非接触モーションキャプチャ技術を用いた
トレーニングプロセスの検討
Training Process using Non-Contact Motion Capture Approach
岡本勝
1松原行宏
1Masaru Okamoto
1and Yukihiro Matsubara
1 1広島市立大学大学院情報科学研究科
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Graduate School of Information Sciences, Hiroshima City University
Abstract: In this paper, real-time training support environment using Kinect is proposed. By using Kinect, user’s posture can be measured. From measured information, developed system can evaluate user’s posture is correct or not. If user’s posture isn’t correct, system gives a user feedback information using display. A user can adjustment his/her movement based on given feedback. In this paper feedback information is decided by comments of experiencers. It is confirmed that user can perfume training with correct movement by using proposed system. And experiencers evaluate that proposed system has some effectiveness for real training phase.
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はじめに
競技スポーツにおいて技術および記録を向上させ るためにトレーニングを行う必要があり，一人で行 う方法や指導者のもとで行う方法がある．指導者の もとでトレーニングを行う方法では，競技者が正し く動作を行えているかどうかを指導者が知らせてく れるため，競技者は正しい動作であるかどうかを意 識しながら練習を行える．しかし，部活動など指導 者が競技者対して常時指導を行うことは難しく，一 人でトレーニングを行わなければならない時がある． このような環境下のように自分一人でトレーニング を行う場合では，自分の行っている動作を客観的に 見ることができないため，競技者は正しい動作を行 えているのかどうかを確認することは難しい．この ような問題を解決するためにICTを用いたトレーニ ングを支援する研究が行われている[1], [2]．全身運 動 の 計 測 を 対 象 と し た 簡 易 運 動 計 測 機 器 と し て Microsoft社が発売したMicrosoft Kinectセンサー（以 下，Kinect と略記）がある．Kinectは人の関節位置 を3次元座標として取得できる．岡本らはKinectを 用いて教示情報を学習者自身の映像上へ重畳表示す る拡張現実型の学習支援手法を行なっている[1]．学 習者の身体情報をもとにフィードバック情報を生成 し，学習者は表示される情報の指示に従いスキル学 習を行うことができる．また，越智らはKinectを用 いてスクワット動作の推定と訓練支援を行うアプロ ーチを提案した[2]．訓練者の関節位置座標から姿勢 認識を行い，間違った姿勢になった時に修正を知ら せるために音声によるフィードバックが行われる． しかし，これらの研究では，競技者を対象とした支 援を想定しておらず，競技者からの評価は不明であ る． そこで本稿では，陸上競技者を対象としたリアル タイムフィードバックを用いたハードルまたぎ練習 支援手法を提案する．普段行われているハードルま たぎ練習の指導内容をフィードバック情報として取 り入れるため，本学の陸上競技部員にアンケートを 行った結果をもとに作成した．提案システムでは， Kinect から得られた関節位置座標をもとにフィード バック情報を生成し，競技者がフィードバック情報 を意識しながら練習を行うことにより正しい姿勢で 練習しようと意識すると考えられる．本論文では陸 上経験者の意見をもとに，普段行われているハード ルまたぎ練習の指導内容を作成したフィードバック 情報を用いることで競技者の練習支援を行えるかど うか検証し，実際の練習への利用可能性を確認する．2
ハードルまたぎ練習
陸上競技短距離の練習において，速く走るために 正しい技術を身につける練習としてハードルを用い た練習がある．ハードルを用いた練習としてハード ルを一定の幅で数台並べたハードルを競技者がまた 人工知能学会研究会資料 SIG-ALST-B509-05 － 23 －いでいく練習方法がある．図1にハードルまたぎ練 習の様子を示す．図のように競技者はハードルに対 して正面に立ち股関節を回旋させながらハードルを またいでいく．ハードルまたぎを行うことにより、 前後左右への柔軟性を高め，股関節の可動域を広く する効果がある．股関節の可動域が広がることで走 る動作におけるストライドが大きくなる要因の一つ として考えられる．ストライドを広げることは速く 走るための重要な項目の一つであり，ストライドを 広げるためにハードルまたぎ練習を普段の練習の前 や試合のウォーミングアップなどに取り入れている 競技者が多い． 図1：ハードルまたぎ練習例 普段行われているハードルまたぎ練習において間 違った姿勢を知るために，本学の陸上競技部員に間 違った姿勢とはどういた姿勢なのかアンケートを取 った．表1にアンケートをもとに作成したハードル またぎにおける間違った姿勢を示す．間違った姿勢 とは主に6項目あることが確認できた．図2にハー ドルまたぎ練習における間違った姿勢を示す．図中 の(a)から(e)は表1の項目に対応する．図3にリード 足の膝の最高点の高さを保てずリード足の膝を体の 前に運んでいる姿勢を示す．図3 (a)はリード足の膝 が最高点の時を示し、図3 (b)はリード足の膝が体の 前に来ている状態を示す．(a)と(b)の膝の位置を比べ ると(b)の膝の方が低い位置であり、膝が下がりなが ら回旋動作を行っている．このような間違った姿勢 で練習を行うと，正しい姿勢で練習を行った時に比 べ正しい効果が得られない．また，怪我をする危険 性もあることから正しい姿勢で練習を行っていく必 要がある． 図4にハードルまたぎにおける正しい姿勢を示す． 図4(a)は競技者の正面から撮影したものを，図4 (b) は競技者の横から撮影したものを示す．図 4(a)のよ うに体幹が横にぶれないようにするため，体の軸が 一直線になるようにする．また，リード足の膝が開 かないようにし、リード足の膝の最高点を保ちなが ら膝を体の前に運ぶ．図4 (b)のように腰が後ろに引 けないようにし，頭が体の軸の前に出ないようにす る必要がある．さらに，両手が体の真横で一直線に なる姿勢を保持すべきである． 表1：ハードルまたぎにおける間違った姿勢 間違った姿勢 体幹が横にぶれている姿勢 腰が引けている姿勢 前傾になっている姿勢 体が横に向いている姿勢 リード足の膝が開いている姿勢 リード足の膝の最高点の高さを保 てず膝を前に運んでいる姿勢 体 の 軸 体 の 軸 (a) 体幹が横にぶれてい る姿勢 (b) 腰が引けている姿勢 体 の 軸 膝 体 の 軸 左 手 (c) 前傾の姿勢 (d) 体が横に向いている 姿勢 膝の角度 (e) リード足の膝が開い ている姿勢 図2：ハードルまたぎにおける間違った姿勢例 － 24 －
膝の最高点 膝の最高点 (a) リード足の膝が最高 点の姿勢 (b) リード足の膝が下が っている姿勢 図3：リード足の膝が下がりながら足を前に運んで いる様子 体の軸は一直線 ・膝を下げない 足を前に運ぶ ・膝が開かない ようにする 腰は引かない 頭が前に出 ない 手は体の横を保つ (a) 正面から撮影 (b) 横から撮影 図4：ハードルまたぎにおける正しい姿勢例
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提案システム
図5にシステムの外観を示す．図3に提案システ ムによるディスプレイに表示されるフィードバック の例を示す．図6 (a)は足の高さを意識させる情報及 び正しい姿勢であることを知らせる情報の表示例を 示す．図6 (b)は間違った姿勢である情報の表示例で ある． 足の高さを意識させる情報は足を上げる高さの目 標を競技者に知らせることにより、競技者は足を目 標点まで上げようと意識することが考えられる．ま た、常時黄色で視覚的フィードバックを用いて表示 する．正しい姿勢であることを知らせる情報は正し い姿勢で練習を行っていることを知らせることによ り，競技者は正しい姿勢で練習を行えていると認識 することができ，正しい姿勢を保ちながら練習を続 けていく意識を持つと考えられる．また、青色で視 覚的フィードバック用いて表示する．間違った姿勢 であることを知らせる情報は間違った姿勢であるこ とを競技者に知らせることにより、競技者は間違っ た姿勢であることを認識することができ、次の動作 では間違った姿勢にならないように意識を持つこと が考えられる．また、赤色で視覚的フィードバック および文字によるフィードバックで表示する．文章 によるフィードバックを行った場合，競技者は表示 される文章を読むことに注意してしまうため，他の フィードバック情報や自分の動作を意識しにくくな る．文字を単語レベルに短くすることによりフィー ドバック情報が端的に表示されるため，競技者は表 示された内容の意図を理解しやすくなる．このこと から，提案システムでは単語レベルの文字によるフ ィードバックを採用した．ハードルまたぎでは股関 節の回旋状態および前方移動に区分されることから リード足の足首が軸足の膝よりも高い位置にある状 態をトレーニング状態とする．本システムではトレ ーニング範囲におけるトレーニング状態時にフィー ドバック情報を表示させる． ユーザ ディスプレイ PC Kinect 図5：システム外観 足の高さを 意識させる情報 正しい姿勢を 知らせる情報 間違った姿勢を 知らせる情報 (a) 足を上げる高さを意識 させる情報および正しい 姿勢であることを知らせ る情報提示例 (b) 間違った姿勢であ ることを知らせる情報 提示例 図6：提案システムのフィードバック表示例4
検証実験
システムの有効性を検証するために，フィードバ ックの有無による姿勢への効果を確認する実験を行 った． 被験者は男子大学生・大学院生三名とした（被験 者A～C）．有効性を確認するために，全てのフィー ドバックを表示するシステムA，体幹に関するフィ － 25 －ードバックのみ表示するシステム B，脚に関する表 示のみ行うシステムCで比較を行った．実験を実施 する前に，被験者にハードルまたぎを行う動画を見 せ，一般的な動作について知識を与えた．なお，表 1 に示した間違った姿勢の情報は事前に被験者に周 知しており，実験中はいつでも内容を確認できるよ うにした．被験者A, B, CにそれぞれシステムA, B, C を用いた練習を指示した．練習は3日から4日おき に10回行った．また，各練習日の最後にハードルを 模した高さの位置に棒を設置し，実際のハードルま たぎのような動作を行わせた． 体幹に関する実験結果を示す．どの被験者におい ても実験の後半では体幹が横にぶれる姿勢は減少し， 体が横に向いている姿勢も比較的減少した．一方， 脚に関する表示のみを行うシステムを用いた被験者 C の姿勢では腰が引けている姿勢や前傾になってい る姿勢が頻繁に見られた．練習後のアンケートでは 腰が引けている状態や前傾姿勢にならないように心 がけていると述べていたが，システムからのフィー ドバックが得られない状態では意識的な修正が困難 であることが確認できた．このような画面に表示さ れた二次元映像からでは認識が困難となる姿勢につ いて，Kinect を用いて三次元情報を取得しフィード バックを表示する手法の有効性が確認できた． 次に脚に関する実験結果を示す．脚に関するフィ ードバックが表示されないシステムを用いた被験者 B では，特に利き脚ではない左脚の練習時に膝が開 いている姿勢が頻繁に見られた．被験者AおよびC の実験結果では膝が開いた姿勢が発生するが，間違 った姿勢としてフィードバックが発生するため，す ぐに修正された．この点について被験者Bにシステ ム利用後に確認したところ膝を高く上げることに集 中して膝の開きに意識がいかなかったと述べていた． 以上の点より，誤りを知らせるフィードバックの必 要性が示唆されたと思われる． 一方，リード足の膝が最高点の高さを保てず膝を 前に運んでいる姿勢については，初期の状態では被 験者A，Cともにリード足を基準まで上げることが できず，誤った姿勢であると判断し続けられる状況 が発生した．この状況は本システムが陸上部員への ヒアリングをもとに設計していたため，日常生活に 運動を取り入れていない被験者ではその姿勢保持が 困難であったものと思われる．そこでパラメータ調 整により，基準線を床に近づけ実験を行い，各実験 日の冒頭でパラメータ調整を行うこととした．この ような調整が必要ではあったが，フィードバックに 基づいて姿勢を維持できることが確認できた．また 被験者A，Cともに実験最終日では当初の基準線に 近づけることができた．このような状況より，膝を 上げる高さについては練習を行うユーザーの特性に あわせて適応的に変化させる必要があると考えられ る．同様に練習の前半日程でのハードルを模した棒 を用いたハードルまたぎ動作の実演では，脚を目的 の高さに上げることで，体幹のぶれに関する誤った 姿勢がどの被験者でも発生しやすくなっていた． 以上の結果より，各フィードバック情報によって 映像に対して奥行き方面に関連する誤りと角度情報 に関連する誤りについて特にフィードバックの効果 が顕著であることが確認できた．一方で膝の高さの 維持に関してはより適応的な手法の開発か，ユーザ ー自身が調整しやすいシステムおよびユーザーイン タフェースの実装が必要であると考えられる．
