JPH09330424A - ３次元骨格構造の動き変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のモーションキャプチャを用いた複雑な
動きのモデリング方法では、実際にキャプチャリングす
るモデルの体型とそれを割り付けるキャラクタの体型が
異なる。このためモーションキャプチャを用いてもその
動きを割り付けたＣＧキャラクタなどが地面にめり込ん
だり、両足が滑べってしまって不自然な動きとなってし
まっていた。 【解決手段】 モーションキャプチャ時の骨格の角度を
計算する時の骨格と、それを割り付ける際のＣＧキャラ
クタの骨格構造のスケールを、両者の基準位置（ベース
位置など）と地面との距離の比で求める。さらにその値
をモーションキャプチャしたデータのベースの平行移動
量に作用させる。また、モーションキャプチャデータを
対応するＣＧキャラクタの骨格データに割り付ける時
に、一定の揺らぎ成分を付加することでより、自然な動
きを再生する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、３次元の骨格構造
の動き変換方法に関し、特にコンピュータグラフィック
ス（ＣＧ）を用いたＣＦ（コマーシャルフィルム）や映
画などの映像制作分野あるいは３次元ＣＧを用いたゲー
ム制作分野において、人間などの複雑な骨格構造を持つ
形状の手足の自然な動きデータや姿勢変化を生成または
解析するための３次元の骨格構造の動き変換装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】３次元ＣＧの利用分野として、最近ＴＶ
のＣＭ（コマーシャル）やゲームソフトが注目されてい
る。特にゲーム市場を中心にＣＧアニメーションが重要
視されており、これらの分野では登場する人物や動物な
どに対して自然な動きが要求されている。ＴＶや映画の
アニメーション生成では、従来キーフレーム法と呼ばれ
る補間方法が主流を占めており、上述のＣＧアニメーシ
ョン制作においても基本はこの方法を用いている。

【０００３】ここでキーフレーム法について説明する。
時間軸方向に対して注目する時間t0（キーフレーム）で
の登場するキャラクタの動きを作成する。さらにキーフ
レームからある時刻たった時間t1（＞t0）での同じキャ
ラクタの動きを作成し、キーデータとして保存する。こ
のキーデータを時間軸方向に必要なキーフレームに対し
てそれぞれ設定する。実際にアニメーションを再生する
場合に前述の複数のキーフレームt0,t1 ・・・での各キ
ャラクタの動作をキーデータ間を単純に直線で補間す
る，あるいはキーデータ間をスプライン関数を用いて補
間することで、キーフレーム間の抜けたフレームでの動
きを補い、連続したアニメーションとしている。

【０００４】一般にＣＧキャラクタの動きには、３次元
空間における配置や移動の軌跡を表すグローバルな動き
と、配置には関係のない，歩行動作や運動などのローカ
ルな動きとがある。このうち、前者は先に述べたキーフ
レーム法で３次元空間内でのキーとなる時間でのそれぞ
れのキャラクタの基準位置を設定し、後はその間を補間
することで容易に、動きの指定を行うことができる。と
ころが、例えばゴルフスイングにおける腕の振りや、歩
行動作における足の動きなどのキャラクタのローカルな
動きは、キーフレーム法だけでは簡単にしかも自然に設
定するのは難しい。

【０００５】これに対して近年、人間などの骨格構造を
持つキャラクタのローカルな運動をモデリングする場合
に、モーションキャプチャと呼ばれる方法が用いられ始
めている。これは、モデルとなる人間の身体の主要部分
（関節や頭など数十点）にマーカを付け、モデルに必要
な運動をさせ、その軌跡を辿ることで、複雑な運動を定
義するものである。このマーカとしては、光に反応する
タイプ（光学式）のものと、磁気に反応するタイプ（磁
気式）のものとの二種類が現在の主流である。前者は光
を反射する性質の球体を人間の身体に付け、特殊な照明
下でのマーカからの反射光でその位置を特定するもので
ある。また、後者は磁場を用いてセンサの３次元位置を
特定するものである。後者はリアルタイム性を有する
が、地磁気の影響を受けやすいとかマーカの数が制限さ
れるなどの欠点を有する。

【０００６】モーションキャプチャで取り込んだ人間の
身体の主要部分の運動は、骨格構造に基づく順キネマテ
ィックス法を用いてコンピュータ上で骨格の動きとして
再現される。

【０００７】キネマティックス法はロボット工学を中心
に開発された技術であり、可動点と可動点とを直線で結
んだ直鎖リンク構造を持つ骨格モデル（リンクとジョイ
ントで構成）につき、そのジョイント部分の角度（３自
由度）と位置（３自由度）とを設定することにより、骨
格モデルの姿勢を決定するものである。このキネマティ
ックス法をＣＧで作成した任意の骨格構造のキャラクタ
に適用することで、人間や恐竜などの自然な動きを再現
することが可能になりつつある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
モーションキャプチャを用いた人間の運動制御では、計
測時に取り込んだマーカの３次元座標位置をもとに骨格
構造の姿勢を決定していたため、キャプチャした時の骨
格の初期値と異なるスケール，及び骨格構造を持った形
状にモーションデータを割り付ける要求がほとんどで、
取り込んだ動きの誤差が大きくて、ＣＧキャラクタの足
が地面にメリ込んだり、地面を滑べっているように再現
されてしまう等、そのままでは使いものにならなかっ
た。また、ある程度人間の手作業で動きを修正しても、
その動きをＣＧのキャラクタに割り付けてみるとぎこち
ない動きとなってしまうといった問題を有していた。

【０００９】本発明は上記問題点に鑑み、人間の骨格構
造などの複雑な構造の３次元での運動を効率良く取り込
み、しかも一度とったキャプチャデータを基に、これら
をスケールや骨格構造の異なるＣＧキャラクタに違和感
無く割り付けることを可能にした３次元骨格構造の動き
変換装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明にかかる３次元骨格構造の動き変換装置
は、人間の腕や足などの複雑な構造の動きを定義するた
めに人間の骨格構造の動きそのものを計測する機構を備
え、さらに骨格構造の階層関係と初期状態を定義する機
構を備え、また、計測時の骨格構造とその動きを割り付
けるキャラクタの骨格構造とのスケール（拡大率）を求
める機構と、そのスケールに基づいてキャプチャした骨
格構造の基準位置（以下、ベース位置と呼ぶ）の姿勢
（主に平行移動量）をそのスケールで等倍する機構とを
備えたものである。

【００１１】また、関節角度計算部で求める関節構造の
関節角度を、新たなモデルの骨格構造に割り付ける際
に、上記関節構造同士が階層を含めて異なる場合に、両
者の関節のどれとどれとが対応するかを定義付け、対応
する関節の数が異なる場合には階層構造の親の関節角度
を抜けた関節の角度情報にそれぞれ足し合わせることに
より、関節数の異なる骨格同士の姿勢を修正する機構を
備えたものである。

【００１２】さらに、取り込んだ人間の各関節のデータ
をキャラクタの骨格に割り付ける際に、一定の規則に基
づく揺らぎ成分を付加する機構を備えたものである。

【００１３】即ち、請求項１にかかる３次元骨格構造の
動き変換装置は、骨格構造の主要な位置に光または磁気
に反応するマーカを取り付けモデルの動きをマーカの三
次元座標の時系列データとして計測する３次元位置計測
部と、モデルの骨格構造の階層関係およびその初期状態
を定義する骨格構造定義部と、上記３次元位置計測部で
計測されたマーカの三次元座標値をもとに、上記骨格構
造の関節の角度を時間毎に計算する関節角度計算部と、
上記骨格構造定義部で定義されるモデルの骨格構造と上
記関節角度計算部で与えられる各関節の角度データから
任意の時間でのモデルの骨格の姿勢を計算する姿勢決定
部と、上記モデルの姿勢を新たなモデルの骨格構造に割
り付ける形状データ割付け部とを備えたものにおいて、
上記形状データ割付け部は、上記関節角度計算部で求め
る関節構造の基準位置の各関節の角度データに関する姿
勢情報を新たなモデルの骨格構造に、かつ、上記関節構
造の基準位置の姿勢の移動量を新たなモデルの基準位置
の移動量に、それぞれ割り付ける際に、両者の骨格構造
の基準位置と地面との間隔の比をスケールとし、新たな
モデルのスケールと、マーカを取り付けたモデルのスケ
ールとの比の値をスケールパラメータと定義し、このス
ケールパラメータを上記関節構造の基準位置の移動量に
拡大して割り付けるもの，としたものである。

【００１４】また、請求項２にかかる３次元骨格構造の
動き変換装置は、上記関節角度計算部では、その求める
関節構造の関節角度を、新たなモデルの骨格構造に割り
付ける際に、上記関節構造同士が階層を含めて異なる場
合に、両者の関節のどれとどれとが対応するかを定義付
け、対応する関節の数が異なる場合には階層構造の親の
関節角度を抜けた関節の角度情報にそれぞれ足し合わせ
ることにより、関節数の異なる骨格同士の姿勢を修正す
る，ものとしたものである。

【００１５】また、請求項３にかかる３次元骨格構造の
動き変換装置は、上記形状データ割付け部は、上記関節
角度計算部で求める関節構造の基準位置および各関節の
姿勢情報を新たなモデルの骨格構造に割り付ける際に、
両者の骨格構造の対応する関節および基準位置にそれぞ
れのデータを対応させ、さらに変換されたデータに対し
て一定の規則に基づく揺らぎを付加して割り付けるも
の，としたものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態１によ
る３次元骨格構造の動き変換装置について、図面を参照
しながら説明する。図１は本発明の実施の形態１におけ
る３次元骨格構造の動き変換装置の構成を示すブロック
図である。図１において、１は３次元位置計測部、２は
骨格構造定義部、３は関節角度計算部、４は姿勢決定
部、５は形状データ割付け部である。

【００１７】以上のように構成された３次元骨格構造の
動き変換装置について、以下図１を用いてその動作を説
明する。まず、３次元骨格位置計測部では人間の身体の
主要な部分（通常は関節位置の近く）にマーカを数十個
取りつけ、モデルの３次元空間内での運動を計測する。
マーカと計測装置には光学式のものや磁気式のものがあ
るが、ここでは前者を例に説明する。図２(a) に示すよ
うに光を反射するマーカ（球状）をモデルの身体の主要
部に取り付ける（図の白丸）。この状態で特殊な照明条
件下でモデルに所望の動きをさせ、複数台（２個以上）
のカメラで動きを撮影する。取り込んだデータに対して
複数の視点からの画像（時系列データ）の対応関係を考
慮して、マーカの２次元座標から３次元座標位置データ
に変換する。マーカの位置データは通常ワールド座標系
での３次元座標値である。次に骨格構造定義部２で、人
間の骨格構造を定義する。図２(b) に定義された人間の
骨格構造の一例を階層段階と共に示す。標準的な人間の
場合は２０〜４０個の関節データで姿勢を表現できる。
また、骨格構造は計算の基準となるベース位置（通常
は、人間の股やヘソの位置）と各関節，関節間のリンク
の長さ（人間の骨の長さに対応する），およびそれらの
階層関係の情報からなる。図３に標準的な人間の骨格構
造の階層関係を示す。図４は、骨格構造の計算の基準と
なるベース位置（Site）と各関節（Joint ），関節間の
リンクの長さ（Segment ）の関係を表し、図５は、骨格
の構造をあらわしたものである。また、図６は、骨格の
初期値を表すデータ構造例であり、図７は、骨格の階層
関係を定義するデータ構造例である。この具体例は、お
尻から左足部分にかけてのものである。

【００１８】図５に示すように、データ例の最初のセグ
メント(Hips)はHips.base,LeftHip,LightHip,SpineBase
の４つのサイトを持ち、他のセグメント(LeftUpLeg,Lef
tLowLeg,LeftFoot) はそれぞれ２つのサイトを持ってい
る。

【００１９】図６のデータ構成例は、骨格の初期値を表
している。この図において、siteやsegment の次のパラ
メータは「名称」で、その次はデータの種類を表すオプ
ションである。また、図中-aはセグメントの色で、r,g,
b の値を、-pはサイトのローカル座標位置で、x,y,z の
値を、-rはサイトのローカル座標回転角度で、x,y,zの
値をそれぞれ表している。

【００２０】また、図７のデータ構成例は、骨格の階層
段階を定義したものの一例である。この図において、ジ
ョイント(joint) のパラメータがサイトの親子関係を定
義する。また、図中の-cはジョイントを構成するサイト
の親子関係で、親サイト名，子サイト名を、-tはジョイ
ントの回転自由度を設定するもので、ballは3 自由度
を、-lはジョイントの回転角度範囲で、x,y,z の最大
値，x,y,z の最小値をそれぞれ表している。

【００２１】次に、関節角度計算部３において骨格構造
とマーカの位置との対応関係を用いて、各関節毎の角度
データを変換により得る。人間の骨格の外側にはスキン
と呼ぶ肉がついており、マーカはこのスキンの外側につ
けざるを得ないので、通常マーカの位置と骨格の関節
（ジョイント）とは一致しないが、例えば、図８に示す
ように肘の部分の関節の角度を計算する場合には、肘を
挟む関節の内側と外側とに２つのマーカ（マーカ２とマ
ーカ３）を取り付け、その中点で肘の関節位置（ジョイ
ント２）を求めることができる。

【００２２】ここでマーカの座標位置から関節の角度デ
ータを計算するには、基本的には三角測量の原理によ
り、隣接する３つのマーカの座標値とその位置関係が分
かればこれを計算できる。例えば、図８に示すように、
それぞれの座標値が既知の３つのマーカが与えられた時
に、ベクトルａとベクトルｂの和の方向の位置にベクト
ルｐを定義し、このベクトルｐに基づいてジョイントの
回転角度を求める場合を考える。また、この図８におい
て、マーカ１から出ているベクトルＩは、マーカ１，マ
ーカ２，マーカ３が作る平面に垂直なベクトルで、有顔
ベクトルと呼ばれるものである。例えば、ベクトルｐ方
向をローカル座標系のＺ軸方向に選び、ベクトルＩの方
向をＸ軸に、さらにこの２つのベクトルが作る平面に垂
直な方向（外積方向）にＹ軸をとる。このＸＹＺ軸の原
点が肩の部分のローカル座標系の原点に一致する。

【００２３】理想的には、ベクトルｐは、肩の骨の方向
ベクトル（ジョイント１からジョイント２に向かうベク
トル）と一致していることが望まれるが、通常はマーカ
の位置によって一致せず、誤差となる。この誤差は、マ
ーカの位置を計算時にジョイントの位置に近づけること
で小さくすることができる。

【００２４】ジョイントの角度は、通常、上記のローカ
ル座標系でのＸＹＺ軸回りの回転角度を意味し、これ
は、３つのマーカの位置が決まれば一意に決定される。
また、各軸周りの角度は骨格構造の初期位置をゼロとし
て、そこからの回転角度で表すものであり、具体的に
は、図８でジョイント１からジョイント２に向かうベク
トルの方向をＺ軸として計算すれば、図９に示すよう
に、Ｘ軸周りの回転角度とＹ軸周りの回転角度として得
ることができる。

【００２５】一方、Ｚ軸周りの回転角度については、骨
格構造の初期状態におけるＸ軸と上記の有顔ベクトルＩ
とを比較することにより求めることができる。

【００２６】上述のようにマーカの座標値とその位置関
係は既知であることから、各関節の回転角度は、各関節
の角度を骨格の初期位置からの角度として計算すればよ
く、任意の時刻におけるジョイントの角度はマーカ位置
を基準として求めることが可能である。骨格構造の初期
状態は通常図５に示した構造を用いる。

【００２７】姿勢決定部４では、図２および図３に示し
た骨格構造の各時間毎の姿勢を決定する。図２に示した
のが階層関係と初期値（主にリンクの長さが重要）で、
この構造に対してモーションキャプチャで得られるデー
タを基に、関節角度計算部３で各関節の回転角度を計算
する。モーションキャプチャで得られるデータとして必
要なのは初期値の情報と各関節の初期値からの回転角度
である。これらをもとに骨格構造の姿勢をルートとなる
位置から順にフォーワードキネマティックスを用いて計
算する。フォーワードキネマティックスについては「広
瀬著 ロボット工学（裳華房）」などに記述されてい
る。姿勢決定で重要なのはベース位置の方向（ローカル
座標系での回転の３成分）とベース位置の平行移動量
（ワールド座標系での移動の３成分）と、各関節の回転
角度（ローカル座標系での回転の３成分）である。

【００２８】例えば、図１０に、ルートの位置と方向，
各時刻における各ジョイントの角度データ（モーション
データ）を定義したもののデータ構成例の一例を示す。
ここでmoveの後のパラメータは、数字はフレーム番号
を、-oはルートの座標を設定するもので、x,y,z の値
を、-bはルートの回転角度を設定するもので、x,y,z の
値を、-rは各ジョイント角度を設定するもので、x,y,z
の値をそれぞれ表している。

【００２９】姿勢決定部４で定義されるベース位置のワ
ールド座標系での移動の３成分とローカル座標系での回
転の３成分の具体例は、図１０の「move」で与えられる
情報のうち「NewSkel 」で与えられる情報である。この
うち、「-oパラメータ」がルートの座標値，すなわちベ
ース位置のワールド座標系での移動の３成分を、「-bパ
ラメータ」がルートの回転角度，すなわちベース位置の
ローカル座標系での回転の３成分をそれぞれ意味し、こ
れらから与えられる情報をフレーム毎の値（時系列デー
タ）として定義する。

【００３０】また、図１０のパラメータのうち、ルート
の移動量は当然座標データそのものであり、回転角度で
はないので、ルートに対応するマーカから座標データそ
のものを計算する。この値は注目する骨格がワールド座
標系のどのあたりに位置するかを設定するものである。

【００３１】この図１０のパラメータのうち、各関節の
回転角度を設定することで人間が手を振ったり足を上げ
たりする動きが定義できる。また、ベース位置の姿勢
（ローカル座標系での回転の３成分とワールド座標系で
の移動の３成分との６成分）を与えることで、歩いてい
る人間のワールド座標系での軌跡や体全体の傾きなどを
定義できる。

【００３２】次に形状データ割付け部５では、モーショ
ンキャプチャした実際のモデルの動きをＣＧで作成した
キャラクタの動きに割り付ける。この場合、通常はキャ
プチャ時のモデルの骨格構造（図２(a) ）と割り付けた
いＣＧキャラクタの骨格とは異なったものとなる。つま
り、モーションデータを実際のＣＧキャラクタに割り付
ける場合、図１１に示すような３つの骨格構造が存在す
る。図１１(a),(b),(c) の骨格構造の全てが等しけれ
ば、非常に精度良くモーションデータをＣＧキャラクタ
に割付けることが可能である。ところが通常は、この図
１１(a),(b),(c)の３者のスケール、特にその(b) と(c)
とは異なっている。このため、モデルのモーションデ
ータを如何に精度良く求めても、それを体格の異なるＣ
Ｇキャラクタに当てはめた途端に不自然な動きとなって
しまう。この不自然さは特に下半身（ベースから足先に
掛けて）において顕著であり、ＣＧキャラクタの足が地
面にメリ込んだり、地面を滑べっているように再現され
てしまう。

【００３３】そこで図１の形状データ割付け部５におい
てこれらの補正を加える。まず、形状データ割付け部で
は、これからモーションを割り付けたい形状（ＣＧキャ
ラクタなど）に合わせて、骨格構造（図１１の(c) ）を
定義する。この場合、骨格構造の階層関係はできるだけ
モーションキャプチャ時の関節角度計算に用いた骨格構
造（図１１(b) ）の階層関係と一致させる。この条件が
満足されれば、両者の骨格構造、すなわち図１１の(b)
と(c) で異なるのは初期状態とリンクの長さとなる。こ
れらの条件のうち、上で述べた誤差に影響を与えるのは
リンクの長さ，つまりは骨格のスケールの違いである。
このスケールを例えば図１２に示すようなベース位置と
地面との間の距離の比で定義する。図１１(a) の骨格の
ベース位置と地面との距離をＬ1 とし、図１１(c) の割
付けるＣＧキャラクタの骨格のベースと地面の距離をＬ
2 とし、（Ｌ2 / Ｌ1 ）を両者のスケールパラメタと定
義する。このスケールパラメタをモーション割付け時に
ベース位置の移動量（ワールド座標系での平行移動量３
成分）に掛け合わせる。これにより、割り付ける骨格の
スケールが異なることによって生じる足のメリ込みや滑
べりは補償される。図１で示す姿勢決定部４で順キネマ
ティックス法を用いてベース位置から両足の先端部の位
置を決めている場合は、かなりの精度で上記の割り付け
る骨格のスケールが異なることによって生じる足のメリ
込みや滑べりという問題が解決される。

【００３４】次に、骨格構造の階層関係をできるだけモ
ーションキャプチャ時の関節角度計算時に用いた骨格構
造の階層関係と一致させる，という要求をどうしても満
足できない場合の処理について説明する。骨格の階層関
係が異なる場合は通常関節の数が異なってしまう。例え
ば図１３に示すように人間の右手の関節を例に取ると、
通常は右肩、右肘、右手首などとなる（図１３(a) ）
が、割り付けるＣＧキャラクタの階層が異なっていて右
肘を無くしてしまいたい場合などである（図１３(b)
）。この場合図１３(b) に示すように、肩と手首は対
応する関節が存在するが肘については割付ける関節が無
いことになる。そこで、形状データ割付け部でそれぞれ
の骨格構造のどの関節とどの関節が対応するかを定義
し、その結果図１３に示すような関節の数が異なる場合
は、対応する関節が無い部分（図１３では肘の部分）に
ついては、その関節の角度情報（３成分）をそれぞれそ
の子となる階層の関節角度（図１３では右肩の子が右
肘）にたし合わせる。図１３では右手首の位置を求める
場合に右肘（仮想的に考える）の回転角度をθ1 ＋θ2
とし上腕部分は回転させない（図１３(c) ）。これによ
ってモーションキャプチャ時の手首の位置（図１３(c)
）と、ＣＧキャラクタに割り付ける時の手首の位置
（図１３(d) ）とはほぼ一致する。図１３の説明では簡
単のために２次元平面内での例を示したが、３次元空間
でも同様で、図１３のθがＸ、Ｙ、Ｚの３成分を持ち、
それぞれの要素について角度を足し合わせることで、３
次元空間での手首の位置を決定できる。

【００３５】次に、モーションキャプチャ時のデータを
割付けるだけでは、未だ自然で滑らかな運動が再現でき
ない場合の処理について説明する。この場合には、関節
角度計算で得られた骨格構造（図１１(b) ）、又は割り
付けたいＣＧキャラクタの骨格構造（図１１(c) ）の角
度成分に所定の揺らぎを加えることで解決できる。例え
ば、関節角度計算で得られた骨格構造（図１１(b) ）、
又は割り付けたいＣＧキャラクタの骨格構造（図１１
(c) ）の角度成分に乱数を加えることにより、キャラク
タの骨格に、一定の規則に基づく揺らぎ成分を付加する
ことができ、より自然で滑らかな運動を再現することが
できる。ここで、乱数はその振幅と周期を変えることで
動きに対応した揺らぎを加えることができる。また、関
節角度計算で得られた骨格構造（図１１(b) ）、あるい
は割り付けたいＣＧキャラクタの骨格構造（図１１(c)
）のそれぞれの角度成分に対して、指定された時間間
隔に渡ってフーリエ変換を行い、その周波数領域のデー
タの周波数Ｆをもとに１／Ｆのノイズ（揺らぎ）を付加
し、そのデータを逆フーリエ変換することで時間領域の
角度データに揺らぎを加えることができ、より自然で滑
らかな運動を再現することができる。このように揺らぎ
を付加することは、姿勢決定部４においても形状データ
割付け部５においても可能である。

【００３６】このような、本実施の形態１による３次元
骨格構造の動き変換装置では、人間などの複雑な構造の
動きを定義するために人間の動きそのものを計測する機
構を備え、さらに骨格構造の階層関係と初期状態を定義
する機構を備え、計測時の骨格構造とその動きを割り付
けるキャラクタの骨格構造とのスケール（拡大率）を求
める機構と、そのスケールに基づいてキャプチャした骨
格構造のベース位置の姿勢（主に平行移動量）をそのス
ケールで等倍する機構とを備えたので、スケールの異な
る骨格構造を持つキャラクタの運動を簡単に決定できる
効果がある。

【００３７】また、本実施の形態１による３次元骨格構
造の動き変換装置では、関節角度計算部で求める関節構
造の関節角度を、新たなモデルの骨格構造に割り付ける
際に、上記関節構造同士が階層を含めて異なる場合に、
両者の関節のどれとどれとが対応するかを定義付け、対
応する関節の数が異なる場合には階層構造の親の関節角
度を抜けた関節の角度情報にそれぞれ足し合わせること
で、関節数の異なる骨格同士の姿勢を修正する機構を備
えたので、関節数の異なる骨格同士であっても姿勢を自
然に表すことができる効果がある。

【００３８】また、本実施の形態１による３次元骨格構
造の動き変換装置では、取り込んだ人間の各関節のデー
タをキャラクタの骨格に割り付ける際に、一定の規則に
基づく揺らぎ成分を付加する機構を備えたので、より自
然で滑らかな運動を再現できる効果がある。

【００３９】

【発明の効果】以上のように本発明の請求項１にかかる
３次元の動き変換装置によれば、人間などの複雑な構造
の動きを定義するために人間の動きそのものを計測する
機構を備え、さらに骨格構造の階層関係と初期状態を定
義する機構を備え、計測時の骨格構造とその動きを割り
付けるキャラクタの骨格構造とのスケール（拡大率）を
求める機構と、そのスケールに基づいてキャプチャした
骨格構造のベース位置の姿勢（主に平行移動量）をその
スケールで等倍する機構とを備えたので、スケールの異
なる骨格構造を持つキャラクタの運動を簡単に決定でき
る効果が得られる。

【００４０】また、本願の請求項２にかかる発明によれ
ば、関節角度計算部で求める関節構造の関節角度を、新
たなモデルの骨格構造に割り付ける際に、上記関節構造
同士が階層を含めて異なる場合に、両者の関節のどれと
どれとが対応するかを定義付け、対応する関節の数が異
なる場合には階層構造の親の関節角度を抜けた関節の角
度情報にそれぞれ足し合わせることで、関節数の異なる
骨格同士の姿勢を修正する機構を備えたので、関節数の
異なる骨格同士であっても姿勢を自然に表すことができ
る効果が得られる。

【００４１】また、本願の請求項３にかかる発明によれ
ば、取り込んだ人間の各関節のデータをキャラクタの骨
格に割り付ける際に、一定の規則に基づく揺らぎ成分を
付加する機構を備えたので、より自然で滑らかな運動を
再現できる効果が得られる。

【００４２】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１による３次元骨格構造の
動き変換装置の構成図である。

【図２】上記実施の形態１における，キャプチャ時のマ
ーカと人間のスケルトン構造の対応例を示す図である。

【図３】標準的な人間の骨格構造の階層関係を説明する
図である。

【図４】骨格構造の計算の基準となるベース位置（Sit
e）と各関節（Joint ），関節間のリンクの長さ（Segme
nt ）の関係を表す図である。

【図５】人間の骨格構造を表す図である。

【図６】骨格の初期値を表すデータ構造例を示す図であ
る。

【図７】骨格の階層関係を定義するデータ構造例を示す
図である。

【図８】マーカの位置と骨格の関節の関係を示す図であ
る。

【図９】マーカの座標位置から関節の角度データを計算
する説明図である。

【図１０】姿勢決定部で定義されるルートの位置と方
向、各時刻における各ジョイントの角度データを定義す
るデータ構造例を示す図である。

【図１１】モーションデータ変換時の座標系の概念を示
す図である。

【図１２】モーション割り付けの際のスケールパラメタ
を説明する図である。

【図１３】骨格階層の異なるもの同士の対応付けを説明
する図である。

【符号の説明】

１ ３次元位置計測部 ２ 骨格構造定義部 ３ 関節角度計算部 ４ 姿勢決定部 ５ 形状データ割付け部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 骨格構造の主要な位置に光または磁気に
   反応するマーカを取り付けモデルの動きをマーカの三次
   元座標の時系列データとして計測する３次元位置計測部
   と、 モデルの骨格構造の階層関係およびその初期状態を定義
   する骨格構造定義部と、 上記３次元位置計測部で計測されたマーカの三次元座標
   値をもとに、上記骨格構造の関節の角度を時間毎に計算
   する関節角度計算部と、 上記骨格構造定義部で定義されるモデルの骨格構造と上
   記関節角度計算部で与えられる各関節の角度データから
   任意の時間でのモデルの骨格の姿勢を計算する姿勢決定
   部と、 上記モデルの姿勢を新たなモデルの骨格構造に割り付け
   る形状データ割付け部とを備えた３次元骨格構造の動き
   変換装置において、 上記形状データ割付け部は、上記関節角度計算部で求め
   る関節構造の基準位置の各関節の角度データに関する姿
   勢情報を新たなモデルの骨格構造に、上記関節構造の基
   準位置の姿勢の移動量を新たなモデルの基準位置の移動
   量に、それぞれ割り付ける際に、両者の骨格構造の基準
   位置と地面との間隔の比をスケールとし、新たなモデル
   のスケールと、マーカを取り付けたモデルのスケールと
   の比の値をスケールパラメータと定義し、このスケール
   パラメータを上記関節構造の基準位置の移動量に拡大し
   て割り付けるものである，ことを特徴とする３次元骨格
   構造の動き変換装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の３次元骨格構造の動き
   変換装置において、 上記関節角度計算部は、その求める関節構造の関節角度
   を、新たなモデルの骨格構造に割り付ける際に、上記関
   節構造同士が階層を含めて異なる場合に、両者の関節の
   どれとどれとが対応するかを定義付け、対応する関節の
   数が異なる場合には階層構造の親の関節角度を抜けた関
   節の角度情報にそれぞれ足し合わせることにより、関節
   数の異なる骨格同士の姿勢を修正するものである，こと
   を特徴とする３次元骨格構造の動き変換装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の３次元骨格構造の動き
   変換装置において、 上記形状データ割付け部は、上記関節角度計算部で求め
   る関節構造の基準位置および各関節の姿勢情報を新たな
   モデルの骨格構造に割り付ける際に、両者の骨格構造の
   対応する関節および基準位置にそれぞれのデータを対応
   させ、さらに変換されたデータに対して一定の規則に基
   づく揺らぎを付加して割り付けるものである，ことを特
   徴とする３次元骨格構造の動き変換装置。