JP4870884B2 - 心臓負担評価装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人体の動作に対する心臓負担評価をコンピュータ処理によって行う心臓負担評価装置に関し、より詳細には、コンピュータのソフトウェア処理によって、人の作業動作を簡易な操作及び形式で記述した入力データに基づいて、人間の形態等の特性を模擬したコンピュータ上の仮想人間であるコンピュータマネキンにその作業動作を模擬させるべく、その作業動作を複数の行為に分解して、各行為の動作を所定の合成アルゴリズムによって合成して、つまり、コンピュータマネキンの行動を生成し、コンピュータ画面上の仮想空間内に可視化するための行動生成システムにおいて、コンピュータマネキンの模擬動作に対する心臓負担評価を行う心臓負担評価装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のコンピュータマネキンの行動生成システムでは、所定の空間配置や動作の対象となる対象物に対してコンピュータマネキンの取る目標姿勢を予めマウス等のコンピュータの入力装置を用いてコンピュータ画面上で作成しておき、各目標姿勢間の動作を、例えばインバースキネマティクス等の動作合成アルゴリズムで生成し、別途入力した動作時間でコンピュータマネキンをコンピュータ画面上の仮想空間内で動作させるべく可視化（アニメーション）を行うという手順が取られていた。
【０００３】
更に、マウス等で目標姿勢を作成する代わりに、動作の対象物の名称、位置座標、操作の種類等を指定して、その対象物に対する動作をコマンド入力することで、その対象物に対する動作が、所定の合成アルゴリズムで自動的に生成されるようにした行動生成システムも開発されている。例えば、石井等の「アフォーダンス概念に基づく人体モーション合成システムの開発」（ヒューマンインターフェース学会研究報告集 Ｖｏｌ．２ Ｎｏ．３ 第７３頁〜第７８頁）に開示されているものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の行動生成システムでは、コンピュータマネキンをコンピュータ画面上の仮想空間内で動作させる可視化は実現されているが、かかる動作に対する生理的負担（血圧変動・心拍変動等）の評価まで行えるものはなかった。従って、行動生成システムを用いてコンピュータマネキンに特定作業動作を行わせたとしても、可視化された画面からは、コンピュータマネキンの模擬する例えば急激な心臓の上下移動や激しい運動を伴う作業動作に対する危険性の評価や予測ができず、工場や住宅等の空間設計時の行動シミュレーションにおいて人体の生理的負担を考慮した総合的な評価に行動生成システムを使用するのに問題があった。
【０００５】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、上記問題点を解消すべく、複数種の行為コマンドを時系列で組み合わせてコンピュータマネキンの対象物に対する動作を定義して、行為コマンドで特定されるコンピュータマネキンの動作をコンピュータ仮想空間上で可視化する行動生成システムに対して、人体の動作に対する心臓負担評価を客観的且つ簡易に行える心臓負担評価装置を提供する点にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するための本発明に係る心臓負担評価装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項１に記載した如く、人体の動作に対する心臓負担評価をコンピュータ処理によって行う心臓負担評価装置であって、前記人体の動作を複数種の行為コマンドを時系列で組み合わせてコンピュータマネキンの対象物に対する一連の動作によって定義して、前記行為コマンドで特定される前記コンピュータマネキンの前記動作をコンピュータ仮想空間上で可視化する行動生成システムに対して、前記行動生成システムから時系列データとして入力される前記行為コマンドで特定される各動作の動作時間情報をＰＴＳ法により算出する動作時間算出手段と、前記行為コマンドを運動強度指数に変換する第１変換テーブルを備え、前記行動生成システムから時系列データとして入力される前記行為コマンドで特定される各動作の運動強度指標を前記第１変換テーブルに基づいて導出する運動強度特定手段と、前記行為コマンドを運動タイプに変換する第２変換テーブルを備え、前記行動生成システムから入力される前記行為コマンドで特定される各動作に対して、前記第２変換テーブルに基づいて血液循環作用に与える影響が相異なる複数の運動タイプの内の少なくとも一つを割り当てる運動タイプ特定手段と、前記動作時間算出手段で算出された前記動作時間情報と、前記運動強度特定手段で特定された運動強度指標と、前記運動タイプ特定手段で割り当てられた運動タイプと、前記コンピュータマネキンの模擬対象となる人体の血液循環作用に影響を与える個人特性情報とを少なくとも入力データとして受け付け、前記入力データに基づく予め設定された演算処理を時間単位毎に実行することにより、前記行為コマンドで特定される動作に伴う血圧及び心拍数の少なくとも何れか一方を時系列に沿って算出可能な心臓循環器系モデルとを備えてなる点にある。
【０００８】
同第二の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項２に記載した如く、上記第一の特徴構成に加えて、前記複数の運動タイプが、等尺性収縮運動、等張性収縮運動、及び、心臓位置の急激な上下移動を伴う上下移動運動の少なくとも３タイプを備えてなる点にある。
【００１０】
同第三の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項３に記載した如く、人体の動作に対する心臓負担評価をコンピュータ処理によって行う心臓負担評価装置であって、前記動作の運動強度指標の時系列データと、等尺性収縮運動と等張性収縮運動を含む前記動作の運動タイプの時系列データと、血液循環作用に影響を与える個人特性情報とを入力データとして受け付け、前記動作に伴う血圧及び心拍数を時系列に沿って算出可能な心臓循環器系モデルを備えてなり、前記心臓循環器系モデルが、前記運動強度指標から基準血圧を時系列に沿って算出する基準血圧算出手段と、血圧を時系列に沿って算出する血圧算出手段と、心拍数を時系列に沿って算出する心拍数算出手段とを有し、前記心拍数算出手段が、１時間単位前の前記血圧算出手段が算出した血圧と前記基準血圧の差分に基づいて予め設定された算出式により血圧変動の圧刺激による心拍数補正量を算出し、前記心拍数算出手段が算出した１時間単位前の心拍数に前記心拍数補正量を加算して心拍数を算出し、前記血圧算出手段が、前記心拍数算出手段が算出した前記心拍数と、前記運動強度指標と前記運動タイプと前記個人特性情報に基づいて予め設定された算出式により算出される心拍１回当りの心拍出量と、を乗じて心拍出量を算出し、また、前記運動強度指標に基づいて予め設定された算出式により算出される必要酸素摂取量と前記運動タイプとに基づいて予め設定された算出式により血管抵抗を算出し、さらに、前記運動強度指標と前記運動タイプと前記個人特性情報とに基づいて予め設定された算出式により血圧変動を算出し、前記心拍出量に前記血管抵抗を乗算したものに前記血圧変動を加算して血圧を算出する点にある。
【００１１】
同第四の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項４に記載した如く、上記第三の特徴構成に加えて、前記心臓循環器系モデルが、心臓位置の急激な上下移動を伴う上下移動運動を含む前記動作の運動タイプの時系列データを入力データとして受け付け、入力データとして受け付けた前記運動強度指標と前記運動タイプと前記個人特性情報の年齢とに基づいて、予め設定された算出処理を単位時間毎に実行することにより前記上下移動運動に伴う血圧変動を時系列に沿って算出する血圧変動算出手段を備え、前記血圧算出手段が算出した血圧に対し、前記血圧変動算出手段が算出した血圧変動を付加する点にある。
【００１２】
同第五の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項５に記載した如く、上記第三または第四の特徴構成に加えて、前記動作の運動強度指標から求まる必要酸素摂取量に対する不足酸素量を補うための心拍数補正量を、前記心拍数算出手段が算出した心拍数に基づいて予め設定された算出式により酸素摂取量を算出し、前記必要酸素摂取量から前記酸素摂取量を差し引いて前記不足酸素量を算出し、前記不足酸素量に所定の係数を乗じたものとして、一定時間遅れで算出する化学受容器モデルを備え、前記心拍数算出手段が前記心拍数の算出に前記心拍数補正量を付加する点にある。
【００１３】
同第六の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項６に記載した如く、上記第三、第四または第五の特徴構成に加えて、前記人体の動作を複数種の行為コマンドを時系列で組み合わせてコンピュータマネキンの対象物に対する一連の動作によって定義して、前記行為コマンドで特定される前記コンピュータマネキンの前記動作をコンピュータ仮想空間上で可視化する行動生成システムに対して、前記行動生成システムから時系列データとして入力される前記行為コマンドで特定される各動作の動作時間情報をＰＴＳ法により算出する動作時間算出手段と、前記行為コマンドを運動強度指数に変換する第１変換テーブルを備え、前記行動生成システムから時系列データとして入力される前記行為コマンドで特定される各動作の運動強度指標を前記第１変換テーブルに基づいて導出する運動強度特定手段と、前記行為コマンドを運動タイプに変換する第２変換テーブルを備え、前記行動生成システムから入力される前記行為コマンドで特定される各動作に対して、血液循環作用に与える影響が相異なる複数の運動タイプの内の少なくとも一つを前記第２変換テーブルに基づいて割り当てる運動タイプ特定手段とを備え、前記心臓循環器系モデルが、前記動作時間算出手段で算出された前記動作時間情報、前記運動強度特定手段で特定された運動強度指標、前記運動タイプ、及び、前記コンピュータマネキンの模擬対象となる人体の血液循環作用に影響を与える個人特性情報を少なくとも入力データとして受け付け、受け付けた入力データから単位時間毎に前記行為コマンドで特定される動作に伴う血圧及び心拍数を時系列に沿って算出する点にある。
【００１４】
本発明に係る心臓負担評価プログラムの特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項７に記載した如く、人体の動作に対する心臓負担評価を所定のコンピュータ上で実行するための心臓負担評価プログラムであって、上記第一乃至第六の特徴構成の何れか一つを備えた前記臓負担評価装置における前記各手段及び前記各モデルの機能を前記コンピュータに実現させるためのプログラムステップを含む点にある。
【００１５】
この目的を達成するための本発明に係るコンピュータ読み取り可能な記録媒体の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項８に記載した如く、上記特徴構成を備えたコンピュータマネキンの心臓負担評価プログラムを記録した点にある。
【００１６】
以下に上記特徴構成の作用並びに効果を説明する。
本発明に係る心臓負担評価装置の第一の特徴構成によれば、動作時間算出手段によってコンピュータマネキンの一連の動作を定義する行為コマンドの時系列データの各行為コマンドに対応した各動作の動作時間情報（動作時間や動作速度）が、人手で入力せずとも一定の算出基準に則って客観的且つ自動的に算出され、運動強度特定手段によって各行為コマンドで対応した各動作の運動強度指標が導出され、これら動作時間情報と運動強度指標が心臓循環器系モデルの入力データとして受け付けられることから、心臓循環器系モデルは運動強度指標の時系列データ、つまり、運動強度指標の時間的変化を得ることができ、当該運動強度指標の時間的変化に基づいて血圧及び心拍数の少なくとも何れか一方を時系列に沿って算出することができる。ここで、運動強度指標は、ＲＭＲ（ＲｅｌａｔｉｖｅＭｅｔａｂｏｌｉｃ Ｒａｔｅ、エネルギ代謝率）やＭＥＴＳ（Ｍｅｔａｂｏｌｉｃ Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ、代謝当量）等の運動強度を表す指標であり、ＲＭＲやＭＥＴＳは運動に伴う酸素摂取量の変化によって表すことができる。従って、本願発明者は適当な心臓循環器系モデルを設定することで、運動強度指標の時系列データに基づいて血圧及び心拍数の時系列に沿った計算が可能と判断し、時系列で組み合わされる各行為コマンドに対して動作時間情報と運動強度指標を求めれば運動強度指標の時系列データが得られるので、これらを心臓循環器系モデルに入力することで行動生成システムに対してコンピュータマネキンの動作に伴う心臓負担評価が実行できる構成としたものである。以上の結果、コンピュータマネキンを用いた空間設計時の行動シミュレーションにおいて、寸法適合性や関節トルク評価等に加えて、高齢者の負担評価等に重要な血圧・心拍の変動も予測可能となる。これにより、例えば立ち眩み等の危険予知が可能となり、人間と空間の適合性評価の精度が向上する。
【００１７】
また、行為コマンドで特定される各動作に対して、血液循環作用に与える影響が異なる運動タイプの別を考慮したより精度の高い心臓負担評価が実行できる。また、運動タイプの別を考慮する場合に、運動タイプ別に心臓循環器系モデルを準備する必要が無い。従って、運動タイプの異なる行為コマンドの組み合わせで規定される一連の動作に対して、かかる運動タイプの違いを反映した高精度の心臓負担評価が実行できる。
さらに、血液循環作用に影響を与える個人特性情報を考慮したより精度の高い心臓負担評価が実行できる。また、個人特性情報を考慮する場合に、例えば、年齢や性別等の個人属性毎に異なる心臓循環器系モデルを準備する必要が無く、例えば、幅広い年齢層の人間の行動シミュレーションに応用できる。
【００１８】
同第二の特徴構成によれば、心臓循環器系モデルの実行する処理において、等尺性収縮運動と等張性収縮運動の血管抵抗に対する作用の違いを考慮することができ、更に、等張性収縮運動を含む動作であっても、一部に心臓位置の急激な上下移動を伴う場合は、等尺性収縮運動と等張性収縮運動とは異なるメカニズムで血液循環作用に影響を与えることを考慮することができ、運動タイプの異なる行為コマンドの組み合わせで規定される一連の動作に対して、かかる運動タイプの違いを反映した高精度の心臓負担評価が実行できる。
【００２０】
同第三の特徴構成によれば、心臓循環器系モデルの基準血圧算出手段が入力された運動強度指標の時系列データに基づいて基準血圧を時系列に沿って算出することにより運動強度指標の時間的変化に追従して変化する基準血圧が求まり、心臓循環器系モデルの心拍数算出手段が、１時間単位前の血圧算出手段が算出した血圧とこの基準血圧の差分に基づいて予め設定された算出式により血圧変動の圧刺激による心拍数補正量を算出し、前記心拍数算出手段が算出した１時間単位前の心拍数に前記心拍数補正量を加算して心拍数を算出することにより当該差分を小さくする方向に働く人体の神経応答系及び血圧と心拍数間のフィードバックループ系を適切にモデル化して運動強度指標及び血圧の時間的変化に追従して変化する心拍数を高精度に算出でき、心臓循環器系モデルの血圧算出手段が前記心拍数算出手段が算出した前記心拍数と、前記運動強度指標と前記運動タイプと前記個人特性情報に基づいて予め設定された算出式により算出される心拍１回当りの心拍出量と、を乗じて心拍出量を算出し、また、前記運動強度指標に基づいて予め設定された算出式により算出される必要酸素摂取量と前記運動タイプとに基づいて予め設定された算出式により血管抵抗を算出し、さらに、前記運動強度指標と前記運動タイプと前記個人特性情報とに基づいて予め設定された算出式により血圧変動を算出し、前記心拍出量に前記血管抵抗を乗算したものに前記血管変動を加算して血圧を算出することにより、等尺性収縮運動と等張性収縮運動の違い及び個人特性を反映した運動強度指標及び心拍数の時間的変化に追従して変化する血圧を高精度に算出できる。この結果、動作の運動強度指標の時系列データと、等尺性収縮運動と等張性収縮運動を含む動作の運動タイプの時系列データと、血液循環作用に影響を与える個人特性情報とを入力データとして受け付け、血圧及び心拍数の時間的変化で表される心臓負担評価が高精度に行うことができる。
【００２１】
更に、運動強度指標及び運動タイプの時系列データを入力データとして取り扱うことができるため、行動生成システムが生成する行為コマンドの時系列データから、これら入力データを抽出することで、コンピュータマネキンの動作に対して心臓負担評価を実行することが可能となる。
【００２２】
同第四の特徴構成によれば、立ち上がり時やしゃがみ時等の心臓位置の急激な上下移動を伴う上下移動運動時の血圧変動を考慮した高精度の心臓負担評価が可能となる。より詳細には、立ち上がりやしゃがむ動作は膝関節が動いて筋肉の収縮を伴うため、等張性収縮運動と見なせば筋ポンプ作用により血液が流れ易くなり血管抵抗が下がって血圧が低下する傾向にあるが、実際は、心臓位置の急激な上下移動を伴うために血管がバッファタンクの役割を果たし血圧・心拍数が逆に上昇する傾向にあるという等尺性収縮運動と等張性収縮運動とは異なるメカニズムで血液循環作用に影響を考慮することができる。
【００２３】
同第五の特徴構成によれば、化学受容器モデルが運動強度指標から求まる必要酸素摂取量に対する不足酸素量を補うように心拍数補正量を算出することにより、酸素摂取量の過不足を考慮した長期的な血圧と心拍数間のフィードバックループ系を適切にモデル化して血圧及び心拍数の時間的変化を高精度に算出することができる。
【００２４】
同第六の特徴構成によれば、動作時間算出手段によってコンピュータマネキンの一連の動作を定義する行為コマンドの時系列データの各行為コマンドに対応した各動作の動作時間情報（動作時間や動作速度）が、人手で入力せずとも一定の算出基準に則って客観的且つ自動的に算出され、運動強度特定手段によって各行為コマンドで対応した各動作の運動強度指標が導出され、運動タイプ特定手段によって行為コマンドで特定される各動作に対して運動タイプが割り当てられ、これら動作時間情報、運動強度指標及び運動タイプ、更に、個人特性情報が上記第三乃至第五の特徴構成を備えた心臓循環器系モデルの入力データとして受け付けられることから、行動生成システムに対してコンピュータマネキンの動作に伴う心臓負担評価を上記第三乃至第五の特徴構成の作用効果を発揮して高精度に実行できるようになる。
【００２５】
本発明に係る心臓負担評価プログラムの特徴構成によれば、その心臓負担評価プログラムを所定のコンピュータにインストールすることで、上記第一乃至第六の特徴構成の心臓負担評価装置を当該コンピュータに実現させることができる。
【００２６】
更に、本発明に係るコンピュータ読み取り可能な記録媒体の特徴構成によれば、上記特徴構成の心臓負担評価プログラムが所定のコンピュータが読み取り可能な状態で記録されているので、当該コンピュータにそのプログラムをインストール可能であり、上記第一乃至第六の特徴構成の心臓負担評価装置を当該コンピュータに実現させることができる。また、本発明に係るコンピュータ読み取り可能な記録媒体が直接当該コンピュータからアクセス可能である場合は、そのまま上記特徴構成の心臓負担評価プログラムが実行可能であり、同様に上記第一乃至第六の特徴構成の心臓負担評価装置を当該コンピュータに実現させることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明に係る心臓負担評価装置（以下、適宜「本発明装置」という。）の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【００２８】
本発明装置１は、コンピュータ処理によって、人の作業動作を簡易な操作及び形式で記述した入力データに基づいて、コンピュータマネキンにその作業動作を模擬させるべく、コンピュータマネキンの対象物に対する動作を複数種の行為コマンドを時系列で組み合わせて定義して、前記行為コマンドで特定される前記コンピュータマネキンの動作を所定の合成アルゴリズムによって合成して、つまり、コンピュータマネキンの行動を生成し、コンピュータ画面上の仮想空間内に可視化するための行動生成システム１０において、各行為コマンドで特定される動作に対して血圧及び心拍数の時間的変化を算出することにより当該動作の心臓負担を評価する心臓負担評価装置である。
【００２９】
本発明装置１は、図１に示すように、動作時間算出手段２、運動強度特定手段３、運動タイプ特定手段４、個人特性入力手段５、及び、心臓循環器系モデル６を備えて構成される。より具体的には、本発明装置１は、行動生成システム１０を構成するコンピュータ、或いは、別のコンピュータ上で、当該コンピュータのコンピュータシステムのハードウェア資源を利用しながら本発明に係る心臓負担評価プログラム（以下、「本発明プログラム」という。）を実行することにより、動作時間算出手段２、運動強度特定手段３、運動タイプ特定手段４、及び、心臓循環器系モデル６を実現する。
【００３０】
動作時間算出手段２は、行動生成システム１０から出力される行為コマンドの時系列データから各行為コマンドで特定される動作に要する動作時間や動作速度等の動作時間情報を時系列に沿って算出する。動作時間算出手段２は、図２に示すように、入力部１１、デフォルト値設定部１２、ＰＴＳ適用部１３、動作時間情報導出部１４、及び、動作時間情報変更部１５を備えて構成される。更に、ＰＴＳ適用部１３はＭＯＤ値導出部１６を備え、ＭＯＤ値導出部１６は移動動作判定部１７と歩数計算部１８を備える。より具体的には、動作時間算出手段２は、本発明装置１を構成するコンピュータ上で、当該コンピュータのコンピュータシステムのハードウェア資源を利用しながら本発明プログラムの動作時間算出手段２に係る動作時間算出ステップを実行することにより、入力部１１、デフォルト値設定部１２、ＰＴＳ適用部１３、動作時間情報導出部１４、及び、動作時間情報変更部１５を実現する。
【００３１】
入力部１１は、所定の作業を記述した行為コマンドの時系列データと、その時系列データで特定される動作における動作時間情報と無関係に決定されるコンピュータマネキンの所定人体部位の変位情報を、行動生成システム１０から入力する。具体的には、入力部１１は、図３に示す本発明プログラムの動作時間算出ステップに含まれる第１入力ステップと第２入力ステップを夫々前記コンピュータ上で実行することにより実現される。ここで、第１入力ステップは行動生成システム１０から行為コマンドの時系列データを入力し、前記コンピュータシステムの記憶装置に格納する処理を実行し、第２入力ステップは、行動生成システム１０から、その時系列データで特定される動作における動作時間情報と無関係に決定されるコンピュータマネキンの所定人体部位の変位情報を入力し、前記コンピュータシステムの記憶装置に格納する処理を実行する。
【００３２】
尚、所定人体部位とは、頭、首、肩、背中、腰、重心位置、手足の各関節等の各部位である。また、それらの変位情報とは、高さ、移動距離、回転角等の情報であり、変位には、基準位置や基準姿勢からの変位と、特定動作の前後での変位が有り得る。
【００３３】
行為コマンドの種類及び機能は、対象となる行動生成システム１０により異なるが、本実施形態では、「Ｒｅａｃｈ」、「握る」、「移動」、「離す」、「姿勢」、「見る」、「引く」、「置く」、「点火」という九つの行為コマンドを用いて一連の作業を記述する。
【００３４】
次に、各行為コマンドの動作内容について簡単に説明する。「Ｒｅａｃｈ」コマンドは、コンピュータマネキンの所定人体部位を対象物に向けて移動させる行為で、本実施形態では所定人体部位である「手」を対象物に届くように伸ばす等の移動させる行為を実行する。また、「Ｒｅａｃｈ」コマンドは、コンピュータマネキンの特性と対象物の特性との間の関係によって行為の詳細動作が変化する条件判断付きコマンドであり、条件によって、把持物を持ち替える等の準備動作、歩行動作、体を捻る・しゃがむ等の姿勢変更を伴う場合がある。「握る」コマンドは、「Ｒｅａｃｈ」コマンドで対象物に届いた手で対象物を把持する行為を実行する。「移動」コマンドは、「握る」コマンドで把持した対象物を移動する行為を実行する。「離す」コマンドは、「握る」コマンドによってコンピュータマネキンの手が把持した対象物を解放する行為を実行する。「姿勢」コマンドは、コンピュータマネキンの姿勢を変更する行為を実行する。具体的には、登録されている姿勢に変更することにより実行する。「見る」コマンドは、コンピュータマネキンの正面方向と見る対象物との位置関係に応じてコンピュータマネキンの頭部を回転させながら対象物に視線を合わせる行為を実行する。「引く」コマンドは、「握る」コマンドによってコンピュータマネキンの手が把持した対象物を体に引き寄せる行為を実行する。「置く」コマンドは、「握る」コマンドによってコンピュータマネキンの手が把持した対象物を指定された位置まで移動させて置く行為を実行する。また、「置く」コマンドは、「Ｒｅａｃｈ」コマンドと同様に、コンピュータマネキンの特性と指定位置との間の関係によって行為の詳細動作が変化する条件判断付きコマンドであり、条件によって、準備動作、歩行動作、姿勢変更を伴う場合がある。「点火」コマンドは、家事作業を模擬する場合に特有のコマンドで、コンロを点火する行為を実行する。「点火」コマンドは、コンピュータマネキンの特性と対象物（点火スイッチ）の位置との間の関係によって行為の詳細動作が変化する条件判断付きコマンドであり、条件によって姿勢変更を伴う場合がある。
【００３５】
デフォルト値設定部１２は、図３に示す動作時間算出ステップに含まれるデフォルト値設定ステップを前記コンピュータ上で実行することにより実現される。デフォルト値設定ステップにおいて、第１入力ステップで入力部１１に入力した行為コマンドの時系列データの動作時間情報に、所定のデフォルト値が設定される。尚、デフォルト値設定部１２は、行動生成システム１０側の一機能として設けても構わない。また、行動生成システム１０がデフォルト値設定機能を予め具備している場合は、動作時間算出ステップ２側に別途同機能を設ける必要はない。かかる場合は、デフォルト値設定ステップは、本発明プログラムの実行前に処理されても構わない。
【００３６】
行動生成システム１０側では、動作時間情報にデフォルト値が設定されると、そのデフォルト状態の時系列データに基づいて所定の合成アルゴリズムによってコンピュータマネキンの動作を合成し、その合成された動作からコンピュータマネキンの所定人体部位の変位情報を抽出し、第２入力ステップにおいて、抽出された変位情報が入力部１１に入力する。
【００３７】
本実施形態では、行動生成システム１０側に本発明装置１に必要な変位情報を抽出する機能が一般的な機能として具備されている場合を想定しているが、行動生成システム１０側に当該変位情報抽出機能がない場合は、行動生成システム１０の外部に、例えば、動作時間算出手段２内に設けても構わない。この点については、別実施形態において詳述する。
【００３８】
ＰＴＳ適用部１３は、図３に示す動作時間算出ステップに含まれるＰＴＳ適用ステップを前記コンピュータ上で実行することにより実現される。ＰＴＳ適用ステップにおいて、入力部１１に入力された時系列データと変位情報に基づいて、時系列データ中の各行為コマンドにＰＴＳ法で規定された要素動作を割り付ける。本実施形態では、ＰＴＳ法としてＭＯＤＡＰＴＳ法を用いる。要素動作を割り付けるにあたり、行為コマンド毎に特定されるＭＯＤＡＰＴＳ法で規定される要素動作の種別を決定し、その各要素動作の所要時間値に相当するＭＯＤ値を決定する。
【００３９】
ここで、ＰＴＳとは、Ｐｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ Ｔｉｍｅ Ｓｔａｎｄａｒｄの略称であり、人間の行う一連の作業をＰＴＳ法で規定される要素動作の組み合わせで構成し、予めＰＴＳ法で定められた時間標準の値を用いて各要素動作の時間値を定め、これを集計することによって一連の作業に要する時間を客観的に求める手法の総称である。ＰＴＳ法としては、要素動作の種類や個数、各要素動作の時間値の時間決定因子や時間標準の違いによって、種々のものが提案されており、代表的なものとして、ＭＯＤＡＰＴＳ法、ＭＴＭ−ＩＩ法、ＭＳＤ法、ＭＴＡ法、ＢＭＴ法、ＭＴＭ法、ＷＦ法等がある。
【００４０】
また、ＭＯＤＡＰＴＳ法とは、Ｍｏｄｕｌａｒ Ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ Ｔｉｍｅ Ｓｔａｎｄａｒｄｓを基礎として開発されたＰＴＳ法で、オーストラリアのＰＴＳ協会が、アメリカの工業会で発達した作業動作時間測定法であるＭＴＭ（Ｍｅｔｈｏｄｓ Ｔｉｍｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）を改良して作り上げた極めて簡便な評価法である。
【００４１】
尚、ＭＯＤＡＰＴＳ法で規定された要素動作は、指、手、腕の移動動作と、移動動作の終わりになされる指、手、腕の終局動作と、移動動作と終局動作の何れにも含まれない補助動作の三つに分類される。移動動作はＭｘで表され、ｘＭＯＤの移動動作を行う。ｘはＭＯＤ値で要素動作の所要時間値を表し、ＭＯＤは人間の動作の最小単位を意味しており、１ＭＯＤは０．１２９秒の動作時間に相当する。尚、Ｍは「Ｍｏｖｅ」の略称である。また、終局動作は、対象物に手を伸ばした後、それを掴む動作Ｇｘと、対象物を移動させた後、それを目的の場所に置く動作Ｐｘの２種類があり、ｘはＭＯＤ値である。Ｇは「Ｇｅｔ」の略称、Ｐは「Ｐｕｔ」の略称である。Ｇｘ、ＰｘはｘＭＯＤの終局動作を行うが、Ｇｘの場合、掴みの難易度に応じてＧ０、Ｇ１またはＧ３となり、Ｐｘの場合、置く際の難易度に応じてＰ０、Ｐ２またはＰ５となる。
【００４２】
補助動作は、Ｌ１、Ｅ２、Ｒ２、Ｄ３、Ｆ３、Ａ４、Ｃ４、Ｗ５、Ｂ１７、Ｓ３０の１０種類がある。尚、各数字はＭＯＤ値であり、各補助動作を行うときの所要時間値に相当する。Ｌ１は移動動作に対する重量補正で、重量物を移動する場合に、片手の実際にかかる重量が２〜６ｋｇまでの場合にはＬ１で置く動作Ｐｘの補正を行う。つまり、所要時間値として１ＭＯＤが加算される。また、重量が６ｋｇを超える場合は、４ｋｇ毎に１ＭＯＤを加算する。Ｌは「Ｌｏａｄ Ｆａｃｔｏｒ」の略称である。Ｅ２は視線移動と焦点合わせ動作である。Ｅは「Ｅｙｅ Ｕｓｅ」の略称である。Ｒ２は物の掴み直し動作である。Ｒは「Ｒｅｇｒａｓｐ」の略称である。Ｄ３は瞬間的判断とそれに伴う指の動作である。Ｄは「Ｄｅｃｉｄｅ ａｎｄ Ｒｅａｃｔ」の略称である。Ｆ３は足首の動作で、踵を床につけたままでの１回のペダル操作である。Ｆは「Ｆｏｏｔ Ａｃｔｉｏｎ」の略称である。Ａ４は指や手での加圧操作である。Ａは「Ａｐｐｌｙ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ」の略称である。Ｃ４は手または腕の１回転のクランク動作である。Ｃは「Ｃｒａｎｋ」の略称である。Ｗ５は１歩当りの歩行動作である。Ｗは「Ｗａｌｋ」の略称である。Ｂ１７は立ち姿勢から体を屈めて元の姿勢に戻る、或いは、屈んだ姿勢から立ち上がって元の姿勢に戻る動作。Ｂは「Ｂｅｎｄ ａｎｄ Ａｒｉｓｅ」の略称である。Ｓ３０は立ち姿勢から椅子に座って再び立つ、或いは、椅子に座った姿勢から立ち上がって再び座る動作である。Ｓは「Ｓｔａｎｄ Ａｒｉｓｅ」の略称である。
【００４３】
このように、ＭＯＤＡＰＴＳ法が極めて簡易なＰＴＳ法であり、要素動作及びその時間値の規定数が他のＰＴＳ法に比べて少なく、且つ、時間決定基準が簡単であるので、行為コマンドや変位情報から各要素動作の所要時間値を決定するルールが簡単化でき、また、必要な変位情報も簡単化できるため、ＰＴＳ適用部１３や入力部１１の構成を簡単化できる。
【００４４】
次に、ＰＴＳ適用部１３の具体的な動作、つまりＰＴＳ適用ステップについて説明する。ＰＴＳ適用部１３は、入力部１１に入力された時系列データの各行為コマンドに対して、各別にＭＯＤＡＰＴＳ法の要素動作を割り付ける。行為コマンド毎に割り付けられる要素動作の候補は予め決まっていて、その選択とＭＯＤ値を行為コマンドの詳細データとその行為コマンドに対応する動作に係る変位情報から求める。ＭＯＤ値はＭＯＤ値導出部１６が決めるが、ＭＯＤ値そのものを決める場合と、予めＭＯＤ値の決まった要素動作を何回繰り返すかの繰り返し回数を決める場合がある。１回の要素動作の所要時間値を求めるか、一連の同じ要素動作の所要時間値を求めるかの違いである。以下、行為コマンド別に説明する。
【００４５】
「Ｒｅａｃｈ」コマンドの場合は、条件判断付きコマンドであり、準備動作、歩行動作、姿勢変更に対して夫々要素コマンドを割り付ける。把持物を持ち替える等の準備動作については、当該準備動作が存在する場合に、移動動作のＭｘを割り付け、ＭＯＤ値導出部１６の移動動作判定部１７がそのときの手首、肘、肩、胴または腰の関節動作或いは回転動作の変位情報からＭＯＤ値ｘを特定する。具体的には、表１に示す判定表に基づいて決定する。
【００４６】
【表１】
【００４７】
表１の見かたは、表中の「０」がその人体部位の関節動作または回転動作が無い場合、「１」が有る場合を意味し、「２」は肩関節の回転角度が別途定義する第１の閾値以上となる関節動作が有る場合、「３」は肩関節の回転角度が別途定義する第２の閾値以上となる関節動作が有る場合を意味する。「−」はその人体部位の回転動作の有無を考慮しないことを意味する。これより、例えば、手首、肘、肩、胴または腰の何れも変位しない場合は、要素動作がＭ１となりＭＯＤ値ｘは１となる。また、肩と胴または腰は変位しないが肘が曲がる場合は、要素動作がＭ３となりＭＯＤ値ｘは３となる。
【００４８】
「Ｒｅａｃｈ」コマンドに歩行動作が存在する場合には、補助動作のＷ５を割り付け、そのＷ５動作を歩数回繰り返すようにする。ＭＯＤ値導出部１６の歩数計算部１８は、補助動作のＷ５が割り付けられると、コンピュータマネキンのその歩行動作における重心の移動距離と歩幅を変位情報から求め、或いは、変位情報として入力された重心の移動距離と歩幅を用いて、重心の移動距離を歩幅で除して歩数を算出する。
【００４９】
「Ｒｅａｃｈ」コマンドは、最終的に対象物に手を届くまでの動作であり、何らかの姿勢変更を伴う。姿勢変更の種類には、コンピュータマネキンと対象物との相対的な位置関係によって、手首、肘、肩の関節動作以外にしゃがむ動作や体の捻り動作を含む場合があり、しゃがむ動作を伴う場合には、補助動作のＢ１７を割り当てる。尚、Ｂ１７動作は１往復の動作であるので、この場合は繰り返し回数として０．５を割り当てる。最終的に手を対象物に触れるまでの動作には、移動動作のＭｘを割り当てて、ＭＯＤ値導出部１６の移動動作判定部１７がそのときの手首、肘、肩の関節動作或いは回転動作の変位情報からＭＯＤ値ｘを特定する。具体的には、手首、肘、肩の関節動作と体の捻り動作を考慮して、表１の判定表に基づいて判定する。
【００５０】
「握る」コマンドの場合、ＰＴＳ適用部１３は終局動作のＧ１を割り当てる。この場合、ＭＯＤ値は１で固定である。
【００５１】
「移動」コマンドの場合、ＰＴＳ適用部１３は移動動作のＭｘを割り当てて、ＭＯＤ値導出部１６の移動動作判定部１７がそのときの手首、肘、肩、胴または腰の関節動作或いは回転動作の変位情報からＭＯＤ値ｘを特定する。具体的には、「Ｒｅａｃｈ」コマンドの準備動作や姿勢変更と同様に、表１の判定表に基づいて判定する。
【００５２】
「離す」コマンドの場合、ＰＴＳ適用部１３は移動動作のＭ１を割り当てる。「離す」コマンドは「握る」コマンドによってコンピュータマネキンの手が把持した対象物を解放する行為であるので、手首関節の回転動作を伴うとして、ＭＯＤ値として１を一意的に割り当てている。
【００５３】
「姿勢」コマンドの場合、ＰＴＳ適用部１３は補助動作のＢ１７と移動動作のＭｘの少なくとも何れか一方を割り当てる。具体的には、腰のＺ座標（高さ）が５０ｃｍ以上変化する姿勢変更の場合に、Ｂ１７が割り当てられる。但し、Ｂ１７動作は１往復の動作であるので、この場合は繰り返し回数として０．５を一意的に割り当てる。その他の姿勢変更の場合には、移動動作のＭｘが割り当てられ、ＭＯＤ値導出部１６の移動動作判定部１７がそのときの手首、肘、肩、胴または腰の関節動作或いは回転動作の変位情報から表１の判定表に基づいてＭＯＤ値ｘを特定する。
【００５４】
「見る」コマンドの場合、ＰＴＳ適用部１３は補助動作のＥ２を割り当てて、その繰り返し回数をＭＯＤ値導出部１６が算出する。具体的には、ＭＯＤ値導出部１６は変位情報として入力された頭部の回転角度を３０度で除して、繰り返し回数を求める。つまり、頭部の回転角度が３０度当り１回のＥ２動作を割り当てる。
【００５５】
「引く」コマンドの場合、ＰＴＳ適用部１３は移動動作のＭｘを割り当てて、ＭＯＤ値導出部１６の移動動作判定部１７がそのときの手首、肘、肩、胴または腰の関節動作或いは回転動作の変位情報から表１の判定表に基づいてＭＯＤ値ｘを特定する。
【００５６】
「置く」コマンドの場合、「Ｒｅａｃｈ」コマンドと同様に、条件判断付きコマンドであり、準備動作、歩行動作、姿勢変更に対して夫々要素コマンドを割り付ける。具体的な処理方法も実質的に「Ｒｅａｃｈ」コマンドと同様である。相違点としては、姿勢変更の最後に終局動作のＰ０を追加する点であるが、これはＭＯＤ値が０であるので、所要時間値の計算には影響を与えない。
【００５７】
「点火」コマンドの場合、点火状態（コンロの火炎）の確認の為に体を捻りながら点火動作をする場合があるので、ＰＴＳ適用部１３は、当該捻りが有る場合には、Ｍ７とＰ０を割り当て、当該捻りが無い場合にはＰ０を割り当てる。また、当該捻りの有無は入力部１１に入力された胴または腰部の変位情報である回転の有無により判定する。
【００５８】
尚、ＭＯＤ値導出部１６の移動動作判定部１７における判定基準（表１の判定表）、歩数計算部１８における計算式、及び、ＭＯＤ値導出部１６の他の計算式等は、本発明装置１を構成するコンピュータシステムの記憶装置に格納されている。
【００５９】
動作時間情報導出部１４は、図３に示す動作時間算出ステップに含まれる動作時間情報導出ステップを前記コンピュータ上で実行することにより実現される。動作時間情報導出ステップにおいて、ＰＴＳ適用部１３が時系列データの各行為コマンドに割り付けた要素動作の各ＭＯＤ値を合計して、各行為コマンドの動作時間を算出する。ここで、同じ要素動作が複数回繰り返されている場合や、半分だけの場合は、その要素動作のＭＯＤ値にそれらの繰り返し回数を乗じて合計を求める。尚、行為コマンドが条件判断付きコマンドの場合には、準備動作、歩行動作、姿勢変更の夫々の有無に応じて各別に要素動作の各ＭＯＤ値を合計して動作時間を算出する。また、動作時間に代えて動作速度を設定する行為コマンドの場合は、ＭＯＤ値及びＭＯＤ値の決定に使用したコンピュータマネキンの重心移動距離等の変位情報から動作速度を算出する。例えば、「Ｒｅａｃｈ」コマンドの歩行動作において、歩行速度を入力するように設定されている場合が相当する。
【００６０】
動作時間情報変更部１５は、図３に示す動作時間算出ステップに含まれる動作時間情報変更ステップを前記コンピュータ上で実行することにより実現される。動作時間情報変更ステップにおいて、入力部１１に入力された時系列データの各行為コマンドに対して動作時間や動作速度等の動作時間情報を、デフォルト値設定部１２が設定したデフォルト値から、動作時間情報導出部１４が算出した動作時間情報に変更して、行動生成システム１０及び心臓循環器系モデル６に出力する。この結果、行動生成システム１０は、人手によって当該動作時間情報を入力することなく、動作時間算出手段２によって算出された動作時間情報によって行為コマンドの時系列データを処理して、コンピュータマネキンの行動を生成し、コンピュータ画面上の仮想空間内にその行動を可視化することができる。更に、心臓循環器系モデル６は後述する要領で、行動生成システム１０で生成されるコンピュータマネキンの行動に対する血圧及び心拍数の時間的変化を算出することにより当該行動の心臓負担評価を行うことができる。
【００６１】
次に、運動強度特定手段３及び運動タイプ特定手段４の構成について説明する。運動強度特定手段３は、行動生成システム１０が出力する行為コマンドの時系列データ及び変位情報を入力し、その行為コマンドの時系列データで特定される動作の運動強度指標を導出する。また、運動タイプ特定手段４は、行動生成システム１０が出力する行為コマンドの時系列データを入力し、その行為コマンドの時系列データから各行為コマンドで特定される動作に対して、等尺性収縮運動（Ｉｓｏｍｅｔｒｉｃ Ｅｘｅｒｃｉｚｅ）、等張性収縮運動（ＩｓｏｔｏｎｉｃＥｘｅｒｃｉｚｅ）、及び、心臓位置の急激な上下移動を伴う上下移動運動（Ｒａｐｉｄ Ｃｈａｎｇｅ）の３タイプからなる運動タイプの少なくとも一つを割り当てる。運動強度特定手段３及び運動タイプ特定手段４は夫々、行為コマンドから運動強度指標への第１変換テーブル、行為コマンドから運動タイプへの第２変換テーブルを備えて構成される。具体的には、本発明プログラムの運動強度特定ステップと運動タイプ特定ステップを各変換テーブルを用いて夫々前記コンピュータ上で実行することにより実現される。
【００６２】
尚、本実施形態では、運動強度指標としてＭＥＴＳ（Ｍｅｔａｂｏｌｉｃ Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ、代謝当量）を用いる。ＭＥＴＳは作業時酸素代謝量を安静時酸素代謝量で除した値であり、１ＭＥＴは安静時代謝量を表しており、酸素摂取量にして３．５ｍｌ／ｋｇ／分に相当する。
【００６３】
以下、上記行為コマンドから運動強度指標（ＭＥＴ値）への変換、及び、行為コマンドから運動タイプへ変換の手順について、表２及び表３を参照しながら行為コマンド別に説明する。
【００６４】
【表２】
【００６５】
【表３】
【００６６】
「Ｒｅａｃｈ」コマンドの場合は、条件判断付きコマンドであり、準備動作、歩行動作、姿勢変更に対して夫々、表２の変換テーブル（第１変換テーブルの一部と第２変換テーブル）に従って、ＭＥＴ値及び運動タイプが割り当てられる。把持物を持ち替える等の準備動作については、当該準備動作が存在する場合に、運動強度指標として１ＭＥＴ、運動タイプとして等張性収縮運動が夫々割り当てられる。歩行動作が存在する場合は、運動強度指標として３ＭＥＴ、運動タイプとして等張性収縮運動が夫々割り当てられる。また、姿勢変更にしゃがむ動作が含まれている場合は、運動強度指標として１ＭＥＴ、運動タイプとして上下移動運動が夫々割り当てられる。尚、「Ｒｅａｃｈ」コマンドが準備動作や歩行動作を伴うか否かは、前述のＰＴＳ適用部１３でのＭＯＤ値導出時の条件判断結果を利用してもよく、また、独自に同様の判断を変位情報に基づいて行ってもよい。
【００６７】
「握る」、「移動」、「離す」及び「見る」コマンドの場合、表２の変換テーブルに基づいて、運動強度指標として１ＭＥＴ、運動タイプとして等張性収縮運動が夫々割り当てられる。
【００６８】
「姿勢」コマンドの場合、前述のＰＴＳ適用部１３でのＭＯＤ値導出時と同様に、腰の高さが５０ｃｍ以上変化するか否かの判定を行い、表２の変換テーブルに基づいて、当該変化を伴う場合は、運動強度指標として１ＭＥＴ、運動タイプとして上下移動運動が夫々割り当てられ、当該変化を伴わない場合は、運動強度指標として１ＭＥＴ、運動タイプとして等張性収縮運動が夫々割り当てられる。尚、「姿勢」コマンドが当該変化を伴うか否かは、前述のＰＴＳ適用部１３でのＭＯＤ値導出時の条件判断結果を利用してもよく、また、独自に同様の判断を変位情報に基づいて行ってもよい。
【００６９】
「引く」コマンドの場合、運動強度指標としてのＭＥＴ値は表３に基づいて決定され、運動タイプとして等張性収縮運動が割り当てられる。表３によるＭＥＴ値の割り当ては、「引く」コマンド動作の対象物の重さと、前述のＰＴＳ適用部１３での表１の判定表に基づくＭＯＤ値（Ｍｘ）の導出結果との両方に基づいて行う。表３では、対象物の重さが重いほど、また、ＭＯＤ値ｘが大きい（動作時間が長い）ほどＭＥＴ値（運動強度指標）が大きくなるように規定されている。尚、表３適用におけるＭＯＤ値（Ｍｘ）は前述のＰＴＳ適用部１３での表１の判定表に基づくＭＯＤ値（Ｍｘ）の導出結果を利用するが、別途独自に表１の判定表を適用してＭＯＤ値（Ｍｘ）を導出しても構わない。
【００７０】
「置く」コマンドの場合は、条件判断付きコマンドであり、準備動作、歩行動作、姿勢変更に対して夫々、表２と表３の変換テーブルに従って、ＭＥＴ値及び運動タイプが割り当てられる。把持物を持ち替える等の準備動作については、当該準備動作が存在する場合に、運動強度指標としてのＭＥＴ値は表３に基づいて決定され、運動タイプとして等張性収縮運動が割り当てられる。尚、表３の適用は「引く」コマンドの場合と同様である。歩行動作が存在する場合は、運動強度指標として３ＭＥＴ、運動タイプとして等張性収縮運動が夫々割り当てられる。また、姿勢変更にしゃがむ動作が含まれている場合は、運動強度指標として１ＭＥＴ、運動タイプとして上下移動運動が夫々割り当てられる。尚、「置く」コマンドが準備動作や歩行動作を伴うか否かは、前述のＰＴＳ適用部１３でのＭＯＤ値導出時の条件判断結果を利用してもよく、また、独自に同様の判断を変位情報に基づいて行ってもよい。
【００７１】
「点火」コマンドの場合は、条件判断付きコマンドであり、点火状態（コンロの火炎）の確認の為に体を捻りながら点火動作をする場合があるので、当該捻りが有る場合には、運動強度指標として３ＭＥＴ、運動タイプとして等尺性収縮運動が夫々割り当てられ、当該捻りが無い場合には、運動強度指標として２ＭＥＴ、運動タイプとして等尺性収縮運動が夫々割り当てられる。尚、「点火」コマンド動作は、基本的に指先または手先だけの動作であるので、運動タイプとして等尺性収縮運動が夫々割り当てられている。
【００７２】
ところで、上述の運動強度特定手段３及び運動タイプ特定手段４において、行動生成システム１０から変位情報を入力し、動作時間算出手段２からは一部の判断結果を入力する構成としているが、実際のコンピュータのプログラム処理においては、行動生成システム１０から変位情報の入力を受けずに、変位情報に基づく必要な判断は、全て動作時間算出手段２で行われる同様の判断結果を利用するのが好ましい。
【００７３】
次に、個人特性入力手段５について簡単に説明する。個人特性入力手段５は、心臓循環器系モデル６の入力データの一部として、コンピュータマネキンで生成する動作の模擬対象となる人間の個人特性を入力手段で、人手によるキーボード等の入力支援装置からのマニュアル入力を受け付け、或いは、個人特性情報を格納したデータベースから特定個人の情報を検索して、心臓循環器系モデル６に当該入力データを提供する手段であり、既知の技術を用いて構成される。尚、本実施形態では、個人特性情報として、年齢、安静時血圧、及び、安静時心拍数を入力する。また、個人特性情報として体重を入力する場合もある。
【００７４】
次に、心臓循環器系モデル６の構成及び動作について説明する。
心臓循環器系モデル６は、行為コマンドによって相互に対応づけられた動作時間情報と運動強度指標と運動タイプ、及び、個人特性入力手段５から入力された個人特性情報を入力データとして受け付け、行為コマンドの時系列データによって規定されるコンピュータマネキンの動作に伴う血圧及び心拍数を時系列に沿って算出可能に構成され、具体的には、図４に示すように、入力部２０、基準血圧算出部２１、圧受容器部２２、神経応答部２３、心拍数算出部２４、心拍出量算出部２５、１回拍出量算出部２６、血管抵抗算出部２７、血圧変動算出部２８、血圧算出部２９、酸素摂取量算出部３０、必要酸素摂取量算出部３１、化学受容器部３２、及び、化学受容器遅延部３３を備えて構成されている。
【００７５】
入力部２０は、動作時間算出手段２、運動強度特定手段３及び運動タイプ特定手段４によって算出または導出された、行為コマンドの時系列データにおける各行為コマンドの動作時間情報と運動強度指標（ＭＥＴ値）と運動タイプが行為コマンド毎に時系列に相互に関連付けられて、また、個人特性入力手段５によって入力された個人特性情報が、夫々入力されると、各部に必要なデータを提供する。ここで、各行為コマンドの動作時間情報と運動強度指標と運動タイプが行為コマンド毎に時系列に相互に関連付けられるて入力されるので、行為コマンド毎の運動強度指標と運動タイプが、夫々の経過時間が動作時間情報の動作時間で与えられる時系列データとして認識される。
【００７６】
基準血圧算出部２１は、入力部２０に入力された運動強度指標（ＭＥＴ値）と個人特性情報の安静時血圧に基づいて、基準血圧を以下の数１で表される算出式により算出する。但し、各血圧の単位は「ｍｍＨｇ」である。尚、数１の算出式は、被験者実験より安静時血圧に対して運動強度指標が１ＭＥＴ増す毎に基準血圧が１５ｍｍＨｇ増えると仮定して導出されている。ここで、基準血圧は、上記仮定のもとに、血圧に影響を与える他の因子を排除して運動強度指標と一定の相関関係をもって変化する血圧シミュレーションの基準値として設定したものである。
【００７７】
【数１】
基準血圧＝（ＭＥＴ値−１）×１５＋安静時血圧
【００７８】
圧受容器部２２は、血圧変動を刺激として受容して応答する人体の感覚器官（圧受容器）を模擬したもので、ここでは、心臓循環器系モデル６内部の演算処理で使用する単位時間にして１時間単位前に血圧算出部２９で算出された血圧を基準血圧算出部２１で算出された現時点における基準血圧から引いた差を圧刺激として算出する。
【００７９】
そして、神経応答部２３は、前記圧受容器の圧刺激に対する応答部分を模擬したもので、圧受容器部２２が出力する血圧差（ｍｍＨｇ）に０．４を乗じた値を心拍数補正量（回／分）として出力する。ここでは、被験者実験より、血圧を１ｍｍＨｇ増やすために心拍数が０．４回／分増えると仮定している。
【００８０】
心拍数算出部２４は、心拍数算出部２４が出力した１時間単位前の心拍数に、神経応答部２３と化学受容器遅延部３３が夫々出力する各心拍数補正量を足した値を新たな心拍数として出力する。尚、心拍数の単位は「回／分」である。
【００８１】
心拍出量算出部２５は、心拍数算出部２４が算出した心拍数（回／分）と１回拍出量算出部２６が算出した心拍１回当りの血液の拍出量（ｍｌ／回）を乗じて１分間当りの心拍出量（ｍｌ／分）を算出する。
【００８２】
１回拍出量算出部２６は、入力部２０に入力された運動強度指標（ＭＥＴ値）と運動タイプと個人特性情報の年齢及び安静時心拍数に基づいて、心拍１回当りの血液の拍出量（ｍｌ／回）を数２に示す算出式により算出する。
【００８３】
【数２】
Ａ＝１４８−安静時心拍数×０．９３５
Ｂ＝Ａ−８．３４＋酸素摂取量比
【００８４】
ここで、Ａは運動タイプが等尺性収縮運動の場合の１回拍出量で、Ｂは運動タイプが等張性収縮運動の場合の１回拍出量である。酸素摂取量比は、（酸素摂取量／最大酸素摂取量）×１００で与えられる。体重１ｋｇ当りの毎分の酸素摂取量（ｍｌ／ｋｇ／分）は（３．５×ＭＥＴ値）で与えられ、体重１ｋｇ当りの毎分の最大酸素摂取量（ｍｌ／ｋｇ／分）は、年齢２５歳以下では、定数４６．２で与えられ、年齢２６以上では、（５７．７−０．４６×年齢）で与えられる。
【００８５】
血管抵抗算出部２７は、入力部２０に入力された運動タイプと必要酸素摂取量算出部３１で算出された必要酸素摂取量（ｍｌ／分）に基づいて、血管抵抗（ｍｍＨｇ・分／ｍｌ）を算出する。運動タイプが等尺性収縮運動の場合は、血管抵抗は定数０．０１９６で与えられ、運動タイプが等張性収縮運動の場合は、血管抵抗は（０．０１９６−必要酸素摂取量×０．０００００２）で与えられる。
【００８６】
血圧変動算出部２８は、入力部２０に入力された運動強度指標（ＭＥＴ値）と運動タイプと個人特性情報の年齢に基づいて、数３または数４より血圧変動（ｍｍＨｇ）を算出する。具体的には、行為コマンドの「Ｒｅａｃｈ」、「置く」、「姿勢」において、運動タイプとして上下移動運動が含まれている場合に、血圧変動算出部２８が起動される。尚、上下移動運動が立ち上がり動作の場合は数３が適用され、しゃがみ動作の場合は数４が適用される。
【００８７】
【数３】
血圧変動＝（２Ｃ／ｔ0）×ｔ （０≦ｔ≦ｔ0／２）
血圧変動＝−（２Ｃ／ｔ0）×ｔ＋２Ｃ （ｔ0／２＜ｔ≦ｔ0）
Ｃ＝−（５Ｖ＋３５）
ｔ0＝２０＋０．１×年齢
【００８８】
【数４】
血圧変動＝（２Ｄ／ｔ0）×ｔ （０≦ｔ≦ｔ0／２）
血圧変動＝−（２Ｄ／ｔ0）×ｔ＋２Ｄ （ｔ0／２＜ｔ≦ｔ0）
Ｄ＝（５Ｖ＋３５）
ｔ0＝２０＋０．１×年齢
【００８９】
数３及び数４において、Ｖは立ち上がり或いはしゃがみ速度（ｍ／秒）で、動作時間情報から与えられる。また、ｔは立ち上がり或いはしゃがみ動作を開始してからの経過時間（秒）であり、ｔ0は血圧変動の回復時間（秒）で、Ｃ及びＤは夫々回復時間の中間点での血圧変動（ｍｍＨｇ）である。数３の場合、つまり、立ち上がり時は、血圧変動は回復時間の中間点まで直線的に減少し、その中間点から直線的に回復する三角波形で表される。数４の場合、つまり、しゃがみ時はその逆である。
【００９０】
血圧算出部２９は、心拍出量算出部２５が算出した心拍出量（ｍｌ／分）と血管抵抗算出部２７が算出した血管抵抗（ｍｍＨｇ・分／ｍｌ）と、血圧変動算出部２８が算出した血圧変動（ｍｍＨｇ）とに基づいて、数５により血圧を算出する。ここで、運動タイプが等尺性収縮運動または等張性収縮運動の場合は、血圧変動算出部２８は起動されないので、血圧変動は０である。
【００９１】
【数５】
血圧＝心拍出量×血管抵抗＋血圧変動
【００９２】
酸素摂取量算出部３０は、心拍出量算出部２５が算出した心拍出量（ｍｌ／分）に基づいて酸素摂取量（ｍｌ／分）を算出する。具体的には、酸素摂取量は（０．１８５×心拍出量−４５２）で与えられる。
【００９３】
必要酸素摂取量算出部３１は、入力部２０に入力された運動強度指標（ＭＥＴ値）に基づいて、各行為コマンドで規定される動作に必要な１分間当りの必要酸素摂取量（ｍｌ／分）を算出する。具体的には、必要酸素摂取量は（３．５×ＭＥＴ値×体重）で与えられる。ここで、体重（ｋｇ）は予め設定された標準体重を使用するか、或いは、個人特性情報の一つとして入力部２０に入力されたものを使用する。
【００９４】
化学受容器部３２と化学受容器遅延部３３は、化学刺激を受容して応答する人体の感覚器官（化学受容器）を模擬したもので、ここでは、必要酸素摂取量算出部３１が算出した必要酸素摂取量に対する不足酸素量を化学刺激として受容し、その反応として一定の時間遅れでその不足酸素量を補うように心拍数を補正すると仮定する。具体的には、化学受容器部３２が必要酸素摂取量から必要酸素摂取量が算出した酸素摂取量を差し引いて不足酸素量を算出し、化学受容器遅延部３３が、その不足酸素量に係数０．０１を乗じて心拍数補正量（回／分）を求め、それを一定時間（本実施形態では５秒）遅れで出力する。
【００９５】
心臓循環器系モデル６は、上記した各部２０〜３３の演算処理を前記コンピュータに実行させる各プログラムステップにより構成され、具体的には、当該各プログラムステップを前記入力データに基づいて前記時間単位毎に循環的に実行させることにより、血圧及び心拍数を時系列に沿って算出することができる。
【００９６】
ところで、本発明プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体やインターネット等のデータ伝送媒体を介して、本発明装置１をハードウェア的に構成するコンピュータがアクセス可能な記録装置内にインストールされて実用に供される。具体的には、インストールされた当該プログラムが当該記憶装置からコンピュータが実行可能な主記憶上へ読み込まれて実行される。
【００９７】
次に、本発明装置１を用いた血圧及び心拍変動のシミュレーション結果を説明する。心臓循環器系モデル６の精度確認のために、３種類の基本動作について実験データと比較を行った。比較結果を図５〜７に示す。
【００９８】
図５は椅子から立ち上がる動作を６０秒時点で開始した場合、図６は腕を肘から先を水平方向（９０度）に伸ばして４ｋｇの重りを保持する動作を３００秒時点で開始した場合（ＭＥＴ値が１から１．７に変化）した場合、図７は歩行動作を３００秒時点で開始した場合（ＭＥＴ値が１．５から３に変化）した場合のシミュレーション結果と実験結果を夫々示している。尚、図６のシミュレーションにおける運動タイプは等尺性収縮運動、図７のシミュレーションにおける運動タイプは等張性収縮運動である。
【００９９】
次に、本発明装置１の理解を容易にする為に、本実施形態で想定される行動生成システム１０について説明する。図８に示すように、行動生成システム１０は、作業記述部４１、行為選択部４２、一つまたは複数の行為ファイル４３、人データベース４４、物データベース４５、動作決定ルール４６、姿勢データベース４７、及び、可視化部４８の各部で構成されている。
【０１００】
尚、行動生成システム１０は、従来の技術の項で説明した既存のコンピュータマネキンの行動生成システム（コンピュータマネキンの取る目標姿勢を予めマウス等のコンピュータの入力装置を用いてコンピュータ画面上で作成しておき、各目標姿勢間の動作を、例えばインバースキネマティクス等の動作合成アルゴリズムで生成し、別途入力した動作時間でコンピュータマネキンをコンピュータ画面上の仮想空間内で動作させるべく可視化（アニメーション）を行う）をベースに、作業動作入力の簡易化、それを実現するための行為コマンド、特に条件判断付き行為コマンドの導入を図り、行為コマンドの実行に必要な人データベース４４、物データベース４５、動作決定ルール４６等を新たに構成しているものを想定する。但し、行動生成システム１０として、条件判断付き行為コマンドを使用しないシステムであっても構わない。
【０１０１】
作業記述部４１は、コンピュータマネキンにさせる作業動作を入力する入力手段である。機能としては、作業記述用のＧＵＩ（グラフィカルユーザインターフェース）をコンピュータ画面上に提供し、オペレータのマウス操作やキー入力操作等により「ヒューマン」、「場所」、「目標物」、「目的」が順に指定されると、一連の作業動作を自動的に定義して、コンピュータマネキンの対象物に対する動作の概略を規定した入力データを生成する。
【０１０２】
ここで、「ヒューマン」はコンピュータマネキンの名称を指定するもので、具体的には、フィギュアファイル名を指定する。コンピュータマネキンの「目的」は、コンピュータマネキンにさせる作業動作の種別を規定するものであり、「目標物」は、指定された目的で特定される動作の直接の対象物である。また、「場所」は、指定された目的で特定される動作を、指定された目標物に対して行う「場所」であり、当該目的動作に付随する一連の動作に含まれる行為において、直接の対象物となる場合がある。例えば、「場所」が「冷蔵庫の上段」であり、「目的」が「取り出す」である場合に、「取り出す」という目的動作に付随する後述する各種行為の対象物が「冷蔵庫の上扉」であることが、「場所」によって定義づけられる。従って、コンピュータマネキンの動作の対象となる対象物として、「目標物」と「場所」が指定される。
【０１０３】
尚、指定された「ヒューマン」、「場所」の特性を人データベース４４、物データベース４５から参照し、図９に示すように、指定されたヒューマンが持っている物、及び、指定された場所にある物を「目標物」の候補として自動的にリストアップするように構成され、「目標物」の指定の簡易化が図られている。更に、図９に示すように、「目的」の指定も、指定された目標物の特性の一つとして設定されているアフォード動作を物データベース４５から参照し、その目標物に適した「目的」動作を自動的にリストアップするように構成され、「目的」の指定の簡易化が図られている。ここで、アフォードとはＪ．ギブソンが提唱した認知科学や人工知能分野で注目されているアフォーダンス理論（知覚理論）における概念で、物体がその物体に作用する主体に対して行為を引き出すことを意味している。
【０１０４】
行為選択部４２は、作業記述部４１で生成された入力データの「目的」で特定される動作を、９種類の「行為」の中から選択された複数の「行為」を組み合わせて定義する。ここで、９種類の「行為」は、「Ｒｅａｃｈ」、「握る」、「移動」、「離す」、「姿勢」、「見る」、「引く」、「置く」、「点火」という九つの行為コマンドを用いて選択される。各行為コマンドの概略は既に説明した通りである。
【０１０５】
ここで、各行為コマンドの動作主体たるコンピュータマネキンは、入力データの「ヒューマン」で指定されたコンピュータマネキンであり、入力データの「目標物」で直接的に指定された対象物或いは入力データの「場所」で間接的に指定された対象物が、各行為コマンドで特定される行為の対象物となる。つまり、各行為コマンドにおいて、「ヒューマン」で指定されたコンピュータマネキンの所定人体部位がその対象物に対して所定の動作を実行することになる。
【０１０６】
「Ｒｅａｃｈ」コマンドは、上述のように、コンピュータマネキンの特性と対象物の特性との間の関係によって行為の詳細動作が変化する条件判断付きコマンドであり、準備動作、歩行動作、姿勢変更に分解されるので、行為選択部４２は、動作決定ルール４６を参照して、コンピュータマネキンの特性と対象物の特性との間の関係を判断して、「Ｒｅａｃｈ」行為の詳細動作を決定する。以下、その処理手順及び動作決定ルール４６について説明する。
【０１０７】
先ず、使用できる手の判断を動作決定ルール４６の以下の持ち方判定基準に基づいて決定する。具体的には、人データベース４４からコンピュータマネキンの利き腕情報を読み出すとともに、物データベース４５から、「Ｒｅａｃｈ」行為の対象物と現在少なくとも左右何れかの手に何か物を持っている場合にはその把持物の特性（持ち方の制約）を読み出す。次に、図１０に示す持ち方判定表に従い、現在の手の状況（何も持っていない（ｆｒｅｅ）、利き手で持っている、逆手で持っている、両手で持っている）と対象物の持ち方の制約に基づいて、対象物の持ち方、または、必要な準備動作を決定する。準備動作として、「置くｏｒ持ち替えるｏｒ離す」が選択された場合であって、把持物の持ち方の制約が、利き手のみで且つ軌道規則がない場合は「置く」動作を、どちらの手でもよく且つ軌道規則がない場合は「持ち替える」を、そして、軌道規則がある場合は「離す」動作を、夫々準備動作とする。
【０１０８】
上記要領で決定された準備動作が、「置く」の場合はエラーメッセージを表示しプログラムを終了する。また、「持ち替える」の場合は、例えば、右手から左手に持ち替える場合は、把持物と左手をコンピュータマネキンの背中のサイトから所定距離オフセットした位置まで移動（後述する行為コマンドの一つ）させる。このとき背中のサイトから所定距離オフセットした位置には仮想物体（座標系のみ存在して見えない物体）を用意しておき、その仮想物体に対して左手を移動させる。次に左手を握り（後述する行為コマンドの一つ）、右手を離す（後述する行為コマンドの一つ）という動作を実行する。また「離す」の場合は、単に把持物を持っている方の手を離す。
【０１０９】
上記持ち方判定及び準備動作の決定が終わると、コンピュータマネキンの移動または姿勢変更の有無の判断及び姿勢変更の内容を、動作決定ルール４６の以下の移動・姿勢変更判定基準に基づいて決定する。以下の判定で使用するコンピュータマネキンの特性及び対象物の特性は人データベース４４と物データベース４５から夫々予め或いは適時に読み出される。
【０１１０】
先ず、対象物の特性の一つである移動可能性が否の場合、例えば、対象物が冷蔵庫等の一般に固定状態の重量物である場合（但し、冷蔵庫を移動させる作業の場合では移動可能性は可となる）について説明する。
【０１１１】
対象物の特性の一つである立ち位置サイトのグローバルＸＹ座標が、コンピュータマネキンの特性の一つである重心サイトのグローバルＸＹ座標と一致していない場合は、当該座標が一致するまでコンピュータマネキンを移動し、一致している場合は当該移動を行わない。ここで、グローバルとは仮想空間内の絶対座標であり、ＸＹは仮想空間内の水平面内の位置座標であり、Ｚは垂直方向の座標つまり高さである。更に、対象物の特性の一つである握り点Ｚ座標がコンピュータマネキンの特性の一つである腰サイトＺ座標より大きければ姿勢変更を行わず、前記握り点Ｚ座標がマネキンの特性の一つである膝サイトＺ座標より大きく、前記腰サイトＺ座標以下であれば、コンピュータマネキンの背中を１０°曲げる姿勢変更を決定し、前記握り点Ｚ座標が膝サイトＺ座標以下であれば、コンピュータマネキンの背中を９０°曲げるとともに腰高さを起立時より６分の１下げる姿勢変更を決定する。
【０１１２】
次に、対象物の特性の一つである移動可能性が可の場合、例えば、対象物がコップ、鍋、缶等の可搬物である場合について説明する。
先ず、図１１に示す移動・姿勢判定表を参照して、移動・姿勢変更の有無及び姿勢変更内容を決定する。図１１の縦軸は対象物の握り点とコンピュータマネキンの身体部位との高さ位置関係を示し、横軸は対象物の握り点までの距離とコンピュータマネキンの腕の長さとの関係を示している。また、表中の数字は、姿勢変更がある場合の内容を示しており、上段が背中の曲げ角度で、下段が起立時の腰高さを１とした時の腰高さの変更割合を示す負号は腰高さを下げる場合、正号は腰高さを上げる場合を意味している。
【０１１３】
また、図１１に示す移動・姿勢判定表の腕の長さは、肩口から掌までの長さを掌サイトと肘サイトの差で求まる長さと肩サイトと肘サイトの差で求まる長さの和に対して、図１２に示す腕の長さ補正係数ｍを乗じて求める。図１２において、筋力レベルは腕の筋力レベルを意味し、コンピュータマネキンの特性の一つである。また、質量は対象物の特性の一つである。
【０１１４】
この補正係数ｍを導入することで、筋力の強いコンピュータマネキンが手を伸ばして掴む物でも、筋力の弱いコンピュータマネキンは一度移動して対象物に近づいてから対象物を掴むというように、筋力レベルに応じた動作の変化が現れる。また、対象物が軽ければ、コンピュータマネキンが手を伸ばして掴む物でも、対象物が重ければ、コンピュータマネキンは一度移動して対象物に近づいてから対象物を掴むというように、対象物の重さ（質量）に応じた動作の変化が現れる。更に、対象物が重くても筋力が強ければ手を伸ばすだけの動作が、対象物が重くなくても筋力が弱ければコンピュータマネキンは一度移動して対象物に近づいてから対象物を掴むというように、対象物の重さ（質量）とコンピュータマネキンの筋力レベルとの相対的な関係で動作の変化が現れる。
【０１１５】
ここで、移動・姿勢判定表による判定結果が「移動」である場合、対象物との距離が腕の長さの半分になるまでコンピュータマネキンを移動する。そして、対象物の握り点Ｚ座標がコンピュータマネキンの腰サイトＺ座標より大きければ姿勢変更は行わない。また、前記握り点Ｚ座標がコンピュータマネキンの膝サイトＺ座標より大きく且つコンピュータマネキンの腰サイトＺ座標以下の場合は、コンピュータマネキンの背中を１０°曲げる姿勢変更を決定し、前記握り点Ｚ座標が膝サイトＺ座標以下であれば、コンピュータマネキンの背中を９０°曲げるとともに腰高さを起立時より６分の１下げる姿勢変更を決定する。更に、移動・姿勢判定表による判定結果が「姿勢変更」有りの場合は、コンピュータマネキンの移動は行わずに表中の姿勢変更の内容に従い、判定結果が「変更無し」の場合は移動も姿勢変更も行わない。
【０１１６】
姿勢変更の内容としては、背中の曲げと腰高さの変更に加えて、腰の捻りと体全体の回転があり、右手の場合は図１３に示す捻りの有無の判定図に基づいて姿勢変更有無及び変更内容（腰の捻りまたは体全体の回転角度）を決定する。具体的には、コンピュータマネキンの重心サイトを基準にコンピュータマネキンの正面方向を０°として右回転を正方向、左回転を負方向として対象物の握り点までの必要回転角度に基づいて、姿勢変更有無及び変更内容が決定される。以下、右手の場合について説明する。左手の場合は極性が正負反転する。
【０１１７】
先ず、コンピュータマネキンのＸＹグローバル座標及び方向と対象物のＸＹグローバル座標から必要回転角度を算出する。この必要回転角度が−４５°より大きく９０°以下の場合は、捻り及び体全体の回転は行わない。必要回転角度が９０°より大きく１３５°以下の場合は、（必要回転角度−９０°）だけ腰を捻る。つまり、必要回転角度が９０°になるように腰を捻ることになる。必要回転角度が−９０°より大きく−４５°以下の場合は、（必要回転角度＋４５°）だけ腰を捻る。つまり、必要回転角度が−４５°になるように腰を捻ることになる。必要回転角度が−１８０°より大きく−９０°以下の場合は、（必要回転角度＋４５°）だけ体全体を回転させるとともに、腰を左に４５°捻る。つまり、必要回転角度が−４５°になるように体全体を回転させ腰を捻ることになる。必要回転角度が１３５°より大きく１８０°以下の場合は、（必要回転角度−９０°）だけ体全体を回転させるとともに、腰を右に９０°捻る。つまり、必要回転角度が９０°になるように体全体を回転させ腰を捻ることになる。
【０１１８】
以上、「Ｒｅａｃｈ」コマンド及びその条件判断に用いられる動作決定ルール４６の説明を行ったが、「置く」コマンドについては全く同様の動作決定ルール４６が適用される。また、「点火」コマンドについては、腰の捻りと体全体の回転を伴う姿勢変更だけが上記要領で判定される。「Ｒｅａｃｈ」、「置く」及び「点火」コマンド以外の六つの行為コマンドは条件判断を伴わないコマンドであり、動作決定ルール４６は使用されない。
【０１１９】
「握る」コマンドは、具体的には、対象物の特性の一つである対象物の握り方と関連付けられた手の形を変更する。次に、対象物の特性の有する一変数で、手に持たれているか否かを示す把持オブジェクト変数を把持状態に設定する。尚、手の形は、後述する姿勢データベース４７に登録されてあり、対象物の握り方で検索可能となっている。
【０１２０】
「移動」コマンドは、実際には、対象物を移動させることで、その対象物を把持する手を、対象物の移動軌跡に沿って同時に移動させ、あたかもコンピュータマネキンの手が対象物を把持しながら移動させているように見せる。具体的には、対象物を把持する手とその対象物との間の連結に係る拘束条件をオンにする。これにより手が対象物に追従して移動することになる。次に、対象物の位置変更、或いは、対象物のジョイント角度の変更（例えば、冷蔵庫の扉等の場合）を行い、前記連結の拘束条件をオフにする。
【０１２１】
「引く」コマンドは、「移動」コマンドとほぼ同様の処理を実行する。相違点は、対象物の位置変更先が、「引く」コマンドでは、コンピュータマネキンの背中サイトからオフセットした位置に限定される点である。
【０１２２】
「離す」コマンドは、具体的には、手の形を「握る」コマンド実行前のものに変更し、把持オブジェクト変数を解放状態に設定する。
【０１２３】
「姿勢」コマンドは、具体的には、コンピュータマネキンの全ての拘束条件をオフにし、姿勢を所定の姿勢名のものに変更し、全ての拘束条件をオンにする。このコマンドは、他の行為コマンドではコンピュータマネキンの動作が決定できない場合や、中間姿勢を指定する場合等に使用する。尚、姿勢名と姿勢ファイルとの関連は後述する姿勢データベース４７に登録されてあり、姿勢名で検索可能となっている。
【０１２４】
「見る」コマンドは、具体的には、視点オブジェクトを見る対象物まで位置変更し、視点オブジェクトの拘束条件をオンにし、更に、コンピュータマネキンの視点（正面方向）の視点オブジェクトに対する拘束条件をオンにする。このようにして、見る対象物の移動に対して視線を追従させることができる。
【０１２５】
行為選択部４２は、作業記述部４１で生成された入力データで特定される動作を、上述した九つの行為コマンドを用いて定義し、行為ファイル４３として行動生成システム１０に付属する所定の記憶装置内に保存する。行為ファイル４３を構成するデータ項目として、入力データで特定される目的動作、場所、目標物の他、時系列に並べられた各行為コマンドについて、実行順序を示す番号、行為コマンド名、各行為の動作対象となる対象物（一般には場所または目標物の何れか）、動作時間を夫々一組にして入力される。但し、「Ｒｅａｃｈ」コマンド、「置く」コマンドの動作時間は、準備動作、歩行、姿勢変更に分割して指定する。また、動作時間に代えて動作速度を指定するようにしても構わない。これらの動作時間や動作速度等の動作時間情報は、動作時間算出手段２の動作時間情報変更部１５によって変更された動作時間情報が行為選択部４２に入力される。尚、行為ファイル４３として最終的に保存される前の段階では、動作時間算出手段２に対して変位情報を提供するために、動作時間情報として、動作時間算出手段２のデフォルト値設定部１２によって設定されたデフォルト値が入力される。
【０１２６】
このように生成された行為ファイル４３を順次前記記憶装置内に蓄積することで、登録済みの行為ファイル４３に合致する入力データが作業記述部４１で生成された場合に、行為選択部４２は当該行為ファイル４３を読み出して、その行為ファイル中の各行為コマンドを逐次実行すれば良く、シミュレーション時間の低減が図られる。
【０１２７】
人データベース４４は、行為選択部４２の処理において必要なコンピュータマネキンの特性に関するデータを定義する。人データベース４４を構成するデータ項目は、例えば、名称、各人体部位の寸法（身長、手足の長さ等）、各人体部位の位置（重心等）筋力レベル、利き腕（利き手）等である。名称は入力データのヒューマンで指定されたコンピュータマネキンの名称に対応し、フィギュアファイル名を指定する。筋力レベルは、コンピュータマネキンの腕の筋力レベルを規定するもので、本実施形態の場合は、例えば弱い、普通、強いの三段階で規定し、夫々に数字の１，２，３が割り当てられている。利き腕は、コンピュータマネキンの利き腕が左右何れであるかを指定するもので、本実施形態の場合は、右に０、左に１を割り当てている。
【０１２８】
物データベース４５は、行為選択部４２の処理において必要な対象物（目標物、場所）の特性に関するデータを定義する。物データベース４５を構成するデータ項目は、例えば、名称、位置、置く可能性、質量、軌道規則、持ち方、移動可能性、握り方、状況等である。
【０１２９】
名称は目標物や場所で指定される対象物のフィギュアファイル名を指定する。位置は、対象物のどの面が下面かを指定する接地面、接触点（握り点）、立ち位置等の位置関係を指定する。置く可能性は、その対象物がどこかに置かれる可能性の有無を指定する。軌道規則はその対象物が移動する時の軌道規則の有無を指定する。持ち方はその対象物が左右何れの手で持つべきかを指定する。例えば、どちらの手でも構わない場合は０、利き手に限定される場合は１、逆手に限定される場合は２、両手に限定される場合は３のように四通りに区分する。更に、右手或いは左手に限定する場合を加えても構わない。移動可能性はその対象物が移動可能か否かを指定する。握り方はその対象物の握り方を定義するもので、その対象物を把持するときの手の形を表すデータを姿勢データベース４７から検索可能な握り方名を指定する。状況は対象物の状態を表すもので対象物に応じて設定される。例えば、対象物がコップの場合では液体の有無、また、対象物が冷蔵庫の場合では扉の開閉状態等が設定できる。
【０１３０】
更に、物データベース４５は、オプションとして対象物がアフォードする動作を設定できる。例えば、缶の場合に「取り出す」等を指定すると、作業記述部４１で「目標物」に缶が指定されると、「目的」の候補として「取り出す」がリストアップされる。また、上記以外にもアフォード動作を設定することで、動作の記述の簡易化が図れる。
【０１３１】
姿勢データベース４７は、行為選択部４２の処理において利用される、握り方名と手の形との関連、及び、姿勢名と姿勢ファイルとの関連を定義する。
【０１３２】
可視化部４８は行為選択部４２で定義された一連の動作のアニメーションを作成する。つまり、作業記述部４１で指定されたコンピュータマネキンの動作を、行為選択部４２で定義された行為コマンドの時系列の組み合わせに従って、或いは、登録された行為ファイル４３に記述されている行為コマンドの時系列の組み合わせに従って、具体的な動作動作を所定の合成アルゴリズムによって合成してコンピュータ画面上の仮想空間内に表示させる。具体的な動作の合成処理は既存の行動生成システムの機能を使用するので、詳細な説明は割愛する。
【０１３３】
可視化部４８は、アニメーションを作成する前に各行為の所要時間を指定するように構成されており、指定された行為所要時間に基づいてアニメーションを作成する。
【０１３４】
行動生成システム１０は、ハードウェアとしては、高解像度モニタを備えた３次元コンピュータグラフィックス描画機能の有するコンピュータシステム上で動作する。人データベース４４、物データベース４５、動作決定ルール４６、姿勢データベース４７は、行動生成システム１０に付属する所定の記憶装置に格納されている。ソフトウェアとしては、ベースに一般的なＯＳ（オペレーティングシステム）とベースとなる行動生成システム及び動作合成アルゴリズムが存在し、作業記述部４１、行為選択部４２、可視化部４８が上記コンピュータ上でソフトウェア処理によって実現される。具体的には、上記で説明した各部４２，８の処理を、人データベース４４、物データベース４５、動作決定ルール４６、姿勢データベース４７等を必要に応じて読み書きしながら実行する本発明に係るコンピュータマネキン用の行動生成用プログラムの各処理に対応するプログラムステップが、上記コンピュータによって適時実行されることで、作業記述部４１、行為選択部４２、可視化部４８が構成される。
【０１３５】
以下に別実施形態を説明する。
〈１〉上記実施形態では、運動タイプ特定手段４は、各行為コマンド、条件判断付きコマンドの場合は各要素コマンド、に対して一つの運動タイプを割り当てていたが、人体を上肢下肢に分けて、または、上肢を更に左右に分けて、変位情報に基づいて部位毎に運動タイプを割り当てるようにして精度の向上を図るようにするのも好ましい。この場合、心臓循環器系モデル６の１回拍出量算出部２６、血管抵抗算出部２７、血圧変動算出部２８、血圧算出部２９が夫々の出力値を計算する場合に、分割した人体部位毎に異なる運動タイプで算出した結果を加重平均する等の処理を行うようにするのも好ましい。更に、運動タイプとして、上記３タイプに限定されるものではない。
【０１３６】
〈２〉心臓循環器系モデル６は、必ずしも上記実施形態の構成に限定されるものではない。心臓循環器系モデル６の各構成要素の一部または全部が異なってもよく、また、各部の入出力関係が異なっても、更に、各構成要素の算出式が異なっていても構わない。
【０１３７】
〈３〉上記実施形態では、運動強度特定手段３は表２及び表３に基づいてＭＥＴ値を割り当てる場合を示したが、表２及び表３中の各ＭＥＴ値は、適宜変更可能である。更に、上記実施形態では、運動強度指標としてＭＥＴＳを用いたが、ＲＭＲ等の他の運動強度指標を用いても構わない。この場合、使用する心臓循環器系モデル６は入力データとしてＲＭＲ等を受け付けるモデルに変更する必要がある。
【０１３８】
〈４〉上記実施形態（「第１実施形態」という。）では、動作時間算出手段２のＰＴＳ適用部１３、運動強度特定手段３及び運動タイプ特定手段４で用いられる変位情報は、行動生成システム１０側で抽出された変位情報が動作時間算出手段２の入力部１１、運動強度特定手段３及び運動タイプ特定手段４に入力されて利用されていたが、この場合、各行為コマンドに対して動作時間情報のデフォルト値を用いて行動生成システム１０側で一旦コンピュータマネキンの動作を合成してかかる変位情報を抽出していた。これに対し、行動生成システム１０側で動作の合成を実行することなく、行為コマンドの時系列データから直接、変位情報を抽出して、その変位情報をＰＴＳ適用部１３、運動強度特定手段３及び運動タイプ特定手段４で用いるようにしても構わない。
【０１３９】
具体的には、本別実施形態（「第２実施形態」という。）の動作時間算出手段５０は、図１４に示すように、入力部５１、変位情報抽出部５２、ＰＴＳ適用部５３、及び、動作時間情報導出部５４を備えて構成される。更に、ＰＴＳ適用部５３はＭＯＤ値導出部５５を備え、ＭＯＤ値導出部５５は移動動作判定部５６と歩数計算部５７を備える。各手段５１〜５７が、当該コンピュータのコンピュータシステムのハードウェア資源を利用しながら第２実施形態に係る本発明プログラムの動作時間算出ステップを実行することにより実現される点は、第１実施形態の場合と同様である。
【０１４０】
入力部５１は、行為コマンドの時系列データを、行動生成システム１０から入力する点は、第１実施形態の入力部１１と同じであるが、行動生成システム１０から変位情報の入力は行わない。具体的には、入力部５１は、図１５に示す動作時間算出ステップに含まれる入力ステップを前記コンピュータ上で実行することにより実現される。ここで、入力ステップは行動生成システム１０から行為コマンドの時系列データを入力し、前記コンピュータシステムの記憶装置に格納する処理を実行する。
【０１４１】
変位情報抽出部５２は、入力部５１に入力された時系列データの各行為コマンドから直接、ＰＴＳ適用部５３で使用する変位情報を抽出する。具体的には、変位情報抽出部５２は、図１５に示す動作時間算出ステップに含まれる変位情報抽出ステップを前記コンピュータ上で実行することにより実現される。ここで、抽出される変位情報は、第１実施形態で入力部１１に入力される変位情報とは異なる。そのため、ＰＴＳ適用部５３のＭＯＤ値導出部５５、移動動作判定部５６、歩数計算部５７の各アルゴリズムも第１実施形態のものと一部において異なる。従って、具体的にどのような変位情報が抽出されるかについては、後述のＰＴＳ適用部５３の動作説明において合わせて説明する。尚、変位情報抽出ステップは、後述のＰＴＳ適用ステップで各行為コマンド毎に変位情報が必要となる度に、各別に実行しても、ＰＴＳ適用ステップの前に予め必要な全ての変位情報を抽出するようにしても構わない。
【０１４２】
ＰＴＳ適用部５３は、図１５に示す動作時間算出ステップに含まれるＰＴＳ適用ステップを前記コンピュータ上で実行することにより実現される。ＰＴＳ適用ステップにおいて、入力部５１に入力された時系列データと変位情報抽出部５２が抽出した変位情報に基づいて、時系列データ中の各行為コマンドにＰＴＳ法で規定された要素動作を割り付ける。本第２実施形態も、ＰＴＳ法としてＭＯＤＡＰＴＳ法を用いる。要素動作を割り付けるにあたり、行為コマンド毎に特定されるＭＯＤＡＰＴＳ法で規定される要素動作の種別を決定し、その各要素動作の所要時間値に相当するＭＯＤ値を決定する。
【０１４３】
次に、ＰＴＳ適用部５３の具体的な動作、つまりＰＴＳ適用ステップについて説明する。ＰＴＳ適用部５３は、入力部５１に入力された時系列データの各行為コマンドに対して、各別にＭＯＤＡＰＴＳ法の要素動作を割り付ける。行為コマンド毎に割り付けられる要素動作の候補は予め決まっていて、その選択とＭＯＤ値を行為コマンドの詳細データとその行為コマンドに対応する動作に係る変位情報から求める。ＭＯＤ値はＭＯＤ値導出部５５が決めるが、ＭＯＤ値そのものを決める場合と、予めＭＯＤ値の決まった要素動作を何回繰り返すかの繰り返し回数を決める場合がある。１回の要素動作の所要時間値を求めるか、一連の同じ要素動作の所要時間値を求めるかの違いである。以下、行為コマンド別に説明する。ＰＴＳ適用部５３は、ＭＯＤＡＰＴＳ法を適用するので、行為コマンド毎に割り付けられる要素動作の種別は第１実施形態の場合と同じであるが、その要素動作の各ＭＯＤ値の決定方法が一部の行為コマンドにおいて第１実施形態と異なる。
【０１４４】
「Ｒｅａｃｈ」コマンドの場合は、条件判断付きコマンドであり、準備動作、歩行動作、姿勢変更に対して夫々要素コマンドを割り付ける。把持物を持ち替える等の準備動作については、当該準備動作が存在する場合に、移動動作のＭｘを割り付け、ＭＯＤ値導出部５５の移動動作判定部５６が、変位情報抽出部５２がそのときの手のサイト原点と対象物の握り点のサイト原点から計算した変位情報である手の移動距離から、ＭＯＤ値ｘを特定する。具体的には、表４に示す判定表に基づいて決定する。
【０１４５】
【表４】
【０１４６】
「Ｒｅａｃｈ」コマンドに歩行動作が存在する場合には、補助動作のＷ５を割り付け、そのＷ５動作を歩数回繰り返すようにする。ＭＯＤ値導出部５５の歩数計算部５７は、補助動作のＷ５が割り付けられると、変位情報抽出部５２が現在の重心位置と移動後の立ち位置から計算した変位情報であるコンピュータマネキンのその歩行動作における重心の移動距離と、予め設定した歩幅（例えば８０ｃｍ）を用いて、重心の移動距離を歩幅で除して歩数を算出する。尚、歩幅データはコンピュータマネキンに合わせて変更可能である。例えば、高齢者の場合は歩幅を８０ｃｍより短く設定する。
【０１４７】
「Ｒｅａｃｈ」コマンドは、何らかの姿勢変更を伴う。姿勢変更の種類には、コンピュータマネキンと対象物との相対的な位置関係によって、手首、肘、肩の関節動作以外にしゃがむ動作や体の捻り動作を含む場合があり、しゃがむ動作を伴う場合には、補助動作のＢ１７を割り当てる。尚、Ｂ１７動作は１往復の動作であるので、この場合は繰り返し回数として０．５を割り当てる。最終的に手を対象物に触れるまでの動作には、移動動作のＭｘを割り当てて、ＭＯＤ値導出部５５の移動動作判定部５６が、変位情報である手の移動距離からＭＯＤ値ｘを特定する。具体的には、変位情報抽出部５２がそのときの手のサイト原点と対象物の握り点のサイト原点から計算した変位情報である手の移動距離から、表３の判定表に基づいて判定する。但し、しゃがむ動作を伴う場合には、補助動作のＢ１７が別途割り当てられるので、この分の動作時間を補正すべく、変位情報抽出部５２は、手のサイト原点をしゃがむ動作での腰の移動距離だけ垂直方向に移動した後に手の移動距離を計算する。
【０１４８】
「握る」コマンドの場合、ＰＴＳ適用部５３は終局動作のＧ１を割り当てる。この場合、ＭＯＤ値は１で固定である。第１実施形態と同じである。
【０１４９】
「移動」コマンドの場合、ＰＴＳ適用部５３は移動動作のＭｘを割り当てて、ＭＯＤ値導出部５５の移動動作判定部５６が変位情報であるそのときの手の移動距離からＭＯＤ値ｘを特定する。具体的には、「Ｒｅａｃｈ」コマンドの準備動作や姿勢変更と同様に、表４の判定表に基づいて判定する。
【０１５０】
「離す」コマンドの場合、ＰＴＳ適用部５３は移動動作のＭ１を割り当てる。第１実施形態と同じである。
【０１５１】
「姿勢」コマンドの場合、ＰＴＳ適用部５３は補助動作のＢ１７と移動動作のＭｘの少なくとも何れか一方を割り当てる。具体的には、変位情報抽出部５２が「姿勢」コマンド実行前の膝関節の角度から「姿勢」コマンド実行後の膝関節の角度への変位量を変位情報として計算し、その変位量（膝関節の角度変化）が例えば４５度以下の場合は、しゃがみ動作なしと判定してＢ１７を割り当てず、その変位量が４５度を越える場合はＢ１７を割り当てる。但し、Ｂ１７動作は１往復の動作であるので、この場合は繰り返し回数として０．５を一意的に割り当てる。その他の姿勢変更の場合には、移動動作のＭｘが割り当てられ、変位情報抽出部５２が「姿勢」コマンド実行前の手首、肘、肩、胴または腰の関節角度から「姿勢」コマンド実行後の各関節の関節角度への変位量を変位情報として計算し、ＭＯＤ値導出部５５の移動動作判定部５６が、その変位量から各関節の回転動作の有無を計算し、表１の判定表に基づいてＭＯＤ値ｘを特定する。表１の判定表の見方は第１実施形態と同じである。
【０１５２】
「見る」コマンドの場合、ＰＴＳ適用部５３は補助動作のＥ２を割り当てて、その繰り返し回数をＭＯＤ値導出部５５が算出する。具体的には、変位情報抽出部５２が頭の正面方向を基準に現在の頭のサイト原点と対象物のサイト原点との成す角度を変位情報として抽出し、ＭＯＤ値導出部５５はその変位情報（頭部の回転角度に相当）を３０度で除して、繰り返し回数を求める。つまり、頭部の回転角度が３０度当り１回のＥ２動作を割り当てる。
【０１５３】
「引く」コマンドの場合、ＰＴＳ適用部５３は移動動作のＭｘを割り当てて、ＭＯＤ値導出部５５の移動動作判定部５６が、変位情報抽出部５２がそのときの手のサイト原点と対象物の握り点のサイト原点から計算した変位情報である手の移動距離から、表４の判定表に基づいてＭＯＤ値ｘを特定する。
【０１５４】
「置く」コマンドの場合、「Ｒｅａｃｈ」コマンドと同様に、条件判断付きコマンドであり、準備動作、歩行動作、姿勢変更に対して夫々要素コマンドを割り付ける。具体的な処理方法も実質的に「Ｒｅａｃｈ」コマンドと同様である。相違点としては、姿勢変更の最後に終局動作のＰ０を追加する点であるが、これはＭＯＤ値が０であるので、所要時間値の計算には影響を与えない。
【０１５５】
「点火」コマンドの場合、点火状態（コンロの火炎）の確認の為に体を捻りながら点火動作をする場合があるので、ＰＴＳ適用部５３は、当該捻りが有る場合には、Ｍ７とＰ０を割り当て、当該捻りが無い場合にはＰ０を割り当てる。また、当該捻りの有無は「点火」コマンドの条件判断式の中の捻り動作の有無により判定する。
【０１５６】
尚、ＭＯＤ値導出部５５の移動動作判定部５６における判定基準（表１及び表４の判定表）、歩数計算部５７における計算式、及び、ＭＯＤ値導出部５５の他の計算式等は、動作時間算出手段５０を構成するコンピュータシステムの記憶装置に格納されている。
【０１５７】
動作時間情報導出部５４は、図１５に示す動作時間算出ステップに含まれる動作時間情報導出ステップを前記コンピュータ上で実行することにより実現される。動作時間情報導出ステップにおいて、ＰＴＳ適用部５３が時系列データの各行為コマンドに割り付けた要素動作の各ＭＯＤ値を合計して、各行為コマンドの動作時間等の動作時間情報を算出する。第１実施形態の場合と同様である。本第２実施形態では、動作時間情報導出部５４が算出した動作時間情報を行動生成システム１０に出力する。
【０１５８】
〈５〉上記各実施形態では、ＰＴＳ法としてＭＯＤＡＰＴＳ法を用いたが、ＭＴＭ法等の他のＰＴＳ法を用いても構わない。この場合、要素動作は使用するＰＴＳ法に規定された使用することになり、所要時間値の算出手法もそのＰＴＳ法に準拠して行うことになり、ＰＴＳ適用部１３、５３のＭＯＤ値導出部１６、５５の具体的な構成は、当該ＰＴＳ法の算出基準に合わせて変更する。
【０１５９】
〈６〉上記各実施形態では、動作時間算出手段２、５０の動作時間算出の対象となる行為コマンドは、行動生成システム１０の行為コマンドを想定したが、コンピュータマネキンの一連の作業を記述可能なコマンドであれば、上記実施形態で例示した行為コマンドに限定されるものではない。
【０１６０】
〈７〉ＭＯＤ値導出部１６、５５におけるＭＯＤ値導出のための判定基準、つまり、変位情報とＭＯＤ値の関係は、上記各実施形態のものに限定されるものではない。例えば、ＭＯＤ値として、ＭＯＤＡＰＴＳ法で規定された整数値に限らず、小数点以下の値を含むようにしても構わない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るコンピュータマネキンの心臓負担評価装置の一実施形態を示すブロック構成図
【図２】動作時間算出手段の一実施形態を示すブロック構成図
【図３】本発明に係る心臓負担評価プログラムの動作時間情報算出ステップの処理手順を示す流れ図
【図４】心臓循環器系モデルの一実施形態を示すブロック構成図
【図５】心臓循環器系モデル６によるシミュレーション結果と実験結果を示す第一の血圧及び心拍波形図
【図６】心臓循環器系モデル６によるシミュレーション結果と実験結果を示す第二の血圧及び心拍波形図
【図７】心臓循環器系モデル６によるシミュレーション結果と実験結果を示す第三の血圧及び心拍波形図
【図８】行動生成システムの一実施形態を示すブロック構成図
【図９】作業記述用の入力データの入力項目を説明する説明図
【図１０】動作決定ルールの一部を構成する持ち方判定表
【図１１】動作決定ルールの一部を構成する移動・姿勢判定表
【図１２】移動・姿勢判定表における腕の長さ算出に使用する補正係数ｍと、コンピュータマネキンの筋力レベル及び対象物の質量との関係を示す表
【図１３】動作決定ルールの一部を構成する捻り・体全体の回転の有無及び変更内容を説明する判定図
【図１４】動作時間算出手段の別実施形態を示すブロック構成図
【図１５】本発明に係る心臓負担評価プログラムの動作時間情報算出ステップの別実施形態における処理手順を示す流れ図
【符号の説明】
１： 本発明に係る心臓負担評価装置
２、５０： 動作時間算出手段
３： 運動強度特定手段
４： 運動タイプ特定手段
５： 個人特性入力手段
６： 心臓循環器系モデル
１０： 行動生成システム
１１、５１： 入力部
１２： デフォルト値設定部
５２： 変位情報抽出部
１３、５３： ＰＴＳ適用部
１４、５４： 動作時間情報導出部
１５： 動作時間情報変更部
１６、５５： ＭＯＤ値導出部
１７、５６： 移動動作判定部
１８、５７： 歩数計算部
２０： 入力部
２１： 基準血圧算出部
２２： 圧受容器部
２３： 神経応答部
２４： 心拍数算出部
２５： 心拍出量算出部
２６： １回拍出量算出部
２７： 血管抵抗算出部
２８： 血圧変動算出部
２９： 血圧算出部
３０： 酸素摂取量算出部
３１： 必要酸素摂取量算出部
３２： 化学受容器部
３３： 化学受容器遅延部
４１： 作業記述部
４２： 行為選択部
４３： 行為ファイル
４４： 人データベース
４５： 物データベース
４６： 動作決定ルール
４７： 姿勢データベース
４８： 可視化部
【発明の属する技術分野】
本発明は、人体の動作に対する心臓負担評価をコンピュータ処理によって行う心臓負担評価装置に関し、より詳細には、コンピュータのソフトウェア処理によって、人の作業動作を簡易な操作及び形式で記述した入力データに基づいて、人間の形態等の特性を模擬したコンピュータ上の仮想人間であるコンピュータマネキンにその作業動作を模擬させるべく、その作業動作を複数の行為に分解して、各行為の動作を所定の合成アルゴリズムによって合成して、つまり、コンピュータマネキンの行動を生成し、コンピュータ画面上の仮想空間内に可視化するための行動生成システムにおいて、コンピュータマネキンの模擬動作に対する心臓負担評価を行う心臓負担評価装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のコンピュータマネキンの行動生成システムでは、所定の空間配置や動作の対象となる対象物に対してコンピュータマネキンの取る目標姿勢を予めマウス等のコンピュータの入力装置を用いてコンピュータ画面上で作成しておき、各目標姿勢間の動作を、例えばインバースキネマティクス等の動作合成アルゴリズムで生成し、別途入力した動作時間でコンピュータマネキンをコンピュータ画面上の仮想空間内で動作させるべく可視化（アニメーション）を行うという手順が取られていた。
【０００３】
更に、マウス等で目標姿勢を作成する代わりに、動作の対象物の名称、位置座標、操作の種類等を指定して、その対象物に対する動作をコマンド入力することで、その対象物に対する動作が、所定の合成アルゴリズムで自動的に生成されるようにした行動生成システムも開発されている。例えば、石井等の「アフォーダンス概念に基づく人体モーション合成システムの開発」（ヒューマンインターフェース学会研究報告集 Ｖｏｌ．２ Ｎｏ．３ 第７３頁〜第７８頁）に開示されているものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の行動生成システムでは、コンピュータマネキンをコンピュータ画面上の仮想空間内で動作させる可視化は実現されているが、かかる動作に対する生理的負担（血圧変動・心拍変動等）の評価まで行えるものはなかった。従って、行動生成システムを用いてコンピュータマネキンに特定作業動作を行わせたとしても、可視化された画面からは、コンピュータマネキンの模擬する例えば急激な心臓の上下移動や激しい運動を伴う作業動作に対する危険性の評価や予測ができず、工場や住宅等の空間設計時の行動シミュレーションにおいて人体の生理的負担を考慮した総合的な評価に行動生成システムを使用するのに問題があった。
【０００５】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、上記問題点を解消すべく、複数種の行為コマンドを時系列で組み合わせてコンピュータマネキンの対象物に対する動作を定義して、行為コマンドで特定されるコンピュータマネキンの動作をコンピュータ仮想空間上で可視化する行動生成システムに対して、人体の動作に対する心臓負担評価を客観的且つ簡易に行える心臓負担評価装置を提供する点にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するための本発明に係る心臓負担評価装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項１に記載した如く、人体の動作に対する心臓負担評価をコンピュータ処理によって行う心臓負担評価装置であって、前記人体の動作を複数種の行為コマンドを時系列で組み合わせてコンピュータマネキンの対象物に対する一連の動作によって定義して、前記行為コマンドで特定される前記コンピュータマネキンの前記動作をコンピュータ仮想空間上で可視化する行動生成システムに対して、前記行動生成システムから時系列データとして入力される前記行為コマンドで特定される各動作の動作時間情報をＰＴＳ法により算出する動作時間算出手段と、前記行為コマンドを運動強度指数に変換する第１変換テーブルを備え、前記行動生成システムから時系列データとして入力される前記行為コマンドで特定される各動作の運動強度指標を前記第１変換テーブルに基づいて導出する運動強度特定手段と、前記行為コマンドを運動タイプに変換する第２変換テーブルを備え、前記行動生成システムから入力される前記行為コマンドで特定される各動作に対して、前記第２変換テーブルに基づいて血液循環作用に与える影響が相異なる複数の運動タイプの内の少なくとも一つを割り当てる運動タイプ特定手段と、前記動作時間算出手段で算出された前記動作時間情報と、前記運動強度特定手段で特定された運動強度指標と、前記運動タイプ特定手段で割り当てられた運動タイプと、前記コンピュータマネキンの模擬対象となる人体の血液循環作用に影響を与える個人特性情報とを少なくとも入力データとして受け付け、前記入力データに基づく予め設定された演算処理を時間単位毎に実行することにより、前記行為コマンドで特定される動作に伴う血圧及び心拍数の少なくとも何れか一方を時系列に沿って算出可能な心臓循環器系モデルとを備えてなる点にある。
【０００８】
同第二の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項２に記載した如く、上記第一の特徴構成に加えて、前記複数の運動タイプが、等尺性収縮運動、等張性収縮運動、及び、心臓位置の急激な上下移動を伴う上下移動運動の少なくとも３タイプを備えてなる点にある。
【００１０】
同第三の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項３に記載した如く、人体の動作に対する心臓負担評価をコンピュータ処理によって行う心臓負担評価装置であって、前記動作の運動強度指標の時系列データと、等尺性収縮運動と等張性収縮運動を含む前記動作の運動タイプの時系列データと、血液循環作用に影響を与える個人特性情報とを入力データとして受け付け、前記動作に伴う血圧及び心拍数を時系列に沿って算出可能な心臓循環器系モデルを備えてなり、前記心臓循環器系モデルが、前記運動強度指標から基準血圧を時系列に沿って算出する基準血圧算出手段と、血圧を時系列に沿って算出する血圧算出手段と、心拍数を時系列に沿って算出する心拍数算出手段とを有し、前記心拍数算出手段が、１時間単位前の前記血圧算出手段が算出した血圧と前記基準血圧の差分に基づいて予め設定された算出式により血圧変動の圧刺激による心拍数補正量を算出し、前記心拍数算出手段が算出した１時間単位前の心拍数に前記心拍数補正量を加算して心拍数を算出し、前記血圧算出手段が、前記心拍数算出手段が算出した前記心拍数と、前記運動強度指標と前記運動タイプと前記個人特性情報に基づいて予め設定された算出式により算出される心拍１回当りの心拍出量と、を乗じて心拍出量を算出し、また、前記運動強度指標に基づいて予め設定された算出式により算出される必要酸素摂取量と前記運動タイプとに基づいて予め設定された算出式により血管抵抗を算出し、さらに、前記運動強度指標と前記運動タイプと前記個人特性情報とに基づいて予め設定された算出式により血圧変動を算出し、前記心拍出量に前記血管抵抗を乗算したものに前記血圧変動を加算して血圧を算出する点にある。
【００１１】
同第四の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項４に記載した如く、上記第三の特徴構成に加えて、前記心臓循環器系モデルが、心臓位置の急激な上下移動を伴う上下移動運動を含む前記動作の運動タイプの時系列データを入力データとして受け付け、入力データとして受け付けた前記運動強度指標と前記運動タイプと前記個人特性情報の年齢とに基づいて、予め設定された算出処理を単位時間毎に実行することにより前記上下移動運動に伴う血圧変動を時系列に沿って算出する血圧変動算出手段を備え、前記血圧算出手段が算出した血圧に対し、前記血圧変動算出手段が算出した血圧変動を付加する点にある。
【００１２】
同第五の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項５に記載した如く、上記第三または第四の特徴構成に加えて、前記動作の運動強度指標から求まる必要酸素摂取量に対する不足酸素量を補うための心拍数補正量を、前記心拍数算出手段が算出した心拍数に基づいて予め設定された算出式により酸素摂取量を算出し、前記必要酸素摂取量から前記酸素摂取量を差し引いて前記不足酸素量を算出し、前記不足酸素量に所定の係数を乗じたものとして、一定時間遅れで算出する化学受容器モデルを備え、前記心拍数算出手段が前記心拍数の算出に前記心拍数補正量を付加する点にある。
【００１３】
同第六の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項６に記載した如く、上記第三、第四または第五の特徴構成に加えて、前記人体の動作を複数種の行為コマンドを時系列で組み合わせてコンピュータマネキンの対象物に対する一連の動作によって定義して、前記行為コマンドで特定される前記コンピュータマネキンの前記動作をコンピュータ仮想空間上で可視化する行動生成システムに対して、前記行動生成システムから時系列データとして入力される前記行為コマンドで特定される各動作の動作時間情報をＰＴＳ法により算出する動作時間算出手段と、前記行為コマンドを運動強度指数に変換する第１変換テーブルを備え、前記行動生成システムから時系列データとして入力される前記行為コマンドで特定される各動作の運動強度指標を前記第１変換テーブルに基づいて導出する運動強度特定手段と、前記行為コマンドを運動タイプに変換する第２変換テーブルを備え、前記行動生成システムから入力される前記行為コマンドで特定される各動作に対して、血液循環作用に与える影響が相異なる複数の運動タイプの内の少なくとも一つを前記第２変換テーブルに基づいて割り当てる運動タイプ特定手段とを備え、前記心臓循環器系モデルが、前記動作時間算出手段で算出された前記動作時間情報、前記運動強度特定手段で特定された運動強度指標、前記運動タイプ、及び、前記コンピュータマネキンの模擬対象となる人体の血液循環作用に影響を与える個人特性情報を少なくとも入力データとして受け付け、受け付けた入力データから単位時間毎に前記行為コマンドで特定される動作に伴う血圧及び心拍数を時系列に沿って算出する点にある。
【００１４】
本発明に係る心臓負担評価プログラムの特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項７に記載した如く、人体の動作に対する心臓負担評価を所定のコンピュータ上で実行するための心臓負担評価プログラムであって、上記第一乃至第六の特徴構成の何れか一つを備えた前記臓負担評価装置における前記各手段及び前記各モデルの機能を前記コンピュータに実現させるためのプログラムステップを含む点にある。
【００１５】
この目的を達成するための本発明に係るコンピュータ読み取り可能な記録媒体の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項８に記載した如く、上記特徴構成を備えたコンピュータマネキンの心臓負担評価プログラムを記録した点にある。
【００１６】
以下に上記特徴構成の作用並びに効果を説明する。
本発明に係る心臓負担評価装置の第一の特徴構成によれば、動作時間算出手段によってコンピュータマネキンの一連の動作を定義する行為コマンドの時系列データの各行為コマンドに対応した各動作の動作時間情報（動作時間や動作速度）が、人手で入力せずとも一定の算出基準に則って客観的且つ自動的に算出され、運動強度特定手段によって各行為コマンドで対応した各動作の運動強度指標が導出され、これら動作時間情報と運動強度指標が心臓循環器系モデルの入力データとして受け付けられることから、心臓循環器系モデルは運動強度指標の時系列データ、つまり、運動強度指標の時間的変化を得ることができ、当該運動強度指標の時間的変化に基づいて血圧及び心拍数の少なくとも何れか一方を時系列に沿って算出することができる。ここで、運動強度指標は、ＲＭＲ（ＲｅｌａｔｉｖｅＭｅｔａｂｏｌｉｃ Ｒａｔｅ、エネルギ代謝率）やＭＥＴＳ（Ｍｅｔａｂｏｌｉｃ Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ、代謝当量）等の運動強度を表す指標であり、ＲＭＲやＭＥＴＳは運動に伴う酸素摂取量の変化によって表すことができる。従って、本願発明者は適当な心臓循環器系モデルを設定することで、運動強度指標の時系列データに基づいて血圧及び心拍数の時系列に沿った計算が可能と判断し、時系列で組み合わされる各行為コマンドに対して動作時間情報と運動強度指標を求めれば運動強度指標の時系列データが得られるので、これらを心臓循環器系モデルに入力することで行動生成システムに対してコンピュータマネキンの動作に伴う心臓負担評価が実行できる構成としたものである。以上の結果、コンピュータマネキンを用いた空間設計時の行動シミュレーションにおいて、寸法適合性や関節トルク評価等に加えて、高齢者の負担評価等に重要な血圧・心拍の変動も予測可能となる。これにより、例えば立ち眩み等の危険予知が可能となり、人間と空間の適合性評価の精度が向上する。
【００１７】
また、行為コマンドで特定される各動作に対して、血液循環作用に与える影響が異なる運動タイプの別を考慮したより精度の高い心臓負担評価が実行できる。また、運動タイプの別を考慮する場合に、運動タイプ別に心臓循環器系モデルを準備する必要が無い。従って、運動タイプの異なる行為コマンドの組み合わせで規定される一連の動作に対して、かかる運動タイプの違いを反映した高精度の心臓負担評価が実行できる。
さらに、血液循環作用に影響を与える個人特性情報を考慮したより精度の高い心臓負担評価が実行できる。また、個人特性情報を考慮する場合に、例えば、年齢や性別等の個人属性毎に異なる心臓循環器系モデルを準備する必要が無く、例えば、幅広い年齢層の人間の行動シミュレーションに応用できる。
【００１８】
同第二の特徴構成によれば、心臓循環器系モデルの実行する処理において、等尺性収縮運動と等張性収縮運動の血管抵抗に対する作用の違いを考慮することができ、更に、等張性収縮運動を含む動作であっても、一部に心臓位置の急激な上下移動を伴う場合は、等尺性収縮運動と等張性収縮運動とは異なるメカニズムで血液循環作用に影響を与えることを考慮することができ、運動タイプの異なる行為コマンドの組み合わせで規定される一連の動作に対して、かかる運動タイプの違いを反映した高精度の心臓負担評価が実行できる。
【００２０】
同第三の特徴構成によれば、心臓循環器系モデルの基準血圧算出手段が入力された運動強度指標の時系列データに基づいて基準血圧を時系列に沿って算出することにより運動強度指標の時間的変化に追従して変化する基準血圧が求まり、心臓循環器系モデルの心拍数算出手段が、１時間単位前の血圧算出手段が算出した血圧とこの基準血圧の差分に基づいて予め設定された算出式により血圧変動の圧刺激による心拍数補正量を算出し、前記心拍数算出手段が算出した１時間単位前の心拍数に前記心拍数補正量を加算して心拍数を算出することにより当該差分を小さくする方向に働く人体の神経応答系及び血圧と心拍数間のフィードバックループ系を適切にモデル化して運動強度指標及び血圧の時間的変化に追従して変化する心拍数を高精度に算出でき、心臓循環器系モデルの血圧算出手段が前記心拍数算出手段が算出した前記心拍数と、前記運動強度指標と前記運動タイプと前記個人特性情報に基づいて予め設定された算出式により算出される心拍１回当りの心拍出量と、を乗じて心拍出量を算出し、また、前記運動強度指標に基づいて予め設定された算出式により算出される必要酸素摂取量と前記運動タイプとに基づいて予め設定された算出式により血管抵抗を算出し、さらに、前記運動強度指標と前記運動タイプと前記個人特性情報とに基づいて予め設定された算出式により血圧変動を算出し、前記心拍出量に前記血管抵抗を乗算したものに前記血管変動を加算して血圧を算出することにより、等尺性収縮運動と等張性収縮運動の違い及び個人特性を反映した運動強度指標及び心拍数の時間的変化に追従して変化する血圧を高精度に算出できる。この結果、動作の運動強度指標の時系列データと、等尺性収縮運動と等張性収縮運動を含む動作の運動タイプの時系列データと、血液循環作用に影響を与える個人特性情報とを入力データとして受け付け、血圧及び心拍数の時間的変化で表される心臓負担評価が高精度に行うことができる。
【００２１】
更に、運動強度指標及び運動タイプの時系列データを入力データとして取り扱うことができるため、行動生成システムが生成する行為コマンドの時系列データから、これら入力データを抽出することで、コンピュータマネキンの動作に対して心臓負担評価を実行することが可能となる。
【００２２】
同第四の特徴構成によれば、立ち上がり時やしゃがみ時等の心臓位置の急激な上下移動を伴う上下移動運動時の血圧変動を考慮した高精度の心臓負担評価が可能となる。より詳細には、立ち上がりやしゃがむ動作は膝関節が動いて筋肉の収縮を伴うため、等張性収縮運動と見なせば筋ポンプ作用により血液が流れ易くなり血管抵抗が下がって血圧が低下する傾向にあるが、実際は、心臓位置の急激な上下移動を伴うために血管がバッファタンクの役割を果たし血圧・心拍数が逆に上昇する傾向にあるという等尺性収縮運動と等張性収縮運動とは異なるメカニズムで血液循環作用に影響を考慮することができる。
【００２３】
同第五の特徴構成によれば、化学受容器モデルが運動強度指標から求まる必要酸素摂取量に対する不足酸素量を補うように心拍数補正量を算出することにより、酸素摂取量の過不足を考慮した長期的な血圧と心拍数間のフィードバックループ系を適切にモデル化して血圧及び心拍数の時間的変化を高精度に算出することができる。
【００２４】
同第六の特徴構成によれば、動作時間算出手段によってコンピュータマネキンの一連の動作を定義する行為コマンドの時系列データの各行為コマンドに対応した各動作の動作時間情報（動作時間や動作速度）が、人手で入力せずとも一定の算出基準に則って客観的且つ自動的に算出され、運動強度特定手段によって各行為コマンドで対応した各動作の運動強度指標が導出され、運動タイプ特定手段によって行為コマンドで特定される各動作に対して運動タイプが割り当てられ、これら動作時間情報、運動強度指標及び運動タイプ、更に、個人特性情報が上記第三乃至第五の特徴構成を備えた心臓循環器系モデルの入力データとして受け付けられることから、行動生成システムに対してコンピュータマネキンの動作に伴う心臓負担評価を上記第三乃至第五の特徴構成の作用効果を発揮して高精度に実行できるようになる。
【００２５】
本発明に係る心臓負担評価プログラムの特徴構成によれば、その心臓負担評価プログラムを所定のコンピュータにインストールすることで、上記第一乃至第六の特徴構成の心臓負担評価装置を当該コンピュータに実現させることができる。
【００２６】
更に、本発明に係るコンピュータ読み取り可能な記録媒体の特徴構成によれば、上記特徴構成の心臓負担評価プログラムが所定のコンピュータが読み取り可能な状態で記録されているので、当該コンピュータにそのプログラムをインストール可能であり、上記第一乃至第六の特徴構成の心臓負担評価装置を当該コンピュータに実現させることができる。また、本発明に係るコンピュータ読み取り可能な記録媒体が直接当該コンピュータからアクセス可能である場合は、そのまま上記特徴構成の心臓負担評価プログラムが実行可能であり、同様に上記第一乃至第六の特徴構成の心臓負担評価装置を当該コンピュータに実現させることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明に係る心臓負担評価装置（以下、適宜「本発明装置」という。）の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【００２８】
本発明装置１は、コンピュータ処理によって、人の作業動作を簡易な操作及び形式で記述した入力データに基づいて、コンピュータマネキンにその作業動作を模擬させるべく、コンピュータマネキンの対象物に対する動作を複数種の行為コマンドを時系列で組み合わせて定義して、前記行為コマンドで特定される前記コンピュータマネキンの動作を所定の合成アルゴリズムによって合成して、つまり、コンピュータマネキンの行動を生成し、コンピュータ画面上の仮想空間内に可視化するための行動生成システム１０において、各行為コマンドで特定される動作に対して血圧及び心拍数の時間的変化を算出することにより当該動作の心臓負担を評価する心臓負担評価装置である。
【００２９】
本発明装置１は、図１に示すように、動作時間算出手段２、運動強度特定手段３、運動タイプ特定手段４、個人特性入力手段５、及び、心臓循環器系モデル６を備えて構成される。より具体的には、本発明装置１は、行動生成システム１０を構成するコンピュータ、或いは、別のコンピュータ上で、当該コンピュータのコンピュータシステムのハードウェア資源を利用しながら本発明に係る心臓負担評価プログラム（以下、「本発明プログラム」という。）を実行することにより、動作時間算出手段２、運動強度特定手段３、運動タイプ特定手段４、及び、心臓循環器系モデル６を実現する。
【００３０】
動作時間算出手段２は、行動生成システム１０から出力される行為コマンドの時系列データから各行為コマンドで特定される動作に要する動作時間や動作速度等の動作時間情報を時系列に沿って算出する。動作時間算出手段２は、図２に示すように、入力部１１、デフォルト値設定部１２、ＰＴＳ適用部１３、動作時間情報導出部１４、及び、動作時間情報変更部１５を備えて構成される。更に、ＰＴＳ適用部１３はＭＯＤ値導出部１６を備え、ＭＯＤ値導出部１６は移動動作判定部１７と歩数計算部１８を備える。より具体的には、動作時間算出手段２は、本発明装置１を構成するコンピュータ上で、当該コンピュータのコンピュータシステムのハードウェア資源を利用しながら本発明プログラムの動作時間算出手段２に係る動作時間算出ステップを実行することにより、入力部１１、デフォルト値設定部１２、ＰＴＳ適用部１３、動作時間情報導出部１４、及び、動作時間情報変更部１５を実現する。
【００３１】
入力部１１は、所定の作業を記述した行為コマンドの時系列データと、その時系列データで特定される動作における動作時間情報と無関係に決定されるコンピュータマネキンの所定人体部位の変位情報を、行動生成システム１０から入力する。具体的には、入力部１１は、図３に示す本発明プログラムの動作時間算出ステップに含まれる第１入力ステップと第２入力ステップを夫々前記コンピュータ上で実行することにより実現される。ここで、第１入力ステップは行動生成システム１０から行為コマンドの時系列データを入力し、前記コンピュータシステムの記憶装置に格納する処理を実行し、第２入力ステップは、行動生成システム１０から、その時系列データで特定される動作における動作時間情報と無関係に決定されるコンピュータマネキンの所定人体部位の変位情報を入力し、前記コンピュータシステムの記憶装置に格納する処理を実行する。
【００３２】
尚、所定人体部位とは、頭、首、肩、背中、腰、重心位置、手足の各関節等の各部位である。また、それらの変位情報とは、高さ、移動距離、回転角等の情報であり、変位には、基準位置や基準姿勢からの変位と、特定動作の前後での変位が有り得る。
【００３３】
行為コマンドの種類及び機能は、対象となる行動生成システム１０により異なるが、本実施形態では、「Ｒｅａｃｈ」、「握る」、「移動」、「離す」、「姿勢」、「見る」、「引く」、「置く」、「点火」という九つの行為コマンドを用いて一連の作業を記述する。
【００３４】
次に、各行為コマンドの動作内容について簡単に説明する。「Ｒｅａｃｈ」コマンドは、コンピュータマネキンの所定人体部位を対象物に向けて移動させる行為で、本実施形態では所定人体部位である「手」を対象物に届くように伸ばす等の移動させる行為を実行する。また、「Ｒｅａｃｈ」コマンドは、コンピュータマネキンの特性と対象物の特性との間の関係によって行為の詳細動作が変化する条件判断付きコマンドであり、条件によって、把持物を持ち替える等の準備動作、歩行動作、体を捻る・しゃがむ等の姿勢変更を伴う場合がある。「握る」コマンドは、「Ｒｅａｃｈ」コマンドで対象物に届いた手で対象物を把持する行為を実行する。「移動」コマンドは、「握る」コマンドで把持した対象物を移動する行為を実行する。「離す」コマンドは、「握る」コマンドによってコンピュータマネキンの手が把持した対象物を解放する行為を実行する。「姿勢」コマンドは、コンピュータマネキンの姿勢を変更する行為を実行する。具体的には、登録されている姿勢に変更することにより実行する。「見る」コマンドは、コンピュータマネキンの正面方向と見る対象物との位置関係に応じてコンピュータマネキンの頭部を回転させながら対象物に視線を合わせる行為を実行する。「引く」コマンドは、「握る」コマンドによってコンピュータマネキンの手が把持した対象物を体に引き寄せる行為を実行する。「置く」コマンドは、「握る」コマンドによってコンピュータマネキンの手が把持した対象物を指定された位置まで移動させて置く行為を実行する。また、「置く」コマンドは、「Ｒｅａｃｈ」コマンドと同様に、コンピュータマネキンの特性と指定位置との間の関係によって行為の詳細動作が変化する条件判断付きコマンドであり、条件によって、準備動作、歩行動作、姿勢変更を伴う場合がある。「点火」コマンドは、家事作業を模擬する場合に特有のコマンドで、コンロを点火する行為を実行する。「点火」コマンドは、コンピュータマネキンの特性と対象物（点火スイッチ）の位置との間の関係によって行為の詳細動作が変化する条件判断付きコマンドであり、条件によって姿勢変更を伴う場合がある。
【００３５】
デフォルト値設定部１２は、図３に示す動作時間算出ステップに含まれるデフォルト値設定ステップを前記コンピュータ上で実行することにより実現される。デフォルト値設定ステップにおいて、第１入力ステップで入力部１１に入力した行為コマンドの時系列データの動作時間情報に、所定のデフォルト値が設定される。尚、デフォルト値設定部１２は、行動生成システム１０側の一機能として設けても構わない。また、行動生成システム１０がデフォルト値設定機能を予め具備している場合は、動作時間算出ステップ２側に別途同機能を設ける必要はない。かかる場合は、デフォルト値設定ステップは、本発明プログラムの実行前に処理されても構わない。
【００３６】
行動生成システム１０側では、動作時間情報にデフォルト値が設定されると、そのデフォルト状態の時系列データに基づいて所定の合成アルゴリズムによってコンピュータマネキンの動作を合成し、その合成された動作からコンピュータマネキンの所定人体部位の変位情報を抽出し、第２入力ステップにおいて、抽出された変位情報が入力部１１に入力する。
【００３７】
本実施形態では、行動生成システム１０側に本発明装置１に必要な変位情報を抽出する機能が一般的な機能として具備されている場合を想定しているが、行動生成システム１０側に当該変位情報抽出機能がない場合は、行動生成システム１０の外部に、例えば、動作時間算出手段２内に設けても構わない。この点については、別実施形態において詳述する。
【００３８】
ＰＴＳ適用部１３は、図３に示す動作時間算出ステップに含まれるＰＴＳ適用ステップを前記コンピュータ上で実行することにより実現される。ＰＴＳ適用ステップにおいて、入力部１１に入力された時系列データと変位情報に基づいて、時系列データ中の各行為コマンドにＰＴＳ法で規定された要素動作を割り付ける。本実施形態では、ＰＴＳ法としてＭＯＤＡＰＴＳ法を用いる。要素動作を割り付けるにあたり、行為コマンド毎に特定されるＭＯＤＡＰＴＳ法で規定される要素動作の種別を決定し、その各要素動作の所要時間値に相当するＭＯＤ値を決定する。
【００３９】
ここで、ＰＴＳとは、Ｐｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ Ｔｉｍｅ Ｓｔａｎｄａｒｄの略称であり、人間の行う一連の作業をＰＴＳ法で規定される要素動作の組み合わせで構成し、予めＰＴＳ法で定められた時間標準の値を用いて各要素動作の時間値を定め、これを集計することによって一連の作業に要する時間を客観的に求める手法の総称である。ＰＴＳ法としては、要素動作の種類や個数、各要素動作の時間値の時間決定因子や時間標準の違いによって、種々のものが提案されており、代表的なものとして、ＭＯＤＡＰＴＳ法、ＭＴＭ−ＩＩ法、ＭＳＤ法、ＭＴＡ法、ＢＭＴ法、ＭＴＭ法、ＷＦ法等がある。
【００４０】
また、ＭＯＤＡＰＴＳ法とは、Ｍｏｄｕｌａｒ Ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ Ｔｉｍｅ Ｓｔａｎｄａｒｄｓを基礎として開発されたＰＴＳ法で、オーストラリアのＰＴＳ協会が、アメリカの工業会で発達した作業動作時間測定法であるＭＴＭ（Ｍｅｔｈｏｄｓ Ｔｉｍｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）を改良して作り上げた極めて簡便な評価法である。
【００４１】
尚、ＭＯＤＡＰＴＳ法で規定された要素動作は、指、手、腕の移動動作と、移動動作の終わりになされる指、手、腕の終局動作と、移動動作と終局動作の何れにも含まれない補助動作の三つに分類される。移動動作はＭｘで表され、ｘＭＯＤの移動動作を行う。ｘはＭＯＤ値で要素動作の所要時間値を表し、ＭＯＤは人間の動作の最小単位を意味しており、１ＭＯＤは０．１２９秒の動作時間に相当する。尚、Ｍは「Ｍｏｖｅ」の略称である。また、終局動作は、対象物に手を伸ばした後、それを掴む動作Ｇｘと、対象物を移動させた後、それを目的の場所に置く動作Ｐｘの２種類があり、ｘはＭＯＤ値である。Ｇは「Ｇｅｔ」の略称、Ｐは「Ｐｕｔ」の略称である。Ｇｘ、ＰｘはｘＭＯＤの終局動作を行うが、Ｇｘの場合、掴みの難易度に応じてＧ０、Ｇ１またはＧ３となり、Ｐｘの場合、置く際の難易度に応じてＰ０、Ｐ２またはＰ５となる。
【００４２】
補助動作は、Ｌ１、Ｅ２、Ｒ２、Ｄ３、Ｆ３、Ａ４、Ｃ４、Ｗ５、Ｂ１７、Ｓ３０の１０種類がある。尚、各数字はＭＯＤ値であり、各補助動作を行うときの所要時間値に相当する。Ｌ１は移動動作に対する重量補正で、重量物を移動する場合に、片手の実際にかかる重量が２〜６ｋｇまでの場合にはＬ１で置く動作Ｐｘの補正を行う。つまり、所要時間値として１ＭＯＤが加算される。また、重量が６ｋｇを超える場合は、４ｋｇ毎に１ＭＯＤを加算する。Ｌは「Ｌｏａｄ Ｆａｃｔｏｒ」の略称である。Ｅ２は視線移動と焦点合わせ動作である。Ｅは「Ｅｙｅ Ｕｓｅ」の略称である。Ｒ２は物の掴み直し動作である。Ｒは「Ｒｅｇｒａｓｐ」の略称である。Ｄ３は瞬間的判断とそれに伴う指の動作である。Ｄは「Ｄｅｃｉｄｅ ａｎｄ Ｒｅａｃｔ」の略称である。Ｆ３は足首の動作で、踵を床につけたままでの１回のペダル操作である。Ｆは「Ｆｏｏｔ Ａｃｔｉｏｎ」の略称である。Ａ４は指や手での加圧操作である。Ａは「Ａｐｐｌｙ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ」の略称である。Ｃ４は手または腕の１回転のクランク動作である。Ｃは「Ｃｒａｎｋ」の略称である。Ｗ５は１歩当りの歩行動作である。Ｗは「Ｗａｌｋ」の略称である。Ｂ１７は立ち姿勢から体を屈めて元の姿勢に戻る、或いは、屈んだ姿勢から立ち上がって元の姿勢に戻る動作。Ｂは「Ｂｅｎｄ ａｎｄ Ａｒｉｓｅ」の略称である。Ｓ３０は立ち姿勢から椅子に座って再び立つ、或いは、椅子に座った姿勢から立ち上がって再び座る動作である。Ｓは「Ｓｔａｎｄ Ａｒｉｓｅ」の略称である。
【００４３】
このように、ＭＯＤＡＰＴＳ法が極めて簡易なＰＴＳ法であり、要素動作及びその時間値の規定数が他のＰＴＳ法に比べて少なく、且つ、時間決定基準が簡単であるので、行為コマンドや変位情報から各要素動作の所要時間値を決定するルールが簡単化でき、また、必要な変位情報も簡単化できるため、ＰＴＳ適用部１３や入力部１１の構成を簡単化できる。
【００４４】
次に、ＰＴＳ適用部１３の具体的な動作、つまりＰＴＳ適用ステップについて説明する。ＰＴＳ適用部１３は、入力部１１に入力された時系列データの各行為コマンドに対して、各別にＭＯＤＡＰＴＳ法の要素動作を割り付ける。行為コマンド毎に割り付けられる要素動作の候補は予め決まっていて、その選択とＭＯＤ値を行為コマンドの詳細データとその行為コマンドに対応する動作に係る変位情報から求める。ＭＯＤ値はＭＯＤ値導出部１６が決めるが、ＭＯＤ値そのものを決める場合と、予めＭＯＤ値の決まった要素動作を何回繰り返すかの繰り返し回数を決める場合がある。１回の要素動作の所要時間値を求めるか、一連の同じ要素動作の所要時間値を求めるかの違いである。以下、行為コマンド別に説明する。
【００４５】
「Ｒｅａｃｈ」コマンドの場合は、条件判断付きコマンドであり、準備動作、歩行動作、姿勢変更に対して夫々要素コマンドを割り付ける。把持物を持ち替える等の準備動作については、当該準備動作が存在する場合に、移動動作のＭｘを割り付け、ＭＯＤ値導出部１６の移動動作判定部１７がそのときの手首、肘、肩、胴または腰の関節動作或いは回転動作の変位情報からＭＯＤ値ｘを特定する。具体的には、表１に示す判定表に基づいて決定する。
【００４６】
【表１】
表１の見かたは、表中の「０」がその人体部位の関節動作または回転動作が無い場合、「１」が有る場合を意味し、「２」は肩関節の回転角度が別途定義する第１の閾値以上となる関節動作が有る場合、「３」は肩関節の回転角度が別途定義する第２の閾値以上となる関節動作が有る場合を意味する。「−」はその人体部位の回転動作の有無を考慮しないことを意味する。これより、例えば、手首、肘、肩、胴または腰の何れも変位しない場合は、要素動作がＭ１となりＭＯＤ値ｘは１となる。また、肩と胴または腰は変位しないが肘が曲がる場合は、要素動作がＭ３となりＭＯＤ値ｘは３となる。
【００４８】
「Ｒｅａｃｈ」コマンドに歩行動作が存在する場合には、補助動作のＷ５を割り付け、そのＷ５動作を歩数回繰り返すようにする。ＭＯＤ値導出部１６の歩数計算部１８は、補助動作のＷ５が割り付けられると、コンピュータマネキンのその歩行動作における重心の移動距離と歩幅を変位情報から求め、或いは、変位情報として入力された重心の移動距離と歩幅を用いて、重心の移動距離を歩幅で除して歩数を算出する。
【００４９】
「Ｒｅａｃｈ」コマンドは、最終的に対象物に手を届くまでの動作であり、何らかの姿勢変更を伴う。姿勢変更の種類には、コンピュータマネキンと対象物との相対的な位置関係によって、手首、肘、肩の関節動作以外にしゃがむ動作や体の捻り動作を含む場合があり、しゃがむ動作を伴う場合には、補助動作のＢ１７を割り当てる。尚、Ｂ１７動作は１往復の動作であるので、この場合は繰り返し回数として０．５を割り当てる。最終的に手を対象物に触れるまでの動作には、移動動作のＭｘを割り当てて、ＭＯＤ値導出部１６の移動動作判定部１７がそのときの手首、肘、肩の関節動作或いは回転動作の変位情報からＭＯＤ値ｘを特定する。具体的には、手首、肘、肩の関節動作と体の捻り動作を考慮して、表１の判定表に基づいて判定する。
【００５０】
「握る」コマンドの場合、ＰＴＳ適用部１３は終局動作のＧ１を割り当てる。この場合、ＭＯＤ値は１で固定である。
【００５１】
「移動」コマンドの場合、ＰＴＳ適用部１３は移動動作のＭｘを割り当てて、ＭＯＤ値導出部１６の移動動作判定部１７がそのときの手首、肘、肩、胴または腰の関節動作或いは回転動作の変位情報からＭＯＤ値ｘを特定する。具体的には、「Ｒｅａｃｈ」コマンドの準備動作や姿勢変更と同様に、表１の判定表に基づいて判定する。
【００５２】
「離す」コマンドの場合、ＰＴＳ適用部１３は移動動作のＭ１を割り当てる。「離す」コマンドは「握る」コマンドによってコンピュータマネキンの手が把持した対象物を解放する行為であるので、手首関節の回転動作を伴うとして、ＭＯＤ値として１を一意的に割り当てている。
【００５３】
「姿勢」コマンドの場合、ＰＴＳ適用部１３は補助動作のＢ１７と移動動作のＭｘの少なくとも何れか一方を割り当てる。具体的には、腰のＺ座標（高さ）が５０ｃｍ以上変化する姿勢変更の場合に、Ｂ１７が割り当てられる。但し、Ｂ１７動作は１往復の動作であるので、この場合は繰り返し回数として０．５を一意的に割り当てる。その他の姿勢変更の場合には、移動動作のＭｘが割り当てられ、ＭＯＤ値導出部１６の移動動作判定部１７がそのときの手首、肘、肩、胴または腰の関節動作或いは回転動作の変位情報から表１の判定表に基づいてＭＯＤ値ｘを特定する。
【００５４】
「見る」コマンドの場合、ＰＴＳ適用部１３は補助動作のＥ２を割り当てて、その繰り返し回数をＭＯＤ値導出部１６が算出する。具体的には、ＭＯＤ値導出部１６は変位情報として入力された頭部の回転角度を３０度で除して、繰り返し回数を求める。つまり、頭部の回転角度が３０度当り１回のＥ２動作を割り当てる。
【００５５】
「引く」コマンドの場合、ＰＴＳ適用部１３は移動動作のＭｘを割り当てて、ＭＯＤ値導出部１６の移動動作判定部１７がそのときの手首、肘、肩、胴または腰の関節動作或いは回転動作の変位情報から表１の判定表に基づいてＭＯＤ値ｘを特定する。
【００５６】
「置く」コマンドの場合、「Ｒｅａｃｈ」コマンドと同様に、条件判断付きコマンドであり、準備動作、歩行動作、姿勢変更に対して夫々要素コマンドを割り付ける。具体的な処理方法も実質的に「Ｒｅａｃｈ」コマンドと同様である。相違点としては、姿勢変更の最後に終局動作のＰ０を追加する点であるが、これはＭＯＤ値が０であるので、所要時間値の計算には影響を与えない。
【００５７】
「点火」コマンドの場合、点火状態（コンロの火炎）の確認の為に体を捻りながら点火動作をする場合があるので、ＰＴＳ適用部１３は、当該捻りが有る場合には、Ｍ７とＰ０を割り当て、当該捻りが無い場合にはＰ０を割り当てる。また、当該捻りの有無は入力部１１に入力された胴または腰部の変位情報である回転の有無により判定する。
【００５８】
尚、ＭＯＤ値導出部１６の移動動作判定部１７における判定基準（表１の判定表）、歩数計算部１８における計算式、及び、ＭＯＤ値導出部１６の他の計算式等は、本発明装置１を構成するコンピュータシステムの記憶装置に格納されている。
【００５９】
動作時間情報導出部１４は、図３に示す動作時間算出ステップに含まれる動作時間情報導出ステップを前記コンピュータ上で実行することにより実現される。動作時間情報導出ステップにおいて、ＰＴＳ適用部１３が時系列データの各行為コマンドに割り付けた要素動作の各ＭＯＤ値を合計して、各行為コマンドの動作時間を算出する。ここで、同じ要素動作が複数回繰り返されている場合や、半分だけの場合は、その要素動作のＭＯＤ値にそれらの繰り返し回数を乗じて合計を求める。尚、行為コマンドが条件判断付きコマンドの場合には、準備動作、歩行動作、姿勢変更の夫々の有無に応じて各別に要素動作の各ＭＯＤ値を合計して動作時間を算出する。また、動作時間に代えて動作速度を設定する行為コマンドの場合は、ＭＯＤ値及びＭＯＤ値の決定に使用したコンピュータマネキンの重心移動距離等の変位情報から動作速度を算出する。例えば、「Ｒｅａｃｈ」コマンドの歩行動作において、歩行速度を入力するように設定されている場合が相当する。
【００６０】
動作時間情報変更部１５は、図３に示す動作時間算出ステップに含まれる動作時間情報変更ステップを前記コンピュータ上で実行することにより実現される。動作時間情報変更ステップにおいて、入力部１１に入力された時系列データの各行為コマンドに対して動作時間や動作速度等の動作時間情報を、デフォルト値設定部１２が設定したデフォルト値から、動作時間情報導出部１４が算出した動作時間情報に変更して、行動生成システム１０及び心臓循環器系モデル６に出力する。この結果、行動生成システム１０は、人手によって当該動作時間情報を入力することなく、動作時間算出手段２によって算出された動作時間情報によって行為コマンドの時系列データを処理して、コンピュータマネキンの行動を生成し、コンピュータ画面上の仮想空間内にその行動を可視化することができる。更に、心臓循環器系モデル６は後述する要領で、行動生成システム１０で生成されるコンピュータマネキンの行動に対する血圧及び心拍数の時間的変化を算出することにより当該行動の心臓負担評価を行うことができる。
【００６１】
次に、運動強度特定手段３及び運動タイプ特定手段４の構成について説明する。運動強度特定手段３は、行動生成システム１０が出力する行為コマンドの時系列データ及び変位情報を入力し、その行為コマンドの時系列データで特定される動作の運動強度指標を導出する。また、運動タイプ特定手段４は、行動生成システム１０が出力する行為コマンドの時系列データを入力し、その行為コマンドの時系列データから各行為コマンドで特定される動作に対して、等尺性収縮運動（Ｉｓｏｍｅｔｒｉｃ Ｅｘｅｒｃｉｚｅ）、等張性収縮運動（ＩｓｏｔｏｎｉｃＥｘｅｒｃｉｚｅ）、及び、心臓位置の急激な上下移動を伴う上下移動運動（Ｒａｐｉｄ Ｃｈａｎｇｅ）の３タイプからなる運動タイプの少なくとも一つを割り当てる。運動強度特定手段３及び運動タイプ特定手段４は夫々、行為コマンドから運動強度指標への第１変換テーブル、行為コマンドから運動タイプへの第２変換テーブルを備えて構成される。具体的には、本発明プログラムの運動強度特定ステップと運動タイプ特定ステップを各変換テーブルを用いて夫々前記コンピュータ上で実行することにより実現される。
【００６２】
尚、本実施形態では、運動強度指標としてＭＥＴＳ（Ｍｅｔａｂｏｌｉｃ Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ、代謝当量）を用いる。ＭＥＴＳは作業時酸素代謝量を安静時酸素代謝量で除した値であり、１ＭＥＴは安静時代謝量を表しており、酸素摂取量にして３．５ｍｌ／ｋｇ／分に相当する。
【００６３】
以下、上記行為コマンドから運動強度指標（ＭＥＴ値）への変換、及び、行為コマンドから運動タイプへ変換の手順について、表２及び表３を参照しながら行為コマンド別に説明する。
【００６４】
【表２】
【表３】
「Ｒｅａｃｈ」コマンドの場合は、条件判断付きコマンドであり、準備動作、歩行動作、姿勢変更に対して夫々、表２の変換テーブル（第１変換テーブルの一部と第２変換テーブル）に従って、ＭＥＴ値及び運動タイプが割り当てられる。把持物を持ち替える等の準備動作については、当該準備動作が存在する場合に、運動強度指標として１ＭＥＴ、運動タイプとして等張性収縮運動が夫々割り当てられる。歩行動作が存在する場合は、運動強度指標として３ＭＥＴ、運動タイプとして等張性収縮運動が夫々割り当てられる。また、姿勢変更にしゃがむ動作が含まれている場合は、運動強度指標として１ＭＥＴ、運動タイプとして上下移動運動が夫々割り当てられる。尚、「Ｒｅａｃｈ」コマンドが準備動作や歩行動作を伴うか否かは、前述のＰＴＳ適用部１３でのＭＯＤ値導出時の条件判断結果を利用してもよく、また、独自に同様の判断を変位情報に基づいて行ってもよい。
【００６７】
「握る」、「移動」、「離す」及び「見る」コマンドの場合、表２の変換テーブルに基づいて、運動強度指標として１ＭＥＴ、運動タイプとして等張性収縮運動が夫々割り当てられる。
【００６８】
「姿勢」コマンドの場合、前述のＰＴＳ適用部１３でのＭＯＤ値導出時と同様に、腰の高さが５０ｃｍ以上変化するか否かの判定を行い、表２の変換テーブルに基づいて、当該変化を伴う場合は、運動強度指標として１ＭＥＴ、運動タイプとして上下移動運動が夫々割り当てられ、当該変化を伴わない場合は、運動強度指標として１ＭＥＴ、運動タイプとして等張性収縮運動が夫々割り当てられる。尚、「姿勢」コマンドが当該変化を伴うか否かは、前述のＰＴＳ適用部１３でのＭＯＤ値導出時の条件判断結果を利用してもよく、また、独自に同様の判断を変位情報に基づいて行ってもよい。
【００６９】
「引く」コマンドの場合、運動強度指標としてのＭＥＴ値は表３に基づいて決定され、運動タイプとして等張性収縮運動が割り当てられる。表３によるＭＥＴ値の割り当ては、「引く」コマンド動作の対象物の重さと、前述のＰＴＳ適用部１３での表１の判定表に基づくＭＯＤ値（Ｍｘ）の導出結果との両方に基づいて行う。表３では、対象物の重さが重いほど、また、ＭＯＤ値ｘが大きい（動作時間が長い）ほどＭＥＴ値（運動強度指標）が大きくなるように規定されている。尚、表３適用におけるＭＯＤ値（Ｍｘ）は前述のＰＴＳ適用部１３での表１の判定表に基づくＭＯＤ値（Ｍｘ）の導出結果を利用するが、別途独自に表１の判定表を適用してＭＯＤ値（Ｍｘ）を導出しても構わない。
【００７０】
「置く」コマンドの場合は、条件判断付きコマンドであり、準備動作、歩行動作、姿勢変更に対して夫々、表２と表３の変換テーブルに従って、ＭＥＴ値及び運動タイプが割り当てられる。把持物を持ち替える等の準備動作については、当該準備動作が存在する場合に、運動強度指標としてのＭＥＴ値は表３に基づいて決定され、運動タイプとして等張性収縮運動が割り当てられる。尚、表３の適用は「引く」コマンドの場合と同様である。歩行動作が存在する場合は、運動強度指標として３ＭＥＴ、運動タイプとして等張性収縮運動が夫々割り当てられる。また、姿勢変更にしゃがむ動作が含まれている場合は、運動強度指標として１ＭＥＴ、運動タイプとして上下移動運動が夫々割り当てられる。尚、「置く」コマンドが準備動作や歩行動作を伴うか否かは、前述のＰＴＳ適用部１３でのＭＯＤ値導出時の条件判断結果を利用してもよく、また、独自に同様の判断を変位情報に基づいて行ってもよい。
【００７１】
「点火」コマンドの場合は、条件判断付きコマンドであり、点火状態（コンロの火炎）の確認の為に体を捻りながら点火動作をする場合があるので、当該捻りが有る場合には、運動強度指標として３ＭＥＴ、運動タイプとして等尺性収縮運動が夫々割り当てられ、当該捻りが無い場合には、運動強度指標として２ＭＥＴ、運動タイプとして等尺性収縮運動が夫々割り当てられる。尚、「点火」コマンド動作は、基本的に指先または手先だけの動作であるので、運動タイプとして等尺性収縮運動が夫々割り当てられている。
【００７２】
ところで、上述の運動強度特定手段３及び運動タイプ特定手段４において、行動生成システム１０から変位情報を入力し、動作時間算出手段２からは一部の判断結果を入力する構成としているが、実際のコンピュータのプログラム処理においては、行動生成システム１０から変位情報の入力を受けずに、変位情報に基づく必要な判断は、全て動作時間算出手段２で行われる同様の判断結果を利用するのが好ましい。
【００７３】
次に、個人特性入力手段５について簡単に説明する。個人特性入力手段５は、心臓循環器系モデル６の入力データの一部として、コンピュータマネキンで生成する動作の模擬対象となる人間の個人特性を入力手段で、人手によるキーボード等の入力支援装置からのマニュアル入力を受け付け、或いは、個人特性情報を格納したデータベースから特定個人の情報を検索して、心臓循環器系モデル６に当該入力データを提供する手段であり、既知の技術を用いて構成される。尚、本実施形態では、個人特性情報として、年齢、安静時血圧、及び、安静時心拍数を入力する。また、個人特性情報として体重を入力する場合もある。
【００７４】
次に、心臓循環器系モデル６の構成及び動作について説明する。
心臓循環器系モデル６は、行為コマンドによって相互に対応づけられた動作時間情報と運動強度指標と運動タイプ、及び、個人特性入力手段５から入力された個人特性情報を入力データとして受け付け、行為コマンドの時系列データによって規定されるコンピュータマネキンの動作に伴う血圧及び心拍数を時系列に沿って算出可能に構成され、具体的には、図４に示すように、入力部２０、基準血圧算出部２１、圧受容器部２２、神経応答部２３、心拍数算出部２４、心拍出量算出部２５、１回拍出量算出部２６、血管抵抗算出部２７、血圧変動算出部２８、血圧算出部２９、酸素摂取量算出部３０、必要酸素摂取量算出部３１、化学受容器部３２、及び、化学受容器遅延部３３を備えて構成されている。
【００７５】
入力部２０は、動作時間算出手段２、運動強度特定手段３及び運動タイプ特定手段４によって算出または導出された、行為コマンドの時系列データにおける各行為コマンドの動作時間情報と運動強度指標（ＭＥＴ値）と運動タイプが行為コマンド毎に時系列に相互に関連付けられて、また、個人特性入力手段５によって入力された個人特性情報が、夫々入力されると、各部に必要なデータを提供する。ここで、各行為コマンドの動作時間情報と運動強度指標と運動タイプが行為コマンド毎に時系列に相互に関連付けられるて入力されるので、行為コマンド毎の運動強度指標と運動タイプが、夫々の経過時間が動作時間情報の動作時間で与えられる時系列データとして認識される。
【００７６】
基準血圧算出部２１は、入力部２０に入力された運動強度指標（ＭＥＴ値）と個人特性情報の安静時血圧に基づいて、基準血圧を以下の数１で表される算出式により算出する。但し、各血圧の単位は「ｍｍＨｇ」である。尚、数１の算出式は、被験者実験より安静時血圧に対して運動強度指標が１ＭＥＴ増す毎に基準血圧が１５ｍｍＨｇ増えると仮定して導出されている。ここで、基準血圧は、上記仮定のもとに、血圧に影響を与える他の因子を排除して運動強度指標と一定の相関関係をもって変化する血圧シミュレーションの基準値として設定したものである。
【００７７】
【数１】
基準血圧＝（ＭＥＴ値−１）×１５＋安静時血圧
【００７８】
圧受容器部２２は、血圧変動を刺激として受容して応答する人体の感覚器官（圧受容器）を模擬したもので、ここでは、心臓循環器系モデル６内部の演算処理で使用する単位時間にして１時間単位前に血圧算出部２９で算出された血圧を基準血圧算出部２１で算出された現時点における基準血圧から引いた差を圧刺激として算出する。
【００７９】
そして、神経応答部２３は、前記圧受容器の圧刺激に対する応答部分を模擬したもので、圧受容器部２２が出力する血圧差（ｍｍＨｇ）に０．４を乗じた値を心拍数補正量（回／分）として出力する。ここでは、被験者実験より、血圧を１ｍｍＨｇ増やすために心拍数が０．４回／分増えると仮定している。
【００８０】
心拍数算出部２４は、心拍数算出部２４が出力した１時間単位前の心拍数に、神経応答部２３と化学受容器遅延部３３が夫々出力する各心拍数補正量を足した値を新たな心拍数として出力する。尚、心拍数の単位は「回／分」である。
【００８１】
心拍出量算出部２５は、心拍数算出部２４が算出した心拍数（回／分）と１回拍出量算出部２６が算出した心拍１回当りの血液の拍出量（ｍｌ／回）を乗じて１分間当りの心拍出量（ｍｌ／分）を算出する。
【００８２】
１回拍出量算出部２６は、入力部２０に入力された運動強度指標（ＭＥＴ値）と運動タイプと個人特性情報の年齢及び安静時心拍数に基づいて、心拍１回当りの血液の拍出量（ｍｌ／回）を数２に示す算出式により算出する。
【００８３】
【数２】
Ａ＝１４８−安静時心拍数×０．９３５
Ｂ＝Ａ−８．３４＋酸素摂取量比
【００８４】
ここで、Ａは運動タイプが等尺性収縮運動の場合の１回拍出量で、Ｂは運動タイプが等張性収縮運動の場合の１回拍出量である。酸素摂取量比は、（酸素摂取量／最大酸素摂取量）×１００で与えられる。体重１ｋｇ当りの毎分の酸素摂取量（ｍｌ／ｋｇ／分）は（３．５×ＭＥＴ値）で与えられ、体重１ｋｇ当りの毎分の最大酸素摂取量（ｍｌ／ｋｇ／分）は、年齢２５歳以下では、定数４６．２で与えられ、年齢２６以上では、（５７．７−０．４６×年齢）で与えられる。
【００８５】
血管抵抗算出部２７は、入力部２０に入力された運動タイプと必要酸素摂取量算出部３１で算出された必要酸素摂取量（ｍｌ／分）に基づいて、血管抵抗（ｍｍＨｇ・分／ｍｌ）を算出する。運動タイプが等尺性収縮運動の場合は、血管抵抗は定数０．０１９６で与えられ、運動タイプが等張性収縮運動の場合は、血管抵抗は（０．０１９６−必要酸素摂取量×０．０００００２）で与えられる。
【００８６】
血圧変動算出部２８は、入力部２０に入力された運動強度指標（ＭＥＴ値）と運動タイプと個人特性情報の年齢に基づいて、数３または数４より血圧変動（ｍｍＨｇ）を算出する。具体的には、行為コマンドの「Ｒｅａｃｈ」、「置く」、「姿勢」において、運動タイプとして上下移動運動が含まれている場合に、血圧変動算出部２８が起動される。尚、上下移動運動が立ち上がり動作の場合は数３が適用され、しゃがみ動作の場合は数４が適用される。
【００８７】
【数３】
血圧変動＝（２Ｃ／ｔ0）×ｔ （０≦ｔ≦ｔ0／２）
血圧変動＝−（２Ｃ／ｔ0）×ｔ＋２Ｃ （ｔ0／２＜ｔ≦ｔ0）
Ｃ＝−（５Ｖ＋３５）
ｔ0＝２０＋０．１×年齢
【００８８】
【数４】
血圧変動＝（２Ｄ／ｔ0）×ｔ （０≦ｔ≦ｔ0／２）
血圧変動＝−（２Ｄ／ｔ0）×ｔ＋２Ｄ （ｔ0／２＜ｔ≦ｔ0）
Ｄ＝（５Ｖ＋３５）
ｔ0＝２０＋０．１×年齢
【００８９】
数３及び数４において、Ｖは立ち上がり或いはしゃがみ速度（ｍ／秒）で、動作時間情報から与えられる。また、ｔは立ち上がり或いはしゃがみ動作を開始してからの経過時間（秒）であり、ｔ0は血圧変動の回復時間（秒）で、Ｃ及びＤは夫々回復時間の中間点での血圧変動（ｍｍＨｇ）である。数３の場合、つまり、立ち上がり時は、血圧変動は回復時間の中間点まで直線的に減少し、その中間点から直線的に回復する三角波形で表される。数４の場合、つまり、しゃがみ時はその逆である。
【００９０】
血圧算出部２９は、心拍出量算出部２５が算出した心拍出量（ｍｌ／分）と血管抵抗算出部２７が算出した血管抵抗（ｍｍＨｇ・分／ｍｌ）と、血圧変動算出部２８が算出した血圧変動（ｍｍＨｇ）とに基づいて、数５により血圧を算出する。ここで、運動タイプが等尺性収縮運動または等張性収縮運動の場合は、血圧変動算出部２８は起動されないので、血圧変動は０である。
【００９１】
【数５】
血圧＝心拍出量×血管抵抗＋血圧変動
【００９２】
酸素摂取量算出部３０は、心拍出量算出部２５が算出した心拍出量（ｍｌ／分）に基づいて酸素摂取量（ｍｌ／分）を算出する。具体的には、酸素摂取量は（０．１８５×心拍出量−４５２）で与えられる。
【００９３】
必要酸素摂取量算出部３１は、入力部２０に入力された運動強度指標（ＭＥＴ値）に基づいて、各行為コマンドで規定される動作に必要な１分間当りの必要酸素摂取量（ｍｌ／分）を算出する。具体的には、必要酸素摂取量は（３．５×ＭＥＴ値×体重）で与えられる。ここで、体重（ｋｇ）は予め設定された標準体重を使用するか、或いは、個人特性情報の一つとして入力部２０に入力されたものを使用する。
【００９４】
化学受容器部３２と化学受容器遅延部３３は、化学刺激を受容して応答する人体の感覚器官（化学受容器）を模擬したもので、ここでは、必要酸素摂取量算出部３１が算出した必要酸素摂取量に対する不足酸素量を化学刺激として受容し、その反応として一定の時間遅れでその不足酸素量を補うように心拍数を補正すると仮定する。具体的には、化学受容器部３２が必要酸素摂取量から必要酸素摂取量が算出した酸素摂取量を差し引いて不足酸素量を算出し、化学受容器遅延部３３が、その不足酸素量に係数０．０１を乗じて心拍数補正量（回／分）を求め、それを一定時間（本実施形態では５秒）遅れで出力する。
【００９５】
心臓循環器系モデル６は、上記した各部２０〜３３の演算処理を前記コンピュータに実行させる各プログラムステップにより構成され、具体的には、当該各プログラムステップを前記入力データに基づいて前記時間単位毎に循環的に実行させることにより、血圧及び心拍数を時系列に沿って算出することができる。
【００９６】
ところで、本発明プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体やインターネット等のデータ伝送媒体を介して、本発明装置１をハードウェア的に構成するコンピュータがアクセス可能な記録装置内にインストールされて実用に供される。具体的には、インストールされた当該プログラムが当該記憶装置からコンピュータが実行可能な主記憶上へ読み込まれて実行される。
【００９７】
次に、本発明装置１を用いた血圧及び心拍変動のシミュレーション結果を説明する。心臓循環器系モデル６の精度確認のために、３種類の基本動作について実験データと比較を行った。比較結果を図５〜７に示す。
【００９８】
図５は椅子から立ち上がる動作を６０秒時点で開始した場合、図６は腕を肘から先を水平方向（９０度）に伸ばして４ｋｇの重りを保持する動作を３００秒時点で開始した場合（ＭＥＴ値が１から１．７に変化）した場合、図７は歩行動作を３００秒時点で開始した場合（ＭＥＴ値が１．５から３に変化）した場合のシミュレーション結果と実験結果を夫々示している。尚、図６のシミュレーションにおける運動タイプは等尺性収縮運動、図７のシミュレーションにおける運動タイプは等張性収縮運動である。
【００９９】
次に、本発明装置１の理解を容易にする為に、本実施形態で想定される行動生成システム１０について説明する。図８に示すように、行動生成システム１０は、作業記述部４１、行為選択部４２、一つまたは複数の行為ファイル４３、人データベース４４、物データベース４５、動作決定ルール４６、姿勢データベース４７、及び、可視化部４８の各部で構成されている。
【０１００】
尚、行動生成システム１０は、従来の技術の項で説明した既存のコンピュータマネキンの行動生成システム（コンピュータマネキンの取る目標姿勢を予めマウス等のコンピュータの入力装置を用いてコンピュータ画面上で作成しておき、各目標姿勢間の動作を、例えばインバースキネマティクス等の動作合成アルゴリズムで生成し、別途入力した動作時間でコンピュータマネキンをコンピュータ画面上の仮想空間内で動作させるべく可視化（アニメーション）を行う）をベースに、作業動作入力の簡易化、それを実現するための行為コマンド、特に条件判断付き行為コマンドの導入を図り、行為コマンドの実行に必要な人データベース４４、物データベース４５、動作決定ルール４６等を新たに構成しているものを想定する。但し、行動生成システム１０として、条件判断付き行為コマンドを使用しないシステムであっても構わない。
【０１０１】
作業記述部４１は、コンピュータマネキンにさせる作業動作を入力する入力手段である。機能としては、作業記述用のＧＵＩ（グラフィカルユーザインターフェース）をコンピュータ画面上に提供し、オペレータのマウス操作やキー入力操作等により「ヒューマン」、「場所」、「目標物」、「目的」が順に指定されると、一連の作業動作を自動的に定義して、コンピュータマネキンの対象物に対する動作の概略を規定した入力データを生成する。
【０１０２】
ここで、「ヒューマン」はコンピュータマネキンの名称を指定するもので、具体的には、フィギュアファイル名を指定する。コンピュータマネキンの「目的」は、コンピュータマネキンにさせる作業動作の種別を規定するものであり、「目標物」は、指定された目的で特定される動作の直接の対象物である。また、「場所」は、指定された目的で特定される動作を、指定された目標物に対して行う「場所」であり、当該目的動作に付随する一連の動作に含まれる行為において、直接の対象物となる場合がある。例えば、「場所」が「冷蔵庫の上段」であり、「目的」が「取り出す」である場合に、「取り出す」という目的動作に付随する後述する各種行為の対象物が「冷蔵庫の上扉」であることが、「場所」によって定義づけられる。従って、コンピュータマネキンの動作の対象となる対象物として、「目標物」と「場所」が指定される。
【０１０３】
尚、指定された「ヒューマン」、「場所」の特性を人データベース４４、物データベース４５から参照し、図９に示すように、指定されたヒューマンが持っている物、及び、指定された場所にある物を「目標物」の候補として自動的にリストアップするように構成され、「目標物」の指定の簡易化が図られている。更に、図９に示すように、「目的」の指定も、指定された目標物の特性の一つとして設定されているアフォード動作を物データベース４５から参照し、その目標物に適した「目的」動作を自動的にリストアップするように構成され、「目的」の指定の簡易化が図られている。ここで、アフォードとはＪ．ギブソンが提唱した認知科学や人工知能分野で注目されているアフォーダンス理論（知覚理論）における概念で、物体がその物体に作用する主体に対して行為を引き出すことを意味している。
【０１０４】
行為選択部４２は、作業記述部４１で生成された入力データの「目的」で特定される動作を、９種類の「行為」の中から選択された複数の「行為」を組み合わせて定義する。ここで、９種類の「行為」は、「Ｒｅａｃｈ」、「握る」、「移動」、「離す」、「姿勢」、「見る」、「引く」、「置く」、「点火」という九つの行為コマンドを用いて選択される。各行為コマンドの概略は既に説明した通りである。
【０１０５】
ここで、各行為コマンドの動作主体たるコンピュータマネキンは、入力データの「ヒューマン」で指定されたコンピュータマネキンであり、入力データの「目標物」で直接的に指定された対象物或いは入力データの「場所」で間接的に指定された対象物が、各行為コマンドで特定される行為の対象物となる。つまり、各行為コマンドにおいて、「ヒューマン」で指定されたコンピュータマネキンの所定人体部位がその対象物に対して所定の動作を実行することになる。
【０１０６】
「Ｒｅａｃｈ」コマンドは、上述のように、コンピュータマネキンの特性と対象物の特性との間の関係によって行為の詳細動作が変化する条件判断付きコマンドであり、準備動作、歩行動作、姿勢変更に分解されるので、行為選択部４２は、動作決定ルール４６を参照して、コンピュータマネキンの特性と対象物の特性との間の関係を判断して、「Ｒｅａｃｈ」行為の詳細動作を決定する。以下、その処理手順及び動作決定ルール４６について説明する。
【０１０７】
先ず、使用できる手の判断を動作決定ルール４６の以下の持ち方判定基準に基づいて決定する。具体的には、人データベース４４からコンピュータマネキンの利き腕情報を読み出すとともに、物データベース４５から、「Ｒｅａｃｈ」行為の対象物と現在少なくとも左右何れかの手に何か物を持っている場合にはその把持物の特性（持ち方の制約）を読み出す。次に、図１０に示す持ち方判定表に従い、現在の手の状況（何も持っていない（ｆｒｅｅ）、利き手で持っている、逆手で持っている、両手で持っている）と対象物の持ち方の制約に基づいて、対象物の持ち方、または、必要な準備動作を決定する。準備動作として、「置くｏｒ持ち替えるｏｒ離す」が選択された場合であって、把持物の持ち方の制約が、利き手のみで且つ軌道規則がない場合は「置く」動作を、どちらの手でもよく且つ軌道規則がない場合は「持ち替える」を、そして、軌道規則がある場合は「離す」動作を、夫々準備動作とする。
【０１０８】
上記要領で決定された準備動作が、「置く」の場合はエラーメッセージを表示しプログラムを終了する。また、「持ち替える」の場合は、例えば、右手から左手に持ち替える場合は、把持物と左手をコンピュータマネキンの背中のサイトから所定距離オフセットした位置まで移動（後述する行為コマンドの一つ）させる。このとき背中のサイトから所定距離オフセットした位置には仮想物体（座標系のみ存在して見えない物体）を用意しておき、その仮想物体に対して左手を移動させる。次に左手を握り（後述する行為コマンドの一つ）、右手を離す（後述する行為コマンドの一つ）という動作を実行する。また「離す」の場合は、単に把持物を持っている方の手を離す。
【０１０９】
上記持ち方判定及び準備動作の決定が終わると、コンピュータマネキンの移動または姿勢変更の有無の判断及び姿勢変更の内容を、動作決定ルール４６の以下の移動・姿勢変更判定基準に基づいて決定する。以下の判定で使用するコンピュータマネキンの特性及び対象物の特性は人データベース４４と物データベース４５から夫々予め或いは適時に読み出される。
【０１１０】
先ず、対象物の特性の一つである移動可能性が否の場合、例えば、対象物が冷蔵庫等の一般に固定状態の重量物である場合（但し、冷蔵庫を移動させる作業の場合では移動可能性は可となる）について説明する。
【０１１１】
対象物の特性の一つである立ち位置サイトのグローバルＸＹ座標が、コンピュータマネキンの特性の一つである重心サイトのグローバルＸＹ座標と一致していない場合は、当該座標が一致するまでコンピュータマネキンを移動し、一致している場合は当該移動を行わない。ここで、グローバルとは仮想空間内の絶対座標であり、ＸＹは仮想空間内の水平面内の位置座標であり、Ｚは垂直方向の座標つまり高さである。更に、対象物の特性の一つである握り点Ｚ座標がコンピュータマネキンの特性の一つである腰サイトＺ座標より大きければ姿勢変更を行わず、前記握り点Ｚ座標がマネキンの特性の一つである膝サイトＺ座標より大きく、前記腰サイトＺ座標以下であれば、コンピュータマネキンの背中を１０°曲げる姿勢変更を決定し、前記握り点Ｚ座標が膝サイトＺ座標以下であれば、コンピュータマネキンの背中を９０°曲げるとともに腰高さを起立時より６分の１下げる姿勢変更を決定する。
【０１１２】
次に、対象物の特性の一つである移動可能性が可の場合、例えば、対象物がコップ、鍋、缶等の可搬物である場合について説明する。
先ず、図１１に示す移動・姿勢判定表を参照して、移動・姿勢変更の有無及び姿勢変更内容を決定する。図１１の縦軸は対象物の握り点とコンピュータマネキンの身体部位との高さ位置関係を示し、横軸は対象物の握り点までの距離とコンピュータマネキンの腕の長さとの関係を示している。また、表中の数字は、姿勢変更がある場合の内容を示しており、上段が背中の曲げ角度で、下段が起立時の腰高さを１とした時の腰高さの変更割合を示す負号は腰高さを下げる場合、正号は腰高さを上げる場合を意味している。
【０１１３】
また、図１１に示す移動・姿勢判定表の腕の長さは、肩口から掌までの長さを掌サイトと肘サイトの差で求まる長さと肩サイトと肘サイトの差で求まる長さの和に対して、図１２に示す腕の長さ補正係数ｍを乗じて求める。図１２において、筋力レベルは腕の筋力レベルを意味し、コンピュータマネキンの特性の一つである。また、質量は対象物の特性の一つである。
【０１１４】
この補正係数ｍを導入することで、筋力の強いコンピュータマネキンが手を伸ばして掴む物でも、筋力の弱いコンピュータマネキンは一度移動して対象物に近づいてから対象物を掴むというように、筋力レベルに応じた動作の変化が現れる。また、対象物が軽ければ、コンピュータマネキンが手を伸ばして掴む物でも、対象物が重ければ、コンピュータマネキンは一度移動して対象物に近づいてから対象物を掴むというように、対象物の重さ（質量）に応じた動作の変化が現れる。更に、対象物が重くても筋力が強ければ手を伸ばすだけの動作が、対象物が重くなくても筋力が弱ければコンピュータマネキンは一度移動して対象物に近づいてから対象物を掴むというように、対象物の重さ（質量）とコンピュータマネキンの筋力レベルとの相対的な関係で動作の変化が現れる。
【０１１５】
ここで、移動・姿勢判定表による判定結果が「移動」である場合、対象物との距離が腕の長さの半分になるまでコンピュータマネキンを移動する。そして、対象物の握り点Ｚ座標がコンピュータマネキンの腰サイトＺ座標より大きければ姿勢変更は行わない。また、前記握り点Ｚ座標がコンピュータマネキンの膝サイトＺ座標より大きく且つコンピュータマネキンの腰サイトＺ座標以下の場合は、コンピュータマネキンの背中を１０°曲げる姿勢変更を決定し、前記握り点Ｚ座標が膝サイトＺ座標以下であれば、コンピュータマネキンの背中を９０°曲げるとともに腰高さを起立時より６分の１下げる姿勢変更を決定する。更に、移動・姿勢判定表による判定結果が「姿勢変更」有りの場合は、コンピュータマネキンの移動は行わずに表中の姿勢変更の内容に従い、判定結果が「変更無し」の場合は移動も姿勢変更も行わない。
【０１１６】
姿勢変更の内容としては、背中の曲げと腰高さの変更に加えて、腰の捻りと体全体の回転があり、右手の場合は図１３に示す捻りの有無の判定図に基づいて姿勢変更有無及び変更内容（腰の捻りまたは体全体の回転角度）を決定する。具体的には、コンピュータマネキンの重心サイトを基準にコンピュータマネキンの正面方向を０°として右回転を正方向、左回転を負方向として対象物の握り点までの必要回転角度に基づいて、姿勢変更有無及び変更内容が決定される。以下、右手の場合について説明する。左手の場合は極性が正負反転する。
【０１１７】
先ず、コンピュータマネキンのＸＹグローバル座標及び方向と対象物のＸＹグローバル座標から必要回転角度を算出する。この必要回転角度が−４５°より大きく９０°以下の場合は、捻り及び体全体の回転は行わない。必要回転角度が９０°より大きく１３５°以下の場合は、（必要回転角度−９０°）だけ腰を捻る。つまり、必要回転角度が９０°になるように腰を捻ることになる。必要回転角度が−９０°より大きく−４５°以下の場合は、（必要回転角度＋４５°）だけ腰を捻る。つまり、必要回転角度が−４５°になるように腰を捻ることになる。必要回転角度が−１８０°より大きく−９０°以下の場合は、（必要回転角度＋４５°）だけ体全体を回転させるとともに、腰を左に４５°捻る。つまり、必要回転角度が−４５°になるように体全体を回転させ腰を捻ることになる。必要回転角度が１３５°より大きく１８０°以下の場合は、（必要回転角度−９０°）だけ体全体を回転させるとともに、腰を右に９０°捻る。つまり、必要回転角度が９０°になるように体全体を回転させ腰を捻ることになる。
【０１１８】
以上、「Ｒｅａｃｈ」コマンド及びその条件判断に用いられる動作決定ルール４６の説明を行ったが、「置く」コマンドについては全く同様の動作決定ルール４６が適用される。また、「点火」コマンドについては、腰の捻りと体全体の回転を伴う姿勢変更だけが上記要領で判定される。「Ｒｅａｃｈ」、「置く」及び「点火」コマンド以外の六つの行為コマンドは条件判断を伴わないコマンドであり、動作決定ルール４６は使用されない。
【０１１９】
「握る」コマンドは、具体的には、対象物の特性の一つである対象物の握り方と関連付けられた手の形を変更する。次に、対象物の特性の有する一変数で、手に持たれているか否かを示す把持オブジェクト変数を把持状態に設定する。尚、手の形は、後述する姿勢データベース４７に登録されてあり、対象物の握り方で検索可能となっている。
【０１２０】
「移動」コマンドは、実際には、対象物を移動させることで、その対象物を把持する手を、対象物の移動軌跡に沿って同時に移動させ、あたかもコンピュータマネキンの手が対象物を把持しながら移動させているように見せる。具体的には、対象物を把持する手とその対象物との間の連結に係る拘束条件をオンにする。これにより手が対象物に追従して移動することになる。次に、対象物の位置変更、或いは、対象物のジョイント角度の変更（例えば、冷蔵庫の扉等の場合）を行い、前記連結の拘束条件をオフにする。
【０１２１】
「引く」コマンドは、「移動」コマンドとほぼ同様の処理を実行する。相違点は、対象物の位置変更先が、「引く」コマンドでは、コンピュータマネキンの背中サイトからオフセットした位置に限定される点である。
【０１２２】
「離す」コマンドは、具体的には、手の形を「握る」コマンド実行前のものに変更し、把持オブジェクト変数を解放状態に設定する。
【０１２３】
「姿勢」コマンドは、具体的には、コンピュータマネキンの全ての拘束条件をオフにし、姿勢を所定の姿勢名のものに変更し、全ての拘束条件をオンにする。このコマンドは、他の行為コマンドではコンピュータマネキンの動作が決定できない場合や、中間姿勢を指定する場合等に使用する。尚、姿勢名と姿勢ファイルとの関連は後述する姿勢データベース４７に登録されてあり、姿勢名で検索可能となっている。
【０１２４】
「見る」コマンドは、具体的には、視点オブジェクトを見る対象物まで位置変更し、視点オブジェクトの拘束条件をオンにし、更に、コンピュータマネキンの視点（正面方向）の視点オブジェクトに対する拘束条件をオンにする。このようにして、見る対象物の移動に対して視線を追従させることができる。
【０１２５】
行為選択部４２は、作業記述部４１で生成された入力データで特定される動作を、上述した九つの行為コマンドを用いて定義し、行為ファイル４３として行動生成システム１０に付属する所定の記憶装置内に保存する。行為ファイル４３を構成するデータ項目として、入力データで特定される目的動作、場所、目標物の他、時系列に並べられた各行為コマンドについて、実行順序を示す番号、行為コマンド名、各行為の動作対象となる対象物（一般には場所または目標物の何れか）、動作時間を夫々一組にして入力される。但し、「Ｒｅａｃｈ」コマンド、「置く」コマンドの動作時間は、準備動作、歩行、姿勢変更に分割して指定する。また、動作時間に代えて動作速度を指定するようにしても構わない。これらの動作時間や動作速度等の動作時間情報は、動作時間算出手段２の動作時間情報変更部１５によって変更された動作時間情報が行為選択部４２に入力される。尚、行為ファイル４３として最終的に保存される前の段階では、動作時間算出手段２に対して変位情報を提供するために、動作時間情報として、動作時間算出手段２のデフォルト値設定部１２によって設定されたデフォルト値が入力される。
【０１２６】
このように生成された行為ファイル４３を順次前記記憶装置内に蓄積することで、登録済みの行為ファイル４３に合致する入力データが作業記述部４１で生成された場合に、行為選択部４２は当該行為ファイル４３を読み出して、その行為ファイル中の各行為コマンドを逐次実行すれば良く、シミュレーション時間の低減が図られる。
【０１２７】
人データベース４４は、行為選択部４２の処理において必要なコンピュータマネキンの特性に関するデータを定義する。人データベース４４を構成するデータ項目は、例えば、名称、各人体部位の寸法（身長、手足の長さ等）、各人体部位の位置（重心等）筋力レベル、利き腕（利き手）等である。名称は入力データのヒューマンで指定されたコンピュータマネキンの名称に対応し、フィギュアファイル名を指定する。筋力レベルは、コンピュータマネキンの腕の筋力レベルを規定するもので、本実施形態の場合は、例えば弱い、普通、強いの三段階で規定し、夫々に数字の１，２，３が割り当てられている。利き腕は、コンピュータマネキンの利き腕が左右何れであるかを指定するもので、本実施形態の場合は、右に０、左に１を割り当てている。
【０１２８】
物データベース４５は、行為選択部４２の処理において必要な対象物（目標物、場所）の特性に関するデータを定義する。物データベース４５を構成するデータ項目は、例えば、名称、位置、置く可能性、質量、軌道規則、持ち方、移動可能性、握り方、状況等である。
【０１２９】
名称は目標物や場所で指定される対象物のフィギュアファイル名を指定する。位置は、対象物のどの面が下面かを指定する接地面、接触点（握り点）、立ち位置等の位置関係を指定する。置く可能性は、その対象物がどこかに置かれる可能性の有無を指定する。軌道規則はその対象物が移動する時の軌道規則の有無を指定する。持ち方はその対象物が左右何れの手で持つべきかを指定する。例えば、どちらの手でも構わない場合は０、利き手に限定される場合は１、逆手に限定される場合は２、両手に限定される場合は３のように四通りに区分する。更に、右手或いは左手に限定する場合を加えても構わない。移動可能性はその対象物が移動可能か否かを指定する。握り方はその対象物の握り方を定義するもので、その対象物を把持するときの手の形を表すデータを姿勢データベース４７から検索可能な握り方名を指定する。状況は対象物の状態を表すもので対象物に応じて設定される。例えば、対象物がコップの場合では液体の有無、また、対象物が冷蔵庫の場合では扉の開閉状態等が設定できる。
【０１３０】
更に、物データベース４５は、オプションとして対象物がアフォードする動作を設定できる。例えば、缶の場合に「取り出す」等を指定すると、作業記述部４１で「目標物」に缶が指定されると、「目的」の候補として「取り出す」がリストアップされる。また、上記以外にもアフォード動作を設定することで、動作の記述の簡易化が図れる。
【０１３１】
姿勢データベース４７は、行為選択部４２の処理において利用される、握り方名と手の形との関連、及び、姿勢名と姿勢ファイルとの関連を定義する。
【０１３２】
可視化部４８は行為選択部４２で定義された一連の動作のアニメーションを作成する。つまり、作業記述部４１で指定されたコンピュータマネキンの動作を、行為選択部４２で定義された行為コマンドの時系列の組み合わせに従って、或いは、登録された行為ファイル４３に記述されている行為コマンドの時系列の組み合わせに従って、具体的な動作動作を所定の合成アルゴリズムによって合成してコンピュータ画面上の仮想空間内に表示させる。具体的な動作の合成処理は既存の行動生成システムの機能を使用するので、詳細な説明は割愛する。
【０１３３】
可視化部４８は、アニメーションを作成する前に各行為の所要時間を指定するように構成されており、指定された行為所要時間に基づいてアニメーションを作成する。
【０１３４】
行動生成システム１０は、ハードウェアとしては、高解像度モニタを備えた３次元コンピュータグラフィックス描画機能の有するコンピュータシステム上で動作する。人データベース４４、物データベース４５、動作決定ルール４６、姿勢データベース４７は、行動生成システム１０に付属する所定の記憶装置に格納されている。ソフトウェアとしては、ベースに一般的なＯＳ（オペレーティングシステム）とベースとなる行動生成システム及び動作合成アルゴリズムが存在し、作業記述部４１、行為選択部４２、可視化部４８が上記コンピュータ上でソフトウェア処理によって実現される。具体的には、上記で説明した各部４２，８の処理を、人データベース４４、物データベース４５、動作決定ルール４６、姿勢データベース４７等を必要に応じて読み書きしながら実行する本発明に係るコンピュータマネキン用の行動生成用プログラムの各処理に対応するプログラムステップが、上記コンピュータによって適時実行されることで、作業記述部４１、行為選択部４２、可視化部４８が構成される。
【０１３５】
以下に別実施形態を説明する。
〈１〉上記実施形態では、運動タイプ特定手段４は、各行為コマンド、条件判断付きコマンドの場合は各要素コマンド、に対して一つの運動タイプを割り当てていたが、人体を上肢下肢に分けて、または、上肢を更に左右に分けて、変位情報に基づいて部位毎に運動タイプを割り当てるようにして精度の向上を図るようにするのも好ましい。この場合、心臓循環器系モデル６の１回拍出量算出部２６、血管抵抗算出部２７、血圧変動算出部２８、血圧算出部２９が夫々の出力値を計算する場合に、分割した人体部位毎に異なる運動タイプで算出した結果を加重平均する等の処理を行うようにするのも好ましい。更に、運動タイプとして、上記３タイプに限定されるものではない。
【０１３６】
〈２〉心臓循環器系モデル６は、必ずしも上記実施形態の構成に限定されるものではない。心臓循環器系モデル６の各構成要素の一部または全部が異なってもよく、また、各部の入出力関係が異なっても、更に、各構成要素の算出式が異なっていても構わない。
【０１３７】
〈３〉上記実施形態では、運動強度特定手段３は表２及び表３に基づいてＭＥＴ値を割り当てる場合を示したが、表２及び表３中の各ＭＥＴ値は、適宜変更可能である。更に、上記実施形態では、運動強度指標としてＭＥＴＳを用いたが、ＲＭＲ等の他の運動強度指標を用いても構わない。この場合、使用する心臓循環器系モデル６は入力データとしてＲＭＲ等を受け付けるモデルに変更する必要がある。
【０１３８】
〈４〉上記実施形態（「第１実施形態」という。）では、動作時間算出手段２のＰＴＳ適用部１３、運動強度特定手段３及び運動タイプ特定手段４で用いられる変位情報は、行動生成システム１０側で抽出された変位情報が動作時間算出手段２の入力部１１、運動強度特定手段３及び運動タイプ特定手段４に入力されて利用されていたが、この場合、各行為コマンドに対して動作時間情報のデフォルト値を用いて行動生成システム１０側で一旦コンピュータマネキンの動作を合成してかかる変位情報を抽出していた。これに対し、行動生成システム１０側で動作の合成を実行することなく、行為コマンドの時系列データから直接、変位情報を抽出して、その変位情報をＰＴＳ適用部１３、運動強度特定手段３及び運動タイプ特定手段４で用いるようにしても構わない。
【０１３９】
具体的には、本別実施形態（「第２実施形態」という。）の動作時間算出手段５０は、図１４に示すように、入力部５１、変位情報抽出部５２、ＰＴＳ適用部５３、及び、動作時間情報導出部５４を備えて構成される。更に、ＰＴＳ適用部５３はＭＯＤ値導出部５５を備え、ＭＯＤ値導出部５５は移動動作判定部５６と歩数計算部５７を備える。各手段５１〜５７が、当該コンピュータのコンピュータシステムのハードウェア資源を利用しながら第２実施形態に係る本発明プログラムの動作時間算出ステップを実行することにより実現される点は、第１実施形態の場合と同様である。
【０１４０】
入力部５１は、行為コマンドの時系列データを、行動生成システム１０から入力する点は、第１実施形態の入力部１１と同じであるが、行動生成システム１０から変位情報の入力は行わない。具体的には、入力部５１は、図１５に示す動作時間算出ステップに含まれる入力ステップを前記コンピュータ上で実行することにより実現される。ここで、入力ステップは行動生成システム１０から行為コマンドの時系列データを入力し、前記コンピュータシステムの記憶装置に格納する処理を実行する。
【０１４１】
変位情報抽出部５２は、入力部５１に入力された時系列データの各行為コマンドから直接、ＰＴＳ適用部５３で使用する変位情報を抽出する。具体的には、変位情報抽出部５２は、図１５に示す動作時間算出ステップに含まれる変位情報抽出ステップを前記コンピュータ上で実行することにより実現される。ここで、抽出される変位情報は、第１実施形態で入力部１１に入力される変位情報とは異なる。そのため、ＰＴＳ適用部５３のＭＯＤ値導出部５５、移動動作判定部５６、歩数計算部５７の各アルゴリズムも第１実施形態のものと一部において異なる。従って、具体的にどのような変位情報が抽出されるかについては、後述のＰＴＳ適用部５３の動作説明において合わせて説明する。尚、変位情報抽出ステップは、後述のＰＴＳ適用ステップで各行為コマンド毎に変位情報が必要となる度に、各別に実行しても、ＰＴＳ適用ステップの前に予め必要な全ての変位情報を抽出するようにしても構わない。
【０１４２】
ＰＴＳ適用部５３は、図１５に示す動作時間算出ステップに含まれるＰＴＳ適用ステップを前記コンピュータ上で実行することにより実現される。ＰＴＳ適用ステップにおいて、入力部５１に入力された時系列データと変位情報抽出部５２が抽出した変位情報に基づいて、時系列データ中の各行為コマンドにＰＴＳ法で規定された要素動作を割り付ける。本第２実施形態も、ＰＴＳ法としてＭＯＤＡＰＴＳ法を用いる。要素動作を割り付けるにあたり、行為コマンド毎に特定されるＭＯＤＡＰＴＳ法で規定される要素動作の種別を決定し、その各要素動作の所要時間値に相当するＭＯＤ値を決定する。
【０１４３】
次に、ＰＴＳ適用部５３の具体的な動作、つまりＰＴＳ適用ステップについて説明する。ＰＴＳ適用部５３は、入力部５１に入力された時系列データの各行為コマンドに対して、各別にＭＯＤＡＰＴＳ法の要素動作を割り付ける。行為コマンド毎に割り付けられる要素動作の候補は予め決まっていて、その選択とＭＯＤ値を行為コマンドの詳細データとその行為コマンドに対応する動作に係る変位情報から求める。ＭＯＤ値はＭＯＤ値導出部５５が決めるが、ＭＯＤ値そのものを決める場合と、予めＭＯＤ値の決まった要素動作を何回繰り返すかの繰り返し回数を決める場合がある。１回の要素動作の所要時間値を求めるか、一連の同じ要素動作の所要時間値を求めるかの違いである。以下、行為コマンド別に説明する。ＰＴＳ適用部５３は、ＭＯＤＡＰＴＳ法を適用するので、行為コマンド毎に割り付けられる要素動作の種別は第１実施形態の場合と同じであるが、その要素動作の各ＭＯＤ値の決定方法が一部の行為コマンドにおいて第１実施形態と異なる。
【０１４４】
「Ｒｅａｃｈ」コマンドの場合は、条件判断付きコマンドであり、準備動作、歩行動作、姿勢変更に対して夫々要素コマンドを割り付ける。把持物を持ち替える等の準備動作については、当該準備動作が存在する場合に、移動動作のＭｘを割り付け、ＭＯＤ値導出部５５の移動動作判定部５６が、変位情報抽出部５２がそのときの手のサイト原点と対象物の握り点のサイト原点から計算した変位情報である手の移動距離から、ＭＯＤ値ｘを特定する。具体的には、表４に示す判定表に基づいて決定する。
【０１４５】
【表４】
「Ｒｅａｃｈ」コマンドに歩行動作が存在する場合には、補助動作のＷ５を割り付け、そのＷ５動作を歩数回繰り返すようにする。ＭＯＤ値導出部５５の歩数計算部５７は、補助動作のＷ５が割り付けられると、変位情報抽出部５２が現在の重心位置と移動後の立ち位置から計算した変位情報であるコンピュータマネキンのその歩行動作における重心の移動距離と、予め設定した歩幅（例えば８０ｃｍ）を用いて、重心の移動距離を歩幅で除して歩数を算出する。尚、歩幅データはコンピュータマネキンに合わせて変更可能である。例えば、高齢者の場合は歩幅を８０ｃｍより短く設定する。
【０１４７】
「Ｒｅａｃｈ」コマンドは、何らかの姿勢変更を伴う。姿勢変更の種類には、コンピュータマネキンと対象物との相対的な位置関係によって、手首、肘、肩の関節動作以外にしゃがむ動作や体の捻り動作を含む場合があり、しゃがむ動作を伴う場合には、補助動作のＢ１７を割り当てる。尚、Ｂ１７動作は１往復の動作であるので、この場合は繰り返し回数として０．５を割り当てる。最終的に手を対象物に触れるまでの動作には、移動動作のＭｘを割り当てて、ＭＯＤ値導出部５５の移動動作判定部５６が、変位情報である手の移動距離からＭＯＤ値ｘを特定する。具体的には、変位情報抽出部５２がそのときの手のサイト原点と対象物の握り点のサイト原点から計算した変位情報である手の移動距離から、表３の判定表に基づいて判定する。但し、しゃがむ動作を伴う場合には、補助動作のＢ１７が別途割り当てられるので、この分の動作時間を補正すべく、変位情報抽出部５２は、手のサイト原点をしゃがむ動作での腰の移動距離だけ垂直方向に移動した後に手の移動距離を計算する。
【０１４８】
「握る」コマンドの場合、ＰＴＳ適用部５３は終局動作のＧ１を割り当てる。この場合、ＭＯＤ値は１で固定である。第１実施形態と同じである。
【０１４９】
「移動」コマンドの場合、ＰＴＳ適用部５３は移動動作のＭｘを割り当てて、ＭＯＤ値導出部５５の移動動作判定部５６が変位情報であるそのときの手の移動距離からＭＯＤ値ｘを特定する。具体的には、「Ｒｅａｃｈ」コマンドの準備動作や姿勢変更と同様に、表４の判定表に基づいて判定する。
【０１５０】
「離す」コマンドの場合、ＰＴＳ適用部５３は移動動作のＭ１を割り当てる。第１実施形態と同じである。
【０１５１】
「姿勢」コマンドの場合、ＰＴＳ適用部５３は補助動作のＢ１７と移動動作のＭｘの少なくとも何れか一方を割り当てる。具体的には、変位情報抽出部５２が「姿勢」コマンド実行前の膝関節の角度から「姿勢」コマンド実行後の膝関節の角度への変位量を変位情報として計算し、その変位量（膝関節の角度変化）が例えば４５度以下の場合は、しゃがみ動作なしと判定してＢ１７を割り当てず、その変位量が４５度を越える場合はＢ１７を割り当てる。但し、Ｂ１７動作は１往復の動作であるので、この場合は繰り返し回数として０．５を一意的に割り当てる。その他の姿勢変更の場合には、移動動作のＭｘが割り当てられ、変位情報抽出部５２が「姿勢」コマンド実行前の手首、肘、肩、胴または腰の関節角度から「姿勢」コマンド実行後の各関節の関節角度への変位量を変位情報として計算し、ＭＯＤ値導出部５５の移動動作判定部５６が、その変位量から各関節の回転動作の有無を計算し、表１の判定表に基づいてＭＯＤ値ｘを特定する。表１の判定表の見方は第１実施形態と同じである。
【０１５２】
「見る」コマンドの場合、ＰＴＳ適用部５３は補助動作のＥ２を割り当てて、その繰り返し回数をＭＯＤ値導出部５５が算出する。具体的には、変位情報抽出部５２が頭の正面方向を基準に現在の頭のサイト原点と対象物のサイト原点との成す角度を変位情報として抽出し、ＭＯＤ値導出部５５はその変位情報（頭部の回転角度に相当）を３０度で除して、繰り返し回数を求める。つまり、頭部の回転角度が３０度当り１回のＥ２動作を割り当てる。
【０１５３】
「引く」コマンドの場合、ＰＴＳ適用部５３は移動動作のＭｘを割り当てて、ＭＯＤ値導出部５５の移動動作判定部５６が、変位情報抽出部５２がそのときの手のサイト原点と対象物の握り点のサイト原点から計算した変位情報である手の移動距離から、表４の判定表に基づいてＭＯＤ値ｘを特定する。
【０１５４】
「置く」コマンドの場合、「Ｒｅａｃｈ」コマンドと同様に、条件判断付きコマンドであり、準備動作、歩行動作、姿勢変更に対して夫々要素コマンドを割り付ける。具体的な処理方法も実質的に「Ｒｅａｃｈ」コマンドと同様である。相違点としては、姿勢変更の最後に終局動作のＰ０を追加する点であるが、これはＭＯＤ値が０であるので、所要時間値の計算には影響を与えない。
【０１５５】
「点火」コマンドの場合、点火状態（コンロの火炎）の確認の為に体を捻りながら点火動作をする場合があるので、ＰＴＳ適用部５３は、当該捻りが有る場合には、Ｍ７とＰ０を割り当て、当該捻りが無い場合にはＰ０を割り当てる。また、当該捻りの有無は「点火」コマンドの条件判断式の中の捻り動作の有無により判定する。
【０１５６】
尚、ＭＯＤ値導出部５５の移動動作判定部５６における判定基準（表１及び表４の判定表）、歩数計算部５７における計算式、及び、ＭＯＤ値導出部５５の他の計算式等は、動作時間算出手段５０を構成するコンピュータシステムの記憶装置に格納されている。
【０１５７】
動作時間情報導出部５４は、図１５に示す動作時間算出ステップに含まれる動作時間情報導出ステップを前記コンピュータ上で実行することにより実現される。動作時間情報導出ステップにおいて、ＰＴＳ適用部５３が時系列データの各行為コマンドに割り付けた要素動作の各ＭＯＤ値を合計して、各行為コマンドの動作時間等の動作時間情報を算出する。第１実施形態の場合と同様である。本第２実施形態では、動作時間情報導出部５４が算出した動作時間情報を行動生成システム１０に出力する。
【０１５８】
〈５〉上記各実施形態では、ＰＴＳ法としてＭＯＤＡＰＴＳ法を用いたが、ＭＴＭ法等の他のＰＴＳ法を用いても構わない。この場合、要素動作は使用するＰＴＳ法に規定された使用することになり、所要時間値の算出手法もそのＰＴＳ法に準拠して行うことになり、ＰＴＳ適用部１３、５３のＭＯＤ値導出部１６、５５の具体的な構成は、当該ＰＴＳ法の算出基準に合わせて変更する。
【０１５９】
〈６〉上記各実施形態では、動作時間算出手段２、５０の動作時間算出の対象となる行為コマンドは、行動生成システム１０の行為コマンドを想定したが、コンピュータマネキンの一連の作業を記述可能なコマンドであれば、上記実施形態で例示した行為コマンドに限定されるものではない。
【０１６０】
〈７〉ＭＯＤ値導出部１６、５５におけるＭＯＤ値導出のための判定基準、つまり、変位情報とＭＯＤ値の関係は、上記各実施形態のものに限定されるものではない。例えば、ＭＯＤ値として、ＭＯＤＡＰＴＳ法で規定された整数値に限らず、小数点以下の値を含むようにしても構わない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るコンピュータマネキンの心臓負担評価装置の一実施形態を示すブロック構成図
【図２】動作時間算出手段の一実施形態を示すブロック構成図
【図３】本発明に係る心臓負担評価プログラムの動作時間情報算出ステップの処理手順を示す流れ図
【図４】心臓循環器系モデルの一実施形態を示すブロック構成図
【図５】心臓循環器系モデル６によるシミュレーション結果と実験結果を示す第一の血圧及び心拍波形図
【図６】心臓循環器系モデル６によるシミュレーション結果と実験結果を示す第二の血圧及び心拍波形図
【図７】心臓循環器系モデル６によるシミュレーション結果と実験結果を示す第三の血圧及び心拍波形図
【図８】行動生成システムの一実施形態を示すブロック構成図
【図９】作業記述用の入力データの入力項目を説明する説明図
【図１０】動作決定ルールの一部を構成する持ち方判定表
【図１１】動作決定ルールの一部を構成する移動・姿勢判定表
【図１２】移動・姿勢判定表における腕の長さ算出に使用する補正係数ｍと、コンピュータマネキンの筋力レベル及び対象物の質量との関係を示す表
【図１３】動作決定ルールの一部を構成する捻り・体全体の回転の有無及び変更内容を説明する判定図
【図１４】動作時間算出手段の別実施形態を示すブロック構成図
【図１５】本発明に係る心臓負担評価プログラムの動作時間情報算出ステップの別実施形態における処理手順を示す流れ図
【符号の説明】
１： 本発明に係る心臓負担評価装置
２、５０： 動作時間算出手段
３： 運動強度特定手段
４： 運動タイプ特定手段
５： 個人特性入力手段
６： 心臓循環器系モデル
１０： 行動生成システム
１１、５１： 入力部
１２： デフォルト値設定部
５２： 変位情報抽出部
１３、５３： ＰＴＳ適用部
１４、５４： 動作時間情報導出部
１５： 動作時間情報変更部
１６、５５： ＭＯＤ値導出部
１７、５６： 移動動作判定部
１８、５７： 歩数計算部
２０： 入力部
２１： 基準血圧算出部
２２： 圧受容器部
２３： 神経応答部
２４： 心拍数算出部
２５： 心拍出量算出部
２６： １回拍出量算出部
２７： 血管抵抗算出部
２８： 血圧変動算出部
２９： 血圧算出部
３０： 酸素摂取量算出部
３１： 必要酸素摂取量算出部
３２： 化学受容器部
３３： 化学受容器遅延部
４１： 作業記述部
４２： 行為選択部
４３： 行為ファイル
４４： 人データベース
４５： 物データベース
４６： 動作決定ルール
４７： 姿勢データベース
４８： 可視化部
Claims (8)
- 人体の動作に対する心臓負担評価をコンピュータ処理によって行う心臓負担評価装置であって、
前記人体の動作を複数種の行為コマンドを時系列で組み合わせてコンピュータマネキンの対象物に対する一連の動作によって定義して、前記行為コマンドで特定される前記コンピュータマネキンの前記動作をコンピュータ仮想空間上で可視化する行動生成システムに対して、前記行動生成システムから時系列データとして入力される前記行為コマンドで特定される各動作の動作時間情報をＰＴＳ法により算出する動作時間算出手段と、
前記行為コマンドを運動強度指数に変換する第１変換テーブルを備え、前記行動生成システムから時系列データとして入力される前記行為コマンドで特定される各動作の運動強度指標を前記第１変換テーブルに基づいて導出する運動強度特定手段と、
前記行為コマンドを運動タイプに変換する第２変換テーブルを備え、前記行動生成システムから入力される前記行為コマンドで特定される各動作に対して、前記第２変換テーブルに基づいて血液循環作用に与える影響が相異なる複数の運動タイプの内の少なくとも一つを割り当てる運動タイプ特定手段と、
前記動作時間算出手段で算出された前記動作時間情報と、前記運動強度特定手段で特定された運動強度指標と、前記運動タイプ特定手段で割り当てられた運動タイプと、前記コンピュータマネキンの模擬対象となる人体の血液循環作用に影響を与える個人特性情報とを少なくとも入力データとして受け付け、前記入力データに基づく予め設定された演算処理を時間単位毎に実行することにより、前記行為コマンドで特定される動作に伴う血圧及び心拍数の少なくとも何れか一方を時系列に沿って算出可能な心臓循環器系モデルと、を備えてなる心臓負担評価装置。 - 前記複数の運動タイプが、等尺性収縮運動、等張性収縮運動、及び、心臓位置の急激な上下移動を伴う上下移動運動の少なくとも３タイプを備えてなることを特徴とする請求項１に記載の心臓負担評価装置。
- 人体の動作に対する心臓負担評価をコンピュータ処理によって行う心臓負担評価装置であって、
前記動作の運動強度指標の時系列データと、等尺性収縮運動と等張性収縮運動を含む前記動作の運動タイプの時系列データと、血液循環作用に影響を与える個人特性情報とを入力データとして受け付け、前記動作に伴う血圧及び心拍数を時系列に沿って算出可能な心臓循環器系モデルを備えてなり、
前記心臓循環器系モデルが、前記運動強度指標から基準血圧を時系列に沿って算出する基準血圧算出手段と、血圧を時系列に沿って算出する血圧算出手段と、心拍数を時系列に沿って算出する心拍数算出手段とを有し、
前記心拍数算出手段が、１時間単位前の前記血圧算出手段が算出した血圧と前記基準血圧の差分に基づいて予め設定された算出式により血圧変動の圧刺激による心拍数補正量を算出し、前記心拍数算出手段が算出した１時間単位前の心拍数に前記心拍数補正量を加算して心拍数を算出し、
前記血圧算出手段が、前記心拍数算出手段が算出した前記心拍数と、前記運動強度指標と前記運動タイプと前記個人特性情報に基づいて予め設定された算出式により算出される心拍１回当りの心拍出量と、を乗じて心拍出量を算出し、
また、前記運動強度指標に基づいて予め設定された算出式により算出される必要酸素摂取量と前記運動タイプとに基づいて予め設定された算出式により血管抵抗を算出し、
さらに、前記運動強度指標と前記運動タイプと前記個人特性情報とに基づいて予め設定された算出式により血圧変動を算出し、
前記心拍出量に前記血管抵抗を乗算したものに前記血圧変動を加算して血圧を算出することを特徴とする心臓負担評価装置。 - 前記心臓循環器系モデルが、心臓位置の急激な上下移動を伴う上下移動運動を含む前記動作の運動タイプの時系列データを入力データとして受け付け、
入力データとして受け付けた前記運動強度指標と前記運動タイプと前記個人特性情報の年齢とに基づいて、予め設定された算出処理を時間単位毎に実行することにより前記上下移動運動に伴う血圧変動を時系列に沿って算出する血圧変動算出手段を備え、
前記血圧算出手段が算出した血圧に対し、前記血圧変動算出手段が算出した血圧変動を付加することを特徴とする請求項３に記載の心臓負担評価装置。 - 前記動作の運動強度指標から求まる必要酸素摂取量に対する不足酸素量を補うための心拍数補正量を、前記心拍数算出手段が算出した心拍数に基づいて予め設定された算出式により酸素摂取量を算出し、前記必要酸素摂取量から前記酸素摂取量を差し引いて前記不足酸素量を算出し、前記不足酸素量に所定の係数を乗じたものとして、一定時間遅れで算出する化学受容器モデルを備え、
前記心拍数算出手段が前記心拍数の算出に前記心拍数補正量を付加することを特徴とする請求項３又は４に記載の心臓負担評価装置。 - 前記人体の動作を複数種の行為コマンドを時系列で組み合わせてコンピュータマネキンの対象物に対する一連の動作によって定義して、前記行為コマンドで特定される前記コンピュータマネキンの前記動作をコンピュータ仮想空間上で可視化する行動生成システムに対して、前記行動生成システムから時系列データとして入力される前記行為コマンドで特定される各動作の動作時間情報をＰＴＳ法により算出する動作時間算出手段と、
前記行為コマンドを運動強度指数に変換する第１変換テーブルを備え、前記行動生成システムから時系列データとして入力される前記行為コマンドで特定される各動作の運動強度指標を前記第１変換テーブルに基づいて導出する運動強度特定手段と、
前記行為コマンドを運動タイプに変換する第２変換テーブルを備え、前記行動生成システムから入力される前記行為コマンドで特定される各動作に対して、血液循環作用に与える影響が相異なる複数の運動タイプの内の少なくとも一つを前記第２変換テーブルに基づいて割り当てる運動タイプ特定手段とを備え、
前記心臓循環器系モデルが、前記動作時間算出手段で算出された前記動作時間情報、前記運動強度特定手段で特定された運動強度指標、前記運動タイプ、及び、前記コンピュータマネキンの模擬対象となる人体の血液循環作用に影響を与える個人特性情報を少なくとも入力データとして受け付け、受け付けた入力データから時間単位毎に前記行為コマンドで特定される動作に伴う血圧及び心拍数を時系列に沿って算出することを特徴とする請求項３〜５の何れか一項に記載の心臓負担評価装置。 - 人体の動作に対する心臓負担評価を所定のコンピュータ上で実行するための心臓負担評価プログラムであって、
請求項１〜６の何れか一項に記載の前記心臓負担評価装置における前記各手段及び前記各モデルの機能を前記コンピュータに実現させるためのプログラムステップを含む心臓負担評価プログラム。 - 請求項７に記載のコンピュータマネキンの心臓負担評価プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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