(57)【要約】【目的】  本発明は、教育分野において視覚情報により自主的なスポーツ技能等の練習を、特に集団に対して支援すること。【構成】  複数の運動技能学習者における任意の運動技能学習者の本人情報登録をするともに、身体運動の練習映像を練習映像蓄積手段２に蓄積して、これを読み出し表示するように再生する手段を有すること。前記練習映像蓄積手段２から任意の身体の部位の動きを抽出し、映像として蓄積して解析画像表示手段に表示するように再生する手段を有すること。模範身体運動映像を蓄積して再生する手段を有すること。その３種類の蓄積された映像を同時に再生表示する手段を有すること。前記任意の運動技能学習者を除く他の任意の運動技能学習者において既に本人情報登録及び身体運動の練習映像を蓄積した場合においては、任意に再生できるようにしてなること。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の運動技能学習者における任意の運動技能学習者の本人情報登録をするともに、身体運動の練習映像を練習映像蓄積手段に蓄積し、該練習映像蓄積手段から読み出し練習映像表示手段に表示するように再生する手段と、
前記練習映像蓄積手段から任意の身体の部位の動きを抽出し、映像として蓄積し、解析画像表示手段に表示するように再生する手段と、
模範身体運動映像を模範映像蓄積回路に蓄積し、模範演技映像表示部に表示するように再生する手段とを備え、
前記の３種類の蓄積された映像を同時に再生表示する手段を有するものとし、前記任意の運動技能学習者を除く他の任意の運動技能学習者において既に本人情報登録及び身体運動の練習映像を蓄積した場合においては、任意に再生できるようにしてなることを特徴とする運動技能集団学習支援装置。
【請求項２】
請求項１において、前記任意の身体の部位の動きを、１台の練習映像入力手段にて撮影して二次元画像解析して二次元運動解析映像手段に表示してなることを特徴とする運動技能集団学習支援装置。
【請求項３】
請求項１において、前記任意の身体の部位の動きを、２台の練習映像入力手段にて異なる方向から撮影して三次元画像解析して三次元運動解析映像手段に表示してなることを特徴とする運動技能集団学習支援装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、教育分野において視覚情報により自主的なスポーツ技能等の練習を、特に集団に対して支援することができる運動技能集団学習支援装置である。また、職場における身体運動を伴う技能習得支援にも活用できる運動技能集団学習支援装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば、松田岩男、杉原隆著“運動心理学入門”（1987年、大修館書店）で述べられているように、運動動作の内容を伝達しようとする場合、言葉による説明だけでは言い尽せない部分が多く、視覚情報を用いて説明することは有力な伝達の手段である。したがって、運動技能指導では必ずといってよいほど視覚情報を利用した指導がなされている。具体的には、示範、図解、写真やフィルム、VTR、最近では、ディジタルビデオの利用などがそれであり、言葉による説明と視覚情報が併用されながら指導がなされている。これら視覚情報を用いた技術指導では、その時々の用いられかたによって以下の３つの機能が含まれている。
（１）これから練習しようとする動作がどういうものかを示すために用いられる場合（モデル提示機能）、
（２）練習者の動作の欠点をその人自身に知らせるという目的で用いられる場合(フィードバック機能）、
（３）練習意欲をかきたてるために用いられる場合（動機づけ機能）
もちろん、これらの機能がそれぞれ独立して作用するというものではないが、各々の機能には異なる原理が介在していると考えられる。
【０００３】
また、近年、スポーツのトレーニングでは、科学的トレーニングとしてコンピュータに  よる画像処理、画像解析技術などITが使われ始めている。例えば、コンピュータに、スポーツ選手の身体動作の運動を取り込み、関節などの動きを解析することが行われている。また、解析結果をコンピュータグラフィックスでスポーツ選手にわかりやすく表示する試みも行われている。これらに関しては、以下の解析例の文献がある。
M.Feltner and J.Depera, ゛Dynamics of the Shoulder and Elbow Joints of the Throwing   Arm During Baseball Pitch," International Journal of Biomechanics,2, pp.235-259,1985  J.Hodqins et.al,゛Animating Human Athletics"  Proc. SIGRAPH95, pp71-78, 1995
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１４９４４５号「身体運動解析可視化装置」
【特許文献２】特開平１０−１１１９４０号「身体特徴点検出装置および身体運動解析装置」
【特許文献３】特表２００１−５０９０３９号「個人用ゴルフレッスンビデオ作成方法、システム」  特許文献１及び２では、運動映像に加えて、身体運動のシュミレーションやモーションキャプチャーにより最適身体運動や模範身体運動とを併せて表示する装置に関する手段を提案している。特許文献３では、撮影したゴルフスイング画像とプロの映像を合成することにより個人化したゴルフレッスンビデオテープを作成する手段を提案している。
【０００５】
このような装置は、プロフェッショナルなスポーツ選手やトップレベルのアスリート、  時間的経済的に余裕のある人のトレーニングに対して、モデル提示、フィードバック、動機付けなどの機能提供に有効であるが、社会教育、学校教育において、多人数の集団のスポーツのトレーニングには、以下のような難点がある。
高価なソフトウエア、機材が必要である。
多人数の集団を対象とする社会教育、学校教育に導入するには、同一種の機材を多数揃える必要がある。
様々な体力、意欲、トレーニング履歴の多数の練習者に対して有効に対応するには、ソフトウエア、機材のさらなる高度化が必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、本発明は、社会教育、学校教育において、多人数の集団を対象とするスポーツのトレーニングにおいて、ITを活用して教育効果を高め、効率化する上で必要な以下の課題を解決する手段を提供することができる。
まず、高価なソフトウエア、機材を必要とせず、廉価なＡＶ機器や通常の学校教育機材等を組み合わせて経済的に実現できる。また、同一機材の数を多数揃えなくても多人数の練習に対応できる。さらに、様々な体力、意欲、トレーニング履歴の多数の練習者に対して、映像情報による練習者のフィードバック効果を積極的に活用して、最少の機材で有効に対処できるものである。また、スポーツ技能の習得においては、身体運動自体の練習とともに付加的フィードバックの活用が重要である。付加的フィードバックとは、運動などに関して外部から付加される情報であり、次試行の成績を向上させるためなどに用いられる。たとえば、走り幅跳びの踏切位置のズレを指導者が言葉で伝えることや、身体動作の再生映像を見せることなどである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、発明者は上記課題を解決すべく鋭意，研究を重ねた結果、請求項１の発明を、複数の運動技能学習者における任意の運動技能学習者の本人情報登録をするともに、身体運動の練習映像を練習映像蓄積手段に蓄積し、該練習映像蓄積手段から読み出し練習映像表示手段に表示するように再生する手段と、前記練習映像蓄積手段から任意の身体の部位の動きを抽出し、映像として蓄積し、解析画像表示手段に表示するように再生する手段と、模範身体運動映像を模範映像蓄積回路に蓄積し、模範演技映像表示部に表示するように再生する手段とを備え、前記の３種類の蓄積された映像を同時に再生表示する手段を有するものとし、前記任意の運動技能学習者を除く他の任意の運動技能学習者において既に本人情報登録及び身体運動の練習映像を蓄積した場合においては、任意に再生できるようにしてなることを特徴とする運動技能集団学習支援装置としたことにより、前記課題を解決したものである。
【０００８】
また、前述の構成において、前記任意の身体の部位の動きを、１台の練習映像入力手段にて撮影して二次元画像解析して二次元運動解析映像手段に表示してなることを特徴とする運動技能集団学習支援装置としたことにより、前記課題を解決した。さらに、前述の構成において、前記任意の身体の部位の動きを、２台の練習映像入力手段にて異なる方向から撮影して三次元画像解析して三次元運動解析映像手段に表示してなることを特徴とする運動技能集団学習支援装置としたことにより、前記課題を解決したものである。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の発明においては、身体運動練習に関する映像情報を練習者が多角的に参照し、自分自身へフィードバック情報、知識を得る手段を簡易な映像入手機器、映像蓄積機器、パソコン組み込みソフト・回路により簡単に実現することができる。また、請求項２の発明においては、１台の練習映像入力手段にて撮影して任意の身体の部位の動きを抽出し、映像として蓄積し、二次元画像解析してこれを表示することで、特に、任意の部位の運動を第三者として見て運動技能向上につなげることができる。さらに、請求項３の発明においては、２台の練習映像入力手段にて異なる方向から撮影して三次元画像解析して三次元運動解析映像手段に表示させることで、任意の部位の運動を第三者としてより客観的に見て運動技能向上につなげることができる。
【００１０】
特に、学校教育などでは、インストラクターは、模範演技を示して実技技能の学習を促進しているが、練習者の数が増えると、模範演技の観察が限られた視点からしかできない。また、自分の身体運動が理想の動きからどのようにずれているか把握できないと言う欠点がある。本発明では、各練習者に対して、視覚情報を用いて各自のペースで以下の学習機能実現が可能になる。
（１）これから練習しようとする動作がどういうものかを示す（モデル提示機能）、
（２）練習者の動作の欠点をその人自身に知らせる（フィードバック機能）、
（３）練習意欲をかきたてる（動機づけ機能）等がある。
このように、本発明は、多人数の集団を対象とする社会教育、学校教育におけるスポーツのトレーニングを廉価な機材で、実現できる。また、単一機材で、様々な体力、意欲、トレーニング履歴の多数の練習者に対して、映像情報の練習者のフィードバック機能、モデル提示機能、動機付け機能を積極的に活用して、効果的に練習支援を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。図１は本発明の全体構成を示すブロック図である。図２及び図３は、特に、ゴルフクラブスイングの運動技能練習支援装置に適用した例の構成図である。１は、運動技能練習者の身体運動の映像を撮影するディジタル処理できるビデオカメラとしての練習映像入力手段である。該練習映像入力手段１は１台のビデオカメラが使用される。２は練習映像蓄積手段であって、前記練習映像入力手段１にて撮影した練習者の映像情報を、入出力機器・蓄積機器制御処理装置（ＣＰＵ：ＭＰＵ）２０を介して蓄積（記憶）するものであり、集団練習者の蓄積映像が全て格納されるものである。練習画像を前記練習映像入力手段１から順次取り込みつつ、撮影が終了した別の練習者は、これを用いて、既に蓄積してある自分の映像を取り出すことができるように構成されている。また、練習者は、ビデオカメラとしての練習映像入力手段１の映像を練習映像モニター手段１ａにてチェックしながら行う。
【００１２】
３は本人情報登録手段であって、各練習者の個別アドレス番号、練習映像識別、検索のための情報を登録する手段である。この登録をすることで、登録済練習者映像再生開始手段１１にてアクセスできるものである。４は練習映像制御手段であって、練習者の入力に基づいて前記練習映像入力手段１の起動の制御を行うとともに、練習映像識別や検索のための情報の練習映像蓄積手段２へ転送するものである。５は模範演技映像蓄積手段であって、その運動分野のプロ又は上級者の模範身体運動の映像情報を予め蓄積しておくものである。この場合、その模範演技映像蓄積手段５をＲＯＭカード等で着脱自在に設けることもある。前記練習映像蓄積手段２に蓄積された練習映像と、前記模範演技映像蓄積手段５の模範演技映像とは、後述するように、別々のモニタで表示されるが、その２つの映像（ビデオデータ）を１つの画面上の右半分と左半分に分割して練習・模範映像合成をすることもある。
【００１３】
６は二次元画像解析手段であって、撮影画像から身体の主要部位の動きを抽出し、映像として蓄積する二次元画像解析回路で、腕、膝など指定された身体のポイントが時間的にどのように移動したかを示すことができる。二次元画像解析手段６は、市販の二次元動画像移動計測ソフトウエア、二次元リアルタイム等や、若しくは他の二次元画像解ソフトウエアを装備したＰＣ（パーソナル・コンピューター）で実現されている。該二次元画像解析手段６において、指定されたポイントが、動画像のあるフレーム内に認識された時、次のフレームでどこに映っているかを調べることによりポイントの移動量を求める。具体的には、所定のポイントの局所的特徴を抽出し、次のフレームにおける類似の局所的特徴を有する領域を検索して指定されたポイントの移動データを算出している。
【００１４】
特に、三次元画像解析手段７においては、正面の二次元画像及び側面の二次元画像から三次元空間における移動量を求める。まず、正面の二次元画像（仮Ｘ−Ｙ空間映像と呼ぶ）及び側面の二次元画像（仮Ｙ−Ｚ空間映像と呼ぶ）を独立に処理する。それぞれの二次元画像において指定されたポイントが、映像のあるフレーム内に認識された時、次のフレームでどこに映っているかを調べることによりポイントの移動量を求める。具体的には、所定のポイントの局所的特徴を抽出し、次のフレームにおける類似の局所的特徴を有する領域を検索している。このようにして、各々二次元空間（Ｘ−Ｙ空間及びＹ−Ｚ空間）における移動を算出している。次に、異なる空間次元を有する２つの二次元空間上のデータの整合をとり三次元空間における移動を算出している。
【００１５】
８は身体部位指定情報入力手段であって、登録済練習者映像再生開始手段１１にて再生開始後、収録映像の再生により運動技能向上のための付加的フィードバック情報獲得のための、前記練習映像蓄積手段２に蓄積された練習映像から画像解析身体部位の指定情報を入力するものである。この入力によって、二次元画像解析手段６又は三次元画像解析手段７にて、二次元又は三次元データとして蓄積（格納）される。平行して、練習映像蓄積手段２は、蓄積された練習者本人の映像を選別し再生の準備を行う。二次元画像解析手段６又は三次元画像解析手段７の処理が終了したら、二次元又は三次元のフィードバック映像制御手段９は、前記練習映像蓄積手段２、二次元画像解析手段６又は三次元画像解析手段７、模範演技映像蓄積手段５に再生同期トリガーを送り、付加的フィードバック映像情報提供を提供する。
【００１６】
１１は登録済練習者再生開始手段であって、練習映像撮影終了者が、本人情報、収録映像を再生させるための手段であり、開始ボタン等である。１２は練習映像表示手段であって、前記練習映像蓄積手段２に蓄積された映像の中から指定された映像を再生表示する練習映像表示部である。１３は模範演技映像表示手段であって、前記模範演技映像蓄積手段５に蓄積された映像データを再生表示する模範演技映像表示部である。１４は二次元運動解析映像表示手段であって、前記二次元画像解析手段６に蓄積された映像データの中から指定された解析映像を再生表示する二次元運動解析映像表示部である。
【００１７】
以上説明したように、第１実施形態は、前記二次元画像解析手段６及び二次元運動解析映像表示手段１４を設けた構成である。まず、第１実施形態の作用について図２及び図３に基づいて説明する。１台のビデオカメラとしての練習映像入力手段１の前で、図２の表１に示すように、練習者Ｄは、ゴルフクラブスイング運動の映像を順次撮影する。まず、練習者Ｄは、撮影前に、練習映像識別や検索のための情報を本人情報登録手段３にて登録し、練習映像モニター手段１ａで、撮影位置を見極める。そして、練習映像制御手段４は、練習者の入力に基づいて練習映像入力手段１の起動の制御を行うとともに、練習映像識別や検索のための情報の練習映像蓄積手段２へ転送する。撮影が終了した練習者Ｄは、蓄積映像の中から自分の映像を選択する為の情報を二次元のフィードバック映像制御手段９に入力する。これにより二次元画像解析手段６に蓄積された練習者本人の映像が選択され初期画面が、前記フィードバック映像制御手段９のモニターに提示される。撮影終了者は、付加的フィードバック情報獲得のための画像解析身体部位の指定情報をフィードバック映像制御手段９のモニターに入力する。この情報に基づいて、二次元画像解析手段６は、指定された身体の部位の動きを抽出し、二次元画像データとして蓄積する。
【００１８】
このような仕組みで、練習終了者が指定した身体部位の動き解析情報を二次元画像解析手段６が提供する。模範演技映像蓄積手段５は、ゴルフクラブの模範スイングの映像情報を蓄積してある。練習映像表示手段１２、二次元運動解析映像表示手段１４、模範演技映像表示手段１３は、それぞれ、練習映像蓄積手段２、二次元画像解析手段６及び模範演技映像蓄積手段５に接続されている。練習映像表示手段１２は、練習映像蓄積手段２に蓄積された練習終了者の再生映像を表示する。模範演技映像表示手段１３は、模範演技映像蓄積手段５に蓄積された映像データを再生表示する。二次元運動解析映像表示手段１４は、二次元画像解析手段６の解析映像を再生表示する。具体的には、図２に示すように、ゴルフのパットの腕の動きが点線となって動き方向を表すものである。練習者は、二次元のフィードバック映像制御手段９で、練習映像蓄積手段２、二次元画像解析手段６及び模範演技映像蓄積手段５の映像再生速度を設定したり、停止したり、巻き戻して付加的フィードバック映像情報を効果的に利用することができる。このようにして図１乃至図３の第１実施形態では、練習者は、自分の練習映像、模範スイング映像、重要ポイントの動き映像からゴルフクラブスイングを自主的に矯正するために必要なフィードバック情報が得る事ができる。
【００１９】
ここで、練習映像表示手段１２と二次元運動解析映像表示手段１４は、運動結果に関する知識(knowledge of result ;KR）を提供する。模範演技映像表示手段１３は、運動パフォーマンスに関する知識(knowledge of performance ;KP)を提供している。表１（図２参照）に、学習者Ａ、Ｂ，Ｃ，Ｄの集団学習での練習過程における本装置の使用手順及びそれに対応した装置内の各回路等の動作手順を示す。学習者は、練習映像撮影→撮影終了後付加的フィードバック情報獲得→実技練習→実技練習終了・練習映像撮影スタンバイ、というサイクルで学習を進める。この例では、４名の集団学習であるが、各練習者の実技練習時間と本装置の使用時間の割り振りにより、より多くの人数の集団学習に適用することができる。
【００２０】
次に、図４乃至図６の第２実施形態は、第１実施形態における二次元画像解析手段６及び二次元運動解析映像表示手段１４を、前記三次元画像解析手段７及び三次元運動解析映像表示手段１５を設けて変換した構成とし、且つ練習映像入力手段１として２台のビデオカメラを使用するものである。このため、映像合成手段１０を用いて、２台のビデオカメラとしての練習映像入力手段１，１からのそれぞれの映像を合成して、練習映像モニター手段１ａで映像チェックすることとなる。
【００２１】
前記三次元画像解析手段７は、２台のビデオカメラとしての練習映像入力手段１，１からの撮影画像から身体の主要部位の動きを抽出し、映像として蓄積するもので、腕、膝など指定された身体のポイントが時間的にどのように移動したかを示すことができる。また、前記三次元画像解析手段７は、市販のディジタル映像入力ボード及び市販の三次元動画像移動計測ソフトウエア，市販の三次元リアルタイムラッカーソフトウエア等の三次元画像解ソフトウエアを装備したＰＣで実現されている。さらに、前記三次元運動解析映像表示手段１５は、前記三次元画像解析手段７に蓄積された映像データの中から指定された解析映像を再生表示する三次元運動解析映像表示部である。具体的には、図５に示すように、ゴルフのパットの腕の動きが三次元の状態が点線となって動き方向を表すものである。また、前記練習映像蓄積手段２に蓄積された練習映像と、前記模範演技映像蓄積手段５の模範演技映像とは、別々のモニタで表示されるが、その２つの映像（ビデオデータ）を１つの画面上で分割して練習・模範映像合成を模範演技合成映像蓄積手段に蓄積しておき、これを前記模範演技映像表示手段１３にて表示することもある。
【００２２】
三次元画像解析手段７において、正面の二次元画像および側面の二次元画像から三次元空間における移動量を求める。まず、正面の二次元画像（仮Ｘ−Ｙ空間映像と呼ぶ）および側面の二次元画像（仮Ｙ−Ｚ空間映像と呼ぶ）を独立に処理する。それぞれの二次元画像において指定されたポイントが、映像のあるフレーム内に認識された時、次のフレームでどこに映っているかを調べることによりポイントの移動量を求める。具体的には、所定のポイントの局所的特徴を抽出し、次のフレームにおける類似の局所的特徴の有する領域を検索している。このようにして、各々二次元空間（Ｘ−Ｙ空間及びＹ−Ｚ空間）における移動を算出している。次に、異なる空間次元を有する２つの二次元空間上のデータの整合をとり三次元空間における移動を算出している。
【００２３】
また、作用については、２台のビデオカメラとしての練習映像入力手段１，１からの撮影画像から行なうものであるが、第１実施形態と同様である。特に、撮影修了者としての練習者は、三次元のフィードバック映像制御手段９で、練習映像蓄積手段２、三次元画像解析手段７及び模範演技映像蓄積手段５の映像再生を設定したり、停止したり、巻き戻して付加的にフィードバック映像情報を効果的に利用することができる。三次元画像化解析装置７の三次元解析映像の視点変更は、キーボード、マウスなどのヒューマンインターフェースで柔軟に行うことができる。このようにして図４〜図６の第２実施形態では、練習者は、自分の練習映像、模範スイング映像、重要ポイントの動き映像からゴルフクラブスイングを自主的に矯正するために必要なフィードバック情報が得ることができる。
【００２４】
ここで、図４の練習映像表示手段１２と三次元運動解析映像表示手段１５は、運動結果に関する知識(knowledge of result ;KR）を提供する。模範演技映像表示手段１３は、運動パフォーマンスに関する知識(knowledge of performance ;KP)を提供している。特に、図６の表２に、学習者Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの集団学習における学習者の練習過程における本装置の使用手順およびそれに対応した装置内の各回路等の動作手順を示す。学習者は、練習映像撮影→撮影終了後付加的フィードバック情報獲得→実技練習→実技練習終了・練習映像撮影スタンバイ、というサイクルで学習を進める。この例では、４名の集団学習であるが、各練習者の実技練習時間と本装置の使用時間の割り振りにより、より多くの人数の集団学習に適用できる。
【００２５】
以上のような第１実施形態及び第２実施形態では、特に、撮影している練習者を除く他の練習者は、本人情報登録手段３にて必要情報を登録してあれば、再生装置を使って、自己の練習映像と、模範身体運動映像と、任意の身体の部位の動きの映像との３つを同時に表示させることで、社会教育、学校教育において、多人数の集団を対象とするスポーツのトレーニングにおいて、多くの人数の集団学習に適用できる。さらに、本発明では、高価なソフトウエア、機材を必要とせず、廉価なＡＶ機器や通常の学校教育機材等を組み合わせて経済的に実現できる。また、同一機材の数を多数揃えなくても多人数の練習に対応できる。特に、最小限、撮影している練習者用の機材と、再生用の機材とで、集団に対して学習支援ができる。さらに、様々な体力、意欲、トレーニング履歴の多数の練習者に対して、映像情報による練習者のフィードバック効果を積極的に活用して、最少の機材で有効に対処できる利点がある。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、多人数の集団を対象とする社会教育、学校教育におけるスポーツのトレーニングを廉価な機材で、実現できる。特に、単一機材で、様々な体力、意欲、トレーニング履歴の多数の練習者に対して、映像情報の練習者のフィードバック機能、モデル提示機能を備え、極めて産業上の利用可能性が大である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態のブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態の概要図である。
【図３】本発明の第１実施形態のフローチャートである。
【図４】本発明の第２実施形態のブロック図である。
【図５】本発明の第２実施形態の概要図である。
【図６】本発明の第２実施形態のフローチャートである。
【符号の説明】
【００２８】
１…練習映像入力手段，２…練習映像蓄積手段，３…本人情報登録手段，５…模範演技映像蓄積手段，６…二次元画像解析手段，７…三次元画像解析手段，１２…練習映像表示手段，１３…模範演技映像表示手段，１４…二次元運動解析映像表示手段，１５…三次元運動解析映像表示手段
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図２】
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【図５】
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