モーションキャプチャー装置およびそれに係る方法
本発明はＮ個の関節化されたセグメントで構成されるある構造体の運動を捕捉するための装置に関し、以下の特徴的構成を有する。
− 連続的に時間ｔｋにおいて、基準を形成するある基準座標系におけるランク
少なくとも出力する第一の手段（ＭＬ）、ここで、ｋは１か、または１より大きい整数である、そして、
− 様々なセグメントにわたって分布し、ランク１からランクｎの各セグメン
本発明は生体力学の解析、遠隔操作、ある人物のアニメーション等に応用される。
− 連続的に時間ｔｋにおいて、基準を形成するある基準座標系におけるランク
少なくとも出力する第一の手段（ＭＬ）、ここで、ｋは１か、または１より大きい整数である、そして、
− 様々なセグメントにわたって分布し、ランク１からランクｎの各セグメン
本発明は生体力学の解析、遠隔操作、ある人物のアニメーション等に応用される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はモーションキャプチャー装置と、それに係るモーションキャプチャー方法に関する。さらに、本発明はモーション再生装置と、それに係るモーション再生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ある構造体の運動を捕捉する装置は、処理によって、前記構造体の運動を表現可能とする量を計測する装置である。その構造体は、例えば、辺りを動き回ったり、止まったりしている人またはロボットであってもよい。
人間の運動を捕捉することは、様々な分野、生体力学の解析、遠隔操作、人物のアニメーションおよび人間工学などの応用に広く使用されている技術である。
【０００３】
第一のカテゴリーのモーションキャプチャー装置は、二つの別個の部分から成る装置で構成され、第一の部分は動いている物体上に配置され、そして、第二の部分は物体の運動に対して固定されている。
この第一のカテゴリーには、主に、光学的な装置、電磁気的な装置、および超音波の装置がある。これらの装置は正確性に関して効果的である。
【０００４】
しかしながら、これらは、ある程度の欠点を有している。つまり、装備を、物体上と物体の所在する環境との両方に組み込む必要があり、全ての場合において、これらの装置は（物理的なソースが及ぶ範囲内の）到達範囲が短く、据付と調整とに、かなり長い時間を要する。また、これらの装置はコストも非常に高い。
【０００５】
現時点で恐らく最も使用されている技術は、例えば、特許文献１および特許文献２に記載されているような光学に基づいたものである。
これらの装置は、アクションが発生しているシーンの周り全体に配置されたカメラ群で捕らえた画像により身体の運動を再生することができる。
動いている物体上に、カメラに対して非常に目立つマーカーが配置されている。ステレオスコープの原理を利用して、処理により各マーカーの３Ｄ位置（３Ｄは「三次元的」を意味する）が定まる。
【０００６】
これにもかかわらず、光の遮蔽（ｏｐｔｉｃａｌ ｏｃｃｌｕｓｉｏｎ）の問題が多数存在し、これにより使用すべき最小限のカメラの数が多くなる。
【０００７】
例えば、非特許文献１に記すように、このタイプの欠点の低減を提案する著者もいる。
また、他の著者は、非特許文献２に記すように、カメラから抽出されたシルエットに基づき、動いている物体のモデルと、このシルエットとを関連づける処理方法を提案している。
電磁気学に基づく上記の装置では、物体上に配置されているセンサーの位置および角度が再生される。
超音波の装置では、光学的な装置と同様に、発信機の位置が検出される。これら２つの技術は、カメラに基づく技術と同じように空間的な制限を受ける。
【０００８】
第二のカテゴリーの装置は、動いている物体上に配置された一体型ユニットから成る装置に関する。これは外骨格型の装置（ｅｘｏｓｋｅｌｅｔａｌ ｄｅｖｉｃｅ）の場合である。
これらの装置は捕捉される量に制限を無くすることを可能とするが、人間または構造体上に配置された機械式多関節腕で構成されているため窮屈である。
動作の再生には、位置の替わりに、関節部材のセグメント間での角度の計測を使用している。
【０００９】
さらに最近では、かなり古くからある原理（慣性ユニットの原理）に基づいた装置が、従来より小さく、概して一辺数センチのスケールで実現されている（特許文献３参照）。
これらの装置は角速度センサー（ジャイロメーター）を備え、動いている物体または動いている人間上に配置されている。
ドリフトを生じさせる角速度センサーの測定値を１回の積分することによって、セグメントの回転角を得ている。
動作がより緩やかなときはいつも、地磁気と重力場に基づく、それら測定値により、方位のずれがリセットされ、これにより、ドリフトを打ち消すために、加速度計、あるいは磁力計でさえ、時にジャイロメーターと組み合わされる。
【００１０】
それにもかかわらず、素早い動作を捕捉するには、加速度が残ると、もはやリセットが生じないので、問題が残されている。
加えて、ジャイロメーターは依然として使用が不便なセンサーであり、かなり高価で、また、加速度に対して一定の敏感さを有する。
【００１１】
他のアプローチ（特許文献４参照）においては、多関節セグメントとジャイロメーターから構成される角度センサーとを並設することにより動作を再生する。
【００１２】
特許文献５には、基準座標系中で動く剛体の方位を捕捉する装置が記載されている。
このモーションキャプチャー装置は、剛体上に配置された軸方向センサーまたはベクトルセンサーから得られる測定値から、基準座標系における剛体の基準座標系を動かすことにより形成される少なくとも方位角θを得る。
【００１３】
ここで使用されているセンサーは好ましくは磁力計および加速度計である。
これらから、測定値Ｍ、基準座標系における表現される重力場Ｇ、基準座標系における表現される磁場Ｈおよび方位角θの間には以下の式（１）が存在する。
Ｍ＝Ｆ（θ，Ｇ，Ｈ） （１）
【００１４】
加速度計および磁力計それぞれにより計測される物理量の測定値Ｍは、関数Ｆとしてモデリングされ、剛体が動いている固定された基準座標系に関して剛体に付属した基準座標系の回転θを示す。
方位角θは以下の等式（２）により等式（１）から導出される。
θ＝Ｆ−１（Ｍ，Ｇ，Ｈ） （２）
【００１５】
もし、運動が加速された場合、この装置は新しい等式（３）で表される。
すなわち、
Ｍ＝Ｆ（θ，ａ，Ｇ，Ｈ） （３）
ここで未知数θおよびａは高次元空間を形成し、実践的な形で、関数Ｆの反転を禁止する。
これにより、未知数θおよびａを等式（３）から抽出することは不可能である。
【００１６】
更なる情報なしでは、前記装置では動いている物体が加速された場合、または、少なくとも動いている物体の加速が無視できない場合、方位角の測定ができない。これは欠点である。
【特許文献１】米国特許出願第２００３−０２１５１３０号公報
【特許文献２】米国特許出願第２００５−００８８３３３号公報
【特許文献３】米国特許第６１６２１９１号
【特許文献４】米国特許第６８２００２５号
【特許文献５】フランス特許出願第２８３８１８５号
【非特許文献１】「Ｓｋｅｌｅｔｏｎ−Ｂａｓｅｄ Ｍｏｔｉｏｎ Ｃａｐｔｕｒｅ ｆｏｒ Ｒｏｂｕｓｔ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｕｍａｎ Ｍｏｔｉｏｎ」（Ｌ．Ｈｅｒｄａ；Ｐ．Ｆｕａ；Ｒ．Ｐｌａｎｋｅｒｓ；Ｒ．Ｂｏｕｌｉｃ；Ｄ．Ｔｈａｌｍａｎｎ，Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｒａｐｈ Ｌａｂ （ＬＩＧ），ＥＰＦＬ−ｗｅｂ ０１／２０００）
【非特許文献２】「Ｍａｒｋｅｒ−ｆｒｅｅ Ｋｉｎｅｍａｔｉｃ Ｓｋｅｌｅｔｏｎ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ Ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ ｏｆ Ｖｏｌｕｍｅ Ｄａｔａ」（Ｃ．Ｔｈｅｏｂａｌｔ；Ｅ．Ａｇｕｉａｒ；Ｍ．Ｍａｇｎｏｒ；Ｈ．Ｔｈｅｉｓｅｌ；Ｈ−Ｐ．Ｓｅｉｄｅｌ；ＭＰＩ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｋ）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は上記装置の欠点を有しないように実施されることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
これは本発明がある構造体の運動を捕捉するための装置に関し、前記構造体は互いに関節状に連なったＮ個の連続したランク１からランクＮ（Ｎは２以上の整数）までの剛体セグメントで構成されており、ランクｎ（ｎ＝２、…、Ｎ）のセグメントはランクｎ−１のセグメントと関節点Ｐｎで連接され、以下の特徴的構成を有する。すなわち、
【００１９】
− ある基準座標系におけるランク１のセグメント上の一点の絶対加速度ベク
より大きい整数）出力する第一の手段、
− 前記ランク１のセグメントに固定された第二の測定手段で、時間ｔｋ毎に、
値を出力し、
【００２０】
そして、
− ランクｎ（ｎ＝２，…，Ｎ）の各セグメントに固定された追加測定手段で、
る。
【００２１】
本発明の補足的な特徴として、前記第二の測定手段および前記追加測定手段は加速度計と前記構造体が移動する前記空間中に存在する一様な物理的場の測定値を出力するセンサーとで構成され、前記センサーは前記基準座標系における既知の方向を有する。
【００２２】
本発明の別の補足的な特徴として、前記第二の測定手段および前記追加測定手段は更に少なくともジャイロメトリック軸で構成されている。
【００２３】
本発明の更なる別の補足的な特徴として、前記基準座標系における既知の方向の一様な物理的場の測定値を出力する前記センサーは磁力計である。
【００２４】
本発明の更なる別の補足的な特徴として、前記基準座標系における既知の方向の一様な物理的場の測定値を出力する前記センサーは光電素子である。
【００２５】
本発明の更なる別の補足的な特徴として、前記第一の手段は速度測定手段で構成され、これにより、前記ランク１のセグメント上の一点の絶対加速度ベクトルを再現可能とする前記情報は前記一点の速度である。
【００２６】
本発明の更なる別の補足的な特徴として、前記第一の手段は位置測定手段で構成され、これにより、前記ランク１のセグメント上の一点の絶対加速度ベクトルを再現可能とする前記情報は前記一点の位置である。
【００２７】
本発明はまたある構造体の運動を再生するための装置に関し、前記構造体は互いに関節状に連なったＮ個の連続したランク１からランクＮ（Ｎは２以上の整数）までの剛体セグメントで構成され、ランクｎ（ｎ＝２，…，Ｎ）のセグメントはランクｎ−１のセグメントと関節点Ｐｎで連接され、以下の特徴的構成を有する。
【００２８】
すなわち、
− 本発明に係るモーションキャプチャー装置において、ランクｎのセグメントの前記追加測定手段は前記関節点Ｐｎの近くに配置され、これにより、ランクｎのセグメントの前記追加測定手段と前記関節点Ｐｎとを隔てる距離はゼロであるとみなせる。
【００２９】
そして
− 複数の演算手段は時間ｔｋ毎に以下を計測する。
すなわち、
ａ） 前記第一の手段から出力された前記情報から前記基準座標系における前
ｃ） 以下の等式から、前記基準座標系における前記関節点Ｐｎの加速度ベクト
向けて向き付けられたベクトルであり、前記関節点Ｐｎ−１から前記関節点Ｐｎを隔てる距離をそのモジュラス値とする。
そして、
【００３０】
本発明は、また、ある構造体の運動を再生するための装置に関し、前記構造体は互いに関節状に連なったＮ個の連続したランク１からランクＮ（Ｎは２以上の整数）までの剛体セグメントで構成され、ランクｎ（ｎ＝２，…，Ｎ）のセグメントはランクｎ−１のセグメントと関節点Ｐｎで連接され、以下の特徴的構成を有する。
【００３１】
すなわち、
− 本発明に係るモーションキャプチャー装置であり、ランクｎのセグメントの前記追加測定手段は前記関節点Ｐｎから離れており、
そして、
− 複数の演算手段は瞬間ｔｋ毎に以下を計測する。
すなわち、
ａ） 前記第一の手段から出力された前記情報から前記基準座標系における前
ｃ） 以下の等式から、前記基準座標系における前記関節点Ｐｎの加速度ベクト
すなわち、
向けて向き付けられたベクトルであり、前記関節点Ｐｎ−１から前記関節点Ｐｎを隔てる距離をそのモジュラス値とする。
【００３２】
そして、
ンクｎのセグメント上に固定された前記追加測定手段の前記測定一点の加速度ベ
ただし、前記測定値（Ｍｎ）は前記ランクｎのセグメントの前記方位を表し、前記ランクｎのセグメントの前記方位ベクトルは前記時間ｔｋより少なくとも２回分
すなわち、
段に向けて向き付けられたベクトルであり、そのモジュラスは実質的に前記関節点Ｐｎと前記ランクｎのセグメントの前記追加測定手段とを隔てる距離に等しい。
【００３３】
本発明の更なる特徴として、前記第一の測定手段および前記第二の測定手段から前記演算手段に出力された前記測定値を示す基本電気信号を送信する無線手段を備える。
【００３４】
本発明の別の更なる特徴として、前記無線手段は前記基本電気信号を受信する中継ユニットを備え、この中継ユニットは前記基本電気信号を示す一つ電気信号を前記演算手段に再送信する。
【００３５】
本発明の別の更なる特徴として、前記第一の測定手段および前記第二の測定手段から出力された前記測定値を記憶する記憶手段を備える。
【００３６】
本発明の別の更なる特徴として、前記記憶手段は前記構造体上に配置されている。
【００３７】
本発明はまた以下に関する。
すなわち、
− 独立項１４に係るモーションキャプチャー方法
− 独立項１８に係るモーション再生方法
そして、
− 独立項１９に係るモーション再生方法
【００３８】
本発明に係る基本測定装置は二つのタイプのセンサーで構成され、その内一つは加速度計である。
好ましくは、２００２年４月５日、出願者により出願されている特許文献５に記載の剛体回転運動を捕捉するための装置を用いて基本測定装置が製造される。
従って、この基本測定装置は、加速度計、センサーＸとの一組で構成されている。
センサーＸは、前記動く物体が動いている前記空間中に存在する一様な物理的場の測定値を出力するいずれかのセンサーを指す。
【００３９】
前記物理的な場の方向は前記基準座標系における既知であり、或いは基準位置中にて測定される。
前記センサーＸに関する唯一の制約は第一に前記センサーが加速度に敏感でない必要があり、第二に測定される前記物理的な場の方向は垂直とは異なることである。
【００４０】
前記センサーＸは、それ故に地磁気の方向を測定する磁力計であってもよい。
前記センサーＸは、また光電素子であってもよく、この場合、測定対象は前記電池上に到達する光量である。
【００４１】
例えば、もし照明光源が太陽であり、前記光量が測定される時、日付、時間、経度および緯度が既知である場合、絶対基準座標系における太陽光線の入射角を予測でき、結果的に、前記測定は前記太陽光線の方向に対して前記装置が作る前記角度に従って変調される。
これは、それ故にある角度を測定する別の方法である。
【００４２】
前記センサーＸは、また前記加速度計による前記測定値を補完する一つ以上のジャイロメトリック軸を備えることができる。
情報を出力する前記第一の手段は局部測定装置により実行されることができる。
単純な加速度計は、重力加速度補正用の手段が利用できない場合不適切である。
【００４３】
ある人間の運動を測定する具体例の場合、前記局部測定装置は、有利には重力の中心に配置され、または、前記人間の体の重心の近くに（例えば、ウエスト位置に）配置される。
前記局部測定装置は、例えば、微分回路を有するＧＰＳタイプ（ＧＰＳは「全地球測位装置」を意味する）の装置であってもよい。
【００４４】
前記ＧＰＳ装置は、それを携帯する要素の位置をいつでも知ることができ、ここで、微分回路は位置データを２階微分することで、地理的基準座標系における絶対加速度を測定する。
前記局部測定装置は、また微分回路を有する無線位置装置を用いて実行されることができる。
無線位置装置はビーコンの使用を必要とする（ＵＬＢレーダー、ＵＬＢは「超広帯域」を意味する、光学ビーコン等）。
無線位置装置は、そのため、前記局部測定装置の自律的特徴を喪失させる。
【００４５】
しかし、前記無線位置装置は、複数のビーコンが最初配置されているエンクロージャ中で運動を追従するとき、非常に有利に使用できる。
また、前記無線装置の使用は、データ伝達と位置測定という二重の利点がある（特にＵＬＢ装置の場合）。
【００４６】
前記ＧＰＳ装置の場合と同じように、前記無線位置装置により出力された前記位置測定値は加速度測定を得るために２階微分される。
ある指向性圧力測定（チューブ）は空中における人体の速度と直接関連している。
そのため、圧力測定器が固定されているセグメントの速度ベクトルを三つの座標軸に沿って決定することができる。
前記速度測定値を１階微分することによって加速度が得られる。
【００４７】
前記モーションキャプチャー装置は、前記運動する構造の階層型構造に関して有利には「ダイナミック」であってもよい。
例えば、人型構造（人間またはロボット）の場合、「ダイナミック」であることは、前記局部測定装置またはＭＬ装置が足、手、ウエスト等または剛体要素と同一視可能な他の体の部分のいずれかに配置されることができることを意味する。
【００４８】
本発明の他の実施例では、前記ランク１のセグメント上の一点の絶対加速度ベ
【００４９】
ここで、セグメント上の一点は前記基準座標系中で固定されていることが知られており、このセグメント上で加速度測定を行うことは実質不必要である。
そして、このセグメントは有利には、前記ランク１のセグメントとして選択されることができる。
【００５０】
現可能とする情報を出力する前記第一の手段は、例えば、前記基準座標系における前記ランク１のセグメント上の一点により占有されている固定位置の情報を有する記憶手段であってもよい。
【００５１】
現可能とする情報を出力する前記第一の手段は前記ランク１のセグメントに固定された測定手段ＭＬである。
【００５２】
前記測定手段ＭＬは前記第二の測定手段ＭＤ１上に重ね合わさっていると考えられ、前記第二の測定手段ＭＤ１も前記ランク１のセグメントに固定されている。
さらに一般的な場合では、前記測定手段ＭＬおよびＭＤ１は相互に離れており、前記測定手段ＭＬの位置は、その結果前記ランク１のセグメントとランク０の仮想的セグメントとの間のバーチャル関節点と同一視することができる。
【００５３】
測定装置ＭＤは、一種のアイドリング状態を特徴づけることができる。
前記装置ＭＤにより出力される信号の分散は、そのため閾値以下である。
【００５４】
一点で一種のアイドリング状態が検出され次第、この一点が前記固定された基準座標系中で静止しているという高い可能性が存在する（これは、等速直線運動が一種のアイドリング状態と同じ結果を生じさせるが、しかし、このような運動は起こり難く、そして継続が困難であるためである）。
【００５５】
「静止」と検出される場合、前記構造体の加速度は０となり前記静止状態を検出できる。
しかし、関節がある特定の運動中にて静止している場合も存在する。
これは、例えば、歩行の場合であり、ここで、それぞれの足は相互に瞬間的に静止している。
【００５６】
この場合、本発明による方法が適用されると、前記ランク１のセグメントは、交互に右足または左足である。
本明細書の残りの部分において、連続したセグメントで構成される関節構造の動作の捕捉および再生に関する本発明の記述をする。
【００５７】
しかし、本発明は任意の形の任意の非関節状の固形物（これは、ひいては前記関節構造の前記ランク１のセグメントと同一に扱われることができる）、または、数セットの関節セグメントから構成される複雑な関節構造にも適用されることは明らかである。
【００５８】
本発明の他の特徴および利点は、添付図を参照して最良の実施の形態を読解すれば明白である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５９】
図１は本発明に係るモーションキャプチャー装置に関する関節構造体の一例を示す図である。
【００６０】
前記構造体は、例えば、人体または人型ロボットであり、互いに関節状に連なった多くの剛体要素で構成される複数のセグメントの集まりに分割される。
【００６１】
これにより、全てのセグメントは頭部セグメントＴＥ、首セグメントＣ，セットとしての胴体セグメントＴ１，Ｔ２およびＴ３、セットとしての左腕セグメントＢＧ１，ＢＧ２，ＢＧ３およびＢＧ４，セットとしての右腕セグメントＢＤ１、ＢＤ２，ＢＤ３およびＢＤ４、セットとしての左脚セグメントＪＧ１，ＪＧ２，ＪＧ３，ＪＧ４およびＪＧ５、そして、セットとしての右脚セグメントＪＤ１，ＪＤ２，ＪＤ３，ＪＤ４およびＪＤ５に分割される。
【００６２】
図２は本発明に係るモーションキャプチャー装置を備える関節構造体を示す図である。
【００６３】
前記構造体は例えば肩から手までの範囲における四つの関節セグメントＢ１，Ｂ２，Ｂ３およびＢ４で構成されるロボット腕である。
前記セグメントＢ１は局部測定装置ＭＬおよび基本方位測定装置ＭＤ１を備える。
前記基本方位測定装置ＭＤ１は前記局部測定装置ＭＬから離れている。
前記局部測定装置ＭＬの装着位置と前記基本方位測定装置ＭＤ１の装着位置と
定義される。
【００６４】
上で述べたように、前記ランク１のセグメント上の一点が固定されている時、それにより基準座標系におけるこの一点の加速度が０であることが知られているため、前記局部測定装置ＭＬは不必要である。
【００６５】
各セグメントＢｎ（ｎ＝２，３，４）は、関節点Ｐｎを備え、隣接しているセグメントＢｎ−１を連接している。
各セグメントＢｎ上に基本方位測定装置ＭＤｎが配置されている。
基本方位測定装置ＭＤｎの装着位置は関節点Ｐｎから離れている。
【００６６】
基本方位測定装置ＭＤｎの装着位置と関節点Ｐｎとにより、ＰｎからＭＤｎに向け
【００６７】
本発明に係るモーション再生装置の機能は、第一のセグメントＢ１の方位および加速度についての知識から徐々に前記様々なセグメントの連続した関節点の加速度および前記様々なセグメントが相互に作る角度を推定することである。
【００６８】
以下の図および考察において、ｎはセグメントの一般的なインデックスまたはランクであり、ｋは一般的な時間増分インデックスである。
また、ａｎは固定された基準座標系におけるランクｎのセグメントの関節点Ｐｎの加速度であり、そしてθｎは前記固定された基準座標系におけるランクｎのセグメントの三次元の方位（３Ｄ方位）である。
【００６９】
便宜を図るために、この特許出願において、加速度ａｎおよび方位θｎは通常スカラー形式で表示される。
【００７０】
しかし、留意すべき点として、これらの量はすべて前記基準座標系における三次元ベクトルである。
【００７１】
図３は本発明に係るモーションキャプチャー装置を取り付けた運動する構造体の詳視図である。
【００７２】
ここで、セグメントＳｎは、関節点ＰｎにおいてセグメントＳｎ−１と連接されている。
セグメントＳｎの長さは、関節点Ｐｎから関節点Ｐｎ＋１を隔てる距離Ｌｎと同一視できる。
【００７３】
同様に、前記セグメントＳｎ−１の長さは、前記関節点Ｐｎ−１から前記関節点Ｐｎを隔てる距離Ｌｎ−１と同一視できる。
【００７４】
前記関節点Ｐｎ−１およびＰｎにより、Ｐｎ−１からＰｎに向けて向き付けられたベ
−１を隔てる距離に等しい。
【００７５】
関節点Ｐｎは加速度ａｎを有し、また、関節点Ｐｎ−１は加速度ａｎ−１を有する。
ランクｎおよびランクｎ−１のそれぞれのセグメント上における装置ＭＤｎおよびＭＤｎ−１の測定点は、それぞれ加速度ｂｎおよびｂｎ−１を有する。
【００７６】
開示される。
【００７７】
【００７８】
１のセグメントの３Ｄ方位ベクトルを示す。
これは、運動の合成法則に従い以下の等式で表される。すなわち、
【００７９】
することができる。すなわち、
ただし、Ｍｎはランクｎのセグメント上に配置された基本測定装置ＭＤｎにより出力された測定値を表し、そして、ＧおよびＨは、それぞれランクｎのセグメントにおける前記基準座標系中で測定された重力場および磁場である。
【００８０】
等式（５）は上記等式（２）に対応していることで、それ自体知られている等式である。
【００８１】
図４Ｂは、本発明との関連で使用されている測定処理方法の通常の場合の必須の処理を示す図である。
【００８２】
のように記される。すなわち、
または、再び、
その結果、量ｂｎ（ｔｋ）を以下の形式で記すことができる。すなわち、
る。
【００８３】
される。すなわち、
ただし、関数Ｌは関数ＦおよびＫを組み合わせた関数であり、以下を満たす。
すなわち、
【００８４】
図５Ａは、図４Ａに示す測定処理方法の必須の処理の詳細流れ図を示す図である。
【００８５】
図５Ａに示す処理ユニットは量ａｎ（ｔｋ）およびθｎ（ｔｋ）の計測方法を詳述し、これらは時間ｔｋにおいてランクｎのセグメントと関連している。
ランクｎのセグメントの量ａｎ（ｔｋ）およびθｎ（ｔｋ）は以下の測定または計測データから決定される。
【００８６】
すなわち、
− 三つの異なる時間ｔｋ、ｔｋ−１およびｔｋ−２ごとに計測されたランクｎ−１のセグメントに関連する加速度ａｎ−１（ｔｋ）、ａｎ−１（ｔｋ−１）およびａｎ−１（ｔｋ−２）、そして、
− 異なる二つの時間ｔｋ−１およびｔｋ−２において、基本測定装置ＭＤｎ−１により出力される測定値Ｍｎ−１（ｔｋ−１）およびＭｎ−１（ｔｋ−２）、
− 時間ｔｋにおいて計測されるランクｎ−１のセグメントの方位θｎ−１（ｔｋ）、そして
− 時間ｔｋにおいて基本測定装置ＭＤｎにより出力される測定値Ｍｎ（ｔｋ）。
【００８７】
量ａｎ−１（ｔｋ−２）およびＭｎ−１（ｔｋ−２）は演算子２に適用され、演算子２は等式（５）を用いて方位θｎ−１（ｔｋ−２）を出力する。
同様に、量ａｎ−１（ｔｋ−１）およびＭｎ−１（ｔｋ−１）は演算子２に適用され、演算子２は等式（５）を用いて方位θｎ−１（ｔｋ−１）を出力する。
量θｎ−１（ｔｋ−２）およびθｎ−１（ｔｋ−１）並びに時間情報の間隔Δｔ２１は以下を満たす。
【００８８】
すなわち、
Δｔ２１＝ｔｋ−２−ｔｋ−１
次に、これらは微分演算子ＤＩＦＦに適用され、微分演算子ＤＩＦＦは、量ωｎ−１（ｔｋ−１）を以下のように計測する。
【００８９】
すなわち、
ωｎ−１（ｔｋ−１）＝（θｎ−１（ｔｋ−２）−θｎ−１（ｔｋ−１））／Δｔ２１
そして、量ωｎ−１（ｔｋ）およびｄ（ωｎ−１（ｔｋ））／ｄｔを以下のように計測する。
【００９０】
すなわち、
− 量ωｎ−１（ｔｋ）は微分演算子ＤＩＦＦを用いて以下のように計測される。
すなわち、
ωｎ−１（ｔｋ）＝（θｎ−１（ｔｋ−１）−θｎ−１（ｔｋ））／Δｔ１０
ただし、θｎ−１（ｔｋ−１）は上記計測された量であり、θｎ−１（ｔｋ）は既知であり（以前計測された）、またΔｔ１０＝ｔｋ−１−ｔｋ、そして、量ｄ（ωｎ−１（ｔｋ））／ｄｔは微分演算子ＤＩＦＦを用いて以下のように計測される。
【００９１】
すなわち、ｄ（ωｎ−１（ｔｋ））／ｄｔ＝（ωｎ−１（ｔｋ−１）−ωｎ−１（ｔｋ））／Δｔ１０
ただし、ωｎ−１（ｔｋ−１）およびωｎ−１（ｔｋ）は上記計測された量であり、そしてΔｔ１０＝ｔｋ−１−ｔｋである。
【００９２】
次に、量ａｎ−１（ｔｋ）、ωｎ−１（ｔｋ）およびｄ（ωｎ−１（ｔｋ））／ｄｔは演算子１に適用され、演算子１は等式（４）を用いて量ａｎ（ｔｋ）を出力する。
次に、計測された量ａｎ（ｔｋ）およびＭｎ（ｔｋ）を取った既知測定値は演算子２に適用され、演算子２は等式（５）を用いて方位量θｎ（ｔｋ）を出力する。
【００９３】
本発明に係る関節化されたモーションキャプチャー装置により取得された各種測定値の処理は、前記運動する構造体の各セグメントの前記関節点における加速度の測定と前記基準座標系における方位の測定につながる。
これにより、例えば、画面上で前記構造体の運動を描写することができる。
【００９４】
図５Ａを参照すれば明白であるように、時間ｔｋにおけるランクｎのセグメントの一組の［ａｎ（ｔｋ）、θｎ（ｔｋ）］の測定は、他の要素のうち、先行する時間ｔｋ−１およびｔｋ−２におけるランクｎ−１のセグメントに関する情報から推定される。
【００９５】
結果的に、前記構造体のすべてのセグメントに関連する加速度および方位データの全てを第一（最初）の測定から知り得ることができないことは明らかである。
つまり、前記関節化された運動が、それを全体として再生されるためには、ある所定回数の測定を取得する必要がある。
【００９６】
図５Ｂは、図４Ｂに示す前記測定処理方法の必須の処理の詳細流れ図を示す図である。
【００９７】
図５Ａを参照して記述した前記データに加えて、ランクｎのセグメントの量
のために計測された方位θｎ（ｔｋ−１）およびθｎ（ｔｋ−２）から測定される。
次に、量ａｎ−１（ｔｋ−２）、Ｍｎ−１（ｔｋ−２）および量θｎ−１（ｔｋ−３）、θｎ−１（ｔｋ−４）は演算子２に適用され、演算子２は等式（６）を用いて方位θｎ−１（ｔｋ−２）を出力する。
【００９８】
同様に、ａｎ−１（ｔｋ−１），θｎ−１（ｔｋ−２），θｎ−１（ｔｋ−３）およびＭｎ−１（ｔｋ−１）は演算子２に適用され、演算子２は、等式（６）を用いて、方位θｎ−１（ｔｋ−１）を出力する。
次に、量ａｎ−１（ｔｋ）、ωｎ−１（ｔｋ）およびｄ（ωｎ−１（ｔｋ））／ｄｔは演算子１に適用され、演算子１は、等式（４）を用いて量ａｎ（ｔｋ）を出力する。
【００９９】
時間ｔｋよりも２回先行するそれぞれの時間において推定された方位θｎ−１（ｔｋ−１）およびθｎ−１（ｔｋ−２）、前記計測された量ａｎ（ｔｋ）、そして、既知の測定値サンプルＭｎ（ｔｋ）は、次に演算子２に適用され、演算子２は等式（６）を用いる。
ただし、ωｎ（ｔｋ）およびｄω（ｔｋ）は、演算子ＤＩＦＦにより上記と同様に与えられる。
【０１００】
すなわち、
ωｎ（ｔｋ）＝（θｎ（ｔｋ−１）−θｎ（ｔｋ））／Δｔ１０
ｄ（ωｎ（ｔｋ））／ｄｔ＝（ωｎ（ｔｋ−１）−ω（ｔｋ））／Δｔ１０
ここで、
ωｎ（ｔｋ−１）＝（θｎ（ｔｋ−２）−θｎ（ｔｋ−１））／Δｔ２１
次に、演算子２は方位量θｎ（ｔｋ）を出力する。
【０１０１】
本発明に係る関節化されたモーションキャプチャー装置により取得された各種測定値の処理は、前記運動する構造の各セグメントの前記関節点における加速度の測定と前記基準座標系における方位の測定につながる。
これにより、例えば、画面上で前記構造体の動作を描写することができる。
【０１０２】
図５Ａを参照すれば明白であるように、時間ｔｋにおけるランクｎのセグメントの一組の［ａｎ（ｔｋ）、θｎ（ｔｋ）］の測定は、他の要素のうち、先行する時間ｔｋ−１およびｔｋ−２におけるランクｎ−１のセグメントに関する情報から推定される。
【０１０３】
結果的に、前記構造体のすべてのセグメントに関連する加速度および方位データの全てを第一（最初）の測定から知り得ることができないことは明らかである。
つまり、前記関節化された動作が、それを全体として再生されるためには、ある所定回数の測定を取得する必要がある。
【０１０４】
法を初期化するためにはランクｎのセグメントの連続した二つの先行する方位を知る必要がある。
【０１０５】
これらの方位は、例えば、前記セグメントが不動の時、特許文献５に記載の方法を用いて取得することができる。
【０１０６】
一方で、上に図示するように、ランクｎのセグメントの前記方位を示す前記測定手段が関節点Ｐｎに十分近い場合は、前記連続した二つの先行する方位を知る必要がなく、前記方法は簡易化される。
【０１０７】
セグメントを有する構造体の様々なセグメントのために取得した方位データおよび加速度の経時的変化を示す象徴図である。
【０１０８】
図６Ａにおいて、水平軸は前記構造体を作り上げる前記セグメントのランクｎを表し、また垂直軸は継続した測定時間ｔｋを示す。
ランクｎと時間ｔｋの交差点において、ランクｎのセグメントの時間ｔｋにおいて知られている前記量（加速度および方位）が記される。
これらの量は測定データおよび／または前記測定データより推定されたデータから構成されている。
【０１０９】
【０１１０】
更に、以下を満たす。すなわち、
− ｄθｎ（ｔｋ）＝θｎ（ｔｋ）−θｎ（ｔｋ−１），
− ｄｔ（ｔｋ）＝ｔｋ−ｔｋ−１，
− ｄ２θｎ（ｔｋ）＝ｄθｎ（ｔｋ）−ｄθｎ（ｔｋ−１），
− ｄｔ２（ｔｋ）＝ｔｋ−ｔｋ−１
【０１１１】
時間ｔ１において、前記セグメントに関連する唯一の既知量は以下の通りである。
すなわち、
− ａ１（ｔ１），θ１（ｔ１）
これらのデータは、当然前記構造体の運動を描写するには不十分である。
【０１１２】
時間ｔ２において、ランク１から５までの前記セグメントに関連する既知量は以下の通りである。すなわち、
ａ１（ｔ２），θ１（ｔ２），ｄθ１／ｄｔ（ｔ２）
これらのデータは依然として前記構造体の運動を描写するには不十分である。
【０１１３】
時間ｔ３において、前記セグメントに関連する既知量は以下の通りである。すなわち、
− ａ１（ｔ３），θ１（ｔ３），ｄθ１／ｄｔ（ｔ３），ｄ２θ１／ｄｔ２（ｔ３），
− ａ２（ｔ３），θ２（ｔ３）
これらのデータは依然として前記構造体の運動を描写するには不十分である。
【０１１４】
時間ｔ４において、既知量は以下の通りである。すなわち、
− ａ１（ｔ４），θ１（ｔ４），ｄθ１／ｄｔ（ｔ４），ｄ２θ１／ｄｔ２（ｔ４），
− ａ２（ｔ４），θ２（ｔ４），ｄθ２／ｄｔ（ｔ４）
これらのデータは依然として前記構造体の運動を描写するには不十分である。
【０１１５】
時間ｔ５において、既知量は以下の通りである。すなわち、
− ａ１（ｔ５），θ１（ｔ５），ｄθ１／ｄｔ（ｔ５），ｄ２θ１／ｄｔ２（ｔ５），
− ａ２（ｔ５），θ２（ｔ５），ｄθ２／ｄｔ（ｔ５），ｄ２θ２／ｄｔ２（ｔ５），
− ａ３（ｔ５），θ３（ｔ５）
これらのデータは依然として前記構造体の運動を描写するには不十分である。
【０１１６】
時間ｔ６において、ランク１から５までの前記セグメントに関連する既知量はそれぞれ以下の通りである。すなわち、
− ａ１（ｔ６），θ１（ｔ６），ｄθ１／ｄｔ（ｔ６），ｄ２θ１／ｄｔ２（ｔ６），
− ａ２（ｔ６），θ２（ｔ６），ｄθ２／ｄｔ（ｔ６），ｄ２θ２／ｄｔ２（ｔ６），
− ａ３（ｔ６），θ３（ｔ６），ｄθ３／ｄｔ（ｔ６）
これらのデータは依然として前記構造体の運動を描写するには不十分である。
【０１１７】
時間ｔ７において、ランク１から５までの前記セグメントに関連する既知量はそれぞれ以下の通りである。すなわち、
− ａ１（ｔ７），θ１（ｔ７），ｄθ１／ｄｔ（ｔ７），ｄ２θ１／ｄｔ２（ｔ７），
− ａ２（ｔ７），θ２（ｔ７），ｄθ２／ｄｔ（ｔ７），ｄ２θ２／ｄｔ２（ｔ７），
− ａ３（ｔ７），θ３（ｔ７），ｄθ３／ｄｔ（ｔ７），ｄ２θ３／ｄｔ２（ｔ７），
− ａ４（ｔ７），θ４（ｔ７）
これらのデータは依然として前記構造体の運動を描写するには不十分である。
【０１１８】
時間ｔ８において、既知量は以下の通りである。すなわち、
− ａ１（ｔ８），θ１（ｔ８），ｄθ１／ｄｔ（ｔ８），ｄ２θ１／ｄｔ２（ｔ８），
− ａ２（ｔ８），θ２（ｔ８），ｄθ２／ｄｔ（ｔ８），ｄ２θ２／ｄｔ２（ｔ８），
− ａ３（ｔ８），θ３（ｔ８），ｄθ３／ｄｔ（ｔ８），ｄ２θ３／ｄｔ２（ｔ９），
− ａ４（ｔ８），θ４（ｔ８），ｄθ４／ｄｔ（ｔ８）
【０１１９】
時間ｔ９において、既知量は以下の通りである。
− ａ１（ｔ９），θ１（ｔ９），ｄθ１／ｄｔ（ｔ９），ｄ２θ１／ｄｔ２（ｔ９），
− ａ２（ｔ９），θ２（ｔ９），ｄθ２／ｄｔ（ｔ９），ｄ２θ２／ｄｔ２（ｔ９），
− ａ３（ｔ９），θ３（ｔ９），ｄθ３／ｄｔ（ｔ９），ｄ２θ３／ｄｔ２（ｔ９），
− ａ４（ｔ９），θ４（ｔ９），ｄθ４／ｄｔ（ｔ９），ｄ２θ４／ｄｔ２（ｔ９），
− ａ５（ｔ９），θ５（ｔ９）
これらのデータはここで初めて前記構造体の運動を完全に描写することを可能とする。
【０１２０】
前記描写がその後の時間ｔ１０およびｔ１１において継続された場合、以下を満たす。
すなわち、
− 時間ｔ１０において、ランク１から５までの前記セグメントに関連する既知量はそれぞれ以下の通りである。すなわち、
− ａ１（ｔ１０），θ１（ｔ１０），ｄθ１／ｄｔ（ｔ１０），ｄ２θ１／ｄｔ２（ｔ１０），
− ａ２（ｔ１０），θ２（ｔ１０），ｄθ２／ｄｔ（ｔ１０），ｄ２θ２／ｄｔ２（ｔ１０），
− ａ３（ｔ１０），θ３（ｔ１０），ｄθ３／ｄｔ（ｔ１０），ｄ２θ３／ｄｔ２（ｔ１０），
− ａ４（ｔ１０），θ４（ｔ１０），ｄθ４／ｄｔ（ｔ１０），ｄ２θ４／ｄｔ２（ｔ１０），
− ａ５（ｔ１０），θ５（ｔ１０），ｄθ５／ｄｔ（ｔ１０）
【０１２１】
そして、
− 時間ｔ１１において、ランク１から５までの前記セグメントに関連する既知量はそれぞれ以下の通りである。すなわち、
− ａ１（ｔ１１），θ１（ｔ１１），ｄθ１／ｄｔ（ｔ１１），ｄ２θ１／ｄｔ２（ｔ１１），
− ａ２（ｔ１１），θ２（ｔ１１），ｄθ２／ｄｔ（ｔ１１），ｄ２θ２／ｄｔ２（ｔ１１），
− ａ３（ｔ１１），θ３（ｔ１１），ｄθ３／ｄｔ（ｔ１１），ｄ２θ３／ｄｔ２（ｔ１１），
− ａ４（ｔ１１），θ４（ｔ１１），ｄθ４／ｄｔ（ｔ１１），ｄ２θ４／ｄｔ２（ｔ１１），
− ａ５（ｔ１１），θ５（ｔ１１），ｄθ５／ｄｔ（ｔ１１），ｄ２θ５／ｄｔ２（ｔ１１）
【０１２２】
五つのセグメントを有する前記構造体の前記関節化された運動は前記五つのセグメント（ｎ＝５）の前記加速度および方位を知り得る次第、つまり、時間ｔ９（ｋ＝９）から完全に定義される。
同様に、例えば三つのセグメント（ｎ＝３）を有する構造体において、前記三つのセグメントの前記加速度および方位は時間ｔ５（ｋ＝５）から知り得ることが分かる。
【０１２３】
その結果、整数ｎおよび整数ｋとの間において、前記モーションキャプチャー装置が正常に機能している。
つまり、前記モーションキャプチャー装置が前記構造体の全てのセグメントに必要な全ての加速度および方位情報を出力しているという事実を解釈する関係を確立することができる。
【０１２４】
前記関係は以下のように記される。
すなわち、
ｋ＞２ｎ−２
【０１２５】
図６Ｂは、上記通常の場合、関節化されたセグメントを有する構造体の様々なセグメントのために徐々に取得した方位および加速度データの計測結果を示す象徴図である。
前記方位および加速度データの計測は、以下に、最初の三つのセグメントの場合について記述される。
【０１２６】
〔第一のセグメントの場合〕
第一のステップにおいて、測定値値ａ１（ｔｋ）およびＭ１（ｔｋ）が使用され、これらはセグメント１上で測定（計測）された加速度（第一の測定手段ＭＬのおかげで）および第二の測定手段（ＭＤ１）により出力された測定値にそれぞれ対応している。
また、先行する時間（ｔｋ−１およびｔｋ−２）において与えられる（または計測される）前記第一のセグメントの方位θ１（ｔｋ−１）およびθ１（ｔｋ−２）も使用される。
【０１２７】
これら四つの項目の情報のおかげで、時間ｔｋにおけるセグメント１の方位θ１（ｔｋ）を計測することが可能となる。
第二のステップにおいて、セグメント１上で測定（または計測）された加速度ａ１（ｔｋ）が使用され（第一の測定手段ＭＬのおかげで）、また、一つ前のステップで計測された前記第一のセグメントの方位名θ１（ｔｋ）も使用され、先行する時間（ｔｋ−１およびｔｋ−２）において与えられる（または計測される）θ１（ｔｋ−１）およびθ１（ｔｋ−２）も使用される。
これらの量を用いて、関節点ｐ２における加速度ａ２（ｔｋ）が計測される。
【０１２８】
〔第二のセグメントの場合〕
第一のステップにおいて、時間ｔｋにおいて、以前のステップで計測された加速度ａ２（ｔｋ）および第二のセグメントの測定手段ＭＤ２の測定値Ｍ２（ｔｋ）が使用される。
また、先行する時間（ｔｋ−１およびｔｋ−２）において与えられる（または計測される）前記第二のセグメントの方位θ２（ｔｋ−１）およびθ２（ｔｋ−２）も使用される。
【０１２９】
これら四つの項目の情報のおかげで、時間ｔｋにおけるセグメント１の方位θ１（ｔｋ）を計測することが可能となる。
第二のステップにおいて、前記第一のセグメントの第二のステップにおいて測定（または計測）された加速度ａ２（ｔｋ）が使用され、また、一つ前のステップで計測された前記第二のセグメントの方位θ２（ｔｋ）も使用され、先行する時間（ｔｋ−１およびｔｋ−２）において与えられる（または計測される）θ２（ｔｋ−１）およびθ２（ｔｋ−２）も使用される。
これらの量を用いて、関節点ｐ３における加速度ａ３（ｔｋ）が計測される。
【０１３０】
〔第三のセグメントの場合〕
第二のセグメント用と同様な二つのステップが実行されるが、ここで、インデックス３はインデックス４に代替され、インデックス２はインデックス３に代替され、そしてインデックス１はインデックス２に代替される。これは、ｎ番目のセグメントに至るまで続く。
【０１３１】
すなわち、第二のセグメント用と同様な二つのステップが実行されるが、ここで、インデックス３はインデックスＮ＋１に代替され、インデックス２はインデックスＮに代替され、そしてインデックス１はインデックスＮ−１に代替される。
【０１３２】
次に、すべてのセグメントが考慮された時、継続する時間ｔｋは再開始するため待ち受ける。
通常の場合、時間ｔｋにおけるセグメントの推定方位を知るためには、前記同一セグメントの先行する２回のｔｋ−１およびｔｋ−２分の前記推定方位を知る必要があることは特筆すべきである。
【０１３３】
結果的に、第一の計測時間のために、それよりも先行する時間における前記方位の値を初期化する必要がある。
この目的のために、例えば、静的測定を行うことができるが、ここでの加速度は低く、結果的に無視できる。
そして、その結果、角度を特許文献５に記載のように計測することができる。
【０１３４】
また、前記角度を初期化するために他の手段を用いることもできる（応力のある初期位置に設定された角度符号器等）。
【０１３５】
図７Ａおよび図７Ｂは、本発明に係るモーション再生装置の二つの実施例を示す図である。
【０１３６】
ｎ個の関節化されたセグメントから構成される構造体Ｓは代表的に長方形で表される。
構造体Ｓは、例えば、一人の人間または一体のロボットであり、一連の装置ＭＤｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）および一連の局部測定装置ＭＬｊ（ｊ＝１，２，…，ｍ）を備える。
装置ＭＤｉおよび装置ＭＬｊは上述のように前記構造体全体にわたって分布している。
【０１３７】
また、上述のように、図７Ａおよび図７Ｂにはｍ個の局部測定装置が表示されているが、本発明の実施にはたった局部測定装置でも十分である。
【実施例】
【０１３８】
第一の実施例において、装置ＭＤｉにより出力された測定値および局部測定装置ＭＬｉにより出力された測定値はそれぞれの無線信号ＲＤｉおよびＲＬｊにより計測装置３、例えばコンピュータに送信される（図７Ａ）。
【０１３９】
前記モーション再生装置は結果的に無線送信手段を備える。
計測装置３は前記信号ＲＤｉおよびＲＬｊを受信する受信アンテナＲを備える。
【０１４０】
計測装置３はまた入力パラメータとして基準座標系における局部重力場の値Ｇ、前記基準座標系における局部磁気の値Ｈおよび前記様々なセグメントを示す様々
【０１４１】
次に、計測装置３は、図５および図６を参照した上記記述と一致してデータ処理を実行する。
【０１４２】
次に、表示装置Ｅ、例えば、スクリーンは、前記関節化された構造体の運動をディスプレイする。
図７Ｂは、図７Ａと異なり、無線信号ＲＤｉおよびＲＬｊは、直接、計測装置３に送信されず、ここでは、構造体Ｓに固定された中継ユニットＤＥＭに送信される。
【０１４３】
次に、前記ＤＥＭユニットは、受信したデータを、計測装置３に無線信号ＲＦの形式で送信する。
構造体Ｓ上における中継ユニットＤＥＭの存在は、有利に本発明の別の実施例を実行することを可能とする。
【０１４４】
これは、構造体Ｓが計測装置３から遠く離れて移動している場合、前記ＲＦ信号の範囲は劣化する恐れがあるためである。中継ユニットＤＥＭに配置されたメモリカードはそのとき信号ＲＤｉおよびＲＬｊを記録することができる。
前記データ処理は、その結果、前記動作が一旦実行された後、前記測定値を捕捉した後に前記メモリカード上に記録されたデータの読取により実施されることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４５】
【図１】本発明に係るモーションキャプチャー装置に関する関節構造体の一例を示す象徴図である。
【図２】四つの関節セグメントを有する構造体の場合の本発明に係るモーションキャプチャー装置の一例を示す図である。
【図３】本発明に係るモーションキャプチャー装置を備える二つの連続した関節セグメントを示す図である。
【図４Ａ】本発明との関連で使用されている測定処理方法の特定の場合の必須の処理を示す図である。
【図４Ｂ】本発明との関連で使用されている前記測定処理方法の通常の場合の必須の処理を示す図である。
【図５Ａ】図４Ａに示す前記測定処理方法の必須の処理の詳細流れ図を示す図である。
【図５Ｂ】図４Ｂに示す前記測定処理方法の必須の処理の詳細流れ図を示す図である。
【図６Ａ】上記特定の場合、五つの関節セグメントを有する構造体の様々なセグメントのために取得した方位データおよび加速度の経時的変化を示す象徴図である。
【図６Ｂ】上記通常の場合、関節セグメントを有する構造体の様々なセグメントのために徐々に取得した方位データおよび加速度の計測結果を示す象徴図である。
【図７Ａ】本発明に係るモーションキャプチャー装置の二つの実施例を示す図である。
【図７Ｂ】本発明に係るモーションキャプチャー装置の二つの実施例を示す図である。 全ての添付図において、同じ参照記号は同じ要素を示す。
【符号の説明】
【０１４６】
１ 演算子
２ 演算子
３ 演算手段
ＭＬ 第一の手段
ＭＤ１ 第二の測定手段（基本方位測定装置）
ＭＤｎ 追加測定手段（基本方位測定装置）
ＭＤ 測定装置
ＭＤｉ 装置
ＭＬｊ 局部測定装置
Ｐｎ 関節点
Ｐｎ−１ 関節点
Ｍ１ 測定値
Ｍｎ 測定値
ｔｋ 時間
ＲＤｎ 電気信号
ＲＬｍ 電気信号
ＲＦ 電気信号
ＤＥＭ 中継ユニット
θ１（ｔｋ） 方位
θ２（ｔｋ） 方位
ＤＩＦＦ 微分演算子
Ｘ センサー
Ｇ 重力場
Ｈ 磁場
【技術分野】
【０００１】
本発明はモーションキャプチャー装置と、それに係るモーションキャプチャー方法に関する。さらに、本発明はモーション再生装置と、それに係るモーション再生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ある構造体の運動を捕捉する装置は、処理によって、前記構造体の運動を表現可能とする量を計測する装置である。その構造体は、例えば、辺りを動き回ったり、止まったりしている人またはロボットであってもよい。
人間の運動を捕捉することは、様々な分野、生体力学の解析、遠隔操作、人物のアニメーションおよび人間工学などの応用に広く使用されている技術である。
【０００３】
第一のカテゴリーのモーションキャプチャー装置は、二つの別個の部分から成る装置で構成され、第一の部分は動いている物体上に配置され、そして、第二の部分は物体の運動に対して固定されている。
この第一のカテゴリーには、主に、光学的な装置、電磁気的な装置、および超音波の装置がある。これらの装置は正確性に関して効果的である。
【０００４】
しかしながら、これらは、ある程度の欠点を有している。つまり、装備を、物体上と物体の所在する環境との両方に組み込む必要があり、全ての場合において、これらの装置は（物理的なソースが及ぶ範囲内の）到達範囲が短く、据付と調整とに、かなり長い時間を要する。また、これらの装置はコストも非常に高い。
【０００５】
現時点で恐らく最も使用されている技術は、例えば、特許文献１および特許文献２に記載されているような光学に基づいたものである。
これらの装置は、アクションが発生しているシーンの周り全体に配置されたカメラ群で捕らえた画像により身体の運動を再生することができる。
動いている物体上に、カメラに対して非常に目立つマーカーが配置されている。ステレオスコープの原理を利用して、処理により各マーカーの３Ｄ位置（３Ｄは「三次元的」を意味する）が定まる。
【０００６】
これにもかかわらず、光の遮蔽（ｏｐｔｉｃａｌ ｏｃｃｌｕｓｉｏｎ）の問題が多数存在し、これにより使用すべき最小限のカメラの数が多くなる。
【０００７】
例えば、非特許文献１に記すように、このタイプの欠点の低減を提案する著者もいる。
また、他の著者は、非特許文献２に記すように、カメラから抽出されたシルエットに基づき、動いている物体のモデルと、このシルエットとを関連づける処理方法を提案している。
電磁気学に基づく上記の装置では、物体上に配置されているセンサーの位置および角度が再生される。
超音波の装置では、光学的な装置と同様に、発信機の位置が検出される。これら２つの技術は、カメラに基づく技術と同じように空間的な制限を受ける。
【０００８】
第二のカテゴリーの装置は、動いている物体上に配置された一体型ユニットから成る装置に関する。これは外骨格型の装置（ｅｘｏｓｋｅｌｅｔａｌ ｄｅｖｉｃｅ）の場合である。
これらの装置は捕捉される量に制限を無くすることを可能とするが、人間または構造体上に配置された機械式多関節腕で構成されているため窮屈である。
動作の再生には、位置の替わりに、関節部材のセグメント間での角度の計測を使用している。
【０００９】
さらに最近では、かなり古くからある原理（慣性ユニットの原理）に基づいた装置が、従来より小さく、概して一辺数センチのスケールで実現されている（特許文献３参照）。
これらの装置は角速度センサー（ジャイロメーター）を備え、動いている物体または動いている人間上に配置されている。
ドリフトを生じさせる角速度センサーの測定値を１回の積分することによって、セグメントの回転角を得ている。
動作がより緩やかなときはいつも、地磁気と重力場に基づく、それら測定値により、方位のずれがリセットされ、これにより、ドリフトを打ち消すために、加速度計、あるいは磁力計でさえ、時にジャイロメーターと組み合わされる。
【００１０】
それにもかかわらず、素早い動作を捕捉するには、加速度が残ると、もはやリセットが生じないので、問題が残されている。
加えて、ジャイロメーターは依然として使用が不便なセンサーであり、かなり高価で、また、加速度に対して一定の敏感さを有する。
【００１１】
他のアプローチ（特許文献４参照）においては、多関節セグメントとジャイロメーターから構成される角度センサーとを並設することにより動作を再生する。
【００１２】
特許文献５には、基準座標系中で動く剛体の方位を捕捉する装置が記載されている。
このモーションキャプチャー装置は、剛体上に配置された軸方向センサーまたはベクトルセンサーから得られる測定値から、基準座標系における剛体の基準座標系を動かすことにより形成される少なくとも方位角θを得る。
【００１３】
ここで使用されているセンサーは好ましくは磁力計および加速度計である。
これらから、測定値Ｍ、基準座標系における表現される重力場Ｇ、基準座標系における表現される磁場Ｈおよび方位角θの間には以下の式（１）が存在する。
Ｍ＝Ｆ（θ，Ｇ，Ｈ） （１）
【００１４】
加速度計および磁力計それぞれにより計測される物理量の測定値Ｍは、関数Ｆとしてモデリングされ、剛体が動いている固定された基準座標系に関して剛体に付属した基準座標系の回転θを示す。
方位角θは以下の等式（２）により等式（１）から導出される。
θ＝Ｆ−１（Ｍ，Ｇ，Ｈ） （２）
【００１５】
もし、運動が加速された場合、この装置は新しい等式（３）で表される。
すなわち、
Ｍ＝Ｆ（θ，ａ，Ｇ，Ｈ） （３）
ここで未知数θおよびａは高次元空間を形成し、実践的な形で、関数Ｆの反転を禁止する。
これにより、未知数θおよびａを等式（３）から抽出することは不可能である。
【００１６】
更なる情報なしでは、前記装置では動いている物体が加速された場合、または、少なくとも動いている物体の加速が無視できない場合、方位角の測定ができない。これは欠点である。
【特許文献１】米国特許出願第２００３−０２１５１３０号公報
【特許文献２】米国特許出願第２００５−００８８３３３号公報
【特許文献３】米国特許第６１６２１９１号
【特許文献４】米国特許第６８２００２５号
【特許文献５】フランス特許出願第２８３８１８５号
【非特許文献１】「Ｓｋｅｌｅｔｏｎ−Ｂａｓｅｄ Ｍｏｔｉｏｎ Ｃａｐｔｕｒｅ ｆｏｒ Ｒｏｂｕｓｔ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｕｍａｎ Ｍｏｔｉｏｎ」（Ｌ．Ｈｅｒｄａ；Ｐ．Ｆｕａ；Ｒ．Ｐｌａｎｋｅｒｓ；Ｒ．Ｂｏｕｌｉｃ；Ｄ．Ｔｈａｌｍａｎｎ，Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｒａｐｈ Ｌａｂ （ＬＩＧ），ＥＰＦＬ−ｗｅｂ ０１／２０００）
【非特許文献２】「Ｍａｒｋｅｒ−ｆｒｅｅ Ｋｉｎｅｍａｔｉｃ Ｓｋｅｌｅｔｏｎ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ Ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ ｏｆ Ｖｏｌｕｍｅ Ｄａｔａ」（Ｃ．Ｔｈｅｏｂａｌｔ；Ｅ．Ａｇｕｉａｒ；Ｍ．Ｍａｇｎｏｒ；Ｈ．Ｔｈｅｉｓｅｌ；Ｈ−Ｐ．Ｓｅｉｄｅｌ；ＭＰＩ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｋ）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は上記装置の欠点を有しないように実施されることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
これは本発明がある構造体の運動を捕捉するための装置に関し、前記構造体は互いに関節状に連なったＮ個の連続したランク１からランクＮ（Ｎは２以上の整数）までの剛体セグメントで構成されており、ランクｎ（ｎ＝２、…、Ｎ）のセグメントはランクｎ−１のセグメントと関節点Ｐｎで連接され、以下の特徴的構成を有する。すなわち、
【００１９】
− ある基準座標系におけるランク１のセグメント上の一点の絶対加速度ベク
より大きい整数）出力する第一の手段、
− 前記ランク１のセグメントに固定された第二の測定手段で、時間ｔｋ毎に、
値を出力し、
【００２０】
そして、
− ランクｎ（ｎ＝２，…，Ｎ）の各セグメントに固定された追加測定手段で、
る。
【００２１】
本発明の補足的な特徴として、前記第二の測定手段および前記追加測定手段は加速度計と前記構造体が移動する前記空間中に存在する一様な物理的場の測定値を出力するセンサーとで構成され、前記センサーは前記基準座標系における既知の方向を有する。
【００２２】
本発明の別の補足的な特徴として、前記第二の測定手段および前記追加測定手段は更に少なくともジャイロメトリック軸で構成されている。
【００２３】
本発明の更なる別の補足的な特徴として、前記基準座標系における既知の方向の一様な物理的場の測定値を出力する前記センサーは磁力計である。
【００２４】
本発明の更なる別の補足的な特徴として、前記基準座標系における既知の方向の一様な物理的場の測定値を出力する前記センサーは光電素子である。
【００２５】
本発明の更なる別の補足的な特徴として、前記第一の手段は速度測定手段で構成され、これにより、前記ランク１のセグメント上の一点の絶対加速度ベクトルを再現可能とする前記情報は前記一点の速度である。
【００２６】
本発明の更なる別の補足的な特徴として、前記第一の手段は位置測定手段で構成され、これにより、前記ランク１のセグメント上の一点の絶対加速度ベクトルを再現可能とする前記情報は前記一点の位置である。
【００２７】
本発明はまたある構造体の運動を再生するための装置に関し、前記構造体は互いに関節状に連なったＮ個の連続したランク１からランクＮ（Ｎは２以上の整数）までの剛体セグメントで構成され、ランクｎ（ｎ＝２，…，Ｎ）のセグメントはランクｎ−１のセグメントと関節点Ｐｎで連接され、以下の特徴的構成を有する。
【００２８】
すなわち、
− 本発明に係るモーションキャプチャー装置において、ランクｎのセグメントの前記追加測定手段は前記関節点Ｐｎの近くに配置され、これにより、ランクｎのセグメントの前記追加測定手段と前記関節点Ｐｎとを隔てる距離はゼロであるとみなせる。
【００２９】
そして
− 複数の演算手段は時間ｔｋ毎に以下を計測する。
すなわち、
ａ） 前記第一の手段から出力された前記情報から前記基準座標系における前
ｃ） 以下の等式から、前記基準座標系における前記関節点Ｐｎの加速度ベクト
向けて向き付けられたベクトルであり、前記関節点Ｐｎ−１から前記関節点Ｐｎを隔てる距離をそのモジュラス値とする。
そして、
【００３０】
本発明は、また、ある構造体の運動を再生するための装置に関し、前記構造体は互いに関節状に連なったＮ個の連続したランク１からランクＮ（Ｎは２以上の整数）までの剛体セグメントで構成され、ランクｎ（ｎ＝２，…，Ｎ）のセグメントはランクｎ−１のセグメントと関節点Ｐｎで連接され、以下の特徴的構成を有する。
【００３１】
すなわち、
− 本発明に係るモーションキャプチャー装置であり、ランクｎのセグメントの前記追加測定手段は前記関節点Ｐｎから離れており、
そして、
− 複数の演算手段は瞬間ｔｋ毎に以下を計測する。
すなわち、
ａ） 前記第一の手段から出力された前記情報から前記基準座標系における前
ｃ） 以下の等式から、前記基準座標系における前記関節点Ｐｎの加速度ベクト
すなわち、
向けて向き付けられたベクトルであり、前記関節点Ｐｎ−１から前記関節点Ｐｎを隔てる距離をそのモジュラス値とする。
【００３２】
そして、
ンクｎのセグメント上に固定された前記追加測定手段の前記測定一点の加速度ベ
ただし、前記測定値（Ｍｎ）は前記ランクｎのセグメントの前記方位を表し、前記ランクｎのセグメントの前記方位ベクトルは前記時間ｔｋより少なくとも２回分
すなわち、
段に向けて向き付けられたベクトルであり、そのモジュラスは実質的に前記関節点Ｐｎと前記ランクｎのセグメントの前記追加測定手段とを隔てる距離に等しい。
【００３３】
本発明の更なる特徴として、前記第一の測定手段および前記第二の測定手段から前記演算手段に出力された前記測定値を示す基本電気信号を送信する無線手段を備える。
【００３４】
本発明の別の更なる特徴として、前記無線手段は前記基本電気信号を受信する中継ユニットを備え、この中継ユニットは前記基本電気信号を示す一つ電気信号を前記演算手段に再送信する。
【００３５】
本発明の別の更なる特徴として、前記第一の測定手段および前記第二の測定手段から出力された前記測定値を記憶する記憶手段を備える。
【００３６】
本発明の別の更なる特徴として、前記記憶手段は前記構造体上に配置されている。
【００３７】
本発明はまた以下に関する。
すなわち、
− 独立項１４に係るモーションキャプチャー方法
− 独立項１８に係るモーション再生方法
そして、
− 独立項１９に係るモーション再生方法
【００３８】
本発明に係る基本測定装置は二つのタイプのセンサーで構成され、その内一つは加速度計である。
好ましくは、２００２年４月５日、出願者により出願されている特許文献５に記載の剛体回転運動を捕捉するための装置を用いて基本測定装置が製造される。
従って、この基本測定装置は、加速度計、センサーＸとの一組で構成されている。
センサーＸは、前記動く物体が動いている前記空間中に存在する一様な物理的場の測定値を出力するいずれかのセンサーを指す。
【００３９】
前記物理的な場の方向は前記基準座標系における既知であり、或いは基準位置中にて測定される。
前記センサーＸに関する唯一の制約は第一に前記センサーが加速度に敏感でない必要があり、第二に測定される前記物理的な場の方向は垂直とは異なることである。
【００４０】
前記センサーＸは、それ故に地磁気の方向を測定する磁力計であってもよい。
前記センサーＸは、また光電素子であってもよく、この場合、測定対象は前記電池上に到達する光量である。
【００４１】
例えば、もし照明光源が太陽であり、前記光量が測定される時、日付、時間、経度および緯度が既知である場合、絶対基準座標系における太陽光線の入射角を予測でき、結果的に、前記測定は前記太陽光線の方向に対して前記装置が作る前記角度に従って変調される。
これは、それ故にある角度を測定する別の方法である。
【００４２】
前記センサーＸは、また前記加速度計による前記測定値を補完する一つ以上のジャイロメトリック軸を備えることができる。
情報を出力する前記第一の手段は局部測定装置により実行されることができる。
単純な加速度計は、重力加速度補正用の手段が利用できない場合不適切である。
【００４３】
ある人間の運動を測定する具体例の場合、前記局部測定装置は、有利には重力の中心に配置され、または、前記人間の体の重心の近くに（例えば、ウエスト位置に）配置される。
前記局部測定装置は、例えば、微分回路を有するＧＰＳタイプ（ＧＰＳは「全地球測位装置」を意味する）の装置であってもよい。
【００４４】
前記ＧＰＳ装置は、それを携帯する要素の位置をいつでも知ることができ、ここで、微分回路は位置データを２階微分することで、地理的基準座標系における絶対加速度を測定する。
前記局部測定装置は、また微分回路を有する無線位置装置を用いて実行されることができる。
無線位置装置はビーコンの使用を必要とする（ＵＬＢレーダー、ＵＬＢは「超広帯域」を意味する、光学ビーコン等）。
無線位置装置は、そのため、前記局部測定装置の自律的特徴を喪失させる。
【００４５】
しかし、前記無線位置装置は、複数のビーコンが最初配置されているエンクロージャ中で運動を追従するとき、非常に有利に使用できる。
また、前記無線装置の使用は、データ伝達と位置測定という二重の利点がある（特にＵＬＢ装置の場合）。
【００４６】
前記ＧＰＳ装置の場合と同じように、前記無線位置装置により出力された前記位置測定値は加速度測定を得るために２階微分される。
ある指向性圧力測定（チューブ）は空中における人体の速度と直接関連している。
そのため、圧力測定器が固定されているセグメントの速度ベクトルを三つの座標軸に沿って決定することができる。
前記速度測定値を１階微分することによって加速度が得られる。
【００４７】
前記モーションキャプチャー装置は、前記運動する構造の階層型構造に関して有利には「ダイナミック」であってもよい。
例えば、人型構造（人間またはロボット）の場合、「ダイナミック」であることは、前記局部測定装置またはＭＬ装置が足、手、ウエスト等または剛体要素と同一視可能な他の体の部分のいずれかに配置されることができることを意味する。
【００４８】
本発明の他の実施例では、前記ランク１のセグメント上の一点の絶対加速度ベ
【００４９】
ここで、セグメント上の一点は前記基準座標系中で固定されていることが知られており、このセグメント上で加速度測定を行うことは実質不必要である。
そして、このセグメントは有利には、前記ランク１のセグメントとして選択されることができる。
【００５０】
現可能とする情報を出力する前記第一の手段は、例えば、前記基準座標系における前記ランク１のセグメント上の一点により占有されている固定位置の情報を有する記憶手段であってもよい。
【００５１】
現可能とする情報を出力する前記第一の手段は前記ランク１のセグメントに固定された測定手段ＭＬである。
【００５２】
前記測定手段ＭＬは前記第二の測定手段ＭＤ１上に重ね合わさっていると考えられ、前記第二の測定手段ＭＤ１も前記ランク１のセグメントに固定されている。
さらに一般的な場合では、前記測定手段ＭＬおよびＭＤ１は相互に離れており、前記測定手段ＭＬの位置は、その結果前記ランク１のセグメントとランク０の仮想的セグメントとの間のバーチャル関節点と同一視することができる。
【００５３】
測定装置ＭＤは、一種のアイドリング状態を特徴づけることができる。
前記装置ＭＤにより出力される信号の分散は、そのため閾値以下である。
【００５４】
一点で一種のアイドリング状態が検出され次第、この一点が前記固定された基準座標系中で静止しているという高い可能性が存在する（これは、等速直線運動が一種のアイドリング状態と同じ結果を生じさせるが、しかし、このような運動は起こり難く、そして継続が困難であるためである）。
【００５５】
「静止」と検出される場合、前記構造体の加速度は０となり前記静止状態を検出できる。
しかし、関節がある特定の運動中にて静止している場合も存在する。
これは、例えば、歩行の場合であり、ここで、それぞれの足は相互に瞬間的に静止している。
【００５６】
この場合、本発明による方法が適用されると、前記ランク１のセグメントは、交互に右足または左足である。
本明細書の残りの部分において、連続したセグメントで構成される関節構造の動作の捕捉および再生に関する本発明の記述をする。
【００５７】
しかし、本発明は任意の形の任意の非関節状の固形物（これは、ひいては前記関節構造の前記ランク１のセグメントと同一に扱われることができる）、または、数セットの関節セグメントから構成される複雑な関節構造にも適用されることは明らかである。
【００５８】
本発明の他の特徴および利点は、添付図を参照して最良の実施の形態を読解すれば明白である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５９】
図１は本発明に係るモーションキャプチャー装置に関する関節構造体の一例を示す図である。
【００６０】
前記構造体は、例えば、人体または人型ロボットであり、互いに関節状に連なった多くの剛体要素で構成される複数のセグメントの集まりに分割される。
【００６１】
これにより、全てのセグメントは頭部セグメントＴＥ、首セグメントＣ，セットとしての胴体セグメントＴ１，Ｔ２およびＴ３、セットとしての左腕セグメントＢＧ１，ＢＧ２，ＢＧ３およびＢＧ４，セットとしての右腕セグメントＢＤ１、ＢＤ２，ＢＤ３およびＢＤ４、セットとしての左脚セグメントＪＧ１，ＪＧ２，ＪＧ３，ＪＧ４およびＪＧ５、そして、セットとしての右脚セグメントＪＤ１，ＪＤ２，ＪＤ３，ＪＤ４およびＪＤ５に分割される。
【００６２】
図２は本発明に係るモーションキャプチャー装置を備える関節構造体を示す図である。
【００６３】
前記構造体は例えば肩から手までの範囲における四つの関節セグメントＢ１，Ｂ２，Ｂ３およびＢ４で構成されるロボット腕である。
前記セグメントＢ１は局部測定装置ＭＬおよび基本方位測定装置ＭＤ１を備える。
前記基本方位測定装置ＭＤ１は前記局部測定装置ＭＬから離れている。
前記局部測定装置ＭＬの装着位置と前記基本方位測定装置ＭＤ１の装着位置と
定義される。
【００６４】
上で述べたように、前記ランク１のセグメント上の一点が固定されている時、それにより基準座標系におけるこの一点の加速度が０であることが知られているため、前記局部測定装置ＭＬは不必要である。
【００６５】
各セグメントＢｎ（ｎ＝２，３，４）は、関節点Ｐｎを備え、隣接しているセグメントＢｎ−１を連接している。
各セグメントＢｎ上に基本方位測定装置ＭＤｎが配置されている。
基本方位測定装置ＭＤｎの装着位置は関節点Ｐｎから離れている。
【００６６】
基本方位測定装置ＭＤｎの装着位置と関節点Ｐｎとにより、ＰｎからＭＤｎに向け
【００６７】
本発明に係るモーション再生装置の機能は、第一のセグメントＢ１の方位および加速度についての知識から徐々に前記様々なセグメントの連続した関節点の加速度および前記様々なセグメントが相互に作る角度を推定することである。
【００６８】
以下の図および考察において、ｎはセグメントの一般的なインデックスまたはランクであり、ｋは一般的な時間増分インデックスである。
また、ａｎは固定された基準座標系におけるランクｎのセグメントの関節点Ｐｎの加速度であり、そしてθｎは前記固定された基準座標系におけるランクｎのセグメントの三次元の方位（３Ｄ方位）である。
【００６９】
便宜を図るために、この特許出願において、加速度ａｎおよび方位θｎは通常スカラー形式で表示される。
【００７０】
しかし、留意すべき点として、これらの量はすべて前記基準座標系における三次元ベクトルである。
【００７１】
図３は本発明に係るモーションキャプチャー装置を取り付けた運動する構造体の詳視図である。
【００７２】
ここで、セグメントＳｎは、関節点ＰｎにおいてセグメントＳｎ−１と連接されている。
セグメントＳｎの長さは、関節点Ｐｎから関節点Ｐｎ＋１を隔てる距離Ｌｎと同一視できる。
【００７３】
同様に、前記セグメントＳｎ−１の長さは、前記関節点Ｐｎ−１から前記関節点Ｐｎを隔てる距離Ｌｎ−１と同一視できる。
【００７４】
前記関節点Ｐｎ−１およびＰｎにより、Ｐｎ−１からＰｎに向けて向き付けられたベ
−１を隔てる距離に等しい。
【００７５】
関節点Ｐｎは加速度ａｎを有し、また、関節点Ｐｎ−１は加速度ａｎ−１を有する。
ランクｎおよびランクｎ−１のそれぞれのセグメント上における装置ＭＤｎおよびＭＤｎ−１の測定点は、それぞれ加速度ｂｎおよびｂｎ−１を有する。
【００７６】
開示される。
【００７７】
【００７８】
１のセグメントの３Ｄ方位ベクトルを示す。
これは、運動の合成法則に従い以下の等式で表される。すなわち、
【００７９】
することができる。すなわち、
ただし、Ｍｎはランクｎのセグメント上に配置された基本測定装置ＭＤｎにより出力された測定値を表し、そして、ＧおよびＨは、それぞれランクｎのセグメントにおける前記基準座標系中で測定された重力場および磁場である。
【００８０】
等式（５）は上記等式（２）に対応していることで、それ自体知られている等式である。
【００８１】
図４Ｂは、本発明との関連で使用されている測定処理方法の通常の場合の必須の処理を示す図である。
【００８２】
のように記される。すなわち、
または、再び、
その結果、量ｂｎ（ｔｋ）を以下の形式で記すことができる。すなわち、
る。
【００８３】
される。すなわち、
ただし、関数Ｌは関数ＦおよびＫを組み合わせた関数であり、以下を満たす。
すなわち、
【００８４】
図５Ａは、図４Ａに示す測定処理方法の必須の処理の詳細流れ図を示す図である。
【００８５】
図５Ａに示す処理ユニットは量ａｎ（ｔｋ）およびθｎ（ｔｋ）の計測方法を詳述し、これらは時間ｔｋにおいてランクｎのセグメントと関連している。
ランクｎのセグメントの量ａｎ（ｔｋ）およびθｎ（ｔｋ）は以下の測定または計測データから決定される。
【００８６】
すなわち、
− 三つの異なる時間ｔｋ、ｔｋ−１およびｔｋ−２ごとに計測されたランクｎ−１のセグメントに関連する加速度ａｎ−１（ｔｋ）、ａｎ−１（ｔｋ−１）およびａｎ−１（ｔｋ−２）、そして、
− 異なる二つの時間ｔｋ−１およびｔｋ−２において、基本測定装置ＭＤｎ−１により出力される測定値Ｍｎ−１（ｔｋ−１）およびＭｎ−１（ｔｋ−２）、
− 時間ｔｋにおいて計測されるランクｎ−１のセグメントの方位θｎ−１（ｔｋ）、そして
− 時間ｔｋにおいて基本測定装置ＭＤｎにより出力される測定値Ｍｎ（ｔｋ）。
【００８７】
量ａｎ−１（ｔｋ−２）およびＭｎ−１（ｔｋ−２）は演算子２に適用され、演算子２は等式（５）を用いて方位θｎ−１（ｔｋ−２）を出力する。
同様に、量ａｎ−１（ｔｋ−１）およびＭｎ−１（ｔｋ−１）は演算子２に適用され、演算子２は等式（５）を用いて方位θｎ−１（ｔｋ−１）を出力する。
量θｎ−１（ｔｋ−２）およびθｎ−１（ｔｋ−１）並びに時間情報の間隔Δｔ２１は以下を満たす。
【００８８】
すなわち、
Δｔ２１＝ｔｋ−２−ｔｋ−１
次に、これらは微分演算子ＤＩＦＦに適用され、微分演算子ＤＩＦＦは、量ωｎ−１（ｔｋ−１）を以下のように計測する。
【００８９】
すなわち、
ωｎ−１（ｔｋ−１）＝（θｎ−１（ｔｋ−２）−θｎ−１（ｔｋ−１））／Δｔ２１
そして、量ωｎ−１（ｔｋ）およびｄ（ωｎ−１（ｔｋ））／ｄｔを以下のように計測する。
【００９０】
すなわち、
− 量ωｎ−１（ｔｋ）は微分演算子ＤＩＦＦを用いて以下のように計測される。
すなわち、
ωｎ−１（ｔｋ）＝（θｎ−１（ｔｋ−１）−θｎ−１（ｔｋ））／Δｔ１０
ただし、θｎ−１（ｔｋ−１）は上記計測された量であり、θｎ−１（ｔｋ）は既知であり（以前計測された）、またΔｔ１０＝ｔｋ−１−ｔｋ、そして、量ｄ（ωｎ−１（ｔｋ））／ｄｔは微分演算子ＤＩＦＦを用いて以下のように計測される。
【００９１】
すなわち、ｄ（ωｎ−１（ｔｋ））／ｄｔ＝（ωｎ−１（ｔｋ−１）−ωｎ−１（ｔｋ））／Δｔ１０
ただし、ωｎ−１（ｔｋ−１）およびωｎ−１（ｔｋ）は上記計測された量であり、そしてΔｔ１０＝ｔｋ−１−ｔｋである。
【００９２】
次に、量ａｎ−１（ｔｋ）、ωｎ−１（ｔｋ）およびｄ（ωｎ−１（ｔｋ））／ｄｔは演算子１に適用され、演算子１は等式（４）を用いて量ａｎ（ｔｋ）を出力する。
次に、計測された量ａｎ（ｔｋ）およびＭｎ（ｔｋ）を取った既知測定値は演算子２に適用され、演算子２は等式（５）を用いて方位量θｎ（ｔｋ）を出力する。
【００９３】
本発明に係る関節化されたモーションキャプチャー装置により取得された各種測定値の処理は、前記運動する構造体の各セグメントの前記関節点における加速度の測定と前記基準座標系における方位の測定につながる。
これにより、例えば、画面上で前記構造体の運動を描写することができる。
【００９４】
図５Ａを参照すれば明白であるように、時間ｔｋにおけるランクｎのセグメントの一組の［ａｎ（ｔｋ）、θｎ（ｔｋ）］の測定は、他の要素のうち、先行する時間ｔｋ−１およびｔｋ−２におけるランクｎ−１のセグメントに関する情報から推定される。
【００９５】
結果的に、前記構造体のすべてのセグメントに関連する加速度および方位データの全てを第一（最初）の測定から知り得ることができないことは明らかである。
つまり、前記関節化された運動が、それを全体として再生されるためには、ある所定回数の測定を取得する必要がある。
【００９６】
図５Ｂは、図４Ｂに示す前記測定処理方法の必須の処理の詳細流れ図を示す図である。
【００９７】
図５Ａを参照して記述した前記データに加えて、ランクｎのセグメントの量
のために計測された方位θｎ（ｔｋ−１）およびθｎ（ｔｋ−２）から測定される。
次に、量ａｎ−１（ｔｋ−２）、Ｍｎ−１（ｔｋ−２）および量θｎ−１（ｔｋ−３）、θｎ−１（ｔｋ−４）は演算子２に適用され、演算子２は等式（６）を用いて方位θｎ−１（ｔｋ−２）を出力する。
【００９８】
同様に、ａｎ−１（ｔｋ−１），θｎ−１（ｔｋ−２），θｎ−１（ｔｋ−３）およびＭｎ−１（ｔｋ−１）は演算子２に適用され、演算子２は、等式（６）を用いて、方位θｎ−１（ｔｋ−１）を出力する。
次に、量ａｎ−１（ｔｋ）、ωｎ−１（ｔｋ）およびｄ（ωｎ−１（ｔｋ））／ｄｔは演算子１に適用され、演算子１は、等式（４）を用いて量ａｎ（ｔｋ）を出力する。
【００９９】
時間ｔｋよりも２回先行するそれぞれの時間において推定された方位θｎ−１（ｔｋ−１）およびθｎ−１（ｔｋ−２）、前記計測された量ａｎ（ｔｋ）、そして、既知の測定値サンプルＭｎ（ｔｋ）は、次に演算子２に適用され、演算子２は等式（６）を用いる。
ただし、ωｎ（ｔｋ）およびｄω（ｔｋ）は、演算子ＤＩＦＦにより上記と同様に与えられる。
【０１００】
すなわち、
ωｎ（ｔｋ）＝（θｎ（ｔｋ−１）−θｎ（ｔｋ））／Δｔ１０
ｄ（ωｎ（ｔｋ））／ｄｔ＝（ωｎ（ｔｋ−１）−ω（ｔｋ））／Δｔ１０
ここで、
ωｎ（ｔｋ−１）＝（θｎ（ｔｋ−２）−θｎ（ｔｋ−１））／Δｔ２１
次に、演算子２は方位量θｎ（ｔｋ）を出力する。
【０１０１】
本発明に係る関節化されたモーションキャプチャー装置により取得された各種測定値の処理は、前記運動する構造の各セグメントの前記関節点における加速度の測定と前記基準座標系における方位の測定につながる。
これにより、例えば、画面上で前記構造体の動作を描写することができる。
【０１０２】
図５Ａを参照すれば明白であるように、時間ｔｋにおけるランクｎのセグメントの一組の［ａｎ（ｔｋ）、θｎ（ｔｋ）］の測定は、他の要素のうち、先行する時間ｔｋ−１およびｔｋ−２におけるランクｎ−１のセグメントに関する情報から推定される。
【０１０３】
結果的に、前記構造体のすべてのセグメントに関連する加速度および方位データの全てを第一（最初）の測定から知り得ることができないことは明らかである。
つまり、前記関節化された動作が、それを全体として再生されるためには、ある所定回数の測定を取得する必要がある。
【０１０４】
法を初期化するためにはランクｎのセグメントの連続した二つの先行する方位を知る必要がある。
【０１０５】
これらの方位は、例えば、前記セグメントが不動の時、特許文献５に記載の方法を用いて取得することができる。
【０１０６】
一方で、上に図示するように、ランクｎのセグメントの前記方位を示す前記測定手段が関節点Ｐｎに十分近い場合は、前記連続した二つの先行する方位を知る必要がなく、前記方法は簡易化される。
【０１０７】
セグメントを有する構造体の様々なセグメントのために取得した方位データおよび加速度の経時的変化を示す象徴図である。
【０１０８】
図６Ａにおいて、水平軸は前記構造体を作り上げる前記セグメントのランクｎを表し、また垂直軸は継続した測定時間ｔｋを示す。
ランクｎと時間ｔｋの交差点において、ランクｎのセグメントの時間ｔｋにおいて知られている前記量（加速度および方位）が記される。
これらの量は測定データおよび／または前記測定データより推定されたデータから構成されている。
【０１０９】
【０１１０】
更に、以下を満たす。すなわち、
− ｄθｎ（ｔｋ）＝θｎ（ｔｋ）−θｎ（ｔｋ−１），
− ｄｔ（ｔｋ）＝ｔｋ−ｔｋ−１，
− ｄ２θｎ（ｔｋ）＝ｄθｎ（ｔｋ）−ｄθｎ（ｔｋ−１），
− ｄｔ２（ｔｋ）＝ｔｋ−ｔｋ−１
【０１１１】
時間ｔ１において、前記セグメントに関連する唯一の既知量は以下の通りである。
すなわち、
− ａ１（ｔ１），θ１（ｔ１）
これらのデータは、当然前記構造体の運動を描写するには不十分である。
【０１１２】
時間ｔ２において、ランク１から５までの前記セグメントに関連する既知量は以下の通りである。すなわち、
ａ１（ｔ２），θ１（ｔ２），ｄθ１／ｄｔ（ｔ２）
これらのデータは依然として前記構造体の運動を描写するには不十分である。
【０１１３】
時間ｔ３において、前記セグメントに関連する既知量は以下の通りである。すなわち、
− ａ１（ｔ３），θ１（ｔ３），ｄθ１／ｄｔ（ｔ３），ｄ２θ１／ｄｔ２（ｔ３），
− ａ２（ｔ３），θ２（ｔ３）
これらのデータは依然として前記構造体の運動を描写するには不十分である。
【０１１４】
時間ｔ４において、既知量は以下の通りである。すなわち、
− ａ１（ｔ４），θ１（ｔ４），ｄθ１／ｄｔ（ｔ４），ｄ２θ１／ｄｔ２（ｔ４），
− ａ２（ｔ４），θ２（ｔ４），ｄθ２／ｄｔ（ｔ４）
これらのデータは依然として前記構造体の運動を描写するには不十分である。
【０１１５】
時間ｔ５において、既知量は以下の通りである。すなわち、
− ａ１（ｔ５），θ１（ｔ５），ｄθ１／ｄｔ（ｔ５），ｄ２θ１／ｄｔ２（ｔ５），
− ａ２（ｔ５），θ２（ｔ５），ｄθ２／ｄｔ（ｔ５），ｄ２θ２／ｄｔ２（ｔ５），
− ａ３（ｔ５），θ３（ｔ５）
これらのデータは依然として前記構造体の運動を描写するには不十分である。
【０１１６】
時間ｔ６において、ランク１から５までの前記セグメントに関連する既知量はそれぞれ以下の通りである。すなわち、
− ａ１（ｔ６），θ１（ｔ６），ｄθ１／ｄｔ（ｔ６），ｄ２θ１／ｄｔ２（ｔ６），
− ａ２（ｔ６），θ２（ｔ６），ｄθ２／ｄｔ（ｔ６），ｄ２θ２／ｄｔ２（ｔ６），
− ａ３（ｔ６），θ３（ｔ６），ｄθ３／ｄｔ（ｔ６）
これらのデータは依然として前記構造体の運動を描写するには不十分である。
【０１１７】
時間ｔ７において、ランク１から５までの前記セグメントに関連する既知量はそれぞれ以下の通りである。すなわち、
− ａ１（ｔ７），θ１（ｔ７），ｄθ１／ｄｔ（ｔ７），ｄ２θ１／ｄｔ２（ｔ７），
− ａ２（ｔ７），θ２（ｔ７），ｄθ２／ｄｔ（ｔ７），ｄ２θ２／ｄｔ２（ｔ７），
− ａ３（ｔ７），θ３（ｔ７），ｄθ３／ｄｔ（ｔ７），ｄ２θ３／ｄｔ２（ｔ７），
− ａ４（ｔ７），θ４（ｔ７）
これらのデータは依然として前記構造体の運動を描写するには不十分である。
【０１１８】
時間ｔ８において、既知量は以下の通りである。すなわち、
− ａ１（ｔ８），θ１（ｔ８），ｄθ１／ｄｔ（ｔ８），ｄ２θ１／ｄｔ２（ｔ８），
− ａ２（ｔ８），θ２（ｔ８），ｄθ２／ｄｔ（ｔ８），ｄ２θ２／ｄｔ２（ｔ８），
− ａ３（ｔ８），θ３（ｔ８），ｄθ３／ｄｔ（ｔ８），ｄ２θ３／ｄｔ２（ｔ９），
− ａ４（ｔ８），θ４（ｔ８），ｄθ４／ｄｔ（ｔ８）
【０１１９】
時間ｔ９において、既知量は以下の通りである。
− ａ１（ｔ９），θ１（ｔ９），ｄθ１／ｄｔ（ｔ９），ｄ２θ１／ｄｔ２（ｔ９），
− ａ２（ｔ９），θ２（ｔ９），ｄθ２／ｄｔ（ｔ９），ｄ２θ２／ｄｔ２（ｔ９），
− ａ３（ｔ９），θ３（ｔ９），ｄθ３／ｄｔ（ｔ９），ｄ２θ３／ｄｔ２（ｔ９），
− ａ４（ｔ９），θ４（ｔ９），ｄθ４／ｄｔ（ｔ９），ｄ２θ４／ｄｔ２（ｔ９），
− ａ５（ｔ９），θ５（ｔ９）
これらのデータはここで初めて前記構造体の運動を完全に描写することを可能とする。
【０１２０】
前記描写がその後の時間ｔ１０およびｔ１１において継続された場合、以下を満たす。
すなわち、
− 時間ｔ１０において、ランク１から５までの前記セグメントに関連する既知量はそれぞれ以下の通りである。すなわち、
− ａ１（ｔ１０），θ１（ｔ１０），ｄθ１／ｄｔ（ｔ１０），ｄ２θ１／ｄｔ２（ｔ１０），
− ａ２（ｔ１０），θ２（ｔ１０），ｄθ２／ｄｔ（ｔ１０），ｄ２θ２／ｄｔ２（ｔ１０），
− ａ３（ｔ１０），θ３（ｔ１０），ｄθ３／ｄｔ（ｔ１０），ｄ２θ３／ｄｔ２（ｔ１０），
− ａ４（ｔ１０），θ４（ｔ１０），ｄθ４／ｄｔ（ｔ１０），ｄ２θ４／ｄｔ２（ｔ１０），
− ａ５（ｔ１０），θ５（ｔ１０），ｄθ５／ｄｔ（ｔ１０）
【０１２１】
そして、
− 時間ｔ１１において、ランク１から５までの前記セグメントに関連する既知量はそれぞれ以下の通りである。すなわち、
− ａ１（ｔ１１），θ１（ｔ１１），ｄθ１／ｄｔ（ｔ１１），ｄ２θ１／ｄｔ２（ｔ１１），
− ａ２（ｔ１１），θ２（ｔ１１），ｄθ２／ｄｔ（ｔ１１），ｄ２θ２／ｄｔ２（ｔ１１），
− ａ３（ｔ１１），θ３（ｔ１１），ｄθ３／ｄｔ（ｔ１１），ｄ２θ３／ｄｔ２（ｔ１１），
− ａ４（ｔ１１），θ４（ｔ１１），ｄθ４／ｄｔ（ｔ１１），ｄ２θ４／ｄｔ２（ｔ１１），
− ａ５（ｔ１１），θ５（ｔ１１），ｄθ５／ｄｔ（ｔ１１），ｄ２θ５／ｄｔ２（ｔ１１）
【０１２２】
五つのセグメントを有する前記構造体の前記関節化された運動は前記五つのセグメント（ｎ＝５）の前記加速度および方位を知り得る次第、つまり、時間ｔ９（ｋ＝９）から完全に定義される。
同様に、例えば三つのセグメント（ｎ＝３）を有する構造体において、前記三つのセグメントの前記加速度および方位は時間ｔ５（ｋ＝５）から知り得ることが分かる。
【０１２３】
その結果、整数ｎおよび整数ｋとの間において、前記モーションキャプチャー装置が正常に機能している。
つまり、前記モーションキャプチャー装置が前記構造体の全てのセグメントに必要な全ての加速度および方位情報を出力しているという事実を解釈する関係を確立することができる。
【０１２４】
前記関係は以下のように記される。
すなわち、
ｋ＞２ｎ−２
【０１２５】
図６Ｂは、上記通常の場合、関節化されたセグメントを有する構造体の様々なセグメントのために徐々に取得した方位および加速度データの計測結果を示す象徴図である。
前記方位および加速度データの計測は、以下に、最初の三つのセグメントの場合について記述される。
【０１２６】
〔第一のセグメントの場合〕
第一のステップにおいて、測定値値ａ１（ｔｋ）およびＭ１（ｔｋ）が使用され、これらはセグメント１上で測定（計測）された加速度（第一の測定手段ＭＬのおかげで）および第二の測定手段（ＭＤ１）により出力された測定値にそれぞれ対応している。
また、先行する時間（ｔｋ−１およびｔｋ−２）において与えられる（または計測される）前記第一のセグメントの方位θ１（ｔｋ−１）およびθ１（ｔｋ−２）も使用される。
【０１２７】
これら四つの項目の情報のおかげで、時間ｔｋにおけるセグメント１の方位θ１（ｔｋ）を計測することが可能となる。
第二のステップにおいて、セグメント１上で測定（または計測）された加速度ａ１（ｔｋ）が使用され（第一の測定手段ＭＬのおかげで）、また、一つ前のステップで計測された前記第一のセグメントの方位名θ１（ｔｋ）も使用され、先行する時間（ｔｋ−１およびｔｋ−２）において与えられる（または計測される）θ１（ｔｋ−１）およびθ１（ｔｋ−２）も使用される。
これらの量を用いて、関節点ｐ２における加速度ａ２（ｔｋ）が計測される。
【０１２８】
〔第二のセグメントの場合〕
第一のステップにおいて、時間ｔｋにおいて、以前のステップで計測された加速度ａ２（ｔｋ）および第二のセグメントの測定手段ＭＤ２の測定値Ｍ２（ｔｋ）が使用される。
また、先行する時間（ｔｋ−１およびｔｋ−２）において与えられる（または計測される）前記第二のセグメントの方位θ２（ｔｋ−１）およびθ２（ｔｋ−２）も使用される。
【０１２９】
これら四つの項目の情報のおかげで、時間ｔｋにおけるセグメント１の方位θ１（ｔｋ）を計測することが可能となる。
第二のステップにおいて、前記第一のセグメントの第二のステップにおいて測定（または計測）された加速度ａ２（ｔｋ）が使用され、また、一つ前のステップで計測された前記第二のセグメントの方位θ２（ｔｋ）も使用され、先行する時間（ｔｋ−１およびｔｋ−２）において与えられる（または計測される）θ２（ｔｋ−１）およびθ２（ｔｋ−２）も使用される。
これらの量を用いて、関節点ｐ３における加速度ａ３（ｔｋ）が計測される。
【０１３０】
〔第三のセグメントの場合〕
第二のセグメント用と同様な二つのステップが実行されるが、ここで、インデックス３はインデックス４に代替され、インデックス２はインデックス３に代替され、そしてインデックス１はインデックス２に代替される。これは、ｎ番目のセグメントに至るまで続く。
【０１３１】
すなわち、第二のセグメント用と同様な二つのステップが実行されるが、ここで、インデックス３はインデックスＮ＋１に代替され、インデックス２はインデックスＮに代替され、そしてインデックス１はインデックスＮ−１に代替される。
【０１３２】
次に、すべてのセグメントが考慮された時、継続する時間ｔｋは再開始するため待ち受ける。
通常の場合、時間ｔｋにおけるセグメントの推定方位を知るためには、前記同一セグメントの先行する２回のｔｋ−１およびｔｋ−２分の前記推定方位を知る必要があることは特筆すべきである。
【０１３３】
結果的に、第一の計測時間のために、それよりも先行する時間における前記方位の値を初期化する必要がある。
この目的のために、例えば、静的測定を行うことができるが、ここでの加速度は低く、結果的に無視できる。
そして、その結果、角度を特許文献５に記載のように計測することができる。
【０１３４】
また、前記角度を初期化するために他の手段を用いることもできる（応力のある初期位置に設定された角度符号器等）。
【０１３５】
図７Ａおよび図７Ｂは、本発明に係るモーション再生装置の二つの実施例を示す図である。
【０１３６】
ｎ個の関節化されたセグメントから構成される構造体Ｓは代表的に長方形で表される。
構造体Ｓは、例えば、一人の人間または一体のロボットであり、一連の装置ＭＤｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）および一連の局部測定装置ＭＬｊ（ｊ＝１，２，…，ｍ）を備える。
装置ＭＤｉおよび装置ＭＬｊは上述のように前記構造体全体にわたって分布している。
【０１３７】
また、上述のように、図７Ａおよび図７Ｂにはｍ個の局部測定装置が表示されているが、本発明の実施にはたった局部測定装置でも十分である。
【実施例】
【０１３８】
第一の実施例において、装置ＭＤｉにより出力された測定値および局部測定装置ＭＬｉにより出力された測定値はそれぞれの無線信号ＲＤｉおよびＲＬｊにより計測装置３、例えばコンピュータに送信される（図７Ａ）。
【０１３９】
前記モーション再生装置は結果的に無線送信手段を備える。
計測装置３は前記信号ＲＤｉおよびＲＬｊを受信する受信アンテナＲを備える。
【０１４０】
計測装置３はまた入力パラメータとして基準座標系における局部重力場の値Ｇ、前記基準座標系における局部磁気の値Ｈおよび前記様々なセグメントを示す様々
【０１４１】
次に、計測装置３は、図５および図６を参照した上記記述と一致してデータ処理を実行する。
【０１４２】
次に、表示装置Ｅ、例えば、スクリーンは、前記関節化された構造体の運動をディスプレイする。
図７Ｂは、図７Ａと異なり、無線信号ＲＤｉおよびＲＬｊは、直接、計測装置３に送信されず、ここでは、構造体Ｓに固定された中継ユニットＤＥＭに送信される。
【０１４３】
次に、前記ＤＥＭユニットは、受信したデータを、計測装置３に無線信号ＲＦの形式で送信する。
構造体Ｓ上における中継ユニットＤＥＭの存在は、有利に本発明の別の実施例を実行することを可能とする。
【０１４４】
これは、構造体Ｓが計測装置３から遠く離れて移動している場合、前記ＲＦ信号の範囲は劣化する恐れがあるためである。中継ユニットＤＥＭに配置されたメモリカードはそのとき信号ＲＤｉおよびＲＬｊを記録することができる。
前記データ処理は、その結果、前記動作が一旦実行された後、前記測定値を捕捉した後に前記メモリカード上に記録されたデータの読取により実施されることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４５】
【図１】本発明に係るモーションキャプチャー装置に関する関節構造体の一例を示す象徴図である。
【図２】四つの関節セグメントを有する構造体の場合の本発明に係るモーションキャプチャー装置の一例を示す図である。
【図３】本発明に係るモーションキャプチャー装置を備える二つの連続した関節セグメントを示す図である。
【図４Ａ】本発明との関連で使用されている測定処理方法の特定の場合の必須の処理を示す図である。
【図４Ｂ】本発明との関連で使用されている前記測定処理方法の通常の場合の必須の処理を示す図である。
【図５Ａ】図４Ａに示す前記測定処理方法の必須の処理の詳細流れ図を示す図である。
【図５Ｂ】図４Ｂに示す前記測定処理方法の必須の処理の詳細流れ図を示す図である。
【図６Ａ】上記特定の場合、五つの関節セグメントを有する構造体の様々なセグメントのために取得した方位データおよび加速度の経時的変化を示す象徴図である。
【図６Ｂ】上記通常の場合、関節セグメントを有する構造体の様々なセグメントのために徐々に取得した方位データおよび加速度の計測結果を示す象徴図である。
【図７Ａ】本発明に係るモーションキャプチャー装置の二つの実施例を示す図である。
【図７Ｂ】本発明に係るモーションキャプチャー装置の二つの実施例を示す図である。 全ての添付図において、同じ参照記号は同じ要素を示す。
【符号の説明】
【０１４６】
１ 演算子
２ 演算子
３ 演算手段
ＭＬ 第一の手段
ＭＤ１ 第二の測定手段（基本方位測定装置）
ＭＤｎ 追加測定手段（基本方位測定装置）
ＭＤ 測定装置
ＭＤｉ 装置
ＭＬｊ 局部測定装置
Ｐｎ 関節点
Ｐｎ−１ 関節点
Ｍ１ 測定値
Ｍｎ 測定値
ｔｋ 時間
ＲＤｎ 電気信号
ＲＬｍ 電気信号
ＲＦ 電気信号
ＤＥＭ 中継ユニット
θ１（ｔｋ） 方位
θ２（ｔｋ） 方位
ＤＩＦＦ 微分演算子
Ｘ センサー
Ｇ 重力場
Ｈ 磁場
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランク１からランクＮ（Ｎは２以上の整数）までの関節状に繋がれたＮ個の連続した剛体セグメントによって構成され、ランクｎ（ｎ＝２，…，Ｎ）のセグメントはランクｎ−１のセグメントと関節点Ｐｎで連接された構造体のモーションキャプチャー装置であって、
基準座標系における前記ランク１のセグメント上の一点の絶対加速度ベクトル
の手段（ＭＬ）と、
前記ランク１のセグメントに固定され、かつ前記基準座標系における前記ラン
二の測定手段（ＭＤ１）と、
ランクｎ（ｎ＝２，…，Ｎ）の各セグメントに固定され、かつ前記ランクｎの
（ＭＤｎ）と、
を有することを特徴とするモーションキャプチャー装置。
【請求項２】
前記第二の測定手段（ＭＤ１）および前記追加測定手段（ＭＤｎ）が、
加速度計と、
前記構造体が移動する空間中に存在し、かつ前記基準座標系における、ある知られた方向をもった一様な物理的場の測定値を出力するセンサーと、
によって構成されることを特徴とする請求項１に記載のモーションキャプチャー装置。
【請求項３】
前記第二の測定手段（ＭＤ１）および前記追加測定手段（ＭＤｎ）が、少なくとも一つのジャイロメトリック軸を更に有することを特徴とする請求項２に記載のモーションキャプチャー装置。
【請求項４】
前記基準座標系における、ある知られた方向をもった一様な物理的場の測定値を出力する前記センサーが、磁力計であることを特徴とする請求項２または請求項３のいずれか一項に記載のモーションキャプチャー装置。
【請求項５】
前記基準座標系における、ある知られた方向をもった一様な物理的場の測定値を出力する前記センサーが、光電素子であることを特徴とする請求項２または請求項３のいずれか一項に記載のモーションキャプチャー装置。
【請求項６】
前記ランク１のセグメント上の前記一点の絶対加速度ベクトルを再現可能とするデータ項目が前記一点の速度となるように、前記第一の手段（ＭＬ）が速度測定手段で構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記第一の手段（ＭＬ）が、前記ランク１のセグメント上の前記一点の絶対加速度ベクトルを再現可能とする前記データ項目を前記一点の位置とする位置測定手段によって構成された測定手段であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
ランク１からランクＮ（Ｎは２以上の整数）までの関節状に繋がれたＮ個の連続した剛体セグメントによって構成され、ランクｎ（ｎ＝２，…，Ｎ）のセグメントはランクｎ−１のセグメントと関節点Ｐｎで連接された構造体のモーション再生装置であって、
前記ランクｎのセグメントの追加測定手段（ＭＤｎ）と前記関節点Ｐｎとを隔てる距離がゼロとみなせるような前記関節点Ｐｎの近傍に前記ランクｎのセグメントの追加測定手段（ＭＤｎ）が配置されている請求項１から請求項７のいずれか一項に係るモーションキャプチャー装置と、
そして、時間ｔｋ毎に、
ａ） 前記第一の手段によって出力された前記情報により、前記基準座標系に
き付けられたベクトルであり、前記関節点Ｐｎ−１から前記関節点Ｐｎを隔てる距離を、そのモジュラス値とする。）により、前記基準座標系における前記関節点Ｐｎ
を算出する演算手段（３）と、
を有していることを特徴とするモーション再生装置。
【請求項９】
ランク１からランクＮ（Ｎは２以上の整数）までの関節状に繋がれたＮ個の連続した剛体セグメントによって構成され、ランクｎ（ｎ＝２，…，Ｎ）のセグメントはランクｎ−１のセグメントと関節点Ｐｎで連接された構造体のモーション再生装置であって、
前記ランクｎのセグメントの追加測定手段（ＭＤｎ）が前記関節点Ｐｎから離れている請求項１から請求項７のいずれか一項に係るモーションキャプチャー装置と、
そして、時間ｔｋ毎に、
ａ） 前記第一の手段によって出力された前記情報により、前記基準座標系に
き付けられたベクトルであり、前記関節点Ｐｎ−１から前記関節点Ｐｎを隔てる距離を、そのモジュラス値とする。）により、前記基準座標系における前記関節点Ｐｎ
と、そして、前記時間ｔｋを少なくとも２回分先行した前記ランクｎのセグメントの方位ベクトルとから、
手段に向けて向き付けられたベクトルであり、そのモジュラスは実質的に前記関節点Ｐｎと前記ランクｎのセグメントの前記追加測定手段とを隔てる距離に等しい。）
を使って、前記ランクｎのセグメントに固定された追加測定手段の前記測定点の
を算出する演算手段（３）と、
を有していることを特徴とするモーション再生装置。
【請求項１０】
前記第一の測定手段（ＭＬ）および前記第二の測定手段（ＭＤｎ）によって前記演算手段（３）に出力された前記測定値を示す基本電気信号（ＲＤｎ，ＲＬｍ）を送信する無線手段を備えることを特徴とする請求項８または請求項９のいずれか一項に記載のモーション再生装置。
【請求項１１】
前記無線手段が、前記基本電気信号（ＲＤ１，…，ＲＤＸ，ＲＬ１，…，ＲＬＹ）を受信し、そして、前記演算手段（３）への基本電気信号を示す電気信号（ＲＦ）を再送信する中継ユニットを有していることを特徴とする請求項１０に記載のモーション再生装置。
【請求項１２】
前記第一の測定手段（ＭＬ）および前記第二の測定手段（ＭＤｎ）によって出力された前記測定値を記憶する記憶手段が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記記憶手段が前記構造体上に配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
ランク１からランクＮ（Ｎは２以上の整数）までの関節状に繋がれたＮ個の連続した剛体セグメントによって構成され、ランクｎ（ｎ＝２，…，Ｎ）のセグメントはランクｎ−１のセグメントと関節点Ｐｎで連接された構造体のモーションキャプチャー方法であって、
連続的な時間ｔｋ（ｋは１以上の整数）での、ある基準座標系における前記ラン
少なくとも一回の測定と、
連続的な時間ｔｋ毎に、前記基準座標系における前記ランク１のセグメントの方
ランクｎの各セグメントに対して、連続的な時間ｔｋ毎に、前記基準座標系にお
と、
を含むことを特徴とするモーションキャプチャー方法。
【請求項１５】
ぞれ、前記構造体が移動する空間中に存在し、かつ前記基準座標系における、ある知られた方向をもった一様な物理的場の測定であることを特徴とする請求項１４に記載のモーションキャプチャー方法。
【請求項１６】
ある基準座標系における前記ランク１のセグメント上の一点の絶対加速度ベク
あることを特徴とする請求項１４または請求項１５に記載のモーションキャプチャー方法。
【請求項１７】
ある基準座標系における前記ランク１のセグメント上の一点の絶対加速度ベク
あることを特徴とする請求項１４または請求項１５に記載のモーションキャプチャー方法。
【請求項１８】
ランク１からランクＮ（Ｎは２以上の整数）までの関節状に繋がれたＮ個の連続した剛体セグメントによって構成され、ランクｎ（ｎ＝２，…，Ｎ）のセグメントはランクｎ−１のセグメントと関節点Ｐｎで連接された構造体のモーション再生方法であって、
請求項１４から請求項１７のいずれか一項に係るモーションキャプチャー方法と、
そして、時間ｔｋ毎に、
き付けられたベクトルであり、前記関節点Ｐｎ−１から前記関節点Ｐｎを隔てる距離を、そのモジュラス値とする。）により、前記基準座標系における前記関節点Ｐｎ
の算出と、
を含むことを特徴とするモーション再生方法。
【請求項１９】
ランク１からランクＮ（Ｎは２以上の整数）までの関節状に繋がれたＮ個の連続した剛体セグメントによって構成され、ランクｎ（ｎ＝２，…，Ｎ）のセグメントはランクｎ−１のセグメントと関節点Ｐｎで連接された構造体のモーション再生方法であって、
請求項１４から請求項１７のいずれか一項に係るモーションキャプチャー方法と、
そして、時間ｔｋ毎に、
ａ） 前記第一の手段によって出力された前記情報により、前記基準座標系に
き付けられたベクトルであり、前記関節点Ｐｎ−１から前記関節点Ｐｎを隔てる距離を、そのモジュラス値とする。）により、前記基準座標系における前記関節点Ｐｎ
と、そして、前記時間ｔｋを少なくとも２回分先行した前記ランクｎのセグメントの方位ベクトルとから、
手段に向けて向き付けられたベクトルであり、そのモジュラスは実質的に前記関節点Ｐｎと前記ランクｎのセグメントの前記追加測定手段とを隔てる距離に等しい。）
を使って、前記ランクｎのセグメントに固定された追加測定手段の前記測定点の
の算出と、
を含むことを特徴とするモーション再生方法。
【請求項１】
ランク１からランクＮ（Ｎは２以上の整数）までの関節状に繋がれたＮ個の連続した剛体セグメントによって構成され、ランクｎ（ｎ＝２，…，Ｎ）のセグメントはランクｎ−１のセグメントと関節点Ｐｎで連接された構造体のモーションキャプチャー装置であって、
基準座標系における前記ランク１のセグメント上の一点の絶対加速度ベクトル
の手段（ＭＬ）と、
前記ランク１のセグメントに固定され、かつ前記基準座標系における前記ラン
二の測定手段（ＭＤ１）と、
ランクｎ（ｎ＝２，…，Ｎ）の各セグメントに固定され、かつ前記ランクｎの
（ＭＤｎ）と、
を有することを特徴とするモーションキャプチャー装置。
【請求項２】
前記第二の測定手段（ＭＤ１）および前記追加測定手段（ＭＤｎ）が、
加速度計と、
前記構造体が移動する空間中に存在し、かつ前記基準座標系における、ある知られた方向をもった一様な物理的場の測定値を出力するセンサーと、
によって構成されることを特徴とする請求項１に記載のモーションキャプチャー装置。
【請求項３】
前記第二の測定手段（ＭＤ１）および前記追加測定手段（ＭＤｎ）が、少なくとも一つのジャイロメトリック軸を更に有することを特徴とする請求項２に記載のモーションキャプチャー装置。
【請求項４】
前記基準座標系における、ある知られた方向をもった一様な物理的場の測定値を出力する前記センサーが、磁力計であることを特徴とする請求項２または請求項３のいずれか一項に記載のモーションキャプチャー装置。
【請求項５】
前記基準座標系における、ある知られた方向をもった一様な物理的場の測定値を出力する前記センサーが、光電素子であることを特徴とする請求項２または請求項３のいずれか一項に記載のモーションキャプチャー装置。
【請求項６】
前記ランク１のセグメント上の前記一点の絶対加速度ベクトルを再現可能とするデータ項目が前記一点の速度となるように、前記第一の手段（ＭＬ）が速度測定手段で構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記第一の手段（ＭＬ）が、前記ランク１のセグメント上の前記一点の絶対加速度ベクトルを再現可能とする前記データ項目を前記一点の位置とする位置測定手段によって構成された測定手段であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
ランク１からランクＮ（Ｎは２以上の整数）までの関節状に繋がれたＮ個の連続した剛体セグメントによって構成され、ランクｎ（ｎ＝２，…，Ｎ）のセグメントはランクｎ−１のセグメントと関節点Ｐｎで連接された構造体のモーション再生装置であって、
前記ランクｎのセグメントの追加測定手段（ＭＤｎ）と前記関節点Ｐｎとを隔てる距離がゼロとみなせるような前記関節点Ｐｎの近傍に前記ランクｎのセグメントの追加測定手段（ＭＤｎ）が配置されている請求項１から請求項７のいずれか一項に係るモーションキャプチャー装置と、
そして、時間ｔｋ毎に、
ａ） 前記第一の手段によって出力された前記情報により、前記基準座標系に
き付けられたベクトルであり、前記関節点Ｐｎ−１から前記関節点Ｐｎを隔てる距離を、そのモジュラス値とする。）により、前記基準座標系における前記関節点Ｐｎ
を算出する演算手段（３）と、
を有していることを特徴とするモーション再生装置。
【請求項９】
ランク１からランクＮ（Ｎは２以上の整数）までの関節状に繋がれたＮ個の連続した剛体セグメントによって構成され、ランクｎ（ｎ＝２，…，Ｎ）のセグメントはランクｎ−１のセグメントと関節点Ｐｎで連接された構造体のモーション再生装置であって、
前記ランクｎのセグメントの追加測定手段（ＭＤｎ）が前記関節点Ｐｎから離れている請求項１から請求項７のいずれか一項に係るモーションキャプチャー装置と、
そして、時間ｔｋ毎に、
ａ） 前記第一の手段によって出力された前記情報により、前記基準座標系に
き付けられたベクトルであり、前記関節点Ｐｎ−１から前記関節点Ｐｎを隔てる距離を、そのモジュラス値とする。）により、前記基準座標系における前記関節点Ｐｎ
と、そして、前記時間ｔｋを少なくとも２回分先行した前記ランクｎのセグメントの方位ベクトルとから、
手段に向けて向き付けられたベクトルであり、そのモジュラスは実質的に前記関節点Ｐｎと前記ランクｎのセグメントの前記追加測定手段とを隔てる距離に等しい。）
を使って、前記ランクｎのセグメントに固定された追加測定手段の前記測定点の
を算出する演算手段（３）と、
を有していることを特徴とするモーション再生装置。
【請求項１０】
前記第一の測定手段（ＭＬ）および前記第二の測定手段（ＭＤｎ）によって前記演算手段（３）に出力された前記測定値を示す基本電気信号（ＲＤｎ，ＲＬｍ）を送信する無線手段を備えることを特徴とする請求項８または請求項９のいずれか一項に記載のモーション再生装置。
【請求項１１】
前記無線手段が、前記基本電気信号（ＲＤ１，…，ＲＤＸ，ＲＬ１，…，ＲＬＹ）を受信し、そして、前記演算手段（３）への基本電気信号を示す電気信号（ＲＦ）を再送信する中継ユニットを有していることを特徴とする請求項１０に記載のモーション再生装置。
【請求項１２】
前記第一の測定手段（ＭＬ）および前記第二の測定手段（ＭＤｎ）によって出力された前記測定値を記憶する記憶手段が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記記憶手段が前記構造体上に配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
ランク１からランクＮ（Ｎは２以上の整数）までの関節状に繋がれたＮ個の連続した剛体セグメントによって構成され、ランクｎ（ｎ＝２，…，Ｎ）のセグメントはランクｎ−１のセグメントと関節点Ｐｎで連接された構造体のモーションキャプチャー方法であって、
連続的な時間ｔｋ（ｋは１以上の整数）での、ある基準座標系における前記ラン
少なくとも一回の測定と、
連続的な時間ｔｋ毎に、前記基準座標系における前記ランク１のセグメントの方
ランクｎの各セグメントに対して、連続的な時間ｔｋ毎に、前記基準座標系にお
と、
を含むことを特徴とするモーションキャプチャー方法。
【請求項１５】
ぞれ、前記構造体が移動する空間中に存在し、かつ前記基準座標系における、ある知られた方向をもった一様な物理的場の測定であることを特徴とする請求項１４に記載のモーションキャプチャー方法。
【請求項１６】
ある基準座標系における前記ランク１のセグメント上の一点の絶対加速度ベク
あることを特徴とする請求項１４または請求項１５に記載のモーションキャプチャー方法。
【請求項１７】
ある基準座標系における前記ランク１のセグメント上の一点の絶対加速度ベク
あることを特徴とする請求項１４または請求項１５に記載のモーションキャプチャー方法。
【請求項１８】
ランク１からランクＮ（Ｎは２以上の整数）までの関節状に繋がれたＮ個の連続した剛体セグメントによって構成され、ランクｎ（ｎ＝２，…，Ｎ）のセグメントはランクｎ−１のセグメントと関節点Ｐｎで連接された構造体のモーション再生方法であって、
請求項１４から請求項１７のいずれか一項に係るモーションキャプチャー方法と、
そして、時間ｔｋ毎に、
き付けられたベクトルであり、前記関節点Ｐｎ−１から前記関節点Ｐｎを隔てる距離を、そのモジュラス値とする。）により、前記基準座標系における前記関節点Ｐｎ
の算出と、
を含むことを特徴とするモーション再生方法。
【請求項１９】
ランク１からランクＮ（Ｎは２以上の整数）までの関節状に繋がれたＮ個の連続した剛体セグメントによって構成され、ランクｎ（ｎ＝２，…，Ｎ）のセグメントはランクｎ−１のセグメントと関節点Ｐｎで連接された構造体のモーション再生方法であって、
請求項１４から請求項１７のいずれか一項に係るモーションキャプチャー方法と、
そして、時間ｔｋ毎に、
ａ） 前記第一の手段によって出力された前記情報により、前記基準座標系に
き付けられたベクトルであり、前記関節点Ｐｎ−１から前記関節点Ｐｎを隔てる距離を、そのモジュラス値とする。）により、前記基準座標系における前記関節点Ｐｎ
と、そして、前記時間ｔｋを少なくとも２回分先行した前記ランクｎのセグメントの方位ベクトルとから、
手段に向けて向き付けられたベクトルであり、そのモジュラスは実質的に前記関節点Ｐｎと前記ランクｎのセグメントの前記追加測定手段とを隔てる距離に等しい。）
を使って、前記ランクｎのセグメントに固定された追加測定手段の前記測定点の
の算出と、
を含むことを特徴とするモーション再生方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【公表番号】特表２００９−５２６９８０（Ｐ２００９−５２６９８０Ａ）
【公表日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５５４７８５（Ｐ２００８−５５４７８５）
【出願日】平成１９年２月１６日（２００７．２．１６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００７／０５１５２２
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０９３６４１
【国際公開日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【出願人】（５９００００５１４）コミツサリア タ レネルジー アトミーク (429)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月１６日（２００７．２．１６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００７／０５１５２２
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０９３６４１
【国際公開日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【出願人】（５９００００５１４）コミツサリア タ レネルジー アトミーク (429)
【Ｆターム（参考）】
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