JP6583605B2 - 運動情報生成装置及び運動情報生成方法、運動情報生成プログラム - Google Patents
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Description
本発明は、ユーザが運動状態を的確に把握することができる運動情報生成装置及び運動情報生成方法、運動情報生成プログラムに関する。
近年、健康志向の高まりにより、日常的にランニングやウォーキング、サイクリング等の運動を行い、健康状態を維持又は増進する人々が増えている。また、各種の大会や競技会等への参加を目標として、より本格的なトレーニングを行う人も増加している。このような人々は、自らの健康状態や運動状態を数値やデータで測定したり、記録したりすることに対して、意識や関心が非常に高い。
このような要望に対応するために、近年、加速度や角速度を計測することができるモーションセンサを利用して、身体の動きを把握する製品や技術の研究が行われている。例えば特許文献１には、歩行者の股関節や膝関節、足関節を挟むように測定センサを取り付け、歩行時の加速度や角速度を測定することにより、各関節の関節角度やその他の歩行情報を把握して、歩行状態の評価を行う歩行解析システムが開示されている。
上述した特許文献１等に記載された技術においては、運動時の下肢の動作を把握して再現するために、腰、大腿、下腿のそれぞれにモーションセンサを取り付けて、加速度や角速度等を測定する必要がある。そのため、身体に多数のモーションセンサを装着する手間が非常に繁雑なうえ、システムの構築コストも高価になり、一般の人々が簡易に利用できるものではないという問題を有していた。
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑み、ユーザが運動状態を的確に把握できる運動情報生成装置及び運動情報生成方法、運動情報生成プログラムを提供することを目的とする。
本発明に係る第１の態様の運動情報生成装置は、
人体の一方の脚の足首に装着されて、前記一方の脚の動作状態に関連するデータを出力するセンサ部の装着状態、前記人体の片脚立ち時の姿勢及び前記一方の脚の下腿の長さ、の少なくとも何れかを規定するための、キャリブレーション動作を前記人体が行ったときに前記センサ部より出力されるデータに基づくパラメータを算出するパラメータ算出部と、
前記人体が運動を行っているときに前記センサ部より出力されるデータと、前記パラメータ算出部により算出された前記パラメータの値と、に基づいて、前記人体の前記運動を行っているときの脚の動作状態を再現した動画を生成する動画生成部と、を備え、
前記キャリブレーション動作は、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた基準姿勢にするとともに、他方の脚を地面から離間させた片脚立ちを行う第１の動作を有し、
前記パラメータ算出部は、前記人体が前記キャリブレーション動作として前記第１の動作を行ったときの前記人体の動作に応じて前記センサ部より出力される第１のデータに基づいて、前記パラメータとして、前記基準姿勢を規定する姿勢行列を算出することを特徴とする。
本発明に係る第２の態様の運動情報生成装置は、
人体の一方の脚の足首に装着されて、前記一方の脚の動作状態に関連するデータを出力するセンサ部の装着状態、前記人体の片脚立ち時の姿勢及び前記一方の脚の下腿の長さ、の少なくとも何れかを規定するための、キャリブレーション動作を前記人体が行ったときに前記センサ部より出力されるデータに基づくパラメータを算出するパラメータ算出部と、
前記人体が運動を行っているときに前記センサ部より出力されるデータと、前記パラメータ算出部により算出された前記パラメータの値と、に基づいて、前記人体の前記運動を行っているときの脚の動作状態を再現した動画を生成する動画生成部と、を備え、
前記キャリブレーション動作は、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた状態から、該一方の脚の膝を回転軸として、該一方の脚の下腿を少なくとも９０度回転させるように屈曲させた後、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた状態に戻す第２の動作を有し、
前記パラメータ算出部は、前記人体が前記キャリブレーション動作として前記第２の動作を行ったときの前記人体の動作に応じて前記センサ部より出力される第２のデータに基づいて、前記パラメータとして、前記一方の脚の膝と前記センサ部の装着位置の間の長さを算出することを特徴とする。
本発明に係る第３の態様の運動情報生成装置は、
人体の一方の脚の足首に装着されて、前記一方の脚の動作状態に関連するデータを出力するセンサ部の装着状態、前記人体の片脚立ち時の姿勢及び前記一方の脚の下腿の長さ、の少なくとも何れかを規定するための、キャリブレーション動作を前記人体が行ったときに前記センサ部より出力されるデータに基づくパラメータを算出するパラメータ算出部と、
前記人体が運動を行っているときに前記センサ部より出力されるデータと、前記パラメータ算出部により算出された前記パラメータの値と、に基づいて、前記人体の前記運動を行っているときの脚の動作状態を再現した動画を生成する動画生成部と、を備え、
前記キャリブレーション動作は、前記人体の二本の脚の両方の膝を接した状態で、前記二本の足を屈伸させる第１の動作と、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた基準姿勢にするとともに、他方の脚を地面から離間させて片脚立ちを行う第２の動作と、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた状態から、該一方の脚の膝を回転軸として、該一方の脚の下腿を少なくとも９０度回転させるように屈曲させた後、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた状態に戻す第３の動作と、を有し、
前記パラメータ算出部は、
前記人体が前記キャリブレーション動作として前記第１の動作を行ったときの前記人体の動作に応じて前記センサ部より出力される第１のデータに基づいて、前記パラメータとして、前記センサ部の装着位置の、正しい装着位置からのずれを補正するための補正行列を算出し、
前記人体が前記キャリブレーション動作として前記第２の動作を行ったときの前記人体の動作に応じて前記センサ部より出力される第２のデータに基づいて、前記基準姿勢を規定する姿勢行列を算出し、
前記人体が前記キャリブレーション動作として前記第３の動作を行ったときの前記人体の動作に応じて前記センサ部より出力される第３のデータに基づいて、前記パラメータとして、前記下腿の長さの値を算出し、
前記動画生成部は、
前記パラメータ算出部により算出された前記補正行列を用いて、前記運動中に前記センサ部より出力される前記第１のデータ及び前記第２のデータを変換して得られる信号波形に基づいて、前記人体の動作の一周期分を抽出し、
前記抽出された前記一周期分の前記第１のデータに基づいて、前記基準姿勢となる時間位置を規定し、前記パラメータ算出部により算出された前記姿勢行列を用いて、前記運動中の前記センサ部の絶対座標における姿勢を推定し、
前記抽出された前記一周期分の前記第２のデータから重力加速度の成分を除去して２回積分することにより、前記運動中の前記センサ部の絶対座標における位置を推定し、
前記推定された前記センサ部の姿勢及び位置、前記パラメータ算出部により算出された前記下腿の長さ、及び、予め取得された前記人体の下腿の長さと大腿の付け根の位置との対応関係に基づいて、前記一周期分の下肢の動作を再現した前記動画を生成することを特徴とする。
人体の一方の脚の足首に装着されて、前記一方の脚の動作状態に関連するデータを出力するセンサ部の装着状態、前記人体の片脚立ち時の姿勢及び前記一方の脚の下腿の長さ、の少なくとも何れかを規定するための、キャリブレーション動作を前記人体が行ったときに前記センサ部より出力されるデータに基づくパラメータを算出するパラメータ算出部と、
前記人体が運動を行っているときに前記センサ部より出力されるデータと、前記パラメータ算出部により算出された前記パラメータの値と、に基づいて、前記人体の前記運動を行っているときの脚の動作状態を再現した動画を生成する動画生成部と、を備え、
前記キャリブレーション動作は、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた基準姿勢にするとともに、他方の脚を地面から離間させた片脚立ちを行う第１の動作を有し、
前記パラメータ算出部は、前記人体が前記キャリブレーション動作として前記第１の動作を行ったときの前記人体の動作に応じて前記センサ部より出力される第１のデータに基づいて、前記パラメータとして、前記基準姿勢を規定する姿勢行列を算出することを特徴とする。
本発明に係る第２の態様の運動情報生成装置は、
人体の一方の脚の足首に装着されて、前記一方の脚の動作状態に関連するデータを出力するセンサ部の装着状態、前記人体の片脚立ち時の姿勢及び前記一方の脚の下腿の長さ、の少なくとも何れかを規定するための、キャリブレーション動作を前記人体が行ったときに前記センサ部より出力されるデータに基づくパラメータを算出するパラメータ算出部と、
前記人体が運動を行っているときに前記センサ部より出力されるデータと、前記パラメータ算出部により算出された前記パラメータの値と、に基づいて、前記人体の前記運動を行っているときの脚の動作状態を再現した動画を生成する動画生成部と、を備え、
前記キャリブレーション動作は、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた状態から、該一方の脚の膝を回転軸として、該一方の脚の下腿を少なくとも９０度回転させるように屈曲させた後、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた状態に戻す第２の動作を有し、
前記パラメータ算出部は、前記人体が前記キャリブレーション動作として前記第２の動作を行ったときの前記人体の動作に応じて前記センサ部より出力される第２のデータに基づいて、前記パラメータとして、前記一方の脚の膝と前記センサ部の装着位置の間の長さを算出することを特徴とする。
本発明に係る第３の態様の運動情報生成装置は、
人体の一方の脚の足首に装着されて、前記一方の脚の動作状態に関連するデータを出力するセンサ部の装着状態、前記人体の片脚立ち時の姿勢及び前記一方の脚の下腿の長さ、の少なくとも何れかを規定するための、キャリブレーション動作を前記人体が行ったときに前記センサ部より出力されるデータに基づくパラメータを算出するパラメータ算出部と、
前記人体が運動を行っているときに前記センサ部より出力されるデータと、前記パラメータ算出部により算出された前記パラメータの値と、に基づいて、前記人体の前記運動を行っているときの脚の動作状態を再現した動画を生成する動画生成部と、を備え、
前記キャリブレーション動作は、前記人体の二本の脚の両方の膝を接した状態で、前記二本の足を屈伸させる第１の動作と、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた基準姿勢にするとともに、他方の脚を地面から離間させて片脚立ちを行う第２の動作と、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた状態から、該一方の脚の膝を回転軸として、該一方の脚の下腿を少なくとも９０度回転させるように屈曲させた後、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた状態に戻す第３の動作と、を有し、
前記パラメータ算出部は、
前記人体が前記キャリブレーション動作として前記第１の動作を行ったときの前記人体の動作に応じて前記センサ部より出力される第１のデータに基づいて、前記パラメータとして、前記センサ部の装着位置の、正しい装着位置からのずれを補正するための補正行列を算出し、
前記人体が前記キャリブレーション動作として前記第２の動作を行ったときの前記人体の動作に応じて前記センサ部より出力される第２のデータに基づいて、前記基準姿勢を規定する姿勢行列を算出し、
前記人体が前記キャリブレーション動作として前記第３の動作を行ったときの前記人体の動作に応じて前記センサ部より出力される第３のデータに基づいて、前記パラメータとして、前記下腿の長さの値を算出し、
前記動画生成部は、
前記パラメータ算出部により算出された前記補正行列を用いて、前記運動中に前記センサ部より出力される前記第１のデータ及び前記第２のデータを変換して得られる信号波形に基づいて、前記人体の動作の一周期分を抽出し、
前記抽出された前記一周期分の前記第１のデータに基づいて、前記基準姿勢となる時間位置を規定し、前記パラメータ算出部により算出された前記姿勢行列を用いて、前記運動中の前記センサ部の絶対座標における姿勢を推定し、
前記抽出された前記一周期分の前記第２のデータから重力加速度の成分を除去して２回積分することにより、前記運動中の前記センサ部の絶対座標における位置を推定し、
前記推定された前記センサ部の姿勢及び位置、前記パラメータ算出部により算出された前記下腿の長さ、及び、予め取得された前記人体の下腿の長さと大腿の付け根の位置との対応関係に基づいて、前記一周期分の下肢の動作を再現した前記動画を生成することを特徴とする。
本発明に係る第１の態様の運動情報生成方法は、
運動情報生成装置の運動情報生成方法であって、
人体の一方の脚の足首に装着されて、前記一方の脚の動作状態に関連するデータを出力するセンサ部の装着状態、前記人体の片脚立ち時の姿勢及び前記一方の脚の下腿の長さ、の少なくとも何れかを規定するための、キャリブレーション動作を前記人体が行ったときに出力されるデータに基づくパラメータを算出するパラメータ算出工程と、
前記人体が運動を行っているときに前記センサ部より出力されるデータと、算出された前記パラメータの値と、に基づいて、前記人体の前記運動を行っているときの脚の動作状態を再現した動画を生成する動画生成工程と、を含み、
前記キャリブレーション動作は、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた基準姿勢にするとともに、他方の脚を地面から離間させた片脚立ちを行う第１の動作を有し、
前記パラメータ算出工程は、前記人体が前記キャリブレーション動作として前記第１の動作を行ったときの前記人体の動作に応じて前記センサ部より出力される第１のデータに基づいて、前記パラメータとして、前記基準姿勢を規定する姿勢行列を算出することを特徴とする。
本発明に係る第２の態様の運動情報生成方法は、
運動情報生成装置の運動情報生成方法であって、
人体の一方の脚の足首に装着されて、前記一方の脚の動作状態に関連するデータを出力するセンサ部の装着状態、前記人体の片脚立ち時の姿勢及び前記一方の脚の下腿の長さ、の少なくとも何れかを規定するための、キャリブレーション動作を前記人体が行ったときに出力されるデータに基づくパラメータを算出するパラメータ算出工程と、
前記人体が運動を行っているときに前記センサ部より出力されるデータと、算出された前記パラメータの値と、に基づいて、前記人体の前記運動を行っているときの脚の動作状態を再現した動画を生成する動画生成工程と、を含み、
前記キャリブレーション動作は、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた状態から、該一方の脚の膝を回転軸として、該一方の脚の下腿を少なくとも９０度回転させるように屈曲させた後、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた状態に戻す第２の動作を有し、
前記パラメータ算出工程は、前記人体が前記キャリブレーション動作として前記第２の動作を行ったときの前記人体の動作に応じて前記センサ部より出力される第２のデータに基づいて、前記パラメータとして、前記一方の脚の膝と前記センサ部の装着位置の間の長さを算出することを特徴とする。
運動情報生成装置の運動情報生成方法であって、
人体の一方の脚の足首に装着されて、前記一方の脚の動作状態に関連するデータを出力するセンサ部の装着状態、前記人体の片脚立ち時の姿勢及び前記一方の脚の下腿の長さ、の少なくとも何れかを規定するための、キャリブレーション動作を前記人体が行ったときに出力されるデータに基づくパラメータを算出するパラメータ算出工程と、
前記人体が運動を行っているときに前記センサ部より出力されるデータと、算出された前記パラメータの値と、に基づいて、前記人体の前記運動を行っているときの脚の動作状態を再現した動画を生成する動画生成工程と、を含み、
前記キャリブレーション動作は、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた基準姿勢にするとともに、他方の脚を地面から離間させた片脚立ちを行う第１の動作を有し、
前記パラメータ算出工程は、前記人体が前記キャリブレーション動作として前記第１の動作を行ったときの前記人体の動作に応じて前記センサ部より出力される第１のデータに基づいて、前記パラメータとして、前記基準姿勢を規定する姿勢行列を算出することを特徴とする。
本発明に係る第２の態様の運動情報生成方法は、
運動情報生成装置の運動情報生成方法であって、
人体の一方の脚の足首に装着されて、前記一方の脚の動作状態に関連するデータを出力するセンサ部の装着状態、前記人体の片脚立ち時の姿勢及び前記一方の脚の下腿の長さ、の少なくとも何れかを規定するための、キャリブレーション動作を前記人体が行ったときに出力されるデータに基づくパラメータを算出するパラメータ算出工程と、
前記人体が運動を行っているときに前記センサ部より出力されるデータと、算出された前記パラメータの値と、に基づいて、前記人体の前記運動を行っているときの脚の動作状態を再現した動画を生成する動画生成工程と、を含み、
前記キャリブレーション動作は、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた状態から、該一方の脚の膝を回転軸として、該一方の脚の下腿を少なくとも９０度回転させるように屈曲させた後、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた状態に戻す第２の動作を有し、
前記パラメータ算出工程は、前記人体が前記キャリブレーション動作として前記第２の動作を行ったときの前記人体の動作に応じて前記センサ部より出力される第２のデータに基づいて、前記パラメータとして、前記一方の脚の膝と前記センサ部の装着位置の間の長さを算出することを特徴とする。
本発明に係る第１の態様の運動情報生成プログラムは、
運動情報生成装置のコンピュータに、
人体の一方の脚の足首に装着されて、前記一方の脚の動作状態に関連するデータを出力するセンサ部より、前記センサ部の装着状態、前記人体の片脚立ち時の姿勢及び前記一方の脚の下腿の長さ、の少なくとも何れかを規定するための、キャリブレーション動作を前記人体が行ったときに出力されるデータに基づくパラメータを算出するパラメータ算出手段、
前記人体が運動を行っているときに前記センサ部より出力されるデータと、算出された前記パラメータの値と、に基づいて、前記人体の前記運動を行っているときの脚の動作状態を再現した動画を生成する動画生成手段、を実行させる運動情報生成プログラムであって、
前記キャリブレーション動作は、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた基準姿勢にするとともに、他方の脚を地面から離間させた片脚立ちを行う第１の動作を有し、
前記パラメータ算出手段は、前記人体が前記キャリブレーション動作として前記第１の動作を行ったときの前記人体の動作に応じて前記センサ部より出力される第１のデータに基づいて、前記パラメータとして、前記基準姿勢を規定する姿勢行列を算出することを特徴とする。
本発明に係る第２の態様の運動情報生成プログラムは、
運動情報生成装置のコンピュータに、
人体の一方の脚の足首に装着されて、前記一方の脚の動作状態に関連するデータを出力するセンサ部より、前記センサ部の装着状態、前記人体の片脚立ち時の姿勢及び前記一方の脚の下腿の長さ、の少なくとも何れかを規定するための、キャリブレーション動作を前記人体が行ったときに出力されるデータに基づくパラメータを算出するパラメータ算出手段、
前記人体が運動を行っているときに前記センサ部より出力されるデータと、算出された前記パラメータの値と、に基づいて、前記人体の前記運動を行っているときの脚の動作状態を再現した動画を生成する動画生成手段、を実行させる運動情報生成プログラムであって、
前記キャリブレーション動作は、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた状態から、該一方の脚の膝を回転軸として、該一方の脚の下腿を少なくとも９０度回転させるように屈曲させた後、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた状態に戻す第２の動作を有し、
前記パラメータ算出手段は、前記人体が前記キャリブレーション動作として前記第２の動作を行ったときの前記人体の動作に応じて前記センサ部より出力される第２のデータに基づいて、前記パラメータとして、前記一方の脚の膝と前記センサ部の装着位置の間の長さを算出することを特徴とする。
運動情報生成装置のコンピュータに、
人体の一方の脚の足首に装着されて、前記一方の脚の動作状態に関連するデータを出力するセンサ部より、前記センサ部の装着状態、前記人体の片脚立ち時の姿勢及び前記一方の脚の下腿の長さ、の少なくとも何れかを規定するための、キャリブレーション動作を前記人体が行ったときに出力されるデータに基づくパラメータを算出するパラメータ算出手段、
前記人体が運動を行っているときに前記センサ部より出力されるデータと、算出された前記パラメータの値と、に基づいて、前記人体の前記運動を行っているときの脚の動作状態を再現した動画を生成する動画生成手段、を実行させる運動情報生成プログラムであって、
前記キャリブレーション動作は、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた基準姿勢にするとともに、他方の脚を地面から離間させた片脚立ちを行う第１の動作を有し、
前記パラメータ算出手段は、前記人体が前記キャリブレーション動作として前記第１の動作を行ったときの前記人体の動作に応じて前記センサ部より出力される第１のデータに基づいて、前記パラメータとして、前記基準姿勢を規定する姿勢行列を算出することを特徴とする。
本発明に係る第２の態様の運動情報生成プログラムは、
運動情報生成装置のコンピュータに、
人体の一方の脚の足首に装着されて、前記一方の脚の動作状態に関連するデータを出力するセンサ部より、前記センサ部の装着状態、前記人体の片脚立ち時の姿勢及び前記一方の脚の下腿の長さ、の少なくとも何れかを規定するための、キャリブレーション動作を前記人体が行ったときに出力されるデータに基づくパラメータを算出するパラメータ算出手段、
前記人体が運動を行っているときに前記センサ部より出力されるデータと、算出された前記パラメータの値と、に基づいて、前記人体の前記運動を行っているときの脚の動作状態を再現した動画を生成する動画生成手段、を実行させる運動情報生成プログラムであって、
前記キャリブレーション動作は、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた状態から、該一方の脚の膝を回転軸として、該一方の脚の下腿を少なくとも９０度回転させるように屈曲させた後、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた状態に戻す第２の動作を有し、
前記パラメータ算出手段は、前記人体が前記キャリブレーション動作として前記第２の動作を行ったときの前記人体の動作に応じて前記センサ部より出力される第２のデータに基づいて、前記パラメータとして、前記一方の脚の膝と前記センサ部の装着位置の間の長さを算出することを特徴とする。
本発明によれば、ユーザが運動状態を的確に把握することができ、日常のトレーニング等に反映させることができる。
以下、本発明に係る運動情報生成装置及び運動情報生成方法、運動情報生成プログラムについて、実施形態を示して詳しく説明する。なお、以下の説明では、ユーザがランニング等の運動を行う場合について、本発明を適用した実施形態として、運動情報表示システム及び運動情報表示方法、運動情報表示プログラムを示して説明する。
＜運動情報表示システム＞
図１は、本発明に係る運動情報生成装置を適用した運動情報表示システムの一実施形態を示す概略構成図ある。図１（ａ）は運動情報表示システムに適用されるセンサ機器の人体への装着例を示す概略図であり、図１（ｂ）は運動情報表示システムの全体構成を示す概略図であり、図１（ｃ）はセンサ機器における座標系（センサ座標系）を示す概略図である。また、図２は、本実施形態に係る運動情報表示システムに適用されるセンサ機器及び情報処理機器の一構成例を示す概略ブロック図である。
図１は、本発明に係る運動情報生成装置を適用した運動情報表示システムの一実施形態を示す概略構成図ある。図１（ａ）は運動情報表示システムに適用されるセンサ機器の人体への装着例を示す概略図であり、図１（ｂ）は運動情報表示システムの全体構成を示す概略図であり、図１（ｃ）はセンサ機器における座標系（センサ座標系）を示す概略図である。また、図２は、本実施形態に係る運動情報表示システムに適用されるセンサ機器及び情報処理機器の一構成例を示す概略ブロック図である。
本実施形態に係る運動情報表示システムは、例えば図１（ａ）、（ｂ）に示すように、被測定者であるユーザＵＳが身体に装着するセンサ機器１００と、センサ機器１００より取得されたセンサデータ等に基づいて、運動状態を再現してユーザに可視的に提供する情報処理機器２００と、を有している。
（センサ機器１００）
センサ機器１００は、図１（ａ）に示すように、ユーザＵＳの足首又は足首の近傍に装着される。センサ機器１００は、例えば図１（ｂ）に示すように、大別して、ユーザＵＳの運動状態を検出する各種のセンサを備えた機器本体１０１と、ユーザＵＳの足首に巻き付けることにより機器本体１０１を足首に装着するためのベルト部１０２と、を備えた外観形状を有している。なお、図１（ａ）、（ｂ）においては、センサ機器１００の構成として、ユーザＵＳの足首にベルト部１０２を巻き付けることにより機器本体１０１を装着する場合について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、センサ機器１００は、ユーザＵＳの身体の所定の部位（ここでは足首近傍）に、ズレが生じることなく装着される構造を有するものであれば、他の構成を有するものであってもよい。例えば上記のベルト部１０２を備えず、ユーザＵＳが身につけている靴や衣類（ウェアやソックス等）等に貼り付けたり、内部に組み込んだり、あるいは、クリップ等により挟み込んで装着する構成を有するものであってもよい。
センサ機器１００は、図１（ａ）に示すように、ユーザＵＳの足首又は足首の近傍に装着される。センサ機器１００は、例えば図１（ｂ）に示すように、大別して、ユーザＵＳの運動状態を検出する各種のセンサを備えた機器本体１０１と、ユーザＵＳの足首に巻き付けることにより機器本体１０１を足首に装着するためのベルト部１０２と、を備えた外観形状を有している。なお、図１（ａ）、（ｂ）においては、センサ機器１００の構成として、ユーザＵＳの足首にベルト部１０２を巻き付けることにより機器本体１０１を装着する場合について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、センサ機器１００は、ユーザＵＳの身体の所定の部位（ここでは足首近傍）に、ズレが生じることなく装着される構造を有するものであれば、他の構成を有するものであってもよい。例えば上記のベルト部１０２を備えず、ユーザＵＳが身につけている靴や衣類（ウェアやソックス等）等に貼り付けたり、内部に組み込んだり、あるいは、クリップ等により挟み込んで装着する構成を有するものであってもよい。
センサ機器１００は、具体的には、例えば図２（ａ）に示すように、概略、センサ部１１０と、入力操作部１２０と、報知部１３０と、制御部（キャリブレーション処理部）１４０と、記憶部１５０と、通信インターフェース部（以下、「通信Ｉ／Ｆ部と記す）１６０と、電源供給部１７０と、を備えている。
センサ部１１０は、人体の動作を検出するためのモーションセンサを有し、図２（ａ）に示すように、少なくとも加速度センサ１１２と、角速度センサ（ジャイロセンサ）１１４とを有している。加速度センサ１１２は、ユーザＵＳの運動中の動作速度の変化の割合（並進動作の加速度）を計測して、互いに直交する３軸方向の加速度データ（加速度信号）として出力する。また、角速度センサ１１４は、ユーザＵＳの運動中の動作方向の変化（回転角速度）を計測して、互いに直交する３軸方向の角速度データ（角速度信号）として出力する。加速度センサ１１２及び角速度センサ１１４は、設定されたサンプリング間隔毎に計測を行う。このサンプリング間隔は、例えば５msecに設定される。センサ部１１０により計測されて出力されるセンサデータ（加速度データ、角速度データ）は、後述する記憶部１５０の所定の記憶領域に保存される。ここで、加速度センサ１１２及び角速度センサ１１４が有するセンサ座標ＳＮＣは、相対座標であって、例えば図１（ｃ）に示すように、センサ機器１００の装着位置を基準として、膝方向（図面上方向）が＋Ｚ軸方向、直立した時の進行方向（図面左方向）が＋Ｘ軸方向、直立した時の左手方向（図面手前方向）が＋Ｙ軸方向に、それぞれ設定されている。一方、絶対座標である世界座標ＷＤＣは、図１（ａ）に示すように、走行時の進行方向（図面左方向）が＋Ｚ軸方向、走行時の左手方向（図面手前方向）が＋Ｘ軸方向、地面に対して鉛直方向（図面上方向）が＋Ｙ軸方向に、それぞれ設定されている。ここで、世界座標ＷＤＣの−Ｙ軸方向が重力方向（重力加速度の方向）に対応する。
入力操作部１２０は、例えば図１（ｂ）に示すように、機器本体１０１の側面や正面等に設けられた操作ボタン（押しボタン）１２２、１２４やスライドボタン、タッチボタン等のスイッチを有している。入力操作部１２０は、例えばセンサ機器１００を起動するための電源操作や、センサ機器１００の動作モードを設定するための操作に用いられる。
報知部１３０は、図示を省略するが、機器本体１０１に設けられたブザーやスピーカ等の音響部や、振動モータや振動子等の振動部、ＬＥＤ等の発光素子等の発光部等を有している。報知部１３０は、少なくとも後述する所定のパラメータのキャリブレーション処理における手順に関する情報や、センサ機器１００の動作異常に関する情報等を視覚や聴覚、触覚等を通してユーザに提供又は報知する。なお、報知部１３０は、例えば、上記の音響部や振動部、発光部等のうちの、少なくともいずれか一つ、又は、複数の組み合わせを備えた構成を有しているものであってもよい。
制御部１４０は、計時機能を備えたＣＰＵ（中央演算処理装置）やＭＰＵ（マイクロプロセッサ）等の演算処理装置であって、動作クロックに基づいて、所定の制御プログラムやアルゴリズムプログラムを実行する。これにより、制御部１４０は、所定のパラメータのキャリブレーション処理やセンサ機器１００におけるセンシング動作、報知部１３０における報知動作、通信Ｉ／Ｆ部１６０におけるセンサデータ等の送信動作等の、各種の動作を制御する。ここで、本実施形態においては、制御部１４０は、ユーザＵＳが入力操作部１２０を用いて所定の入力操作を行うことにより、所定の動作モードを設定し、当該動作モードに応じた動作を実行する。なお、各動作モードにおける動作については後述する。
記憶部１５０は、上述したセンサ部１１０より取得されたセンサデータ等を、時間データに関連付けて所定の記憶領域に保存する。また、記憶部１５０は、制御部１４０において、所定のプログラムを実行して、所定のパラメータのキャリブレーション処理や、センサ部１１０におけるセンシング動作、通信Ｉ／Ｆ部１６０におけるセンサデータの送信動作等の際に使用又は生成される各種のデータや情報等を保存する。また、記憶部１５０は、制御部１４０において実行される制御プログラムやアルゴリズムプログラムを保存する。なお、制御部１４０において実行されるプログラムは、制御部１４０に予め組み込まれているものであってもよい。また、記憶部１５０は、その一部又は全部が、例えばメモリカード等のリムーバブル記憶媒体としての形態を有し、センサ機器１００に対して着脱可能に構成されているものであってもよい。
通信Ｉ／Ｆ部１６０は、センサ部１１０より取得されたセンサデータ（加速度データ、角速度データ）や、キャリブレーション処理により生成された各種のデータや情報等を、情報処理機器２００に送受信する際のインターフェースとして機能する。ここで、通信Ｉ／Ｆ部１６０を介して、センサ機器１００と情報処理機器２００との間で、センサデータ等を送受信する手法としては、例えば各種の無線通信方式や有線通信方式を適用することができる。
ここで、上記通信Ｉ／Ｆ部１６０において、センサデータ等を無線通信方式により送受信する場合には、例えばデジタル機器用の近距離無線通信規格であるブルートゥース（Bluetooth（登録商標））や、低消費電力型の通信規格として策定されたブルートゥースローエナジー（Bluetooth（登録商標） low energy（LE））、ＮＦＣ（Near field communication）、又はこれらと同等の通信方式を良好に適用することができる。
電源供給部１７０は、センサ機器１００の各構成に駆動用電力を供給する。電源供給部１７０は、例えば市販のボタン型電池等の一次電池や、リチウムイオン電池等の二次電池が適用される。また、電源供給部１７０は、上記の一次電池や二次電池のほか、振動や光、熱、電磁波等のエネルギーにより発電する環境発電（エナジーハーベスト）技術による電源等を、単独で、あるいは、他の電源と併用して適用するものであってもよい。
（情報処理機器２００）
情報処理機器２００は、ユーザＵＳの運動終了後に、センサ機器１００から送信されたセンサデータ等に基づいて、人体の運動状態（特に、下肢の動作）を再現して、ユーザＵＳに所定の表示形式で提供する。ここで、情報処理機器２００は、少なくとも表示部を備え、かつ、後述する下肢の動作を再現するための所定のプログラム（運動情報表示プログラム）を実行できる機能を有するものであれば、図１（ｂ）に示すように、ノート型やデスクトップ型のパーソナルコンピュータであってもよいし、スマートフォン（高機能携帯電話機）やタブレット端末のような携帯情報端末であってもよい。また、下肢の動作を再現するための運動情報表示プログラムを、ネットワーク上のサーバコンピュータ（いわゆる、クラウドシステム）を利用して実行する場合には、情報処理機器２００は、当該ネットワークへの接続機能を備え、かつ、ネットワーク情報の閲覧用ソフトウェアを備えた通信端末であってもよい。
情報処理機器２００は、ユーザＵＳの運動終了後に、センサ機器１００から送信されたセンサデータ等に基づいて、人体の運動状態（特に、下肢の動作）を再現して、ユーザＵＳに所定の表示形式で提供する。ここで、情報処理機器２００は、少なくとも表示部を備え、かつ、後述する下肢の動作を再現するための所定のプログラム（運動情報表示プログラム）を実行できる機能を有するものであれば、図１（ｂ）に示すように、ノート型やデスクトップ型のパーソナルコンピュータであってもよいし、スマートフォン（高機能携帯電話機）やタブレット端末のような携帯情報端末であってもよい。また、下肢の動作を再現するための運動情報表示プログラムを、ネットワーク上のサーバコンピュータ（いわゆる、クラウドシステム）を利用して実行する場合には、情報処理機器２００は、当該ネットワークへの接続機能を備え、かつ、ネットワーク情報の閲覧用ソフトウェアを備えた通信端末であってもよい。
情報処理機器２００は、具体的には、例えば図２（ｂ）に示すように、概略、表示部２１０と、入力操作部２２０と、制御部（動作再現処理部）２４０と、記憶部２５０と、通信Ｉ／Ｆ部２６０と、電源供給部２７０と、を備えている。
表示部２１０は、例えば液晶方式や発光素子方式の表示パネルを有し、少なくとも入力操作部２２０を用いた入力操作に関連する情報や、センサデータ等に基づいて再現された運動状態（下肢の動作）を所定の形態で表示する。入力操作部２２０は、情報処理機器２００に付設されるキーボードやマウス、タッチパッド、タッチパネル等の入力手段である。入力操作部２２０は、表示部２１０に表示される任意のアイコンやメニューを選択したり、画面表示中の任意の位置を指示したりすることにより、当該アイコンやメニュー、当該位置に対応する機能を実行する際に用いられる。
制御部２４０は、ＣＰＵやＭＰＵ等の演算処理装置であって、所定の制御プログラムやアルゴリズムプログラムを実行することにより、ユーザＵＳの運動中の下肢の動作を再現する処理や、表示部２１０における表示動作、通信Ｉ／Ｆ部２６０におけるセンサデータ等の受信動作等の、各種の動作を制御する。
記憶部２５０は、通信Ｉ／Ｆ部２６０を介してセンサ機器１００から送信されたセンサデータ等を所定の記憶領域に保存する。また、記憶部２５０は、制御部２４０において、所定のプログラムを実行して、ユーザＵＳの運動中の下肢の動作を再現する処理や、表示部２１０における表示動作、通信Ｉ／Ｆ部２６０におけるセンサデータ等の受信動作等の際に使用又は生成される各種のデータや情報等を保存する。また、記憶部２５０は、制御部２４０において実行される制御プログラムやアルゴリズムプログラムを保存する。なお、制御部１４０において実行されるプログラムは、制御部１４０に予め組み込まれているものであってもよい。また、記憶部２５０は、その一部又は全部が、例えばメモリカード等のリムーバブル記憶媒体としての形態を有し、情報処理機器２００に対して着脱可能に構成されているものであってもよい。
通信Ｉ／Ｆ部２６０は、センサ機器１００より取得されたセンサデータや、キャリブレーション処理により生成された各種のデータや情報等を、送受信する際のインターフェースとして機能する。ここで、通信Ｉ／Ｆ部２６０を介して、情報処理機器２００とセンサ機器１００との間で、センサデータ等を送受信する手法としては、上述したように、各種の無線通信方式や有線通信方式を適用することができる。
電源供給部２７０は、情報処理機器２００の各構成に駆動用電力を供給する。電源供給部２７０は、スマートフォンやタブレット端末、ノート型のパーソナルコンピュータ等の携帯型の電子機器においては、リチウムイオン電池等の二次電池や、商用交流電源が適用される。また、デスクトップ型のパーソナルコンピュータにおいては、商用交流電源が適用される。
＜運動情報表示方法＞
次に、本実施形態に係る運動情報表示システムにおける制御方法（運動情報表示方法）について、図面を参照して説明する。
次に、本実施形態に係る運動情報表示システムにおける制御方法（運動情報表示方法）について、図面を参照して説明する。
図３は、本実施形態に係る運動情報表示システムに適用されるセンサ機器における制御方法（運動情報測定動作）の一例を示すフローチャートである。また、図４は、本実施形態に係る運動情報表示システムに適用される情報処理機器における制御方法（運動情報再現動作）の一例を示すフローチャートである。
本実施形態に係る運動情報表示システムにおいては、大別して、図３のフローチャートに示すように、センサ機器１００における運動情報測定動作と、図４のフローチャートに示すように、情報処理機器２００における運動情報再現動作と、が実行される。ここで、以下に示す各動作における一連の制御方法は、センサ機器１００及び情報処理機器２００において、所定のプログラムを実行することにより実現されるものである。
センサ機器１００における運動情報測定動作は、図３に示すように、まず、ユーザＵＳがセンサ機器１００を身体に装着して、センサ機器１００を起動させる（ステップＳ１０２）。具体的には、ユーザＵＳが例えば左側の足首にセンサ機器１００のベルト部１０２を巻き付けて、機器本体１０１を所定の位置に装着する。そして、ユーザＵＳが機器本体１０１の電源スイッチ（入力操作部１２０）をオン操作することにより、電源供給部１７０からセンサ機器１００の各構成に駆動用電力が供給されて、センサ機器１００が起動される。なお、センサ機器１００は、電源供給部１７０にバッテリ電源（一次電池又は充電された二次電池）を取り付けることにより、電源供給部１７０から各構成に駆動用電力が供給されて、センサ機器１００が常時起動した状態に設定されるものであってもよい。この場合、電源供給部１７０から駆動用電力が供給されてから所定の時間、センシング動作や入力操作等が行われない状態が継続した場合には、センサ機器１００をスリープ状態等に移行して消費電力を低減させることが好ましい。
次いで、ユーザＵＳが機器本体１０１に設けられた入力操作部１２０の操作ボタン１２２、１２４を操作することにより（ステップＳ１０４）、センサ機器１００を所定の動作状態（動作モード）に設定する。ここで、制御部１４０は、ユーザＵＳによる入力操作部１２０の操作状態を判別して（ステップＳ１０６）、当該操作状態に応じた動作モードを設定する。
具体的には、制御部１４０は、例えば、ユーザＵＳにより入力操作部１２０の操作ボタン１２２が押下された（入力操作Ａ）と判別した場合には（ステップＳ１０８）、センサ機器１００をキャリブレーションモードに移行して、所定のパラメータのキャリブレーション処理（ステップＳ１１０）を実行する。制御部１４０は、キャリブレーション処理により生成された各種のデータや情報を、記憶部１５０の所定の記憶領域に保存させる。なお、キャリブレーション処理については後述する。
また、制御部１４０は、例えば、ユーザＵＳにより操作ボタン１２４が押下された（入力操作Ｂ）と判別した場合には（ステップＳ１１２）、センサ機器１００を測定モードに移行させて、センサ部１１０におけるセンシング動作を開始させて、ユーザＵＳの運動（試技）中のセンサデータ（加速度データ、角速度データ）を取得して、時間データに関連付けて記憶部１５０の所定の記憶領域に保存させる（ステップＳ１１４）。なお、測定モード中に、ユーザＵＳにより操作ボタン１２４が再度押下された場合には、制御部１４０は、当該測定モードを終了する。
また、制御部１４０は、例えば、ユーザＵＳにより操作ボタン１２２が例えば５秒以上長押しされた（入力操作Ｃ）と判別した場合には（ステップＳ１１６）、センサ機器１００を通信モードに移行させて、記憶部１５０に保存された運動中のセンサデータや、キャリブレーション処理により生成された各種のデータや情報を、所定の通信方式により情報処理機器２００に送信させる（ステップＳ１１８）。なお、この通信モードにおいては、ユーザＵＳによる運動の終了後に、記憶部１５０に保存されたセンサデータ等を情報処理機器２００に送信するものであればよいため、センサ機器１００はこの通信モードになっているときにはユーザＵＳの身体（足首）に装着されていなくてもよい。
また、制御部１４０は、例えば、ユーザＵＳにより操作ボタン１２２、１２４が同時に長押し操作された（入力操作Ｄ）と判別した場合には（ステップＳ１２０）、センサ機器１００をスリープモードに移行させて、センサ機器１００を低消費電力で動作させる（ステップＳ１２２）。
そして、制御部１４０は、上記の各動作モードのうち、キャリブレーションモードにおけるキャリブレーション処理（ステップＳ１１０）、測定モードにおけるセンサデータ取得動作（ステップＳ１１４）、及び、通信モードにおけるセンサデータ等の送信動作（ステップＳ１１８）の終了後には、図３のフローチャートに示すように、ステップＳ１０４に戻って、ユーザＵＳによる次の入力操作を待つ（待機する）。このとき、制御部１４０は、上記の各処理動作（キャリブレーション処理、センサデータ取得動作及びセンサデータ等の送信動作）の終了後、センサ機器１００をスリープモードに移行させて、センサ機器１００を低消費電力で動作させた状態で、ユーザＵＳによる次の入力操作を待つようにしてもよい。
また、制御部１４０は、上記の各動作モードのうち、スリープモードにおける低消費電力動作（ステップＳ１２２）が所定の時間継続した場合には、センサ機器１００における運動情報測定動作を終了する。このとき、制御部１４０は、センサ機器１００をスリープ状態に移行させた後に、ステップＳ１０４に戻って、ユーザＵＳによる次の入力操作を待つようにしてもよい。
なお、図３に示したフローチャートにおいては図示を省略したが、制御部１４０は、上述したセンサ機器１００における一連の処理動作の実行中に、処理動作を中断又は終了させる入力操作や動作状態の変化を常時監視して、当該入力操作や状態変化を検出した場合には、処理動作を強制的に終了させる。具体的には、制御部１４０は、ユーザＵＳによる電源スイッチのオフ操作や、電源供給部１７０における電池残量の低下、処理動作実行中の機能やアプリケーションの異常等を検出したとき、一連の処理動作を強制的に中断させて終了する。
また、情報処理機器２００における運動情報再現動作は、図４に示すように、まず、ユーザＵＳが情報処理機器２００の電源スイッチ（入力操作部２２０）をオン操作することにより、電源供給部２７０から情報処理機器２００の各構成に駆動用電力が供給されて、情報処理機器２００が起動される（ステップＳ２０２）。
次いで、制御部２４０は、ユーザＵＳがセンサ機器１００の入力操作部１２０を操作することにより、通信モードに設定されたセンサ機器１００から所定の通信方式により送信されるセンサデータ等を、通信Ｉ／Ｆ部２６０を介して受信する（ステップＳ２０４）。ここで、センサ機器１００から送信される、運動中に取得したセンサデータや、キャリブレーション処理により生成された各種のデータや情報は、それぞれ記憶部２５０の所定の記憶領域に保存される。
次いで、制御部２４０は、センサ機器１００から送信されたセンサデータ（加速度データ、角速度データ）、及び、キャリブレーション処理により生成された各種のデータや情報に基づいて、ユーザＵＳの運動中の下肢の動作を再現する下肢動作再現処理を実行する（ステップＳ２０６）。なお、ユーザＵＳの下肢の動作を再現する処理については後述する。
次いで、制御部２４０は、今回再現されたユーザＵＳの下肢の動作と、記憶部２５０に予め保存されている、ユーザＵＳの過去の運動時の下肢の動作や、あるいは、任意のレベルや理想とするフォームを有するアスリートの下肢の動作と、を比較可能な形態で表示部２１０に表示させる（ステップＳ２０８）。そして、ユーザＵＳは、表示部２１０に表示された比較映像を見ることにより、運動時の動作状態を的確に把握して、その後のトレーニング等に反映させることができる。
（キャリブレーション処理）
次に、上述した運動情報表示システムの制御方法（運動情報測定動作）において実行されるキャリブレーション処理について、図面を参照して詳しく説明する。
次に、上述した運動情報表示システムの制御方法（運動情報測定動作）において実行されるキャリブレーション処理について、図面を参照して詳しく説明する。
図５は、本実施形態に係る運動情報表示システムに適用されるキャリブレーション処理の一例を示すフローチャートである。また、図６は、本実施形態に適用されるキャリブレーション処理において実行される、センサ機器の装着位置の補正行列の推定処理の一例を示すフローチャートである。図７は、本実施形態に適用されるキャリブレーション処理において実行される、下肢の基準姿勢の設定処理の一例を示すフローチャートである。図８は、本実施形態に適用されるキャリブレーション処理において実行される、下肢の長さの推定処理の一例を示すフローチャートである。図９は、本実施形態に適用される下肢の長さの推定処理において実行される、下肢の長さの算出方法（下肢長の算出処理）の一例を示すフローチャートである。図１０は、本実施形態に適用される装着位置の補正行列の推定処理において実行される、屈伸動作時に取得される角速度センサの出力信号の一例を示す信号波形図である。図１１は、本実施形態に適用される下肢の長さの推定処理において実行される、屈曲動作の一例を示す概略図である。
本実施形態に係る運動情報表示システムに適用されるキャリブレーション処理においては、大別して、図５のフローチャートに示すように、センサ機器１００の装着位置の補正に関する処理（装着位置の補正行列の推定処理；ステップＳ３０２）と、下肢の基準姿勢に関する処理（下肢の基準姿勢の設定処理；ステップＳ３０４）と、下肢の長さに関する処理（下肢の長さの推定処理；ステップＳ３０６）と、が実行される。ここで、以下に示す一連の処理動作は、センサ機器１００において所定のプログラムを実行することにより実現されるものである。
本実施形態に係るセンサ機器１００の装着位置の補正行列の推定処理においては、図６に示すように、まず、制御部１４０は、センサ部１１０の加速度センサ１１２及び角速度センサ１１４におけるセンシング動作を開始した状態で、例えば１秒間待機した後（ステップＳ３２２）、報知部１３０から例えば０．５秒程度の長さの第１ブザー音を発生させる（ステップＳ３２４）。次いで、制御部１４０は、例えば１秒後に、例えば１秒程度の長さの第２ブザー音を報知部１３０から発生させる（ステップＳ３２８）。ここで、ユーザＵＳは、報知部１３０から第１ブザー音が発生されたときから第２ブザー音が発生されるまでの間（例えば１秒間）は、直立して動かない状態を保持する（ステップＳ３２６）。次いで、ユーザＵＳは、第２ブザー音の後、直立状態から両膝を合わせた状態（密着させた状態）で屈伸動作を行った後、再び直立状態に戻る動作を行う（ステップＳ３３０）。制御部１４０は、このようなユーザＵＳによる一連の動作に基づいて、センサ機器１００の足首への装着位置の、正しい装着位置からのずれに対する補正処理を実行する。
ここで、本実施形態においては、ユーザＵＳの足首に装着されるセンサ機器１００のセンサ座標ＳＮＣ（図１（ｃ）参照）のＸ軸が、ユーザＵＳが直立した時に走行時の進行方向、すなわち、世界座標ＷＤＣ（図１（ａ）参照）のＺ軸と等しくなる状態を、センサ機器１００の正しい装着位置とする。
これに基づいて、制御部１４０は、実際のセンサ機器１００の装着位置が上記の正しい装着位置からずれているときに、センサ部１１０より出力されるセンサデータを、センサ機器１００が正しい装着位置に装着されているとした場合のセンサデータに変換するための行列（装着位置の補正行列）Ｒｃを求める。ここで、センサ機器１００の装着位置が正しい装着位置からずれている状態で、上記のステップＳ３３０においてユーザＵＳが屈伸動作を行った時に角速度センサ１１４から出力される信号波形は、例えば図１０のように示される。図１０において、（ａ）はＸ軸の角速度信号の時間変化を示し、（ｂ）はＹ軸の角速度信号の時間変化を示し、（ｃ）はＺ軸の角速度信号の時間変化を示している。図１０（ａ）、（ｂ）において、Ｘ軸及びＹ軸の各角速度信号波形において観測される特徴的な波形変化Ｗｘ、ＷｙのうちＷｘは、センサ機器１００が足首の正しい装着位置ではなく、実際の装着位置が正しい装着位置からＺ軸の回転方向にずれていることに起因して生じているものである。なお、センサ機器１００が足首の正しい位置に装着されている場合には、角速度センサ１１４から出力されるＸ軸の角速度の信号は略一定（フラット）の状態であり、Ｙ軸の角速度にのみ特徴的な波形変化Ｗｙが観測されることになる。そこで、本実施形態においては、図１０に示すように、ユーザＵＳの屈伸動作時に観測される、特徴的な波形変化Ｗｘの半周期区間Ｉｃを利用して、センサ機器１００の装着位置の補正行列Ｒｃを求める。
制御部１４０は、まず、屈伸動作における回転軸を推定する（ステップＳ３３２）。ここでは、角速度センサ１１４から出力される信号波形において観測される特徴的な波形変化Ｗｘの、半周期区間Ｉｃの平均値を正規化し、aveGyr1とする。ここで、aveGyr1をベクトルとしてみたとき、aveGyr1は屈伸動作におけるセンサ座標ＳＮＣにおける回転軸となる。
そこで、制御部１４０は、この回転軸aveGyr1を、センサ機器１００が正しい位置に装着されているときの回転軸vecY[0 1 0]に変換するための変換行列（装着位置の補正行列）Ｒｃを、次の一連の数式群を用いて求める（ステップS３３４）。
vec2 = cross ( aveGyr1, vecY );
rad1 = acos ( dot( aveGyr1, vecY ) );
rvec1 = vec2×rad1;
ここで、rvec1は回転ベクトルであり、回転ベクトル（Axis-Angle；軸角度）を回転行列に変換することにより装着位置の補正行列Ｒｃとする。また、crossは外積計算、dotは内積計算、acosは逆余弦計算を表している。
vec2 = cross ( aveGyr1, vecY );
rad1 = acos ( dot( aveGyr1, vecY ) );
rvec1 = vec2×rad1;
ここで、rvec1は回転ベクトルであり、回転ベクトル（Axis-Angle；軸角度）を回転行列に変換することにより装着位置の補正行列Ｒｃとする。また、crossは外積計算、dotは内積計算、acosは逆余弦計算を表している。
回転ベクトルから回転行列への変換は、クォータニオンｑを介して行うと次のようになる。ここで、クォータニオンｑは4元数でｑ= [qw, qx, qy, qz] からなる。上記数式に示したように、回転ベクトルrvec1は、回転軸vec2、回転角rad1から構成されるので、次の関係が成り立つ。
qw = cos(0.5×rad1)
qvec = sin(0.5×rad1)／norm(vec2)
ここで、qvec = [qx qy qz] であり、normはベクトルのユークリッドノルム（長さの概念）を表している。
qw = cos(0.5×rad1)
qvec = sin(0.5×rad1)／norm(vec2)
ここで、qvec = [qx qy qz] であり、normはベクトルのユークリッドノルム（長さの概念）を表している。
これにより、装着位置の補正行列Ｒｃは次の式（１１）で表すことができる。ここで、装着位置の補正行列Ｒｃは、センサ機器１００が正しい装着位置からずれて装着されているときの回転軸と、センサ機器１００が正しい装着位置に装着されているときの回転軸との差分に相当する。
次に、ユーザＵＳの下肢の基準姿勢の設定処理について、図７に示すフローチャートを参照して説明する。本実施形態において基準姿勢とは、後述する情報処理機器２００において実行される下肢動作再現処理において、ユーザＵＳの下肢の動作を復元する際の基準となる姿勢である。本実施形態では、後述するセンサ機器１００が装着された左脚で片脚立ちをしたときの左脚の姿勢を基準姿勢とする。制御部１４０は、この基準姿勢を利用して、加速度センサ１１２より取得される加速度データから重力加速度成分を除去したり、角速度センサ１１４より取得される角速度データを積分した際の絶対姿勢を設定したりする処理を実行する。なお、基準姿勢の具体的な利用方法については、下肢動作再現処理において後述する。
下肢の基準姿勢の設定処理においては、図７に示すように、まず、制御部１４０は、センサ部１１０の加速度センサ１１２及び角速度センサ１１４におけるセンシング動作を開始した状態で、例えば１秒間待機した後（ステップＳ３４２）、報知部１３０から第１ブザー音を発生させる（ステップＳ３４４）。次いで、制御部１４０は、例えば数秒後に第２ブザー音を報知部１３０から発生させる（ステップＳ３４８）。ユーザＵＳは、この第１ブザー音と第２ブザー音の間の期間において、センサ機器１００を装着した左脚の足裏を接地した状態で、右脚を地面から離した片脚立ちを行う（ステップＳ３４６）。このとき、左脚の膝から足首までの下腿はできるだけ直立させていることが望ましい。この片脚立ちを行っているときの左脚の姿勢を基準姿勢とする。
上記の片脚立ちにおいて、下腿が、横方向、つまり世界座標ＷＤＣのＸ軸方向から見て直立状態にあるとすると、加速度センサ１１２より取得される加速度成分は、Ｙ軸とＺ軸のみに現れ、進行方向に相当するＸ軸には現れない。そこで、本実施形態において、基準姿勢からセンサ座標ＳＮＣにおけるＸ軸の回転要素を抽出する。これにより、制御部１４０は、Ｘ軸の回転要素から生成される下肢の基準姿勢行列Ｒ５を求める（ステップＳ３５０）。
この基準姿勢でのＸ軸の回転角angle5は次の式で求められる。
angle5 = −asin（accy／accz）
ここで、asinは逆正弦計算を表しており、accyは、片脚立ちを行った時のＹ軸の加速度成分であり、acczはＺ軸の加速度成分である。これらは、加速度センサ１１２より取得した加速度データacc_inを、次のように、上述した装着位置の補正行列Ｒｃにより変換して得られる、補正後の加速度データaccにおけるＹ軸、Ｚ軸の加速度成分である。
acc =Ｒｃ×acc_in
これにより、下肢の基準姿勢行列Ｒ５は次の式（１２）で表すことができる。
angle5 = −asin（accy／accz）
ここで、asinは逆正弦計算を表しており、accyは、片脚立ちを行った時のＹ軸の加速度成分であり、acczはＺ軸の加速度成分である。これらは、加速度センサ１１２より取得した加速度データacc_inを、次のように、上述した装着位置の補正行列Ｒｃにより変換して得られる、補正後の加速度データaccにおけるＹ軸、Ｚ軸の加速度成分である。
acc =Ｒｃ×acc_in
これにより、下肢の基準姿勢行列Ｒ５は次の式（１２）で表すことができる。
なお、上述した下肢の基準姿勢の設定処理においては、センサ機器１００を装着した左脚で、単に片脚立ちする場合について説明したが、この手法に限らず、例えば前方に、あるいは、上方にジャンプして、センサ機器１００を装着した左脚のみで着地し、着地と同時に静止する動きをするものであってもよい。
次に、ユーザＵＳの下肢の長さの推定処理について、図８、図９に示すフローチャートを参照して説明する。本実施形態において下腿の長さとは、ユーザＵＳの足首の近傍に装着されたセンサ機器１００に設けられた加速度センサ１１２の取り付け位置から膝までの長さである。
下肢の長さの推定処理においては、図８に示すように、まず、制御部１４０は、センサ部１１０の加速度センサ１１２及び角速度センサ１１４におけるセンシング動作を開始した状態で、例えば１秒間待機した後（ステップＳ３６２）、報知部１３０から例えば０．５秒程度の長さの第１ブザー音を発生させる（ステップＳ３６４）。次いで、制御部１４０は、例えば数秒後に、例えば１秒程度の長さの第２ブザー音を報知部１３０から発生させる（ステップＳ３６８）。
ユーザＵＳは、この第１ブザー音と第２ブザー音間の期間において、図１１（ａ）に示す、センサ機器１００を装着した左脚の下腿ＤＬｒを直立させた状態から、図１１（ｂ）に示すように、膝ＪＴｃの位置をできるだけ動かさずに、膝ＪＴｃを回転軸として下腿ＤＬｒを後方（進行方向とは逆方向；図面右方向）に９０度回転させた位置まで動かす（膝を曲げる）。その後、図１１（ａ）に示すように、当初の左脚を直立させた位置まで下腿ＤＬｒを戻す、一連の屈曲動作を行う（ステップＳ３６６）。この図１１（ａ）に示す状態では、下腿ＤＬｒを極力直立させていることが望ましい。また、屈曲動作においては、膝ＪＴｃを軸として下腿ＤＬｒを曲げるようにするため、膝ＪＴｃの位置を極力動かさないようにすることが好ましい。なお、図１１において、ＪＴａは人体の胸部を示し、ＪＴｂは大腿部（脚）の付け根を示し、ＪＴｄはセンサ機器１００が装着された足首を示す。
次いで、制御部１４０は、上述したユーザＵＳにより一連の屈曲動作が行われた時（第１、第２ブザー音間の期間）に取得されるセンサデータに基づいて、次のように、下腿の長さを算出する処理を実行する（ステップＳ３７０）。
下肢の長さを算出する処理においては、図９に示すように、まず、制御部１４０は、角速度データに基づいて、相対座標であるセンサ座標ＳＮＣを直立状態でのセンサ座標ＳＮＣと等しい世界座標ＷＤＣ１に変換するための姿勢行列Ｒ７を求める（ステップＳ３８２）。世界座標ＷＤＣ１は、下肢の長さを算出する際のみ用いる絶対座標となっており、世界座標ＷＤＣ１のＸ軸は進行方向、Ｙ軸は進行方向の左手方向、Ｚ軸はＸ軸とＹ軸に直交する天井方向となる。
具体的には、制御部１４０は、次のようにして角速度データを回転ベクトルrvec6に変換する。
angle6 = norm(gyr)×dt
vec6 = gyr／norm(gyr)
ここで、angle6は、回転軸vec6における回転角である。また、dtは角速度センサ１１４におけるサンプリング周期（サンプル時間）であり、例えば５msecに設定されている。また、gyrは、次の式に示すように、角速度センサ１１４より取得した角速度データgyr_inを、上述した装着位置の補正行列Ｒｃにより変換して得られる、補正後の角速度データである。
gyr =Ｒｃ×gyr_in
angle6 = norm(gyr)×dt
vec6 = gyr／norm(gyr)
ここで、angle6は、回転軸vec6における回転角である。また、dtは角速度センサ１１４におけるサンプリング周期（サンプル時間）であり、例えば５msecに設定されている。また、gyrは、次の式に示すように、角速度センサ１１４より取得した角速度データgyr_inを、上述した装着位置の補正行列Ｒｃにより変換して得られる、補正後の角速度データである。
gyr =Ｒｃ×gyr_in
回転ベクトルrvec6は、上記の回転軸vec6及び回転角angle6を用いて、次の式で表される。
rvec6 = vec6×angle6
これにより、上述した装着位置の補正行列Ｒｃの推定処理において示した回転ベクトルから回転行列への変換手法を用いて、回転ベクトルrvec6を回転行列に変換することによりＲ６とする。ここで用いる回転行列は、角速度センサ１１４のサンプリング周期の時間当たりの回転行列であり、サンプリング動作ごとに回転行列を有していることになるため、Ｒ６{n}で表される。ここで、nはサンプリング動作の位置（すなわち、フレーム）を表している。
rvec6 = vec6×angle6
これにより、上述した装着位置の補正行列Ｒｃの推定処理において示した回転ベクトルから回転行列への変換手法を用いて、回転ベクトルrvec6を回転行列に変換することによりＲ６とする。ここで用いる回転行列は、角速度センサ１１４のサンプリング周期の時間当たりの回転行列であり、サンプリング動作ごとに回転行列を有していることになるため、Ｒ６{n}で表される。ここで、nはサンプリング動作の位置（すなわち、フレーム）を表している。
次いで、制御部１４０は、上述した回転行列Ｒ６{n}を積算することにより、基準となる状態から変化が生じる位置の姿勢行列Ｒ７{n}を求める。ここで、先頭（当初）の姿勢を基準とすると、サンプリング動作ごとに回転行列Ｒ６{n}を積算していくことにより、姿勢行列Ｒ７{n}が算出される。例えば３回目のサンプリング動作時の姿勢行列Ｒ７{3} は、次の式で表される。
Ｒ７{3} = Ｒ７{2}×Ｒ６{3} = Ｒ６{1}×Ｒ６{2}×Ｒ６{3}
Ｒ７{3} = Ｒ７{2}×Ｒ６{3} = Ｒ６{1}×Ｒ６{2}×Ｒ６{3}
次いで、制御部１４０は、加速度センサ１１２より取得される加速度データacc_inを、次の式に示すように、上記の姿勢行列Ｒ７を用いて座標変換を行ない、世界座標ＷＤＣ１の値（座標変換後の加速度データ）acc_w1を求める（ステップＳ３８４）。
acc_w1 = Ｒ７×acc_in
acc_w1 = Ｒ７×acc_in
ここで、実際の走行動作時に加速度センサ１１２より取得される加速度データacc_inにおいては、走行動作に伴う脚の動きに起因してセンサ座標ＳＮＣが世界座標ＷＤＣ１に対して常に変化してしまう。そのため、重力加速度の方向も変化することになる。これに対して、上述したように、姿勢行列Ｒ７を用いて世界座標ＷＤＣ１に変換された座標変換後の加速度データacc_w1においては、Ｚ軸方向に重力加速度が常に働くことになる。
そこで、制御部１４０は、座標変換後の加速度データacc_w1に対して、重力加速度の成分を除去して、次の式に示すように、動作（ここでは、上述した一連の屈曲動作）に関連する動作成分のみからなる加速度データaccを求める（ステップＳ３８６）。ここでの加速度データaccは、世界座標ＷＤＣ１を基準とした値となっている。
acc = acc_w1−[0 0 9.8]
ここで、加速度の単位は、m／s２である。
acc = acc_w1−[0 0 9.8]
ここで、加速度の単位は、m／s２である。
次いで、制御部１４０は、上記の動作成分のみの加速度データaccを２回積分して位置posに変換して（ステップＳ３８８）、各サンプリング動作時における足首の位置を求める。ここで、上述したユーザＵＳによる一連の屈曲動作の最初と最後の位置が同じになるという条件を付与することにより、次に示すように、下腿の長さが算出される。
すなわち、制御部１４０は、まず、動作成分のみからなる加速度データaccを１回積分して速度velを算出し、さらに、もう一度積分して位置posを算出する。
vel = Σ((acc−offset)×dt)
pos = Σ(vel×dt)
ここで、dtは角速度センサ１１４におけるサンプリング周期であり、offset は次式で表される。
offset =２×position(N)／(N×(N+1)×dt×dt)
ここで、Nはサンプル数であり、positionは、上記の速度vel、位置posをoffset=0とした場合に算出されるposを表している。
vel = Σ((acc−offset)×dt)
pos = Σ(vel×dt)
ここで、dtは角速度センサ１１４におけるサンプリング周期であり、offset は次式で表される。
offset =２×position(N)／(N×(N+1)×dt×dt)
ここで、Nはサンプル数であり、positionは、上記の速度vel、位置posをoffset=0とした場合に算出されるposを表している。
そして、制御部１４０は、上記の位置pos（世界座標ＷＤＣ１）のＺ軸方向における最大変化量を求め、これをユーザＵＳの下腿の長さleg_lenとして決定する（ステップＳ３９０）。ここで、本実施形態においては、図１１（ａ）、（ｂ）に示したように、一連の屈曲動作において、膝ＪＴｃを軸にして、センサ機器１００が装着された足首ＪＴｄを円運動させているので、位置空間内の最大変化量を下腿の長さleg_lenとして決定してもよい。
なお、本実施形態においては、下肢の長さの推定処理において、膝を固定して回転軸として、下腿を後方に９０度回転させるように屈曲動作を行う場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、図１１（ｃ）に示すように、下腿ＤＬｒを大腿（上腿）ＵＬｒに密着させる位置まで略１８０度曲げるようにしてもよい。この場合の屈曲動作においては、下腿を手で持って使って支えることにより、下腿ＤＬｒを１８０度曲げた位置まで上げるようにしてもよいが、下腿の長さleg_lenの算出精度を高めるために、膝ＪＴｃの位置を極力動かさないことが好ましい。このようにして求められた位置posのＺ軸歩行における最大変化量の半分が下腿の長さleg_lenとして決定される。
また、上記の屈曲動作においては、下腿を１８０度まで曲げることなく、９０度より大きく１８０度より小さい角度範囲まで曲げるようにしてもよい。この場合においては、位置pos（世界座標ＷＤＣ１）のＸ軸方向における最大変化量を下腿の長さleg_lenとしてもよい。
また、下腿の長さleg_lenを推定するための他の手法としては、例えばセンサ機器１００を足首に装着することなく、ユーザＵＳが手でセンサ機器１００を持って、足首位置→膝位置→足首位置の順で移動させることにより、上記の屈曲動作の場合と同様に、位置posの最大変化量を下腿の長さ leg_lenとして決定するものであってもよい。
このように、本実施形態においては、上述したキャリブレーション処理を実行することにより、センサ機器１００に関わるパラメータ（装着位置の補正行列Ｒｃ）、及び、ユーザＵＳの身体に関わるパラメータ（基準姿勢行列Ｒ５、下腿の長さleg_len）を求めることができる。キャリブレーション処理により得られた各パラメータのデータや情報は、それぞれ記憶部１５０の所定の記憶領域に保存される。ここで、これらのパラメータのうち、いずれかを算出することができない場合には、例えば、装着位置の補正行列Ｒｃ、又は、基準姿勢行列Ｒ５として、予め設定された単位行列（既定値）を適用するものであってもよい。また、下腿の長さleg_lenは、ユーザＵＳにより手動で設定するものであってもよいし、もくしは、既定の標準値（既定値）を適用するものであってもよい。すなわち、上記の各パラメータのうち、少なくともいずれか１つが、上述したキャリブレーション処理により算出されるものであればよい。
また、片脚立ちでの基準姿勢行列Ｒ５を取得することができない場合、装着位置の補正処理や、下腿の長さの推定処理で行った、両脚立ちでの直立姿勢を代用するものであってもよい。ここで、基準姿勢行列Ｒ５の算出精度は、発明者の検証によれば、片脚立ちを行った場合の方が高い。したがって、両脚立ちでの直立姿勢を代用するのは、片脚立ちでの基準姿勢行列Ｒ５が得られなかった場合のみに適用することが好ましい。
なお、本実施形態においては、上述したキャリブレーション処理においてユーザに特定のキャリブレーション動作（屈伸動作、片脚立ち、屈曲動作）を行うように誘導する手法として、報知部１３０からブザー音を発生させる方法を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、ユーザに特定の動作を的確に行わせることができる方法であれば、報知部１３０が備える各種の機能部（音響部や振動部、発光部等）から音声や振動、光等を、単独又は複合的に発生させて誘導する方法を適用するものであってもよい。
また、本実施形態においては、上述したキャリブレーション処理に関する一連の処理動作を、センサ機器１００単体で実行する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、センサ機器１００より取得されたセンサデータ（加速度データacc_in、角速度データgyr_in）を、所定の通信方式により情報処理機器２００に送信し、情報処理機器２００（制御部２４０）において上述したキャリブレーション処理に関する一連の処理動作を実行するものであってもよい。
（下肢動作再現処理）
次に、上述した運動情報表示システムの制御方法（運動情報再現動作）において実行される下肢動作再現処理について、図面を参照して詳しく説明する。
次に、上述した運動情報表示システムの制御方法（運動情報再現動作）において実行される下肢動作再現処理について、図面を参照して詳しく説明する。
図１２は、本実施形態に係る運動情報表示システムに適用される下肢動作再現処理の一例を示すフローチャートである。また、図１３は、本実施形態に適用される下肢動作再現処理において実行される、センサ機器の姿勢推定処理の一例を示すフローチャートである。図１４は、本実施形態に適用される下肢動作再現処理において実行される、センサ機器の位置推定処理の一例を示すフローチャートである。図１５は、本実施形態に適用される下肢動作再現処理において実行される、下肢動作の推定処理の一例を示すフローチャートである。
図１６は、本実施形態に適用される下肢動作再現処理においてランニング動作の一周期分を切り出す処理を説明するための信号波形図である。また、図１７は、本実施形態に適用される下肢動作再現処理においてランニング動作の一周期分を切り出す際のユーザの姿勢を示す概略図である。図１８は、本実施形態に適用される下肢動作再現処理において一周期分のランニング動作の基準姿勢の位置を示す概略図である。図１９は、本実施形態に適用される下肢動作再現処理において参照される下腿の長さと大腿の付け根の動作の対応関係のテーブルの一例を示す概略図である。図２０は、本実施形態に適用される下肢動作再現処理において推定された一周期分の両側の下肢の動作を示すスティックモデルである。
ユーザＵＳは、センサ機器１００をキャリブレーションモードに設定して、上述した一連のキャリブレーション処理を実行した後、センサ機器１００を測定モードに設定して、センサ機器１００を装着した状態でランニング等の運動（試技）を行う。あるいは、センサ機器１００は、上述したキャリブレーション処理の終了後、測定モードに自動的に移行する。これにより、センサ部１１０の加速度センサ１１２及び角速度センサ１１４より加速度データ及び角速度データを含むセンサデータが取得されて、時間データに関連付けられて記憶部１５０の所定の記憶領域に保存される。
次いで、ユーザＵＳが、センサ機器１００を通信モードに設定することにより、キャリブレーション処理により取得され、センサ機器１００の記憶部１５０に保存された装着位置の補正行列Ｒｃ、基準姿勢行列Ｒ５、下腿の長さleg_lenの各パラメータのデータや情報、及び、運動中に取得されたセンサデータが、所定の通信方式により情報処理機器２００に送信される。これらの各パラメータやセンサデータは、情報処理機器２００の記憶部の所定の記憶領域に保存され、情報処理機器２００において下肢動作の再現処理を実行する際に使用される。
本実施形態に係る運動情報表示システムに適用される下肢動作再現処理においては、図１２のフローチャートに示すように、まず、制御部２４０は、センサ機器１００から送信された加速度データacc_in及び角速度データgyr_inに対して、上述したキャリブレーション処理において推定されたセンサ機器１００の装着位置の補正行列Ｒｃを用いて各々変換処理を行う（ステップＳ４０２）。これにより、次の式に示すように、補正後の加速度データacc及び補正後の角速度データgyrを得る。
acc = Ｒｃ×acc_in
gyr = Ｒｃ×gyr_in
acc = Ｒｃ×acc_in
gyr = Ｒｃ×gyr_in
このような装着位置の補正行列Ｒｃにより変換して得られる加速度データacc、角速度データgyrの、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸における複数周期分の信号波形は、例えば図１６（ａ）、（ｂ）のように示される。
本実施形態において下肢動作の再現は、誤差の積算を防ぐために、運動時の動作（ランニング動作）における一周期単位で行う。ここで、ランニング動作の一周期とは、例えば、センサ機器１００を取り付けた脚（左脚）が、前方に振り出された時点から、脚の動きが一巡して、再び前方に振り出された時点まで、すなわちランニング動作における２歩分の期間となる。このような一周期分の動作を繰り返して繋げていくことにより、下肢の連続した動作を再現することができる。本実施形態においては、図１６（ｂ）に示した角速度データgyrの信号波形のうち、例えば図１６（ｃ）に示すＹ軸成分に基づいて、ランニング動作の一周期分（切り出し期間Ｔｃ）を切り出す（ステップＳ４０４）。
具体的には、制御部２４０は、図１６（ｃ）に示した角速度データgyrのＹ軸成分の信号波形において、まず、切り出す対象となる一周期よりも充分長い期間に着目して、角速度データgyr の最小値（minGyrY≒−１０）を探し、その半分の値（GyrY≒−５）となる時間位置Ｐａを始点として規定する。次いで、制御部２４０は、その時間位置Ｐａから時間経過方向（図面右方向）に走査して、角速度データgyrの値が０となる時間位置を切り出し位置Ｐｓとして抽出する。この切り出し位置Ｐｓにおける運動姿勢は、例えば図１７（ｂ）に示すように、上述したキャリブレーション処理における基準姿勢（図１７（ａ）；センサ機器１００のＺ軸が世界座標ＷＤＣの重力方向軸に一致する姿勢状態）に至る直前の姿勢であって、センサ機器１００を装着した下肢を、前方に振り出した状態の運動姿勢に相当する。本実施形態においては、この切り出し位置Ｐｓと、時間経過方向で次に抽出される切り出し位置Ｐｓとの間の期間を、一周期分の切り出し期間Ｔｃとして抽出する。そして、図１６（ａ）、（ｂ）に示した加速度データacc、角速度データgyrにおける、この一周期分の切り出し期間Ｔｃの信号波形を切り出す。図１６（ｄ）、（ｅ）は、加速度データacc、角速度データgyrから一周期分を切り出した信号波形の一例を示す。
次いで、制御部２４０は、図１２のフローチャートに示すように、角速度データgyrに基づいてセンサ機器１００の姿勢を推定する処理（ステップＳ４０６）と、加速度データaccに基づいてセンサ機器１００の位置を推定する処理（ステップＳ４０８）と、下腿の動作に基づいて下肢の動作を推定する処理（ステップＳ４１０）と、を順次実行する。
センサ機器１００の姿勢推定処理においては、図１３に示すように、制御部２４０は、切り出し期間Ｔｃで切り出した一周期分の角速度データgyrに基づいて、世界座標ＷＤＣに対する姿勢行列Ｒｐを求める。
具体的には、制御部２４０は、まず、最初の切り出し位置Ｐｓ（前方に脚を振り出した状態の運動姿勢）を基準とした相対姿勢行列Ｒ11を求める（ステップＳ４２２）。ここで、角速度データgyrに基づいて最初の姿勢を基準とした姿勢行列の求め方は、上述したキャリブレーション処理において姿勢行列Ｒ７を求める際に適用した手法（ステップＳ３８２参照）が適用される。
次いで、制御部２４０は、切り出した一周期内における、下肢が基準姿勢に相当する姿勢になっていると推定されるタイミングである、基準位置Ｔ１を決定する（ステップＳ４２４）。ここで、基準位置Ｔ１は、前方に振り出した脚が地面と世界座標ＷＤＣのＹ−Ｚ平面で鉛直となる位置であり、切り出した一周期の始点（すなわち、切り出し位置Ｐｓ）から切り出し期間Ｔｃに対して所定の比率（例えば一周期の７％）の期間が経過した位置に設定される。この場合、例えば図１６（ｃ）に示した角速度データgyrのＹ軸成分の信号波形において、一周期のフレーム数が１４３の場合、一周期の始点から１０（＝１４３×７％）フレーム目が基準位置Ｔ１に設定される。ここで、基準姿勢に相当する姿勢になっていると推定されるタイミングである基準位置Ｔ１を規定する、一周期の始点から経過した位置の切り出し期間Ｔｃに対する比率は、次のように設定される。すなわち、図１８に示すように、切り出した一周期（切り出し期間Ｔｃ）の時間を１００％として、各フレームにおける姿勢（下肢の動作）を検証すると、運動のスキルや体格、年齢、性別等に起因して運動状態（ランニング動作）に個人差がある場合であっても、基準姿勢は一周期のうちの概ね３％〜１２％の範囲にほとんど含まれることが判明した。したがって、基準位置Ｔ１を一周期のうちの概ね３％〜１２％の範囲内の任意の比率の位置に設定することが好ましい。
本実施形態においては、この基準位置Ｔ１において、ユーザＵＳの脚が、上述したキャリブレーション処理において取得された基準姿勢行列Ｒ５の状態になっていると仮定する。ここで、基準位置Ｔ１を規定する上記の比率を７％に設定した場合、１０フレーム目を基準にするため、基準位置Ｔ１におけるユーザＵＳの姿勢は、Ｒ５×Ｒ11{ 10 } から見た座標（{ }はフレームを変数とする関数を示す）となる。制御部２４０は、それを更に直立時のセンサ座標ＳＮＣから世界座標ＷＤＣへの変換行列cnvRを用いて座標変換することにより、基準位置Ｔ１におけるユーザＵＳの絶対姿勢を求める。制御部２４０は、この絶対姿勢に基づいて、次式のように姿勢行列Ｒｐを推定する（ステップＳ４２６）。
Ｒｐ = cnvR×(Ｒ５×Ｒ11{10})×Ｒ11
ここで、変換行列cnvRは（１３）式のように表される。
Ｒｐ = cnvR×(Ｒ５×Ｒ11{10})×Ｒ11
ここで、変換行列cnvRは（１３）式のように表される。
なお、本実施形態においては、切り出した一周期のうちの、始点から所定の比率（例えば７％）の期間が経過した位置を、基準位置Ｔ１に設定する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図１６（ｄ）に示すように、切り出した一周期の始点から加速度データaccのＸ軸成分（すなわち、ユーザＵＳの進行方向の加速度成分）が負の極値（minAccX）となる位置を、基準位置Ｔ１に設定するものであってもよい。
次に、センサ機器１００の位置推定処理においては、図１４に示すように、制御部２４０は、加速度データaccに基づいて、センサ機器１００の位置を推定する。
具体的には、制御部２４０は、まず、上述したセンサ機器１００の姿勢推定処理（ステップＳ４０６）により推定された姿勢行列Ｒｐを用いて、次式のように、加速度データaccのセンサ座標ＳＮＣを世界座標ＷＤＣに座標変換して、加速度データacc_wを求める（ステップＳ４４２）。
acc_w = Ｒｐ×acc
acc_w = Ｒｐ×acc
次いで、世界座標ＷＤＣに座標変換後の加速度データacc_wにおいては、Ｙ軸方向に重力加速度成分が含まれているため、制御部２４０は、世界座標ＷＤＣに変換された加速度データacc_wから、重力加速度の成分を除去して、次の式に示すように、走行動作に関連する動作成分のみからなる加速度データAccを求める（ステップＳ４４４）。
Acc = acc_w−[ 0 9.8 0]
Acc = acc_w−[ 0 9.8 0]
次いで、制御部１４０は、上記の動作成分のみの加速度データAccを２回積分して位置Posに変換して（ステップＳ４４６）、各タイミングにおけるセンサ機器１００の位置を求める。すなわち、制御部１４０は、次式に示すように、動作成分のみからなる加速度データAccを１回積分して速度Velを算出し、さらに、もう一度積分して位置Posを算出する。本実施形態においては、ランニング等の走行動作は、周期性を有していることを利用する。
Vel = Σ (Acc−aveAcc)×dt
Pos = Σ (Vel−aveVel)×dt
ここで、aveAccは一周期の加速度平均であり、aveVelは速度平均である。
Vel = Σ (Acc−aveAcc)×dt
Pos = Σ (Vel−aveVel)×dt
ここで、aveAccは一周期の加速度平均であり、aveVelは速度平均である。
次に、下肢動作の推定処理においては、図１５に示すように、制御部２４０は、センサ機器１００の位置Posに基づいて、下肢動作を再現する。
走行動作時にセンサデータを出力するセンサ機器１００は、ユーザＵＳの足首に装着されているので、上述したキャリブレーション処理（図９参照）において算出された下腿の長さleg_lenに基づいて、ユーザＵＳの足首から膝までの長さは既に判明している。また、上述したセンサ機器１００の位置推定処理（図１４参照）に基づいて、ユーザＵＳの足首の位置動作は既に推定されている。また、上述したセンサ機器１００の姿勢推定処理（図１３参照）に基づいて、姿勢行列Ｒpも既に推定されている。これらのことから、ユーザＵＳの足首から膝の向きが判明し、膝の位置が推定される（ステップＳ４６２）。加えて、一般に、大腿（上腿）の付け根の動きは、足首の動きに比べて非常に小さく、また、個人差も比較的少ないことが知られている。
そこで、本実施形態においては、予め下腿の長さと大腿の付け根の位置の関係を測定しておき、その対応関係をテーブル形式で記憶部２５０に保存しておく。具体的には、例えば、図１９に示すように、下腿の長さと、一周期にわたる大腿の付け根の位置とを対応付けたテーブルが、記憶部２５０にデータベースとして保存されている。ここで、図１９は、例えば一周期を１５０フレームに正規化し、各フレームにおける大腿の付け根の位置を、（ｘ，ｙ，ｚ）の３次元座標で示した場合の数値例（単位：ｍｍ）である。
制御部２４０は、このテーブルを参照することにより、下腿の長さleg_lenに基づいて、大腿部の付け根の位置を取得する（ステップＳ４６４）。これにより、左脚の大腿の付け根、膝、足首の３点について、一周期にわたる位置の変化が推定されて、左側の下肢の動作が生成される。なお、上記のテーブルは、例えば人種や性別、年齢等に基づいて予め複数種類を記憶部２５０に保存しておいて、テーブルを参照する際に、ユーザＵＳが入力操作部２２０を用いて抽出条件を指定するものであってもよい。
次いで、制御部２４０は、上記の左側の脚の各点の位置に対して、時間方向に半周期ずらす（シフトする）ことにより、一周期にわたる右側の脚の各点の位置の変化が推定されて、右側の下肢の動作が生成される（ステップＳ４６６）。そして、制御部２４０は、両脚の大腿の付け根の間を所望の距離で結ぶことにより（ステップＳ４６８）、図２０に示すように、一周期にわたる両側の下肢の動作が推定される。ここで、図２０においては、図示を簡明にするために、スティックモデル（又はスケルトンモデル）を用い、センサ機器１００を装着した左脚を実線で示し、右足を点線で示した。推定された一周期分の両側の下肢の動作に関するデータは、記憶部２５０の所定の記憶領域に保存される。
（運動情報の表示例）
次に、上述した運動情報表示システムの制御方法に適用される運動情報の表示例について、図面を参照して説明する。
図２１は、本実施形態に係る運動情報表示システムに適用される情報処理機器に表示される運動情報の一例を示す概略図である。
次に、上述した運動情報表示システムの制御方法に適用される運動情報の表示例について、図面を参照して説明する。
図２１は、本実施形態に係る運動情報表示システムに適用される情報処理機器に表示される運動情報の一例を示す概略図である。
上述した下肢動作再現処理により推定された、両側の下肢の動作は、情報処理機器２００の表示部２１０に、所定の表示形態で表示される。具体的には、例えば図２１に示すように、制御部２４０は、記憶部２５０から今回推定された、一周期分の両側の下肢の動作に関するデータを読み出して、第１の表示領域２１１にスティックモデルを用いた動画（以下、「スティックアニメーション」と記す）の形態で表示する。また、制御部２４０は、比較対象として、記憶部２５０に予め保存されている、ユーザＵＳの過去の運動時の下肢の動作に関するデータを読み出して、第２の表示領域２１２にスティックアニメーションの形態で表示する。なお、記憶部２５０には、比較対象となる下肢の動作についても、運動時の切り出し位置の姿勢が、今回推定された下肢の動作と一致するように、一周期分のデータが保存されている。そして、制御部２４０は、今回推定された下肢の動作と、比較対象となる下肢の動作とが比較可能なように、例えば図２１に示すように、第１の表示領域２１１及び第２の表示領域２１２を、表示部２１０の画面に隣接して横方向（図面左右）に配置して表示する。さらに、制御部２４０は、今回推定された下肢の動作と比較対象となる下肢の動作とについて、それぞれ読み出した一周期分のデータを、相互に同期させ、かつ、連続的に繰り返すことにより、ユーザＵＳの下肢の動作及び比較対象となる下肢の動作を、スティックアニメーションにより表示する。また、スティックアニメーションには、下肢の動作を認識又は把握し易くするために、大腿部（脚）の付け根ＪＴｂや膝ＪＴｃの関節等を表示する。
これにより、ユーザＵＳは、表示部２１０に表示された、今回推定された下肢の動作と比較対象となる下肢の動作とを比較しながら見ることができ、運動時の下肢の動作状態（ランニング動作）の良否や問題点等を的確に把握して、その後のトレーニング等に反映させることができる。ここで、図２１においては、今回推定された下肢の動作と比較対象となる下肢の動作とを、同一の線種からなるスティックアニメーションにより表示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、下肢の動作を認識又は把握し易くするために、様々な表示形態を適用又は付加するものであってもよい。例えば、下肢の左右の脚を異なる色や線種等で表示するものであってもよいし、下肢（下半身）の動作に関連付けて上半身の動きを付加して表示するものであってもよい。
なお、制御部２４０が比較対象として記憶部２５０から読み出して第２の表示領域２１２にスティックアニメーションの形態で表示するデータは、ユーザＵＳの過去の運動時のデータに限るものではなく、例えばユーザＵＳより走行能力が高いアスリート（エリートランナー）の下肢の動作に関するデータであってもよい。この場合、ユーザＵＳの運動時の下肢の動作状態を、エリートランナーの下肢の動作状態と比較することができて、より的確に動作状態の良否や問題点等を把握することができ、その後のトレーニング等により良く反映させることができる。
また、本実施形態においては、今回推定された下肢の動作を再現したスティックアニメーションと、比較対象となる下肢の動作を再現したスティックアニメーションとを、表示部２１０に横方向に配置した場合を示したが、これに限定されるものではなく、両者を重ね合わせて（オーバーラップさせて）表示するものでもよい。さらに、表示部２１０に表示する情報として、今回推定された下肢の動作と比較対象となる下肢の動作のスティックアニメーションに加えて、測定モードにおいて取得したセンサデータに基づく各種の運動情報、例えば脚の最大蹴り上げの高さや、ストライド（歩幅）、ピッチ（単位時間当たりの歩数）等の数値を表示するものであってもよい。
また、上述した下肢動作再現処理を、クラウドシステムを利用して実行する場合には、情報処理機器２００において、ネットワーク情報の閲覧用ソフトウェアであるウェブブラウザを起動させて、クラウドシステムにおいてウェブ表示データとして生成された運動情報（下肢動作の再現画像等）を、表示部２１０のウェブ画面上で表示するものであってもよい。
このように、本実施形態においては、ユーザＵＳの足首に、少なくとも加速度センサ及び角速度センサを備えた一つのセンサ機器を装着した、簡易かつ低コストな構成で、運動時の動作状態を的確に把握して、正確に再現することができ、ユーザはこの運動状態の再現画像に基づいて、トレーニングの改善等に反映させることができる。
特に本実施形態においては、ユーザの足首に装着されたセンサ機器が正規の装着位置からずれている場合であっても、装着位置を直すことなく、キャリブレーション処理において推定したセンサ機器の装着位置の補正行列を用いて、運動時に取得したセンサデータを補正することにより、センサ機器の装着位置を直すような手間を省いて、センサ機器の位置軌跡を精度良く推定して、ユーザの下肢の動きを正確に再現することができる。
また、本実施形態においては、下腿の長さが人によって異なる場合であっても、キャリブレーション処理においてユーザの下腿の長さを推定することにより、センサ機器の位置軌跡に基づいてユーザの下肢の動きをスティックアニメーションにより精度良く再現することができる。
また、本実施形態においては、キャリブレーション処理においてユーザの運動時の一連の動作の基準姿勢を設定するとともに、運動時に取得したセンサデータに含まれる重力加速度の成分を除去する補正を行うことにより、センサ機器の位置軌跡を精度良く推定して、ユーザの下肢の動きを正確に再現することができる。
＜運動情報表示システムの変形例＞
次に、上述した実施形態に係る運動情報表示システムの変形例について説明する。
上述した実施形態においては、足首に装着したセンサ機器１００の入力操作部１２０（操作ボタン１２２、１２４）を、ユーザＵＳが操作することにより、センサ機器１００を所定の動作モードに設定する場合について説明した。本実施形態の変形例においては、センサ機器１００に加え、身体に野別の部位に装着、又は、携行した操作機器を備え、当該操作機器を介して、センサ機器１００の動作モードの設定操作や動作状態の確認を行うことを特徴としている。
次に、上述した実施形態に係る運動情報表示システムの変形例について説明する。
上述した実施形態においては、足首に装着したセンサ機器１００の入力操作部１２０（操作ボタン１２２、１２４）を、ユーザＵＳが操作することにより、センサ機器１００を所定の動作モードに設定する場合について説明した。本実施形態の変形例においては、センサ機器１００に加え、身体に野別の部位に装着、又は、携行した操作機器を備え、当該操作機器を介して、センサ機器１００の動作モードの設定操作や動作状態の確認を行うことを特徴としている。
図２２は、本実施形態に係る運動情報表示システムの変形例を示す概略構成図である。図２２（ａ）は、本変形例に適用される係るセンサ機器及び操作機器の人体への装着例を示す概略図であり、図２２（ｂ）は操作機器の外観を示す概略図であり、図２２（ｃ）は操作機器の一構成例を示す概略ブロック図である。ここで、上述した実施形態（図１、図２参照）と同等の構成については、同一又は同等の符号を付してその説明を簡略化する。
本変形例に係る運動情報表示システムは、例えば図２２（ａ）、（ｂ）に示すように、ユーザＵＳが足首に装着するセンサ機器１００と、ユーザＵＳが身体の他の部位に装着又は携行し、センサ機器１００を操作するための操作機器３００と、を有している。なお、図示を省略したが、運動情報表示システムは、上述した実施形態（図１参照）と同様に、センサ機器１００より取得されたセンサデータ等に基づいて、運動状態を再現してユーザに提供する情報処理機器２００を有している。
操作機器３００は、図２２（ａ）、（ｂ）に示すように、例えばユーザＵＳの手首等に装着される腕時計型又はリストバンド型の外観形状を有する電子機器である。なお、本変形例においては、操作機器３００の一例として、腕時計型又はリストバンド型の電子機器を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、首部に装着するネックレス型や眼鏡形状のスポーツグラス型、耳部に装着するイヤホン型等の身体の各部位に装着する他の形態を有する電子機器であってもよいし、スマートフォン等の携帯機器を適用するものであってもよい。
操作機器３００は、具体的には、例えば図２２（ｃ）に示すように、概略、表示部３１０と、入力操作部３２０と、報知部３３０と、制御部３４０と、記憶部３５０と、通信Ｉ／Ｆ部３６０と、電源供給部３７０と、を備えている。ここで、操作機器３００は、上述した実施形態（図２参照）に示したセンサ機器１００が備える機能のうち、少なくとも入力操作部１２０及び報知部１３０に関連する機能を有している。したがって、本変形例に適用されるセンサ機器１００においては、入力操作部１２０及び報知部１３０を備えていない構成有するものであってもよい。
すなわち、表示部３１０は表示パネルを有し、また、報知部３３０は音響部や振動部、発光部等を有している。表示部３１０及び報知部３３０は、少なくとも上述したキャリブレーション処理における手順に関する情報や、センサ機器１００の動作異常に関する情報等を視覚や聴覚、触覚等を通してユーザに提供又は報知する。また、表示部３１０及び報知部３３０は、入力操作部３２０を操作することにより動作モードが設定されるセンサ機器１００の各種の動作（所定のパラメータのキャリブレーション処理や、センサ部１１０におけるセンシング動作、計測されたセンサデータの情報処理機器２００への送信動作等）に関する情報等を視覚や聴覚、触覚等を通してユーザに提供又は報知するものであってもよい。ここで、報知部３３０により提供又は報知される情報は、表示部３１０の表示に連動するものであってもよい。
また、入力操作部３２０は、例えば図２２（ｂ）に示すように、操作機器３００の筐体の側面や正面等に設けられた押しボタンやスライドボタン、表示部３１０前面側（視野側）に設けられたタッチパネル型のスイッチ等を有している。入力操作部３２０は、少なくともセンサ機器１００の動作モードを設定するための操作に用いられる。また、入力操作部３２０は、表示部３１０に表示する項目を設定するための操作等にも用いられる。
制御部１４０は、入力操作部３２０における操作に応じて、後述する通信Ｉ／Ｆ部３６０を介してセンサ機器１００に制御信号を送信して、センサ機器１００の動作モードを設定する制御を行う。また、センサ機器１００において実行される所定のパラメータのキャリブレーション処理やセンサ機器１００におけるセンシング動作、情報処理機器２００へのセンサデータ等の送信動作等の、各種の動作に関する情報を、表示部３１０及び報知部３３０によりユーザに提供又は報知する制御を行う。また、記憶部３５０は、制御部１４０において、上記の動作を実行するためのプログラムや、当該プログラムを実行する際に使用又は生成される各種のデータや情報等を保存する。
通信Ｉ／Ｆ部３６０は、センサ機器１００における動作モードを設定するための制御信号を送信する際や、センサ機器１００において実行されるキャリブレーション処理における手順に関する情報を受信する際のインターフェースとして機能する。ここで、通信Ｉ／Ｆ部３６０を介して、操作機器３００とセンサ機器１００との間で、信号等を送受信する手法としては、例えば上述したブルートゥース（Bluetooth（登録商標））やブルートゥースローエナジー（Bluetooth（登録商標） low energy（LE））等の、各種の無線通信方式を適用することができる。
電源供給部３７０は、操作機器３００の各構成に駆動用電力を供給する。電源供給部３７０は、上述したセンサ機器１００の電源供給部３７０と同様に、周知の一次電池や二次電池、環境発電技術による電源等を適用することができる。
このような構成を有する運動情報表示システムにおいては、上述した実施形態に示した作用効果に加え、次のような特徴的な作用効果を有している。すなわち、本変形例においては、ユーザＵＳは、足首にセンサ機器１００を装着した状態で、手首に装着したり、又は、手に持って携行したりしている手元の操作機器３００を操作することにより、センサ機器１００の動作モードを設定することができる。また、本変形例においては、センサ機器１００において所定のパラメータのキャリブレーション処理を実行する際に、その手順に関する情報を、手元の操作機器３００を介してユーザＵＳに提供又は報知することができる。
すなわち、本変形例によれば、ユーザＵＳは身をかがめて、足首に装着したセンサ機器１００を直接操作することなく、センサ機器１００の動作モードの設定や、キャリブレーション処理に伴う特定の動作（直立や屈伸動作等）を簡易かつ確実に実行することができ、運動情報表示システムを利用する際の、ユーザＵＳの負担を軽減することができる。
なお、上述した実施形態においては、運動情報表示システムにより再現される運動としてランニングを例にして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばウォーキングやサイクリング、スイミング等の種々の運動に適用するものであってもよい。
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲を含むものである。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
（付記）
［１］
人体の二本の脚の一方の脚の足首に装着されて、前記一方の脚の動作状態に関連するデータを出力するセンサ部と、
表示部と、
前記センサ部の装着状態、前記人体の片脚立ち時の姿勢及び前記一方の脚の下腿の長さ、の少なくとも何れかを規定するための、キャリブレーション動作を前記人体が行ったときに前記センサ部より出力されるデータに基づくパラメータを算出するパラメータ算出部と、
前記人体が運動を行っているときに前記センサ部より取得されるデータと、前記パラメータ算出部により算出された前記パラメータの値と、に基づいて、前記人体の前記運動を行っているときの脚の動作状態を再現した動画を生成して、前記表示部に表示する動作再現処理部と、
を備えることを特徴とする運動情報表示システム。
［１］
人体の二本の脚の一方の脚の足首に装着されて、前記一方の脚の動作状態に関連するデータを出力するセンサ部と、
表示部と、
前記センサ部の装着状態、前記人体の片脚立ち時の姿勢及び前記一方の脚の下腿の長さ、の少なくとも何れかを規定するための、キャリブレーション動作を前記人体が行ったときに前記センサ部より出力されるデータに基づくパラメータを算出するパラメータ算出部と、
前記人体が運動を行っているときに前記センサ部より取得されるデータと、前記パラメータ算出部により算出された前記パラメータの値と、に基づいて、前記人体の前記運動を行っているときの脚の動作状態を再現した動画を生成して、前記表示部に表示する動作再現処理部と、
を備えることを特徴とする運動情報表示システム。
［２］
前記キャリブレーション動作は、前記二本の脚の両方の膝を接した状態で、前記二本の足を屈伸させる第１の動作を有し、
前記パラメータ算出部は、前記人体が前記キャリブレーション動作として前記第１の動作を行ったときの前記人体の動作に応じて前記センサ部より出力される第１のデータに基づいて、前記パラメータとして、前記センサ部の装着位置の、正しい装着位置からのずれを補正するための補正行列を算出することを特徴とする［１］に記載の運動情報表示システム。
前記キャリブレーション動作は、前記二本の脚の両方の膝を接した状態で、前記二本の足を屈伸させる第１の動作を有し、
前記パラメータ算出部は、前記人体が前記キャリブレーション動作として前記第１の動作を行ったときの前記人体の動作に応じて前記センサ部より出力される第１のデータに基づいて、前記パラメータとして、前記センサ部の装着位置の、正しい装着位置からのずれを補正するための補正行列を算出することを特徴とする［１］に記載の運動情報表示システム。
［３］
前記キャリブレーション動作は、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた基準姿勢にするとともに、他方の脚を地面から離間させた片脚立ちを行う第２の動作を有し、
前記パラメータ算出部は、前記人体が前記キャリブレーション動作として前記第２の動作を行ったときの前記人体の動作に応じて前記センサ部より出力される第２のデータに基づいて、前記パラメータとして、前記基準姿勢を規定する姿勢行列を算出することを特徴とする［１］又は［２］に記載の運動情報表示システム。
前記キャリブレーション動作は、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた基準姿勢にするとともに、他方の脚を地面から離間させた片脚立ちを行う第２の動作を有し、
前記パラメータ算出部は、前記人体が前記キャリブレーション動作として前記第２の動作を行ったときの前記人体の動作に応じて前記センサ部より出力される第２のデータに基づいて、前記パラメータとして、前記基準姿勢を規定する姿勢行列を算出することを特徴とする［１］又は［２］に記載の運動情報表示システム。
［４］
前記キャリブレーション動作は、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた状態から、該一方の脚の膝を回転軸として、該一方の脚の下腿を少なくとも９０度回転させるように屈曲させた後、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた状態に戻す第３の動作を有し、
前記パラメータ算出部は、前記人体が前記キャリブレーション動作として前記第３の動作を行ったときの前記人体の動作に応じて前記センサ部より出力される第３のデータに基づいて、前記パラメータとして、前記一方の脚の膝と前記センサ部の装着位置の間の長さを算出することを特徴とする［１］乃至［３］の何れかに記載の運動情報表示システム。
前記キャリブレーション動作は、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた状態から、該一方の脚の膝を回転軸として、該一方の脚の下腿を少なくとも９０度回転させるように屈曲させた後、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた状態に戻す第３の動作を有し、
前記パラメータ算出部は、前記人体が前記キャリブレーション動作として前記第３の動作を行ったときの前記人体の動作に応じて前記センサ部より出力される第３のデータに基づいて、前記パラメータとして、前記一方の脚の膝と前記センサ部の装着位置の間の長さを算出することを特徴とする［１］乃至［３］の何れかに記載の運動情報表示システム。
［５］
前記キャリブレーション動作は、前記二本の脚の両方の膝を接した状態で、前記二本の足を屈伸させる第１の動作と、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた基準姿勢にするとともに、他方の脚を地面から離間させて片脚立ちを行う第２の動作と、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた状態から、該一方の脚の膝を回転軸として、該一方の脚の下腿を少なくとも９０度回転させるように屈曲させた後、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた状態に戻す第３の動作と、を有し、
前記パラメータ算出部は、
前記人体が前記キャリブレーション動作として前記第１の動作を行ったときの前記人体の動作に応じて前記センサ部より出力される第１のデータに基づいて、前記パラメータとして、前記センサ部の装着位置の、正しい装着位置からのずれを補正するための補正行列を算出し、
前記人体が前記キャリブレーション動作として前記第２の動作を行ったときの前記人体の動作に応じて前記センサ部より出力される第２のデータに基づいて、前記基準姿勢を規定する姿勢行列を算出し、
前記人体が前記キャリブレーション動作として前記第３の動作を行ったときの前記人体の動作に応じて前記センサ部より出力される第３のデータに基づいて、前記パラメータとして、前記下腿の長さの値を算出し、
前記動作再現処理部は、
前記パラメータ算出部により算出された前記補正行列を用いて、前記運動中に前記センサ部より出力される前記第１のデータ及び前記第２のデータを変換して得られる信号波形に基づいて、前記人体の動作の一周期分を抽出し、
前記抽出された前記一周期分の前記第１のデータに基づいて、前記基準姿勢となる時間位置を規定し、前記パラメータ算出部により算出された前記姿勢行列を用いて、前記運動中の前記センサ部の絶対座標における姿勢を推定し、
前記抽出された前記一周期分の前記第２のデータから重力加速度の成分を除去して２回積分することにより、前記運動中の前記センサ部の絶対座標における位置を推定し、
前記推定された前記センサ部の姿勢及び位置、前記パラメータ算出部により算出された前記下腿の長さ、及び、予め取得された前記人体の下腿の長さと大腿の付け根の位置との対応関係に基づいて、前記一周期分の下肢の動作を再現した前記動画を生成することを特徴とする［１］に記載の運動情報表示システム。
前記キャリブレーション動作は、前記二本の脚の両方の膝を接した状態で、前記二本の足を屈伸させる第１の動作と、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた基準姿勢にするとともに、他方の脚を地面から離間させて片脚立ちを行う第２の動作と、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた状態から、該一方の脚の膝を回転軸として、該一方の脚の下腿を少なくとも９０度回転させるように屈曲させた後、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた状態に戻す第３の動作と、を有し、
前記パラメータ算出部は、
前記人体が前記キャリブレーション動作として前記第１の動作を行ったときの前記人体の動作に応じて前記センサ部より出力される第１のデータに基づいて、前記パラメータとして、前記センサ部の装着位置の、正しい装着位置からのずれを補正するための補正行列を算出し、
前記人体が前記キャリブレーション動作として前記第２の動作を行ったときの前記人体の動作に応じて前記センサ部より出力される第２のデータに基づいて、前記基準姿勢を規定する姿勢行列を算出し、
前記人体が前記キャリブレーション動作として前記第３の動作を行ったときの前記人体の動作に応じて前記センサ部より出力される第３のデータに基づいて、前記パラメータとして、前記下腿の長さの値を算出し、
前記動作再現処理部は、
前記パラメータ算出部により算出された前記補正行列を用いて、前記運動中に前記センサ部より出力される前記第１のデータ及び前記第２のデータを変換して得られる信号波形に基づいて、前記人体の動作の一周期分を抽出し、
前記抽出された前記一周期分の前記第１のデータに基づいて、前記基準姿勢となる時間位置を規定し、前記パラメータ算出部により算出された前記姿勢行列を用いて、前記運動中の前記センサ部の絶対座標における姿勢を推定し、
前記抽出された前記一周期分の前記第２のデータから重力加速度の成分を除去して２回積分することにより、前記運動中の前記センサ部の絶対座標における位置を推定し、
前記推定された前記センサ部の姿勢及び位置、前記パラメータ算出部により算出された前記下腿の長さ、及び、予め取得された前記人体の下腿の長さと大腿の付け根の位置との対応関係に基づいて、前記一周期分の下肢の動作を再現した前記動画を生成することを特徴とする［１］に記載の運動情報表示システム。
［６］
前記動作再現処理部は、前記動画として前記生成した前記人体の脚の動作状態を再現した第１の動画を生成し、前記第１の動画と、予め記憶されている、前記人体又は別の人体の脚の動作状態を再現した第２の動画とを、比較可能な形態で前記表示部に表示することを特徴とする［１］乃至［５］の何れかに記載の運動情報表示システム。
前記動作再現処理部は、前記動画として前記生成した前記人体の脚の動作状態を再現した第１の動画を生成し、前記第１の動画と、予め記憶されている、前記人体又は別の人体の脚の動作状態を再現した第２の動画とを、比較可能な形態で前記表示部に表示することを特徴とする［１］乃至［５］の何れかに記載の運動情報表示システム。
［７］
人体の二本の脚の一方の脚の足首に装着されたセンサ部より、前記センサ部の装着状態、前記人体の片脚立ち時の姿勢及び前記一方の脚の下腿の長さ、の少なくとも何れかを規定するための、キャリブレーション動作を前記人体が行ったときに出力されるデータに基づくパラメータを算出し、
前記センサ部より、運動を行っている前記人体の動作状態に関連するデータを取得し、
前記センサ部より取得される前記データと、前記パラメータの値と、に基づいて、前記人体の前記運動を行っているときの脚の動作状態を再現した動画を生成して、表示部に表示する、
ことを特徴とする運動情報表示方法。
人体の二本の脚の一方の脚の足首に装着されたセンサ部より、前記センサ部の装着状態、前記人体の片脚立ち時の姿勢及び前記一方の脚の下腿の長さ、の少なくとも何れかを規定するための、キャリブレーション動作を前記人体が行ったときに出力されるデータに基づくパラメータを算出し、
前記センサ部より、運動を行っている前記人体の動作状態に関連するデータを取得し、
前記センサ部より取得される前記データと、前記パラメータの値と、に基づいて、前記人体の前記運動を行っているときの脚の動作状態を再現した動画を生成して、表示部に表示する、
ことを特徴とする運動情報表示方法。
［８］
コンピュータに、
人体の二本の脚の一方の脚の足首に装着されたセンサ部より、前記センサ部の装着状態、前記人体の片脚立ち時の姿勢及び前記一方の脚の下腿の長さ、の少なくとも何れかを規定するための、キャリブレーション動作を前記人体が行ったときに出力されるデータに基づくパラメータを算出させ、
前記センサ部より、運動を行っている前記人体の動作状態に関連するデータを取得させ、
前記センサ部より取得される前記データと、前記パラメータの値と、に基づいて、前記人体の前記運動を行っているときの脚の動作状態を再現した動画を生成して、表示部に表示させる、
ことを特徴とする運動情報表示プログラム。
コンピュータに、
人体の二本の脚の一方の脚の足首に装着されたセンサ部より、前記センサ部の装着状態、前記人体の片脚立ち時の姿勢及び前記一方の脚の下腿の長さ、の少なくとも何れかを規定するための、キャリブレーション動作を前記人体が行ったときに出力されるデータに基づくパラメータを算出させ、
前記センサ部より、運動を行っている前記人体の動作状態に関連するデータを取得させ、
前記センサ部より取得される前記データと、前記パラメータの値と、に基づいて、前記人体の前記運動を行っているときの脚の動作状態を再現した動画を生成して、表示部に表示させる、
ことを特徴とする運動情報表示プログラム。
１００ センサ機器
１１０ センサ部
１１２ 加速度センサ
１１４ 角速度センサ
１２０ 入力操作部
１３０ 報知部
１４０ 制御部
１５０ 記憶部
１６０ 通信Ｉ／Ｆ部
２００ 情報処理機器
２１０ 表示部
２２０ 入力操作部
２４０ 制御部
２５０ 記憶部
２６０ 通信Ｉ／Ｆ部
３００ 操作機器
３１０ 表示部
３２０ 入力操作部
３３０ 報知部
３４０ 制御部
３５０ 記憶部
３６０ 通信Ｉ／Ｆ部
ＵＳ ユーザ
１１０ センサ部
１１２ 加速度センサ
１１４ 角速度センサ
１２０ 入力操作部
１３０ 報知部
１４０ 制御部
１５０ 記憶部
１６０ 通信Ｉ／Ｆ部
２００ 情報処理機器
２１０ 表示部
２２０ 入力操作部
２４０ 制御部
２５０ 記憶部
２６０ 通信Ｉ／Ｆ部
３００ 操作機器
３１０ 表示部
３２０ 入力操作部
３３０ 報知部
３４０ 制御部
３５０ 記憶部
３６０ 通信Ｉ／Ｆ部
ＵＳ ユーザ
Claims (8)
- 人体の一方の脚の足首に装着されて、前記一方の脚の動作状態に関連するデータを出力するセンサ部の装着状態、前記人体の片脚立ち時の姿勢及び前記一方の脚の下腿の長さ、の少なくとも何れかを規定するための、キャリブレーション動作を前記人体が行ったときに前記センサ部より出力されるデータに基づくパラメータを算出するパラメータ算出部と、
前記人体が運動を行っているときに前記センサ部より出力されるデータと、前記パラメータ算出部により算出された前記パラメータの値と、に基づいて、前記人体の前記運動を行っているときの脚の動作状態を再現した動画を生成する動画生成部と、を備え、
前記キャリブレーション動作は、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた基準姿勢にするとともに、他方の脚を地面から離間させた片脚立ちを行う第１の動作を有し、
前記パラメータ算出部は、前記人体が前記キャリブレーション動作として前記第１の動作を行ったときの前記人体の動作に応じて前記センサ部より出力される第１のデータに基づいて、前記パラメータとして、前記基準姿勢を規定する姿勢行列を算出することを特徴とする運動情報生成装置。 - 人体の一方の脚の足首に装着されて、前記一方の脚の動作状態に関連するデータを出力するセンサ部の装着状態、前記人体の片脚立ち時の姿勢及び前記一方の脚の下腿の長さ、の少なくとも何れかを規定するための、キャリブレーション動作を前記人体が行ったときに前記センサ部より出力されるデータに基づくパラメータを算出するパラメータ算出部と、
前記人体が運動を行っているときに前記センサ部より出力されるデータと、前記パラメータ算出部により算出された前記パラメータの値と、に基づいて、前記人体の前記運動を行っているときの脚の動作状態を再現した動画を生成する動画生成部と、を備え、
前記キャリブレーション動作は、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた状態から、該一方の脚の膝を回転軸として、該一方の脚の下腿を少なくとも９０度回転させるように屈曲させた後、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた状態に戻す第２の動作を有し、
前記パラメータ算出部は、前記人体が前記キャリブレーション動作として前記第２の動作を行ったときの前記人体の動作に応じて前記センサ部より出力される第２のデータに基づいて、前記パラメータとして、前記一方の脚の膝と前記センサ部の装着位置の間の長さを算出することを特徴とする運動情報生成装置。 - 人体の一方の脚の足首に装着されて、前記一方の脚の動作状態に関連するデータを出力するセンサ部の装着状態、前記人体の片脚立ち時の姿勢及び前記一方の脚の下腿の長さ、の少なくとも何れかを規定するための、キャリブレーション動作を前記人体が行ったときに前記センサ部より出力されるデータに基づくパラメータを算出するパラメータ算出部と、
前記人体が運動を行っているときに前記センサ部より出力されるデータと、前記パラメータ算出部により算出された前記パラメータの値と、に基づいて、前記人体の前記運動を行っているときの脚の動作状態を再現した動画を生成する動画生成部と、を備え、
前記キャリブレーション動作は、前記人体の二本の脚の両方の膝を接した状態で、前記二本の足を屈伸させる第１の動作と、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた基準姿勢にするとともに、他方の脚を地面から離間させて片脚立ちを行う第２の動作と、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた状態から、該一方の脚の膝を回転軸として、該一方の脚の下腿を少なくとも９０度回転させるように屈曲させた後、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた状態に戻す第３の動作と、を有し、
前記パラメータ算出部は、
前記人体が前記キャリブレーション動作として前記第１の動作を行ったときの前記人体の動作に応じて前記センサ部より出力される第１のデータに基づいて、前記パラメータとして、前記センサ部の装着位置の、正しい装着位置からのずれを補正するための補正行列を算出し、
前記人体が前記キャリブレーション動作として前記第２の動作を行ったときの前記人体の動作に応じて前記センサ部より出力される第２のデータに基づいて、前記基準姿勢を規定する姿勢行列を算出し、
前記人体が前記キャリブレーション動作として前記第３の動作を行ったときの前記人体の動作に応じて前記センサ部より出力される第３のデータに基づいて、前記パラメータとして、前記下腿の長さの値を算出し、
前記動画生成部は、
前記パラメータ算出部により算出された前記補正行列を用いて、前記運動中に前記センサ部より出力される前記第１のデータ及び前記第２のデータを変換して得られる信号波形に基づいて、前記人体の動作の一周期分を抽出し、
前記抽出された前記一周期分の前記第１のデータに基づいて、前記基準姿勢となる時間位置を規定し、前記パラメータ算出部により算出された前記姿勢行列を用いて、前記運動中の前記センサ部の絶対座標における姿勢を推定し、
前記抽出された前記一周期分の前記第２のデータから重力加速度の成分を除去して２回積分することにより、前記運動中の前記センサ部の絶対座標における位置を推定し、
前記推定された前記センサ部の姿勢及び位置、前記パラメータ算出部により算出された前記下腿の長さ、及び、予め取得された前記人体の下腿の長さと大腿の付け根の位置との対応関係に基づいて、前記一周期分の下肢の動作を再現した前記動画を生成することを特徴とする運動情報生成装置。 - 前記動画生成部は、前記動画として前記生成した前記人体の脚の動作状態を再現した第１の動画を生成し、前記第１の動画と、予め記憶されている、前記人体又は別の人体の脚の動作状態を再現した第２の動画とを、比較可能な形態で出力することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の運動情報生成装置。
- 運動情報生成装置の運動情報生成方法であって、
人体の一方の脚の足首に装着されて、前記一方の脚の動作状態に関連するデータを出力するセンサ部の装着状態、前記人体の片脚立ち時の姿勢及び前記一方の脚の下腿の長さ、の少なくとも何れかを規定するための、キャリブレーション動作を前記人体が行ったときに出力されるデータに基づくパラメータを算出するパラメータ算出工程と、
前記人体が運動を行っているときに前記センサ部より出力されるデータと、算出された前記パラメータの値と、に基づいて、前記人体の前記運動を行っているときの脚の動作状態を再現した動画を生成する動画生成工程と、を含み、
前記キャリブレーション動作は、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた基準姿勢にするとともに、他方の脚を地面から離間させた片脚立ちを行う第１の動作を有し、
前記パラメータ算出工程は、前記人体が前記キャリブレーション動作として前記第１の動作を行ったときの前記人体の動作に応じて前記センサ部より出力される第１のデータに基づいて、前記パラメータとして、前記基準姿勢を規定する姿勢行列を算出することを特徴とする運動情報生成方法。 - 運動情報生成装置の運動情報生成方法であって、
人体の一方の脚の足首に装着されて、前記一方の脚の動作状態に関連するデータを出力するセンサ部の装着状態、前記人体の片脚立ち時の姿勢及び前記一方の脚の下腿の長さ、の少なくとも何れかを規定するための、キャリブレーション動作を前記人体が行ったときに出力されるデータに基づくパラメータを算出するパラメータ算出工程と、
前記人体が運動を行っているときに前記センサ部より出力されるデータと、算出された前記パラメータの値と、に基づいて、前記人体の前記運動を行っているときの脚の動作状態を再現した動画を生成する動画生成工程と、を含み、
前記キャリブレーション動作は、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた状態から、該一方の脚の膝を回転軸として、該一方の脚の下腿を少なくとも９０度回転させるように屈曲させた後、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた状態に戻す第２の動作を有し、
前記パラメータ算出工程は、前記人体が前記キャリブレーション動作として前記第２の動作を行ったときの前記人体の動作に応じて前記センサ部より出力される第２のデータに基づいて、前記パラメータとして、前記一方の脚の膝と前記センサ部の装着位置の間の長さを算出することを特徴とする運動情報生成方法。 - 運動情報生成装置のコンピュータに、
人体の一方の脚の足首に装着されて、前記一方の脚の動作状態に関連するデータを出力するセンサ部より、前記センサ部の装着状態、前記人体の片脚立ち時の姿勢及び前記一方の脚の下腿の長さ、の少なくとも何れかを規定するための、キャリブレーション動作を前記人体が行ったときに出力されるデータに基づくパラメータを算出するパラメータ算出手段、
前記人体が運動を行っているときに前記センサ部より出力されるデータと、算出された前記パラメータの値と、に基づいて、前記人体の前記運動を行っているときの脚の動作状態を再現した動画を生成する動画生成手段、を実行させる運動情報生成プログラムであって、
前記キャリブレーション動作は、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた基準姿勢にするとともに、他方の脚を地面から離間させた片脚立ちを行う第１の動作を有し、
前記パラメータ算出手段は、前記人体が前記キャリブレーション動作として前記第１の動作を行ったときの前記人体の動作に応じて前記センサ部より出力される第１のデータに基づいて、前記パラメータとして、前記基準姿勢を規定する姿勢行列を算出することを特徴とする運動情報生成プログラム。 - 運動情報生成装置のコンピュータに、
人体の一方の脚の足首に装着されて、前記一方の脚の動作状態に関連するデータを出力するセンサ部より、前記センサ部の装着状態、前記人体の片脚立ち時の姿勢及び前記一方の脚の下腿の長さ、の少なくとも何れかを規定するための、キャリブレーション動作を前記人体が行ったときに出力されるデータに基づくパラメータを算出するパラメータ算出手段、
前記人体が運動を行っているときに前記センサ部より出力されるデータと、算出された前記パラメータの値と、に基づいて、前記人体の前記運動を行っているときの脚の動作状態を再現した動画を生成する動画生成手段、を実行させる運動情報生成プログラムであって、
前記キャリブレーション動作は、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた状態から、該一方の脚の膝を回転軸として、該一方の脚の下腿を少なくとも９０度回転させるように屈曲させた後、前記一方の脚を、該一方の脚の足裏を接地させて直立させた状態に戻す第２の動作を有し、
前記パラメータ算出手段は、前記人体が前記キャリブレーション動作として前記第２の動作を行ったときの前記人体の動作に応じて前記センサ部より出力される第２のデータに基づいて、前記パラメータとして、前記一方の脚の膝と前記センサ部の装着位置の間の長さを算出することを特徴とする運動情報生成プログラム。
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