JP5685036B2 - 重心移動訓練システム - Google Patents

Description

本発明は、使用者の重心移動の訓練に用いられる重心移動訓練システムに関する。

人の重要な運動機能の１つに重心移動の機能があるが、たとえば病気や怪我により身体の動きに障害のある患者や高齢者等においては、この重心移動の機能が衰えている場合がある。重心移動の機能が不十分な人は、たとえば左右の脚に交互に体重が掛かるようにスムーズに重心移動させることができないがために、歩行などの基本的な運動にも支障がでる場合がある。そのため、重心移動をスムーズに行わせるための重心移動訓練は、たとえばリハビリテーションの分野等に広く取り入れられている。

一方、使用者（利用者）の足元に配置され使用者の前後左右における荷重の比率を測定する測定装置（バランス検出装置）を備え、測定装置の出力から求まる使用者の重心位置を示す映像を表示装置に表示させるシステムが提案されている（たとえば特許文献１参照）。特許文献１記載のシステムを用いれば、使用者は、重心位置を目標位置に一致させるように姿勢を修正することによって、重心が中心に位置するときの正しい姿勢を習得することができる。

特開２００９−２７７１９５号公報

しかし、特許文献１記載のシステムでは、重心位置が使用者にフィードバックされることによって、正しい姿勢からの重心位置の変動を少なくする訓練はできるものの、歩行などに必要なスムーズな重心移動を使用者に習得させるための訓練は難しい。すなわち、特許文献１記載のシステムは、重心位置の移動軌跡等も表示可能であるが、重心位置の移動軌跡からではスムーズに重心移動できているか否かの評価は難しく、スムーズな重心移動を習得させるための訓練に用いるには不十分である。

本発明は上記事由に鑑みて為されており、使用者にスムーズな重心移動を習得させるための訓練が可能な重心移動訓練システムを提供することを目的とする。

本発明の重心移動訓練システムは、表示面に映像を表示する表示装置と、前記表示装置に映像を表示させる制御装置と、前記表示面と向き合う使用者の足元に配置され水平面内での前記使用者の重心位置を測定する測定装置とを備え、前記制御装置は、操作図像および当該操作図像による追尾の対象となる目標図像を前記表示装置に表示させる表示処理部と、前記測定装置で測定される前記重心位置に基づいて前記表示面内での前記操作図像の位置を変化させる操作処理部と、前記表示面における前記操作図像の動きの履歴であって、前記表示面内で変化する前記操作図像の各位置を時系列に沿って表す履歴を操作履歴として記憶する操作記憶部と、前記操作履歴を提示する提示部とを有し、前記表示面に対して前記使用者側に配置され、前記表示面に表示される映像を透過させるとともに前記使用者の鏡像を映すハーフミラーを備え、前記使用者の身体の動きを鏡像にて提示させるとともに、前記表示装置に表示される前記操作図像および前記目標図像の映像を前記ハーフミラーを透過して前記ハーフミラーの前面に提示させることを特徴とする。

また、本発明の重心移動訓練システムは、表示面に映像を表示する表示装置と、前記表示装置に映像を表示させる制御装置と、前記表示面と向き合う使用者の足元に配置され水平面内での前記使用者の重心位置を測定する測定装置とを備え、前記制御装置は、操作図像および当該操作図像による追尾の対象となる目標図像を前記表示装置に表示させる表示処理部と、前記測定装置で測定される前記重心位置に基づいて前記表示面内での前記操作図像の位置を変化させる操作処理部と、前記表示面における前記操作図像の動きの履歴であって、前記表示面内で変化する前記操作図像の各位置を時系列に沿って表す履歴を操作履歴として記憶する操作記憶部と、前記操作履歴を提示する提示部とを有し、前記使用者の映像を撮像する撮像装置を備え、前記制御装置は、前記撮像装置で撮像された映像を左右反転させて前記使用者の身体の動きを鏡像のように表示させるとともに、前記表示装置に表示される前記操作図像および前記目標図像の映像と共に表示させることを特徴とする。
この重心移動訓練システムにおいて、前記操作履歴は、移動速度を含むことがより望ましい。

この重心移動訓練システムにおいて、前記制御装置は、前記操作履歴に基づいて前記表示面における前記操作図像の動きを評価する評価部をさらに有し、前記提示部は、前記操作履歴と共に前記評価部の評価結果を提示することがより望ましい。

この重心移動訓練システムにおいて、前記表示処理部は、前記目標図像が前記表示面内を移動するように前記表示装置に前記目標図像を表示させ、前記制御装置は、前記表示面における前記目標図像の動きの履歴であって、前記表示面内で変化する前記目標図像の各位置を時系列に沿って表す履歴を目標履歴として記憶する目標記憶部をさらに有し、前記評価部は、前記操作履歴と前記目標履歴とを対比することによって求まる前記目標図像に対する前記操作図像の追従性を評価することがより望ましい。

この重心移動訓練システムにおいて、前記制御装置は、前記表示面における前記目標図像の位置を決める設定値を前記評価部の評価結果に応じて変更する設定更新部をさらに有することがより望ましい。

本発明は、使用者にスムーズな重心移動を習得させるための訓練をさせることができるという利点がある。

実施形態１の重心移動訓練システムのシステム構成を示す概略図である。 同上の表示装置の表示例を示す説明図である。

以下の実施形態では、病気や怪我により重心移動の機能が衰えた患者を対象として、重心移動をスムーズに行わせるためのリハビリテーションに用いられる重心移動訓練システムについて説明する。ただし、以下の実施形態の記載は重心移動訓練システムの用途を限定する趣旨ではなく、たとえば健常者が日頃の運動や、各種のスポーツに必要な重心移動の感覚を習得するためのトレーニングなどに重心移動訓練システムを用いてもよい。

（実施形態１）
本実施形態の重心移動訓練システム１は、図１に示すように、使用者（患者）２の正面に配置され表示面３０に映像を映す表示装置３と、水平面内での使用者２の重心位置を測定する測定装置４と、表示装置３等の動作を制御する制御装置５とを備えている。表示装置３および測定装置４は、いずれも制御装置５に対して接続されている。

また、この重心移動訓練システム１は、表示装置３の使用者２と向き合う表示面３０の手前（使用者２側）に配置されたハーフミラー６をさらに備えている。ハーフミラー６は、その前面（鏡面）が使用者２と向き合うように、表示装置３と使用者２との間に垂直に立てて配置されており、背後の表示装置３に表示された映像を使用者２側に透過させる。

表示装置３は、ここではプラズマディスプレイからなり、ハーフミラー６の背面側に取り付けられている。図１では、ハーフミラー６を支持する構造や、表示装置３の取付構造の図示を省略しているが、適宜選択される構造で、ハーフミラー６および表示装置３は十分な強度をもって定位置に固定される。なお、表示装置３はプラズマディスプレイに限らず、液晶ディスプレイ等、他のディスプレイ装置であってもよい。また、ディスプレイ装置の代わりに、ハーフミラー６の背面に貼り付けられる拡散シート（図示せず）と、ハーフミラー６の後方（使用者２とは反対側）から拡散シートに映像を投影する投影装置（図示せず）とで構成される表示装置を用いることも考えられる。

本実施形態においては、ハーフミラー６は、前面が縦長の長方形状であって、使用者２の全身を映す姿見として機能する大きさに形成されている。ハーフミラー６の透過率は、ハーフミラー６を鏡として利用でき、且つ使用者２がハーフミラー６を通して表示装置３に表示される映像を視認できるように設計される。ハーフミラー６は、ガラスや合成樹脂の透明な基材の少なくとも一表面に、金属膜などによる鏡面コーティングが施されることにより形成されている。

ここでは、表示装置３は、ハーフミラー６の背面に表示面３０が接するように配置されている。表示装置３の高さ位置は、下端縁がハーフミラー６の下端から所定の間隔を空けて位置し、且つ上端縁がハーフミラー６の上端から所定の間隔を空けて位置するように決められている。ここで、表示装置３はハーフミラー６の中心よりもやや上方寄りに配置されている。また、表示装置３に表示される映像をハーフミラー６の前面に高輝度で表示できるよう、ハーフミラー６と表示面３０との間には、屈折率を調節して反射を防止する透明材料が充填されていてもよい。

上記構成によれば、ハーフミラー６の前面は、鏡として使用者２の鏡像を映し出すとともに、表示装置３の表示面３０に表示された映像を映し出すように機能する。つまり、ハーフミラー６の正面に使用者２が居れば、使用者２の鏡像がハーフミラー６の前面に映るとともに、表示装置３に表示される映像がハーフミラー６を透過してハーフミラー６の前面に映し出されることになる。詳しくは後述するが、表示装置３に表示される映像は制御装置５によって生成される。

測定装置４は、ハーフミラー６の手前の床であって使用者２の足元に配置されている。この測定装置４は、使用者２が搭乗する搭乗台４０と、搭乗台４０上に立つ使用者２から搭乗台４０に作用する荷重を測定する複数個の荷重センサ（図示せず）とを具備している。荷重センサは、水平面内で一直線上に並ばないように３個以上設けられており、互いにできるだけ離れるように水平面内で二次元配置されている。

この測定装置４を用いると、各荷重センサにそれぞれ作用する荷重を求めることにより、搭乗台４０上に立つ使用者２の水平面内での重心位置を測定することができる。つまり、使用者２の身体が前後方向あるいは左右方向に傾いていなければ、前後方向と左右方向とのそれぞれにおいて荷重の比率が等しくなり、使用者２の重心位置は搭乗台４０の中心に位置する。

測定装置４は、重心位置が搭乗台４０の中心に位置する状態を基準として、前後方向と左右方向とのそれぞれについて荷重の偏りをリアルタイムで測定し、この偏りに応じて水平面内での重心位置を求める。本実施形態では、測定装置４は、使用者２の左右方向をＸ軸、前後方向をＹ軸とし、搭乗台４０の中心位置を（Ｘ，Ｙ）＝（０，０）とする二次元直交座標系における使用者２の重心の座標位置を、重心位置として求める。

このように、測定装置４は水平面内での使用者２の重心位置をリアルタイムで測定し、測定結果（重心位置）を制御装置５に対して出力する。ただし、制御装置５に出力される測定装置４の測定結果は水平面内での使用者２の重心位置を特定できる値であればよく、測定装置４はたとえば各荷重センサにそれぞれ作用する荷重を制御装置５に出力する構成であってもよい。この場合、制御装置５では、測定装置４の測定結果を用いて前後方向と左右方向とのそれぞれについて荷重の比率が算出され、水平面内での使用者２の重心位置が算出される。

ところで、本実施形態の重心移動訓練システム１は、操作図像および目標図像を表示装置３に表示させる表示処理部５１と、使用者２の重心位置に基づいて表示面３０内での操作図像の位置を変化させる操作処理部５２と、記憶部５３とを制御装置５に有している。

表示処理部５１は、操作図像と目標図像とを表示面３０上に同時に表示させる。ここでいう操作図像および目標図像は、いずれも表示面３０上に占める面積が表示面３０全域に比べて十分に小さく、表示面３０内を移動可能に表示される図像である。本実施形態では、図２に例示するように金魚を表す画像を目標図像３１とし、金魚をすくうポイ（すくい網）を表す画像を操作図像３２とする。図２（ａ）の例では、表示面３０上に６匹の金魚の画像が表示されているが、これらの金魚の画像の各々が目標図像３１である。目標図像３１は金魚の静止画ではなく、水中を泳いでいるように揺らぐ金魚の動画からなる。

操作処理部５２は、測定装置４で測定される水平面内での使用者２の重心位置に基づいて、表示面３０における操作図像３２の表示位置を変化させる。具体的には、操作処理部５２は、測定装置４で求められた使用者２の重心の座標位置（Ｘ，Ｙ）を座標変換により表示面３０上の位置に変換して求まる位置を、操作図像３２の位置とする。操作処理部５２は、使用者２の重心位置が略リアルタイムで表示面３０上の操作図像３２の位置に反映されるように、所定の周期（たとえば１／３０秒）で測定装置４の測定結果を受け操作図像３２の位置を決定する。

ここでは、操作処理部５２は、使用者２の左右が表示面３０の左右に対応し、使用者２の前方が表示面３０の上方、使用者２の後方が表示面３０の下方に対応するように座標変換する。そのため、たとえば使用者２が身体を右側に傾けて重心位置を右に移動させると、重心移動に合わせて表示面３０上の操作図像３２は右に移動し、使用者２が身体を前方に傾けて重心位置を前に移動させると、表示面３０上の操作図像３２は上に移動する。さらには、使用者２の重心位置の移動速度、加速度等も操作図像３２の移動に反映される。

目標図像３１は、操作図像３２による追尾の対象となる図像である。目標図像３１は、表示面３０上の定位置に表示される図像であってもよいが、本実施形態では、表示処理部５１は、目標図像３１が表示面３０内を移動するように表示装置３に目標図像３１を表示させている。これにより、使用者２は、自身の重心移動によって表示面３０上の操作図像３２を操作して、表示面３０上を動き回る目標図像３１を操作図像３２にて追尾することができる。

ここで、記憶部５３には、操作図像３２および目標図像３１の内容を表す画像データ（本実施形態では金魚とポイの画像データ）と、表示面３０内での目標図像３１の移動パターンを決める設定データとが予め記憶されている。目標図像３１の移動パターンには、ランダムに動き回るパターンと、ある規則性を持ったパターンとがあり、表示処理部５１がいずれのパターンを選択するかは使用者２等の操作によって適宜選択される。さらに、設定データには、目標図像３１の個数、移動速度、加速度等を決めるデータが含まれる。

操作図像３２および目標図像３１は、表示面３０における互いの位置が重なるとそれぞれ所定の処理を実行するように、当該処理と関連付けられている。すなわち、表示処理部５１は、操作図像３２および目標図像３１にそれぞれ実行すべき処理を関連付けておくことにより、操作図像３２と目標図像３１との位置が重なったときに、各図像に関連付けた処理を実行させることができる。

具体的には、目標図像３１には、操作図像３２と位置が重なったときには金魚が操作図像３２中のポイにすくわれるようなアニメーションを伴って金魚の絵柄が消滅する処理が関連付けられている。また、操作図像３２には、目標図像３１と位置が重なったときにはポイで目標図像３１中の金魚をすくうようなアニメーションを実行する処理が関連付けられている。

つまり、使用者２が操作図像３２を操作して目標図像３１の金魚をすくう度に、表示される金魚（目標図像３１）の数は減っていくので、図２（ａ）のように６匹の金魚が表示されている状態で使用者２が金魚をすくうと、図２（ｂ）のように金魚は５匹になる。さらに、操作図像３２には、目標図像３１と位置が重なったときに、たとえば金魚をすくう際の水がはねる音など絵柄の変化に対応した音を制御装置５のスピーカ（図示せず）から発生させるような処理が関連付けられていてもよい。

ここでは、表示処理部５１は、目標図像３１の代表点（たとえば図像の中心）の座標位置から所定範囲に設定される判定領域内に操作図像３２の代表点が位置するときに、両図像の位置が重なったと判断する。ただし、表示処理部５１は、操作図像３２の代表点が判定領域に入ってすぐに両図像が重なったと判断するのではなく、操作図像３２の代表点が判定領域に位置する状態でタイマ（図示せず）にて計時される所定時間が経過して初めて両図像が重なったと判断する。

これにより、使用者２は、目標図像３１にゆっくり近づくように操作図像３２を操作した場合のみ、目標図像３１の金魚をすくうことができる。さらに、操作図像３２には、操作図像３２の代表点が判定領域を通過した場合、つまり操作図像３２中のポイが目標図像３１中の金魚を行き過ぎたような場合に、ポイが破れるような処理が関連付けられていてもよい。

ここにおいて、表示処理部５１が上述したように目標図像３１および操作図像３２を表示装置３に表示させて使用者２に訓練を行わせる訓練期間は、制御装置５の入力インタフェース（図示せず）に対し訓練を開始する所定の操作が為されることにより開始する。この訓練期間は、表示された全ての金魚がすくわれる他、訓練の開始から予め定められた制限時間が経過した時点で終了してもよいし、時間制限を設けずに制御装置５の入力インタフェースに対し訓練を終了する所定の操作が為されることによって終了してもよい。

表示処理部５１は、訓練期間の終了後、使用者２が制限時間内にすくった金魚の数や、表示された全ての金魚をすくうのに要した時間などを得点として表示装置３に表示させる。なお、図２の例では、表示面３０の下部に表示された戻るボタン３３に対して、操作図像３２が所定時間以上に亘って重ねられることにより、制御装置５は訓練期間を強制的に終了する。

上述した構成の重心移動訓練システム１を用いれば、使用者２は、ハーフミラー６に映る自身の鏡像を見ながら、重心移動を行うことによって表示面３０上の操作図像３２を操作し、目標図像３１中の金魚を操作図像３２中のポイですくうことができる。このとき、使用者２は、表示面３０上を動き回る目標図像３１を操作図像３２にて的確に捕らえるべく、目標図像３１の動きに合わせて重心移動を行うことになる。したがって、使用者２は、高得点を目指すことにより、特に意識しなくても身体の重心位置を動かすことになるので、ゲームを楽しんでいるような感覚で身体を動かすことにより十分な重心移動訓練の効果を享受できる。

ところで、上述した構成では、使用者２があまり重心移動を行うことなく目標図像３１の金魚をすくった場合と、使用者２が積極的に重心移動を行って目標図像３１の金魚をすくった場合とで、得点に大差がないことがある。つまり、使用者２は、目標図像３１が操作図像３２の近くを通るのを待って操作図像３２をあまり動かさずに金魚をすくうことも可能であるため、このような使用者２と、積極的に操作図像３２を動かした使用者２とを、得点だけでは区別できないことがある。

そこで、本実施形態の重心移動訓練システム１は、記憶部５３が表示面３０における操作図像３２の動きの履歴を操作履歴として記憶する操作記憶部として機能し、制御装置５には、記憶部５３内の操作履歴を使用者２に提示する提示部５４をさらに有している。

すなわち、訓練期間中に、使用者２が重心移動を行うことによって表示面３０上の操作図像３２を動かした履歴は、操作履歴として記憶部５３に記憶される。本実施形態では、操作履歴として、表示面３０における操作図像３２の移動軌跡、軌跡長（移動量）、移動方向、移動速度、加速度等が記憶部５３に記憶される。操作図像３２の移動軌跡は操作図像３２の座標位置を時系列に表すことによって特定され、移動速度や加速度は軌跡長と時間との関係から定期的に算出される。

提示部５４は、訓練期間中に記憶部５３に記憶された操作履歴を、訓練期間の終了後に使用者２に提示する。具体的には、提示部５４は、制御装置５に接続されたプリンタ（図示せず）に操作履歴をプリントアウトさせたり、操作履歴を表示装置３に表示させたりすることによって、使用者２に操作履歴を提示する。表示装置３が提示部として兼用される場合、訓練期間の終了後、表示面３０に操作履歴が表示される構成とすることが考えられる。

提示部５４が提示する内容は、移動軌跡、移動方向を表す画像と、軌跡長、移動速度、加速度等を表す数値とからなる。移動速度、加速度等については、訓練期間中の平均値や最大値、最小値を表す数値が提示されてもよい。このような操作履歴が提示部５４により提示されると、使用者２あるいは療法士等の被提示者は、提示された操作履歴に基づいて、表示面３０における操作図像３２の動きを評価することができる。操作図像３２の動きは訓練期間中に使用者２が行った重心移動を表しており、したがって、操作図像３２の動きを評価することは使用者２が行った重心移動を評価することになる。

要するに、操作履歴の被提示者は、たとえば操作履歴における移動軌跡が表示面３０の右側に偏っている場合、使用者２が右方への重心移動については対応できているが、左方への重心移動については対応できていないといった評価が可能となる。また、たとえば操作履歴における移動速度が極端に遅い場合、被提示者は、使用者２が素早い重心移動に対応できていないといった評価が可能になる。

ここで、操作履歴の被提示者は、操作履歴の評価に、健常者による標準的な操作履歴を評価基準として用いれば、使用者２の重心移動を標準的な人の重心移動に対して相対的に評価することができる。つまり、被提示者は、提示部５４にて提示された操作履歴と、評価基準とを対比することによって、移動軌跡の偏差や、軌跡長、移動速度、加速度等を表す数値の差分を求め、使用者２の重心移動を定量的に評価することができる。評価基準としては、使用者２の過去の操作履歴が用いられてもよく、この場合、同一の使用者２について、重心移動が従来に比べてどうなったのかを評価でき、重心移動訓練の進捗度を評価することができる。

以上説明した本実施形態の重心移動訓練システム１によれば、表示面３０上の目標図像３１を操作図像３２で追従するように、目標図像３１の動きに合わせた重心移動を使用者２に行わせることができる。このときの操作図像３２の動きの履歴は操作履歴として記憶部５３に記憶され、その操作履歴が提示部５４から使用者２あるいは療法士等にフィードバックされる。したがって、操作履歴の被提示者は、操作履歴に基づいて訓練期間中に使用者２が行った重心移動を評価することが可能になる。この評価結果から、使用者２は重心移動訓練の必要性や効果を十分に理解することができる。

また、本実施形態の重心移動訓練システム１では、使用者２は、ハーフミラー６に映る自身の鏡像を見ながら運動することができるので、自身がどのような姿勢のときにどのように重心が移動するのかということを視覚的に学習することができる。そのため、使用者２は、訓練を行う中で、たとえば右脚に荷重を掛ける場合には身体をどのように傾ければよいか等、重心移動に必要な身体の動きを習得することができるという利点がある。

つまり、使用者２は、自身の姿勢を常に確認しながら重心移動訓練を行うことができ、正しい姿勢を確認しながら重心移動を行うことができる。たとえば、使用者２は、ハーフミラー６に映る自身の鏡像によって、左右の肩部の位置が水平であることを確認しながら、重心移動を行うことができる。この場合、使用者２は、闇雲に体重を移動させて結果的に重心が移動すればいいというのではなく、左右の肩部の位置を水平にして正しい姿勢を保ったままで、重心移動を行うことが可能になる。このように自身の姿勢を確認しながら重心移動を行うことは、たとえば真っ直ぐに立つことすら困難な患者にとっては、特に有用である。

ここで、使用者２を前方から撮像する撮像装置（図示せず）を設け、撮像装置で撮像された使用者２の全身の映像を制御装置５で左右反転させ、反転映像を表示装置３に表示させる構成であっても、使用者２に自身の全身像を見せることは可能である。ただし、表示装置３が表示する映像は、時間遅れや画像解像度、被写体の照明状態、撮像装置の位置の違いによる使用者２の視点とのずれ、レンズの焦点距離等により、使用者２の動き等をリアルタイムで完全に反映することは困難である。そのため、ハーフミラー６を設けずに、表示装置３に表示される反転映像のみを使用者２に見せるようにした場合、使用者２は多少の違和感を感じることがある。

これに対して、本実施形態ではハーフミラー６が設けられ、ハーフミラー６の前面に映る鏡像は、光学的に使用者２の姿を忠実に反映しているので、使用者２の動き等をリアルタイムで略完全に表すことができる。

しかも、使用者２は、眼の焦点距離（映像の焦点距離：鏡像の焦点距離＝１：２）を切り替えることにより、ハーフミラー６に映った鏡像と、表示装置３に表示される映像とのどちらかに注目することができる。そこで、使用者２は、表示装置３に表示される映像（目標図像３１および操作図像３２）に注目しながら、鏡像についても視界に入るような状態で重心移動訓練システム１を使用することが可能である。

また、使用者２から見て、ハーフミラー６に映る鏡像と表示装置３に表示される映像との見え方に大差が生じないように、重心移動訓練システム１の使用時には、表示装置３の輝度や室内の明るさが適宜調節されていることが望ましい。

なお、本実施形態では、目標図像３１を金魚、操作図像３２をポイの画像として、金魚すくいをイメージした訓練を行う例を示したが、これらの図像は一例に過ぎず、たとえば目標図像３１を蝿、操作図像３２を蝿たたきの画像としてもよい。

また、操作処理部５２は、測定装置４で測定される重心位置に基づいて表示面３０内での操作図像３２の位置を変化させる構成であればよく、上述したように座標変換によって求まる位置に操作図像３２を表示させる構成に限らない。たとえば、操作処理部５２は、搭乗台４０の中心と重心位置との相対的な位置関係に応じて、操作図像３２の位置を変化させてもよい。すなわち、使用者２が身体を右側に傾けて搭乗台４０の中心から重心位置が右にずれると、操作処理部５２は、たとえば搭乗台４０の中心位置からの重心位置のずれ量に応じた加速度で表示面３０中の操作図像３２を右に移動させる構成であってもよい。

（実施形態２）
本実施形態の重心移動訓練システム１は、制御装置５が、操作履歴に基づいて表示面３０における操作図像３２の動きを評価する評価部（図示せず）を有する点が実施形態１の重心移動訓練システム１と相違する。

評価部は、提示部５４が提示する操作履歴（移動軌跡、移動方向を表す画像と、軌跡長、移動速度、加速度等を表す数値）を、記憶部５３に予め記憶されている健常者による標準的な操作履歴からなる評価基準と対比することによって、操作図像３２の動きを評価する。操作図像３２の動きは訓練期間中に使用者２が行った重心移動を表しており、したがって、評価部は操作図像３２の動きを評価することによって使用者２が行った重心移動を評価することができる。

すなわち、評価部は、たとえば操作履歴における移動軌跡が表示面３０の右側に偏っている場合、使用者２が右方への重心移動については対応できているが、左方への重心移動については対応できていないと評価をする。また、たとえば操作履歴における移動速度が極端に遅い場合、評価部は、使用者２が素早い重心移動に対応できていないと評価をする。

ここで、評価部は、提示部５４が提示する操作履歴と、評価基準とを対比することによって、移動軌跡の偏差や、軌跡長、移動速度、加速度等を表す数値の差分を評価点として数値化し、使用者２の重心移動を定量的に評価する。さらに、評価部は評価点をたとえば１００点満点の点数に換算して評価結果としてもよい。たとえば軌跡長については短いほど評価点は高くなる。

記憶部５３には、たとえば年齢や性別や身長ごとに標準的な操作履歴が評価基準として記憶されていてもよく、この場合、評価部は評価に用いる評価基準を、使用者２の年齢や性別、身長に応じて選択する。また、評価部が評価に用いる評価基準としては、使用者２の過去の操作履歴が用いられてもよく、この場合、同一の使用者２について、重心移動が従来に比べてどうなったのかを評価でき、重心移動訓練の進捗度を評価することができる。

また、本実施形態では、目標図像３１は表示面３０内を移動するように表示されるため、操作図像３２は表示面３０内を動き回る目標図像３１を追従するように操作される。そこで、評価部は、操作図像３２の単独での動きを評価するだけでなく、目標図像３１に対する操作図像３２の追従性を評価するように構成される。

すなわち、記憶部５３は表示面３０における目標図像３１の動きの履歴を目標履歴として記憶する目標記憶部として機能し、評価部は、記憶部５２内の操作履歴と目標履歴とを対比することによって求まる目標図像に対する操作図像の追従性を評価する。要するに、訓練期間中に、表示面３０上を目標図像３１が動いた履歴は、目標履歴として記憶部５３に記憶される。本実施形態では、目標履歴として、表示面３０における目標図像３１の移動軌跡、軌跡長（移動量）、移動方向、移動速度、加速度等が記憶部５３に記憶される。目標図像３１の移動軌跡は目標図像３１の座標位置（表示面３０における表示位置）を時系列に表すことによって特定され、移動速度や加速度は軌跡長と時間との関係から定期的に算出される。

ここで、評価部は、操作履歴と目標履歴とを対比することによって、移動軌跡の偏差や、軌跡長、移動速度、加速度等を表す数値の差分を評価点として数値化し、目標図像３１に対する操作図像３２の追従性を定量的に評価する。

評価部の評価結果は、訓練期間の終了後、操作履歴と共に提示部５４によって提示される。

以上説明した本実施形態の重心移動訓練システム１によれば、使用者２が行った重心移動を表す操作図像３２の動きが評価部によって自動的に評価され、その評価結果が提示部５４から使用者２にフィードバックされる。したがって、使用者２は、自身の重心移動の履歴を表す操作履歴を知るだけではなく、操作履歴が評価基準に照らしてどのように評価されるのか理解することが可能となる。すなわち、使用者２は、たとえば前方への重心位置の移動（前傾）は標準値に達しているが、後方への重心位置の移動（後傾）が標準値を下回っていることを知ることができ、重心移動訓練の必要性や効果を十分に理解することができる。

また、評価部は、目標図像３１に対する操作図像３２の追従性についても評価するので、表示面３０内を移動する目標図像３１に対して使用者２がどの程度追従できているのかを評価することができる。その評価結果が提示部５４から使用者２にフィードバックされることにより、使用者２は、自身の瞬発力等を認識することができる。

ところで、本実施形態の応用例として、制御装置５は、表示面３０における目標図像３１の位置（動きを含む）を決める設定データ（設定値）を、評価部の評価結果に応じて自動的に変更する設定更新部を有していてもよい。この構成では、表示面３０における目標図像３１の位置（動きを含む）が、評価部の評価結果に応じて自動的に変更されることになる。

すなわち、評価部にて、たとえば使用者２が左方への重心移動について対応できていないと評価された場合、設定更新部は、目標図像３１が表示面３０の右側に重点的に表示されるように、目標図像３１の移動パターンを変更する。具体的には、設定更新部は、表示面３０における目標図像３１の表示される範囲を表示面３０の右半分に制限したり、あるいは目標図像３１が表示面３０の右半分を優先的に通るように目標図像３１の移動軌跡を変更したりする。

また、評価部にて高い評価が得られた場合、設定更新部は、重心移動の難易度を上げるべく、目標図像３１の移動速度を上げたり、目標図像３１の個数を増やしたりする。一方、評価部にて低い評価が得られた場合、設定更新部は、目標図像３１の移動速度を下げたり、目標図像３１の移動パターンを単調な移動パターンに変更したりする。

その結果、重心移動訓練システム１は、使用者２の重心移動の習熟度に合わせて、使用者２に適切な運動を行わせることができるという利点がある。

その他の構成および機能は実施形態１と同様である。

（実施形態３）
本実施形態の重心移動訓練システム１は、ハーフミラーを備えていない点が実施形態１の重心移動訓練システム１と相違する。また、本実施形態では、使用者２の前方に配置され使用者２を前方から撮像する向きにレンズが向けられた撮像装置（図示せず）が設けられている。

撮像装置は、たとえばカメラスタンド等を利用して表示装置３の正面側（使用者２側）における使用者２の目の高さ位置に設置されている。さらに、撮像装置は、その視野内に使用者２の全身が含まれ、且つ使用者２が直立した状態で使用者２の身体の左右方向における中心線が撮像した映像の左右方向の中心線に一致するように、チルト角およびパン角が調節されている。

上述したような撮像装置の位置および向きの調節は、使用者２の立ち位置、目線の高さ等が決定してから初期設定として行われる。これにより、撮像装置では、使用者２の全身を映した動画像（以下、「全身映像」という）が撮像されることになる。

制御装置５は、表示装置３と撮像装置との両方に接続されており、撮像装置で撮像された映像を加工して表示装置３に表示させる機能を持つ。具体的には、制御装置５は、全身映像を撮像装置から取得し、取得した全身映像を左右反転させて反転映像を生成する反転処理部（図示せず）を有する。さらに、制御装置５は、反転映像の左右方向の中心線が表示面３０の左右方向の中心線に一致するように、操作図像３２および目標図像３１と共に反転映像を表示処理部５１にて表示装置３に表示させる。

これにより、表示装置３の表示面３０には、使用者２の全身の映像が、鏡に映った鏡像のように左右反転されて、操作図像３２および目標図像３１と共に表示されることになる。反転映像は操作図像３２および目標図像３１と重なるように表示されてもよいが、この場合、反転映像は半透明（たとえば透過率５０％）の映像として表示されることが望ましい。

ここで、制御装置５は、撮像装置から入力される映像をリアルタイム（１秒間に１５〜３０フレーム程度）で加工（反転）して、表示装置３に映像信号を出力する。表示装置３は、制御装置５からの映像信号を受け、リアルタイムで反転映像を表示する。そのため、表示装置３の表示面３０には、実際の使用者２の動きに合わせて動く動画像が反転映像として表示されることになる。

すなわち、本実施形態の重心移動訓練システム１は、光学的に形成される鏡像を提示することはなく、表示装置３に表示された反転映像を使用者２に視認させ、使用者２に対して、反転映像を自身の鏡像と錯覚させることができる。

以上説明した本実施形態の重心移動訓練システム１によれば、ハーフミラーを省略した分だけ、実施形態１のシステムに比べて構成を簡略化できるという利点がある。しかも、本実施形態の構成では、比較的大型の画面を備えるディスプレイが予め備わっていれば、専用のディスプレイを新設しなくても、既存のディスプレイを表示装置３として用いることが可能であるため、システムの導入コストを低減できる。

また、本実施形態の他の例として、使用者２の正面以外、たとえば側方、後方、あるいは上方に設置された撮像装置にて撮像される使用者２の映像を、操作図像３２および目標図像３１と共に表示処理部５１にて表示装置３に表示させてもよい。たとえば使用者２の側方から撮像された使用者２の映像が表示面３０に表示されていると、使用者２は、自身の身体の前後方向の傾きも確認しながら、重心移動訓練を行うことができる。

ここで、使用者２を正面以外から撮像した映像は、上記反転映像と共に並べて表示されてもよいし、単独で表示されてもよい。さらに、ハーフミラー６（図１参照）を備えた構成であっても、使用者２を正面以外から撮像装置で撮像した映像が表示装置３に表示される構成としてもよい。この場合、ハーフミラー６に映る鏡像によって正面から見た使用者２の全身像が表され、撮像装置で撮像された映像によって正面以外から見た使用者２の像が表される。

使用者２を正面以外から撮像した映像が上記反転映像あるいはハーフミラー６に映る鏡像と共に表示されることにより、使用者２は、自身の姿勢を複数方向から確認することができ、より正しい姿勢での重心移動訓練が可能になる。

その他の構成および機能は実施形態１と同様である。

また、実施形態３の構成は、実施形態２の構成と組み合わされてもよい。

１ 重心移動訓練システム
２ 使用者
３ 表示装置
４ 測定装置
５ 制御装置
６ ハーフミラー
３０ 表示面
５１ 表示処理部
５２ 操作処理部
５３ 記憶部
５４ 提示部

Claims (6)

1. 表示面に映像を表示する表示装置と、前記表示装置に映像を表示させる制御装置と、前記表示面と向き合う使用者の足元に配置され水平面内での前記使用者の重心位置を測定する測定装置とを備え、
   前記制御装置は、操作図像および当該操作図像による追尾の対象となる目標図像を前記表示装置に表示させる表示処理部と、前記測定装置で測定される前記重心位置に基づいて前記表示面内での前記操作図像の位置を変化させる操作処理部と、前記表示面における前記操作図像の動きの履歴であって、前記表示面内で変化する前記操作図像の各位置を時系列に沿って表す履歴を操作履歴として記憶する操作記憶部と、前記操作履歴を提示する提示部とを有し、
   前記表示面に対して前記使用者側に配置され、前記表示面に表示される映像を透過させるとともに前記使用者の鏡像を映すハーフミラーを備え、
   前記使用者の身体の動きを鏡像にて提示させるとともに、前記表示装置に表示される前記操作図像および前記目標図像の映像を前記ハーフミラーを透過して前記ハーフミラーの前面に提示させることを特徴とする重心移動訓練システム。
2. 表示面に映像を表示する表示装置と、前記表示装置に映像を表示させる制御装置と、前記表示面と向き合う使用者の足元に配置され水平面内での前記使用者の重心位置を測定する測定装置とを備え、
   前記制御装置は、操作図像および当該操作図像による追尾の対象となる目標図像を前記表示装置に表示させる表示処理部と、前記測定装置で測定される前記重心位置に基づいて前記表示面内での前記操作図像の位置を変化させる操作処理部と、前記表示面における前記操作図像の動きの履歴であって、前記表示面内で変化する前記操作図像の各位置を時系列に沿って表す履歴を操作履歴として記憶する操作記憶部と、前記操作履歴を提示する提示部とを有し、
   前記使用者の映像を撮像する撮像装置を備え、
   前記制御装置は、前記撮像装置で撮像された映像を左右反転させて前記使用者の身体の動きを鏡像のように表示させるとともに、前記表示装置に表示される前記操作図像および前記目標図像の映像と共に表示させることを特徴とする重心移動訓練システム。
3. 前記操作履歴は、移動速度を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の重心移動訓練システム。
4. 前記制御装置は、前記操作履歴に基づいて前記表示面における前記操作図像の動きを評価する評価部をさらに有し、前記提示部は、前記操作履歴と共に前記評価部の評価結果を提示することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の重心移動訓練システム。
5. 前記表示処理部は、前記目標図像が前記表示面内を移動するように前記表示装置に前記目標図像を表示させ、前記制御装置は、前記表示面における前記目標図像の動きの履歴であって、前記表示面内で変化する前記目標図像の各位置を時系列に沿って表す履歴を目標履歴として記憶する目標記憶部をさらに有し、前記評価部は、前記操作履歴と前記目標履歴とを対比することによって求まる前記目標図像に対する前記操作図像の追従性を評価することを特徴とする請求項４記載の重心移動訓練システム。
6. 前記制御装置は、前記表示面における前記目標図像の位置を決める設定値を前記評価部の評価結果に応じて変更する設定更新部をさらに有することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の重心移動訓練システム。

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