JP5920724B2 - Information processing apparatus, information processing method, and information processing program - Google Patents

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Description

本願開示の技術は、着用物を装着した身体の動きを、コンピュータを用いて計算する技術に関する。   The technique disclosed in the present application relates to a technique for calculating the movement of a body wearing a wearing object using a computer.

従来、衣服の人体への着用状態を、コンピュータによって計算する技術が開発されてきた。例えば、特許文献1では、身体形状を表す三次元ポリゴンデータの変位を、身体動作情報に基づいて算出し、算出された変位に基づいて設計支援情報の分布を算出する技術が開示されている。また、特許文献2では、衣服の型紙モデルを複数の要素に分割し、各要素に力学特性を付与し、有限要素法を用いて各要素の運動方程式を解くことで、前記型紙モデルを変形させて、衣服を人体モデルに仮想的に着付ける技術が開示されている。特許文献3では、衣服形状モデル及び人体形状モデルから衣服圧を求める着装シミュレーション方法が開示されている。特許文献4には、人体モデル上の任意の位置への衣料服飾品の着装状態を予測計算する着装状態解析方法が開示されている。特許文献5には、衣服モデルと身体モデルとの接触を考慮し、衣服モデルの表面に働く力に応じた皺を表現可能とする衣服シミュレーション装置が開示されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, techniques for calculating the wearing state of clothes on a human body using a computer have been developed. For example, Patent Document 1 discloses a technique for calculating a displacement of three-dimensional polygon data representing a body shape based on body movement information and calculating a distribution of design support information based on the calculated displacement. Further, in Patent Document 2, a pattern model of clothing is divided into a plurality of elements, mechanical characteristics are given to each element, and the equation of motion of each element is solved using a finite element method, thereby deforming the pattern model. A technique for virtually wearing clothes on a human body model is disclosed. Patent Document 3 discloses a wearing simulation method for obtaining clothing pressure from a clothing shape model and a human body shape model. Patent Document 4 discloses a wearing state analysis method for predicting and calculating the wearing state of clothing / apparel at an arbitrary position on a human body model. Patent Document 5 discloses a clothing simulation apparatus capable of expressing wrinkles according to the force acting on the surface of the clothing model in consideration of the contact between the clothing model and the body model.

特許第3831348号公報Japanese Patent No. 3831348 特開2009−230563号公報JP 2009-230563 A 特許公開平9−34952公報Japanese Patent Publication No. 9-34952 特開2000−3383号公報JP 2000-3383 A 特開2005−11027号公報JP 2005-11027 A

しかしながら、衣服等の着用物を装着して身体を動かしたときに、着用物が筋活動に与える影響について調べるための計算方法については知られていない。   However, there is no known calculation method for investigating the influence of a worn article on muscle activity when the user moves the body while wearing the worn article such as clothes.

そのため、本発明は、着用物を装着して身体を動かしたときに、着用物が筋活動に与える影響を計算することができる技術を提供することを目的とする。   Therefore, an object of this invention is to provide the technique which can calculate the influence which a wear thing has on muscle activity, when a wear thing is mounted | worn and a body is moved.

本願発明の一実施形態における情報処理装置は、身体の動きを示す身体時系列データを入力する身体動作情報入力部と、身体に働く外力を示す外力データを入力する外力入力部と、身体の着用物の変形に伴って発生する複数の方向についての張力を示す面要素で表された着用物データを入力する着用物データ入力部と、関節を介して互いに回動可能に接続された複数の骨を示す複数の骨要素と、伸縮することによって複数の骨の間に力を及ぼす複数の筋を表す複数の筋要素とを含む筋骨格モデルを用いて、前記複数の骨要素が、前記外力データで示される外力及び前記着用物データで示される力を受けて、前記身体時系列データが示す動きをした場合に、前記複数の筋要素により発生する力学量を計算する力学的情報算出部と、前記力学的情報算出部で算出された力学量の発生に寄与する前記筋要素それぞれの働きを示す値を計算する筋活動算出部を備え、前記着用物データは、前記面要素の変形と前記面要素において発生する複数の方向の張力との関係を示す情報を含み、前記力学的情報算出部は、前記身体時系列データが示す動きを前記骨要素がした場合の前記面要素の変形を計算し、前記着用物データを用いて前記面要素の変形によって発生する力を計算する。 An information processing apparatus according to an embodiment of the present invention includes a body motion information input unit that inputs body time-series data indicating body movement, an external force input unit that inputs external force data indicating external force acting on the body, and body wear A wear data input unit for inputting wear data represented by surface elements indicating tensions in a plurality of directions generated along with deformation of the object, and a plurality of bones connected to each other via a joint so as to be rotatable. The musculoskeletal model includes a plurality of bone elements indicating a plurality of muscle elements that represent a plurality of muscles that exert forces between the plurality of bones by expanding and contracting, and the plurality of bone elements are represented by the external force data. In response to the external force indicated by and the force indicated by the wear data, when the body time series data moves, a mechanical information calculation unit that calculates a mechanical quantity generated by the plurality of muscle elements; Mechanical information E Bei muscle activity calculation section that calculates a value indicating the muscle elements each work contributes to the development of the calculated physical quantity by calculating unit, the wearable data generated in deformation and the surface elements of the surface element Including information indicating a relationship with tensions in a plurality of directions, wherein the mechanical information calculation unit calculates a deformation of the surface element when the bone element performs a movement indicated by the body time-series data, and the wear The force generated by the deformation of the surface element is calculated using the object data.

上記構成により、着用物を装着して身体を動かしたときに、着用物が筋活動に与える影響を計算することができる。   By the said structure, when mounting | wearing a wearing thing and moving a body, the influence which a wearing thing has on muscle activity is computable.

図1は、実施形態1における情報処理装置の構成例を示す機能ブロック図である。FIG. 1 is a functional block diagram illustrating a configuration example of the information processing apparatus according to the first embodiment. 図2は、情報処理装置の動作例を示すフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart illustrating an operation example of the information processing apparatus. 図3は、筋骨格モデルの一部の例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a part of the musculoskeletal model. 図4は、面要素を表すデータを着用物データとする場合の例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example in which data representing a surface element is used as wearable data. 図5は、着用物データとして面要素を用いた場合の、情報処理装置の動作例を示すフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart illustrating an operation example of the information processing apparatus when a surface element is used as the wearable data. 図6は、実施形態2における情報処理装置の構成例を示す機能ブロック図である。FIG. 6 is a functional block diagram illustrating a configuration example of the information processing apparatus according to the second embodiment. 図7は、着用物データ算出部及び着用物データ判定部の動作例を示すフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart illustrating an operation example of the wearing article data calculation unit and the wearing article data determination unit. 図8は、実施形態3における情報処理装置の構成例を示す機能ブロック図である。FIG. 8 is a functional block diagram illustrating a configuration example of the information processing apparatus according to the third embodiment. 図9は、筋活動判定部が、着用物データを再設定する場合の動作例を示すフローチャートである。FIG. 9 is a flowchart illustrating an operation example when the muscle activity determination unit resets the wear data. 図10は、筋活動判定部が、着用物の材料データを再設定する場合の動作例を示すフローチャートである。FIG. 10 is a flowchart illustrating an operation example in the case where the muscle activity determination unit resets the material data of the worn article. 図11は、筋活動情報の一例を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating an example of muscle activity information.

上記本願発明の一実施形態では、身体時系列データ及び外力データに加えて、身体の着用物の変形に伴って発生する力を表す着用物データが入力され、筋骨格モデルにおいて、骨要素が、外力データで示される外力及び着用物データで示される力を受けて、身体時系列データの示す動きをした場合に複数の筋要素により発生する力学量が計算される。そして力学量の発生に寄与する筋要素の働きを示す値が計算される。これにより、身体動作情報及び外力に加えて、着用物の変形に伴う力も参酌して、運動に寄与する筋要素の働きを求めることができる。そのため、着用物による影響も考慮した筋活動を計算することが可能になる。   In one embodiment of the invention of the present application, in addition to body time series data and external force data, wear data representing a force generated along with deformation of the body wear is input, and in the musculoskeletal model, In response to the external force indicated by the external force data and the force indicated by the wear data, the mechanical quantity generated by the plurality of muscle elements when the movement indicated by the body time series data is calculated. Then, a value indicating the function of the muscle element contributing to the generation of the mechanical quantity is calculated. Thereby, in addition to body movement information and external force, the force of the deformation | transformation of a wearing thing can be taken into consideration and the function of the muscular element which contributes to an exercise | movement can be calculated | required. Therefore, it becomes possible to calculate the muscle activity in consideration of the influence by the wear.

情報処理装置において、身体の形状を示す身体形状データと、着用物の形状を示す着用物形状データと、着用物の材料特性を示す材料データと、身体の動きを示す身体時系列データを用いて、前記身体形状データが示す身体の形状に、前記着用物形状データが示す着用物が装着された状態で、前記身体が前記身体時系データで示される動きをした場合の、前記着用物の変形に伴って発生する力を計算する、着用物データ算出部をさらに備えることができる。   In the information processing apparatus, using body shape data indicating the shape of the body, wear shape data indicating the shape of the wear, material data indicating the material characteristics of the wear, and body time series data indicating the movement of the body Deformation of the wearing object when the body moves as indicated by the body time system data in a state where the wearing object indicated by the wearing object shape data is attached to the body shape indicated by the body shape data It is possible to further include a wear data calculation unit for calculating the force generated along with the wear.

着用物データ算出部により、着用物形状データ及び材料データから、身体の動きに合わせて変形する着用物において発生する力が計算される。そのため、着用物データ入力部で入力する着用物データを生成することができる。   The force generated in the wear that deforms in accordance with the movement of the body is calculated from the wear shape data and the material data by the wear data calculation unit. Therefore, the wear data input by the wear data input unit can be generated.

情報処理装置において、着用物データは、始点と終点を結ぶ線要素で表され、前記線要素の線方向の伸縮と力の関係を示す情報を含み、前記力学的情報算出部は、前記線要素の始点及び終点と、前記骨要素との位置関係を決定し、当該位置関係と前記線要素の線方向の伸縮と力の関係を示す情報に基づいて、骨要素の動きに伴う前記線要素の伸縮及び当該伸縮によって発生する力を計算する構成とすることができる。   In the information processing apparatus, the wear data is represented by a line element connecting a start point and an end point, and includes information indicating a relationship between expansion and contraction in the line direction of the line element and force, and the mechanical information calculation unit includes the line element. And determining the positional relationship between the start point and the end point of the line element and the bone element, and based on the information indicating the relationship between the positional relation and the linear expansion and contraction of the line element and the force of the line element, It can be set as the structure which calculates expansion / contraction and the force which generate | occur | produces by the said expansion / contraction.

上記構成により、筋骨格モデルにおいて着用物を単純な要素で表現し、計算の負荷の増大を抑えつつも、着用物による影響を考慮した筋要素の働きを計算することが可能になる。   With the above-described configuration, it is possible to calculate the function of the muscular element in consideration of the influence of the wearing object while expressing the wearing object with a simple element in the musculoskeletal model and suppressing an increase in calculation load.

情報処理装置において、前記着用物データは、面要素で表され、前記面要素の変形と前記面要素において発生する力との関係を示す情報を含み、前記力学的情報算出部は、前記身体時系列データが示す動きを前記骨要素がした場合の前記面要素の変形を計算し、前記着用物データを用いて前記面要素の変形によって発生する力を計算する構成とすることができる。   In the information processing device, the wearable data is represented by a surface element, and includes information indicating a relationship between the deformation of the surface element and a force generated in the surface element, and the mechanical information calculation unit includes the physical time It is possible to calculate the deformation of the surface element when the bone element performs the movement indicated by the series data and calculate the force generated by the deformation of the surface element using the wearable data.

上記構成により、着用物を面要素で表し、筋骨格モデルで用いることで、着用物の動きをより詳細に再現でき、より精度の高い計算が可能になる。   With the configuration described above, the wearing object is represented by a surface element and used in the musculoskeletal model, whereby the movement of the wearing object can be reproduced in more detail, and calculation with higher accuracy becomes possible.

情報処理装置において、前記着用物データ算出部による、前記着用物の変形に伴って発生する力の計算結果に基づいて、前記着用物の材料特性を示す材料データを再設定し、前記着用物データ算出部に再計算を実行させる着用物データ判定部をさらに備える構成とすることができる。   In the information processing apparatus, based on the calculation result of the force generated along with the deformation of the wearing article by the wearing article data calculating unit, the material data indicating the material characteristics of the wearing article is reset, and the wearing article data It can be set as the structure further provided with the clothing data determination part which makes a calculation part perform recalculation.

上記構成により、着用物の変形に伴って発生する力が所望の値または最適値になるような着用物の材料特性を示す情報を得ることができる。   By the said structure, the information which shows the material characteristic of the wearable object in which the force generate | occur | produced with a deformation | transformation of a wearable object becomes a desired value or an optimal value can be obtained.

情報処理装置において、前記筋活動算出部の計算結果に基づいて前記着用物データを再設定し、力学的情報算出部及び前記筋活動算出部に処理を実行させる筋活動判定部をさらに備える構成とすることができる。   In the information processing apparatus, a configuration further includes a muscle activity determination unit that resets the wear data based on a calculation result of the muscle activity calculation unit and causes the mechanical information calculation unit and the muscle activity calculation unit to perform processing. can do.

上記構成により、各筋要素の働きを所望の値または最適値にする着用物の変形に伴う力を示す情報を得ることができる。   By the said structure, the information which shows the force accompanying the deformation | transformation of the wear which makes the function of each muscle element the desired value or the optimal value can be obtained.

情報処理装置において、前記筋活動算出部の計算結果に基づいて前記着用物の材料特性を示す材料データを再設定し、前記着用物データ算出部、前記力学的情報算出部及び前記筋活動算出部に処理を実行させる筋活動判定部をさらに備える構成とすることができる。   In the information processing apparatus, the material data indicating the material characteristics of the wearing object is reset based on the calculation result of the muscle activity calculating unit, and the wearing data calculating unit, the mechanical information calculating unit, and the muscle activity calculating unit are reset. It can be set as the structure further provided with the muscle activity determination part which makes a process perform.

上記構成により、各筋要素の働きを所望の値または最適値にする着用物の材料特性を示す情報を得ることができる。   By the said structure, the information which shows the material characteristic of the wear which makes the function of each muscle element the desired value or the optimal value can be obtained.

情報処理装置は、異なる着用物データを入力して計算された前記筋活動情報を比較可能な形式で出力することができる。   The information processing apparatus can output the muscle activity information calculated by inputting different wear data in a comparable format.

上記構成により、着用物の違いにより筋活動がどのように変化するかを示す情報を出力することができる。   By the said structure, the information which shows how a muscular activity changes with the difference in a wearable thing can be output.

上記構成の情報処理装置(コンピュータ)実行する情報処理方法や、コンピュータを上記情報処理装置として機能させるためのプログラム又はそのようなプログラムを記録した非一時的な記録媒体(non-transitory recording media)も、本発明の実施形態に含まれる。   An information processing method executed by the information processing apparatus (computer) having the above configuration, a program for causing a computer to function as the information processing apparatus, or a non-transitory recording media recording such a program Are included in the embodiments of the present invention.

(実施形態1)
図1は、実施形態1における情報処理装置1の構成例を示す機能ブロック図である。図1に示す情報処理装置1は、着用物データ、身体時系列データ及び外力データを入力し、筋骨格モデルを用いて、着用物を付けた身体が外力を受けて身体時系列データで示される動作をした場合に運動により発生する力学量を計算し、この力学量から運動に寄与する筋肉の働きを示す筋活動情報を生成し出力する。そのため、情報処理装置1は、着用物データ入力部2と、身体動作情報入力部3と、外力入力部4と、力学的情報算出部5と、筋活動算出部6とを備える。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a functional block diagram illustrating a configuration example of the information processing apparatus 1 according to the first embodiment. The information processing apparatus 1 shown in FIG. 1 inputs wear data, body time series data, and external force data, and the body with the wear receives external force and is shown as body time series data using a musculoskeletal model. The mechanical quantity generated by the exercise when it moves is calculated, and the muscle activity information indicating the function of the muscle that contributes to the exercise is generated and output from this mechanical quantity. Therefore, the information processing apparatus 1 includes a wear data input unit 2, a body movement information input unit 3, an external force input unit 4, a mechanical information calculation unit 5, and a muscle activity calculation unit 6.

身体動作情報入力部3は、身体の動きを示す身体時系列データを入力する。身体時系列データは、身体の運動を表すデータであり、例えば、身体絶対運動を示すデータ及び関節角運動を示すデータが含まれる。具体的には、身体時系列データは、身体において少なくとも1個指定された関節中心の変位ベクトル及び関節中心における角変位ベクトルを含むことができる。   The body motion information input unit 3 inputs body time-series data indicating body movement. The body time series data is data representing body motion, and includes, for example, data representing absolute body motion and data representing joint angle motion. Specifically, the body time-series data can include at least one joint center displacement vector designated at the body and an angular displacement vector at the joint center.

外力入力部4は、身体に働く外力を示す外力データを入力する。外力データは、例えば、重力に加えて、身体が接する外部のものから受ける力を表すデータとすることができる。例えば、歩行、走行又は起立時に足が地面から受ける力や、空気や水など身体と接する流体から受ける力等を外力として入力することができる。例えば、身体を複数の部分に分割し、分割した各部分に働く外力を示す外力データを入力することができる。   The external force input unit 4 inputs external force data indicating external force acting on the body. The external force data can be, for example, data representing a force received from an external body in contact with the body in addition to gravity. For example, the force received by the foot from the ground when walking, running or standing, the force received from a fluid in contact with the body such as air or water, and the like can be input as the external force. For example, it is possible to divide the body into a plurality of parts and input external force data indicating the external force acting on each divided part.

着用物データ入力部2は、身体の着用物の変形に伴って発生する力を示す着用物データを入力する。着用物の変形に伴って発生する力には、荷重、モーメント、張力、応力又は摩擦力等が含まれる。着用物データは、例えば、着用物の変位と、変位により発生する力との関係を示すデータであってもよい。   The wearing article data input unit 2 inputs wearing article data indicating the force generated with the deformation of the body wearing article. The force generated along with the deformation of the wear includes load, moment, tension, stress, frictional force, and the like. The wear data may be data indicating a relationship between the displacement of the wear and the force generated by the displacement, for example.

なお、着用物データ入力部2、身体動作情報入力部3、及び外力入力部4による入力処理の形態は特定のものに限られない。例えば、入力デバイスを介してユーザからデータを受け付けてもよいし、情報が記録されたファイルを読み込んでもよいし、無線又は有線の通信によりデータを受信してもよい。これらの入力部は、入力したデータを、例えば、情報処理装置1のメモリに記録するなどして、力学的情報算出部5、及び筋活動算出部6がアクセス可能な状態にすればよい。   In addition, the form of the input process by the wearing article data input unit 2, the body movement information input unit 3, and the external force input unit 4 is not limited to a specific one. For example, data may be received from a user via an input device, a file in which information is recorded may be read, or data may be received by wireless or wired communication. These input units may be made accessible by the mechanical information calculation unit 5 and the muscle activity calculation unit 6 by recording the input data, for example, in the memory of the information processing apparatus 1.

力学的情報算出部5は、複数の骨要素と複数の筋要素とを含む筋骨格モデルを用いて、複数の骨要素が、外力データで示される外力及び着用物データで示される力を受けて、身体時系列データが示す動きをした場合に複数の筋要素により発生する力学量を計算する。筋骨格モデルは、関節を介して互いに回動可能に接続された複数の骨を示す複数の骨要素のデータと、伸縮することによって複数の骨の間に力を及ぼす複数の筋を表す複数の筋要素のデータを含む。力学量として、例えば、各関節における回転角速度、関節トルクや関節パワー等が力学量として算出される。   The mechanical information calculation unit 5 uses a musculoskeletal model including a plurality of bone elements and a plurality of muscle elements, and the plurality of bone elements receive an external force indicated by the external force data and a force indicated by the wear data. The mechanical quantity generated by the plurality of muscle elements when the movement indicated by the body time series data is calculated. A musculoskeletal model is a plurality of bone element data indicating a plurality of bones connected to each other through joints, and a plurality of muscles representing a plurality of muscles exerting a force between the plurality of bones by expanding and contracting. Contains muscle element data. As the mechanical quantity, for example, the rotational angular velocity, joint torque, joint power, and the like at each joint are calculated as the mechanical quantity.

骨要素は、例えば、質量を有する剛体のリンクを表すデータとすることができる。一例として、骨要素間の関節中心の位置、骨要素間の接続関係、各骨要素の質量、形状、慣性モーメント等を表すデータが骨要素のデータに含まれる。筋要素は、縮むときに張力を発生するワイヤーを表すデータとすることができる。例えば、骨要素に対するワイヤーの位置関係(始点、終点、経由点)を表すデータ、伸縮に伴って発生する張力を表すデータ等が筋要素のデータに含まれる。また、筋骨格モデルには、骨要素と骨要素とを繋ぎ、骨要素間の相対的な運動を抑制する靭帯要素や、骨要素と筋要素とを繋ぐ腱要素などがさらに含まれてもよい。靭帯要素や腱要素は、受動的に張力を発生するワイヤーを表すデータとすることができる。   The bone element may be data representing a rigid link having a mass, for example. As an example, data representing the position of the joint center between the bone elements, the connection relationship between the bone elements, the mass, shape, moment of inertia, etc. of each bone element is included in the data of the bone elements. The muscle element may be data representing a wire that generates tension when contracted. For example, data representing the positional relationship (start point, end point, and via point) of the wire with respect to the bone element, data representing the tension generated along with expansion and contraction, and the like are included in the muscle element data. The musculoskeletal model may further include a ligament element that connects the bone elements and the bone elements and suppresses relative movement between the bone elements, and a tendon element that connects the bone elements and the muscle elements. . The ligament element and the tendon element can be data representing a wire that passively generates tension.

力学的情報算出部5は、例えば、身体時系列データが示す動きを身体がする際の骨要素の位置変化、及び外力に基づいて、逆動力学計算により、骨要素の運動において発生する力学量を計算することができる。但し、この力学量は、筋要素による力の他、着用物の変形による影響を含んでいる。そのため、力学的情報算出部5は、骨要素の位置変化から逆動力学計算により計算された力学量と、着用物の変形により発生する力に基づく力学量とを用いて、筋要素の作用により発生する力学量を計算することができる。   For example, the mechanical information calculation unit 5 calculates the mechanical quantity generated in the motion of the bone element by inverse dynamics calculation based on the position change of the bone element when the body performs the movement indicated by the body time series data and the external force. Can be calculated. However, this mechanical quantity includes the influence of deformation of the worn article in addition to the force of the muscle element. For this reason, the mechanical information calculation unit 5 uses the mechanical quantity calculated by the inverse dynamics calculation from the position change of the bone element and the mechanical quantity based on the force generated by the deformation of the wearing object, and by the action of the muscle element. The generated mechanical quantity can be calculated.

この力学量は、運動力学的情報であり、例えば、骨要素が動いたときの筋要素の負荷を示す値とすることができる。一例として、外力、着用物による力、及び筋要素による力の合力を受けて、骨要素の位置が変化した(運動した)と考えた場合、骨要素の位置の変化から合力を計算することができる。着用物を着けた場合と着けない場合とで運動が同じであれば、着用物による力以外の外力は同じであるから、着用物による力がある場合とない場合とでは、筋肉が発揮する力が異なることになる。したがって、骨要素の位置の変化から逆動力学計算により得られる合力から着用物による力の成分を除いた成分を、筋要素による力の成分とすることができる。したがって、骨要素の運動から逆動力学演算により合力の力学量を算出し、算出した合力の力学量から着用物の成分を除くことで、筋要素の作用による力の力学量を計算することができる。なお、力学量の計算方法はこの例に限られない。外力、及び着用物の力の他にも筋要素による力以外の力(例えば、靭帯の力等)を考慮した計算をしてもよい。また、骨要素の位置変化のみならず速度変化からでも、逆動力学計算により力学量を計算することができる場合もある。   This mechanical quantity is kinematic information, and can be, for example, a value indicating the load of the muscle element when the bone element moves. As an example, if it is considered that the position of the bone element has changed (exercised) due to the resultant force of the external force, the force due to the wear, and the force due to the muscle element, the resultant force can be calculated from the change in the position of the bone element. it can. If the exercise is the same with and without wearing, the external force other than the force due to the wear is the same, so the force exerted by the muscles with and without the force due to the wear Will be different. Therefore, a component obtained by removing the force component due to the wear from the resultant force obtained by the inverse dynamics calculation from the change in the position of the bone element can be used as the force component due to the muscle element. Therefore, it is possible to calculate the mechanical amount of the force due to the action of the muscle element by calculating the mechanical amount of the resultant force by inverse dynamics calculation from the motion of the bone element and excluding the component of the wear from the calculated mechanical amount of the resultant force. it can. The calculation method of the mechanical quantity is not limited to this example. You may calculate in consideration of forces other than the force by a muscle element (for example, the force of a ligament etc.) other than the external force and the force of a wearing thing. Further, in some cases, the dynamic quantity can be calculated by inverse dynamics calculation not only from the position change of the bone element but also from the speed change.

このように、力学的情報算出部5は、身体動作情報及び外力に加えて、着用物が発生する力をも斟酌するため、着用物による影響を考慮した運動力学的情報を算出することが可能になる。   In this way, the mechanical information calculation unit 5 can calculate the kinematic information considering the influence of the wearing object in addition to the body movement information and the external force in addition to the force generated by the wearing object. become.

筋活動算出部6は、力学的情報算出部5で算出された力学量の発生に寄与する筋要素それぞれの働きを示す値を計算する。この値は、身体の動作に対する筋要素の作用を表す値であり、例えば、筋張力や筋収縮速度、筋パワー等とすることができる。1つの骨要素の動作に寄与する筋要素が複数ある場合、筋活動算出部6は、例えば、複数の筋要素の働きを表す値の組み合わせを複数パターン計算し、所定基準に基づいて複数パターンの中から最適パターンを決定することができる。すなわち、最適化計算により、力学量の発生に寄与する各筋要素の活動度合いを決定することができる。   The muscle activity calculation unit 6 calculates a value indicating the function of each muscle element that contributes to the generation of the mechanical quantity calculated by the mechanical information calculation unit 5. This value is a value representing the action of the muscle element on the movement of the body, and can be, for example, muscle tension, muscle contraction speed, muscle power, or the like. When there are a plurality of muscle elements that contribute to the operation of one bone element, the muscle activity calculation unit 6 calculates a plurality of patterns of combinations of values representing the functions of the plurality of muscle elements, for example, and calculates a plurality of patterns based on a predetermined criterion. The optimum pattern can be determined from the inside. In other words, the degree of activity of each muscle element that contributes to the generation of the mechanical quantity can be determined by the optimization calculation.

筋活動算出部6が使用する関節トルクには、着用物の影響が既に反映されているため、求められた筋要素の働きを示す値も着用物の影響を受けたものとなる。   Since the joint torque used by the muscle activity calculation unit 6 already reflects the influence of the worn article, the value indicating the function of the obtained muscle element is also influenced by the worn article.

情報処理装置1の着用物データ入力部2、身体動作情報入力部3、外力入力部4、力学的情報算出部5及び、筋活動算出部6の機能は、コンピュータのプロセッサが所定のプログラムを実行することにより実現することができる。また、情報処理装置1は、必ずしも1台のコンピュータで構成する必要はなく、例えば、互いに通信可能な複数のコンピュータで実現されてもよい。   The functions of the wear data input unit 2, the body movement information input unit 3, the external force input unit 4, the mechanical information calculation unit 5 and the muscle activity calculation unit 6 of the information processing apparatus 1 are executed by a computer processor executing a predetermined program. This can be realized. Further, the information processing apparatus 1 is not necessarily configured by a single computer, and may be realized by, for example, a plurality of computers that can communicate with each other.

[動作例]
図2は、情報処理装置1の動作例を示すフローチャートである。ここでは、一例として、着用物が水着であり、水着を着用した身体が泳ぐ動作における筋活動を計算する処理を説明する。
[Operation example]
FIG. 2 is a flowchart illustrating an operation example of the information processing apparatus 1. Here, as an example, a description will be given of a process of calculating muscle activity in an operation in which a wearing item is a swimsuit and a body wearing the swimsuit swims.

図2に示す例では、まず、身体動作情報入力部3が、身体時系列データを入力する(S1)。身体時系列データとして、例えば、身体絶対運動と関節角運動のデータが入力される。身体絶対運動として、例えば、筋骨格モデルにおいて複数個指定された関節中心の絶対運動座標系における変位ベクトルが入力される。関節角運動のデータとして、例えば、筋骨格モデルの各関節中心における角変位ベクトルが入力される。   In the example shown in FIG. 2, first, the body movement information input unit 3 inputs body time series data (S1). As the body time series data, for example, absolute body motion and joint angle motion data are input. As the absolute body motion, for example, a displacement vector in the absolute motion coordinate system of the joint center specified in the musculoskeletal model is input. As the joint angular motion data, for example, an angular displacement vector at each joint center of the musculoskeletal model is input.

着用物データ入力部2は、着用物データを入力する(S2)。着用物データとして、例えば、着用物にかかる張力と変形の度合いとの関係を示すデータを入力することができる。着用物データは、例えば、弾性係数、s−sカーブ(荷重−伸長率曲線)、張力と変位量との関係を示す関数、又は、複数の張力の値にそれぞれ対応付けられた変位の値とすることができる。また、着用物データは、着用物と骨要素との位置関係を示すデータを含むことができる。例えば、着用物を線要素で表す場合には、骨要素に対して固定された点により、線要素の始点、終点及び経由点を特定することができる。   The wearing article data input unit 2 inputs wearing article data (S2). As the wear data, for example, data indicating the relationship between the tension applied to the wear and the degree of deformation can be input. The wear data includes, for example, an elastic coefficient, an ss curve (load-elongation rate curve), a function indicating the relationship between tension and displacement, or a displacement value associated with each of a plurality of tension values. can do. Further, the wear data can include data indicating the positional relationship between the wear and the bone element. For example, when the wearable is represented by a line element, the start point, the end point, and the waypoint of the line element can be specified by the points fixed to the bone element.

外力入力部4は、外力データを入力する(S3)。外力データは、例えば、骨要素を含む身体表面を複数の微小領域に分割し、各微小領域に作用する流体力を示すデータとすることができる。流体力のように、外力が身体の動きによって時間変化する場合は、身体時系列データに合わせて、外力も時系列データとすることができる。なお、流体力は、例えば、身体形状データ(骨要素の形状、密度等)と、身体絶対運動及び関節角運動から取得した運動状態(位置、速度、加速度、向き、角速度、角加速度)とを用いて計算されてもよい。   The external force input unit 4 inputs external force data (S3). The external force data can be, for example, data indicating a fluid force acting on each minute region by dividing a body surface including a bone element into a plurality of minute regions. When the external force changes with time due to the movement of the body, such as fluid force, the external force can also be used as time series data in accordance with the body time series data. The fluid force includes, for example, body shape data (bone element shape, density, etc.) and motion states (position, velocity, acceleration, direction, angular velocity, angular acceleration) acquired from body absolute motion and joint angular motion. May be used to calculate.

S1〜S3において、身体時系列データ、着用物データ、及び外力データは、筋骨格モデルに設定される。ここで、図3を参照して、筋骨格モデルの一部の例を説明する。図3に示す筋骨格モデルは、剛体リンクである骨要素B1,B2,B3、骨要素の間の関節K12,K23、骨要素に対して固定された点間を結ぶワイヤー要素である筋要素M1,M2を含む。例えば、骨要素B1と骨要素B2は、関節K12で接続されている。骨要素B1及びB2は、関節K12を中心として回転可能に設定されている。   In S1 to S3, the body time series data, the wear data, and the external force data are set in the musculoskeletal model. Here, an example of a part of the musculoskeletal model will be described with reference to FIG. The musculoskeletal model shown in FIG. 3 is a bone element B1, B2, B3 which is a rigid link, joints K12, K23 between the bone elements, and a muscle element M1 which is a wire element connecting points fixed to the bone element. , M2. For example, the bone element B1 and the bone element B2 are connected by a joint K12. The bone elements B1 and B2 are set to be rotatable around the joint K12.

さらに、筋骨格モデルにおいて設定された複数の点を繋ぐ線要素T1、T2及びT3が、着用物を表す要素として設定される。例えば、線要素T1〜T3それぞれの始点、終点及び経由点を、筋骨格モデルにおいて予め決められた点のうちのいずれかに割り当てることで、骨要素と線要素T1〜T3との位置関係を決定することができる。このように、着用物データを、線要素を表すデータとすることで、データ構造を単純にでき、力学的情報算出部5の計算負荷を少なくすることができる。   Furthermore, line elements T1, T2, and T3 that connect a plurality of points set in the musculoskeletal model are set as elements representing the wear item. For example, the positional relationship between the bone element and the line elements T1 to T3 is determined by assigning the start point, the end point, and the waypoint of each of the line elements T1 to T3 to any of predetermined points in the musculoskeletal model. can do. Thus, by making the wearable object data into data representing line elements, the data structure can be simplified, and the calculation load on the mechanical information calculation unit 5 can be reduced.

一例として、図3に示す例では、少なくとも1つの関節を跨いで骨要素に沿う方向に直線状に延びる線要素T2、T3と、臀部から股の内側を通って膝の外側へかけて、骨要素に対して傾斜した方向に延びる線要素T1が着用物データとして設定される。この線要素T1は、例えば、生地のつなぎ目、縫い目又は二重になった部分等のように、着用物において特性が他の部分とは異なる材料で形成された部分に沿うよう設定することができる。このように、骨要素に沿った線要素及び着用物の構造に応じた線要素を組み合わせて設定することで、着用物の変形による力をより正確に再現することができる。なお、図3は、ヒトの筋骨格を背中側から見た場合の図である。図3は、筋骨格モデルの一部を示しているが、身体の一部に限らず全身をモデル化することができる。   As an example, in the example shown in FIG. 3, the line elements T2 and T3 that extend linearly in a direction along the bone element across at least one joint, and the bone from the inside of the crotch to the outside of the knee, A line element T1 extending in a direction inclined with respect to the element is set as the wear data. The line element T1 can be set so as to be along a part formed of a material different in characteristics from the other parts in the wear, such as a joint of seam, a seam, or a doubled part. . Thus, the force by deformation | transformation of a wearable object can be reproduced more correctly by setting combining the line element along a bone element, and the line element according to the structure of the wearable object. In addition, FIG. 3 is a figure at the time of seeing a human musculoskeletal from the back side. FIG. 3 shows a part of the musculoskeletal model, but the whole body can be modeled without being limited to a part of the body.

一例として、身体時系列データにおいて、関節K12,K23の変位を表すベクトルが身体絶対運動を表し、関節K12,K23の角変位ベクトルが関節角運動を表すことができる。また、外力データについては、骨要素B1,B2,B3を含む身体表面を分割した微小体節に作用する力を、流体力として設定することができる。着用物データとして、線要素T1、T2及びT3の伸びによる力の増加の割合を示すデータを設定することができる。また、各線要素T1、T2及びT3において、弛緩時の長さも設定し、線要素T1、T2及びT3が、弛緩時の長さを超えて伸びた場合に圧縮方向に力を発揮するよう設定することもできる。   As an example, in the body time series data, a vector representing the displacement of the joints K12 and K23 can represent the body absolute motion, and the angular displacement vector of the joints K12 and K23 can represent the joint angular motion. Moreover, about external force data, the force which acts on the minute body segment which divided | segmented the body surface containing bone element B1, B2, B3 can be set as a fluid force. Data indicating the rate of increase in force due to the elongation of the line elements T1, T2, and T3 can be set as the wear data. Moreover, in each line element T1, T2, and T3, the length at the time of relaxation is also set, and when the line elements T1, T2, and T3 extend beyond the length at the time of relaxation, they are set so as to exert a force in the compression direction. You can also.

力学的情報算出部5は、筋骨格モデルを用いて、複数の骨要素が、S3で入力された外力データで示される外力及びS2で入力された着用物データで示される力を受けて、S1で入力された身体時系列データが示す動きをした場合に発生する関節トルク等の力学量を計算する(S4)。例えば、力学的情報算出部5は、骨要素の位置変化に伴う、線要素T1〜T3それぞれの長さの変化を計算し、長さの変化によって発生する力をS2で入力した着用物データを基に計算する。さらに、力学的情報算出部5は、身体動作によって着用物が変形した時に発生する力と関節中心までの距離との積からモーメントを算出する。このモーメントを、骨要素の位置変化に基づいて逆動力学計算により求めた関節トルクに合算することで、実際に筋肉群により発揮される関節トルクを求めることができる。   Using the musculoskeletal model, the mechanical information calculation unit 5 receives the external force indicated by the external force data input at S3 and the force indicated by the wear data input at S2, using the musculoskeletal model. The mechanical quantity such as the joint torque generated when the movement indicated by the body time-series data input in step S4 is calculated (S4). For example, the mechanical information calculation unit 5 calculates the change in length of each of the line elements T1 to T3 accompanying the change in position of the bone element, and the wear data obtained by inputting the force generated by the change in length in S2. Calculate based on Further, the mechanical information calculation unit 5 calculates the moment from the product of the force generated when the wearable object is deformed by the body movement and the distance to the joint center. By adding this moment to the joint torque obtained by the inverse dynamics calculation based on the position change of the bone element, the joint torque actually exerted by the muscle group can be obtained.

例えば、筋要素の力が着用物の変形による力と同じ向きに働く場合は、骨要素の位置変化から逆動力学計算により求めた関節トルクの大きさから前記モーメントの大きさを引いた値が、筋要素により発揮される関節トルクの大きさとなる。一方、筋要素の力が着用物の変形による力と逆の向きに働く場合は、骨要素の位置変化から逆動力学計算により求めた関節トルクの大きさに、モーメントの大きさを足した値が、筋要素により発揮される関節トルクの大きさとなる。   For example, when the force of the muscle element works in the same direction as the force due to the deformation of the wear, the value obtained by subtracting the magnitude of the moment from the magnitude of the joint torque obtained by the inverse dynamics calculation from the position change of the bone element is This is the magnitude of the joint torque exerted by the muscle element. On the other hand, when the force of the muscle element works in the opposite direction to the force due to the deformation of the wear, the value obtained by adding the magnitude of the moment to the magnitude of the joint torque obtained by the inverse dynamics calculation from the position change of the bone element Is the magnitude of the joint torque exerted by the muscle element.

筋活動算出部6は、S4で算出された力学量の発生に寄与する筋要素それぞれの働きを示す値を計算する(S5)。ヒトの身体は、筋肉が収縮することで関節トルクを発生させ、実際の運動を生じると考えることができる。従って、関節トルクを算出し、モーメントアーム長で除すことで筋張力を推定することができる。但し、ある関節運動を起こす筋肉は複数ある場合がほとんどである。そのため、筋活動算出部6は、例えば、ある目的関数が最大あるいは最小となるような最適化計算によって、関節トルクをその関節運動に寄与する各筋に分配することができる。目的関数として、例えば、各筋の筋応力(筋張力を筋横断面積で除したもの)もしくは筋活動度(筋電位の発火パルス頻度に相当するもの)の指数乗の合計を計算し、これを最小化する最適化計算を実行することができる。   The muscle activity calculation unit 6 calculates a value indicating the function of each muscle element contributing to the generation of the mechanical quantity calculated in S4 (S5). It can be considered that the human body generates actual torque by generating joint torque as the muscle contracts. Therefore, the muscle tension can be estimated by calculating the joint torque and dividing by the moment arm length. However, in many cases, there are multiple muscles that cause some joint movement. Therefore, the muscle activity calculation unit 6 can distribute the joint torque to each muscle that contributes to the joint motion, for example, by an optimization calculation that maximizes or minimizes a certain objective function. As an objective function, for example, calculate the sum of exponential power of muscle stress (muscle tension divided by muscle cross-sectional area) or muscle activity (corresponding to the frequency of firing pulses of myoelectric potential) for each muscle. Optimization calculations can be performed to minimize.

S5では、例えば、筋張力や筋収縮速度、筋パワー等の値が計算され、この値は、筋活動を示す情報として出力される。例えば、各筋肉の筋張力、筋収縮速度又は筋パワーの値の他、これらの平均値、合計等が出力されてもよいし、この値に基づいて筋活動を表現するアニメーションや画像が生成され出力されてもよい。   In S5, for example, values such as muscle tension, muscle contraction speed, and muscle power are calculated, and these values are output as information indicating muscle activity. For example, in addition to the values of muscle tension, muscle contraction speed, or muscle power of each muscle, an average value, a sum, etc. of these may be output, and animations and images expressing muscle activity are generated based on these values. It may be output.

図2に示す処理により、着用物をつけて運動した場合の筋活動を計算することができる。このような計算は、例えば、身体に密着し筋活動に影響を与えやすい水着のような着用物の設計に貢献することができる。なお、図2に示す処理は一例であり情報処理装置の動作はこれに限定されない。例えば、S1〜S3の処理の順番は任意に変えることができる。   By the process shown in FIG. 2, the muscle activity when exercising with wearing clothes can be calculated. Such a calculation can contribute to the design of a wearable item such as a swimsuit that is in close contact with the body and easily affects muscle activity. The process illustrated in FIG. 2 is an example, and the operation of the information processing apparatus is not limited to this. For example, the processing order of S1 to S3 can be arbitrarily changed.

[動作の変形例]
図4は、面要素を表すデータを着用物データとする場合の例を示す図である。図4に示す例では、骨要素Bの周囲に設けられた複数の面要素Sにより着用物が表される。ここで、骨要素Bと筋要素(図4では図示せず)は、図3と同様とすることができる。面要素は、例えば、各面の頂点の座標により表すことができる。複数の面要素の頂点のうち一部は、筋骨格モデルで予め決められた点に対して固定されてもよい。これにより、骨要素と着用物を表す面要素との位置関係を決定することができる。
[Modification of operation]
FIG. 4 is a diagram illustrating an example in which data representing a surface element is used as wearable data. In the example shown in FIG. 4, a wearable item is represented by a plurality of surface elements S provided around the bone element B. Here, the bone element B and the muscle element (not shown in FIG. 4) can be the same as in FIG. The surface element can be represented by, for example, the coordinates of the vertices of each surface. Some of the vertices of the plurality of surface elements may be fixed to points predetermined in the musculoskeletal model. Thereby, the positional relationship between the bone element and the surface element representing the wearable item can be determined.

また、着用物データは、面要素の変形と面要素において発生する力との関係を示す情報を含むことができる。例えば、前記面要素の面に沿う方向における伸縮と力の関係を示す情報を含むことができる。さらに、1つの面要素において、複数の方向について伸縮と力の関係を示す情報を含むことができる。これにより、着用物の材料の力学特性の異方性を着用物データの面要素に反映することができる。なお、面要素の変形と面要素において発生する力との関係を示す情報は、例えば、弾性係数又はs−sカーブの他、変形と力の関係を表す関数であってもよいし、変形度合いを示す値と力の値との対応関係を示すテーブル形式又は表形式のデータであってもよい。   Also, the wearable data can include information indicating the relationship between the deformation of the surface element and the force generated in the surface element. For example, information indicating the relationship between expansion and contraction in the direction along the surface of the surface element can be included. Furthermore, in one surface element, information indicating the relationship between expansion and contraction and force in a plurality of directions can be included. Thereby, the anisotropy of the mechanical characteristic of the material of a wearable object can be reflected in the surface element of wearable object data. The information indicating the relationship between the deformation of the surface element and the force generated in the surface element may be, for example, a function representing the relationship between the deformation and the force in addition to the elastic coefficient or the ss curve, or the degree of deformation. It may be a table format or table format data indicating the correspondence between the value indicating the force and the force value.

図5は、着用物データとして面要素を表すデータを用いた場合の、情報処理装置1の動作例を示すフローチャートである。図5において、S1及びS3は、図2のS1及びS3と同様に実行することができる。S2において、着用物データとして、上記のような複数の面要素を表すデータが入力される。   FIG. 5 is a flowchart illustrating an operation example of the information processing apparatus 1 when data representing a surface element is used as the wearable data. In FIG. 5, S1 and S3 can be executed in the same manner as S1 and S3 in FIG. In S2, data representing a plurality of surface elements as described above is input as the wearable data.

力学的情報算出部5は、S1で入力された身体時系列データが示す運動による各面要素の変形を計算する(S11)。例えば、面要素を構成する頂点の変形前の三次元座標を変形後の頂点の三次元座標に変換する変換行列を、最小二乗法を用いて求めることができる。このような変換行列の計算例は、例えば、上記特許文献3に記載されている。なお、面要素の変形の計算はこれに限定されない。例えば、各面要素の面積の変化又は所定の方向における伸縮の度合いを算出することで面要素の変形を計算することができる。   The mechanical information calculation unit 5 calculates the deformation of each surface element due to the movement indicated by the body time-series data input in S1 (S11). For example, a transformation matrix for converting the three-dimensional coordinates before deformation of the vertices constituting the surface element into the three-dimensional coordinates of the vertices after deformation can be obtained using the least square method. An example of calculation of such a transformation matrix is described in Patent Document 3, for example. The calculation of the deformation of the surface element is not limited to this. For example, the deformation of the surface element can be calculated by calculating the change in the area of each surface element or the degree of expansion / contraction in a predetermined direction.

力学的情報算出部5は、S11で計算された面要素の変形に基づいて、この変形により発生する力を、S2で入力した着用物データを用いて計算する(S12)。例えば、面の変形量からその面で発生する張力を計算することができる。或いは、着用物データに、各面要素において、複数の方向について伸縮と力の関係を示す情報が含まれている場合、面の変形量とその変形方向に基づいて、前記複数の方向それぞれについて力を計算することができる。   Based on the deformation of the surface element calculated in S11, the mechanical information calculation unit 5 calculates the force generated by this deformation using the wearing data input in S2 (S12). For example, the tension generated on the surface can be calculated from the deformation amount of the surface. Alternatively, when the wear data includes information indicating the relationship between expansion and contraction in a plurality of directions in each surface element, the force in each of the plurality of directions is determined based on the deformation amount and the deformation direction of the surface. Can be calculated.

力学的情報算出部5は、S12で計算された面要素で発生する力によるモーメントを求める(S13)。例えば、面要素から関連する関節中心までの距離とS12で求めた力との積からモーメントを求めることができる。ここで、面要素と関節中心との関連は、予め設定しておくことができるし、或いは、面要素にと所定の位置関係を有する関節中心(例えば、最も近い或いは一定の距離にある関節中心)を関連する関節中心とすることもできる。   The mechanical information calculation unit 5 obtains a moment due to the force generated in the surface element calculated in S12 (S13). For example, the moment can be obtained from the product of the distance from the surface element to the related joint center and the force obtained in S12. Here, the relationship between the surface element and the joint center can be set in advance, or a joint center having a predetermined positional relationship with the surface element (for example, the joint center at the nearest or constant distance) ) Can also be the relevant joint center.

力学的情報算出部5は、身体時系列データが示す骨要素の運動によって発揮された関節トルクにS13で求めた各面要素のモーメントを足し合わせる(S14)。力学的情報算出部5は、例えば、身体時系列データが示す運動による骨要素の位置変化から、逆動力学演算により関節トルクを計算し、この関節トルクにS13で求めたモーメントを足し合わせることができる。これにより、骨要素の運動により発生する関節トルクのうち、筋要素が発揮する力の作用による成分を求めることができる。   The mechanical information calculation unit 5 adds the moment of each surface element obtained in S13 to the joint torque exhibited by the motion of the bone element indicated by the body time series data (S14). For example, the mechanical information calculation unit 5 may calculate joint torque by inverse dynamics calculation based on the position change of the bone element due to movement indicated by the body time series data, and add the moment obtained in S13 to the joint torque. it can. Thereby, the component by the effect | action of the force which a muscle element exhibits among the joint torque generate | occur | produced by the motion of a bone element can be calculated | required.

筋活動算出部6は、S14で算出された力学量の発生に寄与する筋要素それぞれの働きを示す値を計算する(S5)。これにより、面要素の変形による力の影響を考慮した、各筋要素の筋活動を示す値を計算することができる。また、面要素ごとの力の影響が反映されるので、着用物のより詳細な構成又は特性を演算結果に反映することができる。   The muscle activity calculation unit 6 calculates a value indicating the function of each muscle element contributing to the generation of the mechanical quantity calculated in S14 (S5). Thereby, it is possible to calculate a value indicating the muscle activity of each muscle element in consideration of the influence of force due to the deformation of the surface element. Moreover, since the influence of the force for every surface element is reflected, the more detailed structure or characteristic of a wearable thing can be reflected in a calculation result.

(実施形態2)
図6は、実施形態2における情報処理装置1aの構成例を示す機能ブロック図である。図6に示す情報処理装置1aは、図1に示す構成に加えて、さらに、着用物データ算出部7及び着用物データ判定部8を備える。
(Embodiment 2)
FIG. 6 is a functional block diagram illustrating a configuration example of the information processing apparatus 1a according to the second embodiment. The information processing apparatus 1a illustrated in FIG. 6 further includes a wearable object data calculation unit 7 and a wearable object data determination unit 8 in addition to the configuration illustrated in FIG.

着用物データ算出部7は、身体の形状を示す身体形状データと、着用物の形状を示す着用物形状データと、着用物の材料特性を示す材料データと、身体の動きを示す身体時系列データを入力する。着用物データ算出部7は、これらの入力したデータを用いて、身体形状データが示す身体の形状に、着用物形状データが示す着用物が装着された状態で、その身体が身体時系データで示される動きをした場合の、着用物の変形に伴って発生する力を計算する。着用物データ算出部7で計算された着用物変形に伴う力に関するデータは、着用物データとして、着用物データ入力部2で入力される。   The wearable object data calculation unit 7 includes body shape data indicating the shape of the body, wearable object shape data indicating the shape of the wearable object, material data indicating the material characteristics of the wearable object, and body time series data indicating the movement of the body. Enter. The wearing data calculation unit 7 uses these input data, and the body is body time system data in a state in which the wearing object indicated by the wearing object shape data is attached to the body shape indicated by the body shape data. Calculate the force generated with the deformation of the wear when the indicated movement is made. The data relating to the force associated with the deformation of the wear calculated by the wear data calculation unit 7 is input by the wear data input unit 2 as the wear data.

例えば、着用物データ算出部7は、身体形状データが示す身体表面形状に基づいて着用物を身体に着けた状態の着用物の形状を表すデータを生成する。着用物の形状データは、例えば、身体表面形状と対応付けられた複数の要素を含むことができ、身体時系列データが示す動きによって生じる各要素の変形が計算される。計算された各要素の変形と、材料データが示す着用物の材料特性に基づいて、各要素の変形によって発生する力を計算することができる。   For example, the wearing article data calculation unit 7 generates data representing the shape of the wearing article in a state where the wearing article is worn on the body based on the body surface shape indicated by the body shape data. The shape data of the wearable object can include, for example, a plurality of elements associated with the body surface shape, and the deformation of each element caused by the movement indicated by the body time series data is calculated. The force generated by the deformation of each element can be calculated based on the calculated deformation of each element and the material characteristics of the wearing material indicated by the material data.

着用物データ判定部8は、着用物データ算出部7による、着用物の変形に伴って発生する力の計算結果に基づいて、着用物の材料特性を示す材料データを再設定し、着用物データ算出部7に再計算を実行させる。なお、着用物データ判定部8は省略して、着用物データ算出部7によって計算されたデータが、着用物データ入力部2で入力される構成とすることもできる。   The wearing article data determination unit 8 resets the material data indicating the material characteristics of the wearing article based on the calculation result of the force generated by the wearing article data calculation unit 7 along with the deformation of the wearing article. The calculation unit 7 is caused to perform recalculation. Note that the wearable object data determination unit 8 may be omitted, and the data calculated by the wearable object data calculation unit 7 may be input by the wearable object data input unit 2.

[動作例]
図7は、着用物データ算出部7及び着用物データ判定部8の動作例を示すフローチャートである。ここでは、一例として、着用物が水着であり、水着を着用した身体が動いた場合に水着の変形に伴って発生する力を計算する処理を説明する。
[Operation example]
FIG. 7 is a flowchart showing an example of the operation of the wearing article data calculation unit 7 and the wearing article data determination unit 8. Here, as an example, a description will be given of a process of calculating a force generated along with a deformation of a swimsuit when the wearing item is a swimsuit and the body wearing the swimsuit moves.

図7に示す例では、まず、着用物データ算出部7は、身体形状データを入力する(S21)。身体形状データは、衣服形状データ生成のための基礎データとすることができ、例えば、ポリゴンデータとして入力することができる。ポリゴンデータは、三次元グラフィックスにおいて、モデリングした三次元図形の表面を三角形や四角形等の複数の多角形に分解し、これらの多角形を処理単位として三次元図形を形成するデータである。身体形状データを三次元モデルとして構成し、当該三次元モデルの表面にポリゴンデータを配置することができる。例えば、超音波やレーザーを利用した身体形状計測器等で求めた三次元座標の集合として表されたデータを元に生成することができる。   In the example shown in FIG. 7, first, the wearing article data calculation unit 7 inputs body shape data (S21). The body shape data can be used as basic data for generating clothing shape data, and can be input as polygon data, for example. Polygon data is data that decomposes the surface of a modeled three-dimensional figure into a plurality of polygons such as triangles and quadrilaterals and forms a three-dimensional figure using these polygons as processing units in three-dimensional graphics. Body shape data can be configured as a three-dimensional model, and polygon data can be arranged on the surface of the three-dimensional model. For example, it can be generated based on data represented as a set of three-dimensional coordinates obtained by a body shape measuring instrument using ultrasonic waves or laser.

着用物データ算出部7は、初期着用物形状データを入力する(S22)。初期着用物形状データは、例えば、着用前の着用物の形状を表すデータとすることができる。ここで衣服などの着用物の形状データは、計算上着用物として扱うことができるデータ要素を含むことができる。このようなデータ要素としては、着用物としての構成要素を最低限満たしていれば、例えば、ひも状の線要素でも、面要素でも良い。線要素の場合は、着用物データ算出部7の計算時の負荷が少なくて済む。面要素は、例えば、実際の着用物の形状に近似したポリゴンデータとすることができる。着用物の形状データが面要素を含むことで、より現実に近い計算が可能になる。   The wearing article data calculation unit 7 inputs initial wearing article shape data (S22). The initial wearing object shape data can be, for example, data representing the shape of the wearing object before wearing. Here, the shape data of a wearable item such as clothes can include a data element that can be treated as a wearable item for calculation. As such a data element, for example, a string-like line element or a surface element may be used as long as a constituent element as a wearing item is satisfied at a minimum. In the case of a line element, the load at the time of calculation of the wearing data calculator 7 can be reduced. The surface element can be, for example, polygon data that approximates the shape of the actual wearing article. Since the shape data of the wearing object includes the surface element, calculation closer to reality can be performed.

着用物データ算出部7は、S21で入力された身体形状データ、及びS22で入力された初期衣服形状データに基づいて、設計対象となる着用物の形状データを生成する(S23)。着用物の形状データは、線形要素の場合は、その要素が身体形状ポリゴンデータの表面におけるどの経路を通るかを三次元座標で特定することができる。形状データが、ポリゴンデータの場合は、各ポリゴンを構成する頂点が、身体形状ポリゴンデータを構成する頂点のうち、どの頂点に接するか又は対応するかを三次元座標で指定するものとすることができる。   The wearing article data calculation unit 7 generates shape data of the wearing object to be designed based on the body shape data input in S21 and the initial clothing shape data input in S22 (S23). In the case where the shape data of the wearable object is a linear element, it is possible to specify by a three-dimensional coordinate which path the element passes through on the surface of the body shape polygon data. When the shape data is polygon data, it is assumed that the vertexes constituting each polygon are in contact with or correspond to the vertexes constituting the body shape polygon data in three-dimensional coordinates. it can.

着用物データ算出部7は、身体形状の動きを示す身体動作情報を身体時系列データとして入力する(S24)。身体動作情報としては、身体の様々な動きに関するものが考えられるが、本実施形態においては、一例として、身体における少なくとも1つの関節中心の変位ベクトルと、各関節中心における角変位ベクトルを考慮する。例えば、S24で入力されるデータは、身体動作情報入力部3で入力する身体時系列データと同様のデータを用いることができるが、必ずしも、同じである必要はない。   The wearing article data calculation unit 7 inputs body movement information indicating the movement of the body shape as body time series data (S24). The body motion information may be related to various body movements. In the present embodiment, as an example, a displacement vector of at least one joint center in the body and an angular displacement vector at each joint center are considered. For example, the data input in S24 can use the same data as the body time-series data input in the body motion information input unit 3, but it is not necessarily the same.

着用物データ算出部7は、S23で計算された着用物の形状を表すポリゴンデータ及びS24で入力された身体の動作を示す身体時系列データを基に、ポリゴンデータの変位を算出する(S25)。これにより、着用物の変形を計算することができる。例えば、面要素を構成する頂点の変形前の三次元座標を、変形後の頂点の三次元座標に変換する変換行列を、最小二乗法を用いて求めることができる(例えば、上記特許文献3参照)。なお、面要素の変形の計算はこれに限定されない。   The wearing article data calculation unit 7 calculates the displacement of the polygon data based on the polygon data representing the shape of the wearing article calculated in S23 and the body time-series data indicating the body motion input in S24 (S25). . Thereby, the deformation | transformation of a wearing thing is computable. For example, a transformation matrix for converting the three-dimensional coordinates before deformation of the vertices constituting the surface element into the three-dimensional coordinates of the vertices after deformation can be obtained using the least square method (see, for example, Patent Document 3 above). ). The calculation of the deformation of the surface element is not limited to this.

着用物データ算出部7は、着用物の材料特性を示す材料データを入力する(S26)。材料データは、着用物の材料の力学的情報を含むデータであり、例えば、ポリゴンデータの変位から、ポリゴンで表される着用物の要素で発生する力(例えば、張力)を算出するために用いられる。例えば、着用物の弾性率、すなわち、着用物の生地を一定長引き伸ばすために必要な力を材料データとすることができる。また、生地の異方性を考慮するために、モデル式として下記式を与え、角度を変えて生地の引っ張り試験を実施した結果から、最小二乗法を用いて、モデル式の各パラメータを求めて材料データとすることもできる。ここで、与える異方性超弾性モデルの特徴を定める弾性ポテンシャル関数は、等方性の特徴を表すムーニーリブリンモデル(例えば、下記文献(1)参照)と異方性の特徴を示す修正イツコフモデル(例えば、下記文献(2)参照)などの和として表すことができる。   The wearing article data calculation unit 7 inputs material data indicating the material characteristics of the wearing article (S26). The material data is data including mechanical information of the material of the wearable material, and is used, for example, to calculate a force (for example, tension) generated in the wearable element represented by the polygon from the displacement of the polygon data. It is done. For example, the elastic modulus of the wearing object, that is, the force required to stretch the cloth of the wearing object for a certain length can be used as the material data. In addition, in order to consider the anisotropy of the fabric, the following formula is given as a model formula, and the parameters of the model formula are calculated using the least square method from the results of the fabric tensile test performed at different angles. It can also be material data. Here, the elastic potential function that determines the characteristics of the anisotropic hyperelastic model to be given includes a Mooney Riblin model (see, for example, the following document (1)) representing an isotropic characteristic and a modified Itzukov model (for example, the characteristic of anisotropy) (for example, , See the following document (2)).

文献
(1) R. S. Rivlin and D. W. Saunders, "Large elastic deformation of isotropic materials. VII. Experiments on the deformation of rubber", Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences, Volume 243, Issue 865, pp. 251-288.
(2) 浅井光輝, 木村嘉之, 園田佳巨, 西本安志, 西野好生, "異方性超弾性モデルによる織布強化ゴム特性の数値解", 応用力学論文集, Vol.11(2008), pp.467-474
Reference (1) RS Rivlin and DW Saunders, "Large elastic deformation of isotropic materials. VII. Experiments on the deformation of rubber", Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences, Volume 243, Issue 865 , pp. 251-288.
(2) Mitsuteru Asai, Yoshiyuki Kimura, Yoshihiro Sonoda, Yasushi Nishimoto, Yoshio Nishino, "Numerical Solution of Woven Fabric Reinforced Rubber Properties Using Anisotropic Hyperelastic Model", Applied Mechanics, Vol.11 (2008), pp. 467-474

着用物データ算出部7は、S25で計算されたポリゴンデータの変位とS26で入力された材料データに基づいて、変位により発生する力を示す値を計算する(S27)。着用物データ算出部7は、各ポリゴンデータの変位に伴う力を計算することで、例えば、ポリゴンが発生する張力又はモーメントの大きさ及び方向の分布を計算することができる。これらの情報は、設計支援情報として出力することができる。   The wearing article data calculation unit 7 calculates a value indicating the force generated by the displacement based on the displacement of the polygon data calculated in S25 and the material data input in S26 (S27). The wearable object data calculation unit 7 can calculate the magnitude and direction distribution of tension or moment generated by the polygon, for example, by calculating the force accompanying the displacement of each polygon data. Such information can be output as design support information.

着用物データ判定部8は、S27で計算された着用物の変形による力に基づく情報を評価する(S28)。例えば、着用物データ判定部8は、S27の計算結果をディスプレイ等の表示手段で表示して、ユーザから評価の入力を受け付けることができる。例えば、着用物データ判定部8は、着用物の変形による力又はモーメントの分布を表示し、ユーザから、着用物の設計が当初の目的に適うかどうかを示す情報又は着用物の材料データの更新情報の入力を受け付けることができる。このように、着用物データ判定部8は、ユーザからの入力に基づいて、着用物が目的に適うか否かを判断することができる。あるいは、着用物データ判定部8は、S27で計算された力を示す値または、値から得られる評価値を用いて自動的に判定することができる。   The wearing article data determination unit 8 evaluates information based on the force caused by the deformation of the wearing article calculated in S27 (S28). For example, the wearing article data determination unit 8 can display the calculation result of S27 on a display unit such as a display and accept an input of evaluation from the user. For example, the wear data determination unit 8 displays the distribution of force or moment due to deformation of the wear, and updates the information indicating whether the design of the wear suits the original purpose or the material data of the wear from the user. Input of information can be accepted. As described above, the wearing article data determination unit 8 can determine whether or not the wearing article is suitable for the purpose based on the input from the user. Or the wearing article data determination part 8 can determine automatically using the value which shows the force calculated by S27, or the evaluation value obtained from a value.

S28で所望の結果が得られていないと判断された場合(S28でNO)、着用物データ判定部8は、ユーザからの入力あるいはS27の計算結果に基づいて、材料データを更新し(S26)、着用物データ算出部7にS27の処理を再度実行させる。材料データの更新は、ユーザからの入力に基づいて行うこともできるし、自動的に更新することもできる。自動的に更新する場合は、例えば、所定の範囲内で材料特性を示す値をランダムに変化させるか、又は、予め決められた評価関数を用いて更新値を決定することもできる。S28でYESと判断された場合は、S27の計算結果を出力する。これにより、例えば、S26で入力する情報を変化させて、再度設計支援情報を算出、表示して目的に適うかどうかを判断するという作業を、所望の張力が得られるまで繰り返すことができる。   When it is determined that the desired result is not obtained in S28 (NO in S28), the wearing article data determination unit 8 updates the material data based on the input from the user or the calculation result of S27 (S26). Then, the wearing data calculation unit 7 is caused to execute the process of S27 again. The material data can be updated based on an input from the user, or can be automatically updated. In the case of automatically updating, for example, the value indicating the material property within a predetermined range is randomly changed, or the updated value can be determined using a predetermined evaluation function. If YES is determined in S28, the calculation result in S27 is output. Thereby, for example, the operation of changing the information input in S26, calculating and displaying the design support information again, and determining whether or not it meets the purpose can be repeated until a desired tension is obtained.

(実施形態3)
図8は、実施形態3における情報処理装置1bの構成例を示す機能ブロック図である。図8に示す情報処理装置1bは、図6に示す構成に加えて、さらに、筋活動判定部9を備える。筋活動判定部9は、筋活動算出部6の計算結果に基づいて着用物データを再設定し、力学的情報算出部5及び筋活動算出部6に処理を実行させる。筋活動判定部9は、この構成に加えて、又はこの構成に代えて、筋活動算出部6の計算結果に基づいて着用物の材料特性を示す材料データを再設定し、着用物データ算出部7、力学的情報算出部5及び筋活動算出部6に処理を実行させる構成とすることもできる。
(Embodiment 3)
FIG. 8 is a functional block diagram illustrating a configuration example of the information processing apparatus 1b according to the third embodiment. The information processing apparatus 1b illustrated in FIG. 8 further includes a muscle activity determination unit 9 in addition to the configuration illustrated in FIG. The muscle activity determination unit 9 resets the wear data based on the calculation result of the muscle activity calculation unit 6 and causes the mechanical information calculation unit 5 and the muscle activity calculation unit 6 to execute processing. In addition to or instead of this configuration, the muscle activity determination unit 9 resets the material data indicating the material characteristics of the wear based on the calculation result of the muscle activity calculation unit 6, and the wear data calculation unit 7. It can also be set as the structure which makes the mechanical information calculation part 5 and the muscular activity calculation part 6 perform a process.

図9は、筋活動判定部9が、筋活動算出部6の計算結果に基づいて着用物データを再設定する場合の動作例を示すフローチャートである。図9において、S1〜S5は、図2に示すS1〜S5と同様に実行することができる。S6において、筋活動判定部9は、S4で求めた筋活動が、当初の目的に適うかどうかを判断する。例えば、ユーザからの入力或いは、筋活動を示す値の評価により、所望の筋張力、筋収縮速度又は筋パワーが得られていないと判断した場合は、S2に入力する情報を変化させて再度、S4及びS5の処理を繰り返すことができる。これにより、筋活動が目的に適うかどうかを判断する(S6)という処理を、所望の筋張力や筋収縮速度、筋パワーが得られるまで繰り返すことができる。その結果、所望の筋活動を達成するための着用物データが得られる。   FIG. 9 is a flowchart illustrating an operation example when the muscle activity determination unit 9 resets the wear data based on the calculation result of the muscle activity calculation unit 6. In FIG. 9, S1 to S5 can be executed in the same manner as S1 to S5 shown in FIG. In S6, the muscle activity determination unit 9 determines whether or not the muscle activity obtained in S4 is suitable for the initial purpose. For example, when it is determined that the desired muscle tension, muscle contraction speed, or muscle power is not obtained by the input from the user or the evaluation of the value indicating the muscle activity, the information input in S2 is changed again. The processes of S4 and S5 can be repeated. Thereby, it is possible to repeat the process of determining whether the muscle activity is suitable for the purpose (S6) until a desired muscle tension, muscle contraction speed, and muscle power are obtained. As a result, wear data for achieving a desired muscle activity is obtained.

図10は、筋活動判定部9が、筋活動算出部6の計算結果に基づいて着用物の材料データを再設定する場合の動作例を示すフローチャートである。図10において、S21〜S27は、図7に示すS21〜S27と同様に実行でき、S1〜S5は、図2に示すS1〜S5と同様に実行することができる。S6において、筋活動判定部9は、S4で求めた筋活動が、当初の目的に適うかどうかを判断する。筋活動が当初の目的に適うものでないと判断した場合、S26に入力する材料データを変化させて再度、S27及びS1〜S5の処理を繰り返すことができる。その結果、所望の筋活動を達成するための着用物の材料データが得られる。   FIG. 10 is a flowchart illustrating an operation example in the case where the muscle activity determination unit 9 resets the material data of the wearing article based on the calculation result of the muscle activity calculation unit 6. 10, S21 to S27 can be executed in the same manner as S21 to S27 shown in FIG. 7, and S1 to S5 can be executed in the same manner as S1 to S5 shown in FIG. In S6, the muscle activity determination unit 9 determines whether or not the muscle activity obtained in S4 is suitable for the initial purpose. If it is determined that the muscle activity does not meet the original purpose, the material data input to S26 can be changed and the processes of S27 and S1 to S5 can be repeated again. As a result, material data of the wear to achieve the desired muscle activity is obtained.

例えば、予めサポートする筋肉及び筋肉の動作を示す判定基準データを設定しておき、S6において、筋活動判定部9が、S5で得られた筋要素の働きが、判定基準データにより示される条件を満たしているか否かを判定することができる。あるいは、筋活動判定部9は、異なる着用物データを入力して計算された筋活動情報を比較可能な形式で出力し、ユーザから評価を示す情報の入力を受け付けてもよい。   For example, determination criterion data indicating muscles and muscle movements to be supported is set in advance, and in S6, the muscle activity determination unit 9 sets a condition in which the function of the muscle element obtained in S5 is indicated by the determination criterion data. It can be determined whether or not the condition is satisfied. Alternatively, the muscle activity determination unit 9 may input muscle activity information calculated by inputting different wear data in a comparable format, and may accept input of information indicating evaluation from the user.

図11は、S5で得られる筋活動情報の一例を示す図である。図11に示すように、ある特定の動作に寄与する筋群の筋張力の代表値(例えば、平均値、合計値、中央値等)を、着用物データの条件を変えて計算した結果を比較可能な形態で表示することができる。これにより、ユーザは、どのような着用物の条件を設定すれば、所望の筋活動が得られるか否かを判断しやすくなる。図11に示す例では、身体の一部の筋肉について計算結果が示されているが、身体全体の筋肉について計算結果を示すこともできる。また、例えば、着用物の影響がある筋肉がどれかを特定する情報を表示することもできる。   FIG. 11 is a diagram illustrating an example of muscle activity information obtained in S5. As shown in FIG. 11, the results of calculating representative values (for example, average value, total value, median value, etc.) of muscle tension of muscle groups that contribute to a specific action while changing the conditions of the wear data are compared. It can be displayed in a possible form. Thereby, it becomes easy for the user to determine whether the desired muscle activity can be obtained by setting what kind of wearing condition. In the example shown in FIG. 11, the calculation result is shown for muscles of a part of the body, but the calculation result can also be shown for muscles of the whole body. In addition, for example, information for identifying which muscle has an influence of a wearing item can be displayed.

上記実施形態1〜3に記載の情報処理装置は、例えば、筋肉を使った特定の運動をサポートするのに適切な着用物の設計支援情報を得るのに好適に用いることができる。なお、本発明は、上記実施形態1〜3に限定されない。例えば、本発明で扱うことができる着用物は水着に限られず、その他の、身体に装着され身体の運動に影響を与えるものについて適用することができる。例えば、走る動きをサポートするランニングウェア又はシューズ、ゴルフのスウィング動作をサポートするゴルフウェア等の人又は動物の運動をサポートする機能を備えた着用物の設計に、本発明を好適に用いることができる。   The information processing apparatuses described in the first to third embodiments can be suitably used for obtaining, for example, design support information for wearing articles suitable for supporting a specific exercise using muscles. In addition, this invention is not limited to the said Embodiment 1-3. For example, the wearable items that can be handled in the present invention are not limited to swimwear, but can be applied to other items that are attached to the body and affect the movement of the body. For example, the present invention can be suitably used for the design of a wearable item having a function of supporting the movement of a person or an animal, such as running wear or shoes that support running motion, golf wear that supports golf swing motion, etc. .

1、1a、1b 情報処理装置
2 着用物データ入力部
3 身体動作情報入力部
4 外力入力部
5 力学的情報算出部
6 筋活動算出部
7 着用物データ算出部
8 着用物データ判定部
9 筋活動判定部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1a, 1b Information processing apparatus 2 Wearing thing data input part 3 Physical motion information input part 4 External force input part 5 Mechanical information calculation part 6 Muscle activity calculation part 7 Wearing object data calculation part 8 Wearing object data determination part 9 Muscle activity Judgment part

Claims (10)

身体の動きを示す身体時系列データを入力する身体動作情報入力部と、
身体に働く外力を示す外力データを入力する外力入力部と、
身体の着用物の変形に伴って発生する複数の方向についての張力を示す面要素で表された着用物データを入力する着用物データ入力部と、
関節を介して互いに回動可能に接続された複数の骨を示す複数の骨要素と、伸縮することによって複数の骨の間に力を及ぼす複数の筋を表す複数の筋要素とを含む筋骨格モデルを用いて、前記複数の骨要素が、前記外力データで示される外力及び前記着用物データで示される力を受けて、前記身体時系列データが示す動きをした場合に、前記複数の筋要素により発生する力学量を計算する力学的情報算出部と、
前記力学的情報算出部で算出された力学量の発生に寄与する前記筋要素それぞれの働きを示す値を計算する筋活動算出部を備え、
前記着用物データは、前記面要素の変形と前記面要素において発生する複数の方向の張力との関係を示す情報を含み、
前記力学的情報算出部は、前記身体時系列データが示す動きを前記骨要素がした場合の前記面要素の変形を計算し、前記着用物データを用いて前記面要素の変形によって発生する力を計算する、情報処理装置。
A body movement information input unit for inputting body time-series data indicating body movement;
An external force input unit for inputting external force data indicating the external force acting on the body;
A wear data input unit for inputting wear data represented by surface elements indicating tensions in a plurality of directions generated along with deformation of the wear of the body;
A musculoskeletal structure including a plurality of bone elements indicating a plurality of bones rotatably connected to each other via joints, and a plurality of muscle elements representing a plurality of muscles that exert force between the plurality of bones by expanding and contracting Using the model, when the plurality of bone elements receive the external force indicated by the external force data and the force indicated by the wear data, and move by the body time series data, the plurality of muscle elements A mechanical information calculation unit for calculating a mechanical quantity generated by
E Bei muscle activity calculation section that calculates a value indicating a respective work contributes the muscle element to generation of a physical quantity calculated by the dynamic information calculation unit,
The wearing article data includes information indicating a relationship between deformation of the surface element and tension in a plurality of directions generated in the surface element,
The mechanical information calculation unit calculates a deformation of the surface element when the bone element performs a movement indicated by the body time-series data, and generates a force generated by the deformation of the surface element using the wearable data. An information processing apparatus for calculating .
身体の形状を示す身体形状データと、着用物の形状を示す着用物形状データと、着用物の材料特性を示す材料データと、身体の動きを示す身体時系列データを用いて、前記身体形状データが示す身体の形状に、前記着用物形状データが示す着用物が装着された状態で、前記身体が前記身体時系データで示される動きをした場合の、前記着用物の変形に伴って発生する力を計算する、着用物データ算出部をさらに備える、請求項1に記載の情報処理装置。   Using the body shape data indicating the shape of the body, the wear shape data indicating the shape of the wear object, the material data indicating the material characteristics of the wear object, and the body time series data indicating the movement of the body, the body shape data Occurs when the body moves as indicated by the body time system data in a state in which the wear indicated by the wear shape data is attached to the shape of the body indicated by The information processing apparatus according to claim 1, further comprising a wearable data calculation unit that calculates force. 前記力学的情報算出部は、前記面要素の変形に伴って発生する張力と前記面要素から関節中心までの距離との積から全ての前記面要素のモーメントを計算し、全ての前記面要素のモーメントを積算した値を用いて前記力学量を計算する、請求項1又は2に記載の情報処理装置。The mechanical information calculation unit calculates moments of all the surface elements from a product of a tension generated along with the deformation of the surface element and a distance from the surface element to the joint center, and calculates all the surface elements. The information processing apparatus according to claim 1, wherein the mechanical quantity is calculated using a value obtained by integrating moments. 前記力学的情報算出部は、前記外力を考慮した逆動力学計算により関節トルクを求め、前記積算した全ての前記面要素のモーメントを前記関節トルクに合算することで前記力学量を計算する、請求項3に記載の情報処理装置。The mechanical information calculation unit obtains a joint torque by inverse dynamics calculation in consideration of the external force, and calculates the mechanical quantity by adding all the moments of the integrated surface elements to the joint torque. Item 4. The information processing device according to Item 3. 前記着用物データ算出部による、前記着用物の変形に伴って発生する力の計算結果に基づいて、前記着用物の材料特性を示す材料データを再設定し、前記着用物データ算出部に再計算を実行させる着用物データ判定部をさらに備える、請求項2に記載の情報処理装置。   Based on the calculation result of the force generated along with the deformation of the wearing article by the wearing article data calculating unit, the material data indicating the material characteristics of the wearing article is reset, and recalculated in the wearing article data calculating unit. The information processing apparatus according to claim 2, further comprising a wearing data determination unit that executes the operation. 前記筋活動算出部の計算結果に基づいて前記着用物データを再設定し、力学的情報算出部及び前記筋活動算出部に処理を実行させる筋活動判定部をさらに備える、請求項1〜5のいずれか1項に記載の情報処理装置。   The muscle activity determination unit according to claim 1, further comprising a muscle activity determination unit that resets the wearable data based on a calculation result of the muscle activity calculation unit and causes the mechanical information calculation unit and the muscle activity calculation unit to execute processing. The information processing apparatus according to any one of claims. 前記筋活動算出部の計算結果に基づいて前記着用物の材料特性を示す材料データを再設定し、前記着用物データ算出部、前記力学的情報算出部及び前記筋活動算出部に処理を実行させる筋活動判定部をさらに備える、請求項2に記載の情報処理装置。   Based on the calculation result of the muscle activity calculation unit, the material data indicating the material characteristics of the worn article is reset, and the wear item data calculation unit, the mechanical information calculation unit, and the muscle activity calculation unit are caused to execute processing. The information processing apparatus according to claim 2, further comprising a muscle activity determination unit. 異なる着用物データを入力して計算された前記筋活動情報を比較可能な形式で出力する、請求項1〜7のいずれか1項に記載の情報処理装置。   The information processing apparatus according to claim 1, wherein the muscle activity information calculated by inputting different wear data is output in a comparable format. コンピュータが実行する情報処理方法であって、
身体の動きを示す身体時系列データを入力する身体動作情報入力工程と、
身体に働く外力を示す外力データを入力する外力入力工程と、
身体の着用物の変形に伴って発生する複数の方向についての張力を示す面要素で表された着用物データを入力する着用物データ入力工程と、
関節を介して互いに回動可能に接続された複数の骨を示す複数の骨要素と、伸縮することによって複数の骨の間に力を及ぼす複数の筋を表す複数の筋要素とを含む筋骨格モデルを用いて、前記複数の骨要素が、前記外力データで示される外力及び前記着用物データで示される力を受けて、前記身体時系列データが示す動きをした場合に、前記複数の筋要素により発生する力学量を計算する力学的情報算出工程と、
前記力学的情報算出工程で算出された力学量の発生に寄与する前記筋要素それぞれの働きを示す値を計算する筋活動算出工程を有し、
前記着用物データは、前記面要素の変形と前記面要素において発生する複数の方向の張力との関係を示す情報を含み、
前記力学的情報算出工程において、前記身体時系列データが示す動きを前記骨要素がした場合の前記面要素の変形を計算し、前記着用物データを用いて前記面要素の変形によって発生する力を計算する、情報処理方法。
An information processing method executed by a computer,
A body movement information input step for inputting body time-series data indicating body movement;
An external force input process for inputting external force data indicating the external force acting on the body;
A wear data input process for inputting wear data represented by surface elements indicating tensions in a plurality of directions generated along with deformation of the wear of the body;
A musculoskeletal structure including a plurality of bone elements indicating a plurality of bones rotatably connected to each other via joints, and a plurality of muscle elements representing a plurality of muscles that exert force between the plurality of bones by expanding and contracting Using the model, when the plurality of bone elements receive the external force indicated by the external force data and the force indicated by the wear data, and move by the body time series data, the plurality of muscle elements A mechanical information calculation step for calculating a mechanical quantity generated by
Have a muscle activity calculation step that calculates a value indicating a respective work contributes the muscle element to generation of a physical quantity calculated by the dynamic information calculating step,
The wearing article data includes information indicating a relationship between deformation of the surface element and tension in a plurality of directions generated in the surface element,
In the mechanical information calculation step, the deformation of the surface element when the bone element performs the movement indicated by the body time series data is calculated, and the force generated by the deformation of the surface element using the wearable data is calculated. Information processing method to calculate .
身体の動きを示す身体時系列データを入力する身体動作情報入力処理と、
身体に働く外力を示す外力データを入力する外力入力処理と、
身体の着用物の変形に伴って発生する複数の方向についての張力を示す面要素で表された着用物データを入力する着用物データ入力処理と、
関節を介して互いに回動可能に接続された複数の骨を示す複数の骨要素と、伸縮することによって複数の骨の間に力を及ぼす複数の筋を表す複数の筋要素とを含む筋骨格モデルを用いて、前記複数の骨要素が、前記外力データで示される外力及び前記着用物データで示される力を受けて、前記身体時系列データが示す動きをした場合に、前記複数の筋要素により発生する力学量を計算する力学的情報算出処理と、
前記力学的情報算出処理で算出された力学量の発生に寄与する前記筋要素それぞれの働きを示す値を計算する筋活動算出処理をコンピュータに実行させ、
前記着用物データは、前記面要素の変形と前記面要素において発生する複数の方向の張力との関係を示す情報を含み、
前記力学的情報算出処理は、前記身体時系列データが示す動きを前記骨要素がした場合の前記面要素の変形を計算し、前記着用物データを用いて前記面要素の変形によって発生する力を計算する、情報処理プログラム。
Body movement information input processing for inputting body time-series data indicating body movement;
An external force input process for inputting external force data indicating the external force acting on the body;
Wear data input processing for inputting wear data represented by surface elements indicating tensions in a plurality of directions generated along with deformation of the wear of the body;
A musculoskeletal structure including a plurality of bone elements indicating a plurality of bones rotatably connected to each other via joints, and a plurality of muscle elements representing a plurality of muscles that exert force between the plurality of bones by expanding and contracting Using the model, when the plurality of bone elements receive the external force indicated by the external force data and the force indicated by the wear data, and move by the body time series data, the plurality of muscle elements Mechanical information calculation processing for calculating the mechanical quantity generated by
Causing the computer to execute a muscle activity calculation process for calculating a value indicating the function of each of the muscle elements that contributes to the generation of the mechanical quantity calculated in the mechanical information calculation process ,
The wearing article data includes information indicating a relationship between deformation of the surface element and tension in a plurality of directions generated in the surface element,
The mechanical information calculation process calculates a deformation of the surface element when the bone element performs a movement indicated by the body time series data, and uses the wear data to generate a force generated by the deformation of the surface element. An information processing program to calculate .
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