(57)【要約】【課題】  環境モデルおよび発達行動モデルに基づく乳幼児行動をシミュレーションする仮想空間内乳幼児行動生成システムを提供する。【解決手段】  入力処理手段により、乳幼児の月齢・年齢および環境データの入力を受付け、第１検索処理手段により、発達行動データベースをアクセスし、受付けた月齢・年齢に基づき乳幼児の発達行動の状態遷移データから月齢・年齢で取りうる行動の集合データを検索し、第２検索処理手段により、前記環境データベースをアクセスし、環境データからその環境にいる乳幼児が取りうる行動の集合データを検索する。第３検索処理手段により、２つの行動の集合データを比較し、ある月齢・年齢である乳幼児が、ある環境でとり得る行動の集合データを検索し、表示処理手段により、検索した結果の集合データを所定の順序で表示する。【選択図】  図１
2005293566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
乳幼児の発達行動の状態遷移データを格納する発達行動データベースと、
計算機上で作成された対象物、家具、および什器を含む環境データを格納する環境データベースと、
乳幼児の月齢・年齢および環境データの入力を受付ける入力処理手段と、
前記発達行動データベースをアクセスし、受付けた月齢・年齢に基づき乳幼児の発達行動の状態遷移データから月齢・年齢で取りうる行動の集合データを検索する第１検索処理手段と、
前記環境データベースをアクセスし、環境データからその環境にいる乳幼児が取りうる行動の集合データを検索する第２検索処理手段と、
２つの行動の集合データを比較し、ある月齢・年齢である乳幼児が、ある環境でとり得る行動の集合データを検索する第３検索処理手段と、
前記検索した結果の集合データを所定の順序で表示する表示処理手段と
からなることを特徴とする仮想空間内乳幼児行動生成システム。
【請求項２】
請求項１に記載の仮想空間内乳幼児行動生成システムにおいて、更に、
乳幼児事故データを格納した事故データベースと、
探索された行動の集合データを用いて前記事故データベースをアクセスし、ある環境である月齢・年齢にある乳幼児が起こす事故の集合データを検索して、行動の集合データとする第４検索処理手段と
を備えることを特徴とする仮想空間内乳幼児行動生成システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の仮想空間内乳幼児行動生成システムにおいて、更に、
超音波発信器から発射される超音波信号を複数の超音波受信器により受信して３次元位置計測を行い、乳幼児の現在位置を計測する超音波位置計測装置を備え、
前記超音波位置計測装置により計測される乳幼児の現在の位置を入力し、その実環境で起こりそうな事故を探索する
ことを特徴とする仮想空間内乳幼児行動生成システム。
【請求項４】
発達行動データベースに格納された乳幼児の発達行動の状態遷移データと、環境データベースに格納された計算機上で作成された対象物、家具、および什器を含む環境データを用いて、環境モデルおよび発達行動モデルに基づく乳幼児行動をシミュレーションする処理をコンピュータに実行させる仮想空間内乳幼児行動生成プログラムであって、
乳幼児の月齢・年齢および環境データの入力を受付ける入力処理ステップと、
受付けた月齢・年齢に基づき乳幼児の発達行動の状態遷移データから月齢・年齢で取りうる行動の集合データを検索する第１検索処理ステップと、
前記環境データからその環境にいる乳幼児が取りうる行動の集合データを検索する第２検索処理ステップと、
検査された２つの行動の集合データを比較し、ある月齢・年齢である乳幼児が、ある環境でとり得る行動の集合データを検索する第３検索処理ステップと、
前記検索した結果の集合データを所定の順序で表示する表示処理ステップと
の処理をコンピュータにより実行することを特徴とする仮想空間内乳幼児行動生成プログラム。
【請求項５】
請求項４に記載の仮想空間内乳幼児行動生成プログラムにおいて、更に、
探索された行動の集合データを用いて、乳幼児事故データを格納した事故データベースをアクセスし、ある環境で、ある月齢・年齢にある乳幼児が起こす事故の集合データを検索する第４検索処理ステップ
の処理をコンピュータにより実行することを特徴とする仮想空間内乳幼児行動生成プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、環境モデルおよび発達行動モデルに基づいて乳幼児行動をシミュレーションする仮想空間内乳幼児行動生成システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
計算機上で構築された仮想的な日常空間内で行動することができる仮想人間（デジタルヒューマン）技術が求められている分野に、住宅内で生じる乳幼児の事故を理解したり、シミュレーションする技術がある。このような技術があれば、乳幼児の事故を科学的に解明するための道具として用いること、事故が起こりにくい安全な環境・モノの設計を支援すること、メカトロニクス機器を用いた見守り支援することなどが可能になる。
【０００３】
これまでにも乳幼児事故防止に関する研究は行われてきたが、事故の現状調査に留まっている。過去の事故の事例などをもとにした予防策に関する研究が行われたり、様々な事故防止に関する書籍（非特許文献１）が出版されたりしているが、事故原因を科学的に解明するための道具や、事故が生じにくい環境を構築するための設計支援技術がないため、有効な対策が講じられておらず、乳幼児にとって危機的な状態にあると言ってよい。実際のところ、ここ４０年間、乳幼児の事故の傾向には変化が起こっていない。
【０００４】
また、この種の乳幼児事故防止に関係する技術として、特許文献１に記載されているような家庭内における「事故予防システム」の提案がある。このシステムは、本来的には危険でない対象物の多い家庭内において、親が乳幼児から目を離したわずかな不注意によって発生する可能性のある事故を未然に予防するとともに、乳幼児に対して家庭内での危険についての「しつけ」をすることを支援し、場合によっては、危険対象物を排除する事故防止手段を備えた事故予防システムである。
【非特許文献１】田中哲郎，“新子どもの事故防止マニュアル”，株式会社  診断と治療社，2003
【特許文献１】特開２００４−０７８３０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
デジタルヒューマン技術は計算機上に構築された仮想的な日常空間内で人を行動させることができる技術であり、このデジタルヒューマン技術を乳幼児事故防止の分野に適用する場合についての課題を検討すると、次のようになる。
【０００６】
乳幼児の事故が生じる原因は、第一に、乳幼児の時代は大人と比べて急速に身体の大きさ、認知能力、運動能力が発達し、変化するという特異な時期であり、単純な行動の組み合わせとはいえ、大人にとって予測が困難であるからである。実際、赤ちゃんが歩き出す１歳を過ぎると、溺死、交通事故、転倒・転落といった「不慮」の事故が死亡原因の一位を占める。第二に、日常生活環境は家庭ごとに違い、また、その家庭の中においてもその時々によって状況が変化するため、どの家庭にも適用できる一般的な予防策を作成することができないからである。
【０００７】
予防策があったとしても、保護者が予防策を忘れてしまったり、うっかり予防策に反した行動をとってしまったりするからである。また、第三に、そもそも乳幼児を常に見守ることが困難であるからである。
【０００８】
乳幼児の事故を防止する対策としては、過去の事故の事例などを基にした予防策に関する研究が行われたり、様々な書籍が出版されたりしているが、事故原因を科学的に解明するための道具や、事故が生じにくい環境を構築するための設計支援技術がないために乳幼児にとっては危機的な状態にあると言ってよい。実際、ここ４０年間、乳幼児の事故の傾向には変化が起こっていない。
【０００９】
有用な行動モデルの構築という観点からは、高度な知的な判断を伴った複雑な行動や、非常に種類の多い行動を対象としなければならない大人の行動とは異なり、乳幼児は限られた知的判断能力と、少ない種類の行動を対象とし、深く掘り下げていくことで、近い将来、応用上有用なモデルが構築できる可能性がある。
【００１０】
こうした観点から、乳幼児の行動に焦点をあて、乳幼児の周辺に置かれた対象物のデータ、過去の事故事例データ、行動計測データ、発達行動学の知見といった情報を利用することで、住宅内で行われる乳幼児の行動を仮想空間内でシュミレーションするシステムの開発が待たれる。
【００１１】
乳幼児の行動をモデル化し理解する試みは、認知科学、発達行動学などの分野で行われてきているが、ある限られた行動や認知能力のみをモデル化することに留まっている。これは、乳幼児の事故などの現象を扱うには、乳幼児の周辺の環境といった外的な要因、乳幼児の身体的、認知的、運動的能力や、それらの発達などの内的な要因を複合的に扱う必要があり、これまでに得られている様々な知見を計算機上で表現し、統合することによって、日常環境で生じる乳幼児の行動を総合的に理解するという新しいアプローチが必要となるからである。
【００１２】
本発明は、人間行動理解のために、乳幼児におけるモノとのインタラクション行動に焦点をあて、乳幼児の行動を仮想空間内でシュミレーションするシステムを、これまでに得られている乳幼児に関する知見にもとづいて構築し、乳幼児の事故原因の解明、安全な環境の設計支援などへ応用することを通じて、乳幼児行動理解における計算機論的アプローチの手法を提供する。
【００１３】
本発明は、前述のようなアプローチを可能とするシステムアーキテクチャを提供するためになされたものであり、具体的に、本発明の目的は、環境モデルおよび発達行動モデルに基づく乳幼児行動をシミュレーションする仮想空間内乳幼児行動生成システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記のような目的を達成するため、基本的な構成として、本発明による仮想空間内乳幼児行動生成システムは、乳幼児の発達行動の状態遷移データを格納する発達行動データベースと、計算機上で作成された対象物、家具、および什器を含む環境データを格納する環境データベースと、乳幼児の月齢・年齢および環境データの入力を受付ける入力処理手段と、前記発達行動データベースをアクセスし、受付けた月齢・年齢に基づき乳幼児の発達行動の状態遷移データから月齢・年齢で取りうる行動の集合データを検索する第１検索処理手段と、前記環境データベースをアクセスし、環境データからその環境にいる乳幼児が取りうる行動の集合データを検索する第２検索処理手段と、２つの行動の集合データを比較し、ある月齢・年齢である乳幼児が、ある環境でとり得る行動の集合データを検索する第３検索処理手段と、前記検索した結果の集合データを所定の順序で表示する表示処理手段とから構成されることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明による仮想空間内乳幼児行動生成システムにおいては、更に、乳幼児事故データを格納した事故データベースを備え、探索された行動の集合データを用いて前記事故データベースをアクセスし、ある環境である月齢・年齢にある乳幼児が起こす事故の集合データを検索して、行動の集合データとする第４検索処理手段を備えるように構成される。
【００１６】
また、本発明の仮想空間内乳幼児行動生成システムは、更に、超音波発信器から発射される超音波信号を複数の超音波受信器により受信して３次元位置計測を行い、乳幼児の現在位置を計測する超音波位置計測装置を備え、この超音波位置計測装置により計測される乳幼児の現在位置を入力し、その実環境において起こりそうな事故を探索するように構成できる。このようなシステム構成により、現場の状況に即した乳幼児の行動を判別できるシステムとすることができる。
【００１７】
また、本発明は、別の態様として、発達行動データベースに格納された乳幼児の発達行動の状態遷移データと、環境データベースに格納された計算機上で作成された対象物、家具、および什器を含む環境データを用いて、環境モデルおよび発達行動モデルに基づく乳幼児行動をシミュレーションする処理をコンピュータに実行させる仮想空間内乳幼児行動生成プログラムとして構成される。この場合に、本発明による仮想空間内乳幼児行動生成プログラムは、乳幼児の月齢・年齢および環境データの入力を受付ける入力処理ステップと、受付けた月齢・年齢に基づき乳幼児の発達行動の状態遷移データから月齢・年齢で取りうる行動の集合データを検索する第１検索処理ステップと、前記環境データからその環境にいる乳幼児が取りうる行動の集合データを検索する第２検索処理ステップと、検査された２つの行動の集合データを比較し、ある月齢・年齢である乳幼児が、ある環境でとり得る行動の集合データを検索する第３検索処理ステップと、前記検索した結果の集合データを所定の順序で表示する表示処理ステップとの処理をコンピュータにより実行するプログラムとされる。この仮想空間内乳幼児行動生成プログラムがインストールされた情報処理システムは、前述したような仮想空間内乳幼児行動生成システムとして機能する。
【００１８】
また、本発明による仮想空間内乳幼児行動生成プログラムにおいては、乳幼児事故データを格納した事故データベースをアクセスする第４検索処理しステップが設けられ、この第４検索処理ステップは、探索された行動の集合データを用いて、事故データベースをアクセスし、ある環境で、ある月齢・年齢にある乳幼児が起こす事故の集合データを検索して、行動の集合データとする処理を行うように構成される。この仮想空間内乳幼児行動生成プログラムがインストールされた情報処理システムは、仮想空間内乳幼児行動生成システムとして様々に機能する。
【００１９】
また、仮想空間内乳幼児行動生成システムにおいて、表示処理手段が、例えば、グラフィック画像を生成する画像生成処理部、および、表示装置の表示画面に操作入力画面を表示してデータ操作入力を受付けるユーザインタフェース処理部を備えた構成とされると、検索された結果の集合データを表示する場合、乳幼児の行動および事故の状況をグラフィック表示するようにできる。また、この表示処理において、あらかじめ定義された事故の危険度を用いて、グラフィック表示する場合に、空間内の危険領域を表示するようにも構成できる。
【００２０】
また、仮想空間内乳幼児行動生成システムにおいては、入力処理手段が、表示装置の表示画面に操作入力画面を表示してデータ操作入力を受付けるユーザインタフェース処理部を備えると、月齢・年齢の入力を、例えば、画面上のスライドバーの操作によって行うことができ、入力操作が容易になる。
【００２１】
また、表示処理手段により、検索された結果の集合データを表示する場合に、ユーザインタフェース処理部による再生・一時停止・早送りなどのボタン操作により、乳幼児の行動をグラフィック表示すると、扱いやすくユーザに理解されやすい表示となる。検索結果は、何度でも再生が可能となる。
【００２２】
本発明による仮想空間内乳幼児行動生成システムにおいては、更に、例えば、表示パネルとカメラからなる書画カメラ装置を備えると、書画カメラ装置の表示パネルに環境情報を表示し、その上に置かれた模型の位置をカメラで計測することで、前記環境データベースに格納する環境データを得ることができる。この場合において、前記環境データベースに格納される環境データは、表示パネルに表示させて内容を確認できる。
【００２３】
また、仮想空間内乳幼児行動生成システムは、環境データベースのデータとして、住宅設計用ＣＡＤデータを用いることもできる。この場合には、ＣＡＤデータから環境データを取得し、起こりうる事故をシミュレーションして、その結果を表示する（例えばグラフィック表示する）ようにも構成できる。また、この場合に、什器・家具などの安全な配置を案内するメッセージ表示を行うように構成されても良い。これにより、現場の状況に即した乳幼児行動を判別できるので、乳幼児にとって什器・家具などの安全な配置とすることが可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
このような本発明の仮想空間内乳幼児行動生成システムによれば、環境モデルおよび発達行動モデルに基づく乳幼児行動をシミュレーションするためのシステムが提供され、人間行動の理解のために、乳幼児の行動を仮想空間内でシュミレーションするシステムが構築できる。これにより、これまでに得られている乳幼児に関する知見にもとづいて乳幼児の行動を予見できるシステムを構築することができ、乳幼児の事故原因の解明、安全な環境の設計支援などへ応用することができ、乳幼児行動理解における計算機論的アプローチの手法が提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明を実施する場合の一形態について具体的に説明する。本発明による仮想空間内乳幼児行動生成システムの具体的なシステム構成について説明する。仮想空間内乳幼児行動生成システムの中の主要な機能として、乳幼児の行動をシミュレーションするシミュレータ機能が構成されるが、まず、このシミュレータの構成について説明する。
【００２６】
乳幼児の行動シミュレータを構築するために、まず、乳幼児行動の決定要因を内的要因と外的要因の大きく２つに分類する。この分類は、乳幼児の行動は、乳幼児の年齢・月齢に応じた動作能力と、乳幼児の周辺にある環境によって決定されるという仮説に基づいている。ここでの内的要因とは、ある年齢や月齢でとり得る行動（動作能力）であり、認知能力や身体能力に関する発達段階から導き出される要因である。外的要因とは、乳幼児の周辺に存在する環境や環境中の対象物の視覚刺激から導き出される要因である。具体的にシステムを構築する場合に、内的要因のモデルとして、発達行動モデルのデータベースを作成し、外的要因のモデルとして、環境モデルのデータベースを作成する。これらのモデルを表現するデータは、所定形式のレコードデータとしてデータベースを構成する。
【００２７】
発達行動モデルのデータベースは、乳幼児が発達するそれぞれの段階（年齢，月齢）の過程で可能となる行動のデータを所定形式のレコードデータとしてデータベースに格納したものであり、発達行動データベースとして構築される。ここでの発達行動（年齢・月齢に応じた動作能力）モデルのデータに含まれる情報は、年齢・月齢とこれに対応する行動のデータである。この情報は、これまでに明らかにされている発達行動学の知見に基づいて電子データ化し、データベースに格納して、発達行動データベースとして構築する。
【００２８】
また、環境行動誘発モデルは、環境に置かれた様々な対象物によって誘発される行動のデータをデータベースに格納したものであり、発達行動データベースの中のサブセットのデータベースとして構築する。環境行動誘発モデルのデータベースは、対象物の幾何モデル、対象物の機能（開閉するなど）、物理的性質（熱くなるなど）、危険部位、対象物によって誘発される行動の種類の情報からなるデータベースである。
【００２９】
乳幼児行動シミュレータの中のひとつの機能として、乳幼児の行動に伴う事故のシミュレーションを行う。この場合に、上述したデータベースに加えて、乳幼児事故データベースを作成して利用する。乳幼児事故データベースは、例えば、小児科の医師の協力を得ることで、事故事例のデータを入手し、それを電子データ化することで作成する。例えば、事故要因となった対象物、事故要因となった行動、事故内容のそれぞれの情報を対応づけたデータベースとして構築する。
【００３０】
このようにして、発達行動データベース、環境データベース、事故データベースを作成すると、これらのデータベースを用いて、つまり、これらのデータベースのデータに基づいて、乳幼児の行動をシミュレーションするシミュレータが作成できる。このシミュレータの情報処理は、コンピュータ（ＣＰＵおよびＲＡＭ）を備えた情報処理装置によるプログラム処理により行われる。
【００３１】
次に、このシミュレータの処理動作について説明する。シミュレーションの処理では、まず、乳幼児の年齢・月齢を基にして発達行動データベースを参照し、その年齢・月齢にある乳幼児がとり得る行動の集合データを取得する。次に、環境に置かれた物体と乳幼児の距離が最小の対象物を選択し、その対象物によって誘発される行動の集合データを取得する。次に、乳幼児の現在の行動状態を用いて、乳幼児が次に取りうる行動の集合データを取得する。そして、これらの３つの行動（情報）の積集合データをとる演算を行うことにより、ある月齢・年齢にある乳幼児が、選択している対象物に対してとり得る乳幼児の行動の候補が導出される。最後に、事故データベースに次の瞬間にとり得る行動の候補を入力することで、その結果として生じる事故の候補を取得する。このようにすることで乳幼児事故のシミュレーションを行う。
【００３２】
具体例で更に説明すると、月齢１０ヶ月の乳幼児についてシミュレーションを行う場合は、次のように処理が行われる。この処理は所定のプログラムがインストールされたコンピュータの情報処理機能により実行される。コンピュータの情報処理では、まず、発達行動データベースを参照する処理を行う。この参照により、月齢１０ヶ月でとれる行動としては、ここでの例を挙げると、「見たものに手を出す」、「口の中に物を入れる」、「座る」、「はう」、「物をつかむ」、「つかまり立ち」の行動があることが判定される。
【００３３】
次に、コンピュータの情報処理では、発達行動データベースを参照して、乳幼児が机の近くにいた場合に、この環境により誘発される行動を判定する。ここで誘発される行動としては、データベースの参照から「触る」、「つかまり立ち」、「乗る」であることが判定できる。そこで、可能な行動と誘発される行動より、乳児が「机を触る」、「つかまり立ち」といった行動が、次にとる行動であると判定する。次に、現在の状況と、ここで判定された行動に基づいて、更に事故データベースを参照する。この参照によって、「バランスを崩して転び、頭部に外傷を負う」などといった起こり得る事故のデータが出力される。ここでの現在の状況としては、シミュレーションを行っている仮想空間内における乳幼児の状況とするか、または、例えば、超音波３次元位置計測装置により計測した位置に基づく乳幼児の現在の状況とすることができる。
【００３４】
このように、乳幼児行動モデルの応用として、乳幼児行動モデルに基づくシミュレーション技術を用いることにより、つぎのような様々な支援を行える。
（１）安全な環境の設計支援：
乳幼児の主な生活環境である一般家庭や託児所などを設計する際に、シミュレーションを行い、安全な環境であるかどうかの判断を支援することができる。
（２）乳幼児事故防止のための教育支援：
実際に住んでいる家の環境に基づいた予防に関する知識を得ることや、その環境で乳幼児に起こり得る事故の様子をコンピュータグラフィックスを用いてリアリスティックに表示することにより、起こり得る事故の把握を支援することができる。
（３）乳幼児実時間見守り支援：
センサなどを用いて、実際の乳幼児の位置を入力することで、乳幼児の見守りを支援することができる。
（４）乳幼児行動情報学の開拓：
乳幼児の行動を情報学の観点からとらえて、環境内の物体と乳幼児の行動に関する理論などを生み出し、検証する学問領域の創造に貢献することができる。
【００３５】
本発明による仮想空間内乳幼児行動生成システムの構成について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態としての仮想空間内乳幼児行動生成システムの構成を説明するブロック図である。図１に示すように、このシステムは、入力処理部１１０，検索処理部１２０，出力処理部１３０，およびシミュレーションの処理を実行するためのデータを格納したデータベース（発達行動データベース１２６，環境データベース１２７，事故データベース１２８）から構成されるシステムである。
【００３６】
入力処理部１１０，検索処理部１２０，出力処理部１３０には、それぞれにユーザインタフェース処理部１１１，１２１，１３１が設けられており、それぞれのユーザインタフェース処理部１１１，１２１，１３１を介して、選択入力、指示入力、データ入力等のシステムに指示を与えるための入力を受け付ける処理を行い、入力された指示に対応した情報処理を行う処理モジュールを起動する。なお、これら入力処理部１１０，検索処理部１２０，および出力処理部１３０におけるユーザインタフェース処理部１１１，１２１，１３１は、一つにまとめられたシステムとして構成されても良い。
【００３７】
ここでは、例えば、入力処理部１１０において、ユーザインタフェース処理部１１１を介して、月齢・年齢データおよび環境データを入力し、これらの入力されたデータに基づいて、検索処理部１２０においてのシミュレーション処理の実行が行われる。このシミュレーション処理は、検索処理部１２０のユーザインタフェース処理部１２１を介して、シミュレーション処理の実行が指示されると、第１検索処理１２２，第２検索処理１２３，第３検索処理１２４，第４検索処理１２５の各段階の情報処理が実行されて、その処理の中で、発達行動データベース１２６，環境データベース１２７，事故データベース１２８のデータが参照され、前述したようなシミュレーションの処理が実行される。
【００３８】
出力処理部１３０においては、ユーザインタフェース処理部１３１を介して、データ出力の指示が受け付けられると、この指示内容に応じて、画像生成処理部１３２が起動されて出力処理がなされる。つまり、画像生成処理部１３２が起動されて、ユーザインタフェース処理部１３１を介して、それぞれの表示メニューを受けて、利用者が希望する表示態様にしたがってシミュレーションの結果が出力される。
【００３９】
出力処理部１３０の画像生成処理部１３２は、グラフィック画像を生成するので、ユーザインタフェース処理部１３１を介して、表示画面に操作入力画面を表示してデータ操作入力を受付けると、検索された結果の集合データを表示する場合、乳幼児の行動および事故の状況をグラフィック表示することができる。この表示処理において、あらかじめ定義された事故の危険度を用いて、グラフィック表示する場合に空間内の危険領域を表示することもできる。
【００４０】
また、入力処理部１１０のユーザインタフェース処理部１１１を介してデータの入力を受付ける場合、月齢・年齢の入力を、例えば、画面上のスライドバーの操作によって行うと、入力操作が容易になる。また、出力処理部１３０により、検索された結果の集合データを表示する場合に、ユーザインタフェース処理部１３１の再生・一時停止・早送りなどのボタン操作により、乳幼児の行動をグラフィック表示すると、ユーザに理解されやすい表示となる。検索結果は、何度でも再生が可能となる。
【００４１】
また、仮想空間内乳幼児行動生成システムは、表示パネルとカメラからなる書画カメラ装置１５０を備えることにより、例えば、書画カメラ装置１５０の表示パネルに環境情報を表示し、その上に置かれた模型の位置をカメラで計測することができ、これにより、環境データベース１２７に格納する環境データを得ることができる。この場合において、環境データベース１２７に格納される環境データは、書画カメラ装置１５０の表示パネルに表示させて内容を確認できる。
【００４２】
また、環境データベース１２７のデータとして、住宅設計用ＣＡＤデータを利用することができる。このＣＡＤデータから環境データを取得し、起こりうる事故をシミュレーションし、その結果を表示する（例えばグラフィック表示する）ようにもできる。この場合に、什器・家具などの安全な配置を案内するメッセージ表示を行うように構成されると、現場の状況に即した乳幼児行動を判別できるので、乳幼児にとって什器・家具などの安全な配置とすることに利用できる。
【００４３】
図２は、本発明による仮想空間内乳幼児行動生成システムにおけるシミュレーション処理のデータの流れを説明する図である。前述したように、システム構成では、仮想空間内乳幼児行動生成システムは、乳幼児の発達行動の状態遷移データを格納する発達行動データベース１２６、計算機上で作成された対象物、家具、および什器を含む環境データを格納する環境データベース１２７、事故事例データを格納する事故データベース１２８、入力処理部１１０、検索処理（１２２〜１２５）を実行する検索処理部１２０、および出力処理部１３０が設けられている。
【００４４】
このシミュレーション処理では、図２に示すように、入力処理部１１０により乳幼児の月齢・年齢および環境データの入力を受付けると、まず、発達行動データベース１２６をアクセスし、受付けた月齢・年齢に基づき、乳幼児の発達行動の状態遷移データから月齢・年齢で取りうる行動の集合データを検索する第１検索処理１２２を行い、続いての第２検索処理１２３により、環境データベース１２７をアクセスして、環境データからその環境にいる乳幼児が取りうる行動の集合データを検索する。そして、第３検索処理１２４により、２つの行動の集合データを比較し、ある月齢・年齢である乳幼児が、ある環境でとり得る行動の集合データを検索する処理を行い、検索した結果の集合データを所定の順序で表示する。更に、次にとる行動および対象物を検索する第４検索処理１２５を行い、この場合に、検索処理において事故データベース１２８を参照し、検索した結果の集合データを所定の順序で表示する。
【００４５】
また、仮想空間内乳幼児行動生成システムには、後に詳述するように、乳幼児の３次元位置を計測する超音波３次元位置計測装置３００が備えられる。この超音波３次元位置計測装置３００は、超音波発信器から発射される超音波信号を、複数の超音波受信器により受信して３次元位置計測を行い、乳幼児の現在位置を計測するものである。この超音波位置計測装置３００により計測される乳幼児の現在位置は、仮想空間内乳幼児行動生成システムの入力処理部１１０を介して入力され、実環境で起こりそうな事故を探索するように利用される。これにより、現場の状況に即した乳幼児の行動を判別できるシステムとすることができる。
【００４６】
図３は、本発明の仮想空間内乳幼児行動生成システムにおいて乳幼児の現在位置を計測するために利用する超音波位置計測装置３００の構成を説明するブロック図である。この超音波位置計測装置３００においては、超音波発信器から発射される超音波信号を複数の超音波受信器により受信して３次元位置計測を行う。超音波位置計測装置３００により計測される乳幼児の現在の位置が、入力処理部１１０を介して入力され、その実環境で起こりそうな事故を探索するように構成される。
【００４７】
図３を参照すると、超音波位置計測装置３００は、３次元位置計測処理部３０１、３次元位置データ格納装置３０２、位置移動判定処理部３０３を備えた構成とされており、位置計測対象物のある部屋の天井に装備される複数の超音波受信器２０および超音波発信器１１を制御すると共に、位置計測対象物に取り付けられた超音波発信器１０を制御する。超音波位置計測装置３００は、超音波発信器１０から発射される超音波信号を複数の超音波受信器２０により受信して３次元位置計測を行う。また、超音波発信器１１から発射される超音波信号の位置計測対象物体５０からの反射信号を複数の超音波受信器２０により受信して３次元位置計測を行う。
【００４８】
超音波位置計測装置３００は、位置測定対象物の位置計測を行う場合、その計測対象物に取り付けられた超音波発信器１０を識別情報のＩＤにより特定して制御し、超音波信号の反射タイミングを制御し、発射された超音波信号を複数の受信器２０により受信するタイミングを計測する。これらの信号により計測対象物の３次元位置計測処理を行い、３次元位置データ格納装置３０２に、その３次元位置データを計測時データと共に時系列データとして格納する。この場合、少なくとも３個以上の超音波受信器２０において受信した信号を用いてデータ処理を行うことにより、３次元位置が特定される。
【００４９】
超音波発信器１０が取り付けられていない位置測定対象物（乳幼児）５０の位置計測を行う場合には、天井に取り付けられた超音波発信器１１を識別情報のＩＤにより特定して制御することで、超音波信号の反射タイミングを制御し、発射された超音波信号の反射信号を複数の受信器２０により受信するタイミングを計測し、その信号により３次元位置計測処理を行う。計測を行った位置データは、３次元位置データ格納装置３０２に、計測時データと共に時系列データとして格納される。
【００５０】
図３においては、複数の超音波受信器２０および超音波発信器１１は、位置計測対象物のある部屋の天井に装備されるものとしているが、これは、位置計測対象物のある部屋の天井に近い壁面に装備されるようにしても良い。
【００５１】
３次元位置計測処理部３０１においては、例えば、カップなど移動状態を知りたい３次元位置の位置計測対象物には超音波発信器１０が貼り付けられているので、超音波受信器２０により超音波発信器１０により発信された超音波信号を受信して位置計測対象の３次元位置が求められるが、超音波発信器１０が貼り付けられておらず、この超音波発信器１０からの超音波信号を受信して３次元位置が求められない位置計測対象物体５０に対しては、超音波発信器１１を制御し超音波信号を発射して、その反射波の受信信号により位置計測対象の３次元位置を求める。
【００５２】
３次元位置データ格納装置３０２は、３次元位置計測処理部３０１から出力された３次元位置データを計測時データと共に時系列データとして格納する。この３次元位置データ格納装置３０２に格納された３次元位置データの時系列データは、位置移動判定処理部３０３により、その時系列データを判別することにより、位置計測対象物の位置移動を判別することができる。
【００５３】
位置移動判定処理部３０３による位置計測対象物の位置移動の判別では、例えば、位置計測対象物は乳幼児が着ている衣服に取付けられた名札などのタグとして、タグに貼り付けられた超音波発信器１０からの超音波信号による車椅子の位置移動を判別する。と共に、超音波発信器１０が貼り付けられない位置計測対象物５０としては、例えば、乳幼児の頭部とし、頭部に対して超音波発信器１１を制御して超音波信号を発射し、乳幼児の頭部からの反射信号により位置計測対象の３次元位置を求め、乳幼児の移動を判別する。
【００５４】
図４は、この超音波位置計測装置のシステム構成の一例を示す図である。図４に示すシステムは、超音波式３次元位置計測装置（超音波３次元タグシステム）を構成している。この超音波式３次元位置計測装置の超音波式３次元タグシステムは、小型に構成された超音波発信装置を３次元タグとして用いるためのシステムであり、３次元タグとする複数個の超音波発信器１０から発信される超音波パルスを少なくとも３つ、好ましくは４つ以上の超音波受信器２０により共に受信して、当該超音波発信器１０の３次元位置を求めるシステムである。
【００５５】
図４に示すように、超音波３次元タグシステムは、計測対象物に貼り付けられて所定のタイミングで超音波信号を発信する超音波発信器（超音波３次元タグ）１０、天井に設けられて所定のタイミングで超音波信号を発信する超音波発信器１１，天井に設けられて超音波信号を受信する超音波受信装置および増幅装置からなる超音波受信器２０、受信した超音波信号の位相差から距離を計測すると共に超音波発信器１１が接続されている場合には当該超音波発信器１１を制御して超音波レーダ計測を行う距離計測サブシステム３４、無線により超音波発信器１０から超音波信号を発信するタイミングを制御する無線式超音波発信器制御装置３３、距離計測サブシステム３４から得られた３次元位置データを収集するデータ収集処理部３２、および、システム制御を行うと共にデータ処理を行うデータ処理装置（パーソナルコンピュータ：ＰＣ）３１から構成されている。
【００５６】
超音波発信器１０が発信した超音波パルスは、複数の超音波受信器２０により受信される。超音波受信器２０は、超音波受信装置部および増幅装置から構成されており、超音波パルスを受信し増幅して、距離計測サブシステム３４に受信信号を供給する。距離計測サブシステム３４においては、超音波発信器１０から発射された超音波パルスが超音波受信器２０に到達するまでの時間を計測して、その間の距離を計測する。同じ超音波発信器１０から発射された超音波パルスを異なる超音波受信器２０によりそれぞれに受信することによって、当該超音波発信器１０の三次元位置が求められる。それぞれの超音波発信器１０は識別情報のＩＤで区別されて制御される。三次元位置を求めるためのデータ処理は、データ処理装置（パーソナルコンピュータ）３１により処理される。
【００５７】
距離計測サブシステム３４は、接続された超音波受信器２０において、複数の超音波発信器１０をそれぞれに区別して、それぞれの超音波発信器１０からの超音波パルスを受信するために、それぞれの超音波発信器１０の超音波パルスの発信タイミングが個別に制御される。つまり、距離計測サブシステム３４が行う距離計測では、超音波発信器が超音波パルスを発信するタイミングに合わせて時間計測を開始して、それぞれの超音波受信器が超音波パルスを受信するまでの時間と空気中を進む超音波の速度から、超音波発信器と超音波受信器との距離を計測する。また、超音波発信器１１が接続されている場合には当該超音波発信器１１を制御して超音波レーダ計測を行う。
【００５８】
そのため、無線式超音波発信器制御装置３３が設けられており、無線式超音波発信器制御装置３３が、複数のそれぞれの超音波発信器１０に対して、同期信号と識別符号ＩＤを高周波信号（ＶＨＦ：３１４．９ＭＨｚ）により変調して送信し、それぞれの超音波発信器１０の超音波パルスの発信のタイミングを個別に制御する。無線式超音波発信器制御装置３３は、超音波発信器１０に識別符号ＩＤを無線で送信すると共に、システム全体に同期信号を送信する。
【００５９】
データ収集処理部３２は、距離計測サブシステム３４により計測された距離情報のデータを収集して、データ処理装置（パーソナルコンピュータ：ＰＣ）３１に送信する。データ処理装置３１では、複数の超音波発信器１０と複数の超音波受信器２０との間の距離情報に基づいて３次元位置を計算する。データ処理装置３１は、メモリに記憶されたプログラムを実行することにより、図３において説明した３次元位置計測処理部３０１、３次元位置データ格納装置３０２、および位置移動判定処理部３０３のそれぞれの処理を行う。
【００６０】
図５は、距離計測サブシステム３４が行う計測処理の制御の処理フローを示すフローチャートである。図５を参照して、処理の概要を説明する。距離計測サブシステム３４においては、無線式超音波発信器制御装置３３によりそれぞれの超音波発信器１０を制御して位置計測する処理を行い、また、天井に設けられた超音波発信器１１を制御してレーダ計測機能による位置計測する処理を行う。ここでの処理を開始すると、識別情報（ＩＤ）を順次走査してそれぞれの超音波発信器を制御し、それぞれに位置計測を行う。このため、まず、ステップ１０１において、超音波発信器の発信器Ｘ番を制御して、ステップ１０２において、超音波計測を行う。
【００６１】
次に、ステップ１０３において、発信器Ｘ番はタグであるか否かを判別し、タグである場合には、ステップ１０４において、タグの位置を計算する。この場合にはタグ３次元位置計測処理を行う。そして、再びステップ１０１に戻り、次の識別情報の超音波発信器の制御による位置計測処理を行うため、ステップ１０１からの処理を繰り返す。また、ステップ１０３の判定において、発信器Ｘ番はタグでない判定の場合は、ステップ１０５において、レーダ計測機能による位置計測処理を行う。この場合には超音波レーダ位置推定処理を行う。そして、再びステップ１０１に戻り、次の識別情報の超音波発信器の制御による位置計測処理を行うため、ステップ１０１からの処理を繰り返す。
【００６２】
超音波式３次元タグシステムは、対象物や人に取り付けられた超音波タグ（超音波発信器：モジュール）によって発せられた超音波を、天井や壁に設置された超音波受信器で受信し、到達時間から距離を算出し、３次元位置を計測するシステムである。市販されているモーションキャプチャと比較すると低コストであり、現実的なコストで、センサの数を増やすことが可能である。そのため、広範囲の空間の計測や、オクルージョンの影響を軽減するためのロバストな計測が可能となる
【００６３】
超音波式３次元タグシステムを用いて、計測対象物の軌跡（移動）の計測処理について説明すると、例えば、サンプリング周波数を、約５０［Ｈｚ］とした場合、追跡すべきタグを時分割で選択しているために、計測対象物の個数（ｎ個）の増加に伴ってサンプリング周波数は、５０／ｎ［Ｈｚ］低下することになる。
【００６４】
図６は、本発明による仮想空間内乳幼児行動生成システムを適用する応用システム構成の概略を説明する図である。図６に示すように、超音波位置計測装置の超音波式３次元タグシステムを利用することにより、乳幼児の行動を監視して、その行動の危険防止システムを構築することができる。
【００６５】
本発明による仮想空間内乳幼児行動生成システムの超音波位置計測装置として、超音波式３次元タグシステムを利用する場合、超音波３次元タグシステムの受信器を天井や壁に適当な位置に配置するが、この場合には、３次元位置計測をするために、受信器の位置が既知である必要がある。このため、前もってキャリブレーションを行う。キャリブレーションは、環境側の受信器の３次元位置を求めることを意味している。受信器の位置から、超音波タグ（発信器）の位置を求める手法を用いれば、逆に位置が既知である複数のタグの位置に基づいて、受信機の位置を求めることができる。広範囲に配置された受信器を、それよりも小さなサイズのキャリブレーション装置でキャリブレーションを行う。その場合に、例えば、３個以上の発信器が取り付けられたキャリブレーション装置を適当に動かしながらキャリブレーションを行い、キャリブレーションを行うと、天井や壁の適当な位置に配置された受信器の位置（３次元位置）が確定でき、その位置を基準として３次元位置計測を行うことができる。
【００６６】
ここでの天井埋め込み型超音波レーダの下で、人の頭部位置を９箇所の地点で計測した結果、天井から床方向を見た場合、実際の人を対象とした検証実験によれば、人の頭部の位置計測誤差は、３．４ｃｍ程度であった。したがって、人がベッドに寝ている状態と起きあがっている状態とを区別して判別できるので、ベッド周辺の人の動きを計測することができる。また、乳幼児の頭部の移動を計測することにより、その行動を計測することができる。このため、事故につながるような行動を検出したり、近い将来に起こりそうな行動を推定したりする手法に適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
以下の説明したように、本発明の仮想空間内乳幼児行動生成システムによれば、乳幼児の周辺に置かれた対象物のデータ、乳幼児発達行動の知見をもとにして、対象物モデルと発達行動モデルを作成して、これらのモデルにもとづいた乳幼児行動をシミュレータすることができるシステムが提供される。このシステムは様々に応用できる。
【００６８】
また、本発明の仮想空間内乳幼児行動生成システムは、安全な環境の設計支援を行うことができる。乳幼児の主な生活環境である一般家庭や託児所などを設計する際に、本発明の仮想空間内乳幼児行動生成システムを使用してシミュレートすれば、安全な環境であるかどうかを判断することができる。また、すでに建設済みの建物に関しても、シミュレーションを行うことで、危険エリアを知ることができ、環境の改善を行うことができる。
【００６９】
また、本発明の仮想空間内乳幼児行動生成システムは、乳幼児事故防止のための教育支援に利用できる。実際に住んでいる家の環境にもとづいた予防に関する知識を得ること、その環境で乳幼児に起こり得る事故の様子をコンピュータグラフィックスを用いてリアリスティックに表示することにより、起こり得る事故の把握を支援することができる。
【００７０】
また、本発明の仮想空間内乳幼児行動生成システムは、乳幼児実時間見守り支援をおこなうことができる。本発明の仮想空間内乳幼児行動生成システムに、乳幼児の位置などのデータを仮想的なものではなく、実際にセンサなどで計測されたデータを入力することで、乳幼児の見守りを支援することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の一実施形態としての仮想空間内乳幼児行動生成システムの構成を説明するブロック図である。
【図２】本発明による仮想空間内乳幼児行動生成システムにおけるシミュレーション処理のデータの流れを説明する図である。
【図３】本発明の仮想空間内乳幼児行動生成システムにおいて乳幼児の現在位置を計測するために利用する超音波位置計測装置の構成を説明するブロック図である。
【図４】超音波位置計測装置のシステム構成の一例を示す図である。
【図５】距離計測サブシステムが行う計測処理の制御の処理フローを示すフローチャートである。
【図６】本発明による仮想空間内乳幼児行動生成システムを適用する応用システム構成の概略を説明する図である。
【符号の説明】
【００７２】
１０  超音波発信器、
１１  超音波発信器
２０  超音波受信器、
３１  データ処理装置、
３２  データ収集装置、
３３  無線式超音波発信制御装置、
３４  距離計測サブシステム、
５０  位置計測対象物体、
１１０  入力処理部
１２０  検索処理部
１３０  出力処理部
１２６  発達行動データベース
１２７  環境データベース
１２８  事故データベース
１５０  書画カメラ装置
３００  超音波３次元位置計測装置
【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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