情報処理学会 インタラクション 2020
IPSJ Interaction 2020

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BGM の再生速度変化を用いた体幹トレーニング支援システム
山本 鷹人1,a)

北原 鉄朗1,b)

概要：本稿では, 体幹トレーニング（プランク・フロントブリッジ）の支援システムを提案する. 本シス
テムでは, Web カメラを用いてユーザの体幹トレーニングの姿勢の良し悪しを判断し, BGM（backgroundmusic）の再生速度の変化を用いてユーザに姿勢の変化を知らせる. ユーザは, その変化を聴くことにより自分のトレーニング姿勢の良し悪しを判断することができる. 本システムの有用性を示すため, 「BGM の再生速度変化による支援（提案手法）」と「音声による支援」, 「再生速度に変化のない BGM が流れている状態で音声による支援」の 3 つの条件で比較実験を行った. その結果, 被験者 5 名全員が「BGM の再生速度変化による支援」が正しい姿勢の維持に最も必要であると答えた.

1. はじめに
近年健康志向ブームとなり, アスリートや各年齢層向けトレーニング支援の研究 [1–4] が多数行われている. 多数
あるトレーニングの中でも, 体幹トレーニングは取りつきやすい.
体幹とは, 身体の四肢と頭部を除いた重量約 48%を占め撮影した映像を通じて姿勢を把握する方法があるが, 把握した姿勢が正しいかどうかを判断することも難しく, 目線を鏡やカメラ映像に向けることにより体が回転してしまい,いい姿勢とは程遠くなってしまうこともある.
トレーニングにおいてユーザが姿勢の良し悪しを把握するのを支援する研究として, 綿谷らのもの [7], 高久らのもの [8], 岡本らのもの [9] がある.

る非常に大きな部位であり, 四肢間の運動連結やバランス

綿谷らの研究 [7] では, ユーザの姿勢を 3D モデルで表示に関して重要な役割を果たしている. そのため, 体幹筋のし, 同時に正しい姿勢も同様の 3D モデルで表示すること

働きを重視したトレーニング方法をスポーツ選手が行ってで, ユーザが 2 視点から姿勢を見比べて姿勢の良し悪しをおり, その重要性が一般の方にも注目されるようになって判断できるようになっている. この研究は, ユーザ自ら姿いる [5]. そして, この体幹を鍛える体幹トレーニングは,勢の比較ができるが, 3D モデルの生成の精度が必ずしも十Worldwide Survey of Fitness Trends のフィットネス流行分ではないのに加え, パソコンの画面を見る必要があると予測において, 2007 年から 2010 年まで, トップ 5 にランいう問題点がある.

クインしており, 2010 年以降もずっとランクインしてい高久らのシステム [8] は腹筋動作を行う際に, Kinect でる [6]. このことから, 体幹トレーニングが世界的に注目さユーザの骨格を取得し, ユーザの動作に合わせて注意事項れていると言える.

を画面に表示するとともに, ゲーム画面のキャラクターと動この体幹トレーニングは個人で行うことができ, 人一人作をリンクさせることでゲーミフィケーション的な要素をが横になれるほどのスペースがあればトレーニングができ取り入れたシステムである. この研究では, ゲーミフィケーる. また, トレーニングに特別な機器を用いないことから,ションの導入などの工夫がなされているものの, Kinect を実用的かつ簡単なトレーニング手法である. その効果を最70cm の高さから 10 度の角度で見下ろす形で設置する必要大限に発揮するには, 正しい姿勢を保つことが極めて重要があり, 画面に表示されている注意点やゲーム画面を確認である. 正しくない姿勢でトレーニングを行うと怪我につするため画面を見る必要があるという問題点がある.

ながる可能性がある. しかしながら, 個人がトレーニング

岡本らの研究 [9] では, Kinect でユーザの骨格を取得し,中の姿勢を把握するのは難しい. そのため, 鏡やカメラで陸上競技のハードルまたぎの支援を行った. この研究では,画面上に身体情報, 足の高さを意識させる情報が表示され

1a)b)

日本大学文理学部情報科学科
yamamoto@kthrlab.jp
kitahara@chs.nihon-u.ac.jp© 2020 Information Processing Society of Japanており, ユーザは足の高さを意識させる表示を意識しハードルまたぎの動作を行う. Kinect に全身を映すには 2m 近212

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く Kinect から離れなくてはならないため広いスペースがなっている状態でも姿勢の良し悪しをユーザに伝えること必要なこと, パソコンの画面を見て情報を得るため上半身ができる. 腰の位置が基準の位置よりも高い場合は BGMが前傾に, 頭が下を向きやすくなってしまうことが, 問題点

を 1.5 倍速で再生し, 基準の位置より低い場合は BGM をとしてあげられる.

0.7 倍速で再生する. 帆苅ら [12] も, ジョギング中の BGM

この他にも, フィットネスを取り入れたゲーム [10, 11] がの再生速度をジョギングのペースに合わせて変化させるこ

市販化されているがいずれも画面を見ることが前提である.とで, ジョギングのペースの一定化を促すシステムを提案

このように, 既存の研究や市販のゲームはいずれも画面し実際に数名の被験者においてジョギングのペースの変動を見ることを前提としている. 画面を見ることは, それ自が削減させたとの結果を得ている. 本研究においても同様

体が姿勢に影響を与え, ディスプレイの設置位置によってに, BGM を本来の再生速度で楽しみたいという気持ちが,は画面を見ることと正しい姿勢が両立しない場合もありう

正しい腰の位置を維持するよう促すことを期待する.

る. そのため, 画面を見なくても姿勢の良し悪しに気づくことのできる提示方法が望まれる.

2.1 システムの起動

本研究では, BGM の再生速度の変化を用いることで, 画本システムを起動すると, メニュー画面（図 1）に遷移す

面を見ずに姿勢の良し悪しに気づけるシステムを提案する. メニュー画面では, 主に BGM の選択と時間の設定を行る. 帆苅ら [12] は, ジョギングのペースを一定に保つためう. BGM は歌詞のあるものと歌詞のないもので 2 つからに, ジョギングのペースに合わせて音楽の再生速度を変化選択できる. その後, システムを使う時間を入力する. 入力させるシステムを提案した. 本研究でもこの考えと同様に,の単位は秒で, 初めからテキストボックスの中には 240 が頭の位置から腰の正しい位置を推定し, ユーザの腰の位置入力されている. 選択と入力が終了したら, 「プレイ」をクがそこから大きく外れたら BGM の再生速度を極端に速くリックすることで次の状態に遷移する. 「出口」をクリッしたり遅くしたりする. これにより, 画面を見ることなく,クするとシステムは終了する.

腰が上がりすぎていたり下がりすぎていることに気づけるので, 画面を見ることによって姿勢が不自然になることが2.2 メニューからの遷移後解消されるとを期待する. また, パソコンに Web カメラとメニュー画面から遷移すると, Web カメラの映像が画面スピーカーをつなげるだけで使用できるため, 特別な機器に映る. ユーザは, Web カメラに全身が映るように横になを購入する必要がないというメリットもある.

る. 体幹トレーニングする場所が決まったら, 自身の腰か

2. システムの概要

ら頭の順にマウスクリックによりマーカーをつける. マーカーがつくと, 体幹トレーニングの支援が始まる（図 2）.

本稿で提案するシステムは, 体幹トレーニング中のユー

トレーニング中は BGM が流れ, 頭に付けたマーカーの位ザの姿を Web カメラで取り込み, その画像に基づいてユー置から腰の正しい位置を推定する. 姿勢の良し悪しの判断

ザの姿勢の良し悪しを判定し, ユーザにフィードバックすは, 頭の位置より 22pixel 腰の位置が高くなると姿勢が高る. このシステムには, 次の 2 つの機能が必要である.

いと判断し, 頭の位置より 55pixel 腰の位置が低くなると• ユーザの姿勢（特に腰の位置）が適切かどうかを判定する機能.

• ユーザの姿勢が適切でないときにそれをユーザに知らせる機能.

姿勢が低いと判断する. 腰の位置が高いと判断した場合には BGM の再生速度を 1.5 倍速で再生し, 腰の位置が低いと判断した場合には BGM の再生速度を 0.7 倍速で再生する. 以後, この変化が繰り返される.

ここで重要となるのは 2 つ目である. 1 章で述べたように,既存のトレーニングシステムでは, ユーザが画面を見る前

2.3 終了条件

提で設計されていた. しかし, ディスプレイの設置位置な体幹トレーニングの支援が終了する条件は 2 つある. 1

どによっては画面を見ること自体が姿勢に悪影響を与える

つ目は, メニュー画面で入力した時間を計測時間が超えた場合がある. そのため, 画面を見ずにユーザが姿勢の良し場合である. ユーザが, 自分が設定した時間正しい体幹ト悪しを知れることが肝要である.

レーニングの姿勢を維持しようとしたことから達成感が持

画面に頼らず姿勢の良し悪しをユーザに知らせる 1 つのてることを期待する. 2 つ目は, 正しくない体幹トレーニン

方法が, 音声合成を用いることである. しかし, BGM を聴グの姿勢を 4 秒間継続した場合である. 1 章で書いたようきながらトレーニングする場合は, 必ずしもわかりやすいに, 体幹トレーニングは正しくない姿勢で行うと怪我の原とは限らない. 体幹トレーニングは比較的単調であるため,因になる可能性がある. 2 つ目の終了条件は, 怪我予防に重飽きずに続けるために BGM を聴きながらでも有効な手段点をおいた条件となっている.

が望ましい.
本研究では, BGM 自体に変化をつけることで, BGM が© 2020 Information Processing Society of Japan

213

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表 1 姿勢の正誤システムが正しいシステムが正しくないと判断（131 枚）と判断（33 枚）

128

0

2000

1

101031

5 人中 5 人が正しいと判断

5 人中 4 人が正しいと判断

5 人中 3 人が
図 1 メニュー正しいと判断

5 人中 2 人が正しいと判断

5 人中 1 人が正しいと判断

5 人中 0 人が正しいと判断の内 5 人中 0 人が 31 枚の写真を正しく判断していたこと,また確認した人の内 4 人以上が同じ写真を指摘することはなく正しく支援が行えていると言える.
図 2 体幹トレーニング支援

4. 実験 2本システムの有用性を示すため, 以下の実験を行った. 提案手法（以下, BGM 変化条件）の他, 画面を見なくてもいい方法の代表例として合成音声による支援（以下, 音声条件）, また, BGM を聴きながらトレーニングする人もいることから, BGM（再生速度変化なし）を再生しながら音声

図 3 結果2.4 体幹トレーニング支援システムからの遷移後にて提示する方法（以下, BGM+音声条件）の 3 条件で実験を行い, 比較した.

4.1 人数・場所・時間

体幹トレーニングの支援システムが終了すると, 結果画

被験者は, 学生 5 名（21〜22 歳, 男性 3 名, 女性 2 名, 身面（図 3）に遷移する. 結果画面では, システムの始まりか

長 155〜175cm）に全条件順不同で実験を行った. 各シス

ら終わりまでの時間と, ユーザが正しいトレーニング姿勢

テム体験後アンケートを取り, 各条件と結果を比較した.

を保てた時間を表示する. 体幹トレーニングは, 主に体の場所は, 実験環境をそろえるため第一著者の自宅駐車場

内側の筋肉が鍛えられるため体が大きくなるといった変化（2.3m × 3.9m × 2.4m）とした. 時間は説明に 10 分, アンが見えにくい種目である. そこでトレーニング成果がわか

ケートの回答時間はおおよそ 5 分, 各条件間のインターバりやすくなるように, 実際にかかった時間と良い姿勢だっルを 1 時間とり, 各条件最長 4 分に設定しているため, シた時間を表示している.

ステムを使う時間は, 合計して最長 12 分とした.

「スタートに戻る」をクリックすると, メニュー画面に遷移し, 再び体幹トレーニングの支援を使うことができる.
「終了」をクリックするとシステムは終了する.

3. 実験 1

4.2 実験手順・環境
システムを使う前に各被験者に同様の説明を行うため,あらかじめ原稿を作り説明した. 内容は, 各条件間のインターバルは 1 時間とること, インターバル中にアンケート本システムによる姿勢の正しさの妥当性を検証するため,を書いてもらい書き終われば自由時間であること, 今回参普段運動しない人とする人（共に男性, 21 歳）に本システ考にした画像 [13] を基に体幹トレーニングの注意点（膝をムを試してもらった. その時のスクリーンショットを 5 名

曲げないこと, 目線の方向）を理解すること, 姿勢は BGMの普段から筋力トレーニングをする人に確認してもらった.

や音声の指示に従うこと, 再生される音源 6 パターンを聴

その結果を表 1 に示す. 167 枚中正しい姿勢と判断した

いてもらうこと, 最後にシステムの使い方（Web カメラを写真（131 枚）の内 5 人中 5 人が 128 枚の写真を正しく判断できていた. また, 正しくないと判断した写真（33 枚）© 2020 Information Processing Society of Japan

離す距離感やマウスクリックする箇所の順番）である.
実際の様子を図 4 に示す. 実験は晴れた日に行い, ス214

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表 2 被験者の運動頻度
被験者

週に 1 回以下週に 1 回以上 3 回未満

週に 3 回以上 7 回未満

〇

1〇

2〇

3〇

4〇

5

被験者

表 3 良い姿勢を何秒間維持できたか
BGM 変化条件
音声条件
BGM+音声条件

1

90 秒中 68 秒

70 秒中 50 秒

63 秒中 38 秒

2

132 秒中 91 秒

188 秒中 174 秒

137 秒中 115 秒

3

138 秒中 116 秒

122 秒中 108 秒

197 秒中 177 秒

4

120 秒中 98 秒

98 秒中 51 秒

113 秒中 87 秒

5

97 秒中 83 秒

72 秒中 65 秒

70 秒中 58 秒

被験者
図 4 実験風景

ピーカー（Z130, logicool）はパソコンを挟むよう頭の奥に設置した. Web カメラ（BSW200MBK, BUFFALO）は被験者に対して左側（47〜50cm）に設置した.

4.3 使用した音源

表 4 姿勢の良し悪しの判断（Q2）BGM 変化条件 音声条件 BGM+音声条件

15552555343345335555

平均

4.8

4.2

4.2

標準偏差

0.40.98

0.98

BGM 変化条件および BGM+音声条件では, 歌詞のないものだと再生速度の変化に気づけない場合があるため, 歌詞のあるサザンオールスターズの『勝手にシンドバッド』を用いた. この楽曲は全員の被験者が知っていた.
音声条件および BGM+音声条件では, 正しい姿勢だった
場合「いい感じです」と繰り返し再生する. 姿勢が高くなっ

4.5 実験結果・考察
以下, 実験後のアンケート結果を表 4〜11 に示し, 考察を行う. 被験者 5 名の運動頻度は表 2 の通りであり, 被験者が正しい姿勢を保てた時間を表 3 に示す.

4.5.1 姿勢の良し悪しは判断できましたか（Q1）た場合は「腰が高いです」, 姿勢が低くなった場合は「腰Q1 の実験結果を表 4 に示す. 全条件において 4 以上のが低いです」と繰り返し再生する. それぞれ女性の合成音評価が多いことから 3 条件全てで正しい姿勢を保つ支援が声で作成しており, 声による聞き取りにくさを削減していでき, 正しくフィードバックできていることがわかる. まる. 音声ファイルの作成にはテキストーク [14] を用いた.

た 3 条件の中でも BGM 変化条件は, 平均値が一番高く標準偏差の値の小さいことから最も姿勢の良し悪しの判断が4.4 アンケート内容
アンケート内容は主に使ってみての感想, 楽しさや, 使いしやすかったことがわかる. 一方, 音声条件と BGM+音声
条件では, 3 以下の評価が 2 件ずつあった. この 2 つの条件

やすさを 5 段階で問う, 次の 8 つの質問である.

では, 「やかましく聴くのがつかれる」や「音が重なってQ1 姿勢の良し悪しは判断できましたか.

わかりづらい」といった意見があり, 姿勢の良し悪しの判

Q2 本システムは使いやすかったですか.

断をしにくくさせたのではないかと考えられる.

Q3 BGM の再生速度の変化はわかりやすかったですか

4.5.2 本システムは使いやすかったか（Q2）（BGM 変化条件のみ）.

Q4 BGM の再生速度の変化は良い姿勢の維持に必要だと思いますか（BGM 変化条件のみ）.

Q5 音声での支援は良い姿勢の維持に必要だと思いますか（音声条件のみ）.

Q6 音声での支援と BGM の両方とも良い姿勢の維持に必要だと思いますか（BGM+音声条件のみ）.

Q7 本システムを使っていて楽しいと感じましたか.
Q8 本システムを使って体幹トレーニングを毎日継続できると思いますか.

© 2020 Information Processing Society of JapanQ2 の実験結果を表 5 に示す. 5 以上の評価が半数以上ということから, 本システムが使いやすかったことがわかった. 一方, 3 以下の評価を 5 件得ている. これは, 本システ
ムのクリックされた特徴点を追従する機能の誤認識による誤った特徴点の追従が原因であると考えられた. 実際に被験者実験中, 誤認識による誤った点の追従により何度もやり直しを行うことがあった.

4.5.3 BGM の再生速度の変化はわかりやすかったか（BGM 変化条件）（Q3）

Q3 の実験結果を表 6 に示す. 5 の評価が 4 件であるこ215

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表 7

表 5 本システムは使いやすかったか（Q2）Q4 に関する意見
意見

被験者

BGM 変化条件

音声条件

BGM+音声条件

被験者

1555

1

2

3532

3 つの中では 1 番気にならずに使えた.

343

3

3

目を閉じていても良い悪いがわかって, やかましくない.

4552

4

意見なし

54555

必ず必要とは思わない.

平均4.2

4.6

3.6

標準偏差0.84

0.89

1.34

きつくなった時知らせてくれるからわかりやすい.

表 8被験者表 6

1

BGM の方が楽しかった.

2

ずっと同じことを繰り返すからやかましかった.

Q6

3

ずっと同じことを言われてやかましい.

BGM

4

やかましい, 聴くのが疲れる.

音声条件

5

感情がなくてやる気がでない.

BGM の変化のわかりやすさ（Q3）・各システムの必要性（Q4,Q5,Q6）
被験者
Q3

BGM

Q4
BGM

Q5
音声条件

Q5 に関する意見
意見

変化条件

変化条件

1

5532

2

54

12

表 9
被験者

Q6 に関する意見
意見

3

553

4

4

3

5

1

11

聴き取りにくかった.

2

BGM はあってもいいが音声はいらない.

554

2

2

平均

4.6

4.6

2.0

2.2

標準偏差

0.89

0.55

1.0

1.10

意見なし.

3
4

音が重なってわかりづらい.

5

BGM が大きくて, 指示が変わっていたのに気づかなかった.とから, BGM の再生速度の変化の度合いが適切であったことがわかる. しかし, 被験者 3 は 3 の評価を回答したこ

表 10 本システムを使って楽しいと感じたか（Q7）とから, 必ずしもわかりやすいとは限らないことがわかる.

被験者BGM 変化条件

音声条件

BGM + 音声条件

一方, 被験者 3 は Q4 にて評価を 5 にしていることから, 使

153322123434441154

13

用した BGM を知ってはいたが楽曲全体はうろ覚えであったことなどの要因が考えられた.

4.5.4 それぞれのシステムは姿勢維持に必要だと思いますか（Q4, Q5, Q6）

Q4, Q5, Q6 の実験結果を表 6 に示す. BGM 変化条件

平均

3.8

1.82.6

標準偏差

1.10

1.10

1.14の平均値が一番高く, 標準偏差の値が小さいことから, 3 条
件の中で正しい姿勢を保つことに最も適していることが分

自分の姿勢に合わせて BGM の再生速度が変化するというかった. また各被験者ごとに結果を見ると, BGM 変化条件のは体験したことがなく, その目新しさが楽しさにつながに全員一番高い評価をしていることから, 他の条件より正る要因になったのではないかと考えられる. 被験者 2 は, 3しい姿勢を保つことに対して適当であることが分かった.

番目に BGM 変化条件を使ったことや 2 回続けて BGM の一方, 音声条件は, 繰り返し同じことを言われることによる流れる条件を使ったことにより, 評価 2 と低い結果となっやかましさが 3 以下の評価を集める要因になったと考えらたと考えられる. また, 本実験では, インターバル中に何をれた. また, BGM+音声条件では BGM を流すことにより,するか制限しなかったため, インターバル中の過ごし方に音声のやかましさを解消することはできたが, 音声が聴き楽しさが影響されたのではないかとも考えられる.

取りにくくなり被験者 3 を除いて 2 以下に評価が集まる結4.5.6 本システムを使って体幹トレーニングを毎日継続果になったと考えられる. 実際, Q4〜Q6 の回答理由（表 7,できると思いますか（Q8）8, 9）を見ると, 音声条件では音声がやかましく, BGM+音Q8 の実験結果を表 11 に示す. BGM 変化条件が唯一 4

声条件では音声が分かりにくいという意見が複数あったこ

以上の評価を得たが, 標準偏差の値からばらつきのある結とが分かる.

果であることがわかる. 他の 2 条件も標準偏差の値は BGM

4.5.5 本システムを使っていて楽しいと感じましたか

変化条件よりも小さいが, 平均値が低く良い結果といえる（Q7）ものではなかった. 本システムは, 毎日トレーニングを継続

Q7 の実験結果を表 10 に示す. BGM 変化条件の評価がするための工夫は行っていないため, 今後ゲーミフィケー

被験者 2 を除いて 4 以上の評価を得られていることから,ション等の工夫を加える必要があることを示唆できるアン© 2020 Information Processing Society of Japan216

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表 14 BGM+音声条件の自由記述
被験者
意見

表 11 本システムを使って毎日体幹トレーニングを継続できるか（Q8）
被験者
BGM 変化条件

音声条件

BGM+音声条件

1

意見なし.

143

3

2

BGM 変えられたらいい.

2

1

12

3

音楽を数種類あったらもっといい.

343

3

4

意見なし.

42

1

15

意見なし.

52

12

平均

2.6

1.8

2.2

変化条件が「姿勢の良し悪しの判断のしやすさ」, 「支援標準偏差1.34

1.100.84の必要性」において平均 4 以上の高評価を得ることができた. この結果から, BGM の再生速度を変化させる支援は,

表 12BGM 条件の自由記述

体幹トレーニングの正しい姿勢を保つことに適当であった被験者

意見

1

音楽が数種類あったらもっといい.

ことがわかった. 今後は, さらに被験者を増やすこと, 体幹

2クリックしたとことズレるのを何とかしてほしい.

トレーニングを楽しむ工夫や毎日継続するための工夫を行

3

意見なし.

4

意見なし.

5

色々な曲で試してみたい.

表 13

音声条件の自由記述

被験者

意見

1

意見なし.

2

最初が変化がなくて楽しくない.

3

意見なし.

4

意見なし.

5

がんばれ とか 記録更新とか言ってくれたらいい.

ケート結果となった.

4.5.7 自由記述欄

いたい.
謝辞 本研究は, JSPS 科研費〈17H00749〉から支援を受けた.
参考文献
[1]

[2]

[3]

自由記述欄の意見を表 12, 表 13, 表 14 に示す.

BGM 変化条件の自由記述欄には, 「他の楽曲で試してみ[4]たい」といった意見が 2 名から得られた. 4.5.5 節で述べた通り, 自分の姿勢に合わせて BGM の再生速度が変化するという目新しさから「他の楽曲で試してみたい」という意

[5]
[6]

見が得られたと考えられる.
音声条件の自由記述欄には, 楽しむことや改良案の意見を得られた. 楽しむことに関しては, 正しい姿勢の間は再[7]生される内容が変わらないことに対して楽しくないとの意見であった. 改良案に関しては, 再生される内容に関して「がんばれ」や「記録更新」といった内容を加えてほしいと[8]の意見だった.

BGM+音声条件の自由記述欄には, BGM 条件と同様の[9]意見を得られた. BGM を音声と同時に流すことにより音声のやかましさをおさえることができたが, BGM の音量が大きく音声の指示が聞こえにくかったため, BGM に落ち着いたものを使いたいことからこのような意見が得られたと考えられる.

[10]
[11]
[12]

5. おわりに本研究では, 正しい姿勢を維持するのが難しい体幹トレー[13]

ニングを Web カメラと BGM の再生速度変化で支援する手法を提案した. 被験者実験を行い, BGM 変化条件と音声条件, BGM+音声条件の比較を行った. その結果, BGM© 2020 Information Processing Society of Japan[14]

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体幹トレーニングの「プランク」の正しいやり方と NG
例,
入手先 ⟨https://allabout.co.jp/gm/gc/469033/⟩.
無料のテキスト読み上げソフト-テキストーク,
入手先 ⟨https://www.chopli.123net.jp/textalk/⟩.

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