JP6908027B2 - 運動計測装置、情報処理装置及び運動計測方法 - Google Patents

Description

本技術は、例えばユーザの身体動作を計測する運動計測装置、情報処理装置及び運動計測方法に関する。

近年、スポーツ科学、人間科学等の分野において、人や物体の運動を解析する装置の開発が進められている。この種の装置としては、検出対象に取り付けられた加速度センサやジャイロセンサ等の出力から運動を計測する慣性センサ式、検出対象に取り付けられた複数のマーカをカメラで撮影し、そのカメラ画像を処理して運動を計測する光学式等が知られている。

例えば特許文献１には、ゴルフクラブ等のスイングを検出するセンサ部の出力データに基づいてスイング特徴情報を演算し、当該スイング特徴情報と基準スイング特徴情報とを比較して、その比較結果を表示部に表示し、あるいは音、音声メッセージ、音楽等で出力するスイング解析装置が開示されている。

特開２０１５−５７１９３号公報

しかしながら特許文献１に記載のスイング解析装置においては、スイング開始から終了までの一連の動作の全体からスイング特徴情報を演算するものであるため、スイング動作の過程で時々刻々と変化するクラブの姿勢や軌道の良否を直感的に把握することが困難である。

以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、検出対象の運動姿勢や軌道をより直感的に把握することができる運動計測装置、情報処理装置及び運動計測方法を提供することにある。

本技術の一形態に係る運動計測装置は、検出部と、制御部と、出力部とを具備する。
上記検出部は、検出対象に取り付けられ、空間内で運動する上記検出対象の３軸方向の速度の時間変化に関連する速度関連情報を検出する。
上記制御部は、上記速度関連情報に基づいて上記検出対象の１又は複数の運動学的物理量を含む運動特徴量を抽出する。
上記出力部は、上記運動特徴量に応じて変化する知覚可能な計測信号を生成する。

上記運動計測装置において、出力部は、検出対象の運動特徴量に応じて変化する知覚可能な計測信号を生成するように構成されているため、ユーザにとって検出対象の運動姿勢や軌道をより直感的に把握することができる。
ここで、知覚可能な計測信号としては、聴覚、視覚、触覚等によりユーザが識別可能な種々の信号を意味し、典型的には、音波、光、振動等が挙げられる。

上記制御部は、第１の運動学的物理量と第２の運動学的物理量とを上記運動特徴量として抽出し、上記第１の運動学的物理量に対応する第１の計測信号を上記第２の運動学的物理量に対応する第２の計測信号で変調した変調信号を生成するように構成されてもよい。この場合、上記出力部は、上記変調信号に基づいて上記計測信号を生成する。
これにより、複数の運動学的物理量に基づく検出対象の動きをユーザに直感的に提示することができる。

上記制御部は、上記運動特徴量を抽出する演算部と、上記変調信号を生成する変調部とを有してもよい。

上記第１及び第２の運動学的物理量は特に限定されない。例えば、上記制御部は、上記検出対象の接線速度を上記第１の運動学的物理量として抽出するように構成されてもよい。また、上記制御部は、上記検出対象の加速度、法線加速度及び運動仰角の少なくとも１つを上記第２の運動学的物理量として抽出するように構成されてもよい。

上記出力部の構成は特に限定されず、例えば発音素子あるいは発光素子を含んでもよい。この場合、上記計測信号として、上記運動特徴量に応じて音階や音色、音量等が変化する音波が、あるいは上記運動特徴量に応じて色や強度、発光パターン等が変化する光が、それぞれ上記計測信号として生成される。

上記検出部の構成も特に限定されず、例えば上記３軸方向の加速度を検出する加速度センサユニットを含んでもよいし、これに加えて、上記３軸まわりの角速度を検出する角速度センサユニットを含んでもよい。

本技術の一形態に係る情報処理装置は、制御部を具備する。
上記制御部は、空間内で運動する検出対象の３軸方向の速度の時間変化に関連する速度関連情報に基づいて、上記検出対象の１又は複数の運動学的物理量を含む運動特徴量を抽出し、上記運動特徴量に応じて変化する知覚可能な計測信号を生成することが可能な出力部を制御するための制御信号を生成する。

上記情報処理装置は、上記速度関連情報を取得する検出部をさらに具備してもよい。

本技術の他の形態に係る情報処理装置は、制御部と、出力部とを具備する。
上記制御部は、空間内で運動する検出対象の３軸方向の速度の時間変化に関連する速度関連情報に基づいて、上記検出対象の１又は複数の運動学的物理量を含む運動特徴量を抽出する。
上記出力部は、上記運動特徴量に応じて変化する知覚可能な計測信号を生成する。

本技術の一形態に係る運動計測方法は、空間内で運動する検出対象の３軸方向の速度の時間変化に関連する速度関連情報を取得することを含む。
上記速度関連情報に基づいて、上記検出対象の１又は複数の運動学的物理量を含む運動特徴量が抽出される。
上記運動特徴量に応じて変化する知覚可能な計測信号が生成される。

以上のように、本技術によれば、検出対象の運動姿勢や軌道をより直感的に把握することができる。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。

本技術の一実施形態に係る運動計測装置の概略構成を示すブロック図である。 上記運動計測装置の適用例を説明する模式図である。 上記運動計測装置における検出部の構成を示す概略斜視図である。 上記運動計測装置のシステム構成図である。 上記運動計測装置の主要部分の基本構成を示すブロック図である。 上記運動計測装置における演算回路の構成の一例を示すブロック図である。 上記運動計測装置における演算回路の構成の一例を示すブロック図である。 上記運動計測装置における演算回路の構成の一例を示すブロック図である。 上記運動計測装置における演算回路の構成の一例を示すブロック図である。 法線加速度及び運動仰角の算出方法を説明する図である。 上記運動計測装置の作用を説明する概念図である。 上記運動計測装置における信号発生回路の構成の一例を示すブロック図である。 上記運動計測装置における信号発生回路の構成の一例を示すブロック図である。 上記運動計測システムの動作例を説明するフローチャートである。 上記運動計測装置の作用を説明する図である。 上記運動計測装置の一作用を説明する図である。 上記運動計測装置の一作用を説明する図である。 上記運動計測装置の一作用を説明する図である。 上記運動計測装置の一作用を説明する図である。 本技術の第２の実施形態に係る運動計測装置の構成を示すブロック図である。 上記運動計測システムの典型的な動作例を示すフローチャートである。 本技術の第３の実施形態に係る運動計測装置の構成を示すブロック図である。 本技術の第４の実施形態に係る運動計測装置の構成を示すブロック図である。 本技術の第５の実施形態に係る運動計測装置の構成を示すブロック図である。 本技術の第６の実施形態に係る運動計測装置の構成を示すブロック図である。 本技術の第７の実施形態に係る運動計測装置の構成を示すブロック図である。

以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。

＜第１の実施形態＞
［装置概要］
図１は、本技術の一実施形態に係る運動計測装置の概略構成を示すブロック図である。図２は、運動計測装置の適用例を説明する模式図である。

本実施形態の運動計測装置１は、図１に示すように、検出部１０と、制御部２０と、出力部３０とを有する。運動計測装置１は、空間内における検出対象の各種運動学的物理量を計測し、その計測結果に応じて異なる音や光等の知覚可能な信号を出力するように構成される。特に本実施形態の運動計測装置１は、検出部１０と制御部２０とを有するセンサデバイス１Ａと、出力部３０を有する端末装置１Ｂとにより構成される。

センサデバイス１Ａは、ユーザＵの検出対象部位に装着可能に構成される。端末装置１Ｂは、センサデバイス１Ａと無線や有線で通信可能に構成され、典型的には、スマートホンや携帯電話、ノート型ＰＣ（パーソナルコンピュータ）等の携帯情報端末で構成される。

本実施形態では例えば図２に示すように、ピッチング練習をするユーザＵのボールを持つ腕にセンサデバイス１Ａが装着される。センサデバイス１Ａは、ユーザＵの運動開始（投球開始）から運転終了（投球終了）までの運動学的物理量を所定時刻ごとに又は連続的に抽出して端末装置１Ｂへ送信するように構成される。端末装置１Ｂは、上記運動学的物理量から取得される腕の接線速度や法線加速度等の計測結果に対応する情報を、音や光等の知覚可能な計測信号ＳｗとしてユーザＵへ報知するように構成される。

検出部１０は、ユーザＵに取り付け可能なバンドやフック等の装着具を有する筐体（図示略）と、当該筐体の内部に収容されたセンサモジュール（図３参照）とを備える。検出部１０は、空間内で運動するユーザＵの実空間座標（以下、グローバル座標系ともいう）の直交３軸（図２においてＸ、Ｙ及びＺ軸）方向における速度の時間変化に関連する速度関連情報Ｖｏを検出する。

検出対象としてのユーザＵには、ユーザ自身だけでなく、ユーザが使用する運動器具が含まれる。検出対象がユーザ自身である場合、より具体的には、センサデバイス１Ａが取り付けられる身体の一部（例えば、腕や足、頭部、腰部等）が検出対象に相当する。センサデバイス１Ａはユーザの身体に直接取り付けられる場合に限られず、衣服や帽子、靴、グラブ（手袋）、リストバンド、ベルト等、ユーザと一体となって運動する部位に取り付けられてもよい。
一方、運動器具としては、例えば、ユーザが手に持って使用するクラブやバット、ラケット、バトン等の競技用器具等が挙げられる。

図３は、検出部１０の構成を示す概略斜視図である。

検出部１０は、ローカル座標系における直交３軸方向（図３においてｘ、ｙ及びｚ軸）の加速度を検出する加速度センサユニット１２を含む慣性センサモジュール１１を有する。検出部１０は、図３に示すように上記３軸まわりの角速度を検出する角速度センサユニット１３をさらに含んでもよい。検出部１０は、加速度センサユニット１２及び角速度センサユニット１３の出力を、検出対象の速度関連情報Ｖｏとして所定のサンプリング周期（例えば０．１〜１ｍｓｅｃ）で制御部２０へ出力する。サンプリング周期を０．１ｍｓｅｃ以上とすることで、例えば２００ｋｍ／ｈで移動する検出対象に対して約１ｃｍの距離分解能を得ることができる。また、サンプリング周期を１ｍｓｅｃ以下とすることで、ほとんどの一般的な使用に対して実用に供することができる。

加速度センサユニット１２は、ｘ、ｙ及びｚ軸方向の加速度（以下、ローカル座標系における加速度成分ともいう）をそれぞれ検出する加速度センサ１２ｘ，１２ｙ，１２ｚを含む。加速度センサ１２ｘ〜１２ｚとしては、ピエゾ抵抗型、圧電型、静電容量型、電磁誘導型等、どのようなタイプのセンサであってもよい。

角速度センサユニット１３は、ｘ、ｙ及びｚ軸まわりの角速度（以下、ローカル座標系における角速度成分ともいう）をそれぞれ検出する角速度センサ１３ｘ，１３ｙ，１３ｚを有する。角速度センサ１３ｘ〜１３ｚには、典型的には振動型ジャイロセンサが用いられるが、これ以外にも、回転コマジャイロセンサ、レーザリングジャイロセンサ、ガスレートジャイロセンサ等が用いられてもよい。

なお図示の例では、各軸の加速度センサ１２ｘ〜１２ｚ及び角速度センサ１３ｘ〜１３ｚが個別に構成されているが、これに限らず、加速度センサ１２及び角速度センサ１３は、２軸方向又は３軸方向の加速度あるいは角速度を同時に検出できる単一のセンサをそれぞれ含んでもよい。

回路基板１４は、加速度センサユニット１２及び角速度センサユニット１３を共通に支持する。これに限られず、回路基板１４は、センサユニット１２，１３毎に異なる基板で構成されてもよい。また回路基板１４には図示せずとも、センサユニット１２，１３を駆動する駆動回路やこれらセンサユニット１２，１３の出力を処理する信号処理回路が搭載されてもよい。

信号処理回路としては、加速度センサユニット１２から速度情報を得るための積分回路、角速度センサユニット１３から角度情報（回転角成分）を得るための角度算出回路、重力成分を除去するためのフィルタ回路、ｘｙｚ座標系をＸＹＺ座標系に変換する座標変換回路、これらの回路を制御するコントローラ等が挙げられる。なおこれらの信号処理回路の一部又は全部は、制御部２０に設けられてもよい。

制御部２０は、検出部１０から出力される速度関連情報Ｖｏに基づいて、ユーザＵの１又は複数の運動学的物理量を含む運動特徴量を抽出する。

運動学的物理量とは、典型的には、速度や角速度、又はこれらの時間微分値（加速度、角加速度等）あるいはこれらの時間積分値（距離、角度等）等の物理量を意味する。また、これら物理量から算出される各種の物理量（接線速度、接線加速度、法線加速度、運動仰角等）が含まれる。

制御部２０は、検出部１０から出力される速度関連情報Ｖｏから、１又は複数の運動学的物理量を演算し、その演算結果に応じて出力部３０を制御するための制御信号Ｓ０を生成する情報処理装置として構成される。制御信号Ｓ０は、時々刻々と変化する運動特徴量に応じて時間変化する信号である。制御信号Ｓ０は、単一の運動学的物理量（例えば接線速度）の大きさに応じて変化する信号であってもよいし、当該運動学的物理量を他の運動学的物理量（例えば法線加速度、仰角等）で周波数や強度、波形等が変調された信号であってもよい。制御部２０において生成された制御信号Ｓ０は、出力部３０へ送信される。

出力部３０は、制御信号Ｓ０に基づき、ユーザＵの運動特徴量に応じて変化する知覚可能な計測信号Ｓｗを出力するように構成される。すなわち計測信号Ｓｗは、聴覚、視覚、触覚等によりユーザが識別可能な種々の信号であり、典型的には、可聴域の音波、可視光、振動、あるいはこれら２つ以上の組み合わせ等が挙げられる。このような計測信号Ｓｗを出力するため、出力部３０は、スピーカやブザー等の発音素子やＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の発光素子、あるいは振動モータ等の振動発生素子等を含む。

制御部２０において生成される制御信号Ｓ０は、時々刻々と変化する運動特徴量に応じて計測信号Ｓｗを変化させるように出力部３０の駆動を制御する。具体的に、出力部３０は、計測信号Ｓｗが音波の場合、運動特徴量に応じて音階や音色、音量等を変化させ、計測信号Ｓｗが光の場合、運動特徴量に応じて色（波長）や強度、発光パターン等を変化させる。さらに計測信号Ｓｗが振動の場合、出力部３０は、運動特徴量に応じて大きさや方向、発振パターン等を変化させる。

典型的には、ユーザＵの運動開始から運動終了までの一連の動作の過程で運動特徴量は時々刻々と変化する。このため、出力部３０において出力される計測信号Ｓｗは一定ではなく、連続的あるいは間欠的にその出力態様が変化する。したがってユーザＵは、この計測信号Ｓｗを知覚することで、例えば図２に示すピッチング練習において、腕を振る速度や振り方（ピッチングフォーム）の変化等をより直感的に把握することが可能となる。

以下、本実施形態に係る運動計測装置１の詳細について説明する。

［基本構成］
図４は、運動計測装置１のシステム構成図であり、図５はその主要部分の基本構成を示すブロック図である。運動計測装置１は、センサデバイス１Ａと端末装置１Ｂとを含む計測システムを構成する。

（センサデバイス）
センサデバイス１Ａは、検出部１０と、制御部２０と、送受信部１０１と、内部電源１０２と、メモリ１０３と、電源スイッチ（図示略）を有する。

検出部１０は、加速度センサユニット１２及び角速度センサユニット１３が搭載された慣性センサモジュール１１を有する（図３参照）。検出部１０は、ユーザＵ（センサデバイス１Ａ）の速度関連情報Ｖｏとして、所定のサンプリング周期で取得したローカル座標系における加速度成分及び角速度成分を制御部２０へ逐次出力する。

制御部２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や内部メモリを有するコンピュータ等の演算装置で構成され、センサデバイス１Ａの動作を制御する。制御部２０は、アナログ回路で構成されてもよい。制御部２０は、主として、速度関連情報Ｖｏに基づいて、ユーザＵ（センサデバイス１Ａ）の１又は複数の運動学的物理量を含む運動特徴量を抽出し、その運動特徴量に応じた制御信号Ｓ０を生成する。

送受信部１０１は、例えば通信回路及びアンテナを含み、端末装置１Ｂ（送受信部４０４）との通信のためのインタフェースを構成する。送受信部１０１は、制御部２０において生成された制御信号Ｓ０を含む出力信号を端末装置１Ｂへ送信することが可能に構成される。また送受信部１０１は、端末装置１Ｂから送信される制御部２０の設定情報等を受信することが可能に構成される。

送受信部１０１と送受信部２０１との間で行われる通信は、無線でもよく有線であってもよい。無線の通信は、電磁波（赤外線を含む）を利用した通信や、電界を利用した通信でもよい。具体的な方式としては、「Wi-Fi（登録商標）」、「Zigbee（登録商標）」、「Bluetooth（登録商標）」、「Bluetooth Low Energy」、「ANT（登録商標）」、「ANT＋（登録商標）」、「EnOcean(登録商標)」などの数百ＭＨｚ（メガヘルツ）から数ＧＨｚ（ギガヘルツ）帯を利用する通信方式を例示することができる。NFC（Near Field Communication）等の近接無線通信でもよい。

内部電源１０２は、センサデバイス１Ａの駆動に必要な電力を供給する。内部電源１０２には、一次電池や二次電池等の蓄電素子が用いられてもよいし、振動発電や太陽発電等の発電素子、無給電手段をも含むエネルギーハーベスティング技術が用いられてもよい。特に本実施形態では、動きのある検出対象を測定対象とするものであるから、内部電源１０２として振動発電デバイス等の環境発電デバイスが好適である。

メモリ１０４は、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を有し、速度関連情報Ｖｏから制御信号Ｓ０を生成するためのプログラム等の制御部２０によるセンサデバイス１Ａの制御を実行するためのプログラム、各種パラメータあるいはデータを記憶する。

（端末装置）
端末装置１Ｂは、典型的には携帯情報端末で構成され、ＣＰＵ４０１と、メモリ４０２と、内部電源４０３と、送受信部４０４と、カメラ４０５と、位置情報取得部（ＧＰＳ（Global Positioning System）装置）４０６と、表示部４０７と、スピーカ４０８と、発光部４０９と、振動発生部４１０とを有する。

ＣＰＵ４０１は、端末装置１Ｂの全体の動作を制御する。メモリ４０２は、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を有し、ＣＰＵ４０１による端末装置１Ｂの制御を実行するためのプログラムや各種パラメータあるいはデータを記憶する。内部電源４０３は、端末装置１Ｂの駆動に必要な電力を供給するためのもので、典型的には、充放電可能な二次電池で構成される。

送受信部４０４は、送受信部１０１と通信可能な通信回路及びアンテナを含む。送受信部４０４はさらに、無線ＬＡＮや移動通信用の３Ｇや４ＧのネットワークＮを用いて、他の携帯情報端末やサーバ等と通信可能に構成される。

表示部４０７は、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）で構成され、各種メニューやアプリケーションのＧＵＩ（Graphic User Interface）等を表示する。典型的には、表示部４０７は、タッチセンサを有し、ユーザのタッチ操作により、ＣＰＵ４０１及び送受信部４０４を介してセンサデバイス１Ａへ所定の設定情報を入力することが可能に構成される。

出力部３０は、送受信部４０４を介して受信したセンサデバイス１Ａからの制御信号Ｓ０に基づいて駆動され、ユーザＵに知覚可能な計測信号Ｓｗを生成する。出力部３０は、端末装置１Ｂに内蔵されているスピーカ４０８、発光部４０９、振動発生部４１０等の少なくとも１つで構成されてもよい。

本実施形態において出力部３０は、スピーカで構成される。出力部３０は、スピーカ４０８で構成されてもよいし、スピーカ４０８とは別のスピーカで構成されてもよい。以下の説明では、出力部３０がスピーカ４０８とは別のスピーカで構成される場合を例に挙げて説明する。

［制御部の基本構成］
続いて、センサデバイス１Ａにおける制御部２０の詳細について説明する。図５は、制御部２０の基本構成を示すブロック図である。

制御部２０は、図５に示すように、特徴量抽出部２１と、運動認識部２２とを有する。

特徴量抽出部２１は、速度関連情報Ｖｏに基づいて、ユーザＵ（センサデバイス１Ａ）の所定の運動学的物理量を算出することで運動特徴量を抽出し、その運動特徴量に応じた制御信号Ｓ０を生成する。
運動認識部２２は、上記所定の運動学的物理量に基づいて、特定の運動パターンの有無等を抽出し、その出力を端末装置１Ｂへ送信して表示部４０７やメモリ４０２にその計測結果を表示あるいは記録するためのものである。なお運動認識部２２の実装は任意であり、仕様等に応じて省略されてもよい。

特徴量抽出部２１は、演算回路２１１と、信号発生回路２１２とを有する。

（演算回路）
演算回路２１１は、速度関連情報Ｖｏに基づいて、１又は複数の運動特徴量を抽出する演算部として構成される。演算回路２１１は、所定の運動特徴量として、接線速度（ｖ_t）、接線加速度（ａ_t）、法線加速度（ａ_n）、仰角（Ｖ_θ）等の複数の運動特徴量を算出する。

（演算回路の構成例１）
図６は、演算回路２１１の一構成例を示す運動計測システム１０１のブロック図である。

演算回路２１１は、積分器１１３と、絶対値算出回路１１４とを有する。本構成例においては、速度関連情報Ｖｏとして、加速度センサユニット１２の出力信号が用いられる。

積分器１１３は、ローカル座標系の加速度成分（ａ_x、ａ_y、ａ_z）を各軸について時間積分することで、速度成分（ｖ_X、ｖ_Y、ｖ_Z）を抽出する。絶対値算出回路１１４は、速度成分（ｖ_X、ｖ_Y、ｖ_Z）の絶対値（√（ｖ_x ^２＋ｖ_y ^２＋ｖ_z ^２））を算出することで、接線速度（ｖ_t）を求める。算出された接線速度（ｖ_t）は、第１の計測信号Ｓ１として信号発生回路２１２へ出力される。

上記の例では、積分器１１３に入力される加速度センサユニット１２の出力としてローカル成分における加速度成分（ａ_x、ａ_y、ａ_z）が用いられるが、当該加速度成分（ａ_x、ａ_y、ａ_z）をグローバル成分の加速度成分（ａ_X、ａ_Y、ａ_Z）とみなして絶対値（√（ｖ_X ^２＋ｖ_Y ^２＋ｖ_Z ^２））を算出してもよい。あるいは、例えばユーザＵの運動開始時における各軸の加速度成分を参照することで、グローバル座標系における加速度成分が抽出されてもよい。

出力部３０は、発音素子３１と、駆動回路３２とを有する。駆動回路３２は、制御信号Ｓ０に基づいて発音素子３１を駆動し、発音素子３１から計測信号Ｓｗとしての音波を発生させる。発振素子３１としては振動板等、駆動回路３２としてはボイスコイルモータ（ＶＣＭ）等が挙げられる。

（演算回路の構成例２）
図７は、演算回路２１１の他の構成例を示す運動計測システム１０２のブロック図である。なお図７において図６と対応する部分については同一の符号を付し、その説明は省略するものとする。

演算回路２１１は、角度計算回路１１１と、座標回転回路１１２とをさらに有する。本構成例においては、速度関連情報Ｖｏとして、加速度センサユニット１２と角速度センサユニット１３の出力信号が用いられる。

角度計算回路１１１は、角速度センサユニット１３から出力されるローカル座標系における角速度成分（ω_x、ω_y、ω_z）から回転角成分（θ_x、θ_y、θ_z）を算出し、これを座標回転回路１１２に出力する。座標回転回路１１２は、上記回転角成分（θ_x、θ_y、θ_z）に基づいて加速度センサユニット１２から出力されるローカル座標系における加速度成分（ａ_x、ａ_y、ａ_z）をグローバル座標系における加速度成分（ａ_X、ａ_Y、ａ_Z）を算出する。積分器１１３は、グローバル座標系における加速度成分（ａ_X、ａ_Y、ａ_Z）を各軸について時間積分して速度成分（ｖ_X、ｖ_Y、ｖ_Z）を抽出する。絶対値算出回路１１４は、速度成分（ｖ_X、ｖ_Y、ｖ_Z）の絶対値（√（ｖ_X ^２＋ｖ_Y ^２＋ｖ_Z ^２））を算出することで、接線速度（ｖ_t）を求める。

角度計算回路１１１においては、慣性航法の分野において一般的に用いられる姿勢計算手法が採用される。座標回転回路１１２は、角度計算回路１１１において算出された回転角成分に基づき、ローカル座標系における加速度成分（ａ_x、ａ_y、ａ_z）をグローバル座標系における加速度成分（ａ_X、ａ_Y、ａ_Z）に変換する。本構成例によれば、各軸まわりの回転成分を補償して各軸の速度成分（ｖ_X、ｖ_Y、ｖ_Z）が算出されるため、接線速度（ｖ_t）をより高精度に算出することができる。

（演算回路の構成例３）
図８は、演算回路２１１の他の構成例を示す運動計測システム１０３のブロック図である。なお図８において図６と対応する部分については同一の符号を付し、その説明は省略するものとする。

演算回路２１１は、接線方向算出回路１１５と、法線方向加速度絶対値算出回路１１６とをさらに有する。法線方向算出回路１１５は、積分器１１３から出力される各軸の速度成分（ｖ_X、ｖ_Y、ｖ_Z）に基づいて、ユーザＵ（センサデバイス１Ａ）の接線方向（グローバル座標系における接線速度ベクトル）を算出する。法線方向加速度絶対値算出回路１１６は、積分器１１３から出力される各軸の速度成分（ｖ_X、ｖ_Y、ｖ_Z）と、接線方向算出回路１１５から出力される接線速度ベクトル（速度ｖｅｃ）とに基づいて、接線速度ベクトルに直交する法線加速度（ａ_n）を算出する。

本例における運動計測システム１０３は、第２の計測信号として法線加速度（ａ_n）を算出し、この第２の計測信号Ｓ２ａで第１の計測信号Ｓ１（接線速度（ｖ_t））を変調した制御信号Ｓ０を生成するべく、算出した法線加速度（ａ_n）を信号発生回路２１２に入力する。これにより、法線加速度（ａ_n）の大きさに応じた計測信号Ｓｗを発生させることができる。

（演算回路の構成例４）
図９は、演算回路２１１の他の構成例を示す運動計測システム１０４のブロック図である。なお図９において図８と対応する部分については同一の符号を付し、その説明は省略するものとする。

演算回路２１１は、運動仰角算出回路１１７をさらに有する。運動仰角算出回路１１７は、接線方向算出回路１１５から出力される接線速度ベクトルに基づいて、運動仰角（φ）を算出する。

本例における運動計測システム１０４は、第２の計測信号Ｓ２ａ，Ｓ２ｂとして法線加速度（ａ_n）及び運動仰角（φ）を算出し、これら第２の計測信号Ｓ２ａ，Ｓ２ｂで第１の計測信号Ｓ１（接線速度（ｖ_t））を変調した制御信号Ｓ０を生成するべく、算出した法線加速度（ａ_n）及び運動仰角（φ）を信号発生回路２１２に入力する。これにより、法線加速度（ａ_n）及び運動仰角（φ）の大きさに応じた計測信号Ｓｗを発生させることができる。

なお構成例３，４において、積分器１１３に入力される速度関連情報Ｖｏ（加速度成分（ａ_X、ａ_Y、ａ_Z））としては、構成例２のように加速度センサユニット１２及び角速度センサユニット１３の双方から取得される（図７）。なおこれに限られず、構成例１のように加速度センサユニット１２のみから速度関連情報Ｖｏが取得されてもよい（図６）。

図１０は、法線加速度（ａ_n）及び運動仰角（φ）の算出方法を説明する図である。
グローバル座標系での任意の時刻における軌道上のセンサデバイス１Ａの接線速度ベクトル、接線加速度ベクトル及び法線加速度ベクトルは、それぞれ図１０のように示される。
法線加速度ベクトルは、加速度ベクトルの接線速度ベクトルと直交する成分（法線面に平行な成分）であり、運動仰角は、接線速度ベクトルとＸＹ平面とのなす角から求めることができる。

すなわち図１０に示すように、法線加速度ベクトルは、加速度ベクトルと軌道方向単位ベクトルから求めることができ（（２）式参照）、軌道方向単位ベクトル及び運動仰角（φ）は、グローバル座標系における速度成分（ｖ_X、ｖ_Y、ｖ_Z）から求めることができる（（１）及び（３）式参照）。法線加速度（ａ_n）は、法線加速度ベクトルの絶対値をとることで算出される。なお、法線加速度（ａ_n）及び運動仰角（φ）は、上記以外の方法で算出されてもよい。

図１１Ａ，Ｂは、構成例３，４の作用の一例を説明する模式図である。図１１Ａにおいて点線及び実線で示すセンサデバイス１Ａの運動軌跡において、接線速度（ｖ_t）のみを参照して音を変調する構成例２は両者で同じ音の計測信号Ｓｗを出力する場合があるが、法線加速度（ａ_n）をも参照して音を変調することで、両者の区別が可能となる。
また、接線速度（ｖ_t）、法線加速度（ａ_n）及び運動仰角（φ）を参照する構成例４によれば、より多彩な計測が可能となる。例えば図１１Ｂにおいて点線及び実線で示すセンサデバイス１Ａの運動軌跡において、構成例３は両者で同じ音の計測信号Ｓｗを出力する場合があるが、構成例４によれば、両者で異なる音の計測信号Ｓｗを出力することができる。

（信号発生回路）

信号発生回路２１２は、演算回路２１１において算出された運動学的物理量に基づき、出力部３０を駆動して計測信号Ｓｗを発生させるための制御信号Ｓ０を生成する。本実施形態において出力部３０は、計測信号Ｓｗとして音波を発生するスピーカで構成されるため、信号発生回路２１２は、例えば電圧制御発振器（ＶＣＯ：Voltage Control Oscillator）等の音声信号発生回路を含むアナログシンセサイザに準じた構成とすることができる。

信号発生回路２１２は、上記複数の運動学的物理量から選択された１の運動学的物理量（第１の運動学的物理量）に対応する第１の計測信号（Ｓ１）と、他の任意の１又は複数の運動学的物理量（第２の運動学的物理量）に対応する第２の計測信号（Ｓ２）とを生成する。そして信号発生回路２１２は、第１の計測信号（Ｓ１）を第２の計測信号（Ｓ２）で変調した変調信号を制御信号Ｓ０として生成する変調部として構成される。第２の計測信号Ｓ２は、第１の計測信号Ｓ１に関係づけられた発振周波数や音階、音色等を変調するように構成される。
典型的には、第１の計測信号Ｓ１（接線速度）が大きいほど高い音階の音声信号が出力され、第２の計測信号Ｓ２（法線加速度、仰角等）が大きいほど、ビブラート等の変調成分が強くかかるように構成される。

本実施形態では、上述のように、第１の運動学的特徴量としてセンサの接線速度（ｖ_t）が参照され、第２の運動学的物理量としてセンサの法線加速度（ａ_n）、あるいは、センサの法線加速度（ａ_n）及び仰角（Ｖ_θ）が参照される。したがって、例えば、センサデバイス１Ａの運動が直線的な動きである場合には、第１の計測信号Ｓ１を基本とする制御信号Ｓ０が生成される。一方、センサデバイス１Ａの運動が円運動や楕円運動等の曲線的な動きを伴う場合には、第１の計測信号Ｓ１が第２の計測信号Ｓ２で変調された制御信号Ｓ０が生成される（図１１Ａ，Ｂ参照）。

なお信号発生回路２１２は制御部２０に設けられる例に限られず、後述するように出力部３０に設けられてもよい。

（信号発生回路の構成例１）
図１２は、信号発生回路２１２の一構成例を示す運動計測システム１０５のブロック図である。

信号発生回路２１２は、加算器１２１と、電圧制御発振部（ＶＣＯ：Voltage-Controlled Oscillator）１２２と、電圧制御フィルタ（ＶＣＦ：Voltage-Controlled Filter）１２３と、電圧制御アンプ（ＶＣＡ：Voltage-Controlled Amplifier）１２４と、演算部１２５とを有する。

加算器１２１は、絶対値算出回路１１４（図６、図７参照）から出力される第１の計測信号Ｓ１（接線速度（ｖ_t）に対応する信号）と、法線方向加速度絶対値算出回路１１６（図８、図９参照）から出力される第２の計測信号Ｓ２ａ（法線加速度（ａ_n）に対応する信号）とを加算することで、第２の計測信号Ｓ２ａによって第１の計測信号Ｓ１を変調する。電圧制御発振部１２２は、加算器１２１の出力に基づいて発振する。電圧制御フィルタ１２３は、電圧制御発振器１２２の出力（例えば音色）を、第２の計測信号Ｓ２ｂ（運動仰角（φ）に対応する信号）で変調する。電圧制御アンプ１２４は、電圧制御フィルタ１２３の出力を演算部１２５の出力（第１及び第２の計測信号Ｓ１，Ｓ２ａ，Ｓ２ｂに基づいて生成される信号）によって変調し、制御信号Ｓ０を生成する。演算部１２５は、動きのパターンや利用環境等に応じて最適化された音量に制御信号Ｓ０を調整するための電圧信号を電圧制御アンプ１２３へ出力する。

（信号発生回路の構成例２）
図１３は、信号発生回路２１２の他の構成例を示す運動計測システム１０６のブロック図である。なお図１３において図１２と対応する部分については同一の符号を付し、その説明は省略するものとする。

信号発生回路２１２は、ＬＦＯ（Low Frequency Oscillator）１２６ａ〜１２６ｃをさらに有する。ＬＦＯ１２６ａは、加算器１２１における第２の計測信号Ｓ２ａの入力段に設けられ、法線加速度（ａ_n）に基づいて、例えば「ビブラート」の周波数または強度を変調する。ＬＦＯ１２６ｂは、電圧制御フィルタ１２３における第２の計測信号Ｓ２ｂの入力段に設けられ、運動仰角（φ）に基づいて、例えば「ワウ」の周波数または強度を変調する。ＬＦＯ１２６ｃは、電圧制御アンプ１２４における演算回路１２５の入力段に設けられ、動きのパターン、利用環境等に基づいて、例えば「トレモロ」の周波数または強度を変調する。

信号発生回路２１２は、上述の例に限られず、例えば上記の構成に代えて又は加えて、ノイズやプログラム済の音声データを重畳したり、ＥＧ（Envelop Generator）を追加したり、エフェクタを追加したりする回路が用いられてもよい。

［運動計測システムの動作］
続いて、以上のように構成される運動計測システム１の典型的な動作について説明する。図１４は、運動計測システム１の動作例を説明するフローチャートである。ここでは、図７及び図９を参照して説明した運動計測システム１０２，１０４を例に挙げて説明する。

電源投入等によりシステムが起動すると、センサデバイス１Ａは、加速度センサユニット１２及び角速度センサユニット１３によってセンサデバイス１Ａのローカル座標系における加速度成分（ａ_x、ａ_y、ａ_z）及び角速度成分（ω_x、ω_y、ω_z）を検出する（ステップ１０１）。検出された加速度成分及び角速度成分は、速度関連情報Ｖｏとして制御部２０の特徴量抽出部２１（演算部２１１）へ出力される。

特徴量抽出部２１（演算部２１１）へ供給された速度関連情報Ｖｏは、角度計算回路１１１によって回転角が検出され（ステップ１０２）、さらに座標回転回路１１２によってローカル座標系における加速度成分（ａ_x、ａ_y、ａ_z）がグローバル座標系における加速度成分（ａ_X、ａ_Y、ａ_Z）に座標変換される（ステップ１０３）。

続いて特徴量抽出部２１（演算部２１１）は、加速度成分（ａ_X、ａ_Y、ａ_Z）を積分器１１３にかけてグローバル座標系における速度成分（ｖ_X、ｖ_Y、ｖ_Z）を算出し、運動特徴量を抽出する（ステップ１０６）。このとき、各軸の加速度成分（ａ_X、ａ_Y、ａ_Z）の絶対値が所定値εより大きいか否かを判定し、所定値ε以下の場合には積分器１１３をリセットしてから運動特徴量を抽出する（ステップ１０４〜１０６）。所定値εは、加速度センサ、角速度センサ、アナログ回路等の誤差（ノイズ、オフセット）により決まる測定限界に基づいて設定される。これにより、加速度の絶対値が所定位置ε以下の場合において、積分誤差の影響を抑えた高精度な運動特徴量の抽出が可能となる。この処理は、座標軸毎に独立して実行してもよいし、座標軸毎の値の二乗の総和の平方根（√（ａ_X ^２＋ａ_Y ^２＋ａ_Z ^２））から求めた、３次元空間における加速度の絶対値を元に判定してもよい。

演算部２１１は、絶対値算出回路１１４により第１の運動学的物理量としてセンサデバイス１Ａの接線速度（ｖ_t）を含む運動特徴量を抽出し、これに対応する第１の計測信号Ｓ１を信号発生回路２１２へ出力する。信号発生回路２１２は、第１の計測信号Ｓ１に応じた音声信号（制御信号Ｓ０）を生成し、これを出力部３０へ出力して計測信号Ｓｗを発生させる（ステップ１０７，１０８、図９）。

演算部２１１はさらに、第２の運動学的物理量としてセンサデバイス１Ａの法線加速度（ａ_n）及び運動仰角（φ）を算出し、これらに対応する第２の計測信号Ｓ２ａ，Ｓ２ｂを信号発生回路２１２へ出力する。信号発生回路２１２は、第２の計測信号Ｓ２ａ，Ｓ２ｂに応じて第１の計測信号Ｓ１を変調し、変調された制御信号Ｓ０を出力部３０へ出力する。これにより、接線速度（ｖ_t）に対応付けられた音波の周波数、音色、強度等が、法線加速度（ａ_n）及び運動仰角（φ）に応じて変調される（ステップ１０７，１０８、図９）。

特徴量抽出部２１において抽出された各種の運動学的物理量は、必要に応じて、運動認識部２２における特定の運動パターンの有無の抽出等に参照され、あるいは、端末装置１Ｂの表示部４０７に所定の形態で表示され、メモリ４０２に記録される（図５参照）。表示部４０７における表示形態としては、例えば、所定の運動学的物理量の時間変化を表す波形やログの表示が挙げられ、メモリ４０２には上記ログが取り込まれる。表示部４０７に表示され、あるいはメモリ４０２に記録される運動学的物理量は、接線速度、法線加速度、運動仰角に限られず、角速度、接線加速度、水平加速度、鉛直加速度、水平速度、鉛直速度等の各種データが含まれてもよい。また、運動認識部２２において特定の運動パターンの存在が認められた場合には、端末装置１Ｂのスピーカ４０８を介してアラームやアラート等の効果音を発するように構成されてもよい。

上記処理は、システムが停止するまで上記所定のサンプリング周期で繰り返し実行される（ステップ１０９）。

以上のように本実施形態によれば、ユーザＵに取り付けられたセンサデバイス１Ａの動きがユーザＵに知覚可能な音声信号として出力されるため、ユーザＵにとって検出対象の運動姿勢や軌道をより直感的に把握することができる。

例えば図２に示すピッチング練習において、センサデバイス１Ａが取り付けられる腕の接線速度が大きくなるほど高い音階の音が動作後に又は動作中に出力されることで、当該音によってユーザが自身の投球スピード（腕を振る速度）をリアルタイムで把握することができる。また、出力される音の違いによって、練習仲間や指導者等の他者による動作との比較等を直感的に行うことができる。さらに、目標とする接線速度に到達したかどうかの判定やユーザ自身の調子、投球フォームの確認等が容易に行えるようになる。

以下、図１５〜図１９を参照して、ピッチング練習するユーザＵの腕に取り付けられたセンサデバイス１Ａにおいて計測される各種物理量の時間変化について説明する。
なお説明を容易にするため、運動の軌道、速度、加速度、座標系は同一平面（ＸＺ平面）上にあるものとし、運動は軌道半径（ｒ）１ｍの円運動、運動開始から運動終了までの一連の動作時間（図１５におけるセンサデバイス１ＡのＡ位置からＢ位置までの移動時間）は１秒とする。

図１６Ａに、図１５の（４）式で算出される接線速度（ｖ_t）を示す。接線速度（ｖ_t）は、センサデバイス１Ａの移動方向の速度に相当する。接線速度（ｖ_t）と移動距離（Ｌ）、角速度（ω）、接線加速度（ａ_t）及び法線加速度（ａ_n）との関係は、同図の（５）〜（８）式で表される。図１６Ｂ，Ｃに、（６）〜（８）式で算出された角速度（ω）、接線加速度（ａ_t）及び法線加速度（ａ_n）をそれぞれ示す。角速度（ω）は、図１５に示す反時計まわりを正とした。

図１７Ａ，Ｂは、それぞれ、センサデバイス１Ａで取得される速度関連情報Ｖｏから算出される水平・鉛直加速度（ａ_X、ａ_Z）及び水平・鉛直速度（ｖ_X、ｖ_Z）の時間変化の一例を示している。
水平加速度（ａ_X）及び鉛直加速度（ａ_Z）は、図１６Ｂ，Ｃの角速度（ω）、接線加速度（ａ_t）及び法線加速度（ａ_n）から算出されたグローバル座標系における水平方向及び鉛直方向の加速度である。水平速度（ｖ_X）及び鉛直速度（ｖ_Z）は、図１７Ａの水平加速度（ａ_X）及び鉛直加速度（ａ_Z）をそれぞれ時間積分して得られた、グローバル座標系における水平方向及び鉛直方向の速度である。

図１７Ｃは、図１７Ｂの水平速度（ｖ_X）及び鉛直速度（ｖ_Z）から求められた接線速度の計測値（ｖ_{t, meas}）である。水平速度（ｖ_X）及び鉛直速度（ｖ_Z）のベクトル和の絶対値測定が正しければ、接線速度の計測値（ｖ_{t, meas}）は、図１６Ａに示した接線速度（ｖ_t）と一致することになる。

図１８Ａは、図１７Ａ，Ｂの水平加速度（ａ_X）、鉛直加速度（ａ_Z）、水平速度（ｖ_X）及び鉛直速度（ｖ_Z）から得られる法線加速度の計測値（ａ_{n, meas}）であり、図１６Ｃに示した法線加速度（ａ_n）に相当する。

図１８Ｂは、接線速度の計測値（ｖ_{t, meas}）に法線加速度の計測値（ａ_{n, meas}）を加算する様子を示すＶＣＯ（信号発生回路２１２における電圧制御発振器１２２に相当）の入力成分波形を示している。ここでは、１０Ｈｚの正弦波を法線加速度の計測値（ａ_{n, meas}）で振幅変調してスケーリングしたときの様子を示している。

図１８Ｃは、図１８ＢにおけるＶＣＯの周波数（ｆvco）の時間変化を示している。法線加速度の大きさによってビブラートが強くかかる様子がわかる。図１９は、ＶＣＯの入出力特性の一例を示している。ｆvco＝440Hz×２^{VCO入力/５}の関係にある。例えば、静止時のｆvcoを440Hz、目標とする接線速度の到達時のｆvcoを880Hzとすると、目標到達時にちょうど１オクターブ高い音が出ることになる。

＜第２の実施形態＞
図２０は、本技術の第２の実施形態に係る運動計測システムの構成を示している。
以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。

同図に示すように本実施形態の運動計測システム２は、第１の音声信号発生２５１と、第２の音声信号発生回路２５２と、運動有無認識回路２５３と、切替回路２５４とを有する点で、第１の実施形態と異なる。

第１の音声信号発生回路２５１は、第１の実施形態において説明した信号発生回路２１２に相当する。第２の音声信号発生回路２５２は、第１の信号発生回路２５１から出力される信号とは異なる信号、例えばホワイトノイズ等の周波数、強度等が一定の音声信号を発生させる。

運動有無認識回路２５３は、演算部２１１から出力される第１の計測信号Ｓ１（接線速度（ｖ_t））に基づいて、センサデバイス１Ａの運動の有無を判定する回路であり、接線速度（ｖ_t）の大きさが所定値を超える場合は運動中、所定値以下の場合は静止していると判定する。切替回路２５４は、運動有無認識回路２５３によって制御され、センサデバイス１Ａが運動中（運動あり）の場合は第１の音声信号発生回路２５１の出力を出力部３０へ送信し、センサデバイス１Ａが静止中（運動なし）の場合は第２の音声信号発生回路２５２の出力を出力部３０へ送信する。

図２１は、運動計測システム２の典型的な動作例を示すフローチャートである。なお、図１４と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。

本実施形態の運動計測システム２は、演算部２１１において抽出された運動特徴量（接線速度（ｖ_t））の絶対値が所定値ηより大きいか否かを判定する（ステップ１０６ａ）。そして、運動特徴量の絶対値が所定値ηより大きい場合は第１の音声信号発生回路２５１の出力が出力部３０へ送信され、所定値η以下の場合は、第１の音声信号発生回路２５１の出力に代わって第２の音声信号発生回路２５２の出力が出力部３０へ送信される（ステップ１０７，１０７ａ）。

所定値ηの値は特に限定されず、典型的には、運動の有無を判定できる適宜の値に設定される。これに限られず、所定値ηは、運動の程度を識別できる適宜の大きさに設定されてもよい。

本実施形態においても上述の第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。特に本実施形態によれば、着目する特徴的運動の有無又はその程度に基づいて音声信号が切り替わるように構成されているため、ユーザＵの静止時や計測すべき所定の一連の動作に入る前の状態での無意味な音声信号の発生を阻止することができる。

なお、第２の音声信号発生回路２５２は、ホワイトノイズ等の音声信号を発生する代わりに、無音の信号を発生するように構成されてもよい。第２の音声信号発生回路２５２の設置を省略して、単に第１の音声信号発生回路２５１の出力の有無を切り替えるように構成することもできる。

＜第３の実施形態＞
図２２は、本技術の第３の実施形態に係る運動計測システムの構成を示している。
以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。

本実施形態の運動計測システム３は、信号発生回路２１２が出力部３０に設けられている点で、第１の実施形態と異なる。本実施形態では、演算回路２１１において生成された第１及び第２の計測信号Ｓ１，Ｓ２（Ｓ２ａ，Ｓ２ｂ）が出力部３０に出力され、出力部３０の信号発生回路２１２においてこれら計測信号に基づく制御信号Ｓ０が生成される。このような構成においても第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

特に本実施形態によれば、信号発生回路２１２が出力部３０に設けられているため、制御部２０における演算負荷が軽減される。これによりセンサデバイス１Ａの構築コストを抑えることができる。また、端末装置１ＢのＣＰＵ４０１（図４参照）を用いることで、演算負荷の大きい信号発生処理をより高速で行うことが可能となり、拡張性の高い音声信号をリアルタイムで提示することができるようになる。

＜第４の実施形態＞
図２３は、本技術の第４の実施形態に係る運動計測システムの構成を示している。
以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。

本実施形態の運動計測システム４は、検出部１０と制御部２０と出力部３０とがそれぞれ相互に無線等により通信可能に別個の機器で構成されている点で、第１の実施形態と異なる。このような構成においても第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

特に本実施形態によれば、検出部１０をユーザＵの検出部位（例えば腕）に取り付け、制御部２０を検出部位とは別の部位（例えば腰部）に取り付ける等の使用形態が採用可能である。これにより、検出部１０の筐体の小型化を図れるとともに、制御部２０の機械的耐久性の設計仕様の緩和を図ることが可能となる。

＜第５の実施形態＞
図２４は、本技術の第５の実施形態に係る運動計測システムの構成を示している。
以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。

本実施形態の運動計測システム５は、制御部２０が出力部３０とともに端末装置１Ｂに収容されている点で、第１の実施形態と異なる。この場合、制御部２０は、検出部１０との間で無線等により相互に通信可能に構成される。このような構成においても第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

特に本実施形態によれば、検出部１０のみがユーザＵ等の検出対象に取り付けられるため、第４の実施形態と同様に、検出部１０の筐体の小型化を図れるとともに、制御部２０の機械的耐久性の設計仕様の緩和を図ることが可能となる。

＜第６の実施形態＞
図２５は、本技術の第６の実施形態に係る運動計測システムの構成を示している。
以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。

本実施形態の運動計測システム６は、検出部１０と制御部２０が出力部３０とが共通の筐体に収容された単一機器で構成されている点で、第１の実施形態と異なる。このような構成においても第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

特に本実施形態によれば、単一の機器で、運動の計測からその計測結果の出力を行うことができるため、より手軽に運動計測を行うことができる。また、当該機器の運動に応じた音声信号が出力されるため、当該機器自体を楽器として構成することも可能となる。

＜第７の実施形態＞
図２６は、本技術の第７の実施形態に係る運動計測システムの構成を示している。
以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。

本実施形態の運動計測システム７は、信号発生回路２１２の構成が上述の第１の実施形態と異なる。なお、検出部１０、演算回路２１１及び出力部３０の図示は省略している。

本実施形態における信号発生回路２１２は、電圧制御フィルタ（ＶＣＦ）２７１と、電圧制御アンプ（ＶＣＡ）２７２と、演算部２７３ａ，２７３ｂとを有する。

電圧制御フィルタ２７１には、外部音源信号Ｓａと演算部２７３ａの出力とが入力される。外部音源信号Ｓａとしては、例えば、楽器から出力される音声信号、マイク等で検出した音声信号、その他音源から取得した音声信号が挙げられる。演算部２７３ａ，２７３ｂにはそれぞれ第１及び第２の計測信号Ｓ１，Ｓ２ａ，Ｓ２ｂが入力され、これらに基づいて算出される出力信号を電圧制御フィルタ２７１及び電圧制御アンプ２７２へ出力することで、外部音源信号Ｓａを変調する。電圧制御アンプ２７２は、電圧制御フィルタ２７１の出力信号を演算部２７３ｂの出力で変調し、制御信号Ｓ０を出力する。

以下、本実施形態の運動計測システム７の動作例を説明する。

（動作例１）
本実施形態の運動計測システム７は、例えば楽器の演奏者の身体の運動の計測に用いられる。この場合、外部音源信号Ｓａには楽器から出力される音声信号が用いられる。検出部１０は演奏者の身体の任意の部位に取り付けられ、出力部３０は楽器と一体的にあるいは別機器として構成される。

運動計測システム７は、外部音源信号Ｓａを基音として、身体の運動特徴量（接線速度、法線加速度、仰角等）の計測結果に応じて音色や音量が変化するように各演算部２７３ａ，２７３ｂの演算式が最適化される。一般に楽器演奏時では、楽器に触れていない身体部位も運動する。そこで当該運動特徴量に応じて発生する音を楽器音に重畳させることで、楽器単独では生成できない音を発生させる。これにより表現の幅が広がるとともに、楽器音に拡張性を付与することができる。

（動作例２）
本実施形態の運動計測システム７においては、例えば楽器練習に付随した使用が可能である。この場合、外部音源信号Ｓａには楽器の演奏音をマイクで拾った信号が用いられる。検出部１０は演奏者の身体の一部、例えば手指、腕等に取り付けられる。また、運動計測システム７は、演算部２７３ａ，２７３ｂへ許容運動誤差を調整する第３の信号Ｓ３が入力可能に構成される（図２６）。

運動計測システム７は、楽器演奏するユーザの手指等の運動を計測し、その運動特徴量を許容運動誤差値と比較して許容範囲を逸脱してなければ楽器音に相当する適切な音を出力し、逸脱していれば演奏者にそれとわかる程度に音色や音量に変化を加えた音を出力する。これにより、演奏に適した手指の運動を直感的に理解できるようになる。第３の信号Ｓ３はパラメータ調整等によってユーザが任意に設定可能に構成されてもよい。

その他、会話や演説において、ジェスチャの運動特徴量に応じて音色や音量を変化させることが可能に構成されてもよい。これにより聞き手に対する印象を強くすることができる。さらに楽器演奏等においては繰り返し動作が多いことから、例えば動作例１，２において測定された運動特徴量をリアルタイムで用いるだけでなく、過去の運動特徴量データから演奏のクセ等をモデリングし、その定量的評価に基づいて音色や音量変化を与えてもよい。

以上、本技術の実施形態について説明したが、本技術は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば以上の実施形態では、主として、ユーザのピッチング練習に適用される運動計測システムを例に挙げて説明したが、勿論これに限られず、ゴルフクラブやバット等の運動器具を用いた練習にも適用可能である。この場合、検出部はユーザに取り付けられてもよいし、運動器具に取り付けられてもよい。また、ダンスや舞踊等の稽古、ジェスチャを利用したコミュニケーション、動物の生態調査等にも本技術は適用可能である。

また、端末装置１Ｂからセンサデバイス１Ａの設定が変更可能に構成されてもよい。この場合、例えば、端末装置１Ｂから抽出すべき運動学的部物理量の種類を選択したり、第２の計測信号Ｓ２ａ，Ｓ２ｂによる変調機能を無効としたりしてもよい。

さらに以上の実施形態では、主として、計測信号Ｓｗを音声信号として出力する例を説明したが、勿論これに限られず、光や振動等の他の信号を出力したり、音、光（照明）、振動等の信号を組み合わせて出力したりしてもよい。例えば、音で動きを表し、照明で姿勢や軌道を表すなど多彩な表現が適用可能である。

なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１） 検出対象に取り付けられ、空間内で運動する前記検出対象の３軸方向の速度の時間変化に関連する速度関連情報を検出する検出部と、
前記速度関連情報に基づいて前記検出対象の１又は複数の運動学的物理量を含む運動特徴量を抽出する制御部と、
前記運動特徴量に応じて変化する知覚可能な計測信号を出力する出力部と
を具備する運動計測装置。
（２）上記（１）に記載の運動計測装置であって、
前記制御部は、第１の運動学的物理量と第２の運動学的物理量とを前記運動特徴量として抽出し、前記第１の運動学的物理量に対応する第１の計測信号を前記第２の運動学的物理量に対応する第２の計測信号で変調した変調信号を生成し、
前記出力部は、前記変調信号に基づいて前記計測信号を生成する
運動計測装置。
（３）上記（２）に記載の運動計測装置であって、
前記制御部は、前記運動特徴量を抽出する演算部と、前記変調信号を生成する変調部とを有する
運動計測装置。
（４）上記（２）又は（３）に記載の運動計測装置であって、
前記制御部は、前記検出対象の接線速度を前記第１の運動学的物理量として抽出する
運動計測装置。
（５）上記（２）〜（４）のいずれか１つに記載の運動計測装置であって、
前記制御部は、前記検出対象の加速度、法線加速度及び運動仰角の少なくとも１つを前記第２の運動学的物理量として抽出する
運動計測装置。
（６）上記（１）〜（５）のいずれか１つに記載の運動計測装置であって、
前記出力部は、前記計測信号として音波を発生することが可能な発音素子を含む
運動計測装置。
（７）上記（１）〜（５）のいずれか１つに記載の運動計測装置であって、
前記出力部は、前記計測信号として光を発生することが可能な発光素子を含む
運動計測装置。
（８）上記（１）〜（７）のいずれか１つに記載の運動計測装置であって、
前記検出部は、前記３軸方向の加速度を検出する加速度センサユニットを含む
運動計測装置。
（９）上記（８）に記載の運動計測装置であって、
前記検出部は、前記３軸まわりの角速度を検出する角速度センサユニットをさらに含む
運動計測装置。
（１０） 空間内で運動する検出対象の３軸方向の速度の時間変化に関連する速度関連情報に基づいて、前記検出対象の１又は複数の運動学的物理量を含む運動特徴量を抽出し、前記運動特徴量に応じて変化する知覚可能な計測信号を生成することが可能な出力部を制御するための制御信号を生成する制御部
を具備する情報処理装置。
（１１）上記（１０）に記載の情報処理装置であって、
前記速度関連情報を取得する検出部をさらに具備する
情報処理装置。
（１２） 空間内で運動する検出対象の３軸方向の速度の時間変化に関連する速度関連情報に基づいて、前記検出対象の１又は複数の運動学的物理量を含む運動特徴量を抽出する制御部と、
前記運動特徴量に応じて変化する知覚可能な計測信号を生成する出力部と
を具備する情報処理装置。
（１３） 空間内で運動する検出対象の３軸方向の速度の時間変化に関連する速度関連情報を取得し、
前記速度関連情報に基づいて、前記検出対象の１又は複数の運動学的物理量を含む運動特徴量を抽出し、
前記運動特徴量に応じて変化する知覚可能な計測信号を生成する
運動計測方法。

１〜７、１０１〜１０６…運動計測装置（運動計測システム）
１Ａ…センサデバイス
１Ｂ…端末装置
１０…検出部
１２…加速度センサユニット
１３…角速度センサユニット
２０…制御部
２１…特徴量抽出部
３０…出力部
２１１…演算回路
２１２…信号発生回路
Ｓ０…制御信号
Ｓ１…第１の計測信号
Ｓ２ａ，Ｓ２ｂ…第２の計測信号
Ｓｗ…計測信号
Ｖｏ…速度関連情報

Claims (12)

1. 検出対象に取り付けられ、空間内で運動する前記検出対象の３軸方向の速度の時間変化に関連する速度関連情報を検出する検出部と、
   前記速度関連情報に基づいて前記検出対象の１又は複数の運動学的物理量を含む運動特徴量を抽出する制御部と、
   前記運動特徴量に応じて変化する知覚可能な計測信号を出力する出力部と
   を具備し、
   前記制御部は、第１の運動学的物理量と第２の運動学的物理量とを前記運動特徴量として抽出し、前記第１の運動学的物理量に対応する第１の計測信号を前記第２の運動学的物理量に対応する第２の計測信号で変調した変調信号を生成し、
   前記出力部は、前記変調信号に基づいて前記計測信号を生成する
   運動計測装置。
2. 請求項１に記載の運動計測装置であって、
   前記制御部は、前記運動特徴量を抽出する演算部と、前記変調信号を生成する変調部とを有する
   運動計測装置。
3. 請求項１または２に記載の運動計測装置であって、
   前記制御部は、前記検出対象の接線速度を前記第１の運動学的物理量として抽出する
   運動計測装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の運動計測装置であって、
   前記制御部は、前記検出対象の加速度、法線加速度及び運動仰角の少なくとも１つを前記第２の運動学的物理量として抽出する
   運動計測装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の運動計測装置であって、
   前記出力部は、前記計測信号として音波を発生することが可能な発音素子を含む
   運動計測装置。
6. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の運動計測装置であって、
   前記出力部は、前記計測信号として光を発生することが可能な発光素子を含む
   運動計測装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１つに記載の運動計測装置であって、
   前記検出部は、前記３軸方向の加速度を検出する加速度センサユニットを含む
   運動計測装置。
8. 請求項７に記載の運動計測装置であって、
   前記検出部は、前記３軸まわりの角速度を検出する角速度センサユニットをさらに含む
   運動計測装置。
9. 空間内で運動する検出対象の３軸方向の速度の時間変化に関連する速度関連情報に基づいて、前記検出対象の１又は複数の運動学的物理量を含む運動特徴量を抽出し、前記運動特徴量に応じて変化する知覚可能な計測信号を生成することが可能な出力部を制御するための制御信号を生成する制御部
   を具備し、
   前記制御部は、第１の運動学的物理量と第２の運動学的物理量とを前記運動特徴量として抽出し、前記第１の運動学的物理量に対応する第１の計測信号を前記第２の運動学的物理量に対応する第２の計測信号で変調した、前記計測信号を生成するための変調信号を生成する
   情報処理装置。
10. 請求項９に記載の情報処理装置であって、
    前記速度関連情報を取得する検出部をさらに具備する
    情報処理装置。
11. 空間内で運動する検出対象の３軸方向の速度の時間変化に関連する速度関連情報に基づいて、前記検出対象の１又は複数の運動学的物理量を含む運動特徴量を抽出する制御部と、
    前記運動特徴量に応じて変化する知覚可能な計測信号を生成する出力部と
    を具備し、
    前記制御部は、第１の運動学的物理量と第２の運動学的物理量とを前記運動特徴量として抽出し、前記第１の運動学的物理量に対応する第１の計測信号を前記第２の運動学的物理量に対応する第２の計測信号で変調した変調信号を生成し、
    前記出力部は、前記変調信号に基づいて前記計測信号を生成する
    情報処理装置。
12. 空間内で運動する検出対象の３軸方向の速度の時間変化に関連する速度関連情報を取得し、
    前記速度関連情報に基づいて、前記検出対象の１又は複数の運動学的物理量を含む運動特徴量として第１の運動学的物理量と第２の運動学的物理量とを抽出し、
    前記第１の運動学的物理量に対応する第１の計測信号を前記第２の運動学的物理量に対応する第２の計測信号で変調した変調信号を生成し、
    前記変調信号に基づいて、前記運動特徴量に応じて変化する知覚可能な計測信号を生成する
    運動計測方法。

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