(57)【要約】【課題】被験者に三次元位置を測定するためのマーカを取り付ける場合に被験者に抵抗を与えることなく、さらに測定したい測定点とマーカとの間にズレが発生しないようにマーカの三次元位置を測定することを目的とする。【解決手段】本発明は、被験者の測定点に取り付けられ、被験者を撮影装置により撮影した画像データから被験者の測定点の三次元位置を測定する三次元位置測定システムのマーカ２０であって、被験者の測定点に直接、付着される付着基材２１と、磁力によって前記付着基材２１に吸着され、前記撮影装置によって撮影されるマーカ部材２５とを有し、前記付着基材２１と前記マーカ部材２５との間で被験者の衣服地５１を挟着可能にしたことを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者の測定点に取り付けられ、被験者を撮影装置により撮影した画像データから被験者の測定点の三次元位置を測定する三次元位置測定システムのマーカであって、
被験者の測定点に直接、付着される付着基材と、
磁力によって前記付着基材に吸着され、前記撮影装置によって撮影されるマーカ部材とを有し、
前記付着基材と前記マーカ部材との間で被験者の衣服地を挟着可能にしたことを特徴とする三次元位置測定システムのマーカ。
【請求項２】
前記付着基材および前記マーカ部材の少なくとも何れか一方が磁石または磁石を含んで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の三次元位置測定システムのマーカ。
【請求項３】
前記マーカ部材は、中空構造の略球体形状に形成され、その中空内部に前記付着基材と吸着し合う磁石または磁性体が転動可能に収容されていることを特徴とする請求項１または２に記載の三次元位置測定システムのマーカ。
【請求項４】
前記磁石または前記磁性体は、略球体形状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の三次元位置測定システムのマーカ。
【請求項５】
前記付着基材は、前記マーカ部材が吸着される面を前記マーカ部材の外周面と略同一の曲率にしたことを特徴とする請求項３または４に記載の三次元位置測定システムのマーカ。
【請求項６】
被験者の測定点に取り付けられるマーカと、
前記マーカを撮影する撮影装置と、
前記撮影装置によって撮影されたマーカの画像データから測定点の三次元位置を測定する画像処理装置とを有する三次元位置測定システムであって、
前記マーカは、
被験者の測定点に直接、付着される付着基材と、
磁力によって前記付着基材に吸着され、前記撮影装置によって撮影されるマーカ部材とを有し、
前記付着基材と前記マーカ部材との間で被験者の衣服地を挟着可能にしたことを特徴とする三次元位置測定システム。
【請求項７】
被験者の測定点に直接、付着される付着基材と、前記測定点の三次元位置を測定するために撮影装置によって撮影されるマーカ部材とを有するマーカの取り付け方法であって、
前記付着基材を被験者の測定点に直接、付着させる手順と、
前記マーカ部材を磁力によって衣服地の上から前記付着基材に吸着させる手順とを有することを特徴とするマーカの取り付け方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人間の動作や姿勢等を非接触で測定しデータ化する三次元位置測定システムのマーカ、三次元位置測定システムおよびマーカの取り付け方法に関するものである。特に、被験者に取り付けられたマーカを撮影装置によって撮影することにより被験者の動作や姿勢等を測定する場合に用いられて好適である。
【背景技術】
【０００２】
従来から、人間の動作や姿勢等を非接触で測定する測定システムとして、三次元位置測定システム（モーションキャプチャーシステム）が知られている。三次元位置測定システムには、カメラ等の撮影装置を用いて測定する光学式のシステムが広く用いられている。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示された光学式のモーションキャプチャーシステムでは、従来のモーションキャプチャーシステムとして、人間の関節等の特徴点に取り付けられるマーカと、このマーカの動作を撮影する複数のカメラと、複数のカメラによって撮影された映像データに基づいてマーカの動作を測定し三次元座標にデータ化する処理装置とを備えている。
このような三次元位置測定システムによれば、人間の動作の軌跡や姿勢等が三次元座標上のデータとして記録されることから人間の動作や姿勢を解析することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−７４２４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、上述したような光学式の三次元位置測定システムに用いられるマーカは、例えば再帰反射塗料を塗布した直径数ｍｍから数ｃｍの球体で構成されている。また、マーカは、人間の動作をより正確に測定できるように、なるだけ人体に近づけて取り付ける必要がある。したがって、マーカを皮膚に直接貼り付けたり、衣服の上から貼り付けたり、マーカが予め取り付けられたスーツを着用したり、マーカが取り付けられたサポータやベルト等を人体に巻き付けたりすること等によって、マーカを人体に近づけて取り付けている。
【０００６】
しかしながら、マーカを皮膚に貼り付ける場合、脱衣の必要があるために一般的な人間工学実験では実施が困難であった。すなわち、一般的な人間工学実験では、被験者が一般人であり、特に女性の場合には脱衣に抵抗感をもってしまうためである。
また、マーカを衣服の上から貼り付ける場合、測定したい人体部位と衣服との間でズレが生じてしまい、正確な三次元位置測定を行うことができない。
【０００７】
また、マーカが予め取り付けられたスーツを着用する場合、被験者の大きさに合わせて様々なサイズのスーツを準備する必要があったり、スーツが特殊な外観のために被験者が着用するのに心理的な抵抗感があったりする。
さらに、マーカが取り付けられたサポータやベルト等を人体に巻き付ける場合、正確な位置に装着することが困難であり、大きな動作ではズレが生じてしまう。一方、動作中にズレが生じないように人体に強く装着した場合は、被験者は締め付け感をもち、苦痛を与えてしまう。
【０００８】
本発明は、上述したような問題点に鑑みてなされたものであり、被験者に三次元位置を測定するためのマーカを取り付ける場合に被験者に抵抗感を与えることなく、さらに測定したい測定点とマーカとの間にズレが発生しないように三次元位置測定を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る三次元位置測定システムのマーカは、被験者の測定点に取り付けられ、被験者を撮影装置により撮影した画像データから被験者の測定点の三次元位置を測定する三次元位置測定システムのマーカであって、被験者の測定点に直接、付着される付着基材と、磁力によって前記付着基材に吸着され、前記撮影装置によって撮影されるマーカ部材とを有し、前記付着基材と前記マーカ部材との間で被験者の衣服地を挟着可能にしたことを特徴とする。
本発明に係る三次元位置測定システムは、被験者の測定点に取り付けられるマーカと、前記マーカを撮影する撮影装置と、前記撮影装置によって撮影されたマーカの画像データから測定点の三次元位置を測定する画像処理装置とを有する三次元位置測定システムであって、前記マーカは、被験者の測定点に直接、付着される付着基材と、磁力によって前記付着基材に吸着され、前記撮影装置によって撮影されるマーカ部材とを有し、前記付着基材と前記マーカ部材との間で被験者の衣服地を挟着可能にしたことを特徴とする。
本発明に係るマーカの取り付け方法は、被験者の測定点に直接、付着される付着基材と、前記測定点の三次元位置を測定するために撮影装置によって撮影されるマーカ部材とを有するマーカの取り付け方法であって、前記付着基材を被験者の測定点に直接、付着させる手順と、前記マーカ部材を磁力によって衣服地の上から前記付着基材に吸着させる手順とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、被験者に三次元位置を測定するためのマーカを取り付ける場合に被験者に抵抗感を与えることがないと共に、測定したい測定点とマーカとの間のズレを少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】三次元位置測定システムの構成を示す図である。
【図２】画像処理装置の構成を示す図である。
【図３】三次元位置測定システムのマーカの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面に基づき、本発明に係る三次元位置測定システムの好適な実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る三次元位置測定システムの構成を示す図である。
図１に示すように、三次元位置測定システム１０は、被験者の測定点に取り付けられるマーカ２０と、被験者に取り付けられたマーカ２０を撮影する撮影装置３０と、撮影したマーカの映像データから被験者の測定点の三次元位置を測定する画像処理装置４０とを含んで構成されている。
【００１３】
マーカ２０は、実験者が三次元位置を測定したい被験者の測定点ごとに１つずつ取り付けられる。図１に示す被験者には、被験者の関節や人体の主要部位にマーカ２０が複数、取り付けられている。本実施形態に係るマーカ２０は、被験者の動作や姿勢を正確に測定するために測定の対象とする測定点になるだけ近接させて取り付けられることができるように構成されている。また、マーカ２０を取り付ける場合に被験者の心理的な抵抗感を低減できるように構成されている。
本実施形態のマーカ２０の詳細な構成および取り付け方法については後述する。
【００１４】
撮影装置３０は、被験者に取り付けられたマーカ２０を同時に異なる方向から撮影できるように複数、設置されている。図１に示す三次元位置測定システム１０では、被験者の周囲に４台の撮影装置３０が設置されているが、この場合に限られず、さらに増設してもよい。各撮影装置３０は、撮影した各マーカ２０の映像データを画像処理装置４０に送信できるように、画像処理装置４０に有線または無線で接続されている。
【００１５】
画像処理装置４０は、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）である。ここで、図２を参照して、画像処理装置４０の構成について説明する。
図２に示すように、画像処理装置４０は、実験者が画像処理装置４０に対して指示を入力するためのキーボートやマウス等の入力部４１、映像データを取り込むためのビデオキャプチャー部４２、画像処理装置４０全体を制御するＣＰＵ４３、複数のプログラムが格納されたりデータが記録されたりするメモリ４４、三次元位置測定において解析された結果を表示するディスプレイ４５等を含んで構成されている。
なお、メモリ４４に格納されているプログラムは、例えば三次元座標計測ソフトや三次元解析ソフト等である。
【００１６】
ここで、画像処理装置４０が、被験者に取り付けられたマーカ２０を撮影した映像データから、三次元位置測定を行い、被験者の動作を解析する処理について簡単に説明する。
まず、ＣＰＵ４３は、撮影装置３０が連続的に撮影した各画像データを、ビデオキャプチャー部４２を介して取り込み、メモリ４４等に記録する。
ＣＰＵ４３は、三次元座標計測ソフトを実行して、記録した各画像データに基づいて、三次元の空間内における各マーカ２０の位置を測定する。具体的には、ＣＰＵ４３は、映像データから、各マーカ２０の三次元座標値を算出する。
【００１７】
次に、ＣＰＵ４３は、三次元解析ソフトを実行して、算出した三次元座標値に基づいて、各マーカ２０の移動速度や距離等を算出する。
また、ＣＰＵ４３は、実験者の入力部４１の操作等に応じて、算出した各マーカ２０の三次元座標値、移動速度および距離等を用いて、各マーカ２０の動作をアニメーションにしてディスプレイ４５に表示することができる。
このように、三次元位置測定システム１０によれば、被験者の動作すなわち測定点の移動や姿勢をマーカ２０を介して、データ化することができる。このようにデータ化された被験者の動作を解析することで、人間工学の分野やアニメーションの作成等に役立てることができる。
【００１８】
次に、図３を参照して本実施形態に係るマーカ２０について説明する。
図３（ａ）に示すように、マーカ２０は、付着基材２１とマーカ部材２５とを含んで構成されている。付着基材２１は、略円板状に形成された磁石である。付着基材２１は、被験者の測定点５０に直接、付着できるようになっている。具体的には、付着基材２１には粘着テープ２２が貼り付けられていて、粘着テープ２２を被験者の測定点である皮膚に直接、貼着することにより、測定点５０に付着基材２１を貼り付け固定することができる。このように付着基材２１を被験者の測定点５０に直接に貼り付けることにより、被験者が大きな動作を行っても測定点５０と付着基材２１との間でズレが発生することがない。なお、付着基材２１は、皮膚に直接、貼り付けられることから、付着基材２１の人体側面２３は、皮膚の表面に合わせて略平坦に形成されていることが好ましい。
【００１９】
一方、マーカ部材２５は、磁石により吸着されない材質、例えば合成樹脂であって、略球体形状の中空構造になっている。マーカ部材２５の外周面は、マーカ部材２５に照射された光が反射され易いように例えば反射シートが貼付されたり反射塗料が塗布されたりしている。また、マーカ部材２５内部の空間２６は、その内周面を略球面状に形成されている。このマーカ部材２５内部の空間２６には、空間２６の内周面を転動可能な略球体形状の磁石２７が収容されている。
このように、マーカ部材２５は内部に磁石２７が設けられると共に付着基材２１が磁石で構成されているので、マーカ部材２５と付着基材２１とは、磁力によって互いに吸着される。
【００２０】
次に、マーカ２０を被験者に取り付ける取り付け方法について説明する。
まず、被験者は、測定の対象とする測定点５０の皮膚上に、粘着テープ２２を用いて付着基材２１を貼り付ける。次に、被験者は、付着基材２１を付着した上から、衣服を着用する。続いて、被験者は、マーカ部材２５を衣服の衣服地５１の上から付着基材２１に近づける。このとき、マーカ部材２５内の磁石２７と付着基材２１とが、互いに磁力によって吸引される。つまり、マーカ部材２５は、衣服地５１を間に挟んだ状態で付着基材２１に吸着される。このようにしてマーカ部材２５を、衣服地５１を介して付着基材２１に吸着させ、付着基材２１とマーカ部材２５との間で衣服地５１を挟着させることで、マーカ２０を被験者に取り付けることができる。
【００２１】
このとき、被験者は衣服を着用した上からマーカ部材２５を取り付けることから測定点となる肌を露出した状態で測定に臨む必要がない。また、被験者は、付着基材２１自体を自ら貼り付ければいいので、測定を行ったりマーカ２０を取り付けたりするときの被験者の心理的な抵抗感を低減させることができる。
【００２２】
また、マーカ部材２５と付着基材２１とは、常に吸着し合う状態であるために、マーカ部材２５と付着基材２１との間の距離は、常に一定である。すなわち、被験者が動いてもマーカ部材２５と付着基材２１との間にズレが発生することがないので、正確な三次元位置測定を行うことができる。一方、被験者が大きな動作を行ったような場合、付着基材２１と衣服地５１との間にズレが生じることがあるものの、マーカ部材２５は自動的に付着基材２１に近づくように位置を修正する。すなわち、マーカ部材２５は、付着基材２１との吸着状態を維持すべくマーカ部材２５の内部の空間２６を転動もしくは移動する磁石２７に追従する。したがって、正確な三次元位置測定を継続して行うことができる。
【００２３】
このように本実施形態に係るマーカによれば、被験者に三次元位置を測定するためのマーカを取り付ける場合に被験者に抵抗感を与えることがないと共に、測定したい測定点とマーカとの間のズレが生じないようにすることができる。
なお、上述した実施形態では、付着基材２１とマーカ部材２５の一部とが磁石で構成される場合について説明したが、この場合に限られない。例えば、付着基材２１およびマーカ部材２５のうち何れか一方を磁石で構成し、他方を磁石に吸着される鉄等の磁性体で構成されていてもよい。
【００２４】
また、付着基材２１の形状を略円板状に構成する場合について説明したが、この場合に限られず、どのような形状であってもよい。例えば、図３（ｂ）に示すように、付着基材２１の吸着面２４を凹状に形成してもよい。具体的には、吸着面２４をマーカ部材２５の球体の曲率と略同一の球面形状に形成する。このように、球面状に形成することにより、マーカ部材２５と測定点５０とをより近接させることができるので、より正確な測定を行うことができる。また、マーカ部材２５の一部が吸着面２４の球面に嵌り込み態様であることから、付着基材２１とマーカ部材２５との間の吸着が安定し、付着基材２１とマーカ部材２５との間のズレの発生を、より防止することができる。
【００２５】
また、図３（ｂ）に示すように、マーカ部材２５の球面を形成する外殻の肉厚を、より薄くするように構成してもよい。このように、マーカ部材２５の外殻の肉厚を薄くすることにより、マーカ部材２５内の磁石２７と付着基材２１との距離が短くなり、マーカ部材２５と付着基材２１との間の吸着力が向上し、付着基材２１とマーカ部材２５との間のズレの発生を、より防止することができる。
【００２６】
また、上述した実施形態では、マーカ部材２５の表面が光を反射し易いように構成されている場合について説明したが、この場合に限られない。すなわち、マーカ部材２５は自らが光を発光する発光体であってもよい。この場合であっても、マーカ部材２５が、測定点に貼付された付着基材２１に、磁力により吸着されるように構成されていれば、上述した実施形態と同様の効果を奏することができる。
また、上述した実施形態では、マーカ部材２５内に磁石２７を設ける場合について説明したが、この場合に限られず、マーカ部材２５自体を磁石または磁性体にしてもよい。
【符号の説明】
【００２７】
１０：三次元位置測定システム  ２０：マーカ  ２１：付着基材  ２２：粘着テープ
２３：人体側面  ２４：吸着面  ２５：マーカ部材  ２６：空間  ２７：磁石
３０：撮影装置  ４０：画像処理装置  ４１：入力部  ４２：ビデオキャプチャー部
４３：ＣＰＵ  ４４：メモリ  ４５：ディスプレイ  ５０：測定点  ５１：衣服地
【図１】
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【図２】
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【図３】
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