JPH08339454A - 動作解析方法 - Google Patents
動作解析方法Info
- Publication number
- JPH08339454A JPH08339454A JP7354838A JP35483895A JPH08339454A JP H08339454 A JPH08339454 A JP H08339454A JP 7354838 A JP7354838 A JP 7354838A JP 35483895 A JP35483895 A JP 35483895A JP H08339454 A JPH08339454 A JP H08339454A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- human body
- motion
- gravity
- center
- joint
- Prior art date
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 動力学に基づく動作解析方法を提供する。
【解決手段】 人体を動きの最小単位となる部分に分解
し、これら各々の部分固有の性質及び制約条件に基づく
人体モデルのデータをデータベースに予め入力してお
き、解析の対象となる動作を入力し、入力された動作を
動力学を用いて計算し、各部分の動き及び重心、各関節
に働く力及びトルク、全体の動き及び重心、重心に働く
力及びトルクを単独であるいはデータベースの人体モデ
ルに重ねて画面上に表示する。
し、これら各々の部分固有の性質及び制約条件に基づく
人体モデルのデータをデータベースに予め入力してお
き、解析の対象となる動作を入力し、入力された動作を
動力学を用いて計算し、各部分の動き及び重心、各関節
に働く力及びトルク、全体の動き及び重心、重心に働く
力及びトルクを単独であるいはデータベースの人体モデ
ルに重ねて画面上に表示する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータを用
いて人間の動作を解析し、これを画面上に表示した人体
モデル上で解析する動作解析方法に関する。
いて人間の動作を解析し、これを画面上に表示した人体
モデル上で解析する動作解析方法に関する。
【０００２】運動競技あるいは芸能における動作の習
得、動物の調教あるいはロボット等へのプログラミング
にはその動作を解析する必要がある。従来は人間がその
動作あるいは動作を観察し、その観察結果に基づいて動
作習得あるいは動作再現のための教程あるいはプログラ
ムを作成していた。この観察は人間によってなされるた
めどうしても主観的な不十分なものである。
得、動物の調教あるいはロボット等へのプログラミング
にはその動作を解析する必要がある。従来は人間がその
動作あるいは動作を観察し、その観察結果に基づいて動
作習得あるいは動作再現のための教程あるいはプログラ
ムを作成していた。この観察は人間によってなされるた
めどうしても主観的な不十分なものである。
【０００３】一方、コンピュータを用いて人間あるいは
動物等の解析対象の動作を解析することが最近行われて
いる。このコンピュータを用いる解析の場合も、従来は
解析者の主観により、位置・速度・加速度のみを用いる
運動学を用いて解析を行っている。そのため、この方法
によって解析し画面上に表示することができるのは人体
あるいは動物体を構成する部分を線で表す線画（ライン
・ピクチャ）のみであり、人体あるいは動物体を立体的
に肉付けしてリアルに表示することはできない。したが
って、設計される動作は不合理的なものになりがちであ
り、まして新規な動作の開発を行うことは困難であっ
た。
動物等の解析対象の動作を解析することが最近行われて
いる。このコンピュータを用いる解析の場合も、従来は
解析者の主観により、位置・速度・加速度のみを用いる
運動学を用いて解析を行っている。そのため、この方法
によって解析し画面上に表示することができるのは人体
あるいは動物体を構成する部分を線で表す線画（ライン
・ピクチャ）のみであり、人体あるいは動物体を立体的
に肉付けしてリアルに表示することはできない。したが
って、設計される動作は不合理的なものになりがちであ
り、まして新規な動作の開発を行うことは困難であっ
た。
【０００４】また、コンピュータを用いて動作を解析す
るには画面に表示した解析対象との対話形式によりリア
ルタイムに応答する方法が適しているにもかかわらず、
従来の方法においては実際に動作をさせての動作内容の
確認及びその結果に基づく微調整が必要なためコンピュ
ータ画面との対話形式によりリアルタイムにすることは
できなかった。
るには画面に表示した解析対象との対話形式によりリア
ルタイムに応答する方法が適しているにもかかわらず、
従来の方法においては実際に動作をさせての動作内容の
確認及びその結果に基づく微調整が必要なためコンピュ
ータ画面との対話形式によりリアルタイムにすることは
できなかった。
【０００５】物体の運動を論じる方法として位置・速度
及び加速度を用いる運動学（所謂、キネマテックス）の
他に、物体の運動を力との関係で論じる動力学（ダイナ
ミックス）と呼ばれる方法がある。この方法をコンピュ
ータによる動作解析に用いれば少ない操作で複雑な動き
を解析できる。しかし、動力学による動作解析において
は、計量が困難な慣性モーメント・重心・関節の摩擦・
筋肉／靭帯の弾性等のデータが必要であり、これらのデ
ータがないと運動学による動作解析と同様に不合理な結
果になってしまう。また、比較的手間のかかる動力学方
程式を解く必要があり、関節を有し自由度が２００もあ
る人体の動きを解析するには、６００もの微分方程式を
同時に解く必要がある。なお、以下の説明中、「動力
学」は指定された力に基づいて加速度等の動きデータを
計算する意味で用い、これとは逆に動きデータから力を
計算する場合を「逆動力学（インバースダイナミック
ス）」と称する。
及び加速度を用いる運動学（所謂、キネマテックス）の
他に、物体の運動を力との関係で論じる動力学（ダイナ
ミックス）と呼ばれる方法がある。この方法をコンピュ
ータによる動作解析に用いれば少ない操作で複雑な動き
を解析できる。しかし、動力学による動作解析において
は、計量が困難な慣性モーメント・重心・関節の摩擦・
筋肉／靭帯の弾性等のデータが必要であり、これらのデ
ータがないと運動学による動作解析と同様に不合理な結
果になってしまう。また、比較的手間のかかる動力学方
程式を解く必要があり、関節を有し自由度が２００もあ
る人体の動きを解析するには、６００もの微分方程式を
同時に解く必要がある。なお、以下の説明中、「動力
学」は指定された力に基づいて加速度等の動きデータを
計算する意味で用い、これとは逆に動きデータから力を
計算する場合を「逆動力学（インバースダイナミック
ス）」と称する。
【０００６】従来のコンピュータを用いる動力学的動作
解析は、人間の動作を解析する場合を例に挙げると １．人体モデルを作成 ２．人間の実際の動作を入力 ３．入力された動作を解析す ４．動作を画面に表示 の４つの段階から構成されている。
解析は、人間の動作を解析する場合を例に挙げると １．人体モデルを作成 ２．人間の実際の動作を入力 ３．入力された動作を解析す ４．動作を画面に表示 の４つの段階から構成されている。
【０００７】第１段階の「人体モデルを作成」では、人
体を動きの最小単位となる部分に分解し、これら各々の
部分固有の性質、相互の関係及び関節の動きの範囲等の
制約条件に基づき人体モデルのデータを適宜のコンピュ
ータ言語で記述し、コンピュータのデータベースに入力
しておく。
体を動きの最小単位となる部分に分解し、これら各々の
部分固有の性質、相互の関係及び関節の動きの範囲等の
制約条件に基づき人体モデルのデータを適宜のコンピュ
ータ言語で記述し、コンピュータのデータベースに入力
しておく。
【０００８】第２段階の「人間の実際の動作を入力」で
は、計算の対象となる動作をビデオ画像のフレーム単位
あるいはフィルム画像のコマ単位で記述して上記第１段
階と同様にデータベースに入力する。この場合、複数の
方向から同時に撮影した画像を用いれば、次の段階の計
算をより具体的に行うことができる。
は、計算の対象となる動作をビデオ画像のフレーム単位
あるいはフィルム画像のコマ単位で記述して上記第１段
階と同様にデータベースに入力する。この場合、複数の
方向から同時に撮影した画像を用いれば、次の段階の計
算をより具体的に行うことができる。
【０００９】第３段階の「入力された動作を解析」で
は、第２段階で入力された動作について各部分の重心お
よび全体の重心を計算し、逆動力学（例えば、加速度か
ら力を計算する計算手法）を用いて各関節に働く力及び
トルク、全体の重心に働く力及びトルクを解析する。
は、第２段階で入力された動作について各部分の重心お
よび全体の重心を計算し、逆動力学（例えば、加速度か
ら力を計算する計算手法）を用いて各関節に働く力及び
トルク、全体の重心に働く力及びトルクを解析する。
【００１０】第４段階の「動作を画面に表示」において
は設計の途中あるいは設計が終了した新しい動きを画面
に表示する。
は設計の途中あるいは設計が終了した新しい動きを画面
に表示する。
【００１１】この動作を画面に表示する段階において
は、動力学方程式を精密に解けばよいが、この方法はｎ
を運動解析において動きの最小単位になる人体を構成す
る要素の数とした場合の計算量Ｏ（ｆ（ｎ））がｎ４の
関数Ｏ（ｎ４）であり計算量が多く計算に時間がかかる
ため、コンピュータによる計算が高くつく。
は、動力学方程式を精密に解けばよいが、この方法はｎ
を運動解析において動きの最小単位になる人体を構成す
る要素の数とした場合の計算量Ｏ（ｆ（ｎ））がｎ４の
関数Ｏ（ｎ４）であり計算量が多く計算に時間がかかる
ため、コンピュータによる計算が高くつく。
【００１２】一方、計算量がｎの関数Ｏ（ｎ）である計
算を用いた運動解析方法が提案されているが、この方法
は関節の軸の回りの回転について無視することができる
時にのみ成立する。そのため、この方法による場合も画
面上に表示することができるのは人体を構成する部分を
線で表す線画（ライン・ピクチャ）のみであり、軸の回
りの回転について無視することができない場合には、こ
の方法を用いることはできない。したがって、この方法
によっては人体を立体的に肉付けしてリアルに表示する
ことはできない。
算を用いた運動解析方法が提案されているが、この方法
は関節の軸の回りの回転について無視することができる
時にのみ成立する。そのため、この方法による場合も画
面上に表示することができるのは人体を構成する部分を
線で表す線画（ライン・ピクチャ）のみであり、軸の回
りの回転について無視することができない場合には、こ
の方法を用いることはできない。したがって、この方法
によっては人体を立体的に肉付けしてリアルに表示する
ことはできない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は試行錯誤ある
いは解析者の直感によることなく、コンピュータを用い
て対話形式により人間の動作を解析することができる動
作解析方法を提供することを課題とするものである。
いは解析者の直感によることなく、コンピュータを用い
て対話形式により人間の動作を解析することができる動
作解析方法を提供することを課題とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明においては、最初に人体の基本的な動きに関して
各々の関節に発生する力及びトルクを含む動的パラメー
タのデータを適宜のコンピュータ言語で記述したデータ
としてデータベースに入力しておく。
本発明においては、最初に人体の基本的な動きに関して
各々の関節に発生する力及びトルクを含む動的パラメー
タのデータを適宜のコンピュータ言語で記述したデータ
としてデータベースに入力しておく。
【００１５】次に解析の対象となる人間の動作を複数の
方向から撮影したフィルムのコマあるいはビデオ画像の
フレームについてデータベースのデータにアクセスして
逆動力学を適用して解析し、その動作に関して人体の各
々の関節に発生する力及びトルクを算出してデータベー
スのデータとともに表示する。
方向から撮影したフィルムのコマあるいはビデオ画像の
フレームについてデータベースのデータにアクセスして
逆動力学を適用して解析し、その動作に関して人体の各
々の関節に発生する力及びトルクを算出してデータベー
スのデータとともに表示する。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本願発明の実
施例について説明する。図１に本発明のフローチャート
を示すが、このフローチャートは １．人体モデルを作成 ２．人間の実際の動作を入力 ３．入力された動作を解析 ４．結果を表示 の各段階から構成されている。
施例について説明する。図１に本発明のフローチャート
を示すが、このフローチャートは １．人体モデルを作成 ２．人間の実際の動作を入力 ３．入力された動作を解析 ４．結果を表示 の各段階から構成されている。
【００１７】第１段階の「人体モデルを作成」では、人
体を動きの最小単位となる部分（すなわち、関節で分離
される部分）に分解し、これら各々の部分固有の性質、
相互の関係及び関節の動きの範囲等の制約条件に基づき
人体モデルを作成し、適宜のコンピユータ言語で記述し
たデータとしてコンピュータのデータベースに入力す
る。
体を動きの最小単位となる部分（すなわち、関節で分離
される部分）に分解し、これら各々の部分固有の性質、
相互の関係及び関節の動きの範囲等の制約条件に基づき
人体モデルを作成し、適宜のコンピユータ言語で記述し
たデータとしてコンピュータのデータベースに入力す
る。
【００１８】第２段階の「人間の実際の動作を入力」で
は、解析の対象となる動作をビデオ画像のフレーム単位
あるいはフィルム画像のコマ単位で上記と同様にデータ
ベースに入力する。この場合複数の方向から同時に撮影
した画像を用いれば、次の段階の解析をより具体的に行
うことができる。
は、解析の対象となる動作をビデオ画像のフレーム単位
あるいはフィルム画像のコマ単位で上記と同様にデータ
ベースに入力する。この場合複数の方向から同時に撮影
した画像を用いれば、次の段階の解析をより具体的に行
うことができる。
【００１９】第３段階の「入力された動作を解析」で
は、第２段階で入力された動作についてラグランジェの
運動方程式を用いた所謂逆動力学を適用して各部分の重
心および全体の重心を計算し、各部分の重心、各関節に
働く力及びトルク、全体の重心、重心に働く力及びトル
クを計算する。
は、第２段階で入力された動作についてラグランジェの
運動方程式を用いた所謂逆動力学を適用して各部分の重
心および全体の重心を計算し、各部分の重心、各関節に
働く力及びトルク、全体の重心、重心に働く力及びトル
クを計算する。
【００２０】第４段階の「結果を表示」では、第３段階
で得られた各部分の重心、各関節に働く力及びトルク、
全体の重心、全体の重心に働く力及びトルクを矢印等に
より画面に表示した人体モデル上に重ねて表示する。こ
のようにして、実際の人体の全体および各部分の動作を
画面に表示した人体モデル上で可視的に表示して解析す
ることができる。なお、本発明は上記した人間の動作解
析に限らず、動物やロボット、その他の動きのある物体
の動作解析にも同様に適用できる。
で得られた各部分の重心、各関節に働く力及びトルク、
全体の重心、全体の重心に働く力及びトルクを矢印等に
より画面に表示した人体モデル上に重ねて表示する。こ
のようにして、実際の人体の全体および各部分の動作を
画面に表示した人体モデル上で可視的に表示して解析す
ることができる。なお、本発明は上記した人間の動作解
析に限らず、動物やロボット、その他の動きのある物体
の動作解析にも同様に適用できる。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
人間の動きに関する全体あるいは各部分の重心の位置お
よびそれらの重心にかかる力を画面に表示した人体モデ
ル上に表示して可視的に表示して解析することができ
る。
人間の動きに関する全体あるいは各部分の重心の位置お
よびそれらの重心にかかる力を画面に表示した人体モデ
ル上に表示して可視的に表示して解析することができ
る。
【図１】 動作解析方法のフローチャート。
Claims (1)
- 【請求項１】人体の全体および各部分の動作を解析する
動作解析方法において、 人体モデルを関節で区分される動きの最小単位に分解し
て前記最小単位の固有の性質、相互の関係および関節の
動きの範囲の制約条件のデータを生成する段階と、 人体のビデオ画像のフレーム単位あるいは画像のコマ単
位の何れかに基づいて前記人体の実際の動作を表すデー
タを生成する段階と、 前記生成した実際の人体モデルのデータに基づいて、全
体および前記人体モデルの全体および関節で区分される
動きの最小単位に対応する各部分の重心、各関節に働く
力、トルクを計算する段階と、 前記人体モデルを画面に表示し、前記計算した全体およ
び各部分の重心の位置、各関節に働く力およびトルクの
大きさと方向を、画面上に表示した前記人体モデルの対
応部分に重ねて表示する段階とからなり、 前記人体の全体および各部分の動作を前記人体モデル上
で可視的に解析することを特徴とする動作解析方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7354838A JPH08339454A (ja) | 1995-12-30 | 1995-12-30 | 動作解析方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7354838A JPH08339454A (ja) | 1995-12-30 | 1995-12-30 | 動作解析方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2418251A Division JPH04279979A (ja) | 1990-12-25 | 1990-12-25 | 動作解析方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08339454A true JPH08339454A (ja) | 1996-12-24 |
Family
ID=18440250
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7354838A Pending JPH08339454A (ja) | 1995-12-30 | 1995-12-30 | 動作解析方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08339454A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002230057A (ja) * | 2001-02-05 | 2002-08-16 | Olympus Optical Co Ltd | ３次元モデルシミュレータ |
| JP2007334446A (ja) * | 2006-06-12 | 2007-12-27 | Matsushita Electric Works Ltd | 筋負荷評価システム、製品設計支援システム |
-
1995
- 1995-12-30 JP JP7354838A patent/JPH08339454A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002230057A (ja) * | 2001-02-05 | 2002-08-16 | Olympus Optical Co Ltd | ３次元モデルシミュレータ |
| JP2007334446A (ja) * | 2006-06-12 | 2007-12-27 | Matsushita Electric Works Ltd | 筋負荷評価システム、製品設計支援システム |
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