(57)【要約】【課題】仮想人体モデルが製品を使用する際における着目する筋肉に作用する負荷を評価することにより製品の機能設計を容易にする。【解決手段】画像合成手段１３は、製品と仮想人体モデルとの３次元形状を合成した３次元画像データを生成し画像表示装置１４に表示する。トルク算出手段１５は、人体モデル画像生成手段１１で生成した仮想人体モデルの着目する関節について、姿勢指定手段１７で指定された姿勢で当該関節に作用するトルクを算出する。このトルクを、当該関節を屈伸させる際に伸縮する筋肉に作用する負荷とみなす。負荷算出手段１６は、当該関節について規定された最大トルクに対してトルク算出手段１５で求めたトルクとの比率であるトルク比を求め、トルク比を画像表示手段１４に表示させる。画像表示手段１４へのトルク比の表示方法は、評価画像生成手段１８において決定される。【選択図】図１
2007334446.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元のコンピュータグラフィック画像として表示される仮想人体モデルを用いて着目する筋肉に作用する負荷の程度を評価する筋負荷評価システムであって、評価対象者の身長および体重を含む身体条件に関する情報を入力する情報入力手段と、情報入力手段に入力された情報に基づいて評価対象者に対応する仮想人体モデルの３次元画像データを生成する人体モデル画像生成手段と、３次元画像データによる画像を表示する画像表示手段と、画像表示手段に表示された画像内で仮想人体モデルの姿勢を指定する姿勢指定手段と、姿勢指定手段で指定された姿勢において身体条件を用いて仮想人体モデルの着目する関節に作用するトルクを算出するトルク算出手段と、仮想人体モデルの各関節ごとに許容される最大トルクを規定し着目する関節に作用するトルクの最大トルクに対する比率であるトルク比を着目する関節の屈伸時に伸縮する筋肉に作用する負荷の評価値として算出する負荷算出手段と、負荷算出手段により算出したトルク比を画像表示手段に表示させる評価画像生成手段とを備えることを特徴とする筋負荷評価システム。
【請求項２】
前記評価画像生成手段は、前記トルク比に関して複数段階の区間を設定し前記負荷算出手段で算出したトルク比が属する区間に応じてトルク比を複数段階に分類するとともに、分類した各段階を画像表示手段に表示させることを特徴とする請求項１記載の筋負荷評価システム。
【請求項３】
前記評価画像生成手段は、前記トルク比の各段階に色を対応付け、着目する関節に関して求めたトルク比の段階を、前記画像表示手段表示された前記仮想人体モデルの着目する関節の部位に対応付けて色で示すことを特徴とする請求項１または請求項２記載の筋負荷評価システム。
【請求項４】
前記評価画像生成手段は、前記トルク比の各段階に色を対応付け、着目する関節に関して求めたトルク比の段階を、前記画像表示手段表示された前記仮想人体モデルの着目する関節に対応する筋肉の部位の色で示すことを特徴とする請求項１または請求項２記載の筋負荷評価システム。
【請求項５】
前記トルク比の一定時間毎の時間変化を一時的に記憶する履歴記憶手段を備え、履歴記憶手段は記憶しているトルク比の時間変化を前記画像表示手段にグラフ表示させることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の筋負荷評価システム。
【請求項６】
製品の機能設計にあたり、設計した製品を仮想空間内で仮想人体モデルに使用させるとともに、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の筋負荷評価システムを用いることにより着目する筋肉に作用する負荷の程度を評価し、評価した負荷の程度を設計条件に反映させる製品設計支援システムであって、前記筋負荷評価システムに加えて、設計した製品の３次元形状データを格納した製品データ記憶手段と、製品データ記憶手段から読み出した３次元形状データに基づいて製品の３次元画像データを生成する製品画像生成手段と、製品画像生成手段により生成された製品の３次元画像データと人体モデル画像生成手段により生成された仮想人体モデルの３次元画像データとを合成した３次元画像データを生成し前記画像表示手段に表示させる画像合成手段とを備えることを特徴とする製品設計支援システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元のコンピュータグラフィック画像として表示した仮想人体モデルが仮想空間において行う作業に応じて着目する筋肉に作用する負荷を評価する筋負荷評価システムと、製品を設計するにあたり仮想空間内で仮想人体モデルに製品を使用させるとともに前記筋負荷評価システムを用いて筋肉に作用する負荷を評価することにより少ない負荷で使用可能な製品の機能設計を支援する製品設計支援システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、３次元のコンピュータグラフィック画像として表示される仮想人体モデルを用い、仮想人体モデルを配置した仮想空間内でシミュレーションを行うことにより、人体の動きを評価する技術が提案されている。たとえば、仮想人体モデルが存在する仮想空間内に製品の仮想モデルを配置し、製品の仮想モデルを仮想人体モデルが使用するシミュレーションを行うことにより、実際の製品の使用性などを示すことが考えられている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の技術を採用すれば、製品を使用する評価対象者（使用者）の体格や体力の情報を仮想人体モデルに反映させることによって、個々の使用者に適合した製品の検証、体験が可能になる。
【特許文献１】特開２００３−２５６８７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、特許文献１には、歩幅や筋力などの体力情報を用いて動作を補正し、体力が乏しい場合には関節の回転角度を指定値よりも小さくするように補正することで、脚を上げる高さや手を伸ばす高さに制限を加えることが可能である旨の記載がある。ただし、筋力などによって関節の可動範囲に制限を加えるだけであって、製品を扱う際に人体の各部への負荷を評価するものではないから、身体への負荷の程度を評価することはできない。したがって、身体への負荷が少なくなるように製品を設計したり、運動時の姿勢に応じて筋肉に作用する負荷を評価することにより運動時のフォームの改善に役立てたりするというような目的には用いることができない。
【０００４】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、仮想人体モデルの作業に応じて着目する筋肉に作用する負荷を評価可能とした筋負荷評価システムを提供し、さらに筋負荷評価システムを用いて製品を使用する際に筋肉に作用する負荷を評価することにより少ない負荷で使用可能な製品の機能設計を容易にする製品設計支援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】
【０００５】
請求項１の発明は、３次元のコンピュータグラフィック画像として表示される仮想人体モデルを用いて着目する筋肉に作用する負荷の程度を評価する筋負荷評価システムであって、評価対象者の身長および体重を含む身体条件に関する情報を入力する情報入力手段と、情報入力手段に入力された情報に基づいて評価対象者に対応する仮想人体モデルの３次元画像データを生成する人体モデル画像生成手段と、３次元画像データによる画像を表示する画像表示手段と、画像表示手段に表示された画像内で仮想人体モデルの姿勢を指定する姿勢指定手段と、姿勢指定手段で指定された姿勢において身体条件を用いて仮想人体モデルの着目する関節に作用するトルクを算出するトルク算出手段と、仮想人体モデルの各関節ごとに許容される最大トルクを規定し着目する関節に作用するトルクの最大トルクに対する比率であるトルク比を着目する関節の屈伸時に伸縮する筋肉に作用する負荷の評価値として算出する負荷算出手段と、負荷算出手段により算出したトルク比を画像表示手段に表示させる評価画像生成手段とを備えることを特徴とする。
【０００６】
この構成によれば、情報入力手段により入力した情報を用いて評価対象者の身体条件に合致した仮想人体モデルを生成することができ、しかも姿勢指定手段を用いることにより所望の姿勢のシミュレーションが可能であるから、評価対象者に所望の姿勢を取らせた状態で、着目する筋肉に作用する負荷を身体条件に応じて評価することができる。つまり、着目する筋肉への負荷の少ない姿勢を求めることが可能になる。しかも、各関節に許容される最大トルクに対して、姿勢指定手段で指定した姿勢において関節に作用するトルクの比率をトルク比として求め、筋肉に作用する負荷の評価値としてトルク比を用いているから、各関節を屈伸させる際に伸縮する筋肉への負荷の程度をトルク比によって評価でき、簡便な方法で筋肉に作用する負荷を評価することができる。
【０００７】
なお、身体条件とは、少なくとも身長および体重を含み、他に年齢、性別、障害の有無など、仮想人体モデルの形状や動きに影響を与える条件を意味する。
【０００８】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記評価画像生成手段は、前記トルク比に関して複数段階の区間を設定し前記負荷算出手段で算出したトルク比が属する区間に応じてトルク比を複数段階に分類するとともに、分類した各段階を画像表示手段に表示させることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、トルク比を連続的に表示するのではなく、複数段階に分類して表示するから、着目する筋肉に作用する負荷の程度を直感的に把握するのが容易になる。
【００１０】
請求項３の発明では、請求項１または請求項２の発明において、前記評価画像生成手段は、前記トルク比の各段階に色を対応付け、着目する関節に関して求めたトルク比の段階を、前記画像表示手段表示された前記仮想人体モデルの着目する関節の部位に対応付けて色で示すことを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、着目する関節について求めたトルク比の各段階を、関節の部位に対応付けで色で示すので、負荷が作用する部位と程度とを把握しやすくなる。
【００１２】
請求項４の発明では、請求項１または請求項２の発明において、前記評価画像生成手段は、前記トルク比の各段階に色を対応付け、着目する関節に関して求めたトルク比の段階を、前記画像表示手段表示された前記仮想人体モデルの着目する関節に対応する筋肉の部位の色で示すことを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、着目する関節について求めたトルク比の各段階を、関節に対応する筋肉の部位に対応付けて色で示すので、負荷が作用する部位と程度とを把握するのが容易になる。とくに、関節の屈曲時に伸縮する筋肉に対応付けてトルク比を示しているから、どの筋肉に負荷が作用しているかを直感的に知ることができ、仮想人体モデルの姿勢と着目する筋肉に作用する負荷の程度との関連が判りやすくなる。
【００１４】
請求項５の発明では、請求項１ないし請求項４のいずれかの発明において、前記トルク比の一定時間毎の時間変化を一時的に記憶する履歴記憶手段を備え、履歴記憶手段は記憶しているトルク比の時間変化を前記画像表示手段にグラフ表示させることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、一定時間のトルク比の履歴をグラフ表示するから、着目する筋肉に作用する負荷について、仮想人体モデルの姿勢の時間変化に伴う負荷の動的変化を把握することができる。つまり、仮想人体モデルの姿勢が時間経過に伴って変化する際に、着目する筋肉に作用する負荷の最大値や持続時間を把握することができる。その結果、一続きの作業を行うように仮想人体モデルに動作を与える場合に、当該動作での負荷の最大値や負荷の持続時間を容易に把握することができ、さまざまな動作を試行することで負荷が少なく作業性のよい動作を見つけることが容易になる。
【００１６】
請求項６の発明は、製品の機能設計にあたり、設計した製品を仮想空間内で仮想人体モデルに使用させるとともに、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の筋負荷評価システムを用いることにより着目する筋肉に作用する負荷の程度を評価し、評価した負荷の程度を設計条件に反映させる製品設計支援システムであって、前記筋負荷評価システムに加えて、設計した製品の３次元形状データを格納した製品データ記憶手段と、製品データ記憶手段から読み出した３次元形状データに基づいて製品の３次元画像データを生成する製品画像生成手段と、製品画像生成手段により生成された製品の３次元画像データと人体モデル画像生成手段により生成された仮想人体モデルの３次元画像データとを合成した３次元画像データを生成し前記画像表示手段に表示させる画像合成手段とを備えることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、画像表示手段に仮想人体モデルとともに設計した製品を表示するから、製品を扱う際の姿勢のシミュレーションを仮想人体モデルを使って行うことができ、設計した製品の扱いやすさを筋肉に作用する負荷の程度によって評価することができる。たとえば、製品が浴槽であって掃除の際の姿勢で筋肉に作用する負荷を仮想人体モデルによって評価するものとすれば、筋肉に作用する負荷を低減できるように浴槽の設計を修正することで、掃除のしやすい浴槽を設計することが可能になる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の筋負荷評価システムの構成によれば、評価対象者の身体条件に合致した仮想人体モデルを用いて所望の姿勢のシミュレーションを行うことで、当該姿勢において着目する筋肉に作用する負荷を身体条件に応じて評価するから、評価対象者の姿勢と筋肉に作用する負荷との関係を容易に把握することができるという利点がある。しかも、仮想人体モデルの姿勢に対して筋肉に作用する負荷の評価値として着目する関節に関するトルク比を用いるから、各関節を屈伸させる際に伸縮する筋肉への負荷の程度を簡便な方法で評価することができるという利点がある。
【００１９】
また、本発明の製品設計支援システムの構成によれば、上述した筋負荷評価システムの効果に加えて、設計した製品を扱う際の姿勢のシミュレーションを仮想人体モデルを使って行うから、設計した製品の扱いやすさを筋肉に作用する負荷の程度によって評価することができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本実施形態は、パーソナルコンピュータのようなコンピュータで実行可能なアプリケーションプログラムを用いることにより以下の機能を実現している。ただし、コンピュータとプログラムとの組み合わせではなく、専用のハードウェアによって以下の機能を実現することも可能である。
【００２１】
本実施形態は、仮想人体モデルを用いて筋肉に作用する負荷を評価する筋負荷評価システム１０（図１参照）を用いて、製品の機能設計を支援する製品設計支援システムを構築する場合を例として示す。したがって、図１に示すように、製品の設計者がＣＡＤ（Computer Aided Design）装置３０を用いて設計した製品の形状および寸法のうち、製品を３次元のコンピュータグラフィックの画像として表示するのに必要な３次元形状データを製品データ記憶手段２１に格納する。製品データ記憶手段２１は、大容量の記憶装置が必要であるからハードディスクドライブ装置を用いる。製品としては浴槽を例示し、仮想人体モデルの姿勢は浴槽の掃除の際の姿勢を例示する。ただし、製品の種類や姿勢は限定する趣旨ではなく一例として示すものである。
【００２２】
製品データ記憶手段２１には、複数の製品について３次元形状データを格納してもよいが、本発明は製品の設計を支援する目的で用いるから、設計段階である製品の３次元形状データのみを格納する。ただし、参照用に過去に設計された製品の３次元形状データが製品データ記憶手段２１に格納されていてもよい。
【００２３】
製品データ記憶手段２１に格納されている製品の３次元形状データを用いて画面表示を行うために製品画像生成手段２２が設けられており、製品画像生成手段２２では、製品データ記憶手段２１から製品の３次元形状データを読み出して画面表示のための製品の３次元画像データ（以下、「製品画像データ」という）を生成する。製品画像データをディスプレイ装置に表示する画像データに用いると、ディスプレイ装置の画面には製品の３次元画像が表示される。
【００２４】
本実施形態は、設計段階の製品について使用時の姿勢において筋肉に作用する負荷を評価することが目的であるから、製品とともに使用者（評価対象者）を模擬する仮想人体モデルの３次元画像をディスプレイ装置の画面上に表示する必要がある。そこで、仮想人体モデルの画像を表示するための３次元画像データ（以下、「仮想人体モデル画像データ」という）を製品画像データとは別に人体モデル画像生成手段１１において生成する。評価対象者である使用者により身体条件は異なるから、使用者の身体条件をさまざまに設定することができるように情報入力手段１２を設けている。身体条件としては、少なくとも身長と体重とを入力することができ、必要に応じて年齢、性別、身体障害の有無および種類もオプションとして入力可能にしてある。
【００２５】
仮想人体モデル２は、図２に示すように、人体の骨格に対応した複数個（図示例は１８個）セグメントＳｇと、人体の関節に対応した複数個（図示例は１６個）のジョイントＪｎとにより表現してあり、画像表示の際には人体風の外観となるようにスキン（表面属性）をマッピングしてある。セグメントＳｇとジョイントＪｎとの個数は一例である。
【００２６】
セグメントＳｇの属性は長さであって身長に応じて決定される。つまり、身長に対する各骨の長さの平均値が知られているから、情報入力手段１２から身長が入力されると、人体モデル画像生成手段１１において、セグメントＳｇの長さが自動的に決定される。
【００２７】
ジョイントＪｎの属性は、角度（仮想人体モデルに設定した座標系における角度）と可動範囲とトルクと最大トルクとである。また、仮想人体モデルが直立した姿勢での各ジョイントＪｎの角度を、角度の初期値に用いる。角度の初期値は年齢によって変化し、高齢になり関節を支持する筋肉の筋力が低下すると、膝や腰に対応する一部のジョイントＪｎにより結合されているセグメントＳｇのなす角度が変化する（たとえば、真っ直ぐに伸びていた部位が曲がることにより、角度は１８０度付近から小さくなる方向に変化する）。
【００２８】
角度の初期値を用いることにより、たとえば、直立した初期姿勢において腰や膝が曲がっている状態を表すことができる。また同様に、高齢になるとジョイントＪｎの可動範囲が小さくなるから、ジョイントＪｎの可動範囲を考慮することにより、手足の到達範囲を表すことができる。トルクおよび最大トルクについては後述する。
【００２９】
上述のように、情報入力手段１２から入力された身体条件により、人体モデル画像生成手段１１では、仮想人体モデル２を構成する各セグメントＳｇの長さと、各ジョイントＪｎの角度の初期値および可動範囲と最大トルクとを決定する。また、身体障害の有無および種類が入力されたときには、仮想人体モデル２について障害部位に応じて姿勢や可動範囲の調節がなされる。性別に関しては、一般に女性のほうが関節の可動範囲が大きいから、性別の指定があるときには、ジョイントＪｎの可動範囲を調節する。仮想人体モデル画像データは、製品画像データと同様に、ディスプレイ装置に３次元画像を表示する。
【００３０】
ところで、セグメントＳｇは骨格に対応しているから、関節の屈伸時に伸縮する筋肉群にも対応すると言える。また、スキンをマッピングするとセグメントＳｇおよびジョイントＪｎは画像に明示的に表示されないから、以下では、仮想人体モデル２について、セグメントＳｇに相当する部位を筋肉Ｓｇと呼び、ジョイントＪｎに相当する部位を関節Ｊｎと呼ぶ。したがって、筋肉Ｓｇは、一般には１種類の筋肉ではなく複数種類の筋肉を複合した筋肉群を意味している。
【００３１】
製品画像生成手段２２において生成された製品画像データと、人体モデル画像生成手段１１において生成された仮想人体モデル画像データとは、画像合成手段１３に入力され、製品と仮想人体モデルとの画像がディスプレイ装置の１画面に表示可能になるように合成した３次元画像データが生成される。画像合成手段１３により得られる３次元画像データは、ディスプレイ装置からなる画像表示手段１４に３次元画像を表示する。
【００３２】
画像表示手段１４に表示される画像は、製品画像データと仮想人体モデル画像データとを単純に合成した画像であって、初期画面に表示される向きおよび両者の相対位置はあらかじめ設定された初期値が用いられる。また、画像表示手段１４に表示された画像の中で製品と仮想人体モデルとの一方を選択的に指定することができるように、画像選択手段２３が設けられている。
【００３３】
画像選択手段２３により製品を選択したときには、画像表示手段１４に表示された画像全体を見る視点位置を変更することができる。つまり、画像合成手段１３により合成された３次元画像の全体を指定した視点位置から見ることが可能になる。このように視点位置を変更可能とすることにより、仮想人体モデル２が配置されている仮想空間内で製品をさまざまな方向から見ることが可能になり、視点位置を固定している場合に生じる死角の発生を防止することができる。
【００３４】
一方、画像選択手段２３により仮想人体モデルを選択したときには、製品に対する仮想人体モデル２の相対位置と、仮想人体モデル２の特定の関節Ｊｎの角度とが変更可能になる。たとえば、浴槽の掃除を行う場合には、浴槽（製品）１（図３参照）に対する仮想人体モデル２の位置を変化させなければならないから、仮想人体モデル２の浴槽１に対する相対位置が変更可能になっている。
【００３５】
ところで、着目する筋肉Ｓｇに作用する負荷の評価には、当該筋肉Ｓｇの伸縮により屈伸される関節Ｊｎに作用するトルクを用いる。トルクは、着目する関節Ｊｎを中心として関節Ｊｎの周りに作用する力のモーメントを意味している。たとえば、腰関節Ｊｎにおいて重力に基づいて作用するトルクは、図３に示すように、腰から上の部位の総質量ｍ（四角形で囲んだ領域の質量）と重心Ｇの位置とを求め、腰関節Ｊｎの周りで重心Ｇに作用する重力ｍｇ（ｇは重力加速度）による力のモーメントを求めることにより算出することができる。
【００３６】
評価対象者の自重以外の力が作用する場合には、それらの力も考慮してトルクを求めることがあるが、ここでは、仮想人体モデル２に他の部材による荷重が作用する場合や、仮想人体モデル２が他の部材に力を及ぼす場合についてはとくに考慮せず、仮想人体モデル２の姿勢のみによって各関節Ｊｎごとのトルクが決定されるものとする。各関節Ｊｎに作用するトルクは仮想人体モデル２の姿勢が決定されるとトルク算出手段１５によって求めることができる。
【００３７】
トルク算出手段１５で求めたトルクは、当該関節Ｊｎを屈伸させる筋肉Ｓｇに作用する負荷を反映していると考えられるから、各関節Ｊｎに作用するトルクを求めることにより、当該関節Ｊｎに対応した筋肉Ｓｇに作用する負荷を評価することができる。たとえば、踝の関節Ｊｎのトルクは下腿部の筋肉Ｓｇの負荷に対応し、膝の関節Ｊｎのトルクは大腿部の筋肉Ｓｇの負荷に対応するものとみなす。すべての関節Ｊｎは屈伸する際に筋肉Ｓｇの伸縮を必要とするから、各関節Ｊｎに筋肉Ｓｇをそれぞれ対応付けることが可能であるが、上述した仮想人体モデル２では、必ずしも一対一には対応付けておらず、着目する部位（１箇所でもよいが通常は複数箇所）のみ関節Ｊｎと筋肉Ｓｇとの対応付けを行っている。
【００３８】
上述した最大トルクは、各関節Ｊｎにおけるトルクのうち許容された最大値を意味している。最大トルクについては算出式が知られており、仮想人体モデル２に身体条件を与えると算出式を利用して各関節Ｊｎごとに許容された最大トルクを求めることができる。最大トルクは人体モデル画像生成手段１１において着目する部位の各関節Ｊｎごとに対応付けられている。
【００３９】
上述したトルク算出手段１５によって算出したトルクの値は、個々の関節Ｊｎによって大きさが異なるから、負荷算出手段１６において、各関節Ｊｎごとに最大トルクに対する比率であるトルク比（＝トルク／最大トルク）を求めて標準化する。トルク比の絶対値は通常は０〜１（０〜１００％）の範囲内の値になる。ただし、計算上ではトルクの絶対値が上限値である最大トルクを超える場合が生じる。この場合はトルクの値を異常値と判定する。たとえば、図４では「ankle」と「knee」に対応する値が１００％を超える異常値が示されている。このように１００％を超える異常値は１００％（＝１）として扱う。なお、初期位置に対して回転の向きが逆向きになる場合にはトルクが負の値になる場合もあるが、トルク比は絶対値を用いて正の値とする。
【００４０】
ところで、仮想人体モデル２の各関節Ｊｎのトルクは、仮想人体モデル２の姿勢により決まるから、仮想人体モデル２の姿勢を変化させる必要がある。そこで、仮想人体モデル２の姿勢を支持することができる姿勢指定手段１７を設けている。姿勢指定手段１７では、画像表示手段１４に表示された仮想空間において仮想人体モデル２の所望の部位に結合したポインタＰ（図３、図４参照）を表示し、ポインタＰの位置を変化させることによって仮想人体モデル２の所望の部位の位置を変化させることが可能になっている。たとえば、ポインタＰを仮想人体モデル２の手に結合している場合には、マウスのようなポインティングデバイスを用いてポインタＰをドラッグすることにより、手の位置を変化させることができる。
【００４１】
仮想人体モデル２の姿勢を変更する際には、各関節Ｊｎの角度を個々に指定すると膨大な時間を要する上に仮想人体モデル２の姿勢が不自然になることがある。そこで、姿勢指定手段１７によって仮想人体モデル２の所望の部位の位置を変化させると、当該部位の位置変化に連動して他の部位の位置も変化するように、人体モデル画像生成手段１１において各関節Ｊｎの連動関係が規定されている。
【００４２】
したがって、手あるいは足など仮想人体モデル２の特定の部位にポインタＰを結合し、ポインタＰの位置を変化させると、ポインタＰの位置変化に追従して仮想人体モデル２の他の部位の関節Ｊｎの角度が連動して変化するようにしてある。また、連動関係には仮想人体モデル２が不自然な姿勢にならないように制限を設けてある。すなわち、人体モデル画像生成手段１１には、ポインタＰの位置と各関節Ｊｎの角度とを対応付けたルール群を設定してあり、ポインタＰの位置が変化するたびにルール群に照合することにより、各関節Ｊｎの角度を決定する。
【００４３】
上述したように、仮想人体モデル２の姿勢を変化させると、各姿勢において各関節Ｊｎに作用するトルクが変化する。トルクと最大トルクとの比率であるトルク比は、着目する関節Ｊｎについてのみ求められ、着目する各関節Ｊｎごとのトルク比が画像表示手段１４に表示される。トルク比を画像表示手段１４に表示するにあたっては、負荷検出手段１９で求めたトルク比を評価画像生成手段１８を介して画像合成手段１３に入力する。評価画像生成手段１８では、画像表示手段１４の画面にトルク比を表示する方法として複数種類の方法を選択することができる。
【００４４】
トルク比を数値として把握する場合には、図４の左下部に示すように、画像表示手段１４の画面上に、着目する関節Ｊｎの関節名Ｎｍと、求めたトルクの値Ｔｒと、最大トルクの値Ｔｍと、トルク比Ｒｔとを対応付けて表示する。この表示を行えばトルク比を具体的な数値で認識することができる。
【００４５】
ただし、トルク比を数値で表すると具体性はあるものの各関節Ｊｎにおけるトルクを直感的に把握することができず、また、各関節Ｊｎの周りでどの向きにトルクが作用しているのかも把握することができない。そこで、評価画像生成手段１８では、各関節Ｊｎの近傍に矢印付きの弧Ｃｒを表示し、トルクが作用する向きを矢印によって示す表示も可能になっている（図４参照）。この表示では、トルク比に複数段階の区間を設定してあり、負荷算出手段１６で算出したトルク比が属する区間に応じてトルク比を分類する。分類した各区間には、色が対応付けてあり、トルク比の各区間ごとに矢印付きの弧Ｃｒに異なる色を着色する。たとえば、トルク比を３段階に分け、トルク比が小、中、大の各区間に対応付けて弧Ｃｒを青色、黄色、赤色などに着色する。この表示によって、トルクの向きとトルク比の大きさの程度を直感的に把握することが可能になる。区間数は３区間に限らず４区間以上の段階としてもよい。
【００４６】
矢印付きの弧Ｃｒを用いる表示方法では、着目している各関節Ｊｎの位置とトルク比の大きさの程度とトルクの向きとを直感的に把握することができるものの、実際に負荷が作用するのは関節Ｊｎではなく筋肉Ｓｇであるから、弧Ｃｒでは負荷の作用している筋肉Ｓｇとの対応関係がわかりにくい。また、着目する関節Ｊｎの個数が多くなると、弧Ｃｒが重なり合って表示が判読しにくくなる可能性もある。
【００４７】
そこで、評価画像生成手段１８の他の表示方法として、各関節Ｊｎに対応付けた筋肉Ｓｇの部位をトルク比の各区間に応じた色に着色する表示（図４では斜線部で着色部位を示している）も採用できるようにしてある。すなわち、弧Ｃｒで表示する場合と同様に、トルク比を複数段階の区間に分類し、どの区間に属するかに応じて色分けを行っている。ただし、着色する部位が弧Ｃｒではなく、関節Ｊｎに対応付けた筋肉Ｓｇであって、この表示によりどの筋肉Ｓｇにどの程度の負荷が作用しているかを直感的に把握することが可能になる。
【００４８】
上述した表示方法は、画像表示手段１４の画面に表示された仮想人体モデル２の姿勢に対応したトルク比のみを表しているが、仮想人体モデル２が動作を伴う場合には、トルク比について動作経路に従った履歴を把握したい場合もある。そこで、一定時間分（たとえば、５秒間）のトルク比を一時的に記憶する履歴記憶手段１９を設け、評価画像生成手段１８において履歴記憶手段１９に記憶されたトルク比の時間変化を画像表示手段１４にグラフ表示させれば、トルク比の時間変化を把握するのが容易になる。具体的には図５に示すように、時間を横軸として縦軸をトルク比（百分率で表している）としたグラフ上で、各関節Ｊｎごとのトルク比の時間変化を表示する。画像表示手段１４の画面上での実際の表示では、図５の右端に記載した関節名と、グラフ中のトルク比を表す線とが色によって対応付けられる。図５では、関節名が８個であるのに対して、グラフ中には５本の曲線しか示されていないが、これは残りの３本の線がトルク比が０％であるラインに重なっているからである。
【００４９】
上述のようなグラフ表示を行うと、仮想人体モデル２の動作中におけるトルク比の最大値を容易に把握することができ、また、仮想人体モデル２の動作中においてトルク比の大きい期間が継続しているか否かを直感的に認識することが可能になる。
【００５０】
上述した各表示方法は、単独で用いることができるが、適宜に組み合わせて用いることもできる。複数種類の表示方法を組み合わせて用いると、各表示方法で不足している情報を互いに補完することができ、製品１の機能設計に際しては使用者にとって少ない負荷で使用することができる製品１の設計を支援することができる。
【００５１】
ところで、身体条件の異なる複数の使用者が同じ姿勢をとったときに、着目する筋肉Ｓｇにどれくらいの負荷が作用するかを比較して評価したい場合がある。このような目的のために、一つの仮想人体モデル２の姿勢を他の仮想人体モデル２に複製することが可能になっている。つまり、図６に示すように、複製元の仮想人体モデル２の各関節Ｊｎの角度を複製先の仮想人体モデル２に適用するのである（図示例では、右側の仮想人体モデル２が複製元であり、左側の仮想人体モデル２を複製先としている）。ここで、２つの仮想人体モデル２の身長や体重が異なる場合には、各筋肉Ｓｇに作用する負荷も変化するから、複製元と複製先とでトルク比も変化する（図示例では、複製元のほうが複製先よりも体重が大きく大腿部や腰部のトルク比は複製元のほうが大きくなっている）。つまり、関節Ｊｎの角度を複製することによって姿勢を複製すると、各仮想人体モデル２の身体条件（属性）に応じたトルク比が求められ、当該トルク比が複製先の仮想人体モデル２に適用される。
【００５２】
姿勢を複製するのを同様に、複数の使用者が同じ動きをしたときに、着目する筋肉Ｓｇにどのような負荷が作用するかを比較して評価したい場合もある。このような目的では、一つの仮想人体モデル２の動作を他の仮想人体モデル２に複製することが要求される。そこで動作を複製する場合には、仮想人体モデル２の動作の履歴（各関節Ｊｎの角度の時間変化の履歴）を記憶しておき、他の仮想人体モデル２に動作の履歴を複製する。
【００５３】
なお、上述した実施形態では製品設計支援システムを構築する例を示したが、筋負荷評価システム１０は単独でも使用可能であって、筋負荷評価システム１０を単独使用すれば、評価対象者の姿勢に応じて筋肉に作用する負荷を把握することができ、運動解析などの用途に役立てることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施形態を示すブロック図である。
【図２】同上に用いる人体モデルの一例を示す図である。
【図３】同上におけるトルクの計算例を示す図である。
【図４】同上における画面の表示例を示す図である。
【図５】同上における画面の表示例を示す図である。
【図６】同上における画面の表示例を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  製品
２  仮想人体モデル
１０  筋負荷評価システム
１１  人体モデル画像生成手段
１２  情報入力手段
１３  画像合成手段
１４  画像表示手段
１５  トルク算出手段
１６  負荷算出手段
１７  姿勢指定手段
１８  評価画像生成手段
１９  履歴記憶手段
２１  製品データ記憶手段
２２  製品画像生成手段
２３  画像選択手段
Ｊｎ  ジョイント（関節）
Ｐ  ポインタ
Ｓｇ  セグメント（筋肉）
【図１】
2007334446.tif 000003
【図２】
2007334446.tif 000004
【図３】
2007334446.tif 000005
【図４】
2007334446.tif 000006
【図５】
2007334446.tif 000007
【図６】
2007334446.tif 000008