(57)【要約】【課題】【解決手段】ゴルフスイング等の運動動作のパフォーマンスを分析及び改善するためのシステム及び方法は、ユーザに対して慣性センサ及びビデオカメラを準備し、ゴルフスイング又は対象となる他のこうした運動動作をモニタすることと、動作の成分部分に関連する所定のパラメータを採点し、動作の単一の運動指数点を得るためにパラメータの得点を比較することを含む受診結果分析用のパフォーマンスデータの膨大なライブラリを活用すると共に、これに寄与することと、ビデオ、動作データからの色分け段階フレームアニメーション、及びデータ／時間グラフを含む多数の同期形式において、リアルタイムで情報量の多い結果のグラフィック表示を提供することと、結果に基づいて、標準用具及びトレーニング補助を使用する標準運動のライブラリから選択された運動により、ユーザ固有のトレーニング体系を処方することからなる。【選択図】なし
2008528195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
個人の選択運動動作の分析及び改善のための方法であって、
処理コンピュータと、慣性センサと、ビデオカメラと、コンピュータ駆動表示画面とを備えるコンピュータに基づく動作分析システムを使用するステップと、
個人を、当該個人に取り付けた多数の当該慣性センサと、当該個人に向けた当該カメラとにより、当該運動動作の実行をモニタすることで試験するステップと、
当該運動動作の実行中に当該センサからのセンサデータ及び当該カメラからのビデオ信号を収集するステップと、
当該センサデータを処理して、前記運動動作の所定の選択成分の所定の選択パフォーマンスパラメータを表す動作データにすることで、前記センサデータを分析するステップと、
当該ビデオ信号と、当該動作データから形成された、少なくとも一つの色分けされた身体区画の前記動作を表す多色三次元アニメーションと、当該動作の多数の選択された当該パフォーマンスパラメータの時間に基づくグラフとが、同期した複合的組み合わせとして構成の一つに含まれる、多数の選択可能な構成のリアルタイムコンピュータ生成表示を備えた形態で、前記分析するステップの結果を報告するステップと
を備える方法。
【請求項２】
前記慣性センサは、無線データトランスミッタを内蔵し、前記コンピュータに基づく動作分析システムは、無線データレシーバを内蔵する請求項１の選択運動動作の分析及び改善のための方法。
【請求項３】
前記運動動作は、関連用具の操作を必要とし、前記個人は、前記個人と前記関連用具とを組み合わせて含む請求項１の選択運動動作の分析及び改善のための方法。
【請求項４】
前記個人は、ゴルフクラブを有するゴルファを含み、前記運動動作は、ゴルフスイング動作である請求項１の選択運動動作の分析及び改善のための方法。
【請求項５】
前記アニメーションは、主要身体区画別に色分けされる請求項１の選択運動動作の分析及び改善のための方法。
【請求項６】
更に、前記試験するステップの前に、選択された前記動作成分に対する動作限界の範囲を設定するステップを備え、前記アニメーションには、内部において前記身体区画が可視となる前記動作限界を表す三次元ケージが組み込まれる請求項１の選択運動動作の分析及び改善のための方法。
【請求項７】
更に、前記動作限界を超える動作の発生時に前記表示内の選択色を変更するステップを備える請求項１の選択運動動作の分析及び改善のための方法。
【請求項８】
前記分析するステップは、更に、選択パラメータについて、前記動作データ試験値を、同じパラメータの所定の基準値と比較し、そこからの偏差の度合いを決定するステップとを備え、前記報告するステップは、更に、選択パラメータの前記試験値と前記基準値とを同時に表示する前記時間に基づくグラフを含む請求項１の選択運動動作の分析及び改善のための方法。
【請求項９】
前記分析するステップは、更に、前記試験値及び前記基準値から、各前記選択パラメータの得点を計算するステップを備える請求項８の選択運動動作の分析及び改善のための方法。
【請求項１０】
前記分析するステップは、前記運動動作の合計パフォーマンス値を表す単一の得点を求めるために、前記選択パラメータの前記得点を所定の式により組み合わせるステップを備える請求項９の選択運動動作の分析及び改善のための方法。
【請求項１１】
更に、それぞれの前記パラメータの前記基準値からの前記偏差の量に基づいて、所定のトレーニング用具リストに関連する運動の所定のリストから選択されたトレーニング運動の体系を規定するステップを備える請求項８の選択運動動作の分析及び改善のための方法。
【請求項１２】
運動の頻度及び期間の長さは、前記個人の所定の利用可能なトレーニング時間により限定される請求項１１の選択運動動作の分析及び改善のための方法。
【請求項１３】
前記センサは、センサ筐体内で積層トポロジを有し、電池は、前記筐体の底部に近接すると共に形状が一致し、センサ要素及び電子回路は、前記筐体内で前記電池の上方に位置決めされる請求項２の選択運動動作の分析及び改善のための方法。
【請求項１４】
前記センサは、前記個人が身に着ける身体器具に取り付けられ、前記センサ及び前記器具は、前記器具において前記センサを同一の配向性で同一の場所に均一に反復して取り付け可能となる、対応する接合構造を有する請求項１の選択運動動作の分析及び改善のための方法。
【請求項１５】
更に、前記分析するステップの前記結果をコンピュータデータベースに格納し、前記結果を後の再生に利用可能とするステップを備える請求項１の選択運動動作の分析及び改善のための方法。
【請求項１６】
更に、前記コンピュータに基づくシステムをコンピュータネットワークに接続し、前記結果をリモートアクセスに対して利用可能にするステップを備える請求項１の選択運動動作の分析及び改善のための方法。
【請求項１７】
更に、前記試験するステップの前に、
少なくとも一つの動作基準点を有するように試験場所を選択及び定義するステップと、
前記基準点に対して所定の角度、高さ、仰角、及びオフセットで前記試験場所に向かうように前記ビデオカメラを位置決めするステップと、
前記コンピュータ駆動表示画面に前記カメラからのビデオ信号を供給するステップと、
前記基準点に対応する前記コンピュータ駆動表示画面にオーバレイを挿入するステップと、を備える請求項１の選択運動動作の分析及び改善のための方法。
【請求項１８】
前記動作データから形成された、少なくとも一つの色分け身体区画の前記動作を表す前記多色三次元アニメーションは、
動作中のオブジェクトの選択位置が後続フレームにおいて保持され、運動軌道が閲覧者に明らかとなり、前記保持位置が動作中の前記オブジェクトの時間、位置、速度、及び加速度で構成された基準の集合から選択された基準に基づいて選択される段階フレームアニメーションを備える請求項１の選択運動動作の分析及び改善のための方法。
【請求項１９】
ゴルフクラブを把持する個人のゴルフスイング動作の分析及び改善のための方法であって、処理コンピュータとの無線レシーバ通信と、無線慣性センサと、ビデオカメラと、コンピュータ駆動表示画面とを備えるコンピュータに基づく動作分析システムを、
個人を、前記個人及び前記ゴルフクラブ上の多数の前記慣性センサと、前記個人及び前記ゴルフクラブに向けた前記ビデオカメラとにより、前記ゴルフスイング動作の実行をモニタすることで試験するステップと、
前記ゴルフスイング動作の実行中に前記センサからのセンサデータ及び前記カメラからのビデオ信号を収集するステップと、
前記センサデータを処理して、前記運動動作の選択成分の選択パフォーマンスパラメータを表す動作データ試験値にして、前記選択パフォーマンスパラメータについて、前記動作データ試験値を、同じ前記パラメータに対する所定の基準値と比較し、そこからの偏差の度合いを決定し、前記動作データ試験値及び前記基準値から、各前記パラメータの得点を計算し、前記ゴルフスイング動作の合計パフォーマンスを表す単一の得点を求めるために、前記選択パフォーマンスパラメータの前記得点を所定の式により組み合わせることで、前記センサデータを分析するステップと、
前記ビデオ信号と、前記動作データから形成された、少なくとも一つの色分け身体区画の前記動作を表す多色三次元アニメーションと、前記動作の多数の選択された前記パフォーマンスパラメータの時間に基づくグラフとが、同期した複合的組み合わせとして構成の一つに含まれる、多数の選択可能な構成のリアルタイムコンピュータ生成表示を備えた形態で、前記分析するステップの結果を報告するステップと、
関連パフォーマンスパラメータに基づいて、所定のトレーニング用具リストに関連する運動の所定のリストから選択されたトレーニング運動の体系を規定するステップと、
前記コンピュータに基づくシステムをコンピュータネットワークに接続し、前記分析するステップ及び前記規定するステップの前記結果をリモートアクセスに対して利用可能にするステップと、
前記分析するステップ及び前記規定するステップの前記結果をコンピュータデータベースに格納し、前記結果を後の再生に利用可能とするステップと、のために使用するステップを備える方法。
【請求項２０】
更に、前記試験するステップの前に、前記動作の選択成分に対する動作限界の範囲を設定するステップを備え、前記アニメーションには、内部において前記身体区画が可視となる前記動作限界を表す三次元ケージが組み込まれる請求項１９の選択運動動作の分析及び改善のための方法。
【請求項２１】
更に、前記動作限界を超える動作の発生時に前記表示内の選択色を変更するステップを備える請求項１９の選択運動動作の分析及び改善のための方法。
【請求項２２】
運動の頻度及び期間の長さは、前記個人の所定の利用可能なトレーニング時間により限定される請求項１９の選択運動動作の分析及び改善のための方法。
【請求項２３】
更に、前記列挙したステップを反復するステップを備える請求項１９の方法。
【請求項２４】
個人の選択運動動作の分析及び改善のためのコンピュータに基づくシステムであって、
関連ソフトウェア、データ入力及びデータ出力の手段、及びコンピュータ駆動表示画面を有する処理コンピュータと、
前記処理コンピュータとデータ通信する多数の慣性センサと、
前記センサを前記個人の身体の所定ポイントに近接して保持できるように所定位置に取り付け可能である、身体への非干渉装着用に構成された装身可能器具と、
前記処理コンピュータと通信するビデオカメラと、を備え、
前記ソフトウェアは、センサデータを処理して、前記選択運動動作の所定の成分の所定のパラメータに関連する動作データにするように構成され、更に、前記ビデオ信号と、前記動作データから形成された、少なくとも一つの色分けされた身体区画の前記動作を表す多色三次元アニメーションと、前記動作の多数の選択された前記パフォーマンスパラメータの時間に基づくグラフとが、同期した複合的組み合わせとして構成の一つに含まれる、多数の選択可能な構成のリアルタイム表示を生成するように構成される、コンピュータに基づくシステム。
【請求項２５】
前記慣性センサは、無線データトランスミッタを内蔵し、前記コンピュータに基づく動作分析システムは、更に、前記処理コンピュータと通信する無線データレシーバを備える請求項２４の選択運動動作の分析及び改善のためのコンピュータに基づくシステム。
【請求項２６】
前記選択運動動作は、関連用具の操作を必要とするものであり、前記個人は、前記個人と前記関連用具とを組み合わせて含む請求項２４の選択運動動作の分析及び改善のためのコンピュータに基づくシステム。
【請求項２７】
前記個人は、ゴルフクラブを有するゴルファを含み、前記運動動作は、ゴルフスイング動作である請求項２４の選択運動動作の分析及び改善のためのコンピュータに基づくシステム。
【請求項２８】
前記ソフトウェアは、更に、試験の前に、選択された前記動作成分に対する所望の動作限界の入力を受け付け、前記アニメーションを前記内において、前記動作限界を表し、内部において前記身体区画が可視となる三次元ケージと共に生成するように構成される請求項２４の選択運動動作の分析及び改善のためのコンピュータに基づくシステム。
【請求項２９】
前記ソフトウェアは、更に、前記動作限界を超える動作の発生時に前記表示内の選択色を変更するように構成される請求項２８の選択運動動作の分析及び改善のためのコンピュータに基づくシステム。
【請求項３０】
前記ソフトウェアは、更に、選択された前記パラメータについて、前記動作データ試験値を、同じパラメータの所定の基準値と比較し、そこからの偏差の度合いを決定すると共に、選択パラメータの前記試験値と前記基準値とを時間に基づくグラフ上で同時に表示するように構成される請求項２４の選択運動動作の分析及び改善のためのコンピュータに基づくシステム。
【請求項３１】
前記ソフトウェアは、更に、前記試験値及び前記基準値から、各前記選択パラメータの得点を計算するように構成される請求項３０の選択運動動作の分析及び改善のためのコンピュータに基づくシステム。
【請求項３２】
前記ソフトウェアは、更に、前記運動動作の合計パフォーマンス値を表す単一の得点を求めるために、前記選択パラメータの前記得点を所定の式により組み合わせるように構成される請求項３１の選択運動動作の分析及び改善のためのコンピュータに基づくシステム。
【請求項３３】
前記ソフトウェアは、更に、それぞれの前記パラメータの前記基準値からの前記偏差の量に基づいて、所定のトレーニング用具リストに関連する運動の所定のリストから選択されたトレーニング運動の体系を規定するように構成される請求項３０の選択運動動作の分析及び改善のためのコンピュータに基づくシステム。
【請求項３４】
前記ソフトウェアは、前記試験の前に、前記個人の利用可能なトレーニング時間を定義する入力を受け付けるように構成され、前記トレーニング練習により規定された頻度及び期間の長さは、前記利用可能なトレーニング時間により限定される請求項３３の選択運動動作の分析及び改善のためのコンピュータに基づくシステム。
【請求項３５】
前記センサは、センサ筐体内で積層トポロジを有し、電池は、前記筐体の底部に近接すると共に形状が一致し、センサ要素及び電子回路は、前記筐体内で前記電池の上方に位置決めされる請求項２５の選択運動動作の分析及び改善のためのコンピュータに基づくシステム。
【請求項３６】
前記センサ及び前記器具は、前記器具において前記センサを同一の配向性で同一の場所に均一に反復して取り付け可能となる、対応性のあるキーを備えた接合構造を有する請求項２４の選択運動動作の分析及び改善のためのコンピュータに基づくシステム。
【請求項３７】
更に、コンピュータデータベースとの接続を備え、前記ソフトウェアは、前記動作データを保存し、後の再処理及び再生用に利用可能とするように構成される請求項２４の選択運動動作の分析及び改善のためのコンピュータに基づくシステム。
【請求項３８】
更に、コンピュータデータベースとの接続を備え、前記ソフトウェアは、前記ビデオ表示を保存し、後の再生用に利用可能とするように構成される請求項２４の選択運動動作の分析及び改善のためのコンピュータに基づくシステム。
【請求項３９】
更に、コンピュータネットワークとの接続を備え、前記ソフトウェアは、前記コンピュータネットワークを介してアクセスを行い、アクセスを受けるように構成される請求項２４の選択運動動作の分析及び改善のためのコンピュータに基づくシステム。
【請求項４０】
前記ソフトウェアは、前記動作データから、多色三次元段階フレームアニメーションを生成するように構成され、動作中のオブジェクトの選択位置は、前記アニメーションの後続フレームにおいて保持され、運動軌道が閲覧者に明らかとなり、前記保持位置は、動作中の前記オブジェクトの時間、位置、速度、及び加速度で構成された基準の集合から選択された基準に基づいて選択される請求項２４の選択運動動作の分析及び改善のためのコンピュータに基づくシステム。
【請求項４１】
ゴルフクラブをスイングするゴルファのゴルフスイング動作の分析及び改善のためのコンピュータに基づくシステムであって、
関連ソフトウェア、データ入力及びデータ出力の手段、コンピュータデータベースへの接続、コンピュータネットワークへ接続する手段、及びコンピュータ駆動表示画面を有する処理コンピュータと、
前記処理コンピュータと無線手段によりデータ通信する多数の慣性センサと、
前記センサを前記ゴルファの身体の所定ポイントに近接して保持できるように所定位置に取り付け可能である、前記ゴルファの身体への非干渉装着用に構成された装身可能器具と、
前記処理コンピュータと通信する少なくとも一台のビデオカメラと、を備え、
前記ソフトウェアは、センサデータを処理して、前記選択運動動作の所定の成分の所定のパラメータに関連する動作データにするように構成され、更に、前記ビデオ信号と、前記動作データから形成された、少なくとも一つの色分け身体区画の前記動作を表す多色三次元アニメーションと、前記動作の多数の選択された前記パフォーマンスパラメータの時間に基づくグラフとが、同期した複合的組み合わせとして構成の一つに含まれる、多数の選択可能な構成のリアルタイム表示を生成するように構成され、
前記ソフトウェアは、更に、試験の前に、選択された前記動作成分に対する所望の動作限界の入力を受け付け、前記アニメーションを前記内において、前記動作限界を表し、内部において前記身体区画が可視となる三次元ケージと共に生成するように構成され、
前記ソフトウェアは、更に、前記動作限界を超える動作の発生時に前記表示内の選択色を変更するように構成され、
前記ソフトウェアは、更に、選択された前記パラメータについて、前記動作データ試験値を、同じパラメータの所定の基準値と比較し、そこからの偏差の度合いを決定すると共に、選択パラメータの前記試験値と前記基準値とを時間に基づくグラフ上で同時に表示するように構成され、
前記ソフトウェアは、更に、前記試験値及び前記基準値から、各前記選択パラメータの得点を計算すると共に、前記運動動作の合計パフォーマンス値を表す単一の得点を求めるために、前記選択パラメータの前記得点を所定の式により組み合わせるように構成され、
前記ソフトウェアは、更に、それぞれの前記パラメータの前記基準値からの前記偏差の量に基づいて、所定のトレーニング用具リストに関連する運動の所定のリストから選択されたトレーニング運動の体系を規定するように構成され、
前記ソフトウェアは、前記試験の前に、前記ゴルファの利用可能なトレーニング時間を定義する入力を受け付けるように構成され、前記トレーニング練習により規定された頻度及び期間の長さは、前記利用可能なトレーニング時間により限定され、
前記ソフトウェアは、前記動作データを前記データベースに保存し、後の再処理及び再生用に前記動作データを利用可能とするように構成され、
前記ソフトウェアは、前記コンピュータネットワークを介して他のコンピュータにアクセスし、他のコンピュータからアクセスされるように構成される
コンピュータに基づくシステム。
【請求項４２】
前記センサは、センサ筐体内で積層トポロジを有し、電池は、前記筐体の底部に近接すると共に形状が一致し、センサ要素及び電子回路は、前記筐体内で前記電池の上方に配置された請求項４１の選択運動動作の分析及び改善のためのコンピュータに基づくシステム。
【請求項４３】
前記ソフトウェアは、試験場所に対する、動作の参照点からの所定の角度、高さ、仰角、及びオフセットによるカメラの配置により事前に決定された前記ビデオ表示上の位置において、前記ライブビデオ表示に基準線を重ねるように構成される請求項４１のゴルフスイング動作の分析及び改善のためのコンピュータに基づくシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［政府の権利に関する記述］
本発明は、連邦政府の後援による研究又は開発の恩恵を受けずに成されたものである。
【０００２】
［著作権の表示］
本特許出願の一部には、図を含め、著作権保護の対象となる資料が含まれる。あらゆる場合において、著作権の表示は、含まれる場合又は含まれない場合がある。本資料の複製は、本願が提出された管轄区域の特許庁が公開した形態において許可される。他の全ての権利は留保される。
【０００３】
［関連出願の説明］
本発明は、２００５年１月２６日提出の係属中の米国特許出願第６０／６４７，７５１号に対する優先権を主張する。
【背景技術】
【０００４】
時間の経過と共に、ゴルフクラブのスイングを含む様々な運動動作の適切な技巧を教示するために、多数の異なる手法が実施されてきた。多くの指導者、例えば、ゴルフプロは、ビデオ分析システムを使用して、ゴルフクラブを適切に振る方法を生徒に教える。一般的なビデオ分析システムを使用することで、生徒のゴルフスイングは、ビデオ記録デバイスに取り込まれる。指導者は、記録されたビデオ情報を再生し、スイングに関するフィードバックを提供しながら、生徒のゴルフスイングについて説明する。指導用のフィードバックは、生徒のスイングに関連する問題に対するコメント、生徒のスイングの上達に関する賛辞、ユーザのスイングを補正することに関する提案、或いは生徒のスイングに関係した他の任意の口頭での指示コメントとなり得る。このようにして個人のゴルフスイングを視覚化することは、ゴルフスイング全体を改善するために、問題を特定し、こうした問題を解消する上で貴重なツールとして認められてきた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ビデオ分析システムはゴルフプロに広く使用されているが、こうしたシステムには欠点がある。欠点の一つは、ビデオ情報をゴルフプロに主観的に分析させることに関連する。この分析は主観的であるため、解釈の余地があり、不正確になりやすいだけでなく、異なるカメラアングル、少なすぎるカメラ、或いは緩みのある服装では、通常、ゴルフスイングに関連する多くの問題がビデオ記録システムでは取り込めないという事実により、こうした分析は、悪影響を受ける。そのため、ゴルフプロは、通常、問題を推測せざるを得ない。ビデオ上のスイングの技巧及び測定値を分離するのが困難であることから、ゴルフプロが与えるアドバイスは、不正確で矛盾したものになりがちである。
【０００６】
一般的なビデオ分析システムに関連する欠点を克服するために、指導者は、分析及び指導を助けるものとして、動作又は位置分析システムを採用してきた。１９７０年代以降、大学及び民間の研究財団は、二次元フィルム又はビデオテープを三次元データへと処理可能な手法を使用して、人間の動作を研究してきた。人間の動作（生体力学）の特性を特徴付ける上では、単純な変位、速度、及び加速の測定から、更に複雑な力及びトルク（応力）の測定に至る進展が見られた。科学者達は、人間の動作と、その筋骨格系に対する影響とを理解する研究を進めているが、こうした情報のうち、患者が直接的に恩恵を受けられる臨床分野に適用されてきたものはほんの僅かである。
【０００７】
現在の動作分析システムでは、生徒／競技者は、センサ要素を身体に着ける必要があり、センサ要素は、手、腰、肩、頭といった、分離された身体部分の位置データを送信する。絶対基準系、例えば、室内に中心点を固定したデカルト座標系に従い、分離された身体上の地点をスイング中に測定する。動作分析を使用することで、生徒のスイングの問題を更に的確に判断できる正確な測定値が提供される。動作分析は生徒のスイングの正確な位置データを提供するが、実際の問題が存在し得る場所について視覚的な助けがないため、それ自体単独では、特に有用ではない。単独で使用された場合、動作分析システムでは、指導者には数字のみが与えられ、生徒の何が悪いのかを視覚化したものが与えられないため、効果的な教育ツールとはならない。一部の動作分析システムは、取り込んだデータに基づいたゴルフスイングの要素を描写するアニメーションを提供する。しかしながら、アニメーションは粗く、ゴルファのスイング中にどのように見えるかを示すものではない。
【０００８】
その結果、動作分析システムは、他方から独立して使用された際の各システムに関連する問題を克服しようと試みるため、ビデオ分析システムと共に使用される。指導者は、モーションキャプチャデータを使用して、情報をビデオデータに主観的にマッピングする。これにより、更に具体的なデータが指導者に提供されるが、これは少なくとも一つの大きな問題に関連している。指導者は、ビデオを視聴中、動作分析情報からのデータ点に対応するスイング位置を推定する必要がある。スイングの分析には、位置データ点を生徒のスイングの関連位置に結び付ける際に、多大な労力だけでなく、相当量の推定を要する。
【０００９】
更に、ビデオ分析を提供するシステムは、モーションキャプチャ情報を提供するシステムから切り離されており、指導者は、生徒に対して、様々な位置測定値を表示し、分離されたビデオ再生を提供するために、多数の制御を操作する必要がある。
【００１０】
ゴルフとゴルフスイングとに関して、一部のシステムは、独習のプレイヤとプロの指導を受けるプレイヤとの両方のニーズに対応するように開発されてきた。こうしたシステムの例には、（１）共にコネチカット州エセックスのＳｐｏｒｔｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｉｎｃ．製Ｓｐｏｒｔｅｃｈ  Ｇｏｌｆ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｎａｌｙｚｅｒ及びＷＡＶＩ．ＴＭ．システム、（２）カリフォルニア州メンロパークのＯｐｔｉｍｕｍ  Ｈｕｍａｎ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｃｅｎｔｅｒｓ，  Ｉｎｃ．製ＢｉｏＶｉｓｉｏｎ．ＴＭ．、（３）アイダホ州ルイストンのＧｏｌｆＴｅｋ製Ｐｒｏ  Ｇｒａｆｉｘ  Ｓｙｓｔｅｍ、及び（４）カリフォルニア州マウンテンビューのＳｐｏｒｔ  Ｓｅｎｓｅ製Ｓｗｉｎｇ  Ｍｏｔｉｏｎ  Ｔｒａｉｎｅｒがある。
【００１１】
他の従来技術では、例えば、ゴルファが多数の反射テープを身体の様々な場所に着けるシステムを教示している。プレイヤがクラブを振る際に、テレビカメラは、反射テープの動きを介して、ゴルファの動作を取り込む。動作の画像は、デジタル化され、反射テープの二次元座標が計算される。計算された座標は、その後、ゴルファのスイングを分析するために様々な形で操作される。例えば、座標は、ゴルファのスイングを表現した動く棒線画を構築するのに使用できる。
【００１２】
別のシステムでは、色付きのクラブヘッドと色検出部とを介して、クラブヘッド速度を検出するビデオデバイス及び方法を開示している。クラブヘッド速度は、その後、アナログ又はデジタル形式で表示される。異なるクラブスイングの相対的なクラブヘッド速度を比較することで、一連のスイングを分析できる。
【００１３】
更に別のシステムは、ゴルファがスイング中に見るためのゴルファのスイング動作のライブビデオ信号を表示するビデオシステムを提供する。一連のビデオオーバレイが、参照及び分析の目的でビデオ信号に挿入される。
【００１４】
コンピュータを使用してゴルファのスイングのビデオテープから一連の静止画を生成する装置及び方法が存在する。静止画には、その後、正しいフォームを表した線を含む一連の補正画像を重ねる。結果は、その後、更なる視覚又は音声情報により増強し、視聴及び分析のため、別のテープに記録する。
【００１５】
ゴルフ練習装置は、ゴルファのスイングのビデオ画像の記録と即時再生とを提供する。赤外線カメラ及びフラッシュ部を使用して、インパクト直前及び直後のクラブヘッドとボールとのスナップショット画像を取得する。光学センサアレイとプロセッサとが、クラブ速度、ボール速度、及びボール角度の統計データを計算する。
【００１６】
この分野で不足しているものは、情報の吸収及び理解を最適化し、更に、ユーザのパフォーマンスの構成部分と、自身の以前の試験結果又は他者のパフォーマンス又は他の基準値との比較研究を提供し、更に、ユーザのパフォーマンスのレベルと、不足している領域と、トレーニング運動の実施により技能レベルを向上するのに利用可能な時間とに合わせて、関連する具体的な運動の説明を提供するような形で、動作の構成部分と、構成部分の調和の度合いとを、ユーザに対するフィードバックとして、低減、分析、報告、及び提示するのに十分なデータにより、ユーザの動作全体を取り込み及びプロット可能な運動動作分析装置及び方法である。
【００１７】
例えば、ゴルフのスイングを実行する際、ゴルファは、特に、腰、肩、及び腕を、順に協調した形で回転させる。スイングのエネルギを最大化するために、ゴルファは、エネルギを足から腰及び肩へ滑らかに伝達する必要があり、更にエネルギを腕へ滑らかに伝達するべきである。必要なものは、データを処理して、ゴルファの動作区画間の最も効率的な運動連結を効果的に実証すると共に、ユーザのパフォーマンスを改善すると思われる運動を規定する、協調した多数の形式でのユーザへの提示を生成する特殊化したソフトウェアを備える、モーションキャプチャ及びデータ処理のシステム及び方法である。
【００１８】
本発明は、上記その他の事項を考慮して成されたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明に関連する運動連結とは、共通の目標である効果的且つ効率的な動作の実行に向けて作用する独立した動作成分の連鎖である。この運動連結の原理は、手又は足で作動又は走査する道具又は運動用具の使用の有無にかかわらず、作業を実行すること、或いは身体の行使により何らかの形でエネルギを変換又は伝達することを意図した全ての動的な運動型の身体動作に適用できる。例えば、ゴルフスイング動作、即ち、ゴルフクラブによりゴルフボールを打つプロセスにおいて、運動連結は、三つの連結を有する四つの主要動作成分で構成される。こうした四つの成分と三つの連結とは、共同で身体の全動作を表す。成分は、腰区画、肩区画、腕区画、及びクラブから成る。連結は、各身体区画間に見られる筋肉組織を含む。この種の動作で利用する必要のある基準系及び地点は地面そのものであるため、動作の完全な分析では、最初に足を考慮し、その後、全体的姿勢、腰、肩、腕、クラブ、そして最後に球を考慮する必要がある。運動連結の何らかのポイントでの欠点は、最適に満たない全体的パフォーマンスを発生させる。動作の成分部分を特定及び改善する手段は、全体的パフォーマンスを改善させる。この仮定は、本発明の基盤を成している。
【００２０】
本発明は、最も広い意味において、通常の労働又はレクリエーション活動の本来的部分がゴルフ等の運動活動である人及び反復的運動動作である人に対して、ゴルフスイング又は他の特定の運動動作の有向性を改善するためにパフォーマンス試験及びトレーニング体系を提供する、大域的な、知識に基づく企業用システム及び方法にしてよい。
【００２１】
システム及び方法の代表的な例では、ユーザに機器を取り付けて動作をモニタする最先端の技術及び設備を使用し、試験結果分析用のパフォーマンスデータの膨大なライブラリを活用すると共に、これに寄与し、多数の同期した形式で、ユーザによる視聴及び／又はコーチによるモニタのために情報量の多い結果のグラフィック表示を提供し、結果に基づき、標準化された道具及びトレーニング補助を使用する標準的運動のライブラリから選択された運動によるユーザ固有のトレーニング体系を規定する。
【００２２】
ユーザとコーチとは、パフォーマンスデータのライブラリにアクセスし、ユーザの最近の試験パフォーマンスを確認し、自分自身又は他の受験者の以前の試験結果と比較し得る。適切な量のオフラインでの運動後、及び／又はユーザ又はコーチの希望により、試験を繰り返す。規定したトレーニングの明細は、再計算され、以前の試験結果に加え、現在のパフォーマンス試験結果を考慮した加重を含んでもよい。パフォーマンス報告は、ユーザが経験したパフォーマンスにおける変化の種類及び度合いの客観的記録を提供する。
【００２３】
システムは、実際の練習セッション中に、特定のドリル又は完全な動作における各連続的試行について、本質的に即時又は「リアルタイム」である視覚及び／又は聴覚的生体フィードバック、或いは「再生」の提示を提供する。規定ドリルの目標からの特定パラメータにおける偏差については、報告が行われ、ユーザには、同一ドリルにおける直後の試行中に、フィードバックに応じて、特定のパラメータの偏差を低減させる機会が即座に与えられる。
【００２４】
一実施形態において、本発明は、反復使用によりゴルファのパフォーマンスを改善することを目的とした、ゴルファのゴルフスイング動作分析用の局所的システム又は方法である。本発明は、多数の身体及び／又はツール取り付けセンサの使用と、受信機／コンピュータに対するセンサデータのリアルタイムでの有線又は無線送信と、データ処理及び分析用のデータベースシステムとを、試験の映像及び／又は音声記録入力と共に含む。結果は、システムにより即座に生成され、完全な動作の成分に関する協調及び比較データ出力のグラフィック表現を、動作データから生成された動作のアニメーションと、動作の実際の映像とに加えて含む、関連する生体フィードバック形態により構成される。三つのフィードバック形態は、中間フィードバックによる連続的な監視付き試行を可能にする即時的形態、或いは、動作の様相を改善することを目的とした規定ドリルの練習用に長期間を有する事後フィードバックモードのいずれかにおいて、ゴルファ及び／又は指導者による容易な吸収及び理解のために、提示の際に結合させる。
【００２５】
分析により、動作全体は、所定の主要成分動作へと減じられる。結果の協調データ出力部分は、ユーザ自身の動作成分の相対的タイミング及び大きさを表現し得る。比較データ出力は、ユーザ自身の動作成分の相対的タイミング及び大きさと、システムデータベースからの専門家又は他の標準的パフォーマンスのデータにおける同一成分との比較を表現し得る。データ処理及び生体フィードバックは、更に、ユーザの実際のパフォーマンスデータにより調整された、スタンス、バランス、腰の位置、肩及び腕の動作といった動作成分に基づくトレーニングのために、ユーザのパフォーマンスレベルと利用可能な時間とに合わせた、標準的運動のデータベースからの規定を含み得る。運動では、所定の道具及びトレーニング補助のライブラリの中から、専用の道具及びトレーニング補助の運動中の使用を規定するか、或いは前提とする。
【００２６】
上記のように、データ入力、分析、生体フィードバック報告は、好ましくは、試験中のユーザから所望の方向で追加動作データを取り込むために設置され、焦点を合わせた映像、音声、及び他の記録デバイスにより増強され、ユーザによる分析及び報告の最善の理解及び吸収のために、データ出力と統合可能な追加のグラフィック、映像、音声、又は他の形態の出力を提供するために処理される。
【００２７】
このシステム及び方法は、単独で使用されても良いしグローバルな形態で実施されても良く、パフォーマンスの改善、怪我の予防、及び／又はリハビリテーションプログラムを提供するために、エネルギがユーザの動作を介して何らかの種類の作業に変換される他の反復的運動又は職業動作に応用することができる。
【００２８】
一組の慣性動作センサは、特別に設計された器具を使用して、戦略的なポイントにおいて、ユーザの身体及び／又はゴルフクラブ等の運動具又はデバイスに取り付け可能である。各動作センサは、多素子感知システムと、三次元位置とセンサの姿勢とを感知及び報告する回路とを含み、更なるアプリケーション固有処理のためにベクトルデータのリアルタイム出力を送信する。動作センサ内の多素子感知システムの一実施形態は、マサチューセッツ州ベッドフォードのＩｎｔｅｒＳｅｎｓｅ  Ｉｎｃ製のもののように、ジャイロスコープ慣性センサと、三個の加速度計と、三個の磁力計とを含む。動作データは、通常、三個の動作センサを採用するシステムにより１２０ヘルツの速度で更新されるが、これより多い又は少ないセンサ及びこれより速い又は遅い位置更新速度によるシステムも、本発明の範囲内である。
【００２９】
一組の動作センサからのベクトルデータは、以下で更に説明するように、ゴルフスイング又は他の運動動作の主成分を導出及び特徴付けするのに十分なデータとなる。情報は、以下で更に説明するように、各センサから直接個別に、或いは一部又は全てのセンサを結線し得る共通の送信機を介して、近くの受信機、したがって、処理コンピュータへ、特定用途向けデータ処理及び分析と、ユーザのパフォーマンスを表現するデータ及びグラフィック出力報告の生成とのために、リアルタイムに近い状態で送信される。
【００３０】
処理コンピュータは、様々なセンサから受領したデータについて関係計算を実行可能であり、これにより、対象となる様々な用途関連パラメータの計算が可能になる。一例として、ゴルフ向けソフトを備えた処理コンピュータは、クラブフェースの角度、或いはゴルフクラブのスイング中にゴルファが肩を回転させる角度を計算できる。こうしたパラメータを、本明細書では「パフォーマンスパラメータ」と呼ぶ。
【００３１】
特にゴルフスイング動作分析システムにおいて、慣性センサデータは、通常、ゴルファの身体パフォーマンスに関連する以下のパラメータへ処理される：腰速度（度毎秒）、腰回転（正負の度数）、肩速度（度毎秒）、肩回転（正負の度数）、クラブリリース（度毎秒）、クラブ速度（マイル毎時）、クラブフェース回転（開／閉度数）、クラブ経路（クラブアドレス位置の内側又は外側の度数）、腰直線運動（中間アドレスの左側又は右側のセンチメートル）、腰肩分離（最大の腰、肩、及びクラブ速度の時差）、腰区画の屈曲／伸張（Ｚ軸に沿った移動のセンチメートル）、及び運動連結。こうしたパラメータは、更に、予想される「飛行中のボール」の結果的なパフォーマンスのパラメータを生成するために外挿される：回転（度毎秒）、打ち出し角度（度）、キャリー距離、ロール距離（ヤード）、合計距離（ヤード）、オフライン移動距離（右側又は左側のヤード）、飛球特性（フェード、ドロー、フック、スライス、プッシュ、プル、ストレート）、及びＰＴＩ、即ち動力伝達指数。
【００３２】
処理コンピュータは、ゴルファ又は指導者によるスイングの視覚化及び調整を可能にする、スイングに関する情報も表示できる。例えば、一態様において、システムは、ゴルファのライブビデオフィード（ゴルファに対して重要な位置に置かれ、無線その他の方法で処理コンピュータに結合されたビデオカメラからのビデオフィードから取得）と、動作データから生成されたものと同様の動作をアニメーションにより簡略化したものと、任意の静止画における様々なパラメータの状態を報告する統計データとを表示する。システムは、更に、スイングを経時的に特徴付ける、前の段落で説明したパフォーマンスパラメータの様々な計算の結果を表示可能であり、例えば、システムは、クラブフェースの角度、或いは特定のスイング中に肩が回転する角度に関するデータを表示できる。
【００３３】
器具を装備したゴルファ或いはその近辺に取り付けられた制御又はフィードバックモジュールの形態である、処理コンピュータとゴルファとの間のシステムインタフェースは、特定のゴルフスイングの試行に備えて、或いはこれに応答して、ゴルファへの指示を提供できる。システムインタフェースは、ゴルファに対して、例えば、ボールにアドレスすること、スイングを開始するのに五秒の時間枠をゴルファに与えること等を指示し得る。こうした指示は、一実施形態において、可聴ビープ音の形態、或いは合成発話又は事前に記録した音声コマンドにしてよい。着色ランプ又はバックライトＬＣＤ又は他の種類の視覚信号表示により、コード或いは英数字による指示を出すことも可能である。こうした機能は、センサを絶対位置で較正すると共に、試験セッションの正しい順序付け及び進行を調整するのに必要な具体的且つ適時な入力を確保するのに有用である。
【００３４】
応答が返ってくるモードでは、インタフェースシステムは、「生体フィードバックモード」での動作に特徴を有する。このモードは、後述する訓練（以下で更に詳細に説明）において、処理コンピュータがシステムインタフェースを介してゴルファを支援するものである。このモードにおいて、処理コンピュータは、表示ユニット又は画面上で、ゴルファ及び／又は指導者に対して、一つ以上の計算されたパフォーマンスパラメータと、ゴルファのビデオ画像とを表示できる。計算された対象診断パラメータは、画面上で報告すること、後の分析用に格納すること、或いは、ゴルファ及び／又は指導者に返信可能な成功又は失敗コードに変換することが可能であり、或いはこうした動作を任意に組み合わせできる。
【００３５】
ゴルファへの生体フィードバックとして送信されるコードは、成功スイングと不成功スイングとによって異なる音色又は色の形態にすることができる。例えば、ゴルファに肩を垂直から正確に４０度回転させるように試みる一連の運動をさせてゴルファをトレーニングするように、システムがプログラムされ設定されている場合、制御モジュールは、スイングが理想的な回転角度から所定の誤差以上に異なった場合、音色、又は光、又はグラフィック表示画面内の変化する色により、ゴルファに警告することができる。例えば、回転角度が３５乃至４５度である場合、スイングは成功とみなされる。音色又は変化する光は、中間的な又は段階的な結果を示すことが可能な、いくつかの帯域又は範囲を有してもよい。例えば、赤色光は、診断パラメータが理想と大きく相違するスイングの後に発生させ、黄色光は、同じ診断パラメータが理想と僅かに相違するスイングの後に発生させ、緑色光は、同じ診断パラメータの理想との相違が事前に割り当てた誤差のマージン未満であるスイングの後に発生させる、といった対応を採ることがでるきる。光は、アニメーションの背景色としてもよい。画面の選択された発光部分で変化する色により伝達する情報は、数字、棒グラフ、線グラフ、及びテキストメッセージを含む他の音声、テキスト、数値、及び／又はグラフィック形式において、同一の詳細度、或いは更に高い又は低い詳細度で、同様に提示し得る。音声での呼び出しは、組み合わせて、或いは単独で使用し得る。
【００３６】
フィードバックの報告は、連続的にしてもよく、或いは、高度に差別化してもよく、例えば、可聴音の長さは、診断パラメータが理想から相違する程度に対応させてよく、ゴルファは、音が短くなるか消えるまで、練習するよう指示される。光の点滅回数、光の色、音の周波数、音のボリューム、音の長さ、及び音色の種類は、フィードバックモードにおいて使用可能な様々な特徴に含まれる。音声形式のフィードバック情報は、スピーカ又はイヤフォンからの合成音声出力により生成可能である。
【００３７】
処理コンピュータ及びシステムインタフェースは、ゴルフプロ或いは他の動作の専門家又は指導者による、直接的な、或いはインターネット接続等による離れた場所でのモニタリングを含むことが可能であり、その人物は、システムに対する指導者コマンドの入力、或いはインターネット接続等により遠隔地からシステムが受領した指導者コマンドの入力を介して、ゴルファに対して指示を送り、運動を開始、停止、制御することが可能となる。
【００３８】
着目した様々なゴルフ関連のパラメータの計算後、こうした診断パラメータは、テスト結果と練習とのクロスリファレンステーブルとして指標化して利用することができる。このクロスリファレンステーブルは、ゴルファに対して、実習、即ちスイングを改善する適切な個々の部分的な練習の割り当てを自動的に定める。一実施形態において、計算された各診断パラメータは、二つ、三つ、又はそれ以上の範囲に分割され、各範囲は、特定の練習に関する所定の動きに対応する。例えば、特定の診断パラメータの第一の範囲では、特定の練習の処方箋が得られ、同じパラメータの第二の範囲では、異なる処方箋が与えられ、同じパラメータの第三の範囲では、パラメータにより測定したスイングの特定の側面についてゴルファが問題を有していないため、なんらの練習も処方されない。各例における異なる処方箋では、例えば、ある練習を異なる回数繰り返すよう特定され、ある練習に異なる優先レベル（優先レベルについては次の段落参照）が与えられ、ある練習に異なる運道具又は付属品が使用され、結果的に全く異なる練習が処方される。更に、運動の頻度及び継続期間は、ゴルファがシステムに事前に入力したゴルファが利用可能な時間及びスケジュールにしたがって、処方箋コンパイラにより割り当てることができる。
【００３９】
また、処方箋は、二つ以上の診断パラメータの結果の組み合わせにより生成する用にすることができる。変形例において、知識ベースは、専門家のインタビュー、スイングにより発生した測定結果に基づく自動分析手法、又はファジー理論の原理により作成した規則を含んでよい。一実施形態において、診断パラメータは、優先度レベルが割り当てられた練習の処方箋を生成する。例えば、特定のゴルファのスイングにより、ある診断パラメータが理想から大きく離れ、別の診断パラメータが理想から僅かのみ離れている場合、第一の診断パラメータには、他のパラメータより高い優先度レベルが割り当てられる。別の例において、二つの診断パラメータが理想から離れているが、良好なゴルフスイングにとって一方の重要性が高いと考えられる場合、或いは、一方の診断パラメータが他方のパラメータを制御する上で望ましい基礎を提供する点から重要だと考えられる場合、一方に対して他方より高い優先度レベルを割り当てる。
【００４０】
一実施形態において、所定のトレーニング用運動の各々には１から９の優先度レベルを割り当てるが、幾つかの運動には共通の優先度レベルを割り当てても差し支えない。こうした実施形態において、ゴルファ又は指導者は、コンピュータへの入力により、ゴルファが運動を行うのに利用可能な時間量を示すことが可能であり、その情報に基づいて、システムは、どれを実行するか推奨できる。例えば、運動動作分析システムが、優先度レベル１の三つの運動と、優先度レベル２の五つの運動と、更に高い優先順位の他の四つの運動とが必要であると見積もり、妥当な有効性を得るために、各運動の実行に少なくとも１５分間を要すると判断し、しかしゴルファの運動時間が限られている場合、システムは、これに従って、運動を割り当て、指示する。具体的な例として、ゴルファが１時間利用可能であることを示した場合、優先度１の三つの運動についてのみ、それぞれ２０分間実行するという割り当てをするだろう。ゴルファが２時間利用可能である場合、システムは、優先度１の全て及び優先度２の全ての運動を、それぞれ１５分間実行するよう指示するだろう。ゴルファが３時間利用可能である場合、システムは、全ての運動にそれぞれ１５分間を割り当て得る。各種類の運動を実行する最小時間は異なる場合があり、特定の運動の実行に推奨される時間は、変更又は固定してよく、優先度の段階的変化は必要に応じて変更可能である。
【００４１】
診断パラメータは、上述の目的に代えて、あるいは目的共に、以下のことにも利用され得る。つまり、診断パラメータは、ゴルフクラブ又はゴルフシューズといったゴルフ用具を、特定の測定パラメータを有する幾つかのタイプの中から、あるいはカスタマイズバージョンの中から、ゴルファに対して指示し、選択し、又は適合させるために使用できる。例えば、長さ、ライ角、ロフト、又は特定のタイプのゴルフクラブの重量を、ゴルファに対して計算された診断パラメータの分析に基づいて、好ましくは、身長、手の長さ、及び足のサイズといった、ゴルファに関するパラメータと組み合わせて選択できる。
【００４２】
別の態様において、ボールに対するクラブフェースの位置及び配向性、クラブの速度ベクトル及びフェイス角度等、インパクト時に計算されたパラメータを使用して、ボールに対する力を予測し、これにより軌道を予測できる。地形の知識により、打ったゴルフボールの距離及び経路の判断が可能となり、或いは、地形が平坦であると想定した場合の距離を計算で予測できる。こうした力学的な計算に純粋に基づく予測は、空気抵抗について調整するために、特定のタイプのゴルフボールの試験等により、大気中でのボールの挙動に関する情報により補正できる。更なる変形例では、風の方向及び風速について考慮可能であり、こうしたデータは、手動で、或いは、システムに電気的に若しくはインターネット又は無線接続により結合された、風速計又は現地の大気データステーションを介してシステムに入力される。
【００４３】
システムは、オフサイト又はオンサイトの指導者がシステムの動作を監督し、結果をモニタし得るように、リモート又はローカルで制御し得る。ユーザのみが関与するモードにおいて、ユーザは、ベルト装着式の制御／表示ユニット又はモジュール等の個人制御モジュール及びデータモニタシステムの助けを借りて、設定及び試験動作用の制御入力を入力し、試験運動を行い、スイングデータを閲覧及び見直しする。
【００４４】
方法及びシステムは、コーチ及び／又は医療関係者又は理学療法士による試験、分析、報告、診断検査のために、他の反復的運動及び職業動作に応用可能であり、パフォーマンス改善、怪我の予防、或いは様々な運動能力のリハビリテーションのためのトレーニング用に規定が同様に生成され、動作は、敏感なデータの集合となり、上記のように成分部分へ低減され、報告は、アニメーションと、多数のデータトラックと、ビデオ形式との同期した複合表示となる。
【００４５】
報告と、指示された練習ドリルの体系とを、後の見直し及び練習用に、何らかの実用的な形式の記録として自宅へ持ち帰り可能であること、或いは、ローカルシステム、又はローカルシステムが接続されたホストである知識に基づく企業システムに接続する、ブラウザに基づくオンラインアクセスポイントを介して自宅からアクセスできることは、付加的な目標となる。
【００４６】
したがって、本発明は、一態様において、個人の選択運動動作の分析及び改善のための方法及び装置で構成され、処理コンピュータと、慣性センサと、任意のアナログ又はデジタル技術によるものであってよいビデオカメラと、コンピュータ駆動表示画面とを有する、コンピュータに基づく動作分析システムを使用するステップと、個人及び随意的に道具に取り付けた多数の慣性センサと、動作中の個人に向けたビデオカメラ又はカメラとにより動作の実行をモニタすることで、道具が暗示される場合は道具により運動動作を行う個人を試験するステップとを含む。運動動作は、ゴルフ、野球、ハンマ打ち、鋸引き、投げ動作、或いは、ボール、バット、ラケット、クラブ、パドル、オール、槍、ハンマ、ねじ回し、止め釘打ち機、ダーツ、蹄鉄、及び斧を一部の例とする、他の道具又はスポーツ器具の使用となり得る。これは、ランニング、キック、ジャンプ、ペダル踏み、及び自転車、ボール、足動作レバー、その他の道具を含む、足で作動させる道具及びスポーツ器具を使用した他の足／脚の運動動作にも及ぶ。
【００４７】
ビデオカメラは、試験する個人と、動作の測定及び分析にとって有用な参照点とに対する正確な整合性を確保するために、前もって慎重に位置決めする。センサは、センサデータが身体動作を正確に反映する状態を確保するために、装身可能な器具を使用して慎重に位置決めする。運動動作の実行中に、センサデータは、センサから収集され、ビデオ信号は、カメラから収集され、センサデータは、センサデータを処理して、脚、腰、肩、首、頭、腕、及び手の動作の様相といった、特定的又は特徴的な身体区分により達成し得る、或いはこれに起因し得る、運動動作の所定の選択済み成分における所定の選択済みパフォーマンスパラメータを表す運動データにすることで分析される。分析の結果は、多数の選択可能な構成のリアルタイムコンピュータ生成表示を含む形態で報告又は提示され、そのうちの一つは、ビデオ表示としてのビデオ信号と、動作データから形成された、少なくとも一つの色分け身体区画の動作を表す多色三次元アニメーションと、多数の選択パフォーマンスパラメータの時間に基づくグラフとの、同期した複合的組み合わせを含む。
【００４８】
動作の特定の屈曲成分等、選択された動作成分の動作限界の範囲を試験前に設定する準備が存在してもよく、動作のアニメーションには、内部において身体区画が可視となる動作限界を表す三次元ワイヤメッシュケージ又はオープンフレームを組み込んでもよい。ソフトウェアは、動作限界を超える動作の発生時に、個人に対して限界の到達又は超過を示す非常に目立つ即時信号として、表示内の選択色を変化させるように準備し得る。緑から、オレンジ、更に赤といった、多数の色の変化を使用することで、事前に設定された限界の接近又は超過の段階的表示レベルを使用し得る。
【００４９】
分析は、選択パラメータについて、動作データ試験値を、同じパラメータの所定の基準値と比較して偏差度を決定するステップと、時間に基づくグラフ上で、試験値及び基準値を同時に提示するステップとを含んでよい。分析は、試験値及び基準値から、各選択パラメータの得点を計算するステップを含んでよい。更に、運動指数として運動動作の合計パフォーマンス値を表す単一の得点が生じるように、所定の式により選択パラメータの得点を組み合わせるステップを含む。
【００５０】
システム及びソフトウェアは、個別のパラメータの基準値からの偏差量に基づいて、所定の運動リストから選択されたトレーニング運動の体系の規定を備えた報告又は提示を含むか、或いは、これに従ってよく、運動は、所定のトレーニング器具リストに関連し得る。運動の頻度及び期間の長さは、試験の前に処理コンピュータに入力し得る個人の利用可能なトレーニング時間により限定され得る。
【００５１】
無線慣性センサは、センサ筐体内で積層トポロジを利用してよく、これにおいて、電池は筐体底部に近接すると共に、形状が底部と一致し、センサ要素及び電子回路は筐体内で電池の上方に位置決めされる。センサは、個人が装着する身体器具に取り付けてよい。センサ及び器具は、器具の同じ場所に同じ配向性で均一に反復してセンサを取り付け可能となる、対応性のあるキーを備えた接合構造を有し得る。
【００５２】
動作データ及びビデオデータを含む分析の結果は、ローカル又はリモートのコンピュータデータベースに格納し、後のローカル再生、或いは、処理コンピュータに接続された又は接続可能なリモートコンピュータ又はコンピュータネットワークを介した再生に利用可能にし得る。
【００５３】
カメラは、試験するべき動作に対する少なくとも一つの基準点又は基準線を定義するために、試験より前に、試験場所に配置した基準目標又はフレームを使用して設定し得る。ソフトウェアは、提示較正段階中、動作を更に批評的に観察可能となる、受験者の開始位置、終了位置、又は動作中の位置の整合線、中央線、バランス点といった、動作の様相に関連する基準点、基準線、又は他のシンボルを、ビデオ表示に重ねる構成にし得る。ビデオ表示に重ねた線及びシンボルの有効性は、試験前の正しいカメラ配置に依存し得る。
【００５４】
本発明の他の様々な態様、目標、及び目的は、以下の例及び例示から明らかとなろう。代名詞は、あらゆる場合において男女両方を含むと解釈されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５５】
本発明の様々な態様による、パフォーマンス改善のための運動動作分析システム及び方法は、全て以降の段落において説明するように、カメラ、慣性センサ、コンピュータ、コンピュータネットワーク、及びソフトウェアを含む器具及び方法と、独自の形式のリアルタイム視覚フィードバック及び練習運動の規定を提供する手段とで構成される。本発明は、多くの実施形態と、その変形例とを含み、以下の例は例示的なものであり、限定的ではない。
【００５６】
図１を参照すると、本発明の方法の基本ステップを順に提示している。試験１００において、ユーザは、対象の運動動作を行いながら本発明のシステムを使用して、自分を試験する必要がある。収集２００では、慣性センサと、カメラと、場合によっては他のセンサとにより、試験中に実行された動作の動作データを測定及び収集する必要がある。分析３００は、収集データの分析を要求し、データベース７００へのアクセスを行なう。データベース７００は、適切な練習運動や矯正処置の処方箋を生成するために、比較用に関連づけられたデータからなり、パフォーマンスにおける基準値からの偏差の種類及び度合いを標準運動のライブラリに関連付けている。報告４００では、同期ビデオ、動作アニメーション、及びデータ／時間グラフの独自の表示を生成する必要がある。規定５００では、パフォーマンスパラメータ固有の運動の種類及び時間又は量についてのプログラム又は体系の文書化及び配分が必要となる。最後に、運動６００では、ユーザは、処方箋に従って運動又は矯正措置を実施する必要がある。試験、収集、分析、報告、処方、及び運動のサイクルは、所望のパフォーマンスレベルが達成されるまで、必要なだけ反復される。規定運動の種類、時間、及びレベルは、最新のパフォーマンス及び／又は最新のパフォーマンス試験と以前に報告された試験結果との間のパフォーマンスの変化に応じて、自動的に調整（上下）される。
【００５７】
図２を参照すると、システムの一実施形態の主要構成要素と、その関係とがシステム図において表現されており、ユーザが身に着ける身体器具４０に取り付けられた慣性センサ１０は、適切なアプリケーションソフトウェア及び内蔵又は接続データベース７００を備えた、ラップトップコンピュータ等、制御及び表示機能を含むコンピュータに基づく動作分析システム７０の一部であるベーストランシーバ６９と無線手段で通信する。他の感覚デバイス７２、即ち、少なくとも一台のビデオカメラと、随意的にマイクロフォン及びその他のセンサとは、有線又は無線手段によりシステム７０に接続される。システム７０は、動作データを処理し、以下で更に詳細に説明するように、報告及び処方箋を生成、表示、及び／又は送信する。トレーニング用具６０は、動作分析システム７０又は他の関連構成要素と直接的には結び付かないが、全て以下で更に説明するように、試験及び分析後にシステムが規定した練習運動中に、ユーザ又は受験者が使用し得る。
【００５８】
システム７０とその関連構成要素とは、スタンドアロン方式で動作させてよいが、ブラウザベースのインターネットアクセスポイント又はホスト及びローカルシステム間でのデータ転送及び企業関連活動を実施するための他の高速データ接続を介して動作させてもよい。この場合、知識に基づくリモート企業システム及びデータベース９８に、常時接続あるいは必要な時に接続する構成としても良く、或いは接続可能であってよい。
【００５９】
例えば、企業システム及びホストデータベース９８のウェブサイトにおいて、ホスト企業の情報と、動作分析製品及びサービス情報と、管理情報と、企業ニュースと、製品及びサービスＦＡＱに対するログイン画面を介したユーザアクセスと、ニュースレターと、過去のパフォーマンス及び基準データと運動とのデータベース７００ライブラリと、その更新とに対するアクセスを、登録ユーザシステム７０に提供してよい。
【００６０】
ウェブサイトは、登録ユーザに対して、こうしたグローバルな機能を提供するよう構成することができる。つまり、一般的な処方箋や運動の指導、説明、及びテキスト及び／又は音声／映像による例示と、クラブハウスのイベント及びニュースと、討論フォーラムと、メンバ用の特別なリンクと、全体的なＦＡＱと、オンラインストアのリンクと、特別なニュースレターと、関連する文書及びトレーニングのヒントへのアクセスを提供するように構成することかできる。ウェブサイトは、生徒ユーザ及び指導者ユーザ間のように、登録ユーザページのカテゴリにより分割してよく、指導者に対する、生徒ポートフォリオ別の指導セッションの履歴と、ポートフォリオ別にそれぞれの生徒の「ロッカールーム」に整理又は格納されたセッションを含む、ポートフォリオ別の生徒の分析の履歴と、生徒セッションのスケジューリングとのように、何れかのグループの必要に応じて、こうした特定の機能を提供してよい。生徒のページは、個人のパーソナルデータと、セッション及び分析の履歴と、トレーニングカレンダと、指導者の連絡先情報と、自分のゴルフスコア及び統計日誌とのような機能を提供してよい。
【００６１】
ユーザの第三の形態として、ゴルフスクール又はアカデミのような組織ユーザの存在を考えることができる。この場合、企業システムのサブセットは、独自のブランド設定を有するＯＥＭクライアント又はモデルとして扱われ、多数の生徒及び指導者を上記のようにホスティングする。
【００６２】
本発明の個別システムは、生徒のパフォーマンスデータを収集し、生徒のデータを分析し、専門家のパフォーマンスデータを含むパフォーマンスデータライブラリと比較し、結果を報告し、矯正運動について提案する、個別のテスト及び評価システムとして、スタンドアロン構成で動作する。その結果得られた新しい試験結果は、データベースに追加される。コーチ及び／又は生徒は、インターネットサービスへのオンラインアクセスを介して、試験結果の送信を受けるか、或いは試験結果にアクセスし得る。個別システムは、検討や比較の目的で、他のユーザのテスト結果を記憶したホストデータベース及び関連する練習ドリルを共有し、これらにアクセス可能とすることができる。
【００６３】
本発明の別の実施形態は、以下説明するように、企業レベル又はローカルシステムレベルの何れかにおいて、他の運動、職業、又はリハビリテーション動作分析及びトレーニングを対象とし得る。
【００６４】
図３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、４Ａ、及び４Ｃには、動作センサをユーザの身体及び／又はゴルフクラブに取り付けるための身体器具の様々な実施形態が例示されている。これらの器具は、ユーザにより繰り返し使用されるように設計されている。使用時には、センサ組立体が身体又はクラブの同じ場所で位置決めされ、更に反復的に再位置決めされる。この位置は、初期位置と動作範囲全体とを定めるのに十分な動作データを提供する、生体構造、特に骨格構造、及び／又は用具構造において選択された重要点における最適な動作感知のための位置である。こうすることにより、主要構成要素についてのデータ処理を低減することができる。器具は、調査対象となる運動の実行中に身体動作への干渉を最小化又は回避するために、構造的に更に洗練される。器具は、調査対象となる動作に関連する活発な屈曲及び／又は加速を含む正常な身体動作中に、各センサにより報告される位置データの変化が身体及び／又はツールの対象範囲でのリアルタイムの体験を最も正確に反映するように、身体又は用具位置を保持し、身体又は用具の対象範囲に対するセンサ組立体の関係を保持するように更に洗練される。
【００６５】
一例を示そう。ゴルフスイング分析システム用に、慣性センサをユーザの身体に装着する３つ一組の器具が存在する。肩センサと呼ばれる慣性センサを、ユーザの背中の高い位置で、肩胛骨上方間の脊柱上において装着するのに適したベスト器具４０（図３Ａ）と、腰センサと呼ばれる慣性センサを、ユーザの背中の低い位置で、腰のすぐ上の脊柱上で装着するためのウエストベルト器具５０（図３Ｂ）と、慣性センサを手のひらの背面に装着するためのグローブ器具５８（図４Ａ及び４Ｃ）とが存在する。
【００６６】
図３Ａ及び３Ｃを参照すると、ベスト器具４０及び４０Ａは、それぞれのセンサ１０又は１０Ａを快適に固定するのに適したセンサポケット４２に最上部が取り付けられたバックパネル４１をそれぞれ有する。図３Ａ及び３Ｃでは見えないが、容易に理解されるように、図４Ｂ、４Ｄ及び図５に示すように、センサの裏面を受け止めるポケットの背面には、器具のポケット内でのセンサの把持及び位置の保全を強化する鍵合わせの要領で取り付けループ１２を受け入れるために、スロットが形成される。
【００６７】
センサループを受け入れるスロット又はソケットは、取り付け構造に特徴を有するものであり、更に、センサループ１２を機械式連結によりセンサポケットの受領スロット又はソケット内に固定するラッチ構造を備えた構成とし得る。取り付けクリップ又はスタッドとなるセンサループ構造の変形例と、器具及びセンサの一方又は両方に組み込まれたツイスト又はクリックフィット機構等のラッチ機構を有するキーを備えたレシーバ構造となるポケットスロットの変形例とは、本発明の範囲に含まれる。センサポケットは、この例において、センサの全周または一部を囲うだけではなく、器具上のごく一部の位置に縮小し得る。
【００６８】
バックパネル４１の上隅部から延びる肩ストラップ４３は、バックパネルの下隅部から延びるストラップ端部４３Ａにバックルを介して取り付ける。胸ベルト区画４４及び４４Ａは、バックパネルの下隅部から延び、装着者の前側、ほぼ胸郭底部又は腎臓の高さでバックル留めする。すべてのストラップは、装着者に正しく取り付けるために、長さ調整可能である。細長いバックパネルは、回転移動に対する安定性をセンサに提供する。胸ストラップの比較的高いウエストレベルは、センサの垂直移動に対する安全性を提供し、ウエストベルト器具５０との干渉を回避する。
【００６９】
図３Ｂ及び３Ｃを参照すると、ウエストベルト器具５０及び５０Ａは、それぞれ、ベルトパネル５１を有し、その中央部５２は非伸縮材料で作成され、上記のように取り付けループスロットを有し、センサ１０又は１０Ａの何れかを丁度よく固定するサイズであると共に、固定するのに適した、センサポケット５３を備えて構成される。ベルトストラップ５４及び５５は、ベルトパネル５１の左右端部から延び、装着者の正面で共にバックル留めする。
【００７０】
図４Ａ、４Ｂ、及び４Ｃに示したように、グローブ器具５８は、後部ストラップ５９を備えて構成され、その端部は、センサ１０のループ（図４Ｄ及び図５参照）に通し、マジックテープ材料（「マジックテープ」は登録商標。以下同じ。）又は他の一般的に公知の留め具手段により、グローブ器具５８に固定される。他の器具と同様に、取り付けのマジックテープ手段は、別の方法に代えることができる。マジックテープによる固定は、グローブ器具後部に組み込まれた適切な構造とセンサの接合構造との間で、両者を接続する固い機械式の取り合わせにより実現しても良い。
【００７１】
図４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、及び４Ｄに示し、特にセンサ１０として示したように、電池と、センサと、トランスミッタと、データ処理、送信、及び電池充電用内部回路とを一体化したパッケージは、以下の点を考慮した独自の設計とされている。（１）パッケージのサイズ及び重量を最小化する。（２）器具内部でユーザの身体の意図した対象範囲に対してセンサを回転又は移動させる傾向がある慣性力を最小化するために、質量中心を可能な限りセンサの接触面側近くに配置する。（３）対象範囲上において最善の形でセンサを直感的に位置合わせする上で実用的となるようにセンサの設置面積の中心に近づけるために、パッケージ内で感知要素の位置を最適化する。このため、センサは、比較的薄い電池（最も重い構成要素でセンサの質量の大部分）を下側又はユーザ接触面の湾曲形状に最も近づけ、これに一致させて配置し、回路基板及び感知要素をその上方で、ほんの僅かだけ更にユーザの外側に配置する積層構成を使用する。
【００７２】
各センサは、複数の動作中のセンサを明確に特定するため、出力データストリーム内でエンコードされた一意の識別子を有する。絶対に必要というわけではないが、通常のシステムでは、センサは、身に着けた器具において、所定の一貫した配向性、又は「上方」端部方向で取り付け、較正及びデータ処理を簡略化する。
【００７３】
図４Ｄに示したように、本発明の無線慣性センサ１０の一実施形態は、底部カバー１４及び上部カバー２８を有する筐体を含み、その内部に、リチウム電池１６と、電子機器棚１８と、スイッチ付きのプリント回路基板２０と、電池充電回路と、オン／オフボタン２２と、トランスミッタを含むセンサ組立体２４と、ライトパイプ２６とを収容する。リチウム電池１６は、底部カバー１４の湾曲形状に一致する。電池１６の質量は、センサ質量の実質的部分であり、底部カバー１４全体で、近接して分散されることは明白である。このように電池を底部に置いた積層配置では、センサの重心が非常に低くなり、身体動作中における器具のポケット内又は手の後部上での回転又はスライド移動に対する抵抗性が向上する。平坦で比較的薄い電池形状により、慣性センサを電池の外側に配置すると共に、センサパッケージを比較的薄く維持することができる。
【００７４】
上記のように、図４Ｂ、４Ｄ、及び図５を参照すると、取り付けループ１２は、底部カバー１４から延び、二点で安定に取り付けられている。ベスト及びウエストベルト器具のセンサポケット４３及び５３（図３Ａ、３Ｂ、及び３Ｃ）は、取り付けループ１２を受け入れるスロット（図示していないが、本説明により容易に理解される）を備えて構成され、ポケット内でセンサを適切に挿入し位置決めする際のキーとなる。
【００７５】
図５に示すよう、本実施形態の慣性センサ１０Ａは、センサ１０（図４Ｄ）のものと類似する構成要素を有する筐体を含む有線式のセンサだが、筐体形状及び構成要素の構成は、センサ１０の組立体の積層配列ではなく、筐体の一方の縁部に位置決めされている。このセンサ１０Ａは、電池扉１５を介してアクセス可能な従来の９ボルト電池を使用するのに適合する。
【００７６】
図３Ｃ及び６に示すように、動作分析システムの一実施形態において、制御モジュール３０は、ケーブル３８及び３６を介してセンサポケット４２，５２内のセンサと接続され、これらのセンサから動作データを受信する。制御モジュール３０は、ベルト５４にヒンジ式取り付け具３２により取り付けられているので、ユーザは、制御部３１及びディスプレイ３３を容易に見ることができる。情報をユーザへ直接提供するために、この制御モジュール３０には、内部データ処理機能及び表示ドライバが存在し、データを動作分析システム７０（図２）へ送信するため、及び／又は、動作分析システムから設定又は他のデータ又は命令を受信するために、一体式の無線トランスミッタ又はトランシーバが存在する。
【００７７】
制御モジュール３０は、電池パック、腰センサ入力、肩センサ入力、マイクロコンピュータ、キーパッド、ＬＣＤディスプレイ、ＵＳＢ接続、リモートセンサ、及びシステムトランシーバ機能、及び随意的にビデオゲームインタフェースを備えて構成される。
【００７８】
図７Ａ、７Ｂ、及び７Ｃに示すように、装身器具に加えて、或いはその代わりとして、センサを装着するために、取り付け具、即ち、この場合はゴルフクラブに取り付け可能な器具が存在してもよい。また、取り付け手段は、無線クラブセンサ１１のようにセンサ筐体に組み込んでもよく、この場合、バックカバー１３には、センサ１１をゴルフクラブのシャフト２１に固定するラッチメカニズム１５が組み込まれる。トップカバー１７は、電池扉１９を介してアクセス可能な電池を下端部で覆っており、電子回路及びセンサ要素は、クラブのグリップに近い上方部分に収容される。
【００７９】
次に図８を参照すると、図８には、使用中の本発明のシステム及び方法の一実施形態が例示されており、上記のように無線式の慣性センサをそれぞれ装備したベスト器具４０及びウエストベルト器具５０を身に着けたゴルファが含まれる。ゴルファは、クラブのグリップの直下に慣性センサ１１を取り付けたゴルフクラブを保持し、ゴルファに向けられたビデオカメラ７２と、キーボード及び指導者が見ているディスプレイを備えた、関連するレシーバ及び処理コンピュータシステム７０とを支持するスタンド７１の隣に立っている。
【００８０】
ゴルファの位置、サイズ、及び姿勢に対するカメラの位置及び方向は、特定のダウンライン角度、高さ、及び横位置又はオフセットによる第一のカメラ位置と、高さ及びオフセットを含む、正面向きの角度のための別のカメラ位置との少なくとも二つの位置の一方又は他方或いは両方から、試験場所に対して慎重に合わせ込まれる。正しくカメラを位置決めすることで、位置合わせの中心と釣り合いの中心とを表す垂直及び水平整合線を含むビデオ表示において、他の表示とのオーバレイが可能となる。異なる方向、異なる高さ及びオフセットから動作を取り込むように配向された追加スタンドに多数のカメラが存在してもよく、その一部又は全部は、スイング動作の後でビデオを再生する際、動作がよく合っているか、またその違いが一層明白となるように、ゴルファの位置、サイズ、姿勢、及び予想される動作に関連して、合わせ込むべき動作線のオーバレイ表示をサポートするように慎重に位置決めすればよい。
【００８１】
更に一般的に述べると、試験の前に、少なくとも一つの動作基準点を有するように試験場所を選択及び定義し、その後、基準点又は試験場所を中心とした所定の回転角度と、基準点に対する特定の高さと、基準点に対する特定の仰角及び横オフセットで、試験場所に向けてビデオカメラを位置決めする必要が生じ場合がある。その後、試験部位及び基準点のビデオ試験信号をコンピュータによって駆動される表示画面へ送り、コンピュータ駆動の表示画面に、基準点に対応させてオーバレイを挿入することで、特定の動作の観察を更に容易にする。
【００８２】
システム７０のＰＣまたは処理コンピュータは、様々なセンサから受信したパラメータについて関係計算を実行し、これにより、様々な対象ゴルフ関連パラメータの計算を可能にする。一例として、ＰＣは、クラブフェースの角度、或いは、ゴルフクラブのスイング中にゴルファが肩を回転させる角度を計算できる。こうしたパラメータは、本明細書において、センサがＰＣに送信するレート又は位置パラメータから区別するために、パフォーマンス又は診断パラメータと呼ばれる。
【００８３】
特にゴルフスイング動作分析システムにおいて、レート及び位置動作データは、通常、アプリケーションソフトウェアにより処理され、腰速度（度毎秒）、腰回転角度（負及び正の度数）、肩速度（度毎秒）、肩回転角度（負及び正の度数）、クラブリリース（度毎秒）、クラブ速度（マイル毎時）、クラブフェース回転角度（開／閉度数）、クラブ経路（クラブアドレス位置の内側又は外側の度数）、腰直線移動（中間アドレスの左側又は右側のセンチメートル）、腰及び肩分離（最大の腰、肩、及びクラブ速度の時差）、腰区画の屈曲／伸張（Ｚ軸線に沿った移動のセンチメートル）、及び動連結を含む、ゴルファの身体区画のパフォーマンスに関連するパフォーマンス又は診断パラメータとなる。こうしたパラメータは、結果的には「飛行中のボール」のパフォーマンスのパラメータを予測するために更に補間される。この「飛行中のボール」のパフォーマンスのパラメータとしては、回転（度毎秒）、打ち上げ角度（度）、キャリー距離、ロール距離（ヤード）、合計距離（ヤード）、オフライン移動距離（右側又は左側のヤード）、飛球特性（フェード、ドロー、フック、スライス、プッシュ、プル、ストレート）、及びＰＴＩ、即ち動力伝達指数がある。
【００８４】
こうして処理された情報は、ユーザ及び指導者により最も理解しやすいように、リアルタイム及び／又は再生モードで利用可能な独自の同期多重形式のスイング動作の提示により、ゴルファに提示される。
【００８５】
図９は、三種類の形式又は形態のフィードバックを取り入れた、本発明の同期複合表示のスクリーンショットである。リアルタイムフィードバック又は「生体フィードバック」モードでは、通常は正面又は側面のゴルファのライブビデオフィードが、表示画面の左上部分に提示されるが、表示画面内の別の場所に配置しても良い。このとき、設定段階中には静止した整合線が付与されており、実際の表示においては、整合線に対して相対的な動作が容易に見て取れる。
【００８６】
慣性センサの動作データから生成したゴルファの多色アニメーションは、表示画面の右上部分に提示されるが、表示画面内の別の場所に配置してもよい。アニメーションは、主要な身体区画、例えば、肩区画と腰区画とを区別するために色分けしてよい。アニメーションは、その時点で、スイング動作のどの様相又は成分を詳しく検討するかに応じて、任意の有用な角度でスイング動作を見るために修正してもよい。
【００８７】
表示画面の下部分には、腰、肩、及び手の動作を多色トレースにより追跡するために、動作データ時系列グラフが表示されるが、このグラフは、表示画面内の別の場所に配置してもよい。グラフは、単純にスイング動作からすぐに得られた成分動作データを提示しても良く、腰、肩、及び手の動作間の協調をグラフィックで実証してもよい。あるいは、偏差の度合いと、所望のパフォーマンスレベルを達成するのに必要な改良点とを例示するために、以前の動作と比較したり、あるいは専門家の動作と比較したりする態様で、現在の動作又は動作成分の比較トレースを提示してもよい。
【００８８】
図１０Ａは、複合多重形式同期リアルタイム表示の別の例である。この例は、図９の三形式のフィードバック、即ち、今回は表示左下側部分にあるゴルファのライブビデオフィードと、スイング動作中のクラブスイング面及び手の配向性を示すクラブスイングの段階的フレームアニメーションと、三本の軸線でのクラブ速度を示す三つの動作データ時系列グラフとを組み込んだ、本発明の複合表示のスクリーンショットである。
【００８９】
段階フレームアニメーションは、動作又は動作成分の平面、経路、又は円弧を表すのに有効なデバイスであり、提示の更なる強化となる。ビデオ画面の選択された点又はオブジェクト又は部分の位置は、ビデオが進行する際に保持され、現在の位置に至る経路を示す。提示の段階的態様は、時間の関数、或いは、対象オブジェクト又は点の直線変位又は角変位の関数として、閲覧者にとって最善となる動作経路の例示の役割をより上手く果たすものにより実現可能である。
【００９０】
更に一般的に述べると、動作データから形成され、少なくとも一つの色で区別可能にされた身体区画の動作を表す多色三次元アニメーションは、現に動作中の選択されたオブジェクトを残像させたまま、アニメーションの後続フレームの表示を行なう段階フレームアニメーションとしてもよい。こうすれば、オブジェクトの運動軌道が閲覧者に理解しやすい。残像の位置は、動作中のオブジェクトの時間、位置、速度、又は加速度に基づいて選択されるようにプログラムし得る。
【００９１】
こうした同時に提示する多数の形態の画面の配置は変更してよい。スペースが許すなら、追加情報が存在してもよい。しかしながら、現在の技量（パフォーマンス）と身に付けようとしている技量との間に存在するスイング動作の各成分レベルでの僅かな差異を、ユーザに素早く吸収理解させるのは、ビデオ、アニメーション、及び動作データグラフの複合同期提示である。リアルタイムでの表示、直後に再生するモード出の表示、又は後の再チェックにおける表示など、スイングの技量の多次元提示である。
【００９２】
システム７０は、更に、スイングパフォーマンスの提示又は「報告」の代替及び補足形態を提供する。例えば、拡大グラフは、動作成分のタイミングと大きさとを明確にするのに役立つ。例えば、図１０Ｂは、スイング動作中の時間と対比した胴体屈伸及び胴体横曲げに関する姿勢を示す線グラフである。図１０Ｃは、スイング動作中の旋回度を示す線グラフである。図１０Ｄは、スイング動作中の腰区画回転、肩区画回転、及び胴体荷重の度合いを示す線グラフである。図１０Ｅは、スイング動作中の肩区画回転、腕区画回転、及び上体荷重の度合いを示す線グラフである。図１０Ｆは、スイング動作中の時間と対比した腰区画回転、肩区画回転、及び腕区画回転動作の整合性又は協調を示す線グラフである。図１０Ｇは、スイング動作中の腰区画回転速度、肩区画回転速度、及び腕区画回転速度を示す線グラフである。
【００９３】
慣性センサの入力に基づいて行なわれるシステムのアニメーション機能は、リアルタイム又は再生モードにおいてスイング動作の更に詳細な表示を、付加的に提供することができる。例えば、図１１は、アニメーションの肩区画と腰区画との間の色の区別を例示する、多色アニメーションのスクリーンショットである。これは、こうしたフルスイング動作の成分間の違いを容易に素早く区別するのに役立つ。回転、屈曲、及び横曲げのピーク又は範囲の数値は、アニメーション動作を見ているユーザが視点を調整しやすいよう、アニメーションの左右に掲示される。
【００９４】
アニメーション機能は、アニメーションによる「囲み（ケージ）」、つまり選択されたパラメータの変更可能な範囲を示す形態で表示する更なるトレーニングツールを提供する。これは、アニメーションの人物像を囲み、三次元フレーム内でゴルファの動きを表示するツールである。図１２は、スイング動作中の横曲げに関するユーザにより設定可能なパラメータを変更しながら、その結果をリアルタイムでフィードバックして、ゴルファに示すボックス又はケージを例示する多色アニメーションのスクリーンショットである。処理コンピュータ７０は、例えば、スイング動作中、ケージパラメータの限界に近づいた場合には背景をオレンジに、ケージパラメータの範囲を実際に超えてしまった場合には赤にすることで、明確な変化を即座に表示できる。
【００９５】
提示の一部又は全部、あるいはこの訓練方法の「報告」部分としての動作データアニメーションの能力の更なる例は、次の通りである。図１３は、スイング動作中の屈曲に関するユーザ設定可能パラメータを変更しながら、その結果をリアルタイムでフィードバックして、ゴルファに示す三次元グリッド又はオープンフレームを例示する、多色アニメーションのスクリーンショットである。図１４は、回転に関し、ユーザにより設定可能なパラメータによる「ボックス」を例示する、多色アニメーションのスクリーンショットである。
【００９６】
システムのアニメーション機能は、更に、時系列トレース又はグラフの強化バージョンを提示するのに使用できる。図１５は、時間と、スイング動作中のゴルファの腰、肩、及び手の回転速度の大きさとの協調を例示する、多色線グラフのスクリーンショットである。
【００９７】
図１１乃至１５は、フルスクリーンショットとして例示されており、上記その他の動作データ及び設定可能パラメータのアニメーションは、本発明の範囲に含まれ、同期したビデオ及びグラフと共に、図９の多重形式の形態で提示可能であることに留意されたい。
【００９８】
本発明の目的は、各パフォーマンスの客観的且つ一貫した分析を提供することである。本発明の方法は、動作データを取り込み、身体区画及び動作成分に関連する上述のパラメータを求める処理を行ない、動作の各成分の定量分析を提供し、その後、動作の各成分の得点を合計して、パフォーマンス全体に対する単一の数字又は「運動指数」を生成することによっている。ゴルフスイング動作分析用のシステム７０の一実施形態では、動作データを基準値に対して処理し、次の一次パフォーマンスパラメータのそれぞれについて、０乃至５０の同一指数スケールによる以下の値を生成する。即ち、連続性、速度、安定性、可動性、転移、タイミング、クラブ性能、及びクラブ精度である。こうした値は、所定の順序で合計し、以下で説明するように、０乃至１００の尺度のパフォーマンス全体の運動指数を表す単一の数字が演算される。
【００９９】
動作分析用システムの客観性及び再現性は、最終的なパフォーマンス係数又は運動指数を計算する際に、関連する全ての動作の態様を調査し、その加重考慮を行う一貫したプロセスによって決まる。図１６に示すように、本発明の方法の一態様では、事前に選択された基準値に照らしてシステム７０が測定した基本パラメータ又は一次パフォーマンスパラメータ１乃至８から数を減らして、単一の運動指数が求められる。この処理は、客観的且つ反復可能な、コンピュータにより自動化されている。システムは、一次パラメータを加算して二次パラメータ９乃至１２とし、更に身体パフォーマンス係数１３及びクラブパフォーマンス係数１４とし、最終的に、これらの値を合わせて運動指数１５、即ち、分析中のスイング動作の全体的パフォーマンス値を定量化したものを求めるための多段階プロセスを使用する。
【０１００】
図１６のパフォーマンスパラメータについて以下で説明する。
＜一次パラメータ＞
１．連続性：このパラメータは、スイング動作中の腰、肩、及び腕の回転速度のタイミング及び協調の度合いに関する。例えば、１２０フレーム毎秒では、ゴルフスイング動作に対する目標又は基準となる標準的な連続性では、最大腰回転速度は、最大肩回転の３６フレーム前に発生し、最大肩回転は最大腕回転の２４フレーム前に発生するべきであり、最大腕回転はクラブのボールとのインパクトの１６フレーム前に生じるべきである。全区画に対して事前に確立又は想定した理想的な連続性からのフレーム数の偏差合計は、連続パラメータの合計最大得点又は理想的パフォーマンス指数である５０に対して逆に加重し、より大きなそれぞれの偏差に対して相対的に低い得点を発生させる。
２．速度：このパラメータは、各身体区画の最大ピーク回転速度に関する。基準は、腰回転に対して４００度／秒、肩回転に対して８００度／秒、腕回転に対して１６００度／秒、及びクラブ回転に対して３２００度／秒に設定される。差異の合計は、最高得点である５０に対して逆の重み付けで加重され、それぞれの差異が大きいほど、相対的に低い得点を発生させる。
３．安定性：このパラメータは、脊柱に対する腰区画及び肩区画の配向性に関する。測定単位は、度である。腰、肩、及び腕の基準は、全て０（ゼロ）である。ここでも、差異の合計は、最大指数である５０に対して、逆に加重して計測される。
４．可動性：このパラメータは、脊柱を中心とした腰、肩、及び腕の角度回転の相対範囲に関する。基準は、これらが等しい状態である。差異の合計が大きいほど、最大指数である５０に対して、小さな値になるよう計測される。
５．転移：肩、したがって腕に対する、腰の角運動量の比の合計に関する。測定された転移比は、基準最大比である６に対して計測され、最大指数である５０と同等にする。例えば、基準値を使用すると、４００度／秒の腰回転が８００度／秒の肩回転を発生させる場合、転移比は８００／４００＝２．０となる。更に、８００度／秒の肩回転により１６００度／秒の腕回転と、３２００度／秒のクラブ回転とが生じる場合、これらの転移比も、それぞれ２．０及び２．０となり、合計６．０となる。より低い実施の得点は、６で割り、５０を掛けて、５０を底とする指数点を生成する。
６．タイミング：このパラメータは、腰、肩、及び腕の最大回転速度の時差又は時間的協調に関する。得点は、上記のようなタイミングのデルタ又は差に基づき、最大指数である５０に対して計測される。
７．クラブパフォーマンス：このパラメータは、ピークリリース角速度に追加した、クラブの直線加速度に関する。基準は、直線加速度が３００ｍｐｈ（マイル毎時）、角速度が４００度／秒である。単純に合計した７００は、最大パフォーマンス指数である５０と同等であり、これに応じて測定値の得点を定める。
８．クラブ精度：このパラメータは、ボール上でのクラブの三次元運動に関し、直進する軸線の速度から直交軸のそれぞれにおける速度を引いたものについて、マイル毎時の単位で評価する。合計を基準と比較し、結果を最大パフォーマンス指数である５０に対して計測される。
【０１０１】
＜二次パラメータ＞
一次パラメータ得点１乃至８は、第一のステップにおいて、関連パラメータの単純加算により、次のように減数される。
９．連続及び速度：上記連続１及び速度２の個々の指数の合計で、最大指数は１００である。
１０．安定性及び可動性：上記パラメータ３及び４の合計である。
１１．転移及びタイミング：上記パラメータ５及び６の合計である。
１２．クラブパワー精度：クラブパフォーマンス７及びクラブ精度８の指数の合計である。
【０１０２】
こうした二次パラメータは、更に、身体パフォーマンス係数１３及びクラブパフォーマンス係数１４へ、次のように減数される。
１３．身体パフォーマンス係数：パラメータ９、１０、及び１１の合計を３で割ったものであり、最大指数は１００である。
１４．クラブパフォーマンス係数：単純にクラブパワー精度１２の指数を前進させたものである。
【０１０３】
身体及びパフォーマンス係数１３及び１４を合計し、２で割って以下を求める。
１５．運動効率指数：０から最大１００までのスケールを有する。
【０１０４】
事前に選択された個々のパラメータの基準値は、ある程度の自由裁量によるものであり、被験者の対象集団で予想される技量範囲に対してパフォーマンスの課題を提供するように選択されることは理解されよう。他の或いは代わりの基準値及び採点式の使用は、本発明の範囲に含まれる。更に、減数プロセスにおける各パフォーマンスパラメータの選択及び比又は加重は、ある程度の自由裁量によるものであり、パフォーマンス全体に関連すると認められる加重又は考慮の度合いを各パラメータに与えることが要件となる。
【０１０５】
ゴルフスイング分析における一次パフォーマンスパラメータの最終的な運動指数への減数プロセスは、運度連鎖の考え方を反映しており、この考え方において、動作全体のパフォーマンス値は、最大のエネルギ及び精度を、足から腰、肩、腕、クラブ、最終的にはボールへ伝送するために、最適な順序で実行された動作の成分部分のパフォーマンス値の合計である。
【０１０６】
この動作分析及び性能測定の説明はゴルフスイングを背景として行われたが、装置及び方法は、例えば、ランニング及びキックする脚の動作、手及び腕を振る或いはチョップする動作を含め、他の訓練動作にも等しく応用可能である。
【０１０７】
以前に「診断」パラメータとも記載した個々のパフォーマンスパラメータを評価した後、システムは、パフォーマンス結果を、それぞれのパラメータと、その受診結果とに適した訓練のカタログと比較し、訓練の推奨又は指示を自動的に提供できる。システムは、更に、被験者が利用可能なトレーニングスケジュールを事前にプログラムし、改善の必要が最も高いパラメータに重点を置いて、利用可能なトレーニング時間に合わせて処方箋（トレーニングメニュー）を作成するようにしてもよい。換言すれば、図１を再び参照すると、本発明は、自動的且つ客観的な、パフォーマンスに関する報告を行なうだけでなく、改善のための処方箋を発行する。
【０１０８】
この点において、パフォーマンスパラメータは、診断パラメータとしての特徴も有する。ゴルフスイングとの関連においては、脚、腰、及び肩のパフォーマンスを含む、動作のサブセット、身体区画、又は成分に関連し得る。例えば、ＣＢＬ（中央バランス線）伸張及び屈曲と、ＣＡＬ（中央整合線）左右の横曲げとの診断パラメータとは、脚のパフォーマンスに関連する。ＣＢＬ伸張の問題に適した訓練は、問題の重大性又は優先度に対する所定の体系に従って、０（許容可能なパフォーマンス）から−２０度（許容可能パフォーマンスを大きく下回る）のスケールで評価される。−５の評価では、特定のトレーニング用具を使用した「姿勢スティック」と呼ばれる訓練の指示を発生させてよく、相対的に低い−１０の評価では、同じ訓練だが異なるトレーニング用具によるものを指示する等してよい。「姿勢スティック」訓練では、例えば、身体の主要関節の中心を正しく整合させたスタンスの達成を習得及び練習し、最適な筋肉の長さ張力関係を形成して身体の姿勢の均衡を強化するために、ベースプラットフォームに立った状態で所定の形でクラブを操作する必要がある。他の訓練も同様に、特定の身体区画及びゴルフスイングの成分に焦点を絞っている。
【０１０９】
訓練及び用具の初期選択と、特定のパフォーマンスパラメータを改善するために特定の訓練を割り当てる所定の体系は、ある程度の自由裁量によるものだが、規定通りに練習した場合に、動作成分のパフォーマンスの改善、ひいては動作パフォーマンス全体の改善が生じるように計算される。次の表１は、システムがユーザに対して処方箋を発行する優先度別に、診断パラメータ及び適切な訓練の一実施形態を列挙している。
【０１１０】
表１：動作成分に関する診断パラメータ及び訓練
【表１】
2008528195.tif 000003
2008528195.tif 000004
2008528195.tif 000005
【０１１１】
ユーザが行なうべき訓練の処方箋についての説明及び詳細な指示は、ローカルシステム７０において入手可能であり、或いは、ローカルシステム７０が加入しているホスト企業（図２）へインターネットアクセスを介して直接又はリモートでアクセスしてもよい。
【０１１２】
図１を参照すると、試験１００から規定５００までのステップは、少なくともローカルシステム７００を必要とするが、訓練ステップ６００は、当然ながら、被験者が再度診断を受ける準備ができるまで、被験者により実行される。一定の一次パラメータにおけるパフォーマンスの変化は、最終的な運動指数を変化させても、させなくてもよいが、そのパフォーマンスパラメータに適用可能な訓練の次のレベルへ規定を変化させる。
【０１１３】
上記説明は、主に本発明の実施形態の一例を対象としている。本明細書における用語の特異性及び有利な性能の記述は、本発明の範囲に対する相応の限定を意味するものではなく、記述した性能を要求するものではない。したがって、本明細書で開示した一実施形態は、そのような記述がない限り、別の実施にとって不可欠ではない。実際には、提示した明細書、特許請求の範囲、開示の要約、及び各図を含む開示により示される本発明は、開示した様々な態様の適切な全ての組み合わせと、列挙した例示要素の適切な全ての組み合わせとから実施可能な全てのシステム及び方法を含む。こうした組み合わせは、本明細書で具体的に述べていない利点を含め、特定の利点を有する。
【０１１４】
提供した実施形態及び方法の変更及び置換は、本明細書、特許請求の範囲、及び図面を見直すことで当業者には明らかとなろう。開示したシステムはゴルフスイングの分析及び改善に特に適しているが、例えば、テニスのようなラケットスポーツのスイング等の他の運動動作の分析及び改善と、理学療法の治療過程の診断及び推奨を行うため等、特に生体フィードバックモード及び動作分析及び規定手法を使用する他の動作の分析とのために、変形例を実施し得る。したがって、実施形態及び方法の開示は、本発明の範囲を全く制約しない。逆に、本明細書、又は本願の利益を主張する一つ以上の出願、又は本願が優先権を主張する出願において生じる特許請求の範囲において、本発明は様々に定義されよう。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】基本的且つ反復的に行なわれ、連続パフォーマンス試験における改善が、次の連続する一組の運動の規定において考慮される本発明のステップレベルの方法を示す簡略フローチャートである。
【図２】慣性センサ／トランシーバと、音声／映像センサと、ベーストランシーバと、制御／表示部を備え、企業ホスト及びデータベースとのインターネット接続を備えたコンピュータとを含む、本発明の実施形態の主要構成要素を示す模式図である。
【図３Ａ】バックパネル上のセンサポケットの位置を示す、本発明の望ましい器具後部の概略立面図である。
【図３Ｂ】バックパネル上のセンサポケットの位置を示す、本発明のウエストベルト器具の概略斜視図である。
【図３Ｃ】センサデータの無線送信を行うウエストベルト器具上の制御モジュールに配線で接続された、センサポケット内のセンサを備えて構成された、ベスト器具及びウエストベルト器具の概略斜視図である。
【図４Ａ】グローブ器具に装着した一センサ実施形態の上面図である。
【図４Ｂ】センサをグローブ器具に取り付ける、センサケース湾曲下面から突出する取り付けループを例示する、図４Ａのセンサの底の端面図である。
【図４Ｃ】図４Ａのセンサ及びグローブ器具の側面の端面図である。
【図４Ｄ】湾曲電池上の電子部品の積層配置と、下面から突出する取り付けループとを例示する、図４Ａのセンサの分解斜視図である。
【図５】センサデータ送信のために制御モジュールトランスミッタに結線し得る別のセンサ実施形態の分解斜視図である。
【図６】レシーバ／コンピュータシステムへの無線送信及び／又は動作の選択パラメータのローカル表示のために身体センサを結線し得る制御モジュールの正面図である。
【図７Ａ】ゴルフクラブのシャフトに取り付けたゴルフクラブセンサ組立体の正面斜視図である。
【図７Ｂ】図４ｇのゴルフクラブセンサ組立体の背面斜視図である。
【図７Ｃ】図４ｇのゴルフクラブセンサの断面図である。
【図８】慣性センサを取り付けたベスト及びウエストベルト器具を身に着け、クラブのグリップの直下に慣性センサを取り付けたゴルフクラブを保持し、ゴルファに向けられたビデオカメラと、キーボード及び指導者が見ているディスプレイを備えた、関連するレシーバ及び処理コンピュータとを支持するスタンドの隣に立つゴルファを含む、使用中の本発明のシステム及び方法の一実施形態の説明図である。
【図９】表示左上部分のゴルファのライブビデオフィードと、主要身体区画を区別するために色分けされた、表示右上部分のゴルファのアニメーションと、腰、肩、及び手の動作を多色のトレースで追跡する、表示下方部分の動作データ時系列グラフとの三種類のフィードバック形式を組み込んだ、本発明の複合表示のスクリーンショットを示す説明図である。
【図１０Ａ】表示左下側部分のゴルファのライブビデオフィードと、スイング動作中のクラブスイング面及び手の配向性を示すクラブスイングの時間段階アニメーションと、三本の軸線においてクラブ速度を示す三つの動作データ時系列グラフとの三種類のフィードバック形式を組み込んだ、本発明の複合表示のスクリーンショットを示す説明図である。
【図１０Ｂ】スイング動作中の時間と対比した胴体屈伸及び胴体横曲げに関する姿勢を示す線グラフである。
【図１０Ｃ】スイング動作中の旋回度を示す線グラフである。
【図１０Ｄ】スイング動作中の腰区画回転、肩区画回転、及び胴体荷重の度合いを示す線グラフである。
【図１０Ｅ】スイング動作中の肩区画回転、腕区画回転、及び上体荷重の度合いを示す線グラフである。
【図１０Ｆ】スイング動作中の時間と対比した腰区画回転、肩区画回転、及び腕区画回転の整合性を示す線グラフである。
【図１０Ｇ】スイング動作中の腰区画回転速度、肩区画回転速度、及び腕区画回転速度を示す線グラフである。
【図１１】アニメーションの肩区画と腰区画との間の色の区別を例示する、多色アニメーションのスクリーンショットを示す説明図である。
【図１２】スイング動作中の横曲げに関するユーザ設定可能パラメータをリアルタイムフィードバックでゴルファに対して明らかにするケージを例示する、多色アニメーションのスクリーンショットを示す説明図である。
【図１３】スイング動作中の屈曲に関するユーザ設定可能パラメータをリアルタイムフィードバックでゴルファに対して明らかにするケージを例示する、多色アニメーションのスクリーンショットを示す説明図である。
【図１４】スイング動作中の回転に関するユーザ設定可能パラメータをリアルタイムフィードバックでゴルファに対して明らかにするケージを例示する、多色アニメーションのスクリーンショットを示す説明図である。
【図１５】時間と、スイング動作中のゴルファの腰、肩、及び手の回転速度の大きさとの協調を例示する、多色線グラフのスクリーンショットを示す説明図である。
【図１６】一次パフォーマンスパラメータを、より少数の二次パフォーマンスパラメータに低減し、更にそれぞれの身体及びクラブパフォーマンス係数、最終的にスイング動作の総合パフォーマンスの客観評価を反映する単一の運動指数に低減するための多段階プロセスの簡略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１０Ｆ】
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【図１０Ｇ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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