JP6363323B2 - テニスのスイング動作の分析装置、分析システム、分析プログラム及び分析方法 - Google Patents
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Description
また、特許文献2の装置は、ユーザに適したラケットを選択する場面ではなく、ユーザのスイング動作を改善するためのコーチングの場面で使用される装置であるが、ここでは、上記のとおり、スイングの速度等の測定値は、理想データと比較されるのみである。すなわち、測定値間のバラツキが評価されることがなく、ユーザのスイング動作の安定性が評価されることはない。
<1.分析システムの概要>
図1に示すとおり、本発明の一実施形態に係る分析システム1は、ユーザによるテニスラケット10のスイング動作をサンプリングする撮像システム3と、撮像システム3から送られてくるサンプリングデータに基づいて、ユーザによるテニスラケット10のスイング動作を分析する分析装置2とを有している。本実施形態に係る分析装置2は、ユーザによるテニスラケット10のスイング動作を分析することにより、主として、ユーザが様々なテニスラケット10の中から自分に適したテニスラケット10を選択するための判断材料を提示するための装置である。すなわち、分析システム1は、ユーザが自身に適したテニスラケット10を選択するのを支援するためのシステムであり、主として、テニスラケット10の販売を行うテニス用品店や、テニススクール等に導入される。なお、「スイング」という用語には、グラウンドストロークのみならず、ボレーやサーブ等、テニスラケット10を振る任意の行為が含まれる。
以下、分析システム2の各部の詳細について説明する。
<2−1.撮像システム>
図1に示すとおり、撮像システム3は、プレーヤー7のスイング動作を三次元的に捉えることができるように、2台のカメラ3A,3Bを有している。カメラ3A,3Bは、高速デジタルカメラであり、それぞれ、各種レンズからなる光学系30A,30Bと、光学系30A,30Bを介して受光する撮像素子31A,31Bと、これらを収容する筐体33A,33Bとを有している。さらに、カメラ3A,3Bは、それぞれ、筐体33A,33B内に、撮像素子31A,31Bによる撮像動作を制御する制御部32A,32Bと、外部装置との通信を可能にする通信部34A,34Bとを有している。カメラ3A,3Bの撮像範囲(画角)やピントは、自陣60内、特にプレーヤー7付近を正確に捉えることができるように調整されている。
分析装置2は、CD−ROM、DVD−ROM、ブルーレイディスク、USBメモリ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体20に格納された分析プログラム22aを汎用のパーソナルコンピュータにインストールすることにより製造される。分析プログラム22aは、撮像システム3によりサンプリングされた2系統の画像データ(サンプリングデータ)を画像処理することにより、ユーザが自分に適したテニスラケット10を選択するための判断材料を表示部34に表示させるためのソフトウェアである。分析プログラム22aは、分析装置2に後述する動作を実行させる。
以下、分析システム1により実現されるスイング動作の分析方法について説明する。
まず、自分に適したテニスラケット10を探しているユーザ自身が、プレーヤー7としてテニスコート6に配置される。そして、このプレーヤー7に対し、相手陣62に配置されたもう一人のプレーヤー又はテニスボールマシーンからテニスボールが連続的に供給される。なお、プレーヤー7に対するボールの供給は、一定方向かつ一定速度とされることが好ましい。プレーヤー7は、ボールを相手陣62に打ち返すように心がけながら、手に持ったラケット10をスイングして、飛んできたボールを連続的に打ち返す。すなわち、分析システム1による分析の対象となるプレーヤー7のスイング動作は、いわゆる素振りではない。
まず、ステップS1では、算出部21aが、記憶部22内の所定のディレクトリを参照して、スイング動作の分類単位の画像データであって、未処理のもの(以下、対象画像データと呼ぶ)を読み出す。
まず、グリップ速度に関してであるが、算出部21aは、グリップ12のマークM1の位置座標のX軸、Y軸及びZ軸成分の関数dgX(t),dgY(t),dgZ(t)をそれぞれ1階時間微分することにより、グリップ12の速度のX軸、Y軸及びZ軸成分の関数vgX(t),vgY(t),vgZ(t)を算出する。より具体的には、関数dgX(t),dgY(t),dgZ(t)を構成する各値から時間軸に沿ってその直前の値を引いて、撮影速度を乗じればよい。その後、算出部21aは、下記式により、X軸、Y軸及びZ軸成分の関数vgX(t),vgY(t),vgZ(t)に基づいて、グリップ12の速度の関数vg(t)を算出する。
vg(t)=SQRT(vgX(t)2+vgY(t)2+vgZ(t)2)
ここで、関数dgX(t),dgY(t),dgZ(t)がサンプル数ずつ存在するため、最大グリップ速度vgも、サンプル数だけ導出される。従って、算出部21aは、サンプル数の最大グリップ速度vgを平均化することにより、スイング動作の分類単位の代表値として、単一の最大グリップ速度Vgを算出する。
次に、グリップ加速度に関してであるが、算出部21aは、グリップ12の速度のX軸、Y軸及びZ軸成分の関数vgX(t),vgY(t),vgZ(t)をそれぞれ1階時間微分することにより、グリップ12の加速度のX軸、Y軸及びZ軸成分の関数agX(t),agY(t),agZ(t)を算出する。より具体的には、関数vgX(t),vgY(t),vgZ(t)を構成する各値から時間軸に沿ってその直前の値を引いて、撮影速度を乗じればよい。その後、算出部21aは、下記式により、X軸、Y軸及びZ軸成分の関数agX(t),agY(t),agZ(t)に基づいて、グリップ12の加速度の関数ag(t)を算出する。
ag(t)=SQRT(agX(t)2+agY(t)2+agZ(t)2)
ここで、関数vgX(t),vgY(t),vgZ(t)がサンプル数ずつ存在するため、最大グリップ加速度agも、サンプル数だけ導出される。従って、算出部21aは、サンプル数の最大グリップ速度agを平均化することにより、スイング動作の分類単位の代表値として、単一の最大グリップ加速度Agを算出する。
次に、ヘッド速度に関してであるが、算出部21aは、ヘッド14のマークM2の位置座標のX軸、Y軸及びZ軸成分の関数dhX2(t),dhY2(t),dhZ2(t)をそれぞれ1階時間微分することにより、ヘッド14の速度のX軸、Y軸及びZ軸成分の関数vhX(t),vhY(t),vhZ(t)を算出する。より具体的には、関数dhX2(t),dhY2(t),dhZ2(t)を構成する各値から時間軸に沿ってその直前の値を引いて、撮影速度を乗じればよい。その後、算出部21aは、下記式により、X軸、Y軸及びZ軸成分の関数vhX(t),vhY(t),vhZ(t)に基づいて、ヘッド14の速度の関数vh(t)を算出する。
vh(t)=SQRT(vhX(t)2+vhY(t)2+vhZ(t)2)
次に、ヘッド加速度に関してであるが、算出部21aは、ヘッド14の速度のX軸、Y軸及びZ軸成分の関数vhX(t),vhY(t),vhZ(t)をそれぞれ1階時間微分することにより、ヘッド14の加速度のX軸、Y軸及びZ軸成分の関数ahX(t),ahY(t),ahZ(t)を算出する。より具体的には、関数vhX(t),vhY(t),vhZ(t)を構成する各値から時間軸に沿ってその直前の値を引いて、かつ、撮影速度を乗じればよい。その後、算出部21aは、下記式により、X軸、Y軸及びZ軸成分の関数ahX(t),ahY(t),ahZ(t)に基づいて、ヘッド14の速度の関数ah(t)を算出する。
ah(t)=SQRT(ahX(t)2+ahY(t)2+ahZ(t)2)
次に、ヘッド速度成分比に関してであるが、算出部21aは、下記式により、ヘッド速度成分比iを算出する。
i=vhZ(T)/vhX(T)
ここで、Tは、最大ヘッド速度vhが得られる時刻である。なお、スイング動作の開始以降、ヘッド速度vh(t)は徐々に上昇するが、テニスラケット10とテニスボールとのインパクトによって急激に減速する。従って、最大ヘッド速度vhが得られる時刻Tは、インパクトの直前の時刻であり、プレーヤー7とラケット10との相性を判定するのに適した時刻と考えられる。なお、関数vhX(t),vhZ(t)がサンプル数ずつ存在するため、ヘッド速度成分比iも、サンプル数だけ導出される。従って、算出部21aは、サンプル数のヘッド速度成分比iを平均化することにより、スイング動作の分類単位の代表値として、単一のヘッド速度成分比Iを算出する。
次に、スイング軌道に関してであるが、算出部21aは、まず、t=0(スイング動作の開始時刻)のときの点が原点に一致するように、ヘッド14のマークM2の位置座標のX軸成分の関数dhX2(t)を平行移動した関数ehX(t)を算出する。続いて、算出部21aは、ヘッド14のマークM2の位置座標のY軸及びZ軸成分の関数dhY2(t),dhZ2(t)についても同様に平行移動し、それぞれ関数ehY(t),ehz(t)を得る。
以上により得られた関数EhX(t),EhY(t),EhZ(t)は、スイング軌道(スイング動作時のヘッド14の軌道)を表している。
最後に、ラケット角速度に関してであるが、算出部21aは、まず、ヘッド14のマークM2,M3の位置座標のX軸、Y軸及びZ軸成分の関数dhX2(t),dhY2(t),dhZ2(t),dhX3(t),dhY3(t),dhZ3(t)と、グリップ12のマークM1の位置座標のX軸、Y軸及びZ軸成分の関数dgX(t),dgY(t),dgZ(t)とに基づいて、マークM1及びM2を結ぶ線分に対するマークM3の相対的な位置座標の関数fX(t),fY(t),fZ(t)を算出する。ここで、関数fX(t),fY(t),fZ(t)は、グリップ12の軸の周りのマークM3の軌跡を示している。算出部21aは、これらの関数fX(t),fY(t),fZ(t)と、マークM3からマークM1及びM2を結ぶ線分までの距離rとに基づいて、グリップ12の軸の周りのラケット10の角速度であるラケット角速度ω(t)を算出する。
(最大グリップ速度、最大グリップ加速度、最大ヘッド速度、最大ヘッド加速度、ヘッド速度成分比、及びラケット角速度の一覧表)
作成部21bは、図6に示すような、最大グリップ速度Vg、最大グリップ加速度Ag、最大ヘッド速度Vh、最大ヘッド加速度Ah、ヘッド速度成分比I、及びラケット角速度Wの一覧表T1を分析結果画面上に表示させる。
作成部21bは、対象ラケット群に含まれるラケット10にそれぞれ対応する複数のスイング軌道の線図を、分析結果画面上に並べて同時に表示させる。また、これらのスイング軌道の線図の傍には、対応するラケット10の名称(製品番号等)も同時に表示される。従って、これらの線図は、複数の指標(スイング軌道)を、それぞれに対応するラケット10に関連付けて同時に表示するデータであると言える。その結果、これらの線図を見たオペレータは、各ラケット10でのスイングの軌道を知ることができる。また、オペレータは、これらの線図を見ることにより、スイング軌道の観点から、対象ラケット群に含まれるラケット10どうしを容易に比較することができる。
作成部21bは、図7に示すような、ヘッド速度成分比IのグラフG1を分析結果画面上に表示させる。
グラフG1上には、複数(図7では、5本)の太線l1〜l5が同時に表示される。ここで、グラフG1において、横軸は、最大ヘッド速度vhが得られる時刻Tにおける、X軸方向のヘッド14の速度vhX(T)であり、縦軸は、最大ヘッド速度vhが得られる時刻Tにおける、Z軸方向のヘッド14の速度vhZ(T)である。従って、グラフG1上の太線l1〜l5の傾きは、ヘッド速度成分比Iを示している。
直線L1: vhZ(T)=0.60*vhX(T)
直線L2: vhZ(T)=0.25*vhX(T)
直線L3: vhZ(T)=0.00
作成部21bは、ユーザのスイング動作の安定性を評価するべく、図8〜図11に示すようなヘッド速度成分比iのバラツキを示すグラフG3を、分析結果画面上に同時に表示させる。グラフG3は、対象ラケット群に含まれるラケット10の数だけ表示される。ここで、グラフG3の縦軸及び横軸の性質は、グラフG1と同様である。また、グラフG3上には、グラフG1と同様の補助線L1〜L4が示される。
(1)図8に対応するラケット10によるスイングでは、ヘッド速度vh’(T)のバラツキが小さく、スイングタイプのバラツキも小さい。
(2)図9に対応するラケット10によるスイングでは、ヘッド速度vh’(T)のバラツキは小さいが、スイングタイプのバラツキが大きい。
(3)図10に対応するラケット10によるスイングでは、ヘッド速度vh’(T)のバラツキは大きいが、スイングタイプのバラツキが小さい。
(4)図11に対応するラケット10によるスイングでは、ヘッド速度vh’(T)のバラツキが大きく、スイングタイプのバラツキも大きい。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。例えば、以下の変更が可能である。
<4−1>
本発明に係る分析システムは、上記実施形態のようなテニスラケットのフィッティングの場面だけでなく、ガットの張力のフィッティング、テニスのコーチング等の場面にも適用され得る。前者の例としては、サンプリングデータを、異なる種類のテニスラケットではなく、ガットの張力の異なる複数のテニスラケットに関するものとすればよい。
撮像システム3の構成は、上述したものに限定されず、例えば、必要なパラメータを捉えることが可能であれば、カメラの数は1つであってもよいし、精度を増すべく3つ以上であってもよい。また、カメラの配置に関しても、必要なパラメータを捉えることが可能である限り、適宜選択することができる。
サンプリングデータをサンプリングする方法は、上述したものに限られず、例えば、テニスコート6に撮像システム3を配置することに加えて又は代えて、テニスラケット10に三軸加速度センサ及び/又は三軸ジャイロセンサを取付け、これらのセンサの出力値から各種指標を算出するようにしてもよい。
<4−4>
撮像システム3から分析装置2へサンプリングデータを送る方法は、上述した態様に限られない。例えば、撮影中、サンプリングデータを撮像システム3に付属のメモリ内に保存しておき、撮影後、適当なタイミングで、このメモリを分析装置2に接続し、サンプリングデータを分析装置2へ取り込むようにしてもよい。
比較データを出力する出力部は、ディスプレイの形態に限られず、プロッタ及び/又はプリンタ等であってもよい。
<4−6>
指標の種類は、上述したものに限られず、例えば、スイング動作により打ち返されたテニスボールの位置、速度、加速度及び角速度、並びにこれらの任意の組み合わせであってもよい。また、上記実施形態では、時刻毎のグリップ速度、グリップ加速度、ヘッド速度、ヘッド加速度、ヘッド速度成分比、及びラケット角速度の中から、指標として特に、ヘッド速度が最大となる時刻での値が選択された。しかしながら、別の特定のタイミング、例えば、それぞれの値が最大になる時刻におけるグリップ速度、グリップ加速度、ヘッド速度、ヘッド加速度、ヘッド速度成分比、及びラケット角速度等が選択されてもよい。あるいは、時刻毎のグリップ速度、グリップ加速度、ヘッド速度、ヘッド加速度、ヘッド速度成分比、及びラケット角速度の関数全体を、指標として出力してもよい。
サンプリングデータとして、素振りのデータを収集してもよい。
<4−8>
サンプル数は、適宜選択される値であり、例えば、1であってもよい。
2 分析装置
3 撮像システム(サンプリング装置)
7 プレーヤー(ユーザ)
10 テニスラケット
21a 算出部
21b 作成部
22a 分析プログラム
24 表示部(出力部)
25 通信部(取得部)
Claims (7)
- ユーザによるテニスラケットのスイング動作をサンプリングしたサンプリングデータを取得する取得部と、
前記サンプリングデータに基づいて、前記スイング動作の単位毎に、前記テニスラケット又は前記テニスラケットにより打たれたボールの位置、速度、加速度及び角速度、並びにこれらの任意の組み合わせの中から選択される指標を算出する算出部と、
複数の前記スイング動作の単位にそれぞれ対応する複数の前記指標どうしを比較することにより、前記複数の指標間のバラツキを判断し、前記複数の指標どうしを比較した結果のデータである比較データとして、前記バラツキに応じた前記ユーザに対する前記テニスラケットの適否を示すデータを作成する作成部と、
前記比較データを出力する出力部と
を備え、
前記比較データは、同じユーザが同じテニスラケットを用いた場合の前記複数のスイング動作の単位にそれぞれ対応する、同じ種類の前記複数の指標どうしを比較した結果のデータである、
テニスのスイング動作の分析装置。 - 前記取得部は、前記サンプリングデータとして、前記スイング動作の場面を撮像した時系列の画像群を取得し、
前記算出部は、前記スイング動作の単位毎に、前記画像群を時間軸に沿って画像処理することにより、前記指標を算出する、
請求項1に記載の分析装置。 - 前記指標は、グリップ速度、グリップ加速度、ヘッド速度、ヘッド加速度、ヘッド速度成分比、スイング軌道及びラケット角速度の中から選択される、
請求項1又は2に記載の分析装置。 - 請求項1から3のいずれかに記載の分析装置と、
前記スイング動作をサンプリングして前記サンプリングデータを生成し、前記サンプリングデータを前記取得部に送信するサンプリング装置と
を備える、テニスのスイング動作の分析システム。 - ユーザによるテニスラケットのスイング動作をサンプリングしたサンプリングデータを取得するステップと、
前記サンプリングデータに基づいて、前記スイング動作の単位毎に、前記テニスラケット又は前記テニスラケットにより打たれたボールの位置、速度、加速度及び角速度、並びにこれらの任意の組み合わせの中から選択される指標を算出するステップと、
複数の前記スイング動作の単位にそれぞれ対応する複数の前記指標どうしを比較することにより、前記複数の指標間のバラツキを判断するステップと、
前記複数の指標どうしを比較した結果のデータである比較データとして、前記バラツキに応じた前記ユーザに対する前記テニスラケットの適否を示すデータを作成するステップと、
前記比較データを出力するステップと
をコンピュータに実行させ、
前記比較データは、同じユーザが同じテニスラケットを用いた場合の前記複数のスイング動作の単位にそれぞれ対応する、同じ種類の前記複数の指標どうしを比較した結果のデータである、
テニスのスイング動作の分析プログラム。 - コンピュータが、ユーザによるテニスラケットのスイング動作をサンプリングしたサンプリングデータを取得するステップと、
前記コンピュータが、前記サンプリングデータに基づいて、前記スイング動作の単位毎に、前記テニスラケット又は前記テニスラケットにより打たれたボールの位置、速度、加速度及び角速度、並びにこれらの任意の組み合わせの中から選択される指標を算出するステップと、
前記コンピュータが、複数の前記スイング動作の単位にそれぞれ対応する複数の前記指標どうしを比較することにより、前記複数の指標間のバラツキを判断するステップと、
前記コンピュータが、前記複数の指標どうしを比較した結果のデータである比較データを作成するステップと、
前記コンピュータが、前記比較データを出力するステップと、
前記出力された比較データを、前記バラつきに応じて前記ユーザに適した前記テニスラケットを選択するための材料とするステップと、
を含み、
前記比較データは、同じユーザが同じテニスラケットを用いた場合の前記複数のスイング動作の単位にそれぞれ対応する、同じ種類の前記複数の指標どうしを比較した結果のデータである、
テニスのスイング動作の分析方法。 - ユーザによるテニスラケットのスイング動作をサンプリングしたサンプリングデータを取得する取得部と、
前記サンプリングデータに基づいて、前記スイング動作の単位毎に、前記テニスラケット又は前記テニスラケットにより打たれたボールの速度、加速度、角速度及び位置、並びにこれらの任意の組み合わせの中から選択される指標を算出する算出部と、
グラフ領域を表示するとともに、前記グラフ領域上に、複数の前記スイング動作の単位にそれぞれ対応する複数の前記指標を同時に表示するGUI画面を作成する画面作成部と、
前記GUI画面を表示する表示部と、
を備えるテニスのスイング動作の分析装置を用いて、
同じユーザが同じテニスラケットを用いた場合の前記複数のスイング動作の単位にそれぞれ対応する前記複数の指標を前記グラフ領域上に同時に表示する前記GUI画面を、前記表示部上に表示させるステップと、
前記グラフ領域上に同時に表示された同じ種類の前記複数の指標間のバラツキを、前記ユーザに適した前記テニスラケットを選択するための材料とするステップと
を含む、
テニスのスイング動作の分析方法。
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