重心移動訓練システム
【課題】使用者にスムーズな重心移動を習得させるための訓練が可能な重心移動訓練システムを提供する。
【解決手段】算出部は使用者の左右の荷重の比率を表すバランス値を算出し、指標生成部は、このバランス値に基づいて、指標映像３１を生成して表示装置３に表示させる。模範生成部は、記憶部に記憶されている設定値に従って、重心移動の模範となるバランス値の周期的な変化を示す模範映像３２を生成して表示装置３に表示させる。これにより、使用者に対して、模範映像３２中の棒グラフの動きを指標映像３１で追従するように、左右の各脚に掛かる荷重の割合を変化させるための重心移動を行わせることができる。評価部は、模範映像３２と指標映像３１との間でバランス値が変化するタイミングのずれを評価し、その評価結果は提示部により提示される。
【解決手段】算出部は使用者の左右の荷重の比率を表すバランス値を算出し、指標生成部は、このバランス値に基づいて、指標映像３１を生成して表示装置３に表示させる。模範生成部は、記憶部に記憶されている設定値に従って、重心移動の模範となるバランス値の周期的な変化を示す模範映像３２を生成して表示装置３に表示させる。これにより、使用者に対して、模範映像３２中の棒グラフの動きを指標映像３１で追従するように、左右の各脚に掛かる荷重の割合を変化させるための重心移動を行わせることができる。評価部は、模範映像３２と指標映像３１との間でバランス値が変化するタイミングのずれを評価し、その評価結果は提示部により提示される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用者の重心移動の訓練に用いられる重心移動訓練システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
人の重要な運動機能の１つに重心移動の機能があるが、たとえば病気や怪我により身体の動きに障害のある患者や高齢者等においては、この重心移動の機能が衰えている場合がある。重心移動の機能が不十分な人は、たとえば左右の脚に交互に体重が掛かるようにスムーズに重心移動させることができないがために、歩行などの基本的な運動にも支障がでる場合がある。そのため、重心移動をスムーズに行わせるための重心移動訓練は、たとえばリハビリテーションの分野等に広く取り入れられている。
【０００３】
一方、使用者（利用者）の足元に配置され使用者の前後左右における荷重の比率を測定する測定装置（バランス検出装置）を備え、測定装置の出力から求まる使用者の重心位置を示す映像を表示装置に表示させるシステムが提案されている（たとえば特許文献１参照）。特許文献１記載のシステムを用いれば、使用者は、重心位置を目標位置に一致させるように姿勢を修正することによって、重心が中心に位置するときの正しい姿勢を習得することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２７７１９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１記載のシステムでは、重心位置が使用者にフィードバックされることによって、正しい姿勢からの重心位置の変動を少なくする訓練はできるものの、歩行などに必要なスムーズな重心移動を使用者に習得させるための訓練は難しい。すなわち、特許文献１記載のシステムは、重心位置の移動軌跡等も表示可能であるが、重心位置の移動軌跡からではスムーズに重心移動できているか否かの評価は難しく、スムーズな重心移動を習得させるための訓練に用いるには不十分である。
【０００６】
本発明は上記事由に鑑みて為されており、使用者にスムーズな重心移動を習得させるための訓練が可能な重心移動訓練システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の重心移動訓練システムは、表示面に映像を表示する表示装置と、前記表示装置に映像を表示させる制御装置と、前記表示面と向き合う使用者の足元に配置され水平面内での前記使用者の荷重の分布を測定する測定装置とを備え、前記制御装置は、前記測定装置の測定結果に基づいて前記使用者の左右または前後の荷重の比率を表すバランス値を算出する算出部と、前記使用者の重心移動に伴う前記バランス値の変化を示す指標映像を生成し前記表示装置に表示させる指標生成部と、前記重心移動の模範となる前記バランス値の周期的な変化を示す模範映像を生成し前記表示装置に表示させる模範生成部と、前記模範映像と前記指標映像との間で前記バランス値が変化するタイミングのずれを評価する評価部と、前記評価部の評価結果を提示する提示部とを有することを特徴とする。
【０００８】
この重心移動訓練システムにおいて、前記評価部は、前記模範映像と前記指標映像との間で同一タイミングにおける前記バランス値の差を評価対象に含むことが望ましい。
【０００９】
この重心移動訓練システムにおいて、前記制御装置は、前記模範映像の動きを決めるための設定値を記憶する記憶部と、前記記憶部内の前記設定値を前記評価部の評価結果に応じて変更する設定更新部とをさらに有することがより望ましい。
【００１０】
この重心移動訓練システムにおいて、前記表示面に対して前記使用者側に配置され、前記表示面に表示される映像を透過させるとともに前記使用者の鏡像を映すハーフミラーをさらに備えることがより望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、使用者にスムーズな重心移動を習得させるための訓練をさせることができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態１の重心移動訓練システムにおける表示装置の表示例を示す説明図である。
【図２】同上の重心移動訓練システムのシステム構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下の実施形態では、病気や怪我により重心移動の機能が衰えた患者を対象として、重心移動をスムーズに行わせるためのリハビリテーションに用いられる重心移動訓練システムについて説明する。ただし、以下の実施形態の記載は重心移動訓練システムの用途を限定する趣旨ではなく、たとえば健常者が日頃の運動や、各種のスポーツに必要な重心移動の感覚を習得するためのトレーニングなどに重心移動訓練システムを用いてもよい。
【００１４】
（実施形態１）
本実施形態の重心移動訓練システム１は、図２に示すように、使用者（患者）２の正面に配置され表示面３０に映像を映す表示装置３と、水平面内での使用者２の荷重の分布を測定する測定装置４と、表示装置３等の動作を制御する制御装置５とを備えている。表示装置３および測定装置４は、いずれも制御装置５に対して接続されている。
【００１５】
また、この重心移動訓練システム１は、表示装置３の使用者２と向き合う表示面３０の手前（使用者２側）に配置されたハーフミラー６をさらに備えている。ハーフミラー６は、その前面（鏡面）が使用者２と向き合うように、表示装置３と使用者２との間に垂直に立てて配置されており、背後の表示装置３に表示された映像を使用者２側に透過させる。
【００１６】
表示装置３は、ここではプラズマディスプレイからなり、ハーフミラー６の背面側に取り付けられている。図２では、ハーフミラー６を支持する構造や、表示装置３の取付構造の図示を省略しているが、適宜選択される構造で、ハーフミラー６および表示装置３は十分な強度をもって定位置に固定される。なお、表示装置３はプラズマディスプレイに限らず、液晶ディスプレイ等、他のディスプレイ装置であってもよい。また、ディスプレイ装置の代わりに、ハーフミラー６の背面に貼り付けられる拡散シート（図示せず）と、ハーフミラー６の後方（使用者２とは反対側）から拡散シートに映像を投影する投影装置（図示せず）とで構成される表示装置を用いることも考えられる。
【００１７】
本実施形態においては、ハーフミラー６は、前面が縦長の長方形状であって、使用者２の全身を映す姿見として機能する大きさに形成されている。ハーフミラー６の透過率は、ハーフミラー６を鏡として利用でき、且つ使用者２がハーフミラー６を通して表示装置３に表示される映像を視認できるように設計される。ハーフミラー６は、ガラスや合成樹脂の透明な基材の少なくとも一表面に、金属膜などによる鏡面コーティングが施されることにより形成されている。
【００１８】
ここでは、表示装置３は、ハーフミラー６の背面に表示面３０が接するように配置されている。表示装置３の高さ位置は、下端縁がハーフミラー６の下端から所定の間隔を空けて位置し、且つ上端縁がハーフミラー６の上端から所定の間隔を空けて位置するように決められている。ここで、表示装置３はハーフミラー６の中心よりもやや上方寄りに配置されている。また、表示装置３に表示される映像をハーフミラー６の前面に高輝度で表示できるよう、ハーフミラー６と表示面３０との間には、屈折率を調節して反射を防止する透明材料が充填されていてもよい。
【００１９】
上記構成によれば、ハーフミラー６の前面は、鏡として使用者２の鏡像を映し出すとともに、表示装置３の表示面３０に表示された映像を映し出すように機能する。つまり、ハーフミラー６の正面に使用者２が居れば、使用者２の鏡像がハーフミラー６の前面に映るとともに、表示装置３に表示される映像がハーフミラー６を透過してハーフミラー６の前面に映し出されることになる。詳しくは後述するが、表示装置３に表示される映像は制御装置５によって生成される。
【００２０】
測定装置４は、ハーフミラー６の手前の床であって使用者２の足元に配置されている。この測定装置４は、使用者２が搭乗する搭乗台４０と、搭乗台４０上での使用者２の左右の各脚にそれぞれ掛かる荷重を測定する荷重センサ（図示せず）とを具備している。荷重センサは、右脚側の搭乗台４０と左脚側の搭乗台４０とのそれぞれに対応して少なくとも１個ずつ設けられている。
【００２１】
本実施形態では、測定装置４は、各荷重センサでそれぞれ荷重を測定することにより、搭乗台４０上に立つ使用者２の水平面内での荷重の分布を測定する。つまり、測定装置４は、搭乗台４０の左右方向の中心線を境に左側の領域に掛かる荷重と右側の領域に掛かる荷重とをそれぞれ測定し、左脚と左脚との各々に掛かる荷重の分布をリアルタイムで測定する。
【００２２】
このように、測定装置４は水平面内での使用者２の荷重の分布をリアルタイムで測定し、測定結果を制御装置５に対して出力する。制御装置５に出力される測定装置４の測定結果は水平面内での使用者２の荷重の分布を表す値であればよく、本実施形態では、測定装置４は使用者２の左脚と右脚とのそれぞれに掛かる荷重を制御装置５に出力する。
【００２３】
ここで、測定装置４は、荷重センサにより使用者２の左脚と右脚との一方のみに掛かる荷重を測定する構成であってもよい。つまり、測定装置４は、使用者２の体重が既知として予め与えられていれば、たとえば左脚に掛かる荷重を測定することにより、この荷重が体重に占める割合から、使用者２の荷重の分布を求めることができる。
【００２４】
ところで、本実施形態の重心移動訓練システム１は、測定装置４の測定結果に基づいて使用者２の左右の荷重の比率を表すバランス値を算出する算出部５１を制御装置５に有している。さらに、制御装置５は、使用者２の重心移動に伴うバランス値の変化を示す指標映像を生成する指標生成部５２と、重心移動の模範となるバランス値の周期的な変化を示す模範映像を生成する模範生成部５３と、各種設定値等が記憶される記憶部５４とを有している。指標生成部５２および模範生成部５３は、それぞれ生成した指標映像、模範映像を表示装置３に表示させる。
【００２５】
算出部５１は、測定装置４の測定結果から、搭乗台４０の左右方向の中心線より左側の領域に掛かる荷重（左脚に掛かる荷重）と右側の領域に掛かる荷重（右脚に掛かる荷重）との比率を表すバランス値を、リアルタイムで算出する。具体的には、算出部５１は、使用者２の左脚と右脚とのそれぞれに掛かる荷重に基づいて、その総和（つまり使用者２の体重）を基準として左右の各荷重が占める割合を、バランス値としてリアルタイムで算出する。
【００２６】
たとえば、体重５０ｋｇの使用者２の場合に、左脚に掛かる荷重が３０ｋｇ、右脚に掛かる荷重が２０ｋｇであれば、算出部５１は、左＝６０％（＝０．６）、右＝４０％（＝０．４）というバランス値を算出する。なお、バランス値にて示される左脚に掛かる荷重の割合と右脚に掛かる荷重の割合との和は、常に１００％（＝１）になる。
【００２７】
指標生成部５２は、算出部５１で算出されたバランス値に基づいて、指標映像を生成して表示装置３に表示させる。一方、模範生成部５３は、記憶部５４に記憶されている設定値に従って、模範映像を生成して表示装置３に表示させる。
【００２８】
ここでいう指標映像および模範映像は、いずれもバランス値をリアルタイムで表す動画映像であって、本実施形態では、図１に例示するように、左脚に掛かる荷重の割合と右脚に掛かる荷重の割合とを高さで表す棒グラフの映像である。図１の例では、表示面３０の左右方向に棒グラフが４本並んで表示されているが、そのうち外側の２本の棒グラフが指標映像３１であって、内側の２本は模範映像３２である。ここで、使用者２が指標映像３１と模範映像３２とを容易に区別可能となるように、たとえば指標映像３１の棒グラフは白色で表示され、模範映像３２の棒グラフは橙色で表示される。
【００２９】
すなわち、指標映像３１および模範映像３２は、左脚と右脚に対応するように棒グラフを一対ずつ含んでおり、それぞれ縦長の長方形状の枠内に表示された棒グラフの高さによって、１００％を上限に左右の各脚に掛かる荷重の全体重に占める割合を示している。本実施形態では、表示面３０の左端に表示される棒グラフが左脚、右端に表示される棒グラフが右脚に対応しており、指標映像３１および模範映像３２は左右の各脚に掛かる荷重の割合を１％刻みで各棒グラフの高さに反映している。
【００３０】
したがって、たとえば使用者２が左脚から右脚に重心を移すように重心移動を行った場合、指標映像３１は、重心移動に伴って左脚に対応する棒グラフが徐々に低くなり右脚に対応する棒グラフが徐々に高くなるように変化する。これに対して、模範映像３２は、使用者２の動きには関係なく、所定の周期で左右の棒グラフが交互に高くなるように変化することにより、使用者２の重心移動の模範となるバランス値の周期的な変化を表す。
【００３１】
記憶部５４には、模範映像３２の動きを決める設定値として、周期と運動強度と運動時間とが予め記憶されている。ここでいう周期はバランス値の変化の周期を表しており、運動強度は左右の各脚に掛かる荷重の割合の最大値（つまり棒グラフの最大値）を表しており、運動時間は使用者２に運動をさせる時間を表している。これらの設定値は、制御装置５の入力部となる入力インタフェース（キーボード等）を用いて外部から任意に設定され、記憶部５４に予め記憶されている。なお、運動強度は、ここでは左脚と右脚とで別々の値が設定されてもよい。
【００３２】
模範生成部５３は、記憶部５４に記憶されている周期と運動強度とによって決定されるバランス値の変化のパターンを示す模範映像３２を生成し、この模範映像３２を運動時間に亘って表示装置３に表示させる。本実施形態においては、模範生成部５３は、棒グラフの高さの時間変化が正弦波状となるようなパターンで変化する模範映像３２を生成する。
【００３３】
なお、図１の例では、運動強度３３、周期（周波数）３４、運動時間３５がそれぞれ表示面３０における指標映像３１、模範映像３２の上方に表示され、残り時間３６が指標映像３１、模範映像３２の下方に表示されている。ここでいう残り時間は、運動時間から経過時間を差し引いた時間である。これらの情報が表示されることにより、使用者２は模範映像３２中の棒グラフの変化によって示される運動のパターンを定量的に認識することができる。
【００３４】
上述したように指標映像３１と模範映像３２とが表示装置３に表示されることにより、使用者２に対して、模範映像３２中の棒グラフの動きを指標映像３１で追従するように、左右の各脚に掛かる荷重の割合を変化させるための重心移動を行わせることができる。すなわち、使用者２は、模範映像３２中の棒グラフの動きに合わせて左右の各脚に掛かる荷重の割合を変化させるべく重心移動を行うことができる。ここで、算出部５１で算出されたバランス値が、模範映像３２の表すバランス値を中心とする所定の許容範囲（たとえば±３％）に入ると、模範生成部５３がたとえば棒グラフの表示色を変化させるなどして使用者２に通知するようにしてもよい。
【００３５】
ところで、本実施形態の重心移動訓練システム１は、模範映像３２と指標映像３１との間でバランス値が変化するタイミングのずれを評価する評価部５５と、評価部５５の評価結果を提示する提示部５６とを、制御装置５にさらに有している。
【００３６】
すなわち、評価部５５は、使用者２の重心移動に伴うバランス値の変化を示す指標映像３１と、重心移動の模範となるバランス値の周期的な変化を示す模範映像３２とを対比して、両者間でバランス値の変化のタイミングのずれを評価する。この評価結果は、模範映像３２にて示される模範的な重心移動に対する、指標映像３１によって示される実際の使用者２の重心移動の追従性を表しており、ずれが小さいほど追従性が高いことを表す。
【００３７】
具体的に説明すると、評価部５５は、所定のサンプリング周期（たとえば１００ｍｓｅｃ）で、一方の脚（たとえば右脚）に掛かる荷重の全体重に占める割合について、模範映像３２が示す値と指標映像３１が示す値との差分を算出する。このようにして算出される差分には、その大きさに応じた点数が予め割り当てられており、評価部５５は、差分を算出する度に当該差分に対応する点数を加算していき、最終的に求まった合計点数を評価点とする。このようにして求まる評価点は、差分が小さい（つまりずれが小さい）ほど高得点となるように割り当てられている。
【００３８】
要するに、本実施形態では、評価部５５は模範映像３２と指標映像３１との間で同一タイミングにおけるバランス値の差を評価対象に含み、模範映像３２と指標映像３１とのずれを評価する。これにより、評価部５５では、たとえば模範映像３２と指標映像３１とで、バランス値の変化のタイミングだけは合っているものの、バランス値の大きさがずれているような場合に、その大きさのずれをも評価することができる。その結果、評価部５５は、模範映像３２にて示される模範的な重心移動と、指標映像３１によって示される実際の使用者２の重心移動とのずれを厳密に評価することができるという利点がある。
【００３９】
ただし、評価部５５が行う評価の方法は上述した方法に限らず、模範映像３２と指標映像３１との間でバランス値が変化するタイミングのずれを評価できる方法であればよい。たとえば、評価部５５は、所定のサンプリング周期ごとに算出した差分の累計を求め、求まった累計値を点数に換算することにより評価点を求めてもよい。
【００４０】
また、同一タイミングにおけるバランス値の差を評価対象に含まない場合でも、評価部５５は、模範映像３２と指標映像３１との間でバランス値が変化するタイミングのずれを評価することができる。つまり、評価部５５は、たとえば模範映像３２と指標映像３１との各々から一方の脚（たとえば右脚）に掛かる荷重の全体重に占める割合の極大点（または極小点）を抽出し、時間軸方向における極大点（または極小点）のずれを数値化することで評価できる。
【００４１】
提示部５６は、このようにして評価部５５で為された模範映像３２と指標映像３１とのタイミングのずれの評価結果を使用者２に提示する。具体的には、提示部５６は、評価部５５の評価結果を音声や光等で使用者２に提示する。あるいは、評価部５５の評価結果を表示装置３に表示させる構成とし、表示装置３が提示部として兼用されてもよい。表示装置３が提示部として兼用される場合、訓練時間の終了後、表示面３０に評価結果を示すメッセージが表示される構成とすることが考えられる。
【００４２】
提示部５６が提示する内容は、ずれの程度を数値化して定量的に表す評価点であってもよいし、評価点を複数の段階に分けてランク付けした結果であってもよい。評価部５５により、たとえば右脚側に重心を移動させる際に大きくずれているといったずれの傾向が判断されている場合には、この判断結果に応じたアドバイスを提示部５６が提示してもよい。
【００４３】
次に、上述した重心移動訓練システムを用いて使用者２が重心移動の訓練を行う例について説明する。
【００４４】
制御装置５は、入力インタフェースに対し訓練を開始する所定の操作が為されると、タイマ（図示せず）にて運動時間の計時を開始するとともに、指標映像３１および模範映像３２を表示装置３に表示させる。使用者２は、指標映像３１と模範映像３２とを見ながら、指標映像３１の棒グラフの動きを模範映像３２に合わせるように、重心移動を行うことで、正しい重心移動の運動を行うことができる。
【００４５】
運動時間が終了すると、制御装置５は、指標映像３１および模範映像３２の表示を終了するとともに、評価部５５にて模範映像３２と指標映像３１とのタイミングのずれを評価し、提示部５６にて評価結果を使用者２に提示する。この状態で、入力インタフェースに対し訓練を開始する所定の操作が為されると、制御装置５は再度、運動時間の計時を開始するとともに、指標映像３１および模範映像３２を表示装置３に表示させる。
【００４６】
以上説明した構成の重心移動訓練システム１によれば、使用者２は、模範映像３２に指標映像３１を合わせるように重心移動を行うことにより、模範映像３２にて模範される正しい重心移動を習得することができる。ここで、使用者２は、周期的に変化する重心位置に合わせて重心移動を行うことができるように訓練することは、スムーズな重心移動を習得することに直結する。そのため、使用者２は、ゲームを楽しんでいるような感覚で身体を動かすだけで、歩行などに必要なスムーズな重心移動を習得するための訓練を行うことができる。このような訓練を行うことにより、使用者２は瞬発力も鍛えられることになり、歩行時の転倒防止などにもつながる。
【００４７】
しかも、評価部５５は、模範映像３２と指標映像３１とのタイミングのずれから、模範映像３２にて示される模範的な重心移動に対する実際の使用者２の重心移動の追従性を評価し、その評価結果は提示部５６から使用者２にフィードバックされる。したがって、使用者２は、自身がスムーズに重心移動できているか否かの評価結果に基づいて、重心移動訓練の必要性や効果を十分に理解することができる。
【００４８】
また、本実施形態の重心移動訓練システム１では、使用者２は、ハーフミラー６に映る自身の鏡像を見ながら運動することができるので、自身がどのような姿勢のときにどのように重心が移動するのかということを視覚的に学習することができる。そのため、使用者２は、訓練を行う中で、たとえば右脚に荷重を掛ける場合には身体をどのように傾ければよいか等、重心移動に必要な身体の動きを習得することができるという利点がある。
【００４９】
ところで、制御装置５は、記憶部５４に記憶されている模範映像３２の動きを決めるための設定値を、評価部５５の評価結果に応じて自動的に変更する設定更新部（図示せず）を有していてもよい。この構成では、模範生成部５３は、評価部５５の評価結果に応じて模範映像３２の内容を変更することになる。
【００５０】
つまり、評価部５５にて高い評価が得られた場合（ずれが小さい場合）、設定更新部は、模範映像３２が示す重心移動の難易度を上げるべく、設定値の周期を短くしたり、運動強度を上げたりする。一方、評価部５５にて低い評価が得られた場合（ずれが大きい場合）、設定更新部は、模範映像３２が示す重心移動の難易度を下げるべく、設定値の周期を長くしたり、運動強度を下げたりする。
【００５１】
その結果、重心移動訓練システム１は、使用者２の重心移動の能力に合った難易度の訓練を使用者２に受けさせることができ、使用者２に過度な負担を与えることなく、適切な運動を行わせることができる。
【００５２】
なお、本実施形態では、指標映像３１および模範映像３２として、棒グラフの映像を例示したが、この例に限らず、たとえば真上を指した基準位置から左右に振れるように回動する針の映像などであってもよい。
【００５３】
（実施形態２）
本実施形態の重心移動訓練システム１は、ハーフミラーを備えていない点が実施形態１の重心移動訓練システム１と相違する。また、本実施形態では、使用者２の前方に配置され使用者２を前方から撮像する向きにレンズが向けられた撮像装置（図示せず）が設けられている。
【００５４】
撮像装置は、たとえばカメラスタンド等を利用して表示装置３の正面側（使用者２側）における使用者２の目の高さ位置に設置されている。さらに、撮像装置は、その視野内に使用者２の全身が含まれ、且つ使用者２が直立した状態で使用者２の身体の左右方向における中心線が撮像した映像の左右方向の中心線に一致するように、チルト角およびパン角が調節されている。
【００５５】
上述したような撮像装置の位置および向きの調節は、使用者２の立ち位置、目線の高さ等が決定してから初期設定として行われる。これにより、撮像装置では、使用者２の全身を映した動画像（以下、「全身映像」という）が撮像されることになる。
【００５６】
制御装置５は、表示装置３と撮像装置との両方に接続されており、撮像装置で撮像された映像を加工して表示装置３に表示させる機能を持つ。具体的には、制御装置５は、全身映像を撮像装置から取得し、取得した全身映像を左右反転させて反転映像を生成する反転処理部（図示せず）を有する。さらに、制御装置５は、反転映像の左右方向の中心線が表示面３０の左右方向の中心線に一致するように、反転映像を表示装置３に表示させる。これにより、表示装置３の表示面３０には、使用者２の全身の映像が、鏡に映った鏡像のように左右反転されて表示されることになる。
【００５７】
すなわち、撮像装置で撮像される映像は、何の加工も施されなければ、鏡像のように左右が反転されることはなく、表示面３０に正対する使用者２から見た左右と、表示面３０に表示される映像における左右とは反対になる。要するに、撮像装置で撮像された使用者２の全身の映像が、何の加工も施されずに、使用者２と正対する表示装置３の表示面３０に表示されると、表示面３０上では右側に使用者２の左半身が映り、左側に使用者２の右半身が映ることになる。
【００５８】
これに対して、反転映像は全身映像を左右反転させた映像であるから、表示装置３は、表示面３０上では右側に使用者２の右半身が映り、左側に使用者２の左半身が映るように反転映像を表示する。その結果、表示装置３は、表示面３０に映る反転映像を使用者２に視認させることにより、使用者２に対して、反転映像を自らの全身の鏡像と錯覚させることができる。
【００５９】
ここで、制御装置５は、撮像装置から入力される映像をリアルタイム（１秒間に１５〜３０フレーム程度）で加工（反転）して、表示装置３に映像信号を出力する。表示装置３は、制御装置５からの映像信号を受け、リアルタイムで反転映像を表示する。そのため、表示装置３の表示面３０には、実際の使用者２の動きに合わせて動く動画像が反転映像として表示されることになる。たとえば、使用者２が右腕を上げると、その動きに合わせて表示面３０に表示される反転映像においても使用者２から見て右側の腕が上がることになる。
【００６０】
すなわち、本実施形態の重心移動訓練システム１は、光学的に形成される鏡像を提示することはなく、表示装置３に表示された反転映像を使用者２に視認させ、使用者２に対して、反転映像を自身の鏡像と錯覚させることができる。
【００６１】
さらに、指標生成部５２および模範生成部５３は、反転処理部で生成された反転映像と共に、指標映像３１および模範映像３２を表示装置３に表示させる。反転映像は指標映像３１および模範映像３２と重なるように表示されてもよいが、この場合、反転映像は半透明（たとえば透過率５０％）の映像として表示されることが望ましい。
【００６２】
以上説明した本実施形態の重心移動訓練システム１によれば、ハーフミラーを省略した分だけ、実施形態１のシステムに比べて構成を簡略化できるという利点がある。しかも、本実施形態の構成では、比較的大型の画面を備えるディスプレイが予め備わっていれば、専用のディスプレイを新設しなくても、既存のディスプレイを表示装置３として用いることが可能であるため、システムの導入コストを低減できる。
【００６３】
なお、使用者２自身の重心移動は指標映像３１にて使用者２に提示されているので、使用者２が自身の像（鏡像）を見ながら運動できることは必須ではなく、反転映像を表示する機能は省略されていてもよい。
【００６４】
その他の構成および機能は実施形態１と同様である。
【００６５】
ところで、上記各実施形態では、算出部５１は使用者２の左右の荷重の比率をバランス値として求め、評価部５５においてもこのバランス値に基づいて重心移動のずれが評価される例を示したが、この例に限らず、バランス値は使用者２の前後の荷重の比率でもよい。この場合、重心移動訓練システム１は、重心位置を前後方向に交互に移動させるような重心移動を行う訓練に用いることができる。
【符号の説明】
【００６６】
１ 重心移動訓練システム
２ 使用者
３ 表示装置
４ 測定装置
５ 制御装置
６ ハーフミラー
３０ 表示面
３１ 指標映像
３２ 模範映像
５１ 算出部
５２ 指標生成部
５３ 模範生成部
５４ 記憶部
５５ 評価部
５６ 提示部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用者の重心移動の訓練に用いられる重心移動訓練システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
人の重要な運動機能の１つに重心移動の機能があるが、たとえば病気や怪我により身体の動きに障害のある患者や高齢者等においては、この重心移動の機能が衰えている場合がある。重心移動の機能が不十分な人は、たとえば左右の脚に交互に体重が掛かるようにスムーズに重心移動させることができないがために、歩行などの基本的な運動にも支障がでる場合がある。そのため、重心移動をスムーズに行わせるための重心移動訓練は、たとえばリハビリテーションの分野等に広く取り入れられている。
【０００３】
一方、使用者（利用者）の足元に配置され使用者の前後左右における荷重の比率を測定する測定装置（バランス検出装置）を備え、測定装置の出力から求まる使用者の重心位置を示す映像を表示装置に表示させるシステムが提案されている（たとえば特許文献１参照）。特許文献１記載のシステムを用いれば、使用者は、重心位置を目標位置に一致させるように姿勢を修正することによって、重心が中心に位置するときの正しい姿勢を習得することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２７７１９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１記載のシステムでは、重心位置が使用者にフィードバックされることによって、正しい姿勢からの重心位置の変動を少なくする訓練はできるものの、歩行などに必要なスムーズな重心移動を使用者に習得させるための訓練は難しい。すなわち、特許文献１記載のシステムは、重心位置の移動軌跡等も表示可能であるが、重心位置の移動軌跡からではスムーズに重心移動できているか否かの評価は難しく、スムーズな重心移動を習得させるための訓練に用いるには不十分である。
【０００６】
本発明は上記事由に鑑みて為されており、使用者にスムーズな重心移動を習得させるための訓練が可能な重心移動訓練システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の重心移動訓練システムは、表示面に映像を表示する表示装置と、前記表示装置に映像を表示させる制御装置と、前記表示面と向き合う使用者の足元に配置され水平面内での前記使用者の荷重の分布を測定する測定装置とを備え、前記制御装置は、前記測定装置の測定結果に基づいて前記使用者の左右または前後の荷重の比率を表すバランス値を算出する算出部と、前記使用者の重心移動に伴う前記バランス値の変化を示す指標映像を生成し前記表示装置に表示させる指標生成部と、前記重心移動の模範となる前記バランス値の周期的な変化を示す模範映像を生成し前記表示装置に表示させる模範生成部と、前記模範映像と前記指標映像との間で前記バランス値が変化するタイミングのずれを評価する評価部と、前記評価部の評価結果を提示する提示部とを有することを特徴とする。
【０００８】
この重心移動訓練システムにおいて、前記評価部は、前記模範映像と前記指標映像との間で同一タイミングにおける前記バランス値の差を評価対象に含むことが望ましい。
【０００９】
この重心移動訓練システムにおいて、前記制御装置は、前記模範映像の動きを決めるための設定値を記憶する記憶部と、前記記憶部内の前記設定値を前記評価部の評価結果に応じて変更する設定更新部とをさらに有することがより望ましい。
【００１０】
この重心移動訓練システムにおいて、前記表示面に対して前記使用者側に配置され、前記表示面に表示される映像を透過させるとともに前記使用者の鏡像を映すハーフミラーをさらに備えることがより望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、使用者にスムーズな重心移動を習得させるための訓練をさせることができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態１の重心移動訓練システムにおける表示装置の表示例を示す説明図である。
【図２】同上の重心移動訓練システムのシステム構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下の実施形態では、病気や怪我により重心移動の機能が衰えた患者を対象として、重心移動をスムーズに行わせるためのリハビリテーションに用いられる重心移動訓練システムについて説明する。ただし、以下の実施形態の記載は重心移動訓練システムの用途を限定する趣旨ではなく、たとえば健常者が日頃の運動や、各種のスポーツに必要な重心移動の感覚を習得するためのトレーニングなどに重心移動訓練システムを用いてもよい。
【００１４】
（実施形態１）
本実施形態の重心移動訓練システム１は、図２に示すように、使用者（患者）２の正面に配置され表示面３０に映像を映す表示装置３と、水平面内での使用者２の荷重の分布を測定する測定装置４と、表示装置３等の動作を制御する制御装置５とを備えている。表示装置３および測定装置４は、いずれも制御装置５に対して接続されている。
【００１５】
また、この重心移動訓練システム１は、表示装置３の使用者２と向き合う表示面３０の手前（使用者２側）に配置されたハーフミラー６をさらに備えている。ハーフミラー６は、その前面（鏡面）が使用者２と向き合うように、表示装置３と使用者２との間に垂直に立てて配置されており、背後の表示装置３に表示された映像を使用者２側に透過させる。
【００１６】
表示装置３は、ここではプラズマディスプレイからなり、ハーフミラー６の背面側に取り付けられている。図２では、ハーフミラー６を支持する構造や、表示装置３の取付構造の図示を省略しているが、適宜選択される構造で、ハーフミラー６および表示装置３は十分な強度をもって定位置に固定される。なお、表示装置３はプラズマディスプレイに限らず、液晶ディスプレイ等、他のディスプレイ装置であってもよい。また、ディスプレイ装置の代わりに、ハーフミラー６の背面に貼り付けられる拡散シート（図示せず）と、ハーフミラー６の後方（使用者２とは反対側）から拡散シートに映像を投影する投影装置（図示せず）とで構成される表示装置を用いることも考えられる。
【００１７】
本実施形態においては、ハーフミラー６は、前面が縦長の長方形状であって、使用者２の全身を映す姿見として機能する大きさに形成されている。ハーフミラー６の透過率は、ハーフミラー６を鏡として利用でき、且つ使用者２がハーフミラー６を通して表示装置３に表示される映像を視認できるように設計される。ハーフミラー６は、ガラスや合成樹脂の透明な基材の少なくとも一表面に、金属膜などによる鏡面コーティングが施されることにより形成されている。
【００１８】
ここでは、表示装置３は、ハーフミラー６の背面に表示面３０が接するように配置されている。表示装置３の高さ位置は、下端縁がハーフミラー６の下端から所定の間隔を空けて位置し、且つ上端縁がハーフミラー６の上端から所定の間隔を空けて位置するように決められている。ここで、表示装置３はハーフミラー６の中心よりもやや上方寄りに配置されている。また、表示装置３に表示される映像をハーフミラー６の前面に高輝度で表示できるよう、ハーフミラー６と表示面３０との間には、屈折率を調節して反射を防止する透明材料が充填されていてもよい。
【００１９】
上記構成によれば、ハーフミラー６の前面は、鏡として使用者２の鏡像を映し出すとともに、表示装置３の表示面３０に表示された映像を映し出すように機能する。つまり、ハーフミラー６の正面に使用者２が居れば、使用者２の鏡像がハーフミラー６の前面に映るとともに、表示装置３に表示される映像がハーフミラー６を透過してハーフミラー６の前面に映し出されることになる。詳しくは後述するが、表示装置３に表示される映像は制御装置５によって生成される。
【００２０】
測定装置４は、ハーフミラー６の手前の床であって使用者２の足元に配置されている。この測定装置４は、使用者２が搭乗する搭乗台４０と、搭乗台４０上での使用者２の左右の各脚にそれぞれ掛かる荷重を測定する荷重センサ（図示せず）とを具備している。荷重センサは、右脚側の搭乗台４０と左脚側の搭乗台４０とのそれぞれに対応して少なくとも１個ずつ設けられている。
【００２１】
本実施形態では、測定装置４は、各荷重センサでそれぞれ荷重を測定することにより、搭乗台４０上に立つ使用者２の水平面内での荷重の分布を測定する。つまり、測定装置４は、搭乗台４０の左右方向の中心線を境に左側の領域に掛かる荷重と右側の領域に掛かる荷重とをそれぞれ測定し、左脚と左脚との各々に掛かる荷重の分布をリアルタイムで測定する。
【００２２】
このように、測定装置４は水平面内での使用者２の荷重の分布をリアルタイムで測定し、測定結果を制御装置５に対して出力する。制御装置５に出力される測定装置４の測定結果は水平面内での使用者２の荷重の分布を表す値であればよく、本実施形態では、測定装置４は使用者２の左脚と右脚とのそれぞれに掛かる荷重を制御装置５に出力する。
【００２３】
ここで、測定装置４は、荷重センサにより使用者２の左脚と右脚との一方のみに掛かる荷重を測定する構成であってもよい。つまり、測定装置４は、使用者２の体重が既知として予め与えられていれば、たとえば左脚に掛かる荷重を測定することにより、この荷重が体重に占める割合から、使用者２の荷重の分布を求めることができる。
【００２４】
ところで、本実施形態の重心移動訓練システム１は、測定装置４の測定結果に基づいて使用者２の左右の荷重の比率を表すバランス値を算出する算出部５１を制御装置５に有している。さらに、制御装置５は、使用者２の重心移動に伴うバランス値の変化を示す指標映像を生成する指標生成部５２と、重心移動の模範となるバランス値の周期的な変化を示す模範映像を生成する模範生成部５３と、各種設定値等が記憶される記憶部５４とを有している。指標生成部５２および模範生成部５３は、それぞれ生成した指標映像、模範映像を表示装置３に表示させる。
【００２５】
算出部５１は、測定装置４の測定結果から、搭乗台４０の左右方向の中心線より左側の領域に掛かる荷重（左脚に掛かる荷重）と右側の領域に掛かる荷重（右脚に掛かる荷重）との比率を表すバランス値を、リアルタイムで算出する。具体的には、算出部５１は、使用者２の左脚と右脚とのそれぞれに掛かる荷重に基づいて、その総和（つまり使用者２の体重）を基準として左右の各荷重が占める割合を、バランス値としてリアルタイムで算出する。
【００２６】
たとえば、体重５０ｋｇの使用者２の場合に、左脚に掛かる荷重が３０ｋｇ、右脚に掛かる荷重が２０ｋｇであれば、算出部５１は、左＝６０％（＝０．６）、右＝４０％（＝０．４）というバランス値を算出する。なお、バランス値にて示される左脚に掛かる荷重の割合と右脚に掛かる荷重の割合との和は、常に１００％（＝１）になる。
【００２７】
指標生成部５２は、算出部５１で算出されたバランス値に基づいて、指標映像を生成して表示装置３に表示させる。一方、模範生成部５３は、記憶部５４に記憶されている設定値に従って、模範映像を生成して表示装置３に表示させる。
【００２８】
ここでいう指標映像および模範映像は、いずれもバランス値をリアルタイムで表す動画映像であって、本実施形態では、図１に例示するように、左脚に掛かる荷重の割合と右脚に掛かる荷重の割合とを高さで表す棒グラフの映像である。図１の例では、表示面３０の左右方向に棒グラフが４本並んで表示されているが、そのうち外側の２本の棒グラフが指標映像３１であって、内側の２本は模範映像３２である。ここで、使用者２が指標映像３１と模範映像３２とを容易に区別可能となるように、たとえば指標映像３１の棒グラフは白色で表示され、模範映像３２の棒グラフは橙色で表示される。
【００２９】
すなわち、指標映像３１および模範映像３２は、左脚と右脚に対応するように棒グラフを一対ずつ含んでおり、それぞれ縦長の長方形状の枠内に表示された棒グラフの高さによって、１００％を上限に左右の各脚に掛かる荷重の全体重に占める割合を示している。本実施形態では、表示面３０の左端に表示される棒グラフが左脚、右端に表示される棒グラフが右脚に対応しており、指標映像３１および模範映像３２は左右の各脚に掛かる荷重の割合を１％刻みで各棒グラフの高さに反映している。
【００３０】
したがって、たとえば使用者２が左脚から右脚に重心を移すように重心移動を行った場合、指標映像３１は、重心移動に伴って左脚に対応する棒グラフが徐々に低くなり右脚に対応する棒グラフが徐々に高くなるように変化する。これに対して、模範映像３２は、使用者２の動きには関係なく、所定の周期で左右の棒グラフが交互に高くなるように変化することにより、使用者２の重心移動の模範となるバランス値の周期的な変化を表す。
【００３１】
記憶部５４には、模範映像３２の動きを決める設定値として、周期と運動強度と運動時間とが予め記憶されている。ここでいう周期はバランス値の変化の周期を表しており、運動強度は左右の各脚に掛かる荷重の割合の最大値（つまり棒グラフの最大値）を表しており、運動時間は使用者２に運動をさせる時間を表している。これらの設定値は、制御装置５の入力部となる入力インタフェース（キーボード等）を用いて外部から任意に設定され、記憶部５４に予め記憶されている。なお、運動強度は、ここでは左脚と右脚とで別々の値が設定されてもよい。
【００３２】
模範生成部５３は、記憶部５４に記憶されている周期と運動強度とによって決定されるバランス値の変化のパターンを示す模範映像３２を生成し、この模範映像３２を運動時間に亘って表示装置３に表示させる。本実施形態においては、模範生成部５３は、棒グラフの高さの時間変化が正弦波状となるようなパターンで変化する模範映像３２を生成する。
【００３３】
なお、図１の例では、運動強度３３、周期（周波数）３４、運動時間３５がそれぞれ表示面３０における指標映像３１、模範映像３２の上方に表示され、残り時間３６が指標映像３１、模範映像３２の下方に表示されている。ここでいう残り時間は、運動時間から経過時間を差し引いた時間である。これらの情報が表示されることにより、使用者２は模範映像３２中の棒グラフの変化によって示される運動のパターンを定量的に認識することができる。
【００３４】
上述したように指標映像３１と模範映像３２とが表示装置３に表示されることにより、使用者２に対して、模範映像３２中の棒グラフの動きを指標映像３１で追従するように、左右の各脚に掛かる荷重の割合を変化させるための重心移動を行わせることができる。すなわち、使用者２は、模範映像３２中の棒グラフの動きに合わせて左右の各脚に掛かる荷重の割合を変化させるべく重心移動を行うことができる。ここで、算出部５１で算出されたバランス値が、模範映像３２の表すバランス値を中心とする所定の許容範囲（たとえば±３％）に入ると、模範生成部５３がたとえば棒グラフの表示色を変化させるなどして使用者２に通知するようにしてもよい。
【００３５】
ところで、本実施形態の重心移動訓練システム１は、模範映像３２と指標映像３１との間でバランス値が変化するタイミングのずれを評価する評価部５５と、評価部５５の評価結果を提示する提示部５６とを、制御装置５にさらに有している。
【００３６】
すなわち、評価部５５は、使用者２の重心移動に伴うバランス値の変化を示す指標映像３１と、重心移動の模範となるバランス値の周期的な変化を示す模範映像３２とを対比して、両者間でバランス値の変化のタイミングのずれを評価する。この評価結果は、模範映像３２にて示される模範的な重心移動に対する、指標映像３１によって示される実際の使用者２の重心移動の追従性を表しており、ずれが小さいほど追従性が高いことを表す。
【００３７】
具体的に説明すると、評価部５５は、所定のサンプリング周期（たとえば１００ｍｓｅｃ）で、一方の脚（たとえば右脚）に掛かる荷重の全体重に占める割合について、模範映像３２が示す値と指標映像３１が示す値との差分を算出する。このようにして算出される差分には、その大きさに応じた点数が予め割り当てられており、評価部５５は、差分を算出する度に当該差分に対応する点数を加算していき、最終的に求まった合計点数を評価点とする。このようにして求まる評価点は、差分が小さい（つまりずれが小さい）ほど高得点となるように割り当てられている。
【００３８】
要するに、本実施形態では、評価部５５は模範映像３２と指標映像３１との間で同一タイミングにおけるバランス値の差を評価対象に含み、模範映像３２と指標映像３１とのずれを評価する。これにより、評価部５５では、たとえば模範映像３２と指標映像３１とで、バランス値の変化のタイミングだけは合っているものの、バランス値の大きさがずれているような場合に、その大きさのずれをも評価することができる。その結果、評価部５５は、模範映像３２にて示される模範的な重心移動と、指標映像３１によって示される実際の使用者２の重心移動とのずれを厳密に評価することができるという利点がある。
【００３９】
ただし、評価部５５が行う評価の方法は上述した方法に限らず、模範映像３２と指標映像３１との間でバランス値が変化するタイミングのずれを評価できる方法であればよい。たとえば、評価部５５は、所定のサンプリング周期ごとに算出した差分の累計を求め、求まった累計値を点数に換算することにより評価点を求めてもよい。
【００４０】
また、同一タイミングにおけるバランス値の差を評価対象に含まない場合でも、評価部５５は、模範映像３２と指標映像３１との間でバランス値が変化するタイミングのずれを評価することができる。つまり、評価部５５は、たとえば模範映像３２と指標映像３１との各々から一方の脚（たとえば右脚）に掛かる荷重の全体重に占める割合の極大点（または極小点）を抽出し、時間軸方向における極大点（または極小点）のずれを数値化することで評価できる。
【００４１】
提示部５６は、このようにして評価部５５で為された模範映像３２と指標映像３１とのタイミングのずれの評価結果を使用者２に提示する。具体的には、提示部５６は、評価部５５の評価結果を音声や光等で使用者２に提示する。あるいは、評価部５５の評価結果を表示装置３に表示させる構成とし、表示装置３が提示部として兼用されてもよい。表示装置３が提示部として兼用される場合、訓練時間の終了後、表示面３０に評価結果を示すメッセージが表示される構成とすることが考えられる。
【００４２】
提示部５６が提示する内容は、ずれの程度を数値化して定量的に表す評価点であってもよいし、評価点を複数の段階に分けてランク付けした結果であってもよい。評価部５５により、たとえば右脚側に重心を移動させる際に大きくずれているといったずれの傾向が判断されている場合には、この判断結果に応じたアドバイスを提示部５６が提示してもよい。
【００４３】
次に、上述した重心移動訓練システムを用いて使用者２が重心移動の訓練を行う例について説明する。
【００４４】
制御装置５は、入力インタフェースに対し訓練を開始する所定の操作が為されると、タイマ（図示せず）にて運動時間の計時を開始するとともに、指標映像３１および模範映像３２を表示装置３に表示させる。使用者２は、指標映像３１と模範映像３２とを見ながら、指標映像３１の棒グラフの動きを模範映像３２に合わせるように、重心移動を行うことで、正しい重心移動の運動を行うことができる。
【００４５】
運動時間が終了すると、制御装置５は、指標映像３１および模範映像３２の表示を終了するとともに、評価部５５にて模範映像３２と指標映像３１とのタイミングのずれを評価し、提示部５６にて評価結果を使用者２に提示する。この状態で、入力インタフェースに対し訓練を開始する所定の操作が為されると、制御装置５は再度、運動時間の計時を開始するとともに、指標映像３１および模範映像３２を表示装置３に表示させる。
【００４６】
以上説明した構成の重心移動訓練システム１によれば、使用者２は、模範映像３２に指標映像３１を合わせるように重心移動を行うことにより、模範映像３２にて模範される正しい重心移動を習得することができる。ここで、使用者２は、周期的に変化する重心位置に合わせて重心移動を行うことができるように訓練することは、スムーズな重心移動を習得することに直結する。そのため、使用者２は、ゲームを楽しんでいるような感覚で身体を動かすだけで、歩行などに必要なスムーズな重心移動を習得するための訓練を行うことができる。このような訓練を行うことにより、使用者２は瞬発力も鍛えられることになり、歩行時の転倒防止などにもつながる。
【００４７】
しかも、評価部５５は、模範映像３２と指標映像３１とのタイミングのずれから、模範映像３２にて示される模範的な重心移動に対する実際の使用者２の重心移動の追従性を評価し、その評価結果は提示部５６から使用者２にフィードバックされる。したがって、使用者２は、自身がスムーズに重心移動できているか否かの評価結果に基づいて、重心移動訓練の必要性や効果を十分に理解することができる。
【００４８】
また、本実施形態の重心移動訓練システム１では、使用者２は、ハーフミラー６に映る自身の鏡像を見ながら運動することができるので、自身がどのような姿勢のときにどのように重心が移動するのかということを視覚的に学習することができる。そのため、使用者２は、訓練を行う中で、たとえば右脚に荷重を掛ける場合には身体をどのように傾ければよいか等、重心移動に必要な身体の動きを習得することができるという利点がある。
【００４９】
ところで、制御装置５は、記憶部５４に記憶されている模範映像３２の動きを決めるための設定値を、評価部５５の評価結果に応じて自動的に変更する設定更新部（図示せず）を有していてもよい。この構成では、模範生成部５３は、評価部５５の評価結果に応じて模範映像３２の内容を変更することになる。
【００５０】
つまり、評価部５５にて高い評価が得られた場合（ずれが小さい場合）、設定更新部は、模範映像３２が示す重心移動の難易度を上げるべく、設定値の周期を短くしたり、運動強度を上げたりする。一方、評価部５５にて低い評価が得られた場合（ずれが大きい場合）、設定更新部は、模範映像３２が示す重心移動の難易度を下げるべく、設定値の周期を長くしたり、運動強度を下げたりする。
【００５１】
その結果、重心移動訓練システム１は、使用者２の重心移動の能力に合った難易度の訓練を使用者２に受けさせることができ、使用者２に過度な負担を与えることなく、適切な運動を行わせることができる。
【００５２】
なお、本実施形態では、指標映像３１および模範映像３２として、棒グラフの映像を例示したが、この例に限らず、たとえば真上を指した基準位置から左右に振れるように回動する針の映像などであってもよい。
【００５３】
（実施形態２）
本実施形態の重心移動訓練システム１は、ハーフミラーを備えていない点が実施形態１の重心移動訓練システム１と相違する。また、本実施形態では、使用者２の前方に配置され使用者２を前方から撮像する向きにレンズが向けられた撮像装置（図示せず）が設けられている。
【００５４】
撮像装置は、たとえばカメラスタンド等を利用して表示装置３の正面側（使用者２側）における使用者２の目の高さ位置に設置されている。さらに、撮像装置は、その視野内に使用者２の全身が含まれ、且つ使用者２が直立した状態で使用者２の身体の左右方向における中心線が撮像した映像の左右方向の中心線に一致するように、チルト角およびパン角が調節されている。
【００５５】
上述したような撮像装置の位置および向きの調節は、使用者２の立ち位置、目線の高さ等が決定してから初期設定として行われる。これにより、撮像装置では、使用者２の全身を映した動画像（以下、「全身映像」という）が撮像されることになる。
【００５６】
制御装置５は、表示装置３と撮像装置との両方に接続されており、撮像装置で撮像された映像を加工して表示装置３に表示させる機能を持つ。具体的には、制御装置５は、全身映像を撮像装置から取得し、取得した全身映像を左右反転させて反転映像を生成する反転処理部（図示せず）を有する。さらに、制御装置５は、反転映像の左右方向の中心線が表示面３０の左右方向の中心線に一致するように、反転映像を表示装置３に表示させる。これにより、表示装置３の表示面３０には、使用者２の全身の映像が、鏡に映った鏡像のように左右反転されて表示されることになる。
【００５７】
すなわち、撮像装置で撮像される映像は、何の加工も施されなければ、鏡像のように左右が反転されることはなく、表示面３０に正対する使用者２から見た左右と、表示面３０に表示される映像における左右とは反対になる。要するに、撮像装置で撮像された使用者２の全身の映像が、何の加工も施されずに、使用者２と正対する表示装置３の表示面３０に表示されると、表示面３０上では右側に使用者２の左半身が映り、左側に使用者２の右半身が映ることになる。
【００５８】
これに対して、反転映像は全身映像を左右反転させた映像であるから、表示装置３は、表示面３０上では右側に使用者２の右半身が映り、左側に使用者２の左半身が映るように反転映像を表示する。その結果、表示装置３は、表示面３０に映る反転映像を使用者２に視認させることにより、使用者２に対して、反転映像を自らの全身の鏡像と錯覚させることができる。
【００５９】
ここで、制御装置５は、撮像装置から入力される映像をリアルタイム（１秒間に１５〜３０フレーム程度）で加工（反転）して、表示装置３に映像信号を出力する。表示装置３は、制御装置５からの映像信号を受け、リアルタイムで反転映像を表示する。そのため、表示装置３の表示面３０には、実際の使用者２の動きに合わせて動く動画像が反転映像として表示されることになる。たとえば、使用者２が右腕を上げると、その動きに合わせて表示面３０に表示される反転映像においても使用者２から見て右側の腕が上がることになる。
【００６０】
すなわち、本実施形態の重心移動訓練システム１は、光学的に形成される鏡像を提示することはなく、表示装置３に表示された反転映像を使用者２に視認させ、使用者２に対して、反転映像を自身の鏡像と錯覚させることができる。
【００６１】
さらに、指標生成部５２および模範生成部５３は、反転処理部で生成された反転映像と共に、指標映像３１および模範映像３２を表示装置３に表示させる。反転映像は指標映像３１および模範映像３２と重なるように表示されてもよいが、この場合、反転映像は半透明（たとえば透過率５０％）の映像として表示されることが望ましい。
【００６２】
以上説明した本実施形態の重心移動訓練システム１によれば、ハーフミラーを省略した分だけ、実施形態１のシステムに比べて構成を簡略化できるという利点がある。しかも、本実施形態の構成では、比較的大型の画面を備えるディスプレイが予め備わっていれば、専用のディスプレイを新設しなくても、既存のディスプレイを表示装置３として用いることが可能であるため、システムの導入コストを低減できる。
【００６３】
なお、使用者２自身の重心移動は指標映像３１にて使用者２に提示されているので、使用者２が自身の像（鏡像）を見ながら運動できることは必須ではなく、反転映像を表示する機能は省略されていてもよい。
【００６４】
その他の構成および機能は実施形態１と同様である。
【００６５】
ところで、上記各実施形態では、算出部５１は使用者２の左右の荷重の比率をバランス値として求め、評価部５５においてもこのバランス値に基づいて重心移動のずれが評価される例を示したが、この例に限らず、バランス値は使用者２の前後の荷重の比率でもよい。この場合、重心移動訓練システム１は、重心位置を前後方向に交互に移動させるような重心移動を行う訓練に用いることができる。
【符号の説明】
【００６６】
１ 重心移動訓練システム
２ 使用者
３ 表示装置
４ 測定装置
５ 制御装置
６ ハーフミラー
３０ 表示面
３１ 指標映像
３２ 模範映像
５１ 算出部
５２ 指標生成部
５３ 模範生成部
５４ 記憶部
５５ 評価部
５６ 提示部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示面に映像を表示する表示装置と、前記表示装置に映像を表示させる制御装置と、前記表示面と向き合う使用者の足元に配置され水平面内での前記使用者の荷重の分布を測定する測定装置とを備え、
前記制御装置は、前記測定装置の測定結果に基づいて前記使用者の左右または前後の荷重の比率を表すバランス値を算出する算出部と、前記使用者の重心移動に伴う前記バランス値の変化を示す指標映像を生成し前記表示装置に表示させる指標生成部と、前記重心移動の模範となる前記バランス値の周期的な変化を示す模範映像を生成し前記表示装置に表示させる模範生成部と、前記模範映像と前記指標映像との間で前記バランス値が変化するタイミングのずれを評価する評価部と、前記評価部の評価結果を提示する提示部とを有することを特徴とする重心移動訓練システム。
【請求項２】
前記評価部は、前記模範映像と前記指標映像との間で同一タイミングにおける前記バランス値の差を評価対象に含むことを特徴とする請求項１記載の重心移動訓練システム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記模範映像の動きを決めるための設定値を記憶する記憶部と、前記記憶部内の前記設定値を前記評価部の評価結果に応じて変更する設定更新部とをさらに有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の重心移動訓練システム。
【請求項４】
前記表示面に対して前記使用者側に配置され、前記表示面に表示される映像を透過させるとともに前記使用者の鏡像を映すハーフミラーをさらに備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の重心移動訓練システム。
【請求項１】
表示面に映像を表示する表示装置と、前記表示装置に映像を表示させる制御装置と、前記表示面と向き合う使用者の足元に配置され水平面内での前記使用者の荷重の分布を測定する測定装置とを備え、
前記制御装置は、前記測定装置の測定結果に基づいて前記使用者の左右または前後の荷重の比率を表すバランス値を算出する算出部と、前記使用者の重心移動に伴う前記バランス値の変化を示す指標映像を生成し前記表示装置に表示させる指標生成部と、前記重心移動の模範となる前記バランス値の周期的な変化を示す模範映像を生成し前記表示装置に表示させる模範生成部と、前記模範映像と前記指標映像との間で前記バランス値が変化するタイミングのずれを評価する評価部と、前記評価部の評価結果を提示する提示部とを有することを特徴とする重心移動訓練システム。
【請求項２】
前記評価部は、前記模範映像と前記指標映像との間で同一タイミングにおける前記バランス値の差を評価対象に含むことを特徴とする請求項１記載の重心移動訓練システム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記模範映像の動きを決めるための設定値を記憶する記憶部と、前記記憶部内の前記設定値を前記評価部の評価結果に応じて変更する設定更新部とをさらに有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の重心移動訓練システム。
【請求項４】
前記表示面に対して前記使用者側に配置され、前記表示面に表示される映像を透過させるとともに前記使用者の鏡像を映すハーフミラーをさらに備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の重心移動訓練システム。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−７０８０２（Ｐ２０１２−７０８０２Ａ）
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１６２２１（Ｐ２０１０−２１６２２１）
【出願日】平成２２年９月２７日（２０１０．９．２７）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２７日（２０１０．９．２７）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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