(57)【要約】【課題】本発明は、電波による測位技術を用い、人間の身体の主要ポイントに装着されたセンサ自体の位置を直接検出し、人間の動作を容易に測定できるモーションキャプチャシステムを提供する。【解決手段】少なくとも３つの測定用電波送信機４から送信された複数の測定用電波を同時に個々に受信する複数の無線モジュールＭｎが、人間の主要ポイントに装着される。各々の無線モジュール内で、受信した各測定用電波に基づいて無線モジュール自体の位置座標を求める。求めた位置座標は、無線モジュールに備えた送信機で受信・処理装置３に送信される。送信された各無線モジュールに係る位置座標を利用して人間の動きに対するモーションキャプチャを行う。【選択図】　　　図１
2004093228.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる電波源から送信された各々異なる複数の測定用電波を同時に受信し、動くキャプチャ対象物体に装着される受信手段と、
受信した前記各測定用電波に従って時刻を測定する測定手段と、
測定された前記時刻と前記電波源の位置情報に基づいて、前記受信手段に係る位置を演算して、位置データを生成する位置処理手段と、
前記位置データに基づいて前記受信手段のモーションキャプチャを行うモーションキャプチャ処理手段と、
を有するモーションキャプチャシステム。
【請求項２】
前記測定用電波は、互いに離れた場所に設置された少なくとも３つの基準信号発生器から同時に各々送出される電波であることを特徴とする請求項１に記載のモーションキャプチャシステム。
【請求項３】
前記測定用電波は、少なくとも４つのＧＰＳ衛星から送出される電波であることを特徴とする請求項１に記載のモーションキャプチャシステム。
【請求項４】
少なくとも前記受信手段を含み、前記キャプチャ対象物体に装着される無線モジュールを有することを特徴とする請求項２又は３に記載のモーションキャプチャシステム。
【請求項５】
前記無線モジュールは、前記測定手段を含み、前記位置処理手段に前記時刻情報を無線により送信することを特徴とする請求項４に記載のモーションキャプチャシステム。
【請求項６】
前記無線モジュールは、前記測定手段と前記位置処理手段を含み、前記位置データをモーションキャプチャ処理手段に無線により送信することを特徴とする請求項４に記載のモーションキャプチャシステム。
【請求項７】
前記無線モジュールは、記憶手段を有し、
前記時刻と前記電波源の位置情報、或いは、前記位置データが前記記憶手段に一時的に蓄積されることを特徴とする請求項４乃至６に記載のモーションキャプチャシステム。
【請求項８】
複数の前記無線モジュールが、前記キャプチャ対象物体において互いに離れた場所に装着されていることを特徴とする請求項４乃至７のいずれか一項に記載のモーションキャプチャシステム。
【請求項９】
前記無線モジュールで作成された前記位置データは、一括して前記モーションキャプチャ処理手段に送信されることを特徴とする請求項８に記載のモーションキャプチャシステム。
【請求項１０】
前記無線モジュールで作成された前記時刻情報と前記電波源の位置情報は、一括して前記位置処理手段に送信されることを特徴とする請求項８に記載のモーションキャプチャシステム。
【請求項１１】
前記位置データは、当該受信手段に係る位置座標値及び識別情報を含むことを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか一項に記載のモーションキャプチャシステム。
【請求項１２】
前記位置座標値は、測定された前記時刻から、前記受信手段への前記測定用電波の到達時間差が求められ、該到達時間差と光速に基づいて擬似距離が算出され、該擬似距離と前記電波源の位置情報から演算されることを特徴とする請求項１１に記載のモーションキャプチャシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定用電波を利用したモーションキャプチャシステムに関し、特に、動く対象物体に装着された受信機によって複数の送信機からの測定用電波を受信して、該受信機の位置解析を行うことにより対象物体における各箇所の動きを把握するモーションキャプチャシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近では、コンピュータの性能の向上に従って、コンピュータグラフィック（ＣＧ）技術が急速に進歩してきた。このＣＧ技術を駆使して、動く対象物体、例えば、行動する人間の身体に関する動きのデータを抽出し、コンピュータ処理によって、人間の身体の動きを、表示装置の画面上で自然に表現できるようになっている。この手法では、人間の身体の関節等の動きに関する主要ポイントに、白いマークやランプを貼り付け、実際の人間の動きを数台のテレビカメラで違った角度から撮影しており、撮影された画像をコンピュータで解析して、ＣＧのスケルトンデータを、動きとして解析している。
【０００３】
また、このように、テレビカメラで撮影した映像を元にした画像解析を使用せずに、バーチャルリアリティー技術を応用したＣＧ技術として、磁気式と光学式の二つのモーションキャプチャシステムも用いられている。このうち、磁気式のモーションキャプチャシステムは、強力な磁場が用意され、その磁場の空間内で、対象物体である人間が動くようになっており、人間の身体の関節部分に取り付けた磁気センサによって、その空間の位置を割り出すというものである。この磁気式では、データがリアルタイムに入手できるので、例えば、ＴＶなどの番組作成に利用されている。
【０００４】
磁気式モーションキャップチヤシステムの場合においては、通常、対象物体である人間の身体中に複数の磁気センサが貼つけられ、この磁気センサからの電気信号を伝達するためのケーブルを引きずった状態で、対象物体の人間が動作しなければならず、その動作に自由度がないという問題があった。また、近くに金属があると、磁界が歪むために、測定を行う場所の設定に苦労し、そして手間がかかるという問題点があった。さらに、三次元座標を求めるのには、一定の磁場強度を必要とするのに対し、磁力線は、磁力線発生源から円を描いて広がっており、その発生源の中心から離れていくほど磁界が弱くなる（歪み）ので、場所によって、位置検出精度が悪くなる。その影響で、画像処理に問題が生じ、測定誤差が発生しやすいという問題があった。
【０００５】
一方、最近では、モーションキャプチャ方式として光学式も多く利用されている。この光学式によるモーションキャプチャシステムの利点は、精度が高く、さらに、対象物体である人間の身体に接続するコードを必要としていないので、人間が自然な動きしやすいことにある。
【０００６】
この光学式のモ―ションキャプチャシステムの構成を説明する。対象物体である人間の身体上における主要ポイント、例えば、頭、首、肩、腕、手首、腰、膝、足首などに、複数のマーカが取り付けられる。このマーカは、自転車などに用いられる再帰性反射板シ―トを貼りつけた反射球からなっている。そこで、データ処理装置と同期が取られた照明装置から、定期的に赤外線を発光する。その赤外光は、人間の主要ポイントに取り付けられた反射球である複数のマーカから反射され、高速度高感度カメラによってその反射光が捉えられる。照明装置の発光ごとのマーカの位置が、画像データとしてデータ処理装置に取り込まれる。取り込まれた画像は、画像処理後に、三点計測で、三次元形状モデルで空間状の点として変換されるものである。
【０００７】
この光学式モーションキャプチャシステムでは、複数の反射球を人間の身体に取り付け、照明装置からの赤外光を反射させることによって、人間の動きを検出しようとするものであるが、これには、データ処理装置と同期が取られた照明装置を必要とすることから、システムが大掛かりとなる欠点がある。そこで、そのような照明装置を必要としないようにするため、反射球の代わりに、点光源を人間の身体上の主要ポイントに取り付けるようにした。
【０００８】
点光源による光学式モーションキャプチャシステムの概要を、図７に示した。同図においては、対象物体である人間の身体における動作の主要ポイントとなる頭、首、腕、手首、腰、膝、足首などに、点光源ＬＳｎを取り付けた様子を示した。図中、点光源ＬＳｎを、図示の都合上、黒丸で示してある。この点光源を、所定距離だけ離れた位置にあるカメラ１で連続撮影する。この撮影された画像は、表示装置２の画面に表示され、点光源ＬＳｎの位置が、画面上の座標（Ｘ，Ｙ）として検出される。モーションキャプチャの処理は、上述の光学式モーションキャプチャシステムと同様である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
反射球による光学式モーションキャプチャシステムの場合、人間の身体上に複数取り付けられた反射球の移動位置を全体的に一画像として取り込むため、背景が画像に入らないように、何らかの幕で雇われた空間環境で人間が動作する必要があった。また、大掛かりな画像キャプチャシステムでは、高速度高感度カメラの台数分だけ照明装置が必要となり、三点計測を行った後、どの点に、どのマーカがあったのかの条件設定を考慮しなければならず、リアルタイムの運用が非常に難しいという問題があった。さらに、人間の主要ポイントに取り付けられているマーカである反射球と他の反射球が、人間の動きによっては重なり、或いは、画像を捉える高速度高感度カメラの死角に移動したときなどには、各反射球の識別に誤りが生じ易く、データ処理を誤るといった問題があつた。
【００１０】
また、点光源による光学式モーションキャプチャシステムにおいても、使用できる点光源には、発光量、サイズなどの関係で、昼間の屋外で実施することには難点があり、室内で行うことになる。しかも、使用する点光源によっては、撮影したときに識別性を向上するには、単色背景を使用する必要があるため、モーションキャプチャの実行場所に制限があるという問題がある。
【００１１】
さらに、反射球の場合と同様に、点光源によるシステムの場合でも、人間の動きによって点光源が隠れてしまう場合があり、キャプチャ情報の途切れに対処するために、その隠れた期間におけるデータを補間する必要がある。特に、二人の人間による動作をキャプチャ使用とする場合には、人間同士の重なりによる点光源の隠れが多発する。図８（ａ）に示すように、例えば、二人の人間がダンスをしているときのモーションキャプチャを行うような場合に、それぞれに取り付けられた点光源の色を違えることによって、両者を画像上で区別できたとしても、図８（ｂ）に示されるように、二人の動作によっては、カメラ１の側から見て奥に存在する点光源は手前の人の影に入ってしまうＡの部分に関して、当該点光源は、画像上に映し出されない。そのため、データ補間を仕切れないときには、一人ずつのキャプチャ処理を行わざるを得なかった。そのため、二人以上の人間の動作を同時にキャプチャ処理することができないという問題があった。
【００１２】
また、点光源による光学式モーションキャプチャシステムにおいても、反射球による場合と同様に、人間の動作を検出できるデータは、表示装置の画面上における２次元座標であり、その２次元データを画像処理によって３次元データとして扱うものであった。そのため、キャプチャ処理には、膨大な処理量を必要とし、しかも、処理誤差が生じるという問題があった。
【００１３】
そこで、本発明は、以上の問題を解決するためになされたものであり、ＣＧ技術で画像解析の評価を行う従来のモーションキャプチャ方式とは異なり、電波による測位技術を用いることで、キャプチャ対象物体、例えば、人間、動物などの身体の主要ポイントに取り付けられたセンサ自体の位置を直接検出するようにして、キャプチャを実行する場所又は環境に制限されずに、人間などの動作を容易に測定できるモーションキャプチャシステムを提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、本発明では、モーションキャプチャシステムにおいて、異なる電波源から送信された各々異なる複数の測定用電波を同時に受信し、動くキャプチャ対象物体に装着される受信手段と、受信した前記各測定用電波に従って時刻を測定する測定手段と、測定された前記時刻と前記電波源の位置情報に基づいて、前記受信手段に係る位置を演算して、位置データを生成する位置処理手段と、前記位置データに基づいて前記受信手段のモーションキャプチャを行うモーションキャプチャ処理手段とを備えた。
【００１５】
そして、前記測定用電波は、互いに離れた場所に設置された少なくとも３つの基準信号発生器から同時に各々送出される電波を採用し、或いは、少なくとも４つのＧＰＳ衛星から送出される電波を採用することとした。
【００１６】
また、少なくとも前記受信手段を含み、前記キャプチャ対象物体に装着される無線モジュールを有することとし、該無線モジュールは、さらに前記測定手段を含み、前記位置処理手段に前記時刻情報を無線により送信するように、或いは、前記測定手段と前記位置処理手段を含み、前記位置データをモーションキャプチャ処理手段に無線により送信するようにした。
【００１７】
前記無線モジュールは、記憶手段を有するものとし、前記時刻と前記電波源の位置情報、或いは、前記位置データが前記記憶手段に一時的に蓄積されるようにした。
【００１８】
また、複数の前記無線モジュールが、前記キャプチャ対象物体において互いに離れた場所に装着され、前記無線モジュールで作成された前記位置データが、一括して前記モーションキャプチャ処理手段に送信され、或いは、前記無線モジュールで作成された前記時刻情報と前記電波源の位置情報が、一括して前記位置処理手段に送信されるようにした。
【００１９】
前記位置データは、当該受信手段に係る位置座標値及び識別情報を含むこととした。
【００２０】
前記位置座標値は、測定された前記時刻から、前記受信手段への前記測定用電波の到達時間差が求められ、該到達時間差と光速に基づいて擬似距離が算出され、該擬似距離と前記電波源の位置情報から演算されることとした。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明のモーションキャプチャシステムの実施形態を、対象物体として、人間の身体を例にした場合について、図１乃至図６を参照しながら説明する。
【００２２】
図１は、本実施形態のモーションキャプチャシステムの特徴を説明するための概要を示している。本実施形態のモーションキャプチャシステムでは、人間の身体上に、センサとして、磁気センサ、点光源などを配置するのではなく、測定用電波を受信し、該測定用電波に基づいて当該センサの位置を求める無線モジュールを使用した。図１に示されるように、無線モジュールＭｎが、人間の身体上における主要ポイント、例えば、頭、首、腕、手首、腰、膝、足首などの１１箇所に装着される。これらの無線モジュールＭ０１乃至Ｍ１１の各々において、測定用電波が受信され、その位置がそれぞれ特定される。測定用電波は、無線モジュールＭｎから離れた位置に設置された複数の送信機４から送出される。これらの複数の送信機４の互いの配置は、予め設定され、それぞれの位置、高さが求められている。それらの配置は、人間に対して距離を置いて取り囲むものでも、適度に散らばっていてもよく、測定用空間を設定できればよい。
【００２３】
個々の無線モジュールＭｎでは、送信機４から送信される複数の測定用電波を受信し、複数の測定用電波に基づいて、個々の無線モジュールＭｎにおける測定用空間内の位置が特定される。個々の無線モジュールＭｎで特定された位置データは、受信・処理装置３に送信され、ここで、モーションキャプチャが行われる。そして、表示装置２の画面には、無線モジュールＭｎの位置座標（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）が、対応スポットとして表示される。人間が動くことにより、無線モジュールＭｎも移動し、その移動に従って、無線モジュール内で特定される当該無線モジュールの位置座標も変化し、表示装置２の画面上でも、その位置座標の変化に応じて、対応スポットの軌跡が表示される。
【００２４】
この様に、本実施形態のモーションキャプチャシステムでは、測定用電波送信機４で形成される測定用空間内において、人間の身体に装着された無線モジュール自体が自身の位置を特定するようにしており、この特定された位置に基づいてモーションキャプチャを行っているので、測定用電波による測定用空間が形成できるところであれば、何処でも、モーションキャプチャを行うことができる。図１に示されるように、屋外であっても、また、天候に左右されることがない。
【００２５】
そして、人間の身体に装着された個々の無線モジュールが、自身の位置を特定しているので、当該無線モジュールに関して測定用空間内での絶対的位置を測定できたことになり、測定用電波が無線モジュールに到達することができさえすれば、モーションキャプチャを実現できる。そのため、測定用電波送信機と人間と間に障害物などが存在していても、また、人間がどのような動きをしても、人間が複数であっても、影響されない。そして、モーションキャプチャ処理するためのデータは、動く無線モジュールの位置座標に関連するものであるから、正確な３次元モーションキャプチャデータとなっており、モーションキャプチャ処理による誤差を生じることがない。
【００２６】
ここで、図２を参照して、本実施形態のモーションキャプチャシステムの測位原理について説明する。
【００２７】
図２では、図１に示された測定用電波送信機４を３つの基準信号発生器で構成した場合を示している。図２では、説明の都合上、特徴部分を強調して示しており、実際には、これらの第１乃至第３基準信号発生器ＲＦ１乃至ＲＦ３の設置距離は、相当離されているものとし、人間が自由に動きまわれる広さが確保されている。そして、第１乃至第３基準信号発生器ＲＦ１乃至ＲＦ３の互いの距離Ｌ１、Ｌ２及びＬ３は、正確に測定され、さらに、それらの基準面からの高さについても正確に測定されているものとする。
【００２８】
これらの測定で得られた位置情報により、各発生器ＲＦ１乃至ＲＦ３の位置座標（Ｐ１，Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）、（Ｐ２，Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）及び（Ｐ３，Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３）に基づいて、立体的な測定用空間が形成され、各無線モジュールでの位置の特定のために、これらの位置座標は記憶される。ここで、Ｐ１乃至Ｐ３は、各無線モジュールの番号を示し、その他は、３次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を表している。
【００２９】
このように形成された測定用空間内に、複数の無線モジュールが装着された人間が動くことになる。図２に示された人間の身体上には、無線モジュールの一つを代表的に示し、その無線モジュールに係る位置データを（ｇ１，ｐ１，ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）で示した。実際には、キャプチャ対象物体として二人の人間の場合であれば、図３に示されるように、二人の人間の身体のそれぞれの主要ポイント１１箇所に、無線モジュールが装着されるが、各無線モジュールに、グループ番号ｇｎとパーツ番号ｐｎとが割り当てられ、これらの番号は、位置データを構成するため、当該無線モジュール特定されて位置座標（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）の頭部分に付与される。図２に示した例における位置データ（ｇ１，ｐ１，ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）では、当該無線モジュールが人間の身体を区分する１グループ目に属し、この中で１番目のものであることを示している。
【００３０】
次いで、個々の無線モジュールに関する位置データの取得について説明する。第１基準信号発生器ＲＦ１から第１電波が、第２基準信号発生器ＲＦ２から第２電波が、そして第３基準信号発生器ＲＦ３から第３電波が、送信されているとする。ここで、第１乃至第３基準信号発生器ＲＦ１乃至ＲＦ３における基準時間は、同じになるように調整されているとする。また、無線モジュールの時間は、各発生器の時間精度と同じであるとする。
【００３１】
そこで、無線モジュールでは、これらの第１乃至第３電波を受信し、第１乃至第３電波の到着時刻を計測する。その到着時刻をそれぞれｔ１、ｔ２及びｔ３とすると、第１乃至第３電波のそれぞれに含まれる発信時刻ｔ０を検出する。
【００３２】
ここで、光速をｃとし、各発生器ＲＦ１乃至ＲＦ３と当該無線モジュールとの間の距離をそれぞれｄ１、ｄ２及びｄ３とすると、
ｔ１−ｔ０＝ｄ１／ｃ
ｔ２−ｔ０＝ｄ２／ｃ
ｔ３−ｔ０＝ｄ３／ｃ
の関係が成立するので、計測した到着時刻ｔ１乃至ｔ３から距離ｄ１乃至ｄ３を計算することができる。
【００３３】
この距離ｄ１を半径とし、発生器ＲＦ１の位置座標（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）を中心とする第１球面、距離ｄ２を半径とし、発生器ＲＦ２の位置座標（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）を中心とする第２球面、そして、距離ｄ３を半径とし、発生器ＲＦ３の位置座標（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３）を中心とする第３球面を想定し、これらの３つの第１乃至第３球面が交差する点を求める。この３球面が交差する点が、測定用空間内の当該無線モジュールに係る位置座標（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）となり、位置データ（ｇ１，ｐ１，ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）が生成される。
【００３４】
この様にして、各無線モジュールは、第１乃至第３電波を他の無線モジュールとは独立して受信し、それぞれの無線モジュール自身に係る位置データが生成される。生成された位置データは、受信・処理装置３に送信され、モーションキャプチャのための情報となる。
【００３５】
なお、求めた距離ｄ１、ｄ２及びｄ３による３つの球面が一点で交差しないときに、第１乃至第３基準信号発生器の時刻精度が高い場合には、無線モジュールにおける時刻ズレが原因であることがあり、この様なときには、第１乃至第３基準信号発生器の他に、さらにもう一台の基準信号発生器を増設し、無線モジュールにおける時刻ズレを補正するようにすると、正確な位置データを生成することができる。
【００３６】
次に、キャプチャの対象物体である人間の身体に装着される無線モジュールＭｎのブロック構成を図４に示した。無線モジュールは、ＲＦ受信機５、受信信号処理装置６、記憶装置７、そしてＲＦ送信機８から構成されている。無線モジュールは、モーションキャプチャシステムの無線端末装置の役割を持っており、人間の身体上の主要ポイントに装着できるように、軽量且つコンパクトに形成され、ベルトなどによる装着具を備えたものとなっている。
【００３７】
ＲＦ受信機５は、アンテナを有しており、第１乃至第３基準信号発生器ＲＦ１乃至ＲＦ３によって送信された第１乃至第３電波を受信する機能を持っている。受信信号処理装置６では、受信した第１乃至第３電波に基づいて、上述したように、第１乃至第３電波のそれぞれの到達時刻ｔ１乃至ｔ３を計測し、その計測値から、当該無線モジュールと、第１乃至第３基準信号発生器ＲＦ１乃至ＲＦ３とのそれぞれの距離ｄ１乃至ｄ３を計算する。そして、記憶装置７に記憶された第１乃至第３基準信号発生器ＲＦ１乃至ＲＦ３の位置座標を基にして、半径ｄ１乃至ｄ３の３つの球面を演算する。ここで、これらの球面が共に交差する点を求め、当該無線モジュールに係る位置データを生成する。
【００３８】
ＲＦ送信機８は、アンテナを有しており、受信信号処理装置６で生成された当該無線モジュールに係る位置データを受信・処理装置２に送信する機能を持っており、受信信号処理装置６において所定間隔で生成される位置データをリアルタイムで受信・処理装置２に送信する。また、記憶装置７の記憶容量が大きければ、一時的に、或いは、モーションキャプチャ期間に生成された位置データを記憶装置７に記憶しておき、一括して受信・処理装置２に送信するようにしてもよい。
【００３９】
記憶装置７を、記録媒体とし、これに、モーションキャプチャ期間に生成された位置データを全て記憶するようにし、キャプチャ終了後、無線モジュールからこの記録媒体を抜き取り、これを受信・処理装置２に挿入し、位置データを読み込ませるようにしてもよい。
【００４０】
一方、人間の動きをモーションキャプチャしようとするとき、身体の特定の部位だけをキャプチャする場合は、無線モジュールは、一つ装着される。しかし、対象物体である人間の全体の動きをモーションキャプチャするときは、通常、複数の無線モジュールを主要ポイントに装着する。この複数の無線モジュールを装着する場合には、各無線モジュールを小型化するために、各無線モジュール内の受信信号処理装置６を共通化することもできる。この場合、無線モジュールには、受信機能を残し、他の受信信号処理装置６、記憶装置７、ＲＦ送信機８を人間の身体上の一箇所に集中して装着できるようにし、各無線モジュールとは、人間の動きを阻害しない程度のケーブルで接続する。
【００４１】
このような接続形態とするとき、受信信号処理装置６では、各無線モジュールから送られてくる第１乃至第３電波に関する受信情報に対して、時分割処理を施すことで位置データの生成処理に対処できる。また、人間の身体に複数の無線モジュールを装着した場合には、複数のうち、メインとなる無線モジュールについては、図４に示される構成とし、他の無線モジュールには、無線機能だけを残すようにしてもよい。
【００４２】
これまでは、人間の身体に装着される無線モジュールの構成について説明してきたが、次に、図５を参照して、図１に示された受信・処理装置３について説明する。
【００４３】
受信・処理装置３は、各無線モジュールから送信される位置データに基づいてモーションキャプチャ処理を行う機能を有し、ＲＦ受信機９、位置データ処理装置１０、記憶装置１１、そしてモーションキャプチャ制御装置１２からなり、その処理結果が表示される画面を有する表示装置２が接続されている。
【００４４】
ＲＦ受信機９は、無線モジュールから送信される信号を受信する機能を有し、位置データ処理装置１０において、受信した信号から、各無線モジュールで生成された位置データが抽出され、その位置データは、記憶装置１１に格納される。そして、モーションキャプチャ制御装置１２において、記憶装置１０に格納された位置データに含まれる座標値（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）がそのまま使用され、この座標値が、無線モジュール毎に時系列に処理されて、人間の身体上の主要ポイントに係る３次元のモーションキャプチャデータに変換される。表示装置２の画面に表示されるモーションスポットは、この座標値（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）に対応した位置に表示される。
【００４５】
なお、これまでは、無線モジュール内で座標値（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）を含む位置データを生成するようにしてが、無線モジュール内の受信信号処理装置６の処理負担を軽減するために、受信信号処理装置６では、第１乃至第３電波に基づく時刻情報までを生成し、座標値を含む位置データを生成することなく、ＲＦ送信機８から送信される信号には、時刻情報を含めるようにしてもよい。この場合には、受信・処理装置３において、受信した時刻情報に基づいた各無線モジュールに係る座標値が演算されることになる。
【００４６】
以上のように、本実施形態のモーションキャプチャシステムでは、複数の測定用電波によって形成された測定用空間内において、複数の無線モジュールを人間の身体に装着し、測定用電波を無線モジュールによって受信することにより、人間の動きに合った座標値が生成されるので、この座標値を用いることによって、複雑な画像処理に拠らなくても、簡単に、そして正確にモーションキャプチャを行うことができる。
【００４７】
これまで説明した本実施形態のモーションキャプチャシステムでは、測定用空間を形成するために、特別に用意した第１乃至第３基準信号発生器を適当な感覚を置いて配置していたが、次に、本実施形態のモーションキャプチャシステムにおける測定用空間を形成するのに、グローバル・ポジショニングシステム（ＧＰＳ）測位を利用する場合について、図６を参照して説明する。
【００４８】
図６に示したＧＰＳ測位利用のモーションキャプチャシステムは、図１のモーションキャプチャシステムの構成を基本としており、人間の身体上に装着された複数の無線モジュールの個々において、測定用電波を受信し、無線モジュール自身の位置を特定し、そしてその位置を受信・処理装置に送信するようになっている。異なることは、ＧＰＳ測位利用のモーションキャプチャシステムでは、測定用空間が、第１乃至第３基準信号発生器からの電波によるものではなく、その変わりに、地球を周回する複数のＧＰＳ衛生からの電波によって形成されていることである。
【００４９】
人間の身体上に装着される無線モジュールの個々に、ＧＰＳアンテナが装備されており、個々の無線モジュールにおいて、ＧＰＳ測位手法に従って無線モジュール自身の位置測定が行なわれる。図６において、無線モジュールの一つを代表的に示したが、その無線モジュールで測定された位置データ（ｂ１，ｐ１，ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）が、受信・処理装置３に送信される。そして受信・処理装置３では、表示装置２の画面に示されるように、その位置データに基づいて、特別な演算処理をしないで、人間の動きに対するモーションキャプチャが行われる。
【００５０】
ここで、ＧＰＳ測位利用のモーションキャプチャシステムにおける無線モジュールの位置測定について説明する。
【００５１】
このＧＰＳ測位による位置測定は、空間的位置が分かっている少なくとも４つのＧＰＳ衛星ＳＴ１乃至ＳＴ４から時刻ｔ０に送信された電波を利用する。そこで、各衛星と無線モジュールとの擬似距離をそれぞれｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４とし、光速をｃとし、さらに、無線モジュールにおけるＧＰＳ衛星の時刻に対する時刻誤差をδｔとすると、
ｔ１＝ｔ０＋ｄ１／ｃ＋δｔ
ｔ２＝ｔ０＋ｄ２／ｃ＋δｔ
ｔ３＝ｔ０＋ｄ３／ｃ＋δｔ
ｔ４＝ｔ０＋ｄ４／ｃ＋δｔ
の関係が成立するので、４つのＧＰＳ衛星について同時に電波の到達時刻差Δｔ１、Δｔ２、Δｔ３、Δｔ４を測定する。Δｔｉ＝ｔｉ−ｔ０の関係にある。測定されたΔｔｉに基づいて、擬似距離ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４を計算する。
【００５２】
次いで、時刻ｔ０における４つのＧＰＳ衛星の位置を、送信された電波から軌道情報を求めて計算し、計算された４つのＧＰＳ衛星の位置を基準にして、無線モジュールまでの擬似距離を半径とする球殻を求める。４つの球殻が一点で交差するように、無線モジュールの受信位置（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）と時刻誤差δｔを決定する。なお、５つ以上のＧＰＳ衛星を利用する場合には、最小二乗法により、誤差最小点を決定する。
【００５３】
この様にして、無線モジュールに係る受信位置が特定されたならば、無線モジュールでは、その受信位置を含む位置データ（ｇ１，ｐ１，ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）を生成し、この位置データを受信・処理装置３に送信する。これ以降のモーションキャプチャ処理は、図１及び図２に示したモーションキャプチャシステムの場合と同様であるので、その説明を省略する。
【００５４】
ここで述べたＧＰＳ測位利用のモーションキャプチャシステムでも、人間の身体上に装着した無線モジュールによって、人間の動きに応じた主要ポイントの位置座標を求められ、この位置座標をそのままモーションキャプチャ処理に利用することができ、複雑な画像処理によるモーションキャプチャを行う必要がなくなる。
【００５５】
なお、ＧＰＳ測位利用のモーションキャプチャシステムにおいては、各無線モジュール内に、ＧＰＳ測位システムを組み込み、無線モジュール毎の位置データを求め、受信・処理装置３にその位置データを送信することによっても実現できるが、この仕方では、無線モジュール自体の処理負荷が大きくなり、ＧＰＳ測位手法によっては、位置を特定する処理に時間を要し、リアルタイム処理に不向きな手法もあるので、４つのＧＰＳ衛星からの電波の到達時刻情報、それらの軌道情報など、位置データの生成上必要な情報を逐次蓄積するようにし、測定を終了してから、一括して各無線モジュールに係る位置データを作成することもできる。この場合に、これらの情報は、人間の身体上にある記憶装置に蓄積されても、あるいは、受信・処理装置３に送信されて蓄積されるようにしてもよい。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、対象物体上に装着した無線モジュールが、受信した複数の測定用電波に基づいて無線モジュール自体の位置データを作成し、対象物体の動きに応じた位置データによってモーションキャプチャを行うモーションキャプチャシステムとしたので、該位置データは、３次元座標値を含んでおり、正確な３次元のモーションキャプチャを行うことができる。
【００５７】
また、点光源によるモーションキャプチャシステムとは異なり、距離測位に電波を利用しているので、背景の影響を受けることなく、屋外であっても、さらに、実施場所に起伏があってもモーションキャプチャを行うことができる。
【００５８】
そして、無線モジュール毎に生成される位置データに、位置座標値と無線モジュール識別番号を含めたので、モーションキャプチャ処理に、そのまま３次元座標値として利用でき、しかも、対象物体が複数であろうとも、また、装着される無線モジュールが多数となっても、対象物体上の各主要ポイントの動きを正確に３次元でモーションキャプチャを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態によるモーショモーンキャプチャシステムの概要を説明する図である。
【図２】本実施形態によるモーショモーンキャプチャシステムのキャプチャ原理を説明する図である。
【図３】無線モジュールに対する付与される位置情報について説明する図である。
【図４】キャプチャ対象の人間の身体上に装着される無線モジュールのブロック構成を説明する図である。
【図５】無線モジュールから送信された位置データ情報に基づいてモーショモーンキャプチャ処理を行うモーショモーンキャプチャ装置のブロック構成を説明する図である。
【図６】ＧＰＳ測位をモーショモーンキャプチャシステムに適用した実施形態を説明する図である。
【図７】従来のモーショモーンキャプチャシステムを説明する図である。
【図８】従来のモーショモーンキャプチャシステムで得られた画像表示例を説明する図である。
【符号の説明】
１…カメラ
２…表示装置
３…受信・処理装置
４…測定用電波送信機
５、９…ＲＦ受信機
６…受信信号処理装置
７、１１…記憶装置
８…ＲＦ送信機
１０…位置データ処理装置
１２…モーショモーンキャプチャ制御装置
Ｍｎ…無線モジュール
ＲＦ１〜ＲＦ３…基準信号発生器
ＳＴ１〜ＳＴ４…ＧＰＳ衛星
【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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