(57)【要約】  カメラを使用せずに周期的な運動部位の実際の動きを視覚化することができる、モーションキャプチャ装置およびモーションキャプチャ方法を提供する。  モーションキャプチャ装置１０は、ケース１２を含む。ケース１２内には、３次元加速度センサ２０、演算処理部２２などが設けられている。モーションキャプチャ装置１０は、周期的な運動部位に取り付けられる。３次元加速度センサ２０で計測された運動部位の加速度波形は、演算処理部２２において、重ね合わされ、平均化され、直流成分が除去され、１回目の時間積分され、さらに、直流成分が除去され、２回目の時間積分される。
2016024565.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期的な運動部位における加速度を計測するための加速度センサ、および
前記加速度センサで計測された加速度波形を演算処理するための演算処理部を含む、モーションキャプチャ装置であって、
前記運動部位において計測する運動の基本動作の１回分を１周期として、前記運動部位における加速度を前記加速度センサで複数周期回計測し、
前記演算処理部は、
前記加速度センサから出力される加速度波形を２周期以上重ね合わせ平均化し、さらに
平均化した加速度波形を２回時間積分することによって前記運動部位の位置を算出する、モーションキャプチャ装置。
【請求項２】
前記演算処理部は、
前記加速度センサで計測された加速度波形から重力加速度成分を除去するために、前記平均化した加速度波形から直流成分を除去し、
前記直流成分を除去した前記平均化した加速度波形を１回目の時間積分することによって前記運動部位の相対速度を表す速度波形に変換し、
前記速度波形から定速成分を除去するために、前記速度波形から直流成分を除去し、さらに
前記直流成分を除去した前記速度波形を２回目の時間積分することによって前記運動部位の相対位置を表す位置波形に変換する、請求項１に記載のモーションキャプチャ装置。
【請求項３】
前記演算処理部は、前記１周期の区間を明確にするために、前記加速度センサで計測された加速度波形の重ね合わせを行い、１周期以上の周期間で自己相関係数を取り、最も自己相関係数が高くなる位置で各周期の重ね合わせができたと判断する、請求項１または請求項２に記載のモーションキャプチャ装置。
【請求項４】
前記位置波形を、互いに直交するＸ−Ｙ平面、Ｙ−Ｚ平面およびＺ−Ｘ平面におけるグラフに表示するためのディスプレイをさらに含む、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のモーションキャプチャ装置。
【請求項５】
周期的な運動部位において計測する運動の基本動作の１回分を１周期として、前記運動部位における加速度を加速度センサで複数周期回計測し、
演算処理部が、
前記加速度センサから出力される加速度波形を２周期以上重ね合わせ平均化し、さらに
平均化した加速度波形を２回時間積分することによって前記運動部位の位置を算出する、モーションキャプチャ方法。
【請求項６】
前記演算処理部は、
前記加速度センサで計測された加速度波形から重力加速度成分を除去するために、前記平均化した加速度波形から直流成分を除去し、
前記直流成分を除去した前記平均化した加速度波形を１回目の時間積分することによって前記運動部位の相対速度を表す速度波形に変換し、
前記速度波形から定速成分を除去するために、前記速度波形から直流成分を除去し、さらに
前記直流成分を除去した前記速度波形を２回目の時間積分することによって前記運動部位の相対位置を表す位置波形に変換する、請求項５に記載のモーションキャプチャ方法。
【請求項７】
前記演算処理部は、前記１周期の区間を明確にするために、前記加速度センサで計測された加速度波形の重ね合わせを行い、１周期以上の周期間で自己相関係数を取り、最も自己相関係数が高くなる位置で各周期の重ね合わせができたと判断する、請求項５または請求項６に記載のモーションキャプチャ方法。
【請求項８】
前記位置波形を、互いに直交するＸ−Ｙ平面、Ｙ−Ｚ平面およびＺ−Ｘ平面におけるグラフにディスプレイで表示する、請求項５ないし請求項７のいずれか１項に記載のモーションキャプチャ方法。
【請求項９】
前方に進行する被験者の運動性能診断方法であって、
前記被験者の足部から頭部に向かう方向をＺ軸とし、前記被験者の進行方向を基準に左右方向をＹ軸とした、Ｙ−Ｚ平面における前記被験者の位置座標を特定するステップと、
前記位置座標を複数回特定し、少なくとも１点の交点を有する前記被験者の軌跡を特定するステップと、
前記交点のうち前記Ｚ軸に最も近い交点のＺ軸方向の位置を特定するステップとを含む、運動性能診断方法。
【請求項１０】
前記位置座標を特定するステップは、前記被験者の腰部に装着された加速度センサから得られる情報により位置座標を特定する、請求項９に記載の運動性能診断方法。
【請求項１１】
前記軌跡を特定するステップを一定時間連続で行い、前記交点のうち前記Ｚ軸に最も近い交点が経時変化に伴いＺ軸方向における位置変化が見られるか否かを診断するステップを含む、請求項９または請求項１０に記載の運動性能診断方法。
【請求項１２】
前方に進行する被験者の運動性能診断方法であって、
前記被験者の進行方向をＸ軸とし、前記被験者の進行方向を基準に左右方向をＹ軸とした、Ｘ−Ｙ平面における前記被験者の位置座標を特定するステップと、
前記位置座標を複数回特定し、少なくとも１点の交点を有する前記被験者の軌跡を特定するステップと、
前記交点のうち前記Ｘ軸に最も近い交点のＸ軸方向の位置を特定するステップとを含む、運動性能診断方法。
【請求項１３】
前記軌跡を特定するステップを一定時間連続で行い、前記交点のうち前記Ｘ軸に最も近い交点が経時変化に伴いＸ軸方向における位置変化が見られるか否かを診断するステップを含む、請求項１２に記載の運動性能診断方法。
【請求項１４】
前方に進行する被験者の運動性能診断方法であって、
前記被験者の足部から頭部に向かう方向をＺ軸とし、前記被験者の進行方向を基準に左右方向をＹ軸とした、Ｙ−Ｚ平面における前記被験者の位置座標を特定するステップと、
前記位置座標を複数回特定し、前記被験者の軌跡を特定するステップと、
前記Ｙ軸の正方向側における軌跡と前記Ｙ軸の負方向側における軌跡との対称性を比較するステップとを含む、運動性能診断方法。
【請求項１５】
前記軌跡を特定するステップを一定時間連続で行い、前記Ｙ軸の正方向側における軌跡と前記Ｙ軸の負方向側における軌跡との対称性が経時変化に伴い変化が見られるか否かを診断するステップを含む、請求項１４に記載の運動性能診断方法。
【請求項１６】
前方に進行する被験者の運動性能診断方法であって、
前記被験者の進行方向をＸ軸とし、前記被験者の進行方向を基準に左右方向をＹ軸とした、Ｘ−Ｙ平面における前記被験者の位置座標を特定するステップと、
前記位置座標を複数回特定し、前記被験者の軌跡を特定するステップと、
前記Ｙ軸の正方向側における軌跡と前記Ｙ軸の負方向側における軌跡との対称性を比較するステップとを含む、運動性能診断方法。
【請求項１７】
前方に進行する被験者の運動性能診断方法であって、
前記被験者の進行方向をＸ軸とし、前記被験者の進行方向を基準に左右方向をＹ軸とした、Ｘ−Ｙ平面、前記被験者の足部から頭部に向かう方向をＺ軸とし、前記被験者の進行方向を基準に左右方向をＹ軸とした、Ｙ−Ｚ平面または前記被験者の足部から頭部に向かう方向をＺ軸とし、前記被験者の進行方向をＸ軸とした、Ｘ−Ｚ平面における前記被験者の位置座標を特定するステップと、
前記位置座標を複数回特定し、前記被験者の軌跡を特定するステップと、
前記軌跡のＸ軸、Ｙ軸またはＺ軸における座標の最大値と最小値との差を判定するステップとを含む、運動性能診断方法。
【請求項１８】
前方に進行する被験者の運動性能診断方法であって、
前記被験者の足部から頭部に向かう方向をＺ軸とし、前記被験者の進行方向を基準に左右方向をＹ軸とした、Ｙ−Ｚ平面における前記被験者の位置座標を特定するステップと、
前記位置座標を複数回特定し、前記被験者の軌跡を特定するステップと、
少なくとも異なる２周期以上の周期を比較するステップとを含む、運動性能診断方法。
【請求項１９】
前記位置座標を特定するステップは、前記被験者の腰部、臀部または胸部に装着された加速度センサから得られる情報により位置座標を特定する、請求項１２ないし請求項１８のいずれか１項に記載の運動性能診断方法。
【請求項２０】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載するモーションキャプチャ装置を用いた請求項９ないし請求項１９のいずれか１項に記載する運動性能診断方法。
【請求項２１】
請求項５ないし請求項８のいずれか１項に記載するモーションキャプチャ方法を用いた請求項９ないし請求項１９のいずれか１項に記載する運動性能診断方法。
【請求項２２】
モーションチャプチャ装置を備えたモーションキャプチャ用身体装着具であって、
腰部、臀部または胸部に対応する部分を有する身体装着具本体、
前記身体装着具本体の前記腰部、臀部または胸部に対応する部分に設けられた収納部、および
前記収納部に収納された請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のモーションキャプチャ装置を含む、モーションキャプチャ用身体装着具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、モーションキャプチャ装置、モーションキャプチャ方法、運動性能診断方法およびモーションキャプチャ用身体装着具に関し、特にたとえば、ランニング、テニスラケットのスイング、ゴルフクラブのスイング、野球のバッティング、投球、剣道の素振りなどの周期的な運動部位の動きを捉えるモーションキャプチャ装置、モーションキャプチャ方法、運動性能診断方法およびモーションキャプチャ用身体装着具に関する。
【背景技術】
【０００２】
ランニングなどにおいてフォームを確認することは重要である。現在、マラソンなどを行っている最中にランニングのフォームを確認する手段としては、カメラによる撮影がある。
さらに、先行技術として、特許文献１、２には、加速度センサを使用して、歩容などを解析する技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１３−５３７４３６公報
【特許文献２】特開２０１３−１４３９９６公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、カメラによる撮影では、当然ながら被写体であるランナーと一緒に走行しながら撮影する必要があり、個人の練習などでは利用不可能である。
一方、特許文献１、２に開示されている先行技術では、カメラを使用せずに個人の練習などで利用可能であるが、以下の問題がある。
特許文献１に開示されている先行技術では、加速度センサから出力される加速度情報のみで処理を行っており、加速度センサ装着部の実際の動きが分からない。
また、特許文献２に開示されている先行技術では、周波数解析を行うものもあるが、動きを視覚化することができず、実際の動きとの関係性で評価を行っている。
このように、特許文献１、２に開示されている先行技術では、運動部位の実際の動きを導出することができない。【０００５】
それゆえに、この発明の主たる目的は、カメラを使用せずに周期的な運動部位の実際の動きを視覚化することができる、モーションキャプチャ装置、モーションキャプチャ方法、運動性能診断方法およびモーションキャプチャ用身体装着具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明にかかるモーションキャプチャ装置は、周期的な運動部位における加速度を計測するための加速度センサと、加速度センサで計測された加速度波形を演算処理するための演算処理部とを含む、モーションキャプチャ装置であって、運動部位において計測する運動の基本動作の１回分を１周期として、運動部位における加速度を加速度センサで複数周期回計測し、演算処理部は、加速度センサから出力される加速度波形を２周期以上重ね合わせ平均化し、さらに、平均化した加速度波形を２回時間積分することによって運動部位の位置を算出する、モーションキャプチャ装置である。
この発明にかかるモーションキャプチャ方法は、周期的な運動部位において計測する運動の基本動作の１回分を１周期として、運動部位における加速度を加速度センサで複数周期回計測し、演算処理部が、加速度センサから出力される加速度波形を２周期以上重ね合わせ平均化し、さらに、平均化した加速度波形を２回時間積分することによって運動部位の位置を算出する、モーションキャプチャ方法である。
この発明にかかるモーションキャプチャ装置およびモーションキャプチャ方法では、それぞれ、演算処理部は、加速度センサで計測された加速度波形から重力加速度成分を除去するために、平均化した加速度波形から直流成分を除去し、直流成分を除去した平均化した加速度波形を１回目の時間積分することによって運動部位の相対速度を表す速度波形に変換し、速度波形から定速成分を除去するために、速度波形から直流成分を除去し、さらに、直流成分を除去した速度波形を２回目の時間積分することによって運動部位の相対位置を表す位置波形に変換することが好ましい。
この発明にかかるモーションキャプチャ装置およびモーションキャプチャ方法では、それぞれ、演算処理部は、１周期の区間を明確にするために、加速度センサで計測された加速度波形の重ね合わせを行い、１周期以上の周期間で自己相関係数を取り、最も自己相関係数が高くなる位置で各周期の重ね合わせができたと判断することが好ましい。
この発明にかかるモーションキャプチャ装置およびモーションキャプチャ方法では、それぞれ、位置波形を、互いに直交するＸ−Ｙ平面、Ｙ−Ｚ平面およびＺ−Ｘ平面におけるグラフにディスプレイで表示することが好ましい。
この発明にかかる運動性能診断方法は、前方に進行する被験者の運動性能診断方法であって、被験者の足部から頭部に向かう方向をＺ軸とし、被験者の進行方向を基準に左右方向をＹ軸とした、Ｙ−Ｚ平面における被験者の位置座標を特定するステップと、位置座標を複数回特定し、少なくとも１点の交点を有する被験者の軌跡を特定するステップと、交点のうちＺ軸に最も近い交点のＺ軸方向の位置を特定するステップとを含む、運動性能診断方法である。この運動性能診断方法では、位置座標を特定するステップは、被験者の腰部に装着された加速度センサから得られる情報により位置座標を特定することが好ましい。また、この運動性能診断方法では、軌跡を特定するステップを一定時間連続で行い、交点のうちＺ軸に最も近い交点が経時変化に伴いＺ軸方向における位置変化が見られるか否かを診断するステップを含むことが好ましい。
この発明にかかる運動性能診断方法は、前方に進行する被験者の運動性能診断方法であって、被験者の進行方向をＸ軸とし、被験者の進行方向を基準に左右方向をＹ軸とした、Ｘ−Ｙ平面における被験者の位置座標を特定するステップと、位置座標を複数回特定し、少なくとも１点の交点を有する被験者の軌跡を特定するステップと、交点のうちＸ軸に最も近い交点のＸ軸方向の位置を特定するステップとを含む、運動性能診断方法である。この運動性能診断方法では、軌跡を特定するステップを一定時間連続で行い、交点のうちＸ軸に最も近い交点が経時変化に伴いＸ軸方向における位置変化が見られるか否かを診断するステップを含むことが好ましい。
この発明にかかる運動性能診断方法は、前方に進行する被験者の運動性能診断方法であって、被験者の足部から頭部に向かう方向をＺ軸とし、被験者の進行方向を基準に左右方向をＹ軸とした、Ｙ−Ｚ平面における被験者の位置座標を特定するステップと、位置座標を複数回特定し、被験者の軌跡を特定するステップと、Ｙ軸の正方向側における軌跡とＹ軸の負方向側における軌跡との対称性を比較するステップとを含む、運動性能診断方法である。この運動性能診断方法では、軌跡を特定するステップを一定時間連続で行い、Ｙ軸の正方向側における軌跡とＹ軸の負方向側における軌跡との対称性が経時変化に伴い変化が見られるか否かを診断するステップを含むことが好ましい。
この発明にかかる運動性能診断方法は、前方に進行する被験者の運動性能診断方法であって、被験者の進行方向をＸ軸とし、被験者の進行方向を基準に左右方向をＹ軸とした、Ｘ−Ｙ平面における被験者の位置座標を特定するステップと、位置座標を複数回特定し、被験者の軌跡を特定するステップと、Ｙ軸の正方向側における軌跡とＹ軸の負方向側における軌跡との対称性を比較するステップとを含む、運動性能診断方法である。
この発明にかかる運動性能診断方法は、前方に進行する被験者の運動性能診断方法であって、被験者の進行方向をＸ軸とし、被験者の進行方向を基準に左右方向をＹ軸とした、Ｘ−Ｙ平面、被験者の足部から頭部に向かう方向をＺ軸とし、被験者の進行方向を基準に左右方向をＹ軸とした、Ｙ−Ｚ平面または被験者の足部から頭部に向かう方向をＺ軸とし、被験者の進行方向をＸ軸とした、Ｘ−Ｚ平面における被験者の位置座標を特定するステップと、位置座標を複数回特定し、被験者の軌跡を特定するステップと、軌跡のＸ軸、Ｙ軸またはＺ軸における座標の最大値と最小値との差を判定するステップとを含む、運動性能診断方法である。
この発明にかかる運動性能診断方法は、前方に進行する被験者の運動性能診断方法であって、被験者の足部から頭部に向かう方向をＺ軸とし、被験者の進行方向を基準に左右方向をＹ軸とした、Ｙ−Ｚ平面における被験者の位置座標を特定するステップと、位置座標を複数回特定し、被験者の軌跡を特定するステップと、少なくとも異なる２周期以上の周期を比較するステップとを含む、運動性能診断方法である。
なお、上述の運動性能診断方法では、被験者の腰部に装着された加速度センサから得られる情報により位置座標を特定することが好ましいとされる運動性能診断方法を除いて、位置座標を特定するステップは、被験者の腰部、臀部または胸部に装着された加速度センサから得られる情報により位置座標を特定することが好ましい。
また、この発明にかかる運動性能診断方法は、たとえばこの発明にかかるモーションキャプチャ装置を用いた運動性能診断方法である。
さらに、この発明にかかる運動性能診断方法は、たとえばこの発明にかかるモーションキャプチャ方法を用いた運動性能診断方法である。
この発明にかかるモーションキャプチャ用身体装着具は、モーションチャプチャ装置を備えたモーションキャプチャ用身体装着具であって、腰部、臀部または胸部に対応する部分を有する身体装着具本体と、身体装着具本体の腰部、臀部または胸部に対応する部分に設けられた収納部と、収納部に収納されたこの発明にかかるモーションキャプチャ装置とを含む、モーションキャプチャ用身体装着具である。【０００７】
この発明では、加速度センサが、たとえば人体、生物、機械などの周期的な運動部位に直接的にまたは間接的に取り付けられる。そして、運動部位において計測する運動の基本動作の１回分を１周期として、運動部位における加速度を加速度センサで複数周期回計測する。演算処理部は、加速度センサから出力される加速度波形を２周期以上重ね合わせ平均化し、さらに、平均化した加速度波形を２回時間積分することによって位置を算出する。この場合、加速度センサから出力される加速度波形を２周期以上重ね合わせ平均化することによって、加速度波形における誤差を低減することができるとともに、運動部位の位置を算出のために時間積分する区間を短縮化することができる。このように時間積分する区間を短縮化することによって、時間積分による累積誤差を最小限に抑えることができる。そのため、平均化した加速度波形を２回時間積分することによって、運動部位の位置が算出される。これによって、運動部位の加速度ではなく、運動部位の位置を視覚化することが可能となる。したがって、この発明によれば、カメラを使用せずに運動部位の実際の動きを視覚化することができる。
また、この発明では、演算処理部が、１周期の区間を明確にするために、加速度センサで計測された加速度波形の重ね合わせを行い、１周期以上の周期間で自己相関係数を取り、最も自己相関係数が高くなる位置で各周期の重ね合わせができたと判断すると、１周期の区間が明確になる。そのため、運動部位の位置を算出する精度がよくなる。
さらに、この発明では、演算処理部が、加速度センサで計測された加速度波形から重力加速度成分を除去するために、平均化した加速度波形から直流成分を除去し、直流成分を除去した平均化した加速度波形を１回目の時間積分することによって相対速度を表す速度波形に変換し、速度波形から定速成分を除去するために、速度波形から直流成分を除去し、さらに、直流成分を除去した速度波形を２回目の時間積分することによって相対位置を表す位置波形に変換すると、重力加速度による影響を除去することができるとともに、運動部位の相対位置を視覚化することができる。
また、この発明では、位置波形を、互いに直交するＸ−Ｙ平面、Ｙ−Ｚ平面およびＺ−Ｘ平面におけるグラフにディスプレイで表示すると、視覚を通して相対位置を視覚化することができる。
この発明にかかる運動性能診断方法では、Ｙ−Ｚ平面における被験者の位置座標を特定するステップと、位置座標を複数回特定し、少なくとも１点の交点を有する被験者の軌跡を特定するステップと、交点のうちＺ軸に最も近い交点のＺ軸方向の位置を特定するステップとを含む場合、腰部と上半身との連動または腰部と下半身との連動を診断することができる。この場合、位置座標を特定するステップは、被験者の腰部に装着された加速度センサから得られる情報により位置座標を特定することが好ましい。また、この場合、軌跡を特定するステップを一定時間連続で行い、交点のうちＺ軸に最も近い交点が経時変化に伴いＺ軸方向における位置変化が見られるか否かを診断するステップを含む場合、フォームの乱れを診断することができる。
この発明にかかる運動性能診断方法では、Ｘ−Ｙ平面における被験者の位置座標を特定するステップと、位置座標を複数回特定し、少なくとも１点の交点を有する被験者の軌跡を特定するステップと、交点のうちＸ軸に最も近い交点のＸ軸方向の位置を特定するステップとを含む場合、進行方向に対する運動の重心の位置を診断することができる。この場合、軌跡を特定するステップを一定時間連続で行い、交点のうちＸ軸に最も近い交点が経時変化に伴いＸ軸方向における位置変化が見られるか否かを診断するステップを含む場合、フォームの乱れを診断することができる。
この発明にかかる運動性能診断方法では、Ｙ−Ｚ平面における被験者の位置座標を特定するステップと、位置座標を複数回特定し、被験者の軌跡を特定するステップと、Ｙ軸の正方向側における軌跡とＹ軸の負方向側における軌跡との対称性を比較するステップとを含む場合、左右のバランスを診断することができる。この場合、軌跡を特定するステップを一定時間連続で行い、Ｙ軸の正方向側における軌跡とＹ軸の負方向側における軌跡との対称性が経時変化に伴い変化が見られるか否かを診断するステップを含む場合、フォームの乱れを診断することができる。
この発明にかかる運動性能診断方法では、Ｘ−Ｙ平面における被験者の位置座標を特定するステップと、位置座標を複数回特定し、被験者の軌跡を特定するステップと、Ｙ軸の正方向側における軌跡とＹ軸の負方向側における軌跡との対称性を比較するステップとを含む場合、左右のバランスを診断することができる。
この発明にかかる運動性能診断方法では、Ｘ−Ｙ平面、Ｙ−Ｚ平面またはＸ−Ｚ平面における被験者の位置座標を特定するステップと、位置座標を複数回特定し、被験者の軌跡を特定するステップと、軌跡のＸ軸、Ｙ軸またはＺ軸における座標の最大値と最小値との差を判定するステップとを含む場合、ランニングエコノミーを診断することができる。
この発明にかかる運動性能診断方法では、Ｙ−Ｚ平面における被験者の位置座標を特定するステップと、位置座標を複数回特定し、被験者の軌跡を特定するステップと、少なくとも異なる２周期以上の周期を比較するステップとを含む場合、運動再現性を診断することができる。
なお、上述の運動性能診断方法では、上述のように特定の運動性能診断方法を除いて、位置座標を特定するステップは、被験者の腰部、臀部または胸部に装着された加速度センサから得られる情報により位置座標を特定することが好ましい。
この発明にかかるモーションキャプチャ用身体装着具では、身体装着具本体の腰部、臀部または胸部に対応する部分に設けられた収納部に、この発明にかかるモーションキャプチャ装置が収納されているので、身体装着具本体を着用するだけでモーションキャプチャ装置を被験者の腰部、臀部または胸部に簡単に装着することができるとともに、被験者の運動性能を診断することができる。【０００８】
この発明によれば、カメラを使用せずに運動部位の実際の動きを視覚化することができる、モーションキャプチャ装置、モーションキャプチャ方法、運動性能診断方法およびモーションキャプチャ用身体装着具が得られる。
たとえば、この発明によれば、加速度センサを人体の運動部位に取り付けた場合、加速度センサを取り付けた運動部位の動きを確認することが可能となる。そのため、この発明では、これまでカメラ撮影などでしか知ることができなかったランニングのフォームなどを競技者自身で確認することが可能となる。
また、この発明によれば、たとえばランニングにおける腰部と上半身との連動または腰部と下半身との連動、前後のバランス、左右のバランス、ランニングエコノミー、運動再現性、フォームの乱れなどの各種の運動性能を診断することができる。
また、この発明は、ランニングのフォームに限らず、周期性のある動きに対して相対位置を確認することができ、たとえば、テニス、ゴルフ、野球、剣道などの道具を使用する競技のフォームの確認に使用できる。
さらに、この発明は、加速度センサを人体以外に競走馬に取り付けることで、競走馬の走行状態の確認や体調の管理などにも使用可能である。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、カメラを使用せずに運動部位の実際の動きを視覚化することができる、モーションキャプチャ装置、モーションキャプチャ方法、運動性能診断方法およびモーションキャプチャ用身体装着具が得られる。【００１０】
この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための形態の説明から一層明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明にかかるモーションキャプチャ装置の一例を示す斜視図である。
【図２】図１に示すモーションキャプチャ装置のブロック図である。
【図３】図１に示すモーションキャプチャ装置による処理を示すフロー図である。
【図４】図１に示すモーションキャプチャ装置を人体に装着した状態の一例を示す図解図である。
【図５】図１に示すモーションキャプチャ装置において３次元加速度センサで計測されたほぼ４周期分の加速度波形および加速度波形の相関係数の一例を示すグラフであり、横軸が時間を示し、縦軸が加速度および相関係数を示す。
【図６】図５に示す加速度波形を平均化したほぼ１周期分の加速度波形を示すグラフであり、横軸が時間を示し、縦軸が加速度を示す。
【図７】図６に示す加速度波形から直流成分を除去し時間積分することによって変換された相対速度を表す速度波形を示すグラフであり、横軸が時間を示し、縦軸が相対速度を示す。
【図８】図７に示す速度波形から直流成分を除去し時間積分することによって変換された相対位置を表す位置波形を示すグラフであり、横軸が時間を示し、縦軸が相対位置を示す。
【図９】図６、図７および図８のグラフに関連する上下対前後、上下対左右および前後対左右の加速度、相対速度および相対位置を示すグラフであって、左列、中列および右列は、それぞれ上下対前後、上下対左右および前後対左右のグラフであり、上段、中段および下段は、それぞれ加速度、相対速度および相対位置を示すグラフである。
【図１０】図１に示すモーションキャプチャ装置において３次元加速度センサで計測されたほぼ４周期分の加速度波形および加速度波形の相関係数の他の例を示すグラフであり、横軸が時間を示し、縦軸が加速度および相関係数を示す。
【図１１】図１０に示す加速度波形を平均化したほぼ１周期分の加速度波形を示すグラフであり、横軸が時間を示し、縦軸が加速度を示す。
【図１２】図１１に示す加速度波形から直流成分を除去し時間積分することによって変換された相対速度を表す速度波形を示すグラフであり、横軸が時間を示し、縦軸が相対速度を示す。
【図１３】図１２に示す速度波形から直流成分を除去し時間積分することによって変換された相対位置を表す位置波形を示すグラフであり、横軸が時間を示し、縦軸が相対位置を示す。
【図１４】図１１、図１２および図１３のグラフに関連する上下対前後、上下対左右および前後対左右の加速度、相対速度および相対位置を示すグラフであって、左列、中列および右列は、それぞれ上下対前後、上下対左右および前後対左右のグラフであり、上段、中段および下段は、それぞれ加速度、相対速度および相対位置を示すグラフである。
【図１５】この発明にかかる運動性能診断方法の実施の形態の前提条件の一例を示す図である。
【図１６】この発明にかかる運動性能診断方法の実施の形態の前提条件の他の例を示す図である。
【図１７】この発明にかかる運動性能診断方法の実施の形態の前提条件のさらに他の例を示す図である。
【図１８】この発明にかかる運動性能診断方法の実施の形態の前提条件のさらに他の例を示す図である。
【図１９】この発明にかかる運動性能診断方法の実施の形態の前提条件のさらに他の例を示す図である。
【図２０】この発明にかかる運動性能診断方法の実施の形態１による被験者であるＣ氏の腰部のＹ−Ｚ平面の位置座標を示すグラフである。
【図２１】この発明にかかる運動性能診断方法の実施の形態１による被験者であるＥ氏の腰部のＹ−Ｚ平面の位置座標を示すグラフである。
【図２２】この発明にかかる運動性能診断方法の実施の形態１による被験者であるＡ氏の腰部のＹ−Ｚ平面の位置座標を示すグラフである。
【図２３】この発明にかかる運動性能診断方法の実施の形態２による被験者であるＤ氏の胸部、腰部および臀部の各Ｘ−Ｙ平面の位置座標を示すグラフである。
【図２４】この発明にかかる運動性能診断方法の実施の形態２による被験者であるＥ氏の胸部、腰部および臀部の各Ｘ−Ｙ平面の位置座標を示すグラフである。
【図２５】この発明にかかる運動性能診断方法の実施の形態２による被験者であるＡ氏の胸部、腰部および臀部の各Ｘ−Ｙ平面の位置座標を示すグラフである。
【図２６】この発明にかかる運動性能診断方法の実施の形態３による被験者の腰部および臀部の各Ｙ−Ｚ平面の位置座標を示すグラフとともに、被験者を背後から見た着地時の全身像を示す。
【図２７】この発明にかかる運動性能診断方法の実施の形態４による被験者であるＡ氏の胸部のＸ−Ｙ平面の位置座標を示すグラフとともに、被験者を左横から見た着地時の全身像を示す。
【図２８】この発明にかかる運動性能診断方法の実施の形態５による被験者であるＡ氏の腰部のＹ−Ｚ平面の位置座標を示すグラフおよび被験者であるＤ氏の腰部のＹ−Ｚ平面の位置座標を示すグラフである。
【図２９】この発明にかかる運動性能診断方法の実施の形態６による被験者であるＡ氏の腰部のＹ−Ｚ平面の位置座標を示すグラフである。
【図３０】この発明にかかる運動性能診断方法の実施の形態６による被験者であるＥ氏の腰部のＹ−Ｚ平面の位置座標を示すグラフである。
【図３１】この発明にかかる運動性能診断方法の実施の形態７による被験者の腰部のＹ−Ｚ平面の位置座標を示すグラフである。
【図３２】この発明にかかる運動性能診断方法の実施の形態７による被験者の走行時間と交点位置（Ｚ軸）との関係を示すグラフである。
【図３３】この発明にかかる運動性能診断方法の実施の形態８によるＢ氏の５０分間走行における腰部のＹ−Ｚ平面の位置座標を示すグラフである。
【図３４】この発明にかかるモーションキャプチャ用スポーツウェアの一例を示す背面図解図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、この発明にかかるモーションキャプチャ装置の一例を示す斜視図であり、図２は、図１に示すモーションキャプチャ装置のブロック図である。
【００１３】
図１に示すモーションキャプチャ装置１０は、たとえば略矩形板状のケース１２を含む。
【００１４】
ケース１２内には、加速度センサとしての３次元加速度センサ２０、フィルタなどを有する演算処理部２２、記憶部２４およびスピーカ２６などが設けられている。また、ケース１２の正面には、タッチパネル３０が設けられている。さらに、ケース１２の右側面には、電源スイッチ３２が設けられている。また、ケース１２の背面には、加速度波形、画像、音声などのデータのための入出力端子（図示せず）が設けられている。
【００１５】
３次元加速度センサ２０は、演算処理部２２に電気的に接続されている。演算処理部２２は、３次元加速度センサ２０のほかに、記憶部２４、スピーカ２６、タッチパネル３０、電源スイッチ３２および入出力端子にも電気的に接続されている。
【００１６】
３次元加速度センサ２０は、モーションキャプチャ装置１０が装着された周期的な運動部位たとえば人体の運動部位における３次元方向のそれぞれの加速度たとえば互いに直交する関係を有するＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向のそれぞれの加速度を計測するためのものである。３次元加速度センサ２０としては、たとえば、スマートホンの３次元加速度センサなどが使用される。そのため、３次元加速度センサ２０は、その出力端から、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向のそれぞれの加速度に応じたそれぞれの加速度波形を出力することができる。
【００１７】
演算処理部２２は、３次元加速度センサ２０で計測された加速度波形などを後述のように演算処理するためのものである。
【００１８】
記憶部２４は、３次元加速度センサ２０による計測データや演算処理部２２による演算処理データなどのデータを記録するためのものである。また、記憶部２４には、演算処理部２２のための動作プログラムなどが予め書き込まれている。また、記憶部２４には、３次元加速度センサ２０で計測された加速度波形が、正確な時間とともに記録され得る。
【００１９】
スピーカ２６は、計測データや演算処理データなどのデータに基づいて、音声メッセージなどを出力するためのものである。
【００２０】
タッチパネル３０は、操作ボタンを表示したり、加速度、相対速度、相対位置をグラフで表示したりすることができるとともに、表示されている操作ボタンにタッチすることによって表示内容の切り替えや各種項目の設定等を入力することができるものである。
【００２１】
電源スイッチ３２は、初期的にモーションキャプチャ装置１０の電源をオンにするためのものである。
【００２２】
次に、モーションキャプチャ装置１０を用いて運動部位の位置を算出する実施の形態について、図３および図４などを参照して以下に説明する。
【００２３】
１．対象
人間の歩行（遅い場合、速い場合）、走行（ジョギングの場合、ダッシュの場合）について計測した。
【００２４】
２．使用した加速度センサなどのモーションキャプチャ装置
３次元加速度センサ２０（スマートホンの３次元加速度センサ）を有する図１に示すモーションキャプチャ装置１０を使用した。
【００２５】
３．加速度のサンプリング周波数
加速度のサンプリング周波数を１００Ｈｚとした。（測定ポイントは、正確な時間とともに記録される。）
【００２６】
４．測定方法
モーションキャプチャ装置１０を、たとえば図４に示すように、周期的な運動部位としての被験者の腰部背骨の上に装着した。この場合、被験者の腰部背骨の上にウエストポーチに入れたモーションキャプチャ装置１０を装着し、ベルトで固定した。また、ウエストポーチ内でモーションキャプチャ装置１０が動かないようにするために、ウエストポーチ内に緩衝材を入れて、モーションキャプチャ装置１０を固定した。
【００２７】
５．計測
上述の対象の歩行、走行を被験者に２セット実施し、計測中は、モーションキャプチャ装置１０の着脱は実施せず、すべてを連続して計測した。なお、それぞれの歩行走行モードの切り替えの際には、約５秒間静止し、この無動作をマーカーとした。
【００２８】
６．歩行走行距離
各モードとも、およそ３０ｍの距離を歩行走行した。
診断に使用したデータは、特に断りが無ければ２４０秒間の走行データであり、周期間隔１０秒の平均値から算出された。
【００２９】
７．加速度データの収集
３次元加速度センサ２０からの情報を、たとえば各３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）のデータおよび計測時間のＣＳＶファイルとして記憶部２４に保存する。ここでは、３次元加速度センサ２０で、運動部位において計測する運動の基本動作の１回分を１周期として、運動部位における加速度を複数周期回計測する。なお、３次元加速度センサ２０からの情報を、たとえば各３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）のデータおよび計測時間のＣＳＶファイルとして入出力端子から出力し、外部のコンピュータで取り込んでもよい。
【００３０】
８．データ処理
記憶部２４に保存した情報（データ）について、図３のフロー図に示すように、演算処理部２２などで以下の処理を実施する。この場合、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞれの情報（データ）について、以下の処理を実施する。なお、情報（データ）を外部のコンピュータで取り込んだ場合には、そのコンピュータで以下の処理を実施する。
【００３１】
最初のステップＳ１では、静止状態で重力加速度Ｇの方向を算出して、キャリブレーションを行う。具体的には、最初に静止した状態での３次元加速度センサ２０の各軸（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）がとらえる出力結果から３次元加速度センサ２０に対する重力加速度Ｇの方向を算出し、各軸データからワールド座標系でのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸へ座標変換を行う。モーションキャプチャ装置１０（３次元加速度センサ２０）が図４に示すように３次元加速度センサ２０のＹ軸を中心にいくらか回転して取り付けられている場合、モーションキャプチャ装置１０（正確には３次元加速度センサ２０）の取り付け角度の垂直からのずれを、Ｙ軸周りの回転行列
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によって補正（データ変換）する。ここでは、加速度の単位をＳＩ単位系（ｍ／ｓ2）に変換しておくと、後段での処理後の数値を理解しやすい。
【００３２】
ステップＳ２では、ステップＳ１において変換された加速度波形の１周期の区間を明確にするために、変換された加速度波形を１周期ずつ重ね合わせ、自己相関係数を計算し、最も自己相関係数が大きくなった位置が、各周期が重なった位置と判断する。この場合、たとえば図５に示すグラフのデータが得られる。図５に示すグラフにおいて、ｄｄＸ／ｄｔ／ｄｔはＸ軸上の加速度波形を示し、ｄｄＹ／ｄｔ／ｄｔはＹ軸上の加速度波形を示し、ｄｄＺ／ｄｔ／ｄｔはＺ軸上の加速度波形を示し、相関係数は自己相関係数に相当する。図５に示すグラフには、ほほ４周期分の加速度波形および相関係数が示されているが、この発明では、１周期以上の周期間に自己相関係数が大きくなる部分が存在するので、１周期以上の周期間で自己相関係数を計算し、最も自己相関係数が大きくなった位置が、各周期が重なった位置と判断してもよい。各周期の加速度波形の重ね合わせを行うためには、１周期目と２周期目が一致する箇所を探す必要がある。その探し方としては、１周期目の関数と２周期目の関数間において自己相関が最も高い位置の重ね合わせが一致した位置と見なせるため、加速度波形を時間軸方向にずらしながら自己相関係数を求め最大値となる位置を算出する。このように加速度波形を重ね合わせるのは、加速度波形が左右１歩毎の周期で自己相関が高くなるので、これに従って加速度波形を分解して平均化するためである。
【００３３】
ステップＳ３では、３次元加速度センサ２０から出力される加速度波形を重ね合わせた２周期分の加速度波形を平均化する。この場合、たとえば図６に示すグラフのデータが得られる。図６に示すグラフにおいて、ｄｄＸ／ｄｔ／ｄｔはＸ軸上の平均化した加速度波形を示し、ｄｄＹ／ｄｔ／ｄｔはＹ軸上の平均化した加速度波形を示し、ｄｄＺ／ｄｔ／ｄｔはＺ軸上の平均化した加速度波形を示す。各周期の平均値を算出することによって、着地時等に発生する大きな加速度変化（オーバーシュート）やノイズ成分を除去することができ、次のステップＳ４以降に実施する時間積分による誤差の累積を軽減することができる。
【００３４】
ステップＳ４では、演算処理部２２のフィルタを使用して、ステップＳ３において平均化した加速度波形から直流成分を除去する。このように直流成分を除去することによって、重力加速度による時間積分での累積誤差を削除することができる。
【００３５】
ステップＳ５では、ステップＳ４において直流積分を除去した平均化した加速度波形を時間積分する。この場合、たとえば図７に示すグラフのデータが得られる。図７に示すグラフにおいて、ｄｄＸ／ｄｔはＸ軸上の速度波形を示し、ｄｄＹ／ｄｔはＹ軸上の速度波形を示し、ｄｄＺ／ｄｔはＺ軸上の速度波形を示す。このように加速度波形を時間積分することによって、運動部位の相対速度を表す速度波形に変換することができる。
【００３６】
ステップＳ６では、演算処理部２２のフィルタを使用して、ステップＳ５において変換した速度波形から直流成分を除去する。このように速度波形から直流成分を除去することによって、被験者が等速で運動する成分などの定速成分を除去することができ、被験者から見た運動部位の相対速度を求めることができる。
【００３７】
ステップＳ７では、ステップＳ６において直流成分を除去した速度波形を時間積分する。この場合、たとえば図８に示すグラフのデータが得られる。図８に示すグラフにおいて、ＸはＸ軸上の位置波形を示し、ＹはＹ軸上の位置波形を示し、ＺはＺ軸上の位置波形を示す。このように速度波形を時間積分することによって、被験者から見た運動部位の相対位置を表す位置波形に変換することができる。
【００３８】
ステップＳ８では、Ｘ−Ｙ、Ｙ−Ｚ、Ｚ−Ｘ座標の位置を、ディスプレイとしても働くタッチパネル３０にプロットしグラフ化して、被験者から見た運動部位の相対位置を表示する。この場合、ステップＳ７において算出されたＸ、Ｙ、Ｚ軸上の相対位置に関する情報で軌跡を描くことによって、明示的に被験者から見た運動部位の相対位置の動きが軌跡として描かれる。
【００３９】
このモーションキャプチャ装置１０では、ディスプレイとしても働くタッチパネル３０によって、たとえば図９のグラフに示すように、モーションキャプチャ装置１０（３次元加速度センサ２０）を取り付けた運動部位の加速度、相対速度、相対位置などの実際の動きを２次元上のグラフに表示することができる。なお、このモーションキャプチャ装置１０では、ディスプレイとしても働くタッチパネル３０によって、たとえば図５、図６、図７および図８のグラフに示すようにも、モーションキャプチャ装置１０（３次元加速度センサ２０）を取り付けた運動部位の加速度、相対速度、相対位置などの実際の動きを２次元上のグラフに表示することができる。
【００４０】
以上のように、このモーションキャプチャ装置１０を用いれば、３次元加速度センサ２０の加速度波形を、周期運動の特性を利用して、各周期で重ね合わせ平均化する。そのため、ランニング等の運動では地面への着地時に地面からの衝撃（オーバーシュート）を検出するが、オーバーシュートなどのノイズ成分を軽減することができ、精度のよい時間積分の結果が得られる。
【００４１】
また、このモーションキャプチャ装置１０を用いれば、２回時間積分を行うが、それぞれの時間積分の前に直流成分を演算処理部２２のフィルタで除去する。これにより、重力加速度の影響を削減することができるとともに、相対速度および相対位置を求めることができる。
【００４２】
そのため、このモーションキャプチャ装置１０を用いれば、図５、図６、図７、図８および図９のグラフなどから明らかなように、被験者の運動部位の実際の動きをタッチパネル３０で直視することができる。
【００４３】
図５、図６、図７、図８および図９には、ある被験者についての歩行（速い場合）モードのグラフを示したが、このモーションキャプチャ装置１０を用いて表示した別の被験者についての同じ歩行（速い場合）モードのグラフを図１０、図１１、図１２、図１３および図１４に示す。図１０、図１１、図１２、図１３および図１４に示すグラフは、その別の被験者のグラフであるが、先の被験者の図５、図６、図７、図８および図９のグラフにそれぞれ対応する。図１０、図１１、図１２、図１３および図１４に示すグラフからも明らかなように、その別の被験者の運動部位の実際の動きも直視することができる。たとえば、ある被験者では運動部位の上下左右の動きが略Ａ型の軌跡を描いていることが直視でき（図９下段中央）、一方、その別の被験者では運動部位の上下左右の動きが略Ｗ型の軌跡を描いていることが直視できる（図１４下段中央）。
【００４４】
次に、この発明にかかる運動性能診断方法の実施の形態について説明する。
【００４５】
まず、この発明にかかる運動性能診断方法の実施の形態の前提条件について説明する。
【００４６】
図１５は、この発明にかかる運動性能診断方法の実施の形態の前提条件の一例を示す図であり、被験者のみぞおちの上下１ｃｍの範囲にある胸部、へその上下１ｃｍの範囲にある腰部および尾骨の上下１ｃｍの範囲にある臀部におけるたとえば被験者であるＡ氏の各Ｙ−Ｚ平面の位置座標を示すグラフとともに、上半身の動きの軌跡が略Ｖ型であり、下半身の動きの軌跡が略Ａ型であることを示す。この場合、Ｙ−Ｚ平面の位置座標は、前方に進行する被験者の運動性能診断方法において、被験者の足部から頭部に向かう方向をＺ軸とし、被験者の進行方向を基準に左右方向をＹ軸とした、Ｙ−Ｚ平面における被験者の位置座標である。このＹ−Ｚ平面の位置座標は、被験者の腰部、臀部または胸部に装着された加速度センサから得られる情報により特定することができる。この場合、加速度センサとしてたとえば図１に示すモーションキャプチャ装置１０を用いることができる。また、被験者の腰部、臀部または胸部に装着されるモーションキャプチャ装置１０は、被験者の正中線上に位置することが好ましい。
また、本発明における重心とは、体重や身長などの体型から一意に決まる静的な重心とは異なり、周期運動の動的な重心のことを指す。
【００４７】
図１６は、この発明にかかる運動性能診断方法の実施の形態の前提条件の他の例を示す図であり、たとえば被験者であるＢ氏の腰部のＹ−Ｚ平面の位置座標を示すグラフとともに、加速度センサとしてのモーションキャプチャ装置１０の動きと走行との関係を示す。
【００４８】
図１７は、この発明にかかる運動性能診断方法の実施の形態の前提条件のさらに他の例を示す図であり、Ｘ−Ｙ平面の位置座標を示すグラフと、前方に進行する場合の前後左右との関係を示す。この場合、Ｘ−Ｙ平面の位置座標は、前方に進行する被験者の運動性能診断方法において、被験者の進行方向をＸ軸とし、被験者の進行方向を基準に左右方向をＹ軸とした、Ｘ−Ｙ平面における被験者の位置座標である。このＸ−Ｙ平面の位置座標は、被験者の腰部、臀部または胸部に装着された加速度センサから得られる情報により特定することができる。この場合、加速度センサとしてたとえば図１に示すモーションキャプチャ装置１０を用いることができる。
【００４９】
図１８は、この発明にかかる運動性能診断方法の実施の形態の前提条件のさらに他の例を示す図であり、Ｘ−Ｚ平面の位置座標を示すグラフと、前方に進行する場合の前後頭足との関係を示す。この場合、Ｘ−Ｚ平面の位置座標は、前方に進行する被験者の運動性能診断方法において、被験者の足部から頭部に向かう方向をＺ軸とし、被験者の進行方向をＸ軸とした、Ｘ−Ｚ平面における被験者の位置座標である。このＸ−Ｚ平面の位置座標は、被験者の腰部、臀部または胸部に装着された加速度センサから得られる情報により特定することができる。この場合、加速度センサとしてたとえば図１に示すモーションキャプチャ装置１０を用いることができる。
【００５０】
図１９は、この発明にかかる運動性能診断方法の実施の形態の前提条件のさらに他の例を示す図であり、Ｙ−Ｚ平面の位置座標を示すグラフと、前方に進行する場合の左右頭足との関係を示す。この場合、Ｙ−Ｚ平面の位置座標は、上述のように、前方に進行する被験者の運動性能診断方法において、被験者の足部から頭部に向かう方向をＺ軸とし、被験者の進行方向を基準に左右方向をＹ軸とした、Ｙ−Ｚ平面における被験者の位置座標である。また、このＹ−Ｚ平面の位置座標も、被験者の腰部、臀部または胸部に装着された加速度センサから得られる情報により特定することができる。この場合、加速度センサとしてたとえば図１に示すモーションキャプチャ装置１０を用いることができる。
【００５１】
図１７、１８および図１９に示す各位置座標を示すグラフにおいて、Ｚ軸、Ｙ軸およびＸ軸の正の領域および負の領域は、それぞれ、次のとおりである。
Ｚ軸の正の領域は、被験者の頭側を示し、Ｚ軸の負の領域は、被験者の足側を示す。
Ｙ軸の正の領域は、被験者の進行方向に対して右側を示し、Ｙ軸の負の領域は、被験者の進行方向に対して左側を示す。
Ｘ軸の負の領域は、被験者の進行方向である前を示し、Ｘ軸の正の領域は、被験者の進行方向とは逆の方向である後を示す。
【００５２】
また、この発明にかかる運動性能診断方法の実施の形態では、特に断りがなければ、位置座標のグラフ、すなわち周期軌跡の図は、Ｙ−Ｚ平面の位置座標および周期軌跡を示す。
さらに、位置座標のグラフの横軸の単位および縦軸の単位は、それぞれ、ｍを示す。
また、各位置座標は、それぞれ、複数回特定される。
【００５３】
運動性能診断方法の実施の形態１について
運動性能診断方法の実施の形態１では、腰部の周期軌跡解析により腰部と上下半身との連動を判定する。
運動性能診断方法の実施の形態１は、前方に進行する被験者の運動性能診断方法であって、Ｙ−Ｚ平面における被験者の位置座標を特定するステップと、位置座標を複数回特定し、少なくとも１点の交点を有する前記被験者の軌跡を特定するステップと、交点のうちＺ軸に最も近い交点のＺ軸方向の位置を特定するステップとを含む。
【００５４】
図２０は、この発明にかかる運動性能診断方法の実施の形態１による被験者であるＣ氏の腰部のＹ−Ｚ平面の位置座標を示すグラフである。
図２１は、この発明にかかる運動性能診断方法の実施の形態１による被験者であるＥ氏の腰部のＹ−Ｚ平面の位置座標を示すグラフである。
図２２は、この発明にかかる運動性能診断方法の実施の形態１による被験者であるＡ氏の腰部のＹ−Ｚ平面の位置座標を示すグラフである。
Ｙ−Ｚ平面における腰部の周期軌跡の交点の位置に着目すると、腰部が下半身と連動しているとＺ軸方向の正領域に交点が存在し、腰部が上半身と連動しているとＺ軸方向の負領域に交点が存在する。これは、地面接地時のモーションキャプチャ装置の相対位置と上半身のねじれの関係性から説明可能である。本モーションキャプチャ装置を下半身（例えば臀部）に装着すると、接地時にモーションキャプチャ装置は、最もＹ軸方向に振幅が大きくなる。そのため、Ｙ−Ｚ平面での周期運動軌跡は上に凸の形になり、交点はＺ軸方向の正領域に存在しやすくなる。一方で上半身は下半身とねじれの関係にあるため、本モーションキャプチャ装置を上半身（例えば胸部）に装着すると、接地時にモーションキャプチャ装置は正中線上に位置するため、Ｙ−Ｚ平面での周期運動軌跡は下に凸の形になり、交点はＺ軸方向の負領域に存在しやすくなる。たとえば、Ｃ氏は、図２０に示すように、腰部が上半身と連動し、Ａ氏は、図２２に示すように、腰部が下半身と連動し、Ｅ氏は、図２１に示すように、その中間という診断が可能になる。
この診断は、たとえば走行運動のスポーツ競技適正診断に用いることが可能である。
Ｃ氏は、腰部が上半身と連動しているため、走行運動の支点の高さが低いことを示している。このような走法は、急加速、急停止、方向転換を頻繁に行うスポーツ競技、たとえばバスケットボール、ラグビー、テニス、サッカーに適しているといえる。
一方、Ａ氏は、腰部が下半身と連動しているため、走行運動の支点の高さが高いことを示している。このような走法は、直進運動を継続するスポーツ競技、たとえばマラソンに適しているといえる。
【００５５】
運動性能診断方法の実施の形態２について
運動性能診断方法の実施の形態２では、腰部、臀部または胸部の周期軌跡解析により前後の重心位置を診断する。
運動性能診断方法の実施の形態２は、前方に進行する被験者の運動性能診断方法であって、Ｘ−Ｙ平面における被験者の位置座標を特定するステップと、位置座標を複数回特定し、少なくとも１点の交点を有する被験者の軌跡を特定するステップと、交点のうちＸ軸に最も近い交点のＸ軸方向の位置を特定するステップとを含む。
【００５６】
図２３は、この発明にかかる運動性能診断方法の実施の形態２による被験者であるＤ氏の胸部、腰部および臀部の各Ｘ−Ｙ平面の位置座標を示すグラフである。
図２４は、この発明にかかる運動性能診断方法の実施の形態２による被験者であるＥ氏の胸部、腰部および臀部の各Ｘ−Ｙ平面の位置座標を示すグラフである。
図２５は、この発明にかかる運動性能診断方法の実施の形態２による被験者であるＡ氏の胸部、腰部および臀部の各Ｘ−Ｙ平面の位置座標を示すグラフである。
Ｘ−Ｙ平面における胸部、腰部または臀部の周期軌跡の交点のＸ軸方向の位置に着目すると、走行時の運動の重心の位置が測定できる。
一般的に効率的に走行できるかを示す指標であるランニングエコノミーを高めるためには、進行方向に対して前側に重心があると、ブレーキがかかりにくく推進力が生まれやすく効率的に走行できるようになる。
Ｄ氏は、図２３に示すように、全部位の重心が後ろよりにあるため、ランニングエコノミーが低いといえる。
一方、Ａ氏は、図２５に示すように、全部位の重心が前よりにあるため、ランニングエコノミーが高いといえる。
【００５７】
運動性能診断方法の実施の形態３について
運動性能診断方法の実施の形態３では、腰部、臀部または胸部の周期軌跡解析により左右のバランスを診断する。
運動性能診断方法の実施の形態３は、前方に進行する被験者の運動性能診断方法であって、Ｙ−Ｚ平面における被験者の位置座標を特定するステップと、位置座標を複数回特定し、被験者の軌跡を特定するステップと、Ｙ軸の正方向側における軌跡とＹ軸の負方向側における軌跡との対称性を比較するステップとを含む。
【００５８】
運動性能診断方法の実施の形態３では、腰部、臀部または胸部の周期軌跡の左右のずれを比較することで、運動の左右のバランスを診断することができる。たとえば、周期軌跡の左側の軌跡の距離と周期軌跡の右側の軌跡の距離とを比較したり、周期軌跡の左側の軌跡で囲まれる面積と周期軌跡の右側の軌跡で囲まれる面積とを比較したりすることで、左右のバランスを診断することができる。また、腰部の周期運動のＺ軸の負の領域の挙動から、着地時の左右のバランスや、ぶれを診断することが可能である。
図２６は、この発明にかかる運動性能診断方法の実施の形態３による被験者の腰部および臀部の各Ｙ−Ｚ平面の位置座標を示すグラフとともに、被験者を背後から見た着地時の全身像を示す。図２６の右足着地時および左足着地時の図において、垂直な線は、被験者のかかとから直線状に伸ばした線である。
ここで、周期運動のＺ軸の負の領域の挙動に着目すると、右足着地時には、かかとから膝が比較的直線状に存在し、腰部および臀部のぶれが見られない。（図２６の周期軌跡の左側の軌跡を参照）。
一方、左足着地時には、膝が体の外側に位置している。その結果、腰が右側に流れてしまっており、腰部および臀部が外側へぶれている（図２６の周期軌跡の右側の軌跡を参照）。
【００５９】
運動性能診断方法の実施の形態４について
運動性能診断方法の実施の形態４では、腰部、臀部または胸部の周期軌跡解析により左右のバランスを診断する。
運動性能診断方法の実施の形態４は、前方に進行する被験者の運動性能診断方法であって、Ｘ−Ｙ平面における被験者の位置座標を特定するステップと、位置座標を複数回特定し、被験者の軌跡を特定するステップと、Ｙ軸の正方向側における軌跡とＹ軸の負方向側における軌跡との対称性を比較するステップとを含む。
【００６０】
運動性能診断方法の実施の形態４では、腰部、臀部または胸部の周期軌跡の左右のずれを比較することで、運動の左右のバランスを診断することができる。たとえば、周期軌跡の左側の軌跡の距離と周期軌跡の右側の軌跡の距離とを比較したり、周期軌跡の左側の軌跡で囲まれる面積と周期軌跡の右側の軌跡で囲まれる面積とを比較したりすることで、左右のバランスを診断することができる。また、胸部の周期軌跡により、左右の腕振りバランスを診断することができる。
図２７は、この発明にかかる運動性能診断方法の実施の形態４による被験者であるＡ氏の胸部のＸ−Ｙ平面の位置座標を示すグラフとともに、被験者を左横から見た着地時の全身像を示す。図２７の着地時の図において、垂直な線は、左右の腕振りバランスをわかりやすくするために直線状に伸ばした線である。周期軌跡の進行方向の振幅を左右で比較することにより、左右の腕振りバランスが診断可能である。
【００６１】
運動性能診断方法の実施の形態５について
運動性能診断方法の実施の形態５では、腰部、臀部または胸部の周期軌跡解析によりランニングエコノミーを診断する。
運動性能診断方法の実施の形態５は、前方に進行する被験者の運動性能診断方法であって、Ｘ−Ｙ平面、Ｙ−Ｚ平面またはＸ−Ｚ平面における被験者の位置座標を特定するステップと、位置座標を複数回特定し、被験者の軌跡を特定するステップと、軌跡のＸ軸、Ｙ軸またはＺ軸における座標の最大値と最小値の差から振幅を測定するステップとを含む。
【００６２】
運動性能診断方法の実施の形態５では、Ｘ−Ｙ平面、Ｙ−Ｚ平面およびＸ−Ｚ平面における各軸の振幅を容易に測定可能である。振幅を測定することにより、ランニング時の上下左右前後の移動幅が測定できる。この移動幅が少ないほど、ランニングエコノミーが優れていると診断できる。
図２８は、この発明にかかる運動性能診断方法の実施の形態５による被験者であるＡ氏の腰部のＹ−Ｚ平面の位置座標を示すグラフおよび被験者であるＤ氏の腰部のＹ−Ｚ平面の位置座標を示すグラフである。
Ａ氏は、Ｙ軸（横）方向の振幅が大きいため、ランニングエコノミーが低いといえる。
一方、Ｄ氏は、Ｙ軸（横）方向の振幅が小さいため、ランニングエコノミーが高いといえる。
【００６３】
運動性能診断方法の実施の形態６について
運動性能診断方法の実施の形態６では、腰部、臀部または胸部の周期軌跡のばらつき解析により運動再現性を診断する。
運動性能診断方法の実施の形態６は、Ｙ−Ｚ平面における被験者の位置座標を特定するステップと、位置座標を複数回特定し、被験者の軌跡を特定するステップと、少なくとも異なる２周期以上の周期を比較するステップとを含む。この比較するステップは、たとえば第１周期における軌跡と第２周期における軌跡とを比較するステップを含む。
【００６４】
運動性能診断方法の実施の形態６では、固定カメラを用いたモーションキャプチャと異なり、運動開始から終了まで、全ての運動を記録可能である。
そこで、一定間隔毎に周期軌跡を取得し、そのばらつきを測定することで、被験者の周期運動の再現性の高さが診断可能である。
なお、周期運動のばらつきは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸毎に取得が可能である。取得方法としては、規格化した取得データにおいて、各測定点の経時的データの標準偏差を個々に計算後、各測定点の標準偏差の算術二乗平均を計算することによって取得する。
図２９は、この発明にかかる運動性能診断方法の実施の形態６による被験者であるＡ氏の腰部のＹ−Ｚ平面の位置座標を示すグラフである。
図３０は、この発明にかかる運動性能診断方法の実施の形態６による被験者であるＥ氏の腰部のＹ−Ｚ平面の位置座標を示すグラフである。
図２９および図３０に示すグラフを得るために、測定時間２００秒に対して、周期取得間隔を１０秒とし、２０回分の周期データから周期運動のばらつきを評価した。
Ａ氏について、Ｙ軸方向の標準偏差（二乗平均）は、０．００２９であり、Ｚ軸方向の標準偏差（二乗平均）は、０．００３３であった。
一方、Ｅ氏について、Ｙ軸方向の標準偏差（二乗平均）は、０．００４１であり、Ｚ軸方向の標準偏差（二乗平均）は、０．００３３であった。
そのため、Ａ氏は、Ｙ軸方向において、Ｅ氏より運動再現性がよいことがわかる。
また、Ａ氏およびＥ氏の運動再現性は、Ｚ軸方向において変わらないこともわかる。
【００６５】
運動性能診断方法の実施の形態７について
運動性能診断方法の実施の形態７では、腰部、臀部または胸部の周期軌跡の経時変化解析によりフォームの乱れを診断する。
運動性能診断方法の実施の形態７は、運動性能診断方法の実施の形態１または２において、軌跡を特定するステップを一定時間連続で行い、交点のうちＺ軸またはＸ軸に最も近い交点が経時変化に伴いＺ軸方向またはＸ軸方向における位置変化が見られるか否かを診断するステップを含む。
【００６６】
運動性能診断方法の実施の形態７では、固定カメラを用いたモーションキャプチャと異なり、運動開始から終了まで、全ての運動を記録可能である。
そこで、一定間隔毎に周期軌跡を取得し、その経時的変化をプロットすることで、経時的なフォームの乱れを診断することが可能である。
マラソン等の持続走行運動は、長距離走行時に疲労よって走行支点の位置が下がってくることが知られている。運動性能診断方法の実施の形態７では、交点位置の測定により走行支点位置の測定が可能であるため、経時的に交点位置をプロットすることにより、フォームの乱れや疲労度が測定可能である。
図３１は、この発明にかかる運動性能診断方法の実施の形態７による被験者の腰部のＹ−Ｚ平面の位置座標を示すグラフである。
図３２は、この発明にかかる運動性能診断方法の実施の形態７による被験者の走行時間と交点位置（Ｚ軸）との関係を示すグラフである。
図３１に示すグラフより、周期軌跡があまり重ならず、フォームに乱れがあることがわかる。
さらに、図３２の示すグラフより、走行時間の経過とともに、交点位置（Ｚ軸）が下がり、疲労度が増していることがわかる。
また、たとえば被験者の腰部のＸ−Ｙ平面の位置座標を示すグラフより、前後方向におけるフォームの乱れを診断することができる。
さらに、被験者の走行時間と交点位置（Ｘ軸）との関係を示すグラフより、疲労度を診断することができる。
【００６７】
運動性能診断方法の実施の形態８について
運動性能診断方法の実施の形態８では、腰部、臀部または胸部の周期軌跡の経時変化解析によりフォームの乱れを診断する。
運動性能診断方法の実施の形態８は、運動性能診断方法の実施の形態３において、軌跡を特定するステップを一定時間連続で行い、Ｙ軸の正方向側における軌跡とＹ軸の負方向側における軌跡との対称性が経時変化に伴い変化が見られるか否かを診断するステップを含む。
【００６８】
運動性能診断方法の実施の形態８では、固定カメラを用いたモーションキャプチャと異なり、運動開始から終了まで、全ての運動を記録可能である。
そこで、一定間隔毎に周期軌跡を取得し、その経時的変化をプロットすることで、経時的なフォームの乱れを診断することが可能である。
図３３は、この発明にかかる運動性能診断方法の実施の形態８によるＢ氏の５０分間走行における腰部のＹ−Ｚ平面の位置座標を示すグラフである。図３３に示すグラフでは、時間の経過とともに、周期軌跡が濃色から淡色へと変化させている。
Ｂ氏は、Ｏ脚であるため、Ｚ軸の負領域が外側に広がった形になる。これは、着地時に腰部が左右にぶれていることを示している。
そこで、膝を正中線上に揃えることを意識してランニングした。
その結果、図３３に示すグラフより、最初の１０分間ほどは、左右のぶれがおさまっているが、その後に、疲労とともにぶれが大きくなる様子が見て取れる。
このように疲労によるフォームの経時的な乱れも診断可能である。
【００６９】
図３４は、この発明にかかるモーションキャプチャ用スポーツウェアの一例を示す背面図解図である。図３４に示すモーションキャプチャ用スポーツウェア１００は、たとえば図１に示すモーションチャプチャ装置１０を収納したモーションキャプチャ用スポーツウェアである。
【００７０】
このモーションキャプチャ用スポーツウェア１００は、たとえば腰部および胸部に対応する部分を有するシャツ状のスポーツウェア本体１０２を含む。
【００７１】
スポーツウェア本体１０２の腰部に対応する部分には、収納部１０４が設けられる。収納部１０４は、たとえば図１に示すモーションキャプチャ装置１０を収納するためのものである。収納部１０４は、収納されたモーションキャプチャ装置１０を固定するために、モーションキャプチャ装置１０とほぼ同じ大きさに形成される。また、収納部１０４は、上部に開口を有する。
【００７２】
スポーツウェア本体１０２には、収納部１０４の開口の近傍に、蓋体１０６が設けられる。蓋体１０６は、たとえば面ファスナによって、収納部１０４の開口をふさぐことができるように形成されている。そのため、収納部１０４に収納されているモーションキャプチャ装置１０が、収納部１０４から外部に不用意に飛び出しにくい。
【００７３】
収納部１０４には、図１に示すモーションキャプチャ装置１０が収納される。このモーションキャプチャ装置１０には、記憶部２４に、たとえば上述の運動性能診断方法の実施の形態１〜８の少なくとも１つ実施の形態を実施するための動作プログラムも予め書き込まれている。
【００７４】
図３４に示すモーションキャプチャ用スポーツウェア１００では、着用するだけで、モーションキャプチャ装置１０を被験者の腰部に簡単に装着することができる。
また、図３４に示すモーションキャプチャ用スポーツウェア１００では、書き込まれているプログラムによって、上述の運動性能診断方法の実施の形態１〜８のいずれかを実施することができる。
【００７５】
上述のモーションキャプチャ装置１０は、たとえば、被験者の身体が左右に所定値を超えて動いていると判断した場合に、スピーカ２６から「身体が左右に大きく動いています」というような音声メッセージを出力するように構成されてもよく、同様に、被験者の身体が前後、上下に所定値を超えて動いていると判断した場合も、対応する音声メッセージを出力するように構成されてもよい。
【００７６】
さらに、このモーションキャプチャ装置１０は、たとえば、被験者のピッチ（１周期の逆数）があらかじめタッチパネル３０等で設定した所定ピッチを超えていると判断した場合に、スピーカ２６から「ピッチが速すぎます」というような音声メッセージを出力するように構成されてもよく、逆に、被験者のピッチが遅すぎると判断した場合も、対応する音声メッセージを出力するように構成されてもよい。
【００７７】
上述のモーションキャプチャ装置１０は、たとえば略矩形板状のケース１２を含むが、ケース１２は、他の形状に形成されてもよく、たとえば、腕時計のように腕に装着することができるように構成されたり、サングラスのように装着することができるように構成されたりしてもよい。このようにモーションキャプチャ装置１０を構成すれば、腕の動きや頭の動きを直視することができる。
【００７８】
また、上述のモーションキャプチャ装置１０は、スピーカ２６やタッチパネル３０を有するが、入出力端子を介して、外部のスピーカまたはイヤホンや、外部のディスプレイに接続されてもよい。この場合、モーションキャプチャ装置１０からスピーカ２６やタッチパネル３０のディスプレイ機能が削除されてもよい。
【００７９】
さらに、上述のモーションキャプチャ装置１０では、３次元加速度センサ２０と演算処理部２２とが有線で接続されているが、３次元加速度センサ２０と演算処理部２２とは、無線で接続されてもよい。その場合、モーションキャプチャ装置１０の３次元加速度センサ２０を被験者に装着する必要はあるが、モーションキャプチャ装置１０の演算処理部２２などを被験者に装着する必要はない。
【００８０】
また、上述のモーションキャプチャ用スポーツウェア１００では、シャツ状のスポーツウェア本体１０２が腰部および胸部に対応する部分を有し、収納部１０４がスポーツウェア本体１０２の腰部に対応する部分に設けられているが、スポーツウェア本体は、腰部、臀部または胸部に対応する部分を有し、収納部は、スポーツウェア本体の腰部、臀部または胸部に対応する部分に設けられていればよい。
スポーツウェア本体は、図３４に示すように、シャツ状のスポーツウェア本体であってもよいが、腰部および臀部に対応する部分を有するズボン状のスポーツウェア本体であってよく、あるいは、シャツ状のスポーツウェア本体とズボン状のスポーツウェア本体とをつないだような腰部、胸部および臀部に対応する部分を有するスポーツウェア本体であってもよい。
【００８１】
この発明にかかるモーションキャプチャ用身体装着具は、身体装着具本体としてのスポーツウェア本体を有するモーションキャプチャ用スポーツウェアに限らず、たとえば、帽子やウエストポーチなどにも適用可能である。
【００８２】
上述のように、この発明では、周期運動に対して重ね合わせを利用し、加速度センサが記録するオーバーシュート、ノイズ、重力加速度が積分出力に影響しないように工夫している。したがって、これまで外部のカメラ等でしかフォームの確認ができなかったが、この発明を利用することによって、個人が一人で練習を行う際のフォーム改善指導や競技中のフォームのくずれ等を指導するためのデータ取得に応用利用することができる。
【００８３】
また、この発明は、原理的に周期運動するすべての運動解析が可能であり、たとえばテニスラケットのスィング、ゴルフクラブのスィング、野球のバッティング、投球、剣道の素振りなどを複数回繰り返し計測し、各競技独特のフォームの改善指導などに利用可能である。
【００８４】
さらに、この発明は、人間以外にもたとえば競走馬への適用により、競走馬の走行状態の確認や体調の管理などに利用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
この発明にかかるモーションキャプチャ装置は、特にたとえば、ランニング、テニスラケットのスィング、ゴルフクラブのスィング、野球のバッティング、投球、剣道の素振りなどの周期的な運動部位の動きを捉えるために好適に用いられる。
【符号の説明】
【００８６】
１０  モーションキャプチャ装置
１２  ケース
２０  ３次元加速度センサ
２２  演算処理部
２４  記憶部
２６  スピーカ
３０  タッチパネル
３２  電源スイッチ
１００  モーションキャプチャ用スポーツウェア
１０２  スポーツウェア本体
１０４  収納部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【国際調査報告】
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