上には、ラケットRにボールBが衝突した時刻を示す点Q1,Q2が表示されている。
図11Aおよび図11Bは、本開示の一実施形態における情報提示の第2の例を示す図である。図11Aおよび図11Bでは、ボールBの衝突位置(第1の位置)でのラケットRの速度が、時系列のグラフg1,g2によって表示されている。グラフg1は、横軸を時間軸とし、縦軸をラケットRの速度とする線グラフである。一方、グラフg2は、時間軸に沿ってラケットRの速度を色で表したグラフである。図では、グラフg1,g2がモノクロームで表示されているが、他の例では、グラフg1,g2がカラーで表示されてもよい。グラフg1,g2上には、ラケットRにボールBが衝突した時刻を示す点Q1,Q2が表示されている。
このような表示は、例えば上記で式12によって推定された、衝突位置でのラケットRの速度(衝突時に限らず、その前後で同様にして推定されうる)を利用することによって可能になる。図11Aに示される例では、点Q1_1がグラフg1_1の頂点に位置しており、また点Q2_1がグラフg2_1で最も色が濃い区間に位置している。従って、ラケットRの速度が最も速い区間でボールBの衝突が発生したことがわかる。一方、図11Bに示される例では、点Q1_2がグラフg1_2の頂点からずれており、また点Q2_2もグラフg2_2の最も色が濃い区間からは外れている。従って、ラケットRの速度が最も速い区間を外れてボールBの衝突が発生したことがわかる。
以上のような情報提示によって、例えば、ラケットRの速度が最も速い区間でボールBを打てたか否かを、ユーザが直観的に把握することができる。
(7.ハードウェア構成)
次に、図12および図13を参照して、本開示の実施形態に係るセンサ装置および解析装置(上述した例ではスマートフォンまたはサーバ)を実現するためのハードウェア構成の例について説明する。
次に、図12および図13を参照して、本開示の実施形態に係るセンサ装置および解析装置(上述した例ではスマートフォンまたはサーバ)を実現するためのハードウェア構成の例について説明する。
(センサ装置)
図12は、本開示の実施形態に係るセンサ装置のハードウェア構成の例を示す図である。図12を参照すると、センサ装置100は、センサ101と、CPU(Central Processing Unit)103と、ROM(Read Only Memory)105と、RAM(Random Access Memory)107と、ユーザインターフェース109と、外部記憶装置111と、通信装置113と、出力装置115とを含みうる。これらの要素は、例えばバスによって相互に接続される。
図12は、本開示の実施形態に係るセンサ装置のハードウェア構成の例を示す図である。図12を参照すると、センサ装置100は、センサ101と、CPU(Central Processing Unit)103と、ROM(Read Only Memory)105と、RAM(Random Access Memory)107と、ユーザインターフェース109と、外部記憶装置111と、通信装置113と、出力装置115とを含みうる。これらの要素は、例えばバスによって相互に接続される。
センサ101は、例えば加速度センサ、角速度センサ、振動センサ、温度センサ、圧力センサ(押下スイッチを含む)、またはGPS(Global Positioning System)受信機などを含み、上記の機能構成における入力部410を実現する。センサ101は、カメラ(イメージセンサ)やマイクロフォン(音センサ)を含んでもよい。
CPU103、ROM105、およびRAM107は、例えば外部記憶装置111に記録されたプログラム命令を読み込んで実行することによって、様々な機能をソフトウェア的に実現する。本開示の実施形態では、CPU103、ROM105、およびRAM107によって、例えば、センサ装置100全体の制御などの機能が実現されうる。また、センサ装置100のCPU103、ROM105、およびRAM107によって、上記の機能構成における処理部420の機能の一部または全部が実現されてもよい。
ユーザインターフェース109は、センサ装置100へのユーザ操作を受け付ける、例えばボタンやタッチパネルなどの入力装置である。ユーザの操作は、例えば、センサ装置からのセンサ情報の送信の開始や終了を指示するものでありうる。
外部記憶装置111は、センサ装置100に関する各種の情報を記憶する。外部記憶装置111には、例えば、CPU103、ROM105、およびRAM107にソフトウェア的に機能を実現させるためのプログラム命令が格納されてもよく、またセンサ101によって取得されたデータが一時的にキャッシュされてもよい。センサ装置100が打具などに装着されることを考慮すると、外部記憶装置111としては、例えば半導体メモリなどの衝撃に強いものを使用することが望ましい。
通信装置113は、有線または無線の各種通信方式によって後述する解析装置600と通信する。また、通信装置113は、機器間通信によって直接的に解析装置600と通信してもよいし、インターネットなどのネットワークを介して解析装置600と通信してもよい。
出力装置115は、情報を光、音声または画像として出力することが可能な装置で構成される。出力装置115は、例えばセンサ装置100における時刻やプレーイベントの検出を通知する情報を出力してもよいし、解析装置600から受信された解析結果、またはセンサ装置100において算出された解析結果に基づいて、ユーザに対する視覚的または聴覚的な通知を出力してもよい。出力装置115は、例えば、例えばLEDなどのランプ、LCDなどのディスプレイ、スピーカ、またはバイブレータなどを含む。
(解析装置)
図13は、本開示の実施形態に係る解析装置のハードウェア構成の例を示す図である。解析装置600は、本開示の実施形態に係る解析装置、例えば上記で説明したスマートフォン200またはサーバ300を実現しうる。なお、上述のように、解析装置は、センサ装置100によって実現されてもよい。
図13は、本開示の実施形態に係る解析装置のハードウェア構成の例を示す図である。解析装置600は、本開示の実施形態に係る解析装置、例えば上記で説明したスマートフォン200またはサーバ300を実現しうる。なお、上述のように、解析装置は、センサ装置100によって実現されてもよい。
解析装置600は、CPU601と、ROM603と、RAM605と、ユーザインターフェース609と、外部記憶装置611と、通信装置613と、出力装置615とを含みうる。これらの要素は、例えばバスによって相互に接続される。
CPU601、ROM603、およびRAM605は、例えば外部記憶装置611に記録されたプログラム命令を読み込んで実行することによって、様々な機能をソフトウェア的に実現する。本開示の実施形態では、CPU601、ROM603、およびRAM605によって、例えば、解析装置600全体の制御や、上記の機能構成における処理部420の機能などが実現されうる。
ユーザインターフェース609は、解析装置600へのユーザ操作を受け付ける、例えばボタンやタッチパネルなどの入力装置である。
外部記憶装置611は、解析装置600に関する各種の情報を記憶する。外部記憶装置611には、例えば、CPU601、ROM603、およびRAM605にソフトウェア的に機能を実現させるためのプログラム命令が格納されてもよく、また通信装置613が受信したセンサ情報が一時的にキャッシュされてもよい。また、外部記憶装置611には、解析結果のログが蓄積されてもよい。
出力装置615は、情報をユーザに対して視覚的または聴覚的に通知することが可能な装置で構成される。出力装置615は、例えば、LCD(Liquid Crystal Display)などの表示装置、またはスピーカやヘッドホンなどの音声出力装置などでありうる。出力装置615は、解析装置600の処理により得られた結果を、テキストまたは画像などの映像として出力したり、音声または音響などの音声として出力したりする。例えば図11A,11B,12A,12Bを参照して説明したような情報は、LCDなどの表示装置を介してユーザに向けて出力されうる。
以上、センサ装置100および解析装置600のハードウェア構成の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。かかる構成は、実施する時々の技術レベルに応じて適宜変更されうる。
(8.補足)
本開示の実施形態は、例えば、上記で説明したような解析装置(スマートフォンなどの情報処理端末、サーバ、またはセンサ装置)、システム、解析装置またはシステムで実行される情報処理方法、解析装置を機能させるためのプログラム、およびプログラムが記録された一時的でない有形の媒体を含みうる。
本開示の実施形態は、例えば、上記で説明したような解析装置(スマートフォンなどの情報処理端末、サーバ、またはセンサ装置)、システム、解析装置またはシステムで実行される情報処理方法、解析装置を機能させるためのプログラム、およびプログラムが記録された一時的でない有形の媒体を含みうる。
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、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、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
(1)第1のオブジェクト上の第1の位置に第2のオブジェクトが接触したことによって前記第1のオブジェクトに発生した振動を示す振動データを取得する取得部と、
前記振動データによって示される振動特性と、前記第1のオブジェクトについて前記第2のオブジェクトが接触しうる位置ごとに定義される振動特性とを比較することによって前記第1の位置を特定する第1の解析処理部と、
前記第1のオブジェクトの速度と前記第1の位置とに基づいて、前記第2のオブジェクトの前記接触後の速度を推定する第2の解析処理部と
を備える解析装置。
(2)前記第2の解析処理部は、前記第1の位置における前記第1のオブジェクトの有効質量に基づいて前記第2のオブジェクトの前記接触後の速度を推定する、前記(1)に記載の解析装置。
(3)前記第2の解析処理部は、前記第1の位置について定義される振動特性と、前記振動データとに基づいて前記第1のオブジェクトが前記第2のオブジェクトに与えた力積を算出し、該力積に基づいて前記第2のオブジェクトの前記接触後の速度を推定する、前記(1)または(2)に記載の解析装置。
(4)前記第2の解析処理部は、前記第1の位置について定義される振動特性に含まれる伝達関数を用いた逆算によって前記振動データから前記力積を算出する、前記(3)に記載の解析装置。
(5)前記取得部は、さらに、前記接触を含む区間における前記第1のオブジェクトの変位および回転を示すモーションデータを取得し、
前記第2の解析処理部は、前記モーションデータに基づいて推定される前記第1のオブジェクトの姿勢に基づいて前記第2のオブジェクトの前記接触後の速度を推定する、前記(1)〜(4)のいずれか1項に記載の解析装置。
(6)前記第2の解析処理部は、前記姿勢に基づいて推定される前記第1のオブジェクトの前記接触時の速度方向に基づいて前記第2のオブジェクトの前記接触後の速度を推定する、前記(5)に記載の解析装置。
(7)前記第2の解析処理部は、前記姿勢に基づいて推定される前記第1のオブジェクトの前記接触時の速度方向に基づいて前記第2のオブジェクトの前記接触後の回転量を推定する、前記(5)または(6)に記載の解析装置。
(8)前記第2の解析処理部は、前記第1の位置に応じて前記接触における反発係数を選択または算出する、前記(1)〜(7)のいずれか1項に記載の解析装置。
(9)前記第2の解析処理部は、前記第1の位置における前記第1のオブジェクトの有効質量に基づいて前記反発係数を算出する、前記(8)に記載の解析装置。
(10)前記第2のオブジェクトの前記接触後の速度に基づいて、前記第2のオブジェクトの前記接触後の軌跡を推定する第3の解析処理部をさらに備える、前記(1)〜(8)のいずれか1項に記載の解析装置。
(11)第1のオブジェクト上の第1の位置に第2のオブジェクトが接触したことによって前記第1のオブジェクトに発生した振動を示す振動データを取得することと、
前記振動データによって示される振動特性と、前記第1のオブジェクトについて前記第2のオブジェクトが接触しうる位置ごとに定義される振動特性とを比較することによって前記第1の位置を特定することと、
前記第1のオブジェクトの速度と前記第1の位置とに基づいて、前記第2のオブジェクトの前記接触後の速度を推定することと
を含む解析方法。
(12)第1のオブジェクト上の第1の位置に第2のオブジェクトが接触したことによって前記第1のオブジェクトに発生した振動を示す振動データを取得する機能と、
前記振動データによって示される振動特性と、前記第1のオブジェクトについて前記第2のオブジェクトが接触しうる位置ごとに定義される振動特性とを比較することによって前記第1の位置を特定する機能と、
前記第1のオブジェクトの速度と前記第1の位置とに基づいて、前記第2のオブジェクトの前記接触後の速度を推定する機能と
をコンピュータに実現させるためのプログラムが格納された記録媒体。
(1)第1のオブジェクト上の第1の位置に第2のオブジェクトが接触したことによって前記第1のオブジェクトに発生した振動を示す振動データを取得する取得部と、
前記振動データによって示される振動特性と、前記第1のオブジェクトについて前記第2のオブジェクトが接触しうる位置ごとに定義される振動特性とを比較することによって前記第1の位置を特定する第1の解析処理部と、
前記第1のオブジェクトの速度と前記第1の位置とに基づいて、前記第2のオブジェクトの前記接触後の速度を推定する第2の解析処理部と
を備える解析装置。
(2)前記第2の解析処理部は、前記第1の位置における前記第1のオブジェクトの有効質量に基づいて前記第2のオブジェクトの前記接触後の速度を推定する、前記(1)に記載の解析装置。
(3)前記第2の解析処理部は、前記第1の位置について定義される振動特性と、前記振動データとに基づいて前記第1のオブジェクトが前記第2のオブジェクトに与えた力積を算出し、該力積に基づいて前記第2のオブジェクトの前記接触後の速度を推定する、前記(1)または(2)に記載の解析装置。
(4)前記第2の解析処理部は、前記第1の位置について定義される振動特性に含まれる伝達関数を用いた逆算によって前記振動データから前記力積を算出する、前記(3)に記載の解析装置。
(5)前記取得部は、さらに、前記接触を含む区間における前記第1のオブジェクトの変位および回転を示すモーションデータを取得し、
前記第2の解析処理部は、前記モーションデータに基づいて推定される前記第1のオブジェクトの姿勢に基づいて前記第2のオブジェクトの前記接触後の速度を推定する、前記(1)〜(4)のいずれか1項に記載の解析装置。
(6)前記第2の解析処理部は、前記姿勢に基づいて推定される前記第1のオブジェクトの前記接触時の速度方向に基づいて前記第2のオブジェクトの前記接触後の速度を推定する、前記(5)に記載の解析装置。
(7)前記第2の解析処理部は、前記姿勢に基づいて推定される前記第1のオブジェクトの前記接触時の速度方向に基づいて前記第2のオブジェクトの前記接触後の回転量を推定する、前記(5)または(6)に記載の解析装置。
(8)前記第2の解析処理部は、前記第1の位置に応じて前記接触における反発係数を選択または算出する、前記(1)〜(7)のいずれか1項に記載の解析装置。
(9)前記第2の解析処理部は、前記第1の位置における前記第1のオブジェクトの有効質量に基づいて前記反発係数を算出する、前記(8)に記載の解析装置。
(10)前記第2のオブジェクトの前記接触後の速度に基づいて、前記第2のオブジェクトの前記接触後の軌跡を推定する第3の解析処理部をさらに備える、前記(1)〜(8)のいずれか1項に記載の解析装置。
(11)第1のオブジェクト上の第1の位置に第2のオブジェクトが接触したことによって前記第1のオブジェクトに発生した振動を示す振動データを取得することと、
前記振動データによって示される振動特性と、前記第1のオブジェクトについて前記第2のオブジェクトが接触しうる位置ごとに定義される振動特性とを比較することによって前記第1の位置を特定することと、
前記第1のオブジェクトの速度と前記第1の位置とに基づいて、前記第2のオブジェクトの前記接触後の速度を推定することと
を含む解析方法。
(12)第1のオブジェクト上の第1の位置に第2のオブジェクトが接触したことによって前記第1のオブジェクトに発生した振動を示す振動データを取得する機能と、
前記振動データによって示される振動特性と、前記第1のオブジェクトについて前記第2のオブジェクトが接触しうる位置ごとに定義される振動特性とを比較することによって前記第1の位置を特定する機能と、
前記第1のオブジェクトの速度と前記第1の位置とに基づいて、前記第2のオブジェクトの前記接触後の速度を推定する機能と
をコンピュータに実現させるためのプログラムが格納された記録媒体。
10,40 システム
100 センサ装置
200 スマートフォン
300 サーバ
410 入力部
411 振動センサ
413 モーションセンサ
415 その他のセンサ
420 処理部
421 衝突検出部
423 物理演算部
4231 衝突解析部
4233 打球推定部
4235 打球軌跡推定部
425 出力補正部
430 出力部
431 ディスプレイ
433 スピーカ
435 その他の出力部
100 センサ装置
200 スマートフォン
300 サーバ
410 入力部
411 振動センサ
413 モーションセンサ
415 その他のセンサ
420 処理部
421 衝突検出部
423 物理演算部
4231 衝突解析部
4233 打球推定部
4235 打球軌跡推定部
425 出力補正部
430 出力部
431 ディスプレイ
433 スピーカ
435 その他の出力部
Claims (12)
- 第1のオブジェクト上の第1の位置に第2のオブジェクトが接触したことによって前記第1のオブジェクトに発生した振動を示す振動データを取得する取得部と、
前記振動データによって示される振動特性と、前記第1のオブジェクトについて前記第2のオブジェクトが接触しうる位置ごとに定義される振動特性とを比較することによって前記第1の位置を特定する第1の解析処理部と、
前記第1のオブジェクトの速度と前記第1の位置とに基づいて、前記第2のオブジェクトの前記接触後の速度を推定する第2の解析処理部と
を備える解析装置。 - 前記第2の解析処理部は、前記第1の位置における前記第1のオブジェクトの有効質量に基づいて前記第2のオブジェクトの前記接触後の速度を推定する、請求項1に記載の解析装置。
- 前記第2の解析処理部は、前記第1の位置について定義される振動特性と、前記振動データとに基づいて前記第1のオブジェクトが前記第2のオブジェクトに与えた力積を算出し、該力積に基づいて前記第2のオブジェクトの前記接触後の速度を推定する、請求項1に記載の解析装置。
- 前記第2の解析処理部は、前記第1の位置について定義される振動特性に含まれる伝達関数を用いた逆算によって前記振動データから前記力積を算出する、請求項3に記載の解析装置。
- 前記取得部は、さらに、前記接触を含む区間における前記第1のオブジェクトの変位および回転を示すモーションデータを取得し、
前記第2の解析処理部は、前記モーションデータに基づいて推定される前記第1のオブジェクトの姿勢に基づいて前記第2のオブジェクトの前記接触後の速度を推定する、請求項1に記載の解析装置。 - 前記第2の解析処理部は、前記姿勢に基づいて推定される前記第1のオブジェクトの前記接触時の速度方向に基づいて前記第2のオブジェクトの前記接触後の速度を推定する、請求項5に記載の解析装置。
- 前記第2の解析処理部は、前記姿勢に基づいて推定される前記第1のオブジェクトの前記接触時の速度方向に基づいて前記第2のオブジェクトの前記接触後の回転量を推定する、請求項5に記載の解析装置。
- 前記第2の解析処理部は、前記第1の位置に応じて前記接触における反発係数を選択または算出する、請求項1に記載の解析装置。
- 前記第2の解析処理部は、前記第1の位置における前記第1のオブジェクトの有効質量に基づいて前記反発係数を算出する、請求項8に記載の解析装置。
- 前記第2のオブジェクトの前記接触後の速度に基づいて、前記第2のオブジェクトの前記接触後の軌跡を推定する第3の解析処理部をさらに備える、請求項1に記載の解析装置。
- 第1のオブジェクト上の第1の位置に第2のオブジェクトが接触したことによって前記第1のオブジェクトに発生した振動を示す振動データを取得することと、
前記振動データによって示される振動特性と、前記第1のオブジェクトについて前記第2のオブジェクトが接触しうる位置ごとに定義される振動特性とを比較することによって前記第1の位置を特定することと、
前記第1のオブジェクトの速度と前記第1の位置とに基づいて、前記第2のオブジェクトの前記接触後の速度を推定することと
を含む解析方法。 - 第1のオブジェクト上の第1の位置に第2のオブジェクトが接触したことによって前記第1のオブジェクトに発生した振動を示す振動データを取得する機能と、
前記振動データによって示される振動特性と、前記第1のオブジェクトについて前記第2のオブジェクトが接触しうる位置ごとに定義される振動特性とを比較することによって前記第1の位置を特定する機能と、
前記第1のオブジェクトの速度と前記第1の位置とに基づいて、前記第2のオブジェクトの前記接触後の速度を推定する機能と
をコンピュータに実現させるためのプログラムが格納された記録媒体。
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