中国地区

教育システム情報学会 2015年度学生研究発表会

ソフトテニスを題材とした教示情報の速度調整が可能なスキル学習支援システム
Skill Learning Support System for Soft Tennis using
Velocity Adjustment based Visual Feedback
三島 拓也*1, 岡本 勝*1, 松原 行宏*1, 岩根 典之*1
Takuya MISHIMA*1, Masaru OKAMOTO*1, Yukihiro MATSUBARA*1, Noriyuki IWANE*1**1 広島市立大学大学院情報科学研究科*1Graduate School of Information Sciences, Hiroshima City University
Email: lmishima@lake.info.hiroshima-cu.ac.jp
あらまし：本稿では，フィードバック映像の提示速度調整を考慮した運動フォーム学習支援手法を提案す
る．本手法では，フィードバック映像の速度を学習者にとって適切な速度に調節することによって，学習者が十分に適応できないフォーム情報や複数の関連したスキルから構成されるフォームの理解を促進できる．検証実験ではソフトテニスのフォーム学習を通じて，提案手法の効果および速度調整による習得フォームへの影響を定性的に示す．
キーワード：スキル学習，Kinect，ソフトテニス

1.

はじめに近年，スポーツの学習支援を行うために身体計測機器を用いた研究が数多く行われている[1], [2]．川越らは運動学習者に動作や姿勢の誤りを気付かせ，運動の学習効率を向上させることを目的に，拡張現実技術を使って熟練者の動作を等身大モデルで実空
間 内 に 情 報 提 示 する 方 法を 提 案 し た [1]. Ochi はMicrosoft Kinect センサー（以下，Kinect と略記）を利活用してトレーニングを目的としたエアなわとび認識支援システムを提案した[2]． また，スキル学習においての学習者の意識がどこにあるかを考えることは重要である．例えば，学習者が文献[1]のように教示情報の模倣により学習する際に追従しようとしている動作が速すぎる場合，教示情報の動作が認知しにくくなり，追従が行いにくいのではないかと考える．
そこで本稿では，教示情報の速度調整が可能なスキル学習支援手法を提案する．本システムでは，動的な運動を対象とし，学習するスキル動作の速度を可変にすることにより，学習時に適切な速さで動作の追従と模倣による学習が行える環境の構築を目的とする．スキル獲得のプロセスである認知段階と統合段階に着目し，速度調整を用いることで学習が行いやすくなると考える．本論文ではソフトテニスのフォームの学習に提案手法を適用し，手法のスキル学習への利用可能性を示す．初学習者を対象とし，動作にはソフトテニスの基本的なフォームのソフト
テニスの 3 種類のフォームの中で単純でなく，同じような動作のない 3 種類の動作を用いた(フォアハンドスイング，バックハンドスイング，スマッシュ)を用いた．

2.

ユーザ

教示情報

ボール

図 1 ディスプレイの教示情報例

PC

Kinect

音声
音声

ユーザ
映フ
像ィ
ードバック

マイク

カメラ
映像
重畳映像

図2

教示情報
操作部

登録単語
操作情報
教示情報
登録単語
生成部
DB
教示動作
フィ
情報ー
ド 教示情報バDB
ック

システム構成図

画像はすべて鏡像で表示されている．Kinect で撮影した映像に教示情報とするボーンモデルを重畳してディスプレイに提示する．ここで重畳するボーンモ
デルは，事前に教示者の動作を計測し，計測データから生成する．図 2 にシステム構成図を示す．本シ提案システム図 1 にディスプレイの教示情報例を示す．また，

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ステムでは，教示情報作成部と教示情報操作部で構成される．入力には Kinect を用いて，出力にはディスプレイを用いる．教示情報作成部では教示動作データベースの教示者の教示情報から撮影映像に重畳表示する教示者の全身のボーンモデルを生成する．
教示情報操作部では教示情報作成部で生成した教示者の全身のボーンモデルの速度をマイクから取得した音声を元に操作する機能を実装する．速度調整は事前に取得した熟練者の教示情報を現在の速度に応じて教示情報を時刻ごとに表示させることで実現している．教示情報の速度を 0.5 倍に遅くした場合，現在表示している教示情報と，次に表示する教示情報の間に新たな教示情報を生成し表示する．教示情報が半分の速度で動いているように表示されるために同じ教示情報を 2 回表示させないことで，速度を遅くした場合の教示情報の欠損を補間し表示することができる．教示情報を遅く再生することでそれぞれの動作を詳しく見ることができ，認識しやすくなり学習が行いやすくなると考えられる．

3.

教示情報

前半

中盤

後半

図 3 被験者 B の学習中のスイング前の足の位置
表 1 バックで教示情報と同様に行えた動作回数

被験者 A

被験者 B

被験者 C

(1 倍)

(0.25 倍)(0.25 倍)

19回

9回

10 回

20回

10 回

10 回

38回

9回

10 回

410 回

10 回

10 回

510 回

10 回

10 回

60回

5回

7回

70回

10 回

10 回

86回

10 回

10 回

90回

10 回

10 回

項目評価実験

大学生と大学院生の 3 名（A,，B，C）を被験者として用いて実験を行った．被験者 1 人(被験者 A)には教示情報の速度を 1 倍で固定したシステムを学習段階で 3 種類の各動作を 60 スイングずつ実験を行った．残りの被験者 2 人(被験者 B, C)には教示情報の速度を 0.25 倍で固定したシステムを学習段階で各動作 60 スイングずつ実験を行った．教示情報をどのくらい動作が修得できているかシステム利用中の被験者の全体の動作を計測し学習前と学習後で確認した．また，学習中のプロセスから速度調整の効果を確認する．
表 1 に学習後にバックで計測した 10 動作中に各被験者が教示情報と同様に行えた回数を示す．教示情報と同様に行えた項目を 1~9（1. ステップ，2. ス
イング前の足の位置，3. スイング前の左腕，4. スイング前の右腕，5. スイング，6. スイング後の左腕，
7. スイング後の右腕，8. スイング後の足，9. スイン
グ時の体勢）の 9 項目で確認した．教示情報の速度調整を用いず学習した被験者 B, C の方が速度調整を用いて学習した被験者 A に比べて教示情報と同様に行えた回数が多いことがわかる．また，フォアハ
ンドスイングやスマッシュも同様にして教示情報と同様に行えていたか確認した．次に，図 3 に教示情報と学習中の被験者 B の前半と中盤，後半のスイング前の足の位置を表示する．被験者 B の足を黒い色の線で囲んでいる．表 1 の被験者 B は学習後の動作でバックのスイング前の足の位置は 10 回教示情報と同様に行えている．被験者 B は学習中では，中盤の段階ですでに教示情報と同様に右足が左足より左側にあることがわかる．よって，教示情報の速度調整を行うことで，学習中により動作を学習が行いやすくなったと考えられる．以上の結果から教示情報が遅い場合の認知段階と統合段階において，教示情報の速度調整が学習中に効果があるとわかった．また，教示情報の速度調整を用いることで教示情報を模倣する形の学習において，より学習が行いやすくなると考えられる

4.

おわりに

本稿ではソフトテニスを題材とした教示情報の速度調整が可能なスキル学習支援手法を提案した．評
価実験より，実際の動作よりも遅くした動作を用いた練習が有効であることから，提案する学習支援手法による学習者自身での速度調整が可能な練習環境のスキル学習への利用が期待できる．今後の課題として，3D で確認を出来るようにするなどの教示情報の追加や実験データを定量的に評価するなどが挙げられる．
参考文献(1). 川越喬純，曽我真人，瀧寛和：AR を用いた等身大モデルによる姿勢模倣学習支援環境の開発，教育シス
テム情報学会研究報告，Vol. 27, No. 6, pp. 153-158,
2013.
(2). Youji Ochi: Rope Skipping Motion Recognition System,
Proceedings of the International MultiConference ofEngineers and Computer Scientists 2014(IMECS2014),
Vol.1, pp. 437-440, 2014.

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