(57)【要約】【課題】周波数の異なる、あるいは送信開始時間や送信間隔の異なる超音波送信手段を被計測対象者に複数取付け、各超音波送信手段の三次元座標位置によって被計測対象者の動きを二次元又は三次元的に表示できるようにする。【解決手段】被計測対象者５００の体の所定の箇所に取付けられ、それぞれ異なる周波数の超音波を送信する超音波送信機１０と、超音波送信機１０から送信されるそれぞれ異なる周波数の超音波１５０を同期させるトリガー装置２０と、超音波送信機１０から送信されるそれぞれ異なる周波数の超音波１５０を受信する受信機３０と、受信機３０により受信した超音波１５０を解析して被計測対象者５００が位置する三次元座標位置を高速で検出する解析装置４０と、解析装置４０の解析結果から被計測対象者５００の体の位置を表示する表示手段５０を備えた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被計測対象者の体の所定の箇所に取付けられ、それぞれ異なる周波数の超音波を送信する超音波送信手段と、
前記超音波送信手段から送信されるそれぞれ異なる周波数の超音波を同期させる同期手段と、
前記超音波送信手段から送信されるそれぞれ異なる周波数の超音波を受信する受信手段と、
前記受信手段により受信した超音波を解析して前記被計測対象者が位置する三次元座標位置を検出する解析手段と、
前記解析手段の解析結果から前記被計測対象者の体の位置を表示装置に表示する表示手段と、を備えてなることを特徴とする超音波を利用したエンターテイメント用三次元座標計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波を利用したエンターテイメント用三次元座標計測装置において、
前記表示手段は、前記各超音波送信手段の三次元座標位置を実時間で検出すると共に連続して表示装置に表示することができることを特徴とする超音波を利用したエンターテイメント用三次元座標計測装置。
【請求項３】
請求項１または２のいずれか１項に記載の超音波を利用したエンターテイメント用三次元座標計測装置において、
前記表示手段は、さらに前記各超音波送信手段の三次元座標位置から二次元又は三次元の人型画像として仮想表示することができることを特徴とする超音波を利用したエンターテイメント用三次元座標計測装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波を利用したエンターテイメント用三次元座標計測装置において、
前記被計測対象者に取着された複数の前記超音波送信手段の三次元座標位置の変化から前記被計測対象者の運動量を算出して、それに応じたカロリー計算をするカロリー算出手段を備えてなることを特徴とする超音波を利用したエンターテイメント用三次元座標計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波により被計測対象者の三次元座標位置を検出することができる超音波を利用した三次元座標計測装置に関し、特に周波数の異なる、あるいは送信開始時間や送信間隔の異なる超音波送信手段を被計測対象者に複数取付け、各超音波送信手段の三次元座標位置によって被計測対象者の動きを二次元又は三次元的に表示するとことができる超音波を利用したエンターテイメント用三次元座標計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンピュータ技術の進歩に伴ってデジタル処理技術が高度化してきている。特に映画やテレビゲームの分野はデジタル処理技術の最先端にあり、よりリアルな三次元画像の作成が要求されている。一般的にはモーションキャプチャがある。例えば、コンピュータで作成したキャラクターをテレビ画面上に表示して動かす場合に、まず、現実に存在する人間の体の複数箇所にマーカーを取り付け、その人間の実際の動きに伴うマーカーの反射光をビデオカメラで撮影し、それをコンピュータにデータとして取り込む。その後、当該データに基づいてテレビ画面上に表示した仮想人間を動かすという方法である。これによって、よりリアルな動きをコンピュータで作成したキャラクターに行わせることができる。特許文献１もマーカーの反射光を利用して人の動きをコンピュータに取り込む発明である。
現在、このような方法の他に、（１）体の関節に光を反射するミラーのようなものを取り付け、暗室の中で被験者が動くと光がミラーで反射して、その光の反射をセンサーで取り込み、そして、取り込んだ点の集合から人物等の形を作り出し、点の動きを追従して、被験者の動作を取り込んでいく光学式（特許文献２を参考）、（２）体の関節に、磁気を感知するセンサーを取り付け、ある場所から一定磁界を発生させ、その磁界の中に被験者が立ち、被験者が動くと、その磁界を発生している場所と各関節のセンサー間で距離を測定し、動きを取り込む磁気式（特許文献３を参考）、（３）被測定対象者の身体に角度検出部や感圧部を取り付けて、被測定対象者が動いたときに変化する関節部の折れ曲がりの角度を検出することにより、被測定対象者の動きを計測する機械式（特許文献４を参照）、（４）複数の方式（光学式及び磁気式）を組み合わせて、それぞれのデータを用いる方式（特許文献５を参照）など人の位置情報をデジタル化するために様々な方法がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開平０９−１５３１５１号（第２頁〜第５頁、第２図）
【特許文献２】
特開平１０−２２２６６８号（第２頁〜第６頁、第１図及び第２図）
【特許文献３】
特開２０００−１４６５０９号（第２頁〜第６頁、第１図及び第２図）
【特許文献４】
特開平１０−２６１０９０号（第２頁〜第６頁、第１図及び第２図）
【特許文献５】
特開２００３−１０６８１２号（第２項〜第９項、第１図及び第３図）
【０００４】
しかし、前述した方法によるモーションキャプチャでは、人に取り付けたマーカや光が人の体の影に隠れると、コンピュータは認識できなくなりその部分のデータをとることができない。通常、そのような未入手データの部分は入手済みデータからコンピュータが人の動きを予想して補完することで対応しているが、その予想の確度を上げるのは非常に困難である。一方、磁気式では、磁界を発生する部屋を準備しなければならず、だれでも容易に利用することはできない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は以上のような問題点を解決するものであり、周波数の異なる、あるいは送信開始時間や送信間隔の異なる超音波送信手段を被計測対象者に複数取付け、各超音波送信手段の三次元座標位置によって被計測対象者の動きを二次元又は三次元的に表示するとことができる超音波を利用したエンターテイメント用三次元座標計測装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、被計測対象者の体の所定の箇所に取付けられ、それぞれ異なる周波数の超音波を送信する超音波送信手段と、超音波送信手段から送信されるそれぞれ異なる周波数の超音波を同期させる同期手段と、超音波送信手段から送信されるそれぞれ異なる周波数の超音波を受信する受信手段と、受信手段により受信した超音波を解析して各超音波送信手段の速度、加速度、角度、角速度、各加速度から被計測対象者が位置する三次元座標位置を高速で検出する解析手段と、解析手段の解析結果から被計測対象者の体の位置を表示装置に表示する表示手段と、を備えてなることを特徴とする。
【０００７】
前記目的を達成するため請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の超音波を利用したエンターテイメント用三次元座標計測装置において、表示手段は各超音波送信手段の三次元座標位置を実時間で検出すると共に連続して表示装置に表示することができることを特徴とする。
【０００８】
前記目的を達成するため請求項３に記載の発明は、請求項１または２のいずれか１項に記載の超音波を利用したエンターテイメント用三次元座標計測装置において、表示手段はさらに各超音波送信手段の三次元座標位置から二次元又は三次元の人型画像として仮想表示することができることを特徴とする。
【０００９】
前記目的を達成するため請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波を利用したエンターテイメント用三次元座標計測装置において、被計測対象者に取着された複数の超音波送信手段の三次元座標位置の変化から被計測対象者の運動量を算出して、それに応じたカロリー計算をするカロリー算出手段を備えてなるとこを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る超音波を利用したエンターテイメント用三次元座標計測装置を図面に基づいて詳細に説明する。
まず、本発明に係る超音波を利用したエンターテイメント用三次元座標計測装置１は、図１に示すように、超音波送信手段である超音波送信機１０と、同期手段であるトリガー装置２０と、受信手段である受信機３０と、解析手段である解析装置４０と、表示手段５０と、を備えて構成され、例えば、テレビゲーム機器と接続されて用いられるものであり、それによって、被計測対象者の動作に伴って、テレビ画面に表示されたキャラクターが同様の動作をすることができるようにされているので、被計測対象者はよりリアルにゲームを楽しむことができる。
【００１１】
超音波送信機１０は、図２に示すように、送信要求信号受信部１２と、送信要求信号復調部１４と、原子時計１５と、超音波信号コントロール部１６と、超音波信号発生部１７と、発信素子１８と、バッテリ１９とを備えて構成されている。
【００１２】
送信要求信号受信部１２は、受信機３０から超音波送信機１０と受信機３０との送受信の動機を取るための信号である送信要求信号１００を受信し、その送信要求信号１００を送信要求信号復調部１４へ送出する。送信要求信号１００としては光又は電磁波が有効に利用できる。
【００１３】
送信要求信号復調部１４は、送信要求信号受信部１２で受信した光又は電磁波などの送信要求信号１００を電子回路で処理できるように、電気信号である受信信号１１０に変換するものである。そして送信要求信号復調部１４は、原子時計１５に受信信号１１０を送出する。一方、超音波コントロール部１６にも受信信号１１０を送出するが、これによって超音波コントロール部１６に内装されているＣＰＵ装置やメモリに蓄積されている残存データが消去され初期状態に戻される。
【００１４】
原子時計１５は、ＬＳＩ等のチップで構成されており、超音波送信機１０に内装されているものである。当該原子時計１５は、超音波の発生開始の合図として前記受信信号１１０を受け取る。原子時計１５は、トリガー信号として前記受信信号１１０を一回だけ受けることによってその動作を開始し、その後は超音波を発生させるタイミングとして原子時計１５が有する発信周波数で超音波発生タイミング信号１２０を超音波信号コントロール部１６へ送出することができる。
【００１５】
超音波信号コントロール部１６は、送信要求信号復調部１４からの受信信号１１０を受け取り、超音波送信機１０における各種の内部処理を行う図示しないＣＰＵの動作開始を制御すると共に、原子時計１５からの超音波発生タイミング信号１２０を受けて、所定の周波数の超音波制御信号１３０を超音波信号発生部１７へ送出する。また、超音波信号コントロール部１６は、図示しない内部メモリに記憶されているプログラム又は受信信号１１０の入力のタイミングによって、所定の範囲で超音波制御信号１３０の発信周波数及び発信間隔を調整することが可能とされている。
【００１６】
超音波信号発生部１７は、超音波信号コントロール部１６からの電気信号である超音波制御信号１３０をさらに超音波発生信号１４０へ変換し発信素子１８へ送出する。超音波発生信号１４０は、超音波信号発生部１７へ供給されるバッテリ１９によって所定の電力を受けて、超音波発生信号１４０の周波数で発信素子１８を振動させることが可能となる。
【００１７】
発信素子１８は、所定の帯域の発信周波数を有する圧電素子であり超音波信号発生部１７を受信して超音波１５０を発信する。
【００１８】
トリガー装置２０は、図３に示すように、少なくとも３つの受信機３０に有線又は無線により接続され、前記受信機３０、３０相互の同期をとるためのトリガー信号２００を送信するためのトリガー信号発信部２２を備えて構成されている。
トリガー装置２０は、各受信機３０、３０にそれぞれ設けられており、各受信機３０、３０に対してトリガー信号２００を送信し、受信機３０、３０相互の同期をとるものである。
【００１９】
受信機３０は、図３に示すように、受信素子３１と、超音波検出部３２と、信号制御部３４と、原子時計３５と、トリガー信号受信部３６と、トリガー信号復調部３７と、信号送信部３８と、送信要求信号送信部３９と、を備えて構成されている。
【００２０】
受信素子３１は、圧電素子であり、所定の周波数帯域において当該範囲内の周波数の超音波を受信することができる。超音波信号送信機１０から発信された超音波１５０を受信し、その超音波の周波数に対応した受信信号３００を超音波検出部３２へ送出する。
【００２１】
超音波検出部３２は、受信信号３００を受信して整流処理等を行い信号制御部３４へ送出する。
【００２２】
一方、トリガー信号受信部３６は、トリガー装置２０から送信されたトリガー信号２００を受信して、そのトリガー信号２００をトリガー復調部３７に送出する。
【００２３】
トリガー復調部３７は、トリガー信号２００を受信して電気信号であるトリガー処理信号３１０に変換する。さらに、信号制御部３４及び原子時計３５に当該トリガー処理信号３１０を送信する。
【００２４】
信号制御部３４は、トリガー復調部３７から送出されたトリガー処理信号３１０を受け取り、図示しない内装されたＣＰＵ装置を動作開始させる。また、正確な周期を有する原子時計３５から送出されたタイミング信号３２０を受信して当該タイミングに従って信号送信部３８に対して受信信号３００を送出する。
【００２５】
原子時計３５は、ＬＳＩ等のチップで構成されており、超音波送信機３０に内装されている。また、原子時計３５は、各超音波送信機１０に対応する少なくとも３つの受信機３０、３０がそれぞれ同じ時刻に受信した信号である受信信号３００を同じタイミングで解析装置４０へ送出するために、信号制御部３４に対して受信信号３００の送出開始の合図として前記タイミング信号３２０を送出する。尚、原子時計３５は、トリガー処理信号３１０を１回だけ受けることによって、その動作を開始し、その後は超音波を受信するタイミングとして原子時計３５が有する発信周波数で送信要求信号１００を送信要求信号送信部３９へ送出することができる。
【００２６】
信号送信部３８は、信号制御部３４から受信信号３００を受信して、解析装置４０へ送出する。尚、受信信号３００の送出は有線又は無線送信のどちらでも行うことができる。
【００２７】
送信要求信号送信部３９は、原子時計３５から送信要求信号１００を受け取り、各超音波送信機１０、１０へ当該送信要求信号１００を送信する。これにより、受信機３０、３０が受信可能な状態となった時に、その合図として超音波送信機１０、１０に対して送信要求信号１００を送り、それを受けた超音波送信手段１０、１０は超音波１５０を発信する合図となる。
【００２８】
次に、解析装置４０は、図４に示すように、信号受信部４２と、演算部４４と、信号送信部４６と、カロリー計算手段４８とを備えて構成されている。
【００２９】
信号受信部４２は、対応する各受信機３０、３０からの受信信号３００、３００を受信し、それを演算部４４へ送出する。
【００３０】
演算部４４は、複数の受信信号３００、３００から被計測対象者５００の三次元座標位置を演算により算出する。受信信号３００、３００の受信方向と発信から受信までの時間から被計測対象者５００の距離を算出して三次元座標位置を算出する。
【００３１】
演算部４４では、さらに被計測対象者５００に取り付けられた複数の超音波送信機１０、１０の位置を実時間で算出し被計測対象者５００の運動状態を検出しているが、この時、それぞれの超音波送信機１０、１０相互の速度、加速度、角度、角加速度などの物理量から被計測対象者５００の運動状態を検出する。
【００３２】
演算部４４は、さらに被計測対象者５００の三次元座標位置及び運動状態を検出した後、その情報に仮想キャラクターデータと共に、座標信号４００として信号送信部４６へ送出する。
【００３３】
信号送信部４６は、座標信号４００を受け、表示手段５０へ当該座標信号４００を送信する。この送信は、有線又は無線送信のどちらでもよいことは言うまでもない。
【００３４】
カロリー計算手段４８は、超音波送信機１０、１０の位置を解析した結果、得られた座標信号４００を所定の時間間隔で取り出し、その前の位置との相対的な位置関係により、当該周期時間の間に被計測対象者５００がどの程度動いたかを計算し、その計算結果からおおよそのカロリー計算をすることができる。
尚、本発明を実施する前に、予め被計測対象者５００の身長、体重、性別、体脂肪率などを入力することによって、より正確なカロリー計算をおこなわせることができる。
【００３５】
次に、表示手段５０は、画像を表示する表示部５２を有し、解析装置４０から送られてきた座標信号４００を表示部５２に表示する。
【００３６】
次に、以上で説明した超音波を利用したエンターテイメント用三次元座標計測装置１の動作方法について説明する。
【００３７】
まず、図１に示すように、被計測対象者５００は、トリガー装置２０、解析装置４０及び受信機３０、３０を少なくとも３箇所以上の所定の位置に備え付ける。同時に、表示手段５０を自己の位置から見やすい任意の位置に設定する。次に、自分の身体（特に肘又は膝などの関節部分や首又は腰）の数箇所に超音波送信機１０、１０を取り付ける。その後、超音波送信機１０、１０及びトリガー装置２０、受信機３０、３０、解析装置４０、並びに表示手段５０を動作させると、まずトリガー装置２０から、受信機３０に対してトリガー信号２００、２００が送信され、各受信機３０、３０はそれぞれ同期がとられる。トリガー信号２００を受けた各受信機３０、３０のいずれか１つから、次に対応する各超音波送信機１０、１０との送受信のタイミングを取るために、各超音波送信機１０、１０に対して送信要求信号１００を送信する。当該要求信号１００、１００を受けた超音波送信機１０、１０は送信可能状態となり、受信機３０、３０とのタイミングを内装された原子時計１５で計りながら超音波１５０の発信を開始する。
【００３８】
次に、被計測対象者５００が任意の動作をすると、超音波送信機１０、１０から超音波１５０が発信され、対応する受信機３０、３０は超音波１５０を受信して、復調等の信号処理をし、受信信号３００に変換する。その後、受信機３０、３０は対応する解析装置４０に受信信号３００、３００を送信する。
【００３９】
解析装置４０では、少なくとも３箇所からの受信機３０、３０から得られた受信信号３００、３００を受け取り、その受信信号３００、３００から被計測対象者５００の三次元座標位置を算出すると共に、その各受信信号３００、３００の相対的な位置関係から速度、加速度、角速度、角加速度を検出してその検出結果を利用して、被計測対象者５００の頭、首、腕、腰、足の位置を計算し、被計測対象者５００の運動状態を検出して、テレビゲーム機器の仮想キャラクターを制御するための座標信号４００として表示手段５０へ送信する。
【００４０】
そして、座標信号４００を受けた表示手段５０は、表示手段５０に基づき仮想キャラクター画像を映し出し、被計測対象者５００の運動状態を表示手段５０の表示部５２に実時間で映し出す。
【００４１】
さらに、その各超音波送信機１０、１０の動きから被計測対象者５００の運動状態を検出して、おおよその消費カロリーを即座に計算して、表示部５２に映し出したり、図示しないプリンター等の外部出力装置などを通して被計測対象者５００に知らせる。
【００４２】
これにより、被計測対象者５００は、自己の運動を画面で見ながら、運動をすることができ、モチベーションを高めた状態でカロリーを消費することができる。
【００４３】
このように、本発明によれば、被計測対象者５００の動きに合わせてリアルタイムに表示手段５０に映し出された仮想人間が動くので、リアルタイムな対戦ゲームや格闘ゲームを楽しみながら、カロリー消費をすることができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明に係る超音波を利用したエンターテイメント用三次元座標計測装置によれば、被計測対象者の体の所定の箇所に取付けられ、それぞれ異なる周波数の超音波を送信する超音波送信手段と、超音波送信手段から送信されるそれぞれ異なる周波数の超音波を同期させる同期手段と、超音波送信手段から送信されるそれぞれ異なる周波数の超音波を受信する受信手段と、受信手段により受信した超音波を解析して各超音波送信手段の速度、加速度、角度、角速度、各加速度から被計測対象者が位置する三次元座標位置を高速で検出する解析手段と、解析手段の解析結果から被計測対象者の体の位置を表示装置に表示する表示手段と、を備えたシステムとしているので、遠距離に位置する被計測対象者の三次元座標位置を計測できると共に、超音波を用いているので被計測対象者が超音波送信手段を隠すような姿勢をとっても、正確に計測をすることができる。
【００４５】
また、各超音波送信手段の三次元座標位置を実時間で検出すると共に連続して表示装置に表示することができるので、対戦（格闘）型ゲームをよりリアルに楽しむことができる。
【００４６】
また各超音波送信手段の三次元座標位置から二次元又は三次元の人型画像として仮想表示することができる。
【００４７】
また、被計測対象者に取着された複数の超音波送信手段の三次元座標位置の変化から被計測対象者の運動量を算出して、それに応じたカロリー計算をするカロリー算出手段を備えてなるので、モチベーションを低下させずにダイエットをすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る超音波を利用したエンターテイメント用三次元座標計測装置１のシステム図である。
【図２】本発明に係る超音波を利用したエンターテイメント用三次元座標計測装置１の超音波送信機１０のブロック図である。
【図３】本発明に係る超音波を利用したエンターテイメント用三次元座標計測装置１のトリガー装置２０及び受信機３０のブロック図である。
【図４】本発明に係る超音波を利用したエンターテイメント用三次元座標計測装置１の解析装置４０のブロック図である。
【符号の説明】
１０    超音波送信機
１２    送信要求信号受信部
１４    送信要求信号復調部
１５    原子時計
１６    超音波コントロール部
１７    超音波信号発生部
１８    発信素子
１９    バッテリ
２０    トリガー装置
２２    トリガー信号発信部
３０    受信機
３１    受信素子
３２    超音波検出部
３４    信号制御部
３５    原子時計
３６    トリガー信号受信部
３７    トリガー信号復調部
３８    信号送信部
３９    送信要求信号送信部
４０    解析装置
４２    信号受信部
４４    演算部
４６    信号送信部
５０    表示手段
５２    表示部
１００    送信要求信号
１１０    受信信号
１２０    超音波発生タイミング信号
１３０    超音波制御信号
１４０    超音波発生信号
１５０    超音波
２００    トリガー信号
３００    受信信号
３１０    トリガー処理信号
３２０    タイミング信号
４００    座標信号
５００    被計測対象者
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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