JP2015204091A - vector data output system and video display system - Google Patents

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康太郎 高濱
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reflect the actual operation of a human body on the control of a remote operation robot or the like or the operation of a character on a video in a computer game or the like and an effect on a video given by the operation by detecting the operation of the human body in accordance with a change in the size of a power accompanied by the operation, and converting it into vector data.SOLUTION: A vector data output system includes: a myoelectric signal detection device capable of measuring the surface myoelectric potential of one or more specific muscles of a human body, and outputting it as a myoelectric signal; a motion capture device capable of detecting the motion of the arbitrary specific part of the human body, and performing the projective transformation of the three-dimensional coordinates of each part of the human body into the coordinates of a projective coordinate system by perspective projection, and outputting a position change as coordinate displacement data; and a control device capable of inputting the myoelectric signal and the coordinate displacement data. The control device calculates and outputs vector data defining a vector volume with a change in the myoelectric signal of the specific muscle of the human body as a change in the size of a power and with the direction of the coordinate displacement of the specific part of the human body as a direction of the power in the projective coordinate system.

Description

本発明は、人体の特定の筋肉の表面筋電位を測定して得られる筋電信号とモーションキャプチャ装置により検出した人体の特定部位の座標変位とから、人体の動作とその力の大きさをベクトルデータとして算出し出力可能とするベクトルデータ出力システム、及び該ベクトルデータ出力システムからのベクトルデータをコンピュータゲーム等の映像上に任意の図形等として出力可能とする映像表示システムに関するものである。   According to the present invention, the motion of the human body and the magnitude of the force are vectorized from the myoelectric signal obtained by measuring the surface myoelectric potential of the specific muscle of the human body and the coordinate displacement of the specific part of the human body detected by the motion capture device. The present invention relates to a vector data output system capable of calculating and outputting as data, and a video display system capable of outputting vector data from the vector data output system as an arbitrary figure or the like on a video of a computer game or the like.

現実の人体の動作を検出して、これを映像上の人物等のキャラクターの動作に反映させる技術としてモーションキャプチャ技術が知られており、映画やゲームソフトウェアにおける映像制作に導入されている。モーションキャプチャを導入することにより、コンピュータグラフィックスのみで制作する映像に比べて、人物等のより自然な動作を再現でき、映像制作の工程の効率化においても効果を発揮している。   Motion capture technology is known as a technology for detecting an actual motion of a human body and reflecting this in the motion of a character such as a person on a video, and has been introduced to video production in movies and game software. By introducing motion capture, it is possible to reproduce more natural movements of people, etc., compared to video produced only by computer graphics, and it is also effective in improving the efficiency of the video production process.

モーションキャプチャ技術には、光学式、機械式、磁気式などがあるが、映像制作には一般的に光学式が利用されており、マーカーを装着した特殊なスーツを着用した人間が演技を行い、人体の動作に伴うマーカーの動きをトラッカーで光学的に検出して、その座標の変位をデジタルデータとして記録する方式が一般的である。   Motion capture technology includes optical, mechanical, magnetic, etc., but optical production is generally used for video production, and humans wearing special suits with markers perform, A general method is to optically detect the movement of the marker accompanying the movement of the human body with a tracker and record the displacement of the coordinates as digital data.

近年は、非特許文献1(URL http://www.xbox.com/ja-JP/kinect)に掲載されている製品のように、RGBカメラと深度センサとを組み合わせることにより、カメラ視野内の人体の主要な関節部位までの距離を計測しつつ骨格の動きを検出し、コンピュータゲームの映像上のキャラクターの動作にリアルタイムに反映させるモーションキャプチャ装置も開発されている。かかる装置をゲームの入力装置として使用すれば、前述のマーカー付スーツの着用は不要であり、プレーヤーがボタンやスティックを操作する従来のゲームコントローラ以上の自由度や臨場感を実現できる。そのため、今後、モーションキャプチャ装置をゲームコントローラとして使用するコンピュータゲームが、本格的に普及していくことが考えられる。
マイクロソフト社のゲームデバイス「キネクト」(登録商標)
In recent years, by combining an RGB camera and a depth sensor as in the product described in Non-Patent Document 1 (URL http://www.xbox.com/ja-JP/kinect) A motion capture device has also been developed that detects the movement of the skeleton while measuring the distance to the main joints of the human body and reflects it in real time on the motion of the character on the video of the computer game. If such a device is used as a game input device, it is not necessary to wear the above-described suit with a marker, and a degree of freedom and a sense of reality that are higher than those of a conventional game controller in which a player operates buttons and sticks can be realized. For this reason, it is conceivable that computer games that use the motion capture device as a game controller will become popular in the future.
Microsoft's game device "Kinect" (registered trademark)

ところで、モーションキャプチャ装置は、3次元座標系内における人体の特定部位の座標を検出して、これを透視射影による射影座標系の座標に射影変換し、その変位を座標変位データとして出力するものである。従って、変位に伴う力の大きさ、具体的には、人体が当該変位に用いた筋力を直接に検出することはできない。そのため、いわゆる格闘系ゲームにおけるパンチやキック等の打撃力の強弱は、拳や脚の変位の速度又は加速度をパラメータとして表現するしかなく、実際にプレーヤーが拳や脚に加えた筋力をキャラクターに反映させることはできず、表現上のリアルさには制限がある。 By the way, the motion capture device detects the coordinates of a specific part of the human body in the three-dimensional coordinate system, performs projective transformation on the coordinates of the projected coordinate system by perspective projection, and outputs the displacement as coordinate displacement data. is there. Therefore, the magnitude of the force accompanying the displacement, specifically, the muscle force used by the human body for the displacement cannot be directly detected. Therefore, the strength of striking power such as punching and kicking in so-called fighting games can only be expressed with the speed or acceleration of fist or leg displacement as a parameter, and the muscle strength actually applied by the player to the fist or leg is reflected in the character. It cannot be made, and there is a limit to the realism of expression.

また、多くのゲームでは、キャラクターが「必殺技」として、ターゲットに向けて指向性エネルギー(いわゆる「ビーム」等)を発射するという演出が取り入れられている。この場合、その「破壊力」は、発射に先立ってキャラクターが自らの筋力負荷によりエネルギーのチャージ(いわゆる「溜め」)を行い、チャージできたエネルギーの量に応じて変動するよう設定されることが多いが、モーションキャプチャでは人体内部の筋力負荷は検出できないため、かかる「溜め」を表現することはできず、やはり表現上のリアルさには制限がある。   In many games, an effect is introduced in which a character emits directional energy (so-called “beam” or the like) toward a target as a “killer technique”. In this case, the “destructive power” may be set so that the character charges energy (so-called “reservoir”) by his / her own muscular load prior to launch, and varies according to the amount of energy that can be charged. However, since motion capture cannot detect the muscular strength load inside the human body, it is impossible to express such a “reservoir”, and there is a limit to the realism of the expression.

こうした人体、特にその筋力負荷の状態を検出する技術としては、検出対象の筋肉近傍の皮膚表面に設置した電極を通じて筋肉が随意運動時に発する表面筋電位を測定する方法が知られており、筋電計として医療やスポーツ科学上の目的で普及している。近年では、高齢者や障害者の歩行支援装置としてのいわゆる装着型ロボットの分野において、筋電センサにより装着者の所定の筋肉の表面筋電位からその動作を検出してモーター等のアクチュエータを制御する方法が実用化されており、特許文献1に示す如く、ロボットやゲーム映像上のキャラクターの操作に適用する技術も提案されている。
特開2009−226127号公報
As a technique for detecting such a human body, in particular, the state of muscle load, a method of measuring the surface myoelectric potential generated by a muscle during voluntary movement through an electrode placed on the skin surface in the vicinity of the muscle to be detected is known. It is popular for medical and sports science purposes. In recent years, in the field of so-called wearable robots as walking support devices for elderly and handicapped persons, an electromyographic sensor detects the movement from the surface myoelectric potential of a predetermined muscle of the wearer and controls an actuator such as a motor. A method has been put into practical use, and as shown in Patent Document 1, a technique applied to the operation of a robot or a character on a game image has been proposed.
JP 2009-226127 A

本発明は、現実の人体の動作を、当該動作に伴う力の大きさの変化とともに検出して力の方向、始点、大きさからなるベクトル量を定義するベクトルデータに変換し、遠隔操作ロボット等の制御、あるいは、コンピュータゲーム等の映像上のキャラクターの動作及びその動作がもたらす映像上の効果として反映させることを可能とすることを課題とするものである。   The present invention detects an actual movement of the human body together with a change in the magnitude of the force accompanying the movement and converts it into vector data that defines a vector quantity consisting of the direction, starting point, and magnitude of the force, It is an object of the present invention to make it possible to reflect the above-mentioned control, or the action of a character on an image such as a computer game and the effect on the image that the operation brings.

上記課題を解決するために、請求項1に記載したベクトルデータ出力システムは、人体の一つ又は複数の特定の筋肉の表面筋電位を測定して筋電信号として出力可能な筋電信号検出装置と、人体の任意の特定部位の動作を検出して該人体各部位の3次元座標の位置変化を座標変位データとして出力可能なモーションキャプチャ装置と、前記筋電信号と前記座標変位データを入力可能な制御装置とからなり、前記制御装置は、前記3次元座標系内において、前記人体の特定の筋肉の筋電信号の変化を力の大きさの変化、前記人体の特定部位の座標変位の方向を力の方向とするベクトル量を定義するベクトルデータを算出して出力可能としたことを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, the vector data output system according to claim 1 is a myoelectric signal detection device capable of measuring a surface myoelectric potential of one or a plurality of specific muscles of a human body and outputting it as a myoelectric signal. And a motion capture device capable of detecting the movement of any specific part of the human body and outputting the position change of the three-dimensional coordinates of each part of the human body as coordinate displacement data, and inputting the myoelectric signal and the coordinate displacement data The control device comprises a change in the magnitude of the force of the electromyogram signal of the specific muscle of the human body and the direction of the coordinate displacement of the specific part of the human body in the three-dimensional coordinate system. It is possible to calculate and output vector data that defines a vector quantity with the direction of force as.

現実の人体の特定部位の動作は、モーションキャプチャにより三次元座標系内における該特定部位の座標変位により計測できる。一方、該特定部位を動作させる筋肉の随意筋収縮強度の変化を検出することにより、当該動作に係る筋力負荷の変化を計測できる。そして、これらを組み合わせることにより、人体の特定部位の動作は、随意筋収縮強度の変化を力の大きさの変化、座標変位の始点を力の始点、座標変位の方向を力の方向とする動的なベクトル量として表すことができる。   The motion of a specific part of the actual human body can be measured by the coordinate displacement of the specific part in the three-dimensional coordinate system by motion capture. On the other hand, by detecting a change in the voluntary muscle contraction strength of the muscle that operates the specific part, it is possible to measure a change in the muscle force load related to the operation. By combining these, the movement of a specific part of the human body is a dynamic change in which the voluntary muscle contraction strength changes, the force magnitude changes, the coordinate displacement start point becomes the force start point, and the coordinate displacement direction becomes the force direction. It can be expressed as a vector quantity.

本発明に係るベクトルデータ出力システムが出力した動的なベクトル量を定義するベクトルデータは、たとえば、遠隔操作ロボットの制御データとして利用することができる。具体的には、操作員の身体の特定部位と遠隔操作ロボットの特定部位とを関連付け、前者の三次元座標系内における座標変位を定義するベクトルデータを遠隔操作ロボット側の制御装置に送信する。そして、該制御装置で後者が存在する三次元座標系における座標変位に変換し、遠隔操作ロボットの特定部位の変位に必要なアクチュエータ等の動作緒元データを算出してアクチュエータ等を作動させる。この際、操作員の所定の筋肉の随意筋収縮強度の変化をアクチュエータ等の出力(モーターのトルク等)の変化に対応させて制御することにより、遠隔操作ロボットの特定部位を作動させる力の大きさに反映させることができる。これにより、遠隔操作ロボットは、たとえば、単に操作員の腕の動きを反映してアーム等を動作させるだけでなく、操作員が腕の筋肉に込めた力の大きさをもアームの動作に反映させられるので、遠隔操作ロボットのより繊細な制御が可能となる。   The vector data defining the dynamic vector quantity output by the vector data output system according to the present invention can be used as control data for a remote control robot, for example. Specifically, the specific part of the operator's body is associated with the specific part of the remote control robot, and vector data defining coordinate displacement in the former three-dimensional coordinate system is transmitted to the control device on the remote control robot side. Then, the control device converts it into coordinate displacement in a three-dimensional coordinate system in which the latter is present, calculates operation data such as an actuator necessary for displacement of a specific part of the remote control robot, and activates the actuator. At this time, by controlling the change in voluntary muscle contraction strength of the predetermined muscle of the operator in accordance with the change in the output of the actuator or the like (motor torque, etc.), the magnitude of the force that operates the specific part of the remote operation robot Can be reflected. As a result, the remote control robot, for example, not only operates the arm by reflecting the movement of the operator's arm, but also reflects the magnitude of the force that the operator puts in the arm muscles in the movement of the arm. Therefore, more delicate control of the remote control robot becomes possible.

次に、請求項2に記載したベクトルデータ出力システムは、人体の一つ又は複数の特定の筋肉の表面筋電位を測定して筋電信号として出力可能な筋電信号検出装置と、人体の任意の特定部位の動作を検出して該人体各部位の3次元座標を透視射影による射影座標系の座標に射影変換した後にその位置変化を座標変位データとして出力可能なモーションキャプチャ装置と、前記筋電信号と前記座標変位データを入力可能な制御装置とからなり、前記制御装置は、前記射影座標系内において、前記人体の特定の筋肉の筋電信号の変化を力の大きさの変化、前記人体の特定部位の座標変位の方向を力の方向とするベクトル量を定義するベクトルデータを算出して出力可能としたことを特徴とする。   Next, a vector data output system according to a second aspect of the present invention includes a myoelectric signal detection device capable of measuring a surface myoelectric potential of one or a plurality of specific muscles of a human body and outputting it as a myoelectric signal, and an arbitrary human body A motion capture device capable of detecting a movement of a specific part of the human body and projecting the three-dimensional coordinates of each part of the human body to a coordinate in a projected coordinate system by perspective projection, and outputting the position change as coordinate displacement data; And a control device capable of inputting the coordinate displacement data, wherein the control device changes a myoelectric signal of a specific muscle of the human body in a change in magnitude of the force in the projective coordinate system, the human body The vector data defining the vector quantity having the direction of the coordinate displacement of the specific part as the force direction can be calculated and output.

前述の通り、モーションキャプチャ装置で検出した人体の動作を2次元座標系であるゲーム映像上のキャラクター等の動作に反映させるには、3次元座標系内における人体の特定部位の座標を検出し、これを透視射影による射影座標系における座標変位データへと射影変換する。そして、前記人体の特定の筋肉の筋電信号の変化を力の大きさの変化、前記人体の特定部位の座標変位の方向を力の方向とするベクトル量を定義するベクトルデータとして、ゲーム機等の制御装置に出力する。   As described above, in order to reflect the motion of the human body detected by the motion capture device in the motion of a character or the like on a game image that is a two-dimensional coordinate system, the coordinates of a specific part of the human body in the three-dimensional coordinate system are detected, This is projectively transformed into coordinate displacement data in the projection coordinate system by perspective projection. As a vector data defining a vector quantity defining a change in the magnitude of the force as a change in the myoelectric signal of the specific muscle of the human body and a direction of the coordinate displacement of the specific part of the human body as a force direction, a game machine or the like Output to the control device.

かかる構成により、たとえば、キャラクターがターゲット(対戦キャラクター等)に対してパンチ攻撃を加える場合、プレーヤーの拳の座標変位をキャラクターの拳の動きとして動画表示した上で、拳がターゲットにヒットした位置の座標を力の始点、拳の座標変位の方向を力の方向、そして、ヒットした時点における腕の筋肉の随意筋収縮強度の値を力の大きさ(すなわちパンチの威力)とするベクトル量を定義できる。これにより、ヒットした位置やパンチの方向に基づきパンチの有効性、言い換えればターゲットに与えたダメージを算出してゲーム映像上の動画又は数値等により表示すれば、格闘系ゲームのリアルさを向上させることができる。また、このほかに、サッカーのシュートを行う脚の筋力、野球のバット、テニスのラケット、ゴルフのクラブを握る腕の筋力も随意筋収縮強度の値として計測可能であるから、前記ベクトルデータは格闘技以外のこれら球技のゲームにも適用可能である。   With such a configuration, for example, when a character makes a punch attack against a target (such as a battle character), the coordinate displacement of the player's fist is displayed as a motion of the character's fist, and the position where the fist hits the target is displayed. You can define a vector quantity where the coordinates are the starting point of the force, the direction of the coordinate displacement of the fist is the direction of the force, and the voluntary muscle contraction strength value of the arm muscle at the time of the hit is the magnitude of the force (ie punch power) . This improves the realism of fighting games by calculating the effectiveness of punching based on the hit position and punching direction, in other words, calculating the damage given to the target and displaying it as a video or numerical value on the game video. be able to. In addition, the muscle strength of the legs that shoot soccer, baseball bats, tennis rackets, and the strength of the arms holding the golf club can also be measured as voluntary muscle contraction strength values. It can also be applied to these ball games.

次に、請求項3に記載したベクトルデータ出力システムは、人体の任意の一つ又は複数の筋肉の表面筋電位を測定して随意筋収縮強度を筋電信号として出力可能な筋電信号検出装置と、人体の任意の特定部位と基準部位の動作を検出して該特定部位の3次元座標を透視射影による射影座標系の座標に射影変換した後にその位置変化を座標変位データとして出力可能なモーションキャプチャ装置と、前記筋電信号と前記座標変位データを入力可能な制御装置とからなり、前記制御装置は、前記随意筋収縮強度の値が所定の第1の閾値以上となった状態が所定時間以上継続した後、前記随意筋収縮強度の値が最初に前記第1の閾値未満に低下した時点において、前記特定部位の座標を始点、前記基準部位の座標から始点に向かう方向を力の方向、前記第1の閾値を力の大きさとするベクトル量を定義するベクトルデータを算出して出力可能としたことを特徴とする。   Next, a vector data output system according to a third aspect of the present invention includes a myoelectric signal detection device capable of measuring a surface myoelectric potential of any one or a plurality of muscles of a human body and outputting voluntary muscle contraction strength as a myoelectric signal. Motion capture capable of detecting the movement of any specific part of the human body and the reference part and projecting and transforming the three-dimensional coordinates of the specific part into the coordinates of the projected coordinate system by perspective projection and outputting the position change as coordinate displacement data And a control device capable of inputting the myoelectric signal and the coordinate displacement data. The control device continues the state where the voluntary muscle contraction intensity value is equal to or greater than a predetermined first threshold for a predetermined time or longer. After that, when the value of the voluntary muscle contraction strength first falls below the first threshold, the coordinates of the specific part is the starting point, the direction from the coordinates of the reference part to the starting point is the direction of the force, Serial first threshold value and calculates the vector data defining a vector quantity and magnitude of the force, characterized in that a possible output.

前述のように、ゲーム上の設定としての指向性エネルギーの発射に適用した場合は、たとえば、プレーヤーの特定の身体部位の動作(ジェスチャー)を座標変位として検出して動画表示した上で、ジェスチャー時におけるプレーヤーの所定の筋肉の随意筋収縮強度の値の変化を検出し、その変化パターンをトリガーとして、ゲーム映像上で指向性エネルギーの発射を動画表示させることができる。   As described above, when applied to the launch of directional energy as a setting on the game, for example, the motion (gesture) of a specific body part of the player is detected as a coordinate displacement and displayed as a video, It is possible to detect a change in the value of voluntary muscle contraction strength of a predetermined muscle of the player and to display a moving image of the emission of directional energy on the game image using the change pattern as a trigger.

具体的には、ジェスチャー終了時におけるプレーヤーの特定の2点の身体部位(たとえば肘と手首の2点)の座標の位置関係により指向性エネルギー発射の照準を定め、ジェスチャー開始後に腕の筋肉の随意筋収縮強度の値が所定の閾値を超えた状態が一定時間継続した後に閾値を下回った状態、すなわち筋肉を弛緩させた瞬間を発射のトリガーとする。かかる構成により、ゲーム映像中のキャラクターが、腕の筋肉に力を入れながらターゲットに手首を指向し、力を緩めた瞬間に指向性エネルギーが発射される動画を表示することが可能となる。 Specifically, the aim of directional energy emission is determined by the positional relationship of the coordinates of two specific body parts of the player (for example, two points of the elbow and wrist) at the end of the gesture, and the voluntary muscles of the arm muscles after the gesture starts A state in which the state in which the value of the contraction intensity exceeds a predetermined threshold continues for a predetermined time and then falls below the threshold, that is, the moment when the muscle is relaxed is set as a trigger for firing. With such a configuration, it is possible to display a moving image in which directional energy is emitted when the character in the game image points the wrist toward the target while applying force to the muscles of the arm and relaxes the force.

次に、請求項4に記載したベクトルデータ出力システムは、人体の任意の一つ又は複数の筋肉の表面筋電位を測定して随意筋収縮強度を筋電信号として出力可能な筋電信号検出装置と、人体の任意の特定部位と基準部位の動作を検出して該特定部位の3次元座標を透視射影による射影座標系の座標に射影変換した後にその位置変化を座標変位データとして出力可能なモーションキャプチャ装置と、前記筋電信号と前記座標変位データを入力可能な制御装置とからなり、前記制御装置は、前記随意筋収縮強度の値が所定の第1の閾値以上となった状態が所定時間以上継続した後、前記随意筋収縮強度の値が最初に前記第1の閾値未満に低下し、かつ、前記特定部位の座標が前記基準部位の座標に対して変位した時点において、変位後の前記特定部位の座標を始点、前記基準部位の座標から始点に向かう方向を力の方向、前記第1の閾値を力の大きさとするベクトル量を定義するベクトルデータを算出して出力可能としたことを特徴とする。 Next, a vector data output system according to claim 4 is a myoelectric signal detection device capable of measuring a surface myoelectric potential of any one or a plurality of muscles of a human body and outputting voluntary muscle contraction strength as a myoelectric signal. Motion capture capable of detecting the movement of any specific part of the human body and the reference part and projecting and transforming the three-dimensional coordinates of the specific part into the coordinates of the projected coordinate system by perspective projection and outputting the position change as coordinate displacement data And a control device capable of inputting the myoelectric signal and the coordinate displacement data. The control device continues the state where the voluntary muscle contraction intensity value is equal to or greater than a predetermined first threshold for a predetermined time or longer. After that, when the value of the voluntary muscle contraction strength first falls below the first threshold value and the coordinates of the specific part are displaced with respect to the coordinates of the reference part, the specification after the displacement is performed. It is possible to calculate and output vector data defining a vector quantity in which the coordinates of the position are the starting point, the direction from the coordinates of the reference portion toward the starting point is the direction of the force, and the first threshold is the magnitude of the force. And

ゲーム上の設定としての指向性エネルギーの発射を表現する場合、キャラクターの特定のジェスチャーを発射のトリガーとすることも多い。本構成では、随時筋収縮強度が所定の第1の閾値となった状態が所定時間以上継続した時点で指向性エネルギー発射の準備が整い(すなわち「エネルギー充填状態」となり)、その後、キャラクターが特定のジェスチャーを行った瞬間に指向性エネルギーが発射される。かかるジェスチャーとしては、プレーヤーの片手の人差し指が引き金を引くように動くという文字通り拳銃のトリガーを引く動作であってもよいし、頭上に振り上げた二の腕をターゲットの方向に向けて振り下ろすといった動作でもよい。その際の照準の方向は、たとえば、プレーヤーの肘を基準部位、手首を特定部位とすることで、肘と手首を結ぶ線分の延長線の方向によって定め、ベクトル量の始点を手首付近としておけば、キャラクターが二の腕で指向した方向にキャラクターの手から指向性エネルギーが発射される動画を描写できるベクトルデータが得られる。 When expressing the launch of directional energy as a game setting, a specific gesture of the character is often used as a trigger for the launch. In this configuration, when the state in which the muscle contraction strength reaches the predetermined first threshold at any time continues for a predetermined time or longer, preparation for directional energy emission is completed (that is, “energy filling state”), and then the character is specified. Directive energy is emitted at the moment when the gesture is performed. Such a gesture may be an action of literally pulling a handgun trigger that the index finger of one hand of the player moves to pull the trigger, or an action of swinging the two arms raised above the head toward the target. . The aiming direction at that time is determined by the direction of the extension line of the line connecting the elbow and the wrist, for example, with the player's elbow as the reference part and the wrist as the specific part, and the starting point of the vector amount is set near the wrist. For example, vector data can be obtained that can depict a moving image in which directional energy is emitted from the character's hand in the direction in which the character is pointing with the second arm.

次に、請求項5に記載したベクトルデータ出力システムは、人体の任意の一つ又は複数の筋肉の表面筋電位を測定して随意筋収縮強度を筋電信号として出力可能な筋電信号検出装置と、人体の任意の2か所の特定部位の動作を検出して該特定部位の3次元座標を透視射影による射影座標系の座標に射影変換した後にその位置変化を座標変位データとして出力可能なモーションキャプチャ装置と、前記筋電信号と前記座標変位データを入力可能な制御装置とからなり、前記制御装置は、前記随意筋収縮強度の値が所定の第1の閾値以上、かつ、前記2か所の特定部位の距離の値が所定の第2の閾値以下となった状態が所定時間以上継続した後、前記随意筋収縮強度の値が最初に前記第1の閾値未満に低下し、かつ、前記2か所の特定部位の中間点の座標が任意の方向に変位した時点において、変位後の前記中間点の座標を始点、変位の方向を力の方向、前記第1の閾値を力の大きさとするベクトル量を定義するベクトルデータを算出して出力可能としたことを特徴とする。 Next, a vector data output system according to claim 5 is a myoelectric signal detecting device capable of measuring the surface myoelectric potential of any one or a plurality of muscles of a human body and outputting voluntary muscle contraction strength as a myoelectric signal. Motion that can detect the motion of any two specific parts of the human body and project the three-dimensional coordinates of the specific parts to the coordinates of the projected coordinate system by perspective projection, and then output the position change as coordinate displacement data A capture device; and a control device capable of inputting the myoelectric signal and the coordinate displacement data. The control device has a value of the voluntary muscle contraction strength equal to or greater than a predetermined first threshold value and the two locations. After the state where the value of the distance of the specific part is equal to or less than the predetermined second threshold continues for a predetermined time or longer, the value of the voluntary muscle contraction strength first decreases below the first threshold, and In the middle of a specific site Vector data defining a vector quantity having the coordinates of the intermediate point after the displacement as the starting point, the direction of the displacement as the direction of the force, and the first threshold as the magnitude of the force. It is possible to calculate and output.

ゲーム上の設定としての指向性エネルギーの発射を表現する場合、キャラクターのさらに複雑なジェスチャーをエネルギーの充填及び発射のトリガーとすることもある。たとえば、キャラクターが全身に力を込めながら両手を次第に近づけることでエネルギーを充填した後、両手をターゲットに向けて突き出した瞬間に指向性エネルギーが発射されるような「技」を表現する場合である。本構成では、たとえば、両手首の2か所を特定部位としてその距離及び中間点を検出し、片腕又は両腕の随意筋収縮強度を検出してこれが所定の第1の閾値を超え、かつ、両手首の距離が所定の第2の閾値以下となった状態が一定時間継続した場合をエネルギーの充填完了とする。その後、プレイヤーが両手首をターゲットに向けて突き出しつつ力を緩める(すなわちエネルギーを「解放」する)ことをトリガーとすることで、前記両手首の中間点を始点、中間点の座標変位の方向を照準方向として指向性エネルギーが発射される動画を描写できるベクトルデータが得られる。 When expressing the launch of directional energy as a game setting, a more complex gesture of the character may be used as a trigger for filling and launching energy. For example, when a character fills energy by gradually approaching both hands while putting power into the whole body, and expresses a “skill” in which directional energy is emitted at the moment when both hands are projected toward the target. . In this configuration, for example, the distance and the middle point are detected using two locations on both wrists, the voluntary muscle contraction strength of one arm or both arms is detected, and this exceeds a predetermined first threshold value. When the state where the neck distance is equal to or smaller than the predetermined second threshold value continues for a certain period of time, the charging of energy is completed. Then, by triggering the player to release the force while projecting both wrists toward the target (ie, to “release” the energy), the middle point of the wrists is set as the starting point, and the coordinate displacement direction of the middle point is changed. Vector data capable of describing a moving image in which directional energy is emitted as the aiming direction is obtained.

次に、請求項6に記載したベクトルデータ出力システムは、請求項3乃至6に記載のベクトルデータ出力システムであって、前記ベクトル量の力の大きさは、前記随意筋収縮強度の値が前記第1の閾値以上となった時点から最初に第1の閾値未満に低下する時点までの経過時間により前記随意筋収縮強度の値を積分して得られる筋電積分値として定義されるベクトルデータを算出して出力可能としたことを特徴とする。 Next, a vector data output system according to a sixth aspect is the vector data output system according to the third to sixth aspects, wherein the magnitude of the force of the vector amount is the value of the voluntary muscle contraction strength. Calculating vector data defined as an electromyographic integral value obtained by integrating the voluntary muscle contraction intensity value according to the elapsed time from the time when the threshold value is equal to or greater than 1 to the time when it first falls below the first threshold value. The output is made possible.

請求項3乃至6に記載のベクトルデータ出力システムでは、出力されるベクトル量のうち力の大きさについては前記第1の閾値によって定まるため、発射される指向性エネルギーの大きさ(ゲーム上の表現では「破壊力」に相当する)は、常に一定に固定された状態となる。しかし、前述の通り、ゲーム上の面白みの観点からは、発射に先立ってキャラクターが自らの筋力負荷によりエネルギーのチャージ(いわゆる「溜め」)を行い、そのチャージ量に応じて指向性エネルギーの「破壊力」が変動するよう表現できることが好ましい。 In the vector data output system according to any one of claims 3 to 6, since the magnitude of the force in the output vector quantity is determined by the first threshold value, the magnitude of the emitted directional energy (representation on the game) (Corresponding to “destructive power”) is always fixed. However, as described above, from the viewpoint of the fun of the game, before the launch, the character charges the energy by his own muscular load (so-called “accumulation”), and the directional energy “destroy” according to the amount of the charge. It is preferable that the expression “force” can be changed.

本構成では、プレーヤーが所定のジェスチャー中に、特定の筋肉の随意筋収縮強度の値が閾値を超えた状態の経過時間により随意筋収縮強度の値を積分して得られる筋電積分値をベクトル量における力の大きさとして設定できる。そのため、たとえば、プレーヤーが腕の筋肉に力を入れた状態を維持した時間に応じて指向性エネルギーの大きさ、すなわち「破壊力」を変化させることができるため、前述の「溜め」を表現することが可能となる。 In this configuration, the myoelectric integration value obtained by integrating the voluntary muscle contraction strength value according to the elapsed time when the voluntary muscle contraction strength value of the specific muscle exceeds the threshold during a predetermined gesture in the vector quantity. Can be set as the magnitude of force. Therefore, for example, the magnitude of the directional energy, that is, the “destructive power” can be changed according to the time when the player keeps putting the force on the arm muscles. It becomes possible.

次に、請求項7に記載の映像表示システムは、請求項2乃至6のいずれかに記載のベクトルデータ出力システムと、映像出力装置とからなり、該映像出力装置は、前記ベクトルデータ出力システムから出力された前記ベクトルデータにより定義されるベクトル量を前記射影座標系の映像上に任意の表示形態で出力可能としたことを特徴とする。 Next, a video display system according to a seventh aspect includes the vector data output system according to any one of the second to sixth aspects and a video output apparatus, and the video output apparatus includes the vector data output system. The vector quantity defined by the output vector data can be output in an arbitrary display form on the projected coordinate system image.

映像出力装置は、ベクトルデータ出力システムから入力されたベクトルデータを処理して前記射影座標系の二次元映像として表示できる処理装置及びソフトウェアを搭載したコンピュータゲーム機をはじめ、あらゆる映像モニター装置である。ベクトルデータの表示形態は、キャラクターの動作に加えて、発射された指向性エネルギーをターゲット(ターゲット)に向かうベクトル量の力の大きさに応じたビーム状、発射波状、球状、砲弾状等の図形アニメーションとして表示してもよいし、指向性エネルギー自体を表示せず、ヒットしたターゲットがダメージを受けるアニメーションとして表示するものであってもよい。また、ベクトル量の力の大きさを発射する指向性エネルギー量の状態として映像上のインジケータ等に表示する構成としてもよい。また、格闘系のコンピュータゲーム機においては、ベクトル量の力の大きさを指向性エネルギーの発射ではなく、キャラクターが繰り出すパンチやキック等の技の威力とし、技がヒットしたターゲットに与えるダメージをアニメーションやインジケータ等で表示してもよい。   The video output device is any video monitor device including a computer game machine equipped with a processing device and software capable of processing vector data input from the vector data output system and displaying it as a two-dimensional video in the projected coordinate system. The display form of the vector data is not only the character's movement, but also a figure such as a beam shape, a wave shape, a spherical shape, a bullet shape, etc. according to the magnitude of the vector amount of force that directs the emitted directional energy toward the target (target) It may be displayed as an animation, or may be displayed as an animation in which the hit target receives damage without displaying the directivity energy itself. Moreover, it is good also as a structure displayed on the indicator etc. on an image | video as the state of the directional energy amount which emits the magnitude | size of the force of a vector amount. Also, in fighting computer game machines, the amount of vector power is not the launch of directional energy, but the power of skills such as punches and kicks that a character delivers, and the damage to the target hit by the skill is animated Or an indicator or the like.

最後に、請求項8に記載の映像表示システムは、請求項7に記載した映像表示システムであって、前記映像出力装置は、格闘系又は射撃系のゲームソフトウェアを搭載したゲーム機又はコンピュータであることを特徴とする。   Finally, the video display system according to claim 8 is the video display system according to claim 7, wherein the video output device is a game machine or a computer equipped with fighting or shooting game software. It is characterized by that.

本発明の構成によれば、モーションキャプチャ装置で検出した人体の動作に加えて人体の特定の筋肉の表面筋電位の値の変化から前記人体の動作の際の力の大きさを含むベクトル量をベクトルデータとして出力可能であるため、たとえば、遠隔操作ロボットの制御用情報に力の大きさをパラメータとして付加し、より繊細な制御を可能とできる。また、格闘系又はシューティング系のコンピュータゲームに適用した場合には、映像上のキャラクターの動作及びその動作がもたらす効果にプレーヤーの動作に伴う力の大きさを反映させることが可能となり、ゲームの表現をよりリアルかつ多彩なものとし、臨場感を高めることができる。   According to the configuration of the present invention, in addition to the motion of the human body detected by the motion capture device, the vector amount including the magnitude of the force during the motion of the human body is determined from the change in the value of the surface myoelectric potential of a specific muscle of the human body. Since it can be output as vector data, for example, the magnitude of force can be added as a parameter to the control information of the remote control robot to enable more delicate control. In addition, when applied to a fighting or shooting computer game, it is possible to reflect the magnitude of the power accompanying the player's motion in the motion of the character on the video and the effect brought about by that motion. Can be made more realistic and diverse, and the sense of reality can be enhanced.

以下では、本発明を、格闘系のコンピュータゲームを操作するための入力装置として実施する場合を想定した実施形態について図面を参照して説明する。なお、筋電位や特定部位の座標変位の検出対象とする人体については、以下「プレーヤー」と記す。   In the following, an embodiment assuming the case where the present invention is implemented as an input device for operating a fighting computer game will be described with reference to the drawings. Note that a human body that is a target for detection of myoelectric potential and coordinate displacement of a specific part is hereinafter referred to as a “player”.

図1は、本発明に係るベクトルデータ出力システムに出力装置を接続した構成を示す構成図である。ベクトルデータ出力システムは、筋電信号検出装置1、モーションキャプチャ装置2、制御装置3とからなり、本構成図では、筋電信号検出装置1は無線でデータ送信を行うものとして受信装置13を介して制御装置3と接続している。一方、モーションキャプチャ装置2は有線で制御装置3と接続している。また、制御装置3は、外部の出力装置4に接続されている。出力装置4は、コンピュータゲーム機である。   FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration in which an output device is connected to a vector data output system according to the present invention. The vector data output system includes a myoelectric signal detection device 1, a motion capture device 2, and a control device 3. In this configuration diagram, the myoelectric signal detection device 1 is assumed to transmit data wirelessly via a receiving device 13. Are connected to the control device 3. On the other hand, the motion capture device 2 is connected to the control device 3 by wire. The control device 3 is connected to an external output device 4. The output device 4 is a computer game machine.

筋電信号検出装置1は、プレーヤーの任意の筋肉近傍の皮膚に装着する表面筋電位を検出する電極から成る筋電センサ10と、筋電センサ10が検出した表面筋電位から随意筋収縮強度を測定して筋電信号に変換する筋電変換部11と、筋電信号データを受信装置13に無線送信する送信部12とから構成される。また、制御装置3は、入出力部30、制御部31、記憶部32、メモリ33から構成される。入出力部30は、受信装置13が受信した筋電信号データ及びモーションキャプチャ装置2からの座標変位データの入力、並びに制御部31からのベクトルデータの出力装置4への出力を行うインターフェイスである。制御部31は、筋電信号データと座標変位データをアルゴリズムに基づき処理してベクトルデータの生成及び出力を制御するプロセッサである。記憶部32は、ベクトルデータ生成及び出力のための各種緒元設定データ等を記憶し、メモリ33はベクトルデータ生成過程に利用される各種データの一時的保存に用いられる。   The myoelectric signal detection device 1 measures a voluntary muscle contraction intensity from a myoelectric sensor 10 composed of an electrode for detecting a surface myoelectric potential attached to the skin in the vicinity of an arbitrary muscle of the player and the surface myoelectric potential detected by the myoelectric sensor 10. The myoelectric conversion unit 11 that converts the signal into a myoelectric signal and the transmission unit 12 that wirelessly transmits the myoelectric signal data to the receiving device 13. The control device 3 includes an input / output unit 30, a control unit 31, a storage unit 32, and a memory 33. The input / output unit 30 is an interface that inputs myoelectric signal data received by the receiving device 13 and coordinate displacement data from the motion capture device 2 and outputs vector data from the control unit 31 to the output device 4. The control unit 31 is a processor that processes myoelectric signal data and coordinate displacement data based on an algorithm to control generation and output of vector data. The storage unit 32 stores various specification setting data and the like for generating and outputting vector data, and the memory 33 is used for temporarily storing various data used in the vector data generation process.

図2は、前記モーションキャプチャ装置2とプレーヤーに筋電信号検出装置1を装着した状態とを示す模式図である。モーションキャプチャ装置2は、たとえば、マイクロソフト社が市販している「Kinect(キネクト)(登録商標)」のようにRGB画像認識用カメラと深度(奥行き)測定用の赤外線カメラである深度センサー、IRエミッタ(赤外線レーザー照射部)から成る光学センサ(図示せず)を備え、専用ソフトウェアを動作させるプロセッサを内蔵する装置が使用できるが、同様の機能を有する他の構成の光学センサを用いてもよく、専用ソフトウェアやプロセッサを有する外部の制御装置に光学センサを接続したものでもよい。   FIG. 2 is a schematic diagram showing the motion capture device 2 and a state in which the myoelectric signal detection device 1 is attached to the player. The motion capture device 2 is, for example, a depth sensor or IR emitter that is an RGB image recognition camera and an infrared camera for depth (depth) measurement, such as “Kinect (registered trademark)” commercially available from Microsoft Corporation. A device including an optical sensor (not shown) composed of (infrared laser irradiation unit) and having a processor that operates dedicated software can be used, but an optical sensor having another configuration having the same function may be used. An optical sensor may be connected to an external control device having dedicated software or a processor.

モーションキャプチャ装置2は、前述の「Kinect(キネクト)(登録商標)」の場合、赤外線レーザーで所定のパターン(具体的にはドットの分布パターン)の不可視光をプレーヤーの身体に投射した状態を赤外線カメラで撮影して、所定のパラメータを用いてカメラから身体各部の表面までの距離を算出し、RGB画像認識用カメラで撮影した画像を専用ソフトウェアで画像認識して得た画像データと距離データとを対応させて射影座標系の座標に変換する処理を映像のフレームごとに連続的に行う。一方、筋電信号検出装置1は、たとえば、図2のようにプレーヤーの腕の特定の筋肉の筋電位を検出できる位置にベルト等で装着し、プレーヤーの動きを制約しないように筋電信号を送信部12から無線で受信装置13へと送信させる。   In the case of the above-mentioned “Kinect (registered trademark)”, the motion capture device 2 is an infrared ray that reflects a state in which invisible light having a predetermined pattern (specifically, a dot distribution pattern) is projected onto the player's body with an infrared laser. Image data and distance data obtained by photographing with a camera, calculating the distance from the camera to the surface of each part of the body using predetermined parameters, and recognizing the image photographed with the RGB image recognition camera with dedicated software The process of converting to the coordinates of the projective coordinate system is performed continuously for each frame of the video. On the other hand, the myoelectric signal detection device 1 is worn with a belt or the like at a position where a myoelectric potential of a specific muscle of the player's arm can be detected as shown in FIG. Transmission from the transmission unit 12 to the reception device 13 is performed wirelessly.

(第1実施形態)
図3は、本発明の第1実施形態に関し、制御装置3における筋電信号データと座標変位データの処理手順を示すアルゴリズムである。第1実施形態は、たとえば、プレーヤーがゲーム映像内のキャラクターにターゲットに向けて指向性エネルギーを放つ際に、肘から手首の方向により照準を定め、腕の特定の筋肉(たとえば上腕二頭筋あるいは腕橈骨筋)に込めた力の解放(弛緩)をトリガーとする場合を想定している。
(First embodiment)
FIG. 3 is an algorithm showing a processing procedure of myoelectric signal data and coordinate displacement data in the control device 3 according to the first embodiment of the present invention. In the first embodiment, for example, when a player emits directional energy toward a character in a game image toward a target, the aim is aimed from the direction of the elbow to the wrist, and a specific muscle of the arm (for example, biceps or biceps) The case is assumed that the release (relaxation) of the force placed in the arm (radius) is used as a trigger.

なお、本実施形態では、ベクトルデータの算出に先立ち、個々のプレーヤーの特定の筋肉について、あらかじめ最大随意筋収縮値MVCを計測する筋電位キャリブレーションを行う。コンピュータゲーム上のキャラクターは仮想存在であるから、現実のプレーヤーの体力すなわち筋力の絶対値をゲーム上に反映させるよりも、個々のプレーヤーごとの最大随意筋収縮値MVCに対する相対値としての随意筋収縮強度%MVCを筋電信号として計測することが適当だからである。 In this embodiment, myoelectric potential calibration for measuring the maximum voluntary muscle contraction value MVC is performed in advance for specific muscles of individual players prior to the calculation of vector data. Since the character on the computer game is a virtual existence, the voluntary muscle contraction strength% as a relative value to the maximum voluntary muscle contraction value MVC for each individual player, rather than reflecting the absolute value of the physical strength of the actual player, that is, the muscle strength on the game. This is because it is appropriate to measure MVC as a myoelectric signal.

筋電位キャリブレーションは、具体的には、ゲーム開始前にプレーヤーが腕の筋肉の安静状態の筋電位値を計測した後、可能な限り力を入れた状態での筋電位値を所定時間計測し、ローパスフィルタを通して異常値を排除することにより最大随意筋収縮値MVCを設定する。ゲーム開始後は、筋電信号検出装置1が当該腕の筋肉の筋電位値を連続的に検出し、MVCに対する比率である随意筋収縮強度%MVCを計測して筋電信号として出力させる(図中の「ME」以降)。なお、任意の時点で計測される随意筋収縮強度%MVCは、数式1に示すように、最大随時筋収縮値MVCと安静時の筋電位値EMGrelaxの差に対する検出時における筋電位値EMGと安静時の筋電位値EMGrelaxの差の比率として算出される。
Specifically, the myoelectric potential calibration measures the myoelectric potential value with a force applied as much as possible for a predetermined time after the player measures the resting myoelectric potential value of the arm muscles before starting the game. The maximum voluntary muscle contraction value MVC is set by excluding abnormal values through a low-pass filter. After the game starts, the myoelectric signal detection device 1 continuously detects the myoelectric potential value of the muscle of the arm, measures the voluntary muscle contraction intensity% MVC, which is a ratio to the MVC, and outputs it as a myoelectric signal (in the figure). "ME" or later). The voluntary muscle contraction strength% MVC measured at an arbitrary time point is calculated by calculating the myoelectric potential value EMG and the resting time with respect to the difference between the maximum voluntary muscle contraction value MVC and the resting myoelectric potential value EMGrelax. It is calculated as the ratio of the difference between the myoelectric potential values EMGrelax.

一方、モーションキャプチャ装置2は、常時プレーヤーの骨格全体を検出し、主要な関節すべての3次元座標を射影座標系に変換して座標変位を連続的に計測可能であるが、ここでは、手首関節の座標P1と肘関節の座標P2を特定部位として設定し、その相対的な座標の位置関係を後述の照準方向を定めるパラメータとして測定する(図中の「MC」以降)。   On the other hand, the motion capture device 2 can always detect the entire skeleton of the player and continuously measure the coordinate displacement by converting the three-dimensional coordinates of all the main joints into a projective coordinate system. The coordinate P1 of the elbow and the coordinate P2 of the elbow joint are set as specific parts, and the positional relationship of the relative coordinates is measured as a parameter for determining the aiming direction described later (after “MC” in the figure).

ゲーム開始後、筋電信号検出装置1がプレーヤーの随意筋収縮強度%MVCを連続的に計測し、これが所定の閾値T1以上となった場合、すなわち、プレーヤーが腕の筋肉に意図的に一定以上の力を込め始めた場合に、制御装置3内の時間カウンタCをスタートさせる。そして、随意筋収縮強度%MVCが閾値T1以上の状態が所定の時間T2以上継続し、かつ、随意筋収縮強度%MVCが閾値T1未満に低下した場合に、制御装置3は、その時点における肘関節の座標P2から手首関節の座標P1の方向をベクトルの方向、手首関節の座標P1をベクトルの始点とするベクトルRdirを定義するベクトルデータを出力させる。その後、時間カウンタCはリセットされ、再び随意筋収縮強度%MVCの計測に戻る。   After the game is started, the myoelectric signal detection device 1 continuously measures the voluntary muscle contraction strength% MVC of the player, and when this exceeds a predetermined threshold value T1, that is, the player deliberately exceeds a certain value in the arm muscle. When power is started, the time counter C in the control device 3 is started. Then, when the voluntary muscle contraction strength% MVC continues for a predetermined time T2 or more and the voluntary muscle contraction strength% MVC falls below the threshold T1, the control device 3 determines that the elbow joint at that time Vector data defining a vector Rdir having the direction from the coordinate P2 to the coordinate P1 of the wrist joint as the vector direction and the wrist joint coordinate P1 as the vector start point is output. Thereafter, the time counter C is reset and returns to the measurement of voluntary muscle contraction strength% MVC again.

以上の過程により出力されたベクトルデータをゲーム機に送信することにより、プレーヤーの全身の動作を反映してゲーム映像上で動くキャラクターが、腕の筋肉に力を込めてエネルギーをチャージしつつ、手首をターゲットに向けてエネルギーを解放した瞬間に、手首から指向性エネルギーを発射するアニメーションを表示するように構成できる。   By transmitting the vector data output by the above process to the game machine, the character that moves on the game image reflecting the movement of the whole body of the player charges the energy of the arm muscles while charging the wrist. It can be configured to display an animation of emitting directional energy from the wrist at the moment when the energy is released toward the target.

図4は、第2実施形態を説明するアルゴリズムである。なお、図4以下のアルゴリズムでは、「ME」及び「MC」より以前の処理工程は共通であるため記載を省略している。第1実施形態では、ベクトルデータが定義するベクトルの力の大きさは随意筋収縮強度%MVCが閾値T1以上の状態の継続時間に関わらず一定であるが、本実施形態では、前記継続時間に応じてベクトルの力の大きさを変更可能としている。   FIG. 4 is an algorithm for explaining the second embodiment. In the algorithm of FIG. 4 and subsequent figures, the processing steps before “ME” and “MC” are the same, and thus the description is omitted. In the first embodiment, the magnitude of the vector force defined by the vector data is constant regardless of the duration of the state in which the voluntary muscle contraction strength% MVC is equal to or greater than the threshold value T1, but in the present embodiment, the magnitude of the force depends on the duration. The magnitude of the vector force can be changed.

随意筋収縮強度%MVCが閾値T1以上の状態となって時間カウンタCがスタートした後、本実施形態では、制御装置3は、数式2に示すように随意筋収縮強度%MVCをカウンタCのスタート時点t1から閾値T1を最初に下回った時点t2までの経過時間で積分して得られる筋電積分値Sを算出する。すなわち、腕の筋肉に力を込めた状態で時間が経過するほど、チャージされるエネルギーが累積的に増大することになる。
After the time counter C starts when the voluntary muscle contraction strength% MVC is equal to or greater than the threshold value T1, in the present embodiment, the control device 3 sets the voluntary muscle contraction strength% MVC to the start time t1 of the counter C as shown in Equation 2. The myoelectric integration value S obtained by integration over the elapsed time from the first to the time point t2 when it first falls below the threshold value T1 is calculated. That is, as time elapses in a state where the muscles of the arm are put in force, the charged energy increases cumulatively.

そして、随意筋収縮強度%MVCが閾値T1以上の状態が所定の時間T2以上継続し、かつ、随意筋収縮強度%MVCが閾値T1未満に低下した場合、制御装置3は、その時点における肘関節の座標P2から手首関節の座標P1の方向をベクトルの方向、手首関節の座標P1をベクトルの始点、さらに筋電積分値Sを力の大きさとするベクトルRdirを定義するベクトルデータを出力させる。その後、時間カウンタCはリセットされ、再び随意筋収縮強度%MVCの計測に戻るのは第1実施形態と同様である。   When the voluntary muscle contraction intensity% MVC continues for a predetermined time T2 or more and the voluntary muscle contraction intensity% MVC decreases below the threshold T1, the control device 3 determines the coordinates of the elbow joint at that time. Vector data defining a vector Rdir having the direction from P2 to the wrist joint coordinate P1 as the vector direction, the wrist joint coordinate P1 as the vector start point, and the myoelectric integral value S as the magnitude of the force is output. Thereafter, the time counter C is reset, and returning to the measurement of voluntary muscle contraction strength% MVC is the same as in the first embodiment.

以上により、ゲーム映像上のキャラクターが、腕の筋肉に力を込めてエネルギーをチャージする時間が長くなるほど、手首からターゲットに向けて発射される指向性エネルギーの破壊力がより大きくなるような表現が可能となる。   As described above, the expression that the character on the game image increases the destructive power of the directional energy that is emitted from the wrist toward the target as the time for charging the energy of the arm muscles becomes longer. It becomes possible.

図5は、第3実施形態を説明するアルゴリズムである。本実施形態では、第2実施形態と同様に、随意筋収縮強度%MVCを経過時間で積分して得られる筋電積分値SによりベクトルRdirの力の大きさを可変とするとともに、ベクトルデータを出力する際のトリガーを筋肉の弛緩ではなく、一旦弛緩させた筋肉に再度緊張させることに置き換えたものである。   FIG. 5 is an algorithm for explaining the third embodiment. In the present embodiment, as in the second embodiment, the magnitude of the force of the vector Rdir is made variable by the myoelectric integration value S obtained by integrating the voluntary muscle contraction strength% MVC with the elapsed time, and vector data is output. Instead of relaxing the muscles, the trigger is replaced by re-tensioning the relaxed muscles.

ゲーム開始後、随意筋収縮強度%MVCが閾値T1以上となることで時間カウンタCがスタートし、筋電積分値Sが増加する。その状態が所定の時間T2以上継続した後に随意筋収縮強度%MVCが閾値T1未満に低下した場合、その時点までに累積された筋電積分値Sがメモリ33に保存される。その後、再び随意筋収縮強度%MVCが閾値T1となった場合、その時点における肘関節の座標P2から手首関節の座標P1の方向を力の方向、手首関節の座標P1を力の始点、保存されている筋電積分値Sを力の大きさとするベクトルRdirがベクトルデータとして出力され、その後、時間カウンタCがリセットされて、再び随意筋収縮強度%MVCの計測に戻る。   After the game starts, the voluntary muscle contraction strength% MVC is equal to or greater than the threshold value T1, and the time counter C starts and the myoelectric integral value S increases. If the voluntary muscle contraction strength% MVC decreases below the threshold value T1 after the state continues for a predetermined time T2 or more, the myoelectric integration value S accumulated up to that point is stored in the memory 33. Thereafter, when the voluntary muscle contraction strength% MVC again becomes the threshold value T1, the direction from the elbow joint coordinate P2 to the wrist joint coordinate P1 at that time is stored as the force direction, and the wrist joint coordinate P1 is stored as the force start point. The vector Rdir having the force of the myoelectric integration value S as the magnitude of the force is output as vector data. Thereafter, the time counter C is reset, and the process returns to the measurement of the voluntary muscle contraction strength% MVC.

かかるアルゴリズムの構成により、ゲーム映像上のキャラクターが腕の筋肉に力を込めてエネルギーのチャージを完了した後、手首をターゲットに向けて照準を行い、再度腕の筋肉に力を込めることをトリガーとして指向性エネルギーを発射する、というアニメーションを表示するように構成することができる。本実施形態では、一旦チャージされたエネルギーはメモリ33に保存されているため、チャージ完了後、時間が経過してもキャラクターは任意のタイミングで指向性エネルギーを発射できる状態を維持できる。   With this algorithm structure, after the character on the game video puts power into the arm muscles and completes the energy charge, aiming at the wrist toward the target and putting power into the arm muscles again as a trigger An animation of launching directional energy can be displayed. In the present embodiment, since the once charged energy is stored in the memory 33, the character can maintain a state in which directional energy can be emitted at an arbitrary timing even after time has elapsed after the completion of charging.

図6は、第4実施形態を説明するアルゴリズムである。本実施形態では、指向性エネルギー発射のトリガーとして、たとえば肘関節の座標P2を基準とする手首関節の座標P1の変位を用いる。   FIG. 6 is an algorithm for explaining the fourth embodiment. In this embodiment, as a trigger for emitting directional energy, for example, the displacement of the coordinate P1 of the wrist joint with reference to the coordinate P2 of the elbow joint is used.

ゲーム開始後、随意筋収縮強度%MVCが閾値T1以上となることで時間カウンタCがスタートし、筋電積分値Sが増加するところまでは第2実施形態と同様であるが、その状態が所定の時間T2以上継続した後に随意筋収縮強度%MVCが閾値T1未満に低下し、さらに手首関節の座標P1が肘関節の座標P2に対して変位した場合に、変位後の肘関節の座標P2から手首関節の座標P1の方向を力の方向、手首関節の座標P1を力の始点、随意筋収縮強度%MVCが閾値T1未満に低下した時点での筋電積分値Sを力の大きさとするベクトルRdirがベクトルデータとして出力され、その後、時間カウンタCがリセットされて、再び随意筋収縮強度%MVCの計測に戻る。   After the game starts, the time counter C starts when the voluntary muscle contraction strength% MVC is equal to or greater than the threshold value T1, and until the myoelectric integration value S increases, the state is the same as in the second embodiment. When the voluntary muscle contraction strength% MVC decreases below the threshold value T1 after continuing for the time T2 or more, and the wrist joint coordinate P1 is displaced with respect to the elbow joint coordinate P2, the wrist joint from the displaced elbow joint coordinate P2 is changed. The vector Rdir is the vector Rdir in which the direction of the coordinate P1 is the direction of the force, the coordinate P1 of the wrist joint is the starting point of the force, and the electromyographic integration value S when the voluntary muscle contraction strength% MVC falls below the threshold T1. Thereafter, the time counter C is reset, and the process returns to the measurement of voluntary muscle contraction strength% MVC again.

かかるアルゴリズムの構成により、ゲーム映像上のキャラクターが腕の筋肉に力を込めて所定の時間以上エネルギーをチャージし、任意のタイミングで手首をターゲットに向けて振り下ろすと同時に腕の筋肉を弛緩させてエネルギーを解放するというジェスチャーを行った場合にのみ、指向性エネルギーが発射されるというアニメーションを表示するように構成することができる。   With this algorithm structure, the character on the game video puts energy into the arm muscles and charges the energy for a predetermined time or more, swings the wrist toward the target at any time, and relaxes the arm muscles at the same time. Only when a gesture of releasing energy is performed, an animation that directional energy is emitted can be displayed.

最後に、図7は、第5実施形態を説明するアルゴリズムである。本実施形態では、指向性エネルギーのチャージの条件及び発射のトリガーとして、距離が変化する身体の二つの部位によるジェスチャー、たとえば、右手首関節の座標P3と左手首関節の座標P4の距離の変化やそれらの座標の変位を加えている。具体的には、モーションキャプチャ装置2は、プレーヤーの両手首の座標P3、P4を特定部位として検出し、両座標の距離Dと中間点の座標Mを連続的に計測するように構成する。   Finally, FIG. 7 shows an algorithm for explaining the fifth embodiment. In this embodiment, as a condition for charging directional energy and a trigger for launching, gestures by two parts of the body where the distance changes, such as a change in the distance between the coordinates P3 of the right wrist joint and the coordinates P4 of the left wrist joint, The displacement of those coordinates is added. Specifically, the motion capture device 2 is configured to detect the coordinates P3 and P4 of both wrists of the player as specific parts and continuously measure the distance D of both coordinates and the coordinate M of the intermediate point.

ゲーム開始後、随意筋収縮強度%MVCが閾値T1以上となり、かつ、前記距離Dが所定の閾値T3以下となることで時間カウンタCがスタートし、時間とともに筋電積分値Sが累積的に増大する。そして、所定の時間T2を経過した後に、筋収縮強度%MVCが閾値T1未満に低下し、かつ、前記中間点の座標Mが変位した場合に、座標Mの変位方向を力の方向、変位後の座標Mを力の始点、筋収縮強度%MVCが閾値T1未満に低下した時点での筋電積分値Sを力の大きさとするベクトルRdirがベクトルデータとして出力され、その後、時間カウンタCがリセットされて、再び随意筋収縮強度%MVCの計測に戻る。 After the game starts, the voluntary muscle contraction strength% MVC is equal to or greater than the threshold value T1, and the distance D is equal to or less than the predetermined threshold value T3, the time counter C starts, and the myoelectric integration value S increases cumulatively with time. . After a predetermined time T2, when the muscle contraction strength% MVC decreases below the threshold value T1 and the coordinate M of the intermediate point is displaced, the displacement direction of the coordinate M is changed to the direction of force, and after the displacement. A vector Rdir is output as vector data with the myoelectric integration value S when the muscle contraction intensity% MVC falls below the threshold value T1, and the time counter C is reset. Then, it returns to the measurement of voluntary muscle contraction strength% MVC again.

かかるアルゴリズムの構成により、ゲーム映像上のキャラクターが腕の筋肉に力を込めつつ両手首(又は両掌)を近づけてゆきながら所定の時間以上エネルギーをチャージし、任意のタイミングで両手首(又は両掌)をターゲットに向けて突き出すと同時に腕の筋肉を弛緩させてエネルギーを解放するというジェスチャーを行った場合にのみ、指向性エネルギーが発射されるというアニメーションを表示するように構成することができる。本実施形態では、両手首のように距離や相対位置が三次元的に変化する身体の二つの特定部位の位置関係及び変位により指向性エネルギーの発射点や照準が定まるため、ターゲットに指向性エネルギーをヒットさせることの難易度がより高くなり、また、両手首(又は両掌)を近づけてエネルギーをチャージする間、キャラクターは防御姿勢が取れず無防備になるため、ゲーム演出上の面白みを向上させることができる。 With this algorithm configuration, the character on the game video is charged with energy over a predetermined time while putting both wrists (or both palms) close to each other while putting power on the arm muscles, and at the desired timing both wrists (or both wrists). It is possible to display an animation in which directional energy is emitted only when the gesture of releasing the energy by releasing the energy by releasing the palm muscle toward the target is performed. In this embodiment, the launch point and aim of the directional energy are determined by the positional relationship and displacement of two specific parts of the body whose distance and relative position change three-dimensionally, such as both wrists. The character becomes more difficult to hit, and while charging with both wrists (or both palms) close to each other, the character will be unprotected and unable to take defense, thus improving the fun of game production. be able to.

なお、本実施形態では、2つの筋電信号検出装置1をプレーヤーの両腕の腕の筋肉の表面筋電位を検出できる箇所にそれぞれ装着し、両方又はいずれかの筋電信号検出装置1が検出する表面筋電位と閾値T1との関係を計測するよう構成できるが、他の実施形態と同様に片腕にだけ装着してもよい。 In the present embodiment, the two myoelectric signal detection devices 1 are respectively mounted at locations where the surface myoelectric potential of the arm muscles of the player's arms can be detected, and both or one of the myoelectric signal detection devices 1 detects. Although it can be configured to measure the relationship between the surface myoelectric potential and the threshold value T1, it may be worn only on one arm as in the other embodiments.

以上、本発明に係るベクトルデータ出力システムの具体的な構成について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内において改良又は変更が可能であり、それらは本発明の技術的範囲に属するものである。   The specific configuration of the vector data output system according to the present invention has been described above. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and can be improved or changed within the scope of the technical idea of the present invention. They are within the technical scope of the present invention.

たとえば、筋電信号検出装置1による表面筋電位の検出対象とする筋肉は上腕二頭筋や腕橈骨筋に限られず、適宜他の筋肉を検出対象としてもよいし、モーションキャプチャ装置2によりジェスチャーによる座標変位を検出する人体の特定部位も、手首や肘に限られず、他の部位としてもよい。   For example, the muscles to be detected for the surface myoelectric potential by the myoelectric signal detection device 1 are not limited to the biceps brachii and brachiofibular muscles, and other muscles may be appropriately detected. The specific part of the human body for detecting the coordinate displacement is not limited to the wrist or elbow, and may be another part.

本発明は、本発明は、コンピュータゲームにおけるゲーム映像上のキャラクターを操作するためのゲームコントローラ、あるいは、遠隔操作ロボット等の制御用コントローラへの適用が可能である。   The present invention can be applied to a game controller for operating a character on a game image in a computer game, or a control controller such as a remote control robot.

本発明の構成図Configuration diagram of the present invention 前記モーションキャプチャ装置2とプレーヤーに筋電信号検出装置1を装着した状態とを示す模式図Schematic diagram showing the motion capture device 2 and a state in which the myoelectric signal detection device 1 is attached to the player 第1実施形態を説明するアルゴリズムAlgorithm for explaining the first embodiment 第2実施形態を説明するアルゴリズムAlgorithm for explaining the second embodiment 第3実施形態を説明するアルゴリズムAlgorithm for explaining the third embodiment 第4実施形態を説明するアルゴリズムAlgorithm for explaining the fourth embodiment 第5実施形態を説明するアルゴリズムAlgorithm for explaining the fifth embodiment

1 筋電入力装置
10 筋電センサ
11 筋電変換部
12 送信部
13 受信装置
2 モーションキャプチャ装置
3 制御装置
30 入出力部
31 制御部
32 記憶部
33 メモリ
4 出力装置
H プレーヤー(人体)
P1 特定部位(手首)
P2 基準部位(肘)
P3、P4 特定部位(手首)
D 両手首の距離
M 両手首の中間点
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Myoelectric input apparatus 10 Myoelectric sensor 11 Myoelectric conversion part 12 Transmission part 13 Reception apparatus 2 Motion capture apparatus 3 Control apparatus 30 Input / output part 31 Control part 32 Memory | storage part 33 Memory 4 Output device H Player (human body)
P1 specific part (wrist)
P2 reference part (elbow)
P3, P4 specific part (wrist)
D Distance between both wrists M Middle point between both wrists

Claims (8)

人体の一つ又は複数の特定の筋肉の表面筋電位を測定して筋電信号として出力可能な筋電信号検出装置と、人体の任意の特定部位の動作を検出して該人体各部位の3次元座標の位置変化を座標変位データとして出力可能なモーションキャプチャ装置と、前記筋電信号と前記座標変位データを入力可能な制御装置とから成り、前記制御装置は、前記3次元座標系内において、前記人体の特定の筋肉の筋電信号の変化を力の大きさの変化、前記人体の特定部位の座標変位の方向を力の方向とするベクトル量を定義するベクトルデータを算出して出力可能としたことを特徴とする、ベクトルデータ出力システム。   A myoelectric signal detection device capable of measuring the surface myoelectric potential of one or more specific muscles of the human body and outputting it as a myoelectric signal, and detecting the movement of any specific part of the human body to detect 3 of each part of the human body It consists of a motion capture device capable of outputting a change in the position of a dimensional coordinate as coordinate displacement data, and a control device capable of inputting the myoelectric signal and the coordinate displacement data, the control device in the three-dimensional coordinate system, It is possible to calculate and output vector data defining a vector quantity in which the change in the magnitude of the force is a change in the myoelectric signal of a specific muscle of the human body, and the direction of the coordinate displacement of the specific part of the human body is the direction of the force. A vector data output system characterized by that. 人体の一つ又は複数の特定の筋肉の表面筋電位を測定して筋電信号として出力可能な筋電信号検出装置と、人体の任意の特定部位の動作を検出して該人体各部位の3次元座標を透視射影による射影座標系の座標に射影変換した後にその位置変化を座標変位データとして出力可能なモーションキャプチャ装置と、前記筋電信号と前記座標変位データを入力可能な制御装置とから成り、前記制御装置は、前記射影座標系内において、前記人体の特定の筋肉の筋電信号の変化を力の大きさの変化、前記人体の特定部位の座標変位の方向を力の方向とするベクトル量を定義するベクトルデータを算出して出力可能としたことを特徴とする、ベクトルデータ出力システム。   A myoelectric signal detection device capable of measuring the surface myoelectric potential of one or more specific muscles of the human body and outputting it as a myoelectric signal, and detecting the movement of any specific part of the human body to detect 3 of each part of the human body It consists of a motion capture device capable of projecting a dimensional coordinate to a coordinate in a projected coordinate system by perspective projection and outputting the position change as coordinate displacement data, and a control device capable of inputting the myoelectric signal and the coordinate displacement data. In the projective coordinate system, the control device is a vector in which a change in the magnitude of the force is a change in a myoelectric signal of a specific muscle of the human body, and a direction of a coordinate displacement of the specific part of the human body is a direction of the force. A vector data output system characterized in that vector data defining a quantity can be calculated and output. 人体の任意の一つ又は複数の筋肉の表面筋電位を測定して随意筋収縮強度を筋電信号として出力可能な筋電信号検出装置と、人体の任意の特定部位と基準部位の動作を検出して該特定部位の3次元座標を透視射影による射影座標系の座標に射影変換した後にその位置変化を座標変位データとして出力可能なモーションキャプチャ装置と、前記筋電信号と前記座標変位データを入力可能な制御装置とから成り、前記制御装置は、前記随意筋収縮強度の値が所定の第1の閾値以上となった状態が所定時間以上継続した後、前記随意筋収縮強度の値が最初に前記第1の閾値未満に低下した時点において、前記特定部位の座標を始点、前記基準部位の座標から始点に向かう方向を力の方向、前記第1の閾値を力の大きさとするベクトル量を定義するベクトルデータを算出して出力可能としたことを特徴とする、ベクトルデータ出力システム。   A myoelectric signal detection device capable of measuring the surface myoelectric potential of any one or more muscles in the human body and outputting the voluntary muscle contraction intensity as a myoelectric signal, and detecting the movement of any specific part of the human body and the reference part A motion capture device capable of projecting and transforming the three-dimensional coordinates of the specific part into coordinates in a projected coordinate system by perspective projection, and outputting the position change as coordinate displacement data, and inputting the myoelectric signal and the coordinate displacement data The control device is configured such that after the state where the voluntary muscle contraction strength value is equal to or greater than a predetermined first threshold continues for a predetermined time or longer, the voluntary muscle contraction strength value is first set to the first value. When the value falls below the threshold value, a vector amount is defined that defines the coordinates of the specific part as the starting point, the direction from the coordinates of the reference part toward the starting point as the direction of force, and the first threshold value as the magnitude of force. Wherein the torque data calculated by the set to be output, the vector data output system. 人体の任意の一つ又は複数の筋肉の表面筋電位を測定して随意筋収縮強度を筋電信号として出力可能な筋電信号検出装置と、人体の任意の特定部位と基準部位の動作を検出して該特定部位の3次元座標を透視射影による射影座標系の座標に射影変換した後にその位置変化を座標変位データとして出力可能なモーションキャプチャ装置と、前記筋電信号と前記座標変位データを入力可能な制御装置とから成り、前記制御装置は、前記随意筋収縮強度の値が所定の第1の閾値以上となった状態が所定時間以上継続した後、前記随意筋収縮強度の値が最初に前記第1の閾値未満に低下し、かつ、前記特定部位の座標が前記基準部位の座標に対して変位した時点において、変位後の前記特定部位の座標を始点、前記基準部位の座標から始点に向かう方向を力の方向、前記第1の閾値を力の大きさとするベクトル量を定義するベクトルデータを算出して出力可能としたことを特徴とする、ベクトルデータ出力システム。   A myoelectric signal detection device capable of measuring the surface myoelectric potential of any one or more muscles in the human body and outputting the voluntary muscle contraction intensity as a myoelectric signal, and detecting the movement of any specific part of the human body and the reference part A motion capture device capable of projecting and transforming the three-dimensional coordinates of the specific part into coordinates in a projected coordinate system by perspective projection, and outputting the position change as coordinate displacement data, and inputting the myoelectric signal and the coordinate displacement data The control device is configured such that after the state where the voluntary muscle contraction strength value is equal to or greater than a predetermined first threshold continues for a predetermined time or longer, the voluntary muscle contraction strength value is first set to the first value. And when the coordinates of the specific part are displaced with respect to the coordinates of the reference part, the coordinate of the specific part after the displacement is the starting point, and the direction from the coordinates of the reference part to the starting point The power of direction, and characterized in that a possible calculates and outputs vector data defining a vector quantity and magnitude of the force to the first threshold value, the vector data output system. 人体の任意の一つ又は複数の筋肉の表面筋電位を測定して随意筋収縮強度を筋電信号として出力可能な筋電信号検出装置と、人体の任意の2か所の特定部位の動作を検出して該特定部位の3次元座標を透視射影による射影座標系の座標に射影変換した後にその位置変化を座標変位データとして出力可能なモーションキャプチャ装置と、前記筋電信号と前記座標変位データを入力可能な制御装置とから成り、前記制御装置は、前記随意筋収縮強度の値が所定の第1の閾値以上、かつ、前記2か所の特定部位の距離の値が所定の第2の閾値以下となった状態が所定時間以上継続した後、前記随意筋収縮強度の値が最初に前記第1の閾値未満に低下し、かつ、前記2か所の特定部位の中間点の座標が任意の方向に変位した時点において、変位後の前記中間点の座標を始点、変位の方向を力の方向、前記第1の閾値を力の大きさとするベクトル量を定義するベクトルデータを算出して出力可能としたことを特徴とする、ベクトルデータ出力システム。   A myoelectric signal detection device capable of measuring the surface myoelectric potential of any one or more muscles in the human body and outputting the voluntary muscle contraction intensity as a myoelectric signal, and detecting the motion of two specific parts of the human body Then, after projecting and transforming the three-dimensional coordinates of the specific part into the coordinates of the projected coordinate system by perspective projection, the motion capture device capable of outputting the position change as coordinate displacement data, the myoelectric signal and the coordinate displacement data are input. The control device is configured such that the voluntary muscle contraction strength value is equal to or greater than a predetermined first threshold value, and the distance value between the two specific parts is equal to or less than a predetermined second threshold value. After the state has been maintained for a predetermined time or longer, the voluntary muscle contraction strength value first decreases below the first threshold value, and the coordinates of the intermediate point between the two specific parts are displaced in an arbitrary direction. Before the displacement Vector data output characterized in that vector data defining a vector quantity having the intermediate point as the starting point, the direction of displacement as the direction of force and the first threshold as the magnitude of force can be calculated and output. system. 請求項4乃至6に記載のベクトルデータ出力システムであって、前記ベクトル量の力の大きさは、前記随意筋収縮強度の値が前記第1の閾値以上となった時点から最初に第1の閾値未満に低下する時点までの経過時間により前記随意筋収縮強度の値を積分して得られる筋電積分値として定義されるベクトルデータを算出して出力可能としたことを特徴とする、ベクトルデータ出力システム。   7. The vector data output system according to claim 4, wherein the magnitude of the force of the vector quantity is a first threshold value from the time when the voluntary muscle contraction strength value becomes equal to or greater than the first threshold value. A vector data output system capable of calculating and outputting vector data defined as an electromyographic integral value obtained by integrating the voluntary muscle contraction strength value according to an elapsed time until a time point when it decreases to less than . 請求項2乃至6のいずれかに記載のベクトルデータ出力システムと、映像出力装置とから成り、該映像出力装置は、前記ベクトルデータ出力システムから出力された前記ベクトルデータにより定義されるベクトル量を前記射影座標系の映像上に任意の表示形態で出力可能としたことを特徴とする、映像表示システム。   A vector data output system according to any one of claims 2 to 6 and a video output device, wherein the video output device outputs a vector quantity defined by the vector data output from the vector data output system. An image display system, characterized in that it can be output in an arbitrary display form on a projected coordinate system image. 前記映像出力装置は、格闘系又は射撃系のゲームソフトウェアを搭載したゲーム機又はコンピュータであることを特徴とする、請求項7に記載の映像表示システム。   The video display system according to claim 7, wherein the video output device is a game machine or a computer equipped with fighting or shooting game software.
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