(57)【要約】      （修正有）【課題】物品と身体の一部との間にできる隙間の形状を、身体の個体差を考慮しつつ効率よく推測できる隙間形状推測方法を提供する。【解決手段】本発明の隙間形状推測方法は、初期状態Ｓ０におけるバッグの初期三次元形状情報と、物品と第１の人体との間に配置されたバッグを膨張させた第１状態Ｓｓにおけるバッグの第１三次元形状情報と、バッグに導入した流体の第１流体情報とから、流体情報とバッグの三次元形状情報との関係を表す形状推測関数を用意する。そして物品と第２の人体との間に配置されたバックを膨張させた第２状態とにおける第２の流体情報と形状推測関数とに基づいて、この第２状態におけるバッグの三次元形状である第２三次元形状情報を推測する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
袋形状を有し、内部に流体が導入されることにより外形が変形するバッグと、前記バッグに流体を導入する流体供給装置と、前記バッグに導入された流体の流量および圧力の少なくとも一方を含む流体物理量を検知可能なセンサと、を備える隙間形状推測装置を用いて物品と人体との隙間の形状を推測する方法であって、
前記バッグを前記物品に配置した初期状態における前記バッグの初期三次元形状情報を取得すること、
前記物品と第１の人体との間に配置された前記バッグに前記流体を導入することにより前記物品と前記第１の人体とに密着するまで前記バッグを膨張させた第１状態における、前記バッグの第１三次元形状情報と、前記バッグに導入した前記流体の前記流体物理量に関する第１の流体情報と、を取得すること、
前記初期三次元形状情報と前記第１三次元形状情報と前記第１の流体情報とから、前記物品と人体との間に配置される前記バッグが前記物品および前記人体に密着するまで膨張するように前記バッグに前記流体を導入したときの、前記流体の前記流体物理量に関する流体情報と、前記バッグの三次元形状情報との関係を表す形状推測関数を用意すること、
前記物品と第２の人体との間に配置された前記バックが前記物品および前記第２の人体に密着するまで膨張した第２状態となるように前記バッグに前記流体を導入したとき、前記センサにより前記流体の前記流体物理量に関する第２の流体情報を取得し、前記第２の流体情報と前記形状推測関数とに基づいて、前記第２状態における前記バッグの三次元形状である第２三次元形状情報を推測すること、
を含む、隙間形状推測方法。
【請求項２】
袋形状を有し、内部に流体が導入されることにより外形が変形するバッグと、前記バッグに流体を導入する流体供給装置と、前記バッグに導入された流体の流量および圧力の少なくとも一方を含む流体物理量を検知可能なセンサと、を備える隙間形状推測装置を用いて物品と人体との隙間の形状を推測するための方法であって、
前記バッグを前記物品に配置した初期状態における前記バッグの初期三次元形状情報を取得すること、
前記物品と第１の人体との間に配置された前記バッグに前記流体を導入することにより前記物品と前記第１の人体とに密着するまで前記バッグを膨張させた第１状態における、前記バッグの第１三次元形状情報と、前記バッグに導入した前記流体の前記流体物理量に関する第１の流体情報と、を取得すること、
前記初期三次元形状情報と前記第１三次元形状情報と前記第１の流体情報とから、前記物品と人体との間に配置される前記バッグが前記物品および前記人体に密着するまで膨張するように前記バッグに前記流体を導入したときの、前記流体の前記流体物理量に関する流体情報と、前記バッグの三次元形状情報との関係を表す形状推測関数を用意すること、
を含む、隙間形状推測方法。
【請求項３】
前記バッグの前記人体に対向する側には、第１測定位置、第２測定位置および第３測定位置と、前記第１測定位置、前記第２測定位置および前記第３測定位置以外の他の位置と、が設けられており、
前記形状推測関数は、
前記第１測定位置、前記第２測定位置および前記第３測定位置についての位置座標の変位に関する第１推測関数と、
前記他の位置の位置座標の変位に関する第２推測関数と、を含み、
前記第２推測関数は、前記第１推測関数に対して、前記第１測定位置、前記第２測定位置および前記第３測定位置による拘束の影響を示す影響係数を加重することにより算出する、請求項１または２に記載の隙間形状推測方法。
【請求項４】
前記バッグの前記人体に対向する側には、第１測定位置、第２測定位置および第３測定位置と、前記第１測定位置、前記第２測定位置および前記第３測定位置以外の他の位置と、が設けられており、
前記形状推測関数は、
前記第１測定位置、前記第２測定位置および前記第３測定位置についての位置座標の変位に関する第１推測関数と、
前記他の位置の位置座標の変位に関する第２推測関数とを含み、
前記第２推測関数は、前記第１推測関数に対して、前記第１測定位置、前記第２測定位置および前記第３測定位置による拘束の影響を示す影響係数と、前記バッグの前記人体に対向する側とは反対側の面における位置による拘束の影響を示す不動係数と、を加重することにより算出する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の隙間形状推測方法。
【請求項５】
前記物品は靴であり、
前記隙間形状は、靴の中敷きの外形である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の隙間形状推測方法。
【請求項６】
物品と人体との隙間の形状を推測する装置であって、
袋形状を有し、内部に流体が導入されることにより外形が変形するバッグと、
前記バッグに流体を導入する流体供給装置と、
前記バッグに導入された流体の流量および圧力の少なくとも一方を含む流体物理量を検知可能なセンサと、
制御装置と、を備え、
前記制御装置は、（１）前記バッグを前記物品に配置した初期状態における前記バッグの初期三次元形状情報と、（２）前記物品と第１の人体との間に配置された前記バッグに前記流体を導入することにより前記物品と前記第１の人体とに密着するまで前記バッグを膨張させた第１状態における、前記バッグの第１三次元形状情報と、（３）前記バッグに導入した前記流体の前記流体物理量に関する第１の流体情報と、に基づいてあらかじめ導出された、前記物品と人体との間に配置される前記バッグが前記物品および前記人体に密着するまで膨張するように前記バッグに前記流体を導入したときの、前記流体の前記流体物理量に関する流体情報と、前記バッグの三次元形状情報との関係を表す形状推測関数を記憶する記憶部と、
前記物品と第２の人体との間に配置された前記バックが前記物品および前記第２の人体に密着するまで膨張させた第２状態における前記バッグの三次元形状である第２三次元形状情報を、前記センサにより検知された前記流体物理量に関する第２の流体情報と、前記形状推測関数とに基づいて推測する演算部と、
を備える、隙間形状推測装置。
【請求項７】
前記バッグの前記人体に対向する側には、第１測定位置、第２測定位置および第３測定位置と、前記第１測定位置、前記第２測定位置および前記第３測定位置以外の他の位置と、が設けられており、
前記形状推測関数は、
前記第１測定位置、前記第２測定位置および前記第３測定位置についての位置座標の変位に関する第１推測関数と、
前記他の位置の位置座標の変位に関する第２推測関数と、を含み、
前記第２推測関数は、前記第１推測関数に対して、前記第１測定位置、前記第２測定位置および前記第３測定位置による拘束の影響を示す影響係数を加重することにより算出されている、請求項６に記載の隙間形状推測装置。
【請求項８】
前記バッグの前記人体に対向する側には、第１測定位置、第２測定位置および第３測定位置と、前記第１測定位置、前記第２測定位置および前記第３測定位置以外の他の位置と、が設けられており、
前記形状推測関数は、
前記第１測定位置、前記第２測定位置および前記第３測定位置についての位置座標の変位に関する第１推測関数と、
前記他の位置の位置座標の変位に関する第２推測関数とを含み、
前記第２推測関数は、前記第１推測関数に対して、前記第１測定位置、前記第２測定位置および前記第３測定位置による拘束の影響を示す影響係数と、前記バッグの前記人体に対向する側とは反対側の面における位置による拘束の影響を示す不動係数と、を加重することにより算出する、請求項６または７に記載の隙間形状推測装置。
【請求項９】
前記物品は靴であり、
前記隙間形状は、靴の中敷きの外形である、請求項６〜８のいずれか１項に記載の隙間形状推測装置。
【請求項１０】
請求項６〜９のいずれか１項に記載の隙間形状推測装置と、三次元造形装置とを備え、
前記制御装置は、前記バックの三次元形状を表す三次元形状データを出力する出力部を備え、
前記三次元造形装置は、前記三次元形状データが入力される入力部と、前記入力部に入力される前記三次元形状データを用いて前記物品を造形する造形部と、を備える、三次元造形システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物品と人の身体の一部との隙間の形状を推測する方法と、当該隙間形状を推測する装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
人が身体に着ける服飾品や靴、身体に密着して使用する寝装具などの物品は、一般に、統計的に需要の多い体格を考慮して生産した既製品と、特定の使用者の体格に合わせて作製するカスタムメイド品（あつらえ品、特注品等ともいう。）とが提供されている。そして、例えば、既製品の形状をカスタムメイド品の形状に近づけたり、これら物品の着け心地をより一層高める目的等で、サイズ調整パッドや中敷き等の補填具が提供されている。
【０００３】
例えば、靴の中敷きを作製する場合、装着感を向上させる等の観点から、使用者の足の形状情報を得ることが重要となる。ここで、使用者の足の形状情報の取得法として、例えば、透明板の上に立位にある人の足裏の形状を、３次元スキャナー（３Ｄスキャナー）で下方から測定する方法や、変形可能なパッドの上に人を立たせた後にパッド形状を固定または固化する方法が知られている（例えば、特許文献１等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４-１１１１９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の技術では、各個人の身体の一部の三次元形状をデータとして得ることができるものの、身体と所定の物品との間に形成される隙間については測定することができなかった。また、精度良い測定を行うためには、光学系や周辺機器が複雑で大がかりになる傾向にあった。さらに、そのような複雑で大掛かりな光学系や周辺機器等を使用する三次元形状のデータの取得を、中敷きを作製する各個人について都度実施する必要があった。
【０００６】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、物品と身体の一部との間にできる空間の形状を、身体の個体差を考慮しつつ効率よく推測できる形状推測装置と、その推測方法とを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る形状推測方法は、袋形状を有し、内部に流体が導入されることにより外形が変形するバッグと、バッグに流体を導入する流体供給装置と、バッグに導入された流体の流量および圧力の少なくとも一方を含む流体物理量を検知可能なセンサと、を備える隙間形状推測装置を用いて物品と人体との隙間の形状を推測する。この形状推測方法は、バッグを物品に配置した初期状態におけるバッグの初期三次元形状情報を取得すること、物品と第１の人体との間に配置されたバッグに流体を導入することにより物品と第１の人体とに密着するまでバッグを膨張させた第１状態における、バッグの第１三次元形状情報と、バッグに導入した流体の流体物理量に関する第１の流体情報と、を取得すること、初期三次元形状情報と第１三次元形状情報と第１の流体情報とから、物品と人体との間に配置されるバッグが物品および人体に密着するまで膨張するようにバッグに流体を導入したときの、流体の流体物理量に関する流体情報と、バッグの三次元形状情報との関係を表す形状推測関数を用意すること、物品と第２の人体との間に配置されたバックが物品および第２の人体に密着するまで膨張した第２状態となるようにバッグに流体を導入したとき、センサにより流体の流体物理量に関する第２の流体情報を取得し、第２の流体情報と形状推測関数とに基づいて、第２状態におけるバッグの三次元形状である第２三次元形状情報を推測すること、を含む。
【０００８】
上記構成によると、例えば標準的な体格を有する人について、身体と物品との隙間に流体を導入することにより、当該隙間形状と導入した流体の情報との関係性を表す形状推測関数を用意する。このことにより、任意の人の身体と物品との隙間の３次元的な形状を、当該隙間に導入した流体の体積等の情報と形状推測関数とから簡便に推測することができる。これにより、例えば、任意の人についての隙間形状の推測を、３Ｄスキャナー等の大掛かりで高価な装置を用いることなく、例えば簡便で安価な装置の使用にて実施することができる。したがって、任意の人の身体と物品との隙間の３次元的な形状の測定を、場所や価格等の制限を抑さえて実施することができる。また、隙間形状は、３次元データとして得ることができる。したがって、かかる隙間の三次元形状データを利用して、インソール等の補填具の更なる構造設計等を簡便に実施することができる。さらに、かかる隙間の三次元形状データと３ＤプリンタやＮＣ加工機等とを用いることで、インソール等の補填具の製造を簡便に実施することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、物品と身体の一部との間にできる空間の形状を、身体の個体差を考慮しつつ効率よく推測できる隙間形状推測方法を実現することができる。また、当該空間の形状を、身体の個体差を考慮しつつ効率よく推測できる隙間形状推測装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態に係る隙間形状推測装置の構成を示す模式図である。
【図２】（ａ）初期状態と、（ｂ）基本状態におけるバッグの変形の様子を示す要部断面図である。
【図３】一実施形態に係る隙間形状推測方法のフロー図である。
【図４】（ａ）初期状態と、（ｂ）基本状態におけるバッグに付されたマーカーの位置を説明する斜視図である。
【図５】（ａ）（ｂ）は、他の実施形態に係る形状推測の様子を示す側面図である。
【図６】（ａ）（ｂ）は、バッグにおけるマーカーの配置を例示する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る隙間形状推測方法および隙間形状推測装置の実施形態について説明する。ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。また、図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略または簡略化する。
【００１２】
図１は、一実施形態に係る形状推測装置１の構成を例示した模式図である。形状推測装置１は、バッグ１０と、流体供給装置２０と、センサ２１、２２と、制御装置４０とを備えている。また、形状推測装置１は、付加的に３次元測定機３０を備えることができる。この形状推測装置１においては、例えば図２の（ａ）に示すように、バッグ１０を、物品としての靴底７と人体５との間（以下、単に「隙間」という。）に配置し、（ｂ）に示すように、バッグ１０内に流体を導入することでバッグ１０を膨張変形させる。これにより、バッグ１０の形状を隙間の形状に一致するように変化させる。そしてこのことを利用して、隙間の形状を簡便かつ精密に推測するようにしている。以下、形状推測装置１の各部の構成について順に説明する。
【００１３】
バッグ１０は、内部に流体の導入が可能な袋形状を有している。バッグ１０の内部に流体が導入されることでバッグ１０が膨張し、バッグ１０の外形は変化する。流体はバッグ１０内に封入される。バッグ１０は、使用する流体を通過させずに封入が可能であって、靴底７と人体５の一部との隙間の形状に精密に追随し得るように、柔軟で可撓性を有する材料により構成することができる。バッグ１０は、例えば、さらに微弾性を備える材料により構成してもよい。流体としては特に制限はなく、空気や窒素、二酸化炭素等の気体や、水（お湯を含む。）等の液体、微小ビーズ粉末等の固体（流体状固体）等であってよい。なかでも、流体としては、取り扱いが簡便な空気（大気を含む）の使用が好ましく、その他、温度変化に伴う体積変化の比較的少ない気体や水（お湯）等の使用も好ましい。本実施形態における流体は空気である。したがって、バッグ１０を構成する材料としては、空気を透過または漏洩させずに上記特性を備え得るものであれば特に制限されず、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂等からなるシートが挙げられる。なかでも、耐久性と繰返し伸縮性、柔軟性とに優れたシリコーンゴムを好ましく用いることができる。バッグ１０の寸法は、推測の対象となる隙間の形状にまで膨張できれば特に制限されない。本実施形態では、バッグ１０の形状および寸法は、靴底７（靴の内部）に敷くことができる足型形状である。
【００１４】
流体供給装置２０は、バッグ１０に流体を移送する装置である。バッグ１０と流体供給装置２０とは、可撓性チューブで接続されている。流体供給装置２０は、所定の流体を移送することが可能であればその構成は特に制限されない。例えば、本実施形態における流体供給装置２０は、空気ポンプである。この空気ポンプは、正転時にバッグ１０に流体を移送する移送機能と、逆転時にバッグ１０から流体を排出する排出機能とを備えている。流体供給装置２０が排出機能を備えることで、バッグ１０内の流体を残すことなくバッグ１０から抜き取ることができる。流体供給装置２０には、移送する流体の量（例えば体積）を検知可能なセンサ２１、２２が備えられている。本実施形態では、バッグ１０に移送された流体の流量を検知する流量センサ２１と、バッグ１０に移送された流体の圧力を検知する圧力センサ２２とが備えられている。
【００１５】
また、隙間形状推測装置１は、バッグ１０の三次元形状についてのデータを取得するための３次元測定機３０を備えることができる。この３次元測定機３０は、マーカー３１，３２，３３と検出器３４とを備えている。マーカー３１，３２，３３は、バッグ１０の表面に備えられる。マーカー３１，３２，３３の数や構成等は特に制限されない。本実施形態では、バッグ１０の人体側の表面に、第１マーカー３１、第２マーカー３２、第３マーカー３３の３つのマーカーが備えられている。３次元測定機３０（検出器３４）は、靴底７と人体５との隙間のマーカー３１，３２，３３の３次元空間における位置を検出することができる物であればその構成等は特に制限されない。このような３次元測定機３０の構成は特に制限されない。３次元測定機３０は、例えば、バッグの３次元形状（３次元画像）とマーカー３１，３２，３３位置とを取得可能なＸ線スキャナーである。３次元測定機３０は制御部４０と通信可能に構成されており、検出したバッグの３次元形状情報およびマーカー３１，３２，３３の３次元位置情報を制御部４０に送ることができる。
【００１６】
図１に示すように、隙間形状推測装置１には、制御装置４０が設けられている。本実施形態における制御装置４０は、バッグ側制御部４０Ａと、演算制御部４０Ｂとを含む。バッグ側制御部４０Ａおよび演算制御部４０Ｂを含む制御装置４０の構成は特に限定されない。制御装置４０は、例えばマイクロコンピュータである。マイクロコンピュータのハードウェア構成は特に限定されないが、例えば、ホストコンピュータ等の外部機器からの印刷データ等を受信するインターフェイス（Ｉ／Ｆ）と、制御プログラムの命令を実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ：central processing unit）と、ＣＰＵが実行するプログラムを格納したＲＯＭ（read only memory）と、プログラムを展開するワーキングエリアとして使用されるＲＡＭ（random access memory）と、上記プログラムや印刷データ、その他各種データを格納するメモリ等の記憶部と、を備えている。
【００１７】
また本実施形態において、バッグ側制御部４０Ａと、演算制御部４０Ｂとは、別部材として構成されており、両者は互いに、有線または無線を介して通信可能に接続されている。これらのバッグ側制御部４０Ａおよび演算制御部４０Ｂは、３次元測定機３０や、後述する三次元位置測定装置５０等と有線または無線で接続可能に構成されていてもよい。バッグ側制御部４０Ａは、流体供給装置２０、流量センサ２１、圧力センサ２２とそれぞれ電気的に接続されており、これらを包括的に制御可能に構成されている。演算制御部４０Ｂは、記憶部４１および演算部４２を備えている。記憶部４１は、典型的には回路により構成されている。また、演算制御部４０Ｂには、３次元測定機３０が取得したバッグ１０の形状等を表示する表示部４８と、ユーザーが指示等を入力するための入力部４９等が設けられている。演算部４２は、ハードウェアで構成されていてもよく、ＣＰＵがコンピュータプログラムを実行することにより機能的に実現されるようになっていてもよい。
【００１８】
以下、上記の隙間形状推測装置１を使用して、一実施形態に係る隙間形状推測方法について説明する。図３は、一実施形態に係る隙間形状推測方法のフロー図である。ここに開示される隙間形状推測方法は、下記の工程を含む。なお、工程１と工程２とは、工程３に先行して行う限りいずれを先に実施してもよく、同時に平行して実施してもよい。また工程１〜３を、任意の試験者と物品との隙間の形状推測のための準備工程（準備方法）として把握することができる。したがって、工程１〜３を実施した後に、工程４および５を連続して行う必要はない。工程４および５は、任意のタイミングで、任意の場所において、実施することができる。以下、各工程について説明する。
工程１：初期状態の測定（Ｍ１）
工程２：基本状態の測定（Ｍ２）
工程３：形状推測関数の用意（Ｍ３）
工程４：試験者についての流体情報の測定（Ｍ４）
工程５：試験者と物品との隙間の形状推測（Ｍ５）
【００１９】
Ｍ１．初期状態の測定
工程１では、例えば図２（ａ）に示すように、物品としての靴に対し、インソール形状のバッグ１０を靴底７の上に配置する。このときバッグ１０に流体は導入されていない。バッグ１０は、マーカー３１、３２、３３が備えられた面が上面、すなわち人体と接触する側の面となるように配置する。そしてこのような初期状態Ｓ０におけるバッグ１０の三次元形状に関する情報を、３次元測定機３０を用いて測定する。また、初期状態Ｓ０におけるバッグ１０の各マーカー３１、３２、３３の３次元の位置情報を、３次元測定機３０を用いて測定する。具体的には、３Ｄスキャナーで初期状態Ｓ０のバッグ１０の３Ｄ形状を計測し、３Ｄ画像（典型的には三次元画像データ）を取得する。そしてこの３Ｄ画像から各マーカー３１、３２、３３の位置を抽出する。これにより、靴底７の底面の精密な三次元形状情報と、人が靴を装着していないとき（初期状態Ｓ０）のバッグ１０の精密な三次元形状情報と、マーカー３１、３２、３３の位置情報とを得ることができる。なお、これらの三次元形状情報は、例えば、ＳＴＬ（Standard Triangulated Language）形式のデータとして取得することができる。なお、この初期状態Ｓ０におけるバッグ１０内の空気量はＶ０（例えばゼロ）であり、空気圧はＰ０（例えば不検出または大気圧）とすることができる。
【００２０】
Ｍ２．基本状態の測定
次いで、工程２では、流体を導入していないバッグ１０が配置された状態の靴を、標準的な体格を有する人に装着させる。そして人が靴を装着した状態で、靴の履き心地が良好となるまで、バッグ１０に流体としての空気を導入する。以下、人が靴を履いた状態でバッグ１０に流体を導入していき、履き心地が良好となった状態のことを、快適状態と呼ぶ。快適状態とは、人の足にバッグ１０がよく密着した状態である。そしてこのような標準的な体格の人が快適状態で靴の装着している状態を、基本状態Ｓｓとする。
このような基本状態Ｓｓにおけるバッグ１０の三次元形状に関する情報を、３次元測定機３０を用いて測定する。また、同様に、基本状態Ｓｓにおけるバッグ１０の各マーカー３１、３２、３３の３次元の位置情報を、３次元測定機３０を用いて測定する。さらに、基本状態Ｓｓとなるまでにバッグ１０に注入した空気の流体物理量として、空気量（体積）と、そのときのバッグ１０内の空気圧（圧力）とをそれぞれ流量センサ２１および圧力センサ２２で検知する。これらの値は、制御部４０に送られて記憶部４１に記憶される。この空気量と空気圧とが、バッグ１０に導入した流体に関する流体情報に相当する。これにより、基本状態Ｓｓにおけるバッグ１０の精密な三次元形状情報と、マーカー３１、３２、３３の位置情報と、この基本状態Ｓｓを実現するためにバッグ１０に導入した空気量Ｖｓおよび空気圧Ｐｓとを得ることができる。なお、この工程２において測定されるバッグ１０の三次元形状情報が、基本状態Ｓｓにおける靴底７と標準的な人（人体５）との隙間の三次元形状情報（第１三次元形状情報）に相当する。
【００２１】
Ｍ３．形状推測関数の用意
工程３では、任意の人が靴を装着した任意装着状態Ｓｎにおける隙間の三次元形状と、この装着状態において快適状態を実現するためにバッグ１０に導入される空気量Ｖｎおよび空気圧Ｐｎとの関係を表す形状推測関数を作成する。より具体的には、バッグ１０の表面を構成する各点を、初期状態Ｓ０から任意装着状態Ｓｎへと変換（移動）させるための形状推測関数を作成する。
この形状推測関数の作成に際し、ここに開示される形状推測方法では、バッグ１０の表面の各点は、初期状態Ｓ０から基本状態Ｓｓへと移動したときの移動ベクトルと同じ向きにのみ移動すると仮定する。すなわち、バッグ１０の表面の各点は、初期状態Ｓ０における位置と基本状態Ｓｓにおける位置とを繋ぐ直線上に位置すると考えることができる。これにより、任意の人が靴を装着した任意装着状態Ｓｎにおけるバッグ１０の形状、換言すると、任意装着状態Ｓｎにおける隙間の三次元形状を推測することができる。このとき、上記仮定により、バッグ１０の三次元形状が初期状態Ｓ０から基本状態Ｓｓへと変形するために要する空気量Ｖｓと、初期状態Ｓ０から任意装着状態Ｓｎへと変形するために要する空気量Ｖｎとの間には、相関がみられることとなる。つまり、バッグ１０の表面の各点が初期状態Ｓ０から基本状態Ｓｓへと移動する移動ベクトルの長さに対し、各点が初期状態Ｓ０から任意装着状態Ｓｎへと移動する移動ベクトルの長さの比「Ｒｓｎ」を求めることにより、初期状態Ｓ０から基本状態Ｓｓへの変形のために要する空気量Ｖｓと初期状態Ｓ０から任意装着状態Ｓｎへの変形のために要する空気量Ｖｎとの間の相関を求めることができる。かかる相関係数αは、例えば、α＝β×Ｖｎ／（Ｖｓ×Ｒｓｎ２）等として求められる。ただし、式中のβは正の実数である。これにより、形状推測関数を用意することができる。用意した形状推測関数は、例えば、記憶部４１に送られる。
【００２２】
なお、バッグ１０に流体を導入するとき、流体の種類やバッグ１０の材質、隙間の形状等によっては、バッグ１０への流体の導入量が増大してもバッグの形状がさほど変化しないことがあり得る。例えば、バッグ１０の材質によっては、変形度の緩やかな変形を起こすのに必要な応力と、変形度の大きい局所的な変形を起こすのに必要な応力とが異なる場合が予想される。このような場合は、形状推測関数の作成に際し、バッグ１０に導入された流体の圧力の測定データを反映させることで、より精密な形状推測関数を作成することができる。
【００２３】
Ｍ４．試験者についての流体情報の測定
工程４では、形状推測関数を用い、所定の人が靴を装着しバッグ１０に空気を導入したときの空気量Ｖ１を基に、バッグ１０の三次元形状（第２三次元形状情報）を推測する。具体的には、例えば当該靴の中敷きの作製を希望している試験者に、隙間形状推測装置１のバッグ１０を内部に配置させた靴を装着してもらう。このとき、バッグ１０内の空気は排出されている。次いで、隙間形状推測装置１に対し、バッグ１０に空気を導入するよう指示を送る。かかる指示に基づき、制御装置４０は流体供給装置２０を駆動させて、バッグ１０に空気を移送させる。これにより、靴底７と試験者の足裏（人体５）との間でバッグ１０が膨張する。流量センサ２１と圧力センサ２２とは、バッグ１０に導入される空気の流量と圧力とをそれぞれ測定する。その後、バッグ１０が膨張して試験者の足裏に密着し、試験者が心地よいと感じる快適状態（装着状態Ｓ１）において、隙間形状推測装置１に対し、バッグ１０への空気の導入を停止するよう指示を送る。制御装置４０は、流体供給装置２０の駆動を停止して、バッグ１０への空気の導入を停止する。流量センサ２１と圧力センサ２２とは、装着状態Ｓ１においてバッグ１０に導入されている空気量Ｖ１と圧力Ｐ１とをそれぞれ検知する。検知されたる空気量Ｖ１と圧力Ｐ１とは、記憶部４１に送られる。その後、演算部４２は、記憶部４１に記憶された形状推測関数と、装着状態Ｓ１におけるバッグ１０の空気量Ｖ１と圧力Ｐ１とから、装着状態Ｓ１におけるバッグ１０の三次元形状を推測する。
【００２４】
Ｍ５．試験者と物品との隙間の形状推測
上記工程４において推測された装着状態Ｓ１におけるバッグ１０の三次元形状は、試験者の身体５と靴底７との隙間の形状に相当する。したがって、工程４で推測した装着状態Ｓ１におけるバッグ１０の三次元形状を、試験者と靴底７との隙間の形状と推定することができる。
【００２５】
以上の隙間形状推定方法は、上記工程３において形状推測関数を用意しておけば、必要なときに、工程４および工程５を行うことで、人体と物品との隙間の形状を推測することができる。形状推測関数は、例えば、１つの靴に対して１つの形状推測関数を用意すればよい。なお、形態が同様であって、サイズの異なる靴については、一のサイズの靴について上記工程１〜３に従い形状推測関数を用意しておき、異なる他のサイズの靴については、当該形状推測関数を改変して当該異なるサイズの靴に適した形状推測関数を用意してもよい。このようにして、一旦、形状推測関数を用意した後は、かかる形状推測関数を用いて工程４および工程５を行うだけで隙間形状推定方法を異なる試験者に対して繰り返し実施することができる。
【００２６】
なお、上記工程１〜３において、バッグ１０の表面のほぼ全ての点の位置にマーカーを備え、これらすべての点について初期状態Ｓ０から基本状態Ｓｓへと変換（移動）するときの相関係数αを算出して形状推測関数を作成することで、精度の高い形状推測関数を得ることができる。そして上記工程４において、バッグ１０の表面のほぼ全ての点について初期状態Ｓ０から装着状態Ｓ１へと変換することで精度の高い三次元形状の推定を行うことができる。しかしながら、形状推測関数は、バッグ１０の表面の全ての点の位置を全て初期状態Ｓ０から基本状態Ｓｓへと変換させたときの値（実測値）を使用して用意する必要はない。形状推測関数の用意は、例えば、以下のように簡略化することができる。すなわち、バッグ１０の表面に２つ以上の任意の測定点を設けたとき、これらの測定点に近い領域のバッグ１０の表面は、当該測定点の移動に影響を受けると考えられる。そこで、測定点に近い領域のバッグ１０の表面は、当該測定点に重みづけをすることで算出してもよい。
【００２７】
かかる簡略化の手法が適正に利用できることを以下に説明する。図４（ａ）は初期状態Ｓ０にあるバッグ１０の第１マーカー３１、第２マーカー３２、第３マーカー３３の位置ｍ１、ｍ２、ｍ３を表した斜視図である。図４（ｂ）は基本状態Ｓｓにあるバッグ１０の第１マーカー３１、第２マーカー３２、第３マーカー３３の位置ｍ１’、ｍ２’、ｍ３’を表した斜視図である。理解を容易にするために、図４（ａ）（ｂ）では、初期状態Ｓ０のバッグ１０の形状を略長方形とし、基本状態Ｓｓにおいてバッグ１０が半円柱型に膨張したと簡略化して表示している。図中に示されるＸ，ＹおよびＺは、相互に直交する軸をＸ軸，Ｙ軸およびＺ軸をそれぞれ示し、これらＸ軸，Ｙ軸およびＺ軸に基づいて各マーカーの空間座標が表わされる。図４（ａ）に示すように、初期状態Ｓ０において、第１マーカー３１、第２マーカー３２および第３マーカー３３の位置座標は、それぞれｍ１（ｍｘ１，ｍｙ１，ｍｚ１）、ｍ２（ｍｘ２，ｍｙ２，ｍｚ２）およびｍ３（ｍｘ３，ｍｙ３，ｍｚ３）で表される。これらの座標は、当然のことながら、初期状態Ｓ０におけるバッグ１０の表面位置を示す座標である。また、図４（ｂ）に示すように、基本状態Ｓｓにおいて、第１マーカー３１、第２マーカー３２および第３マーカー３３の位置座標は、それぞれｍ１’（ｍｘ１’，ｍｙ１’，ｍｚ１’）、ｍ２’（ｍｘ２’，ｍｙ２’，ｍｚ２’）、ｍ３’（ｍｘ３’，ｍｙ３’，ｍｚ３’）で表される。これらの座標も、当然のことながら、基本状態Ｓｓにおけるバッグ１０の表面位置を示す座標である。これら各マーカーの位置座標は、３次元測定機３０を用いて測定することができる。
【００２８】
以下、第１マーカー３１、第２マーカー３２および第３マーカー３３の各Ｘ座標について、初期状態Ｓ０から基本状態Ｓｓへの移動について確認する。
まず、初期状態Ｓ０のバッグ１０内の空気量を便宜上Ｖ０とし、基本状態Ｓｓにおけるバッグ１０の空気量をＶ１とする。すると、バッグ１０内の空気量がＶ０からＶ１へと変化することで、各マーカー３１、３２、３３のＸ座標がｍｘ１，ｍｘ２，ｍｘ３からｍｘ１’，ｍｘ２’，ｍｘ３’へとそれぞれ変位する。このことから、以下の座標変位係数を導くことができる。
【００２９】
【数１】
2018132436.tif 000003
【００３０】
また、空気を導入した結果、バッグ１０表面のマーカー３１，３２，３３が備えられていない任意の点の位置座標Ａｎ（Ａｎｘ，Ａｎｙ，Ａｎｚ）は、各マーカー３１，３２，３３に影響を受けていると考えることができる。つまり、ある程度移動が拘束される。したがって、これら任意の点の位置座標Ａｎの変位については、各マーカー３１，３２，３３からの距離に応じた以下の「重み」をつけることができる。
【００３１】
【数２】
2018132436.tif 000004
【００３２】
ただし、任意の位置座標Ａｎがマーカー３１，３２，３３のいずれかと等しい場合は、等しいマーカーの重みを１とし、その他のマーカーの重みを０とすることができる。したがって、これらのマーカーの重みは、以下のようにして正規化することができる。
【００３３】
【数３】
2018132436.tif 000005
【００３４】
ここで、バッグ１０の表面には、空気を導入しても座標位置が移動しない不動位置が存在する。この不動位置とは、例えば、バッグ１０の靴底７に面する側の表面である。上記の位置座標Ａｎは、この不動位置の位置座標Ｘｎの影響を受ける。例えば、本実施形態では、バッグ１０の靴底７に面する側の表面を全て不動位置とし、バッグ１０の人体側の表面を可動位置とする。このとき、空気を導入したときの可動位置の位置座標の移動は、可動位置が不動位置に近いほど、不動位置に拘束される。つまり、不動位置に近いほど変位量は制限されて、不動位置から遠ざかるほど変位は変位係数に従ったものになると考えられる。このような不動位置による影響度（不動重み）は、以下のようにして定義することができる。すなわち、（１）まず、任意の位置座標Ａｎから最も近い不動位置を選択し、当該位置座標Ａｎと不動位置座標Ｘｎとの距離を算出する。（２）選択した不動位置に最も距離が近いマーカーを選択し、不動位置座標Ｘｎと選択したマーカーの位置座標との距離を算出する。（３）位置座標Ａｎと不動位置座標Ｘｎとの距離と、位置座標Ａｎと選択したマーカーの位置座標との距離と、の比を不動重みとする。この不動重みは、次式で表される。
【００３５】
【数４】
2018132436.tif 000006
【００３６】
したがって、上記の変位係数と各重みとから、例えば任意の位置座標ＡｎのＸ座標について、以下の変位係数が定義できる。
【００３７】
【数５】
2018132436.tif 000007
【００３８】
また、上記のＸ座標の変位係数（Ｘ）と同様に、任意の位置座標ＡｎのＹ座標およびＺ座標についても、初期状態Ｓ０から基本状態Ｓｓへの移動についての変位係数（Ｙ）および変位係数（Ｚ）を定義することができる。そして、これらの変位係数を用い、以下の近似式（座標変位関数）を定義することができる。
【００３９】
【数６】
2018132436.tif 000008
【００４０】
また、上記座標変位関数について、任意の装着状態Ｓ１におけるバッグ１０への空気導入量Ｖ１を指定することで、当該空気量Ｖ１の空気を導入したときのバッグ１０の変化後の三次元形状を推測することができる。すなわち、任意の位置座標Ａｎの異動後の位置座標Ａｎ’（Ａｎｘ’，Ａｎｙ’，Ａｎｚ’）を算出することができる。
なお、以上の変位係数（Ｘ）、変位係数（Ｙ）、変位係数（Ｚ）は、バッグ１０の表面の全ての可動点について予め算出しておくことができる。したがって、所定の靴およびバッグ１０についてのかかる変位係数（Ｘ）、変位係数（Ｙ）、変位係数（Ｚ）を記憶部４１に記憶しておくことができる。そして、隙間形状推測装置１を用いて任意の装着状態Ｓ１におけるバッグ１０への空気導入量Ｖ１を計測することにより、演算部４２において、かかる空気導入後のバッグの三次元形状情報（第２三次元形状情報）、すなわち位置座標Ａｎ’（Ａｎｘ’，Ａｎｙ’，Ａｎｚ’）を算出することができる。延いては、任意の試験者についての、靴底と足との隙間の三次元形状情報を簡便かつ精度よく得ることができる。
【００４１】
このように、隙間の三次元形状情報は、例えばＳＴＬデータとして得ることができる。したがって、推測した三次元形状情報は、汎用の３Ｄ ＣＡＤやＣＡＭアプリケーションでそのまま読み取ることができる。したがって、かかる三次元形状情報を利用し、三次元造形装置（図示せず）等を用いることで、例えば、靴と人体との隙間にフィットした形状のインソール（中敷き）を作製することができる。
【００４２】
そこでここに開示される技術は、具体的には図示しないが、上記の隙間形状推測装置１と、三次元造形装置とを備える三次元造形システムを提供する。この三次元造形システムにおいて、制御装置４０は、バック１０の三次元形状を表す三次元形状データを出力する出力部を備えている。また、三次元造形装置は、三次元形状データが入力される入力部と、上記入力部に入力される三次元形状データを用いて物品を造形する造形部と、を備える。これにより、隙間形状推測装置１で推測した形状の物品を、当該三次元形状情報を利用して、三次元造形システムにおいて作製することが可能となる。ここで、三次元造形装置としては、ＳＴＬデータ等の三次元形状情報をもとに、ブレークダウン方式またはビルドアップ方式で所望の立体形状物を作製することが可能な各種の装置であってよい。例えば、ＳＴＬデータを基にバルク状の基材を切削加工することで目的の立体形状物を作製することができる三次元切削装置であってよい。また、例えば、ＳＴＬデータを基に造形用材料を少量ずつ付着させていき目的の立体形状物を作製することができる三次元造形装置であってよい。これらの三次元造形装置の造形機構は限定されず、立体形状物を構成するための材料や利用可能な装置等に応じて任意に選択することができる。したがって、三次元造形システムは、三次元造形装置として、例えば上記のブレークダウン方式の三次元切削装置と、ビルドアップ方式の三次元造形装置とを共に備えていてもよい。これにより、より精度よく立体形状物を作製することができる。なお、三次元造形システムは、３Ｄ ＣＡＤや３ＤＣＡＭ等の図面設計アプリケーションを含んでいてもよい。これにより、隙間形状推測装置１で推測したインソールの三次元形状情報について、インソールの所定の部位ごとに構成材料（例えば樹脂の種類）を変更する等の更なる情報を含むように加工することができる。これにより、目的に応じたより高性能なインソールを作製することができる。
【００４３】
なお、図５は、（ａ）ハイヒールタイプの靴と、（ｂ）スニーカータイプの靴とについて、隙間の推定を実施する様子を示している。ここで、（ａ）ハイヒールタイプの靴と、（ｂ）スニーカータイプの靴とでは、中敷きに加わる試験者の体重の分布が異なり得る。したがって、形状推測関数を用意するに際し、バッグ１０に設けるマーカーの数や位置は、対象とする靴の形状や使用形態等に応じて適宜調整することができる。例えば、全ての靴の隙間形状の推測に際し、図６（ｂ）に示すように、足の爪先よりも先端側の領域Ａに１つ以上、人間の足裏の中ほどの中足趾節関節（ＭＰ間接、横アーチ部）が位置する領域Ｃに２つ以上、土踏まず（縦アーチ部）が位置する領域Ｄに１つ以上、かかと（踵部）が位置する領域Ｆに１つ以上のマーカーを備えて形状推測関数を作製することが好ましい。また、例えば、ハイヒールタイプの靴についての隙間形状の推測に際しては、図６（ａ）に示すように、領域Ａに１つ以上、領域Ａと領域Ｃとの間の足趾付け根部が位置する領域Ｂに１つ以上、領域Ｃに３つ以上、領域Ｄに２つ以上、領域Ｄの土踏まずよりも小指（第５中足骨）側の外アーチ部が位置する領域Ｅに１つ以上、領域Ｆに１つ以上のマーカーを備えて形状推測関数を作製することが好ましい。
【００４４】
なお、以上の実施形態において、流体供給装置２０は、バッグ１０内の流体を外部に排出する排出機能を備えていた。しかしながら、流体供給装置２０の構成はこれに限定されない。流体供給装置２０は、排出機能を備えていなくてもよい。この場合、隙間形状推測装置１は、流体供給装置２０とは別に、バッグ１０内の流体を外部に排出する流体排出装置（図示せず）を備えてもよい。この場合、流体排出装置は、例えば、可撓性チューブでバッグ１０に接続される。流体排出装置は、例えば吸引ポンプである。かかる構成によっても、隙間形状推測装置１がバッグ１０内の流体を残すことなく抜き取ることができる。
【００４５】
また、上記実施形態において、流体は空気であった。したがって流体供給装置２０は周辺雰囲気中の空気を取り込んでバッグ１０に移送し、また、バッグ１０内の空気を周辺雰囲気に排出していた。しかしながら流体は空気に限定されない。空気以外の流体を使用するとき、かかる流体は流体貯留部（図示せず）に貯留された状態で用意される。また、流体供給装置２０（および流体排出装置）は流体貯留部に接続される。そして、流体供給装置２０は流体貯留部に貯留されている流体をバッグ１０に移送する。また、流体供給装置２０（または流体排出装置）は、バッグ１０内の流体を流体貯留部に排出する。これにより、環境に流体を排出することなく隙間形状の推測を行うことができる。
【００４６】
また、上記実施形態において、形状推測関数は、マーカーが初期状態Ｓ０から基本状態Ｓｓへと移動したときの移動ベクトルを基に推測するようにしていた。しかしながら形状推測関数はこのようにして用意されるものに限定されない。例えば、隙間形状推測装置１は、マーカー３１，３２，３３が初期状態Ｓ０から基本状態Ｓｓへと移動するときの移動の様子や軌跡に関する情報を取得することができる三次元センサ（図示せず）を備えていてもよい。このような三次元センサは、例えば、マーカー３１，３２，３３が、三軸加速度センサ、変位センサ、慣性センサ、およびこれらを２以上組み合わせた混合センサ等を備えることで実現することができる。この三次元センサを用いてマーカーの移動軌跡を算出することで、各マーカーのより詳細な位置の変化を捉えることができ、簡便にかつ高精度な形状推測関数を導くことができる。これにより、微小な隙間であっても高精度な形状推測を行うことができる。
【００４７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明した。しかし、上述の実施形態は例示に過ぎず、本発明は他の種々の形態で実施することが可能である。例えば、人が装着する物品は靴に限定されない。例えば、物品としては、スケート、スキー等の各種スポーツ用の靴、帽子、枕、サポータ、義足、コルセットなどであってよい。
【符号の説明】
【００４８】
１  隙間形状推測装置
１０  バッグ
２０  流体供給装置
３０  ３次元測定機
４０  制御装置
【図１】
2018132436.tif 000009
【図２】
2018132436.tif 000010
【図３】
2018132436.tif 000011
【図４】
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【図５】
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【図６】
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