JPH09171562A - Method for developing skill - Google Patents
Method for developing skillInfo
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- JPH09171562A JPH09171562A JP7354837A JP35483795A JPH09171562A JP H09171562 A JPH09171562 A JP H09171562A JP 7354837 A JP7354837 A JP 7354837A JP 35483795 A JP35483795 A JP 35483795A JP H09171562 A JPH09171562 A JP H09171562A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、工業技術あるいは
芸能等において技能を習得するためにコンピュータを用
いて習得すべき技能を解析し、教程を作成するための技
能開発方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a skill development method for analyzing a skill to be acquired by using a computer and preparing a course in order to acquire the skill in industrial technology or entertainment.
【０００２】工業技術あるいは芸能において技能を習得
するには、その技能を解析し、習得教程を作成する必要
がある。従来は解析者がその技能を習得している者の技
能を観察し、その観察結果に基づいて技能習得のための
教程を作成していた。この観察は人間によってなされる
ため主観的で不十分なものであった。[0002] In order to acquire a skill in industrial technology or entertainment, it is necessary to analyze the skill and prepare a learning course. Conventionally, an analyst observes the skill of a person who has acquired the skill and creates a course for skill acquisition based on the observation result. This observation was subjective and inadequate as it was made by humans.
【０００３】一方、工業技術あるいは芸能等においてコ
ンピュータを用いて技能を解析し、その結果に基づいて
その技能の習得、錬磨あるいは新しい技能の開発を行う
ことが最近行われている。このコンピュータを用いる解
析もその基となるデータが解析者の主観により、位置・
速度・加速度のみを用いる運動学を用いて解析を行って
いる。そのため、この方法によって解析し画面上に表示
することができるのは人体を構成する部分を線で表す線
画（ライン・ピクチャ）のみであり、人体を立体的に肉
付けしてリアルに表示することはできない。したがっ
て、表示された内容の理解が困難であるばかりでなく、
動作内容は不合理的なものになりがちであり、新規な技
能の開発を行うことも困難である。On the other hand, it has been recently practiced to analyze a skill using a computer in industrial technology or entertainment, and to learn, refine or develop a new skill based on the result. In the analysis using this computer, the base data is
The analysis is performed using kinematics that uses only velocity and acceleration. Therefore, only line drawings that represent parts of the human body by lines (line pictures) can be analyzed and displayed on the screen by this method, and it is not possible to display the human body in a realistic manner with three-dimensional flesh. Can not. Therefore, not only is it difficult to understand what is displayed,
The action contents tend to be irrational, and it is difficult to develop new skills.
【０００４】また、コンピュータを用いて技能を分析
し、新しい技能を開発するには使いやすい対話形式によ
りリアルタイムに応答する方法が適しているにもかかわ
らず、従来の方法においては実際に動作をさせてその動
作内容の確認及びその結果に基づく微調整が必要なた
め、対話形式によるリアルタイムにすることはできなか
った。In addition, in order to analyze a skill using a computer and develop a new skill, a method of responding in real time by an easy-to-use interactive method is suitable, but in the conventional method, the operation is actually performed. Since it is necessary to confirm the operation content and fine-tune it based on the result, it was not possible to perform it in real time in an interactive manner.
【０００５】物体の運動を論じる方法として位置・速度
及び加速度を用いる運動学（キネマテックス）の他に、
物体の運動を力との関係で論じる動力学（ダイナミック
ス）と呼ばれる方法があり、この方法をコンピュータに
よる技能解析に用いれば少ない操作で複雑な動きを解析
できる。しかし、動力学による技能解析においては、計
量が困難な慣性モーメント、重心、関節の摩擦、筋肉／
靭帯の弾性等のデータが必要であり、これらのデータが
ないと運動学による技能解析と同様に不合理な結果にな
ってしまう。また、比較的手間のかかる動力学方程式を
解く必要があり、関節を有し自由度が２００もある人体
の動きを解析し設計するには、６００もの微分方程式を
同時に解く必要がある。なお、以下において「動力学」
を適用する、とは指定された力に基づいて加速度等の動
きを計算する手法を意味し、またこれとは逆に動きから
力を計算する場合を「逆動力学」を適用する、と称す
る。In addition to kinematics (kinematics) that uses position / velocity and acceleration as a method of discussing the motion of an object,
There is a method called dynamics that discusses the motion of an object in relation to force, and if this method is used for skill analysis by a computer, complex motions can be analyzed with few operations. However, in dynamic skill analysis, it is difficult to measure moment of inertia, center of gravity, friction of joints, muscle / muscle /
Data such as ligament elasticity is required, and without these data, irrational results will be obtained as in kinematics skill analysis. Further, it is necessary to solve a relatively complicated dynamic equation, and it is necessary to simultaneously solve as many as 600 differential equations in order to analyze and design the movement of a human body having joints and having 200 degrees of freedom. In the following, "dynamics"
Means to calculate the motion such as acceleration based on the specified force, and to calculate the force from the motion on the contrary, it is called to apply "inverse dynamics". .
【０００６】従来のコンピュータを用いる動力学を用い
る人体の技能解析は、 １．人体モデルを作成 ２．人間の実際の動作を入力 ３．入力された動作を解析 ４．解析された動作を再現 の４つの段階から構成されている。Skill analysis of the human body using dynamics using a conventional computer is as follows. Create a human body model 2. Input actual human movements 3. Analyze the input motion 4. It consists of four stages of reproducing the analyzed behavior.
【０００７】第１段階の「人体モデルを作成」では、人
体を関節で分離される動きの最小単位となる部分に分解
し、これら各部分の固有の性質、相互の関係及び関節の
動きの範囲の制約条件に基づいて人体モデルを作成し、
これを適宜のコンピユータ言語で記述したデータをデー
タベースに入力する。In the first step, "creating a human body model", the human body is decomposed into parts that are the minimum units of motion separated by joints, and the inherent properties of these parts, their mutual relationships, and the range of joint motion. Create a human body model based on the constraints of
The data described in an appropriate computer language is input to the database.
【０００８】第２段階の「人間の実際の動作を入力」で
は、計算の対象となる動作をビデオ画像のフレーム単位
あるいはフィルムのコマ単位で上記と同様に記述したデ
ータをデータベースに入力する。この場合、複数の方向
から同時に撮影した画像を用いることで、次の段階の計
算をより具体的に行うことができる。In the second step "input actual human motion", data describing the motion to be calculated in frame units of video images or frame units of film in the same manner as above is input to the database. In this case, the calculation of the next step can be performed more concretely by using the images taken simultaneously from a plurality of directions.
【０００９】第３段階の「入力された動作を解析」で
は、第２段階で入力された動作について各部分の重心及
び全体の重心を計算し、逆動力学を用いて各関節に働く
力およびトルク、各部分の重心に働く力及びトルクをラ
グランジェの運動方程式を用いて計算する。In the third step "Analysis of the input motion", the center of gravity of each part and the whole center of gravity of the motion input in the second stage are calculated, and the force acting on each joint is calculated using inverse dynamics. The torque, the force acting on the center of gravity of each part, and the torque are calculated using Lagrange's equation of motion.
【００１０】各部分の動作を計算するため、本発明の動
作解析においては、重心の線加速度をニュートンの運動
方程式を用いて計算し、重心の角加速度をオイラーの運
動方程式を用いて計算し、得られた重心の線加速度と重
心の角加速度を積分して速度を求め、さらに積分して位
置を求める。In order to calculate the motion of each part, in the motion analysis of the present invention, the linear acceleration of the center of gravity is calculated using Newton's equation of motion, and the angular acceleration of the center of gravity is calculated using Euler's equation of motion. The obtained linear acceleration of the center of gravity and the angular acceleration of the center of gravity are integrated to obtain the velocity, and further integrated to obtain the position.
【００１１】この解析された技能を再現する段階におい
ては、動力学方程式を精密に解けばよいが、この方法は
概念が複雑であるうえに、ｎを技能解析において動きの
最小単位になる人体を構成する部分の数とした場合の計
算量Ｏ（ｆ（ｎ））がｎ４の関数Ｏ（ｎ４）であり、計
算量が多く計算に時間がかかるため、コンピュータによ
る計算が高くつく。At the stage of reproducing the analyzed skill, the dynamic equation may be solved precisely, but this method is complicated in concept and n is the minimum unit of motion in the skill analysis. a calculation amount in the case where the number of parts constituting O (f (n)) is a function of n 4 O (n 4), since it takes time to calculate the amount of many calculations, expensive calculation by a computer.
【００１２】一方、軸の回りの関節の回転についての無
視することにより計算量がｎの関数Ｏ（ｎ）である計算
を用いた技能解析方法が提案されているが、この方法に
よって画面上に表示することができるのは人体を構成す
る部分を線で表す線画（ライン・ピクチャ）のみであ
り、軸の回りの関節の回転について無視することができ
ない場合には、この方法を用いることはできない。した
がって、この方法によっても人体を立体的に肉付けして
リアルに表示することはできない。On the other hand, a skill analysis method using calculation in which the amount of calculation is a function O (n) of n by ignoring the rotation of the joint around the axis has been proposed. This method cannot be used if only the line drawing that shows the parts that make up the human body can be displayed, and the rotation of the joint around the axis cannot be ignored. . Therefore, even with this method, the human body cannot be three-dimensionally fleshed and displayed realistically.
【００１３】[0013]
【発明が解決しようとする課題】本発明は試行錯誤ある
いは解析者の直感によることなく、コンピュータを用い
て対話形式により技能を解析し、新しい技能の開発をす
ることができる技能解析方法を提供することを課題とす
るものである。The present invention provides a skill analysis method capable of analyzing a skill interactively using a computer and developing a new skill without trial and error or intuition of an analyst. This is an issue.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の技能解析方法においては最初に、人間の基
本的な動きを解析し、人体のそれぞれの関節に発生する
力及びトルクを含む動的バラメータのデータを基本的な
動きに関する知識としてデータベースに入力する。In order to solve the above problems, in the skill analysis method of the present invention, first, the basic motion of a human being is analyzed, and the force and torque generated in each joint of the human body are included. Input dynamic parameter data into the database as knowledge about basic movements.
【００１５】次に、解析者はデータベースにアクセス
し、得られたデータを加工するが、コンピュータは制約
条件を制約された動きの形で、逆動力学の結果を力の形
でリアルタイムで解析者にフィードバックし、満足の行
く結果が得られるまでこの過程を繰り返すことにより、
動きを対話形式により設計する。Next, the analyst accesses the database and processes the obtained data, but the computer analyzes the result of the inverse dynamics in real time in the form of force in the form of motion with constrained constraints. Feedback to and repeat this process until you are satisfied with the results.
Design movements interactively.
【００１６】この技能解析方法の計算量はｎの関数Ｏ
（ｎ）であり、コンピュータによる計算が高くつくとい
う問題を解決している。また、試行錯誤あるいは解析者
の直感によることなく、対話形式により線画ではないな
めらかに肉付けされた立体的でリアルな人体の動きの作
成を実現することができる技能解析方法を提供すること
ができる。The calculation amount of this skill analysis method is a function O of n.
(N) solves the problem of high computational cost. Further, it is possible to provide a skill analysis method capable of realizing the creation of a three-dimensional and realistic movement of a human body which is not a line drawing but is smoothly fleshed out in a dialogue form without trial and error or intuition of an analyst.
【００１７】[0017]
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本願発明の実
施例について説明する。図１に本発明のフローチャート
を示すが、このフローチャートは １．人体モデルを作成 ２．実際の技能を入力 ３．入力された技能を解析 ４．新しい技能を設計 ５．動力学を適用 ６．制約条件を適用 ７．逆動力学を適用 ８．結果を表示 の各段階から構成されている。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a flowchart of the present invention. Create a human body model 2. Enter the actual skill 3. Analyze input skills 4. Design new skills 5. Apply kinetics 6. Apply constraints 7. Apply inverse dynamics 8. It consists of stages for displaying results.
【００１８】第１段階の「人体モデルを作成」では、人
体を動きをその関節で分離される動きの最小単位となる
部分に分解し、これら各々の部分固有の性質、相互の関
係及び関節の動きの範囲等の制約条件に基づき人体モデ
ルを作成し、例えばＣ言語等の適宜の言語で記述したデ
ータとしてコンピュータにデータベースとして入力して
おく。In the first step, "creating a human body model", the human body is decomposed into parts which are the minimum units of motion separated by the joints, and the characteristics peculiar to each of these parts, their mutual relations and joints. A human body model is created based on a constraint condition such as a range of movement, and is input as a database to a computer as data described in an appropriate language such as C language.
【００１９】第２段階の「実際の技能を入力」では、解
析の対象となる技能をビデオ画像のフレーム単位あるい
はフィルム画像のコマ単位に入力する、この場合複数の
方向から同時に撮影した画像を用いれば、次の段階の解
析をより具体的に行うことができる。In the second step, "inputting the actual skill", the skill to be analyzed is input for each frame of a video image or for each frame of a film image. In this case, images taken simultaneously from a plurality of directions are used. If so, the analysis of the next stage can be performed more specifically.
【００２０】第３段階の「入力された技能を解析」で
は、第２段階で入力された技能について各部分の重心及
び全体の重心を計算し、逆動力学を用いて各関節に働く
力及びトルク、各部分の重心に働く力及びトルク、全体
の重心に働く力及びトルクを解析する。In the third step "Analysis of input skill", the center of gravity of each part and the whole center of gravity of the skill input in the second step are calculated, and the force acting on each joint and the force acting on each joint are calculated using inverse dynamics. The torque, the force and torque acting on the center of gravity of each part, and the force and torque acting on the whole center of gravity are analyzed.
【００２１】技能の解析のみを行う場合は、第３段階で
得られた各部分の重心、各関節に働く力及びトルク、全
体の重心、全体の重心に働く力及びトルクを矢印等によ
りデータベースの人体モデルに重ねて画面上に表示す
る。このようにして、技能の解析が行われる。When only the skill is analyzed, the center of gravity of each part obtained in the third step, the force and torque acting on each joint, the overall center of gravity, the force and torque acting on the entire center of gravity are stored in a database using arrows or the like. It is displayed on the screen overlaid on the human body model. In this way, skill analysis is performed.
【００２２】次に、上記の解析結果を利用して新しい技
能を開発する場合について説明する。新しい技能を開発
するためには、予め第１段階の人体モデルのデータ、第
２段階で得られた実際の技能のデータ及び第３段階で得
られた解析結果のデータをデータベースに入力してお
く。Next, a case where a new skill is developed using the above analysis result will be described. In order to develop a new skill, the data of the human body model of the first stage, the data of the actual skill obtained in the second stage and the data of the analysis result obtained in the third stage are input into the database in advance. .
【００２３】第４段階の「新しい技能を設計」において
は、開発者は最初にデータベースから基本的な動作を選
択する。図２に示すのはある動作における左肘の動きを
データベースに基いて作成した制御グラフであるが、こ
の制御グラフにおいて横軸は時間を、縦軸は体のそれぞ
れの関節に発生する力をＸ、Ｙ，Ｚの３軸について表し
ている。なお、当然のこととして同一の関節に発生する
２つの力は、大きさが同じで方向が逆である。In the fourth stage, "Designing a New Skill," the developer first selects a basic behavior from the database. FIG. 2 is a control graph created based on a database of the movement of the left elbow in a certain motion. In this control graph, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the force generated at each joint of the body. , Y, and Z axes are shown. As a matter of course, the two forces generated in the same joint have the same magnitude and opposite directions.
【００２４】また、複雑な動作は数個の制御グラフによ
り表される。例えば人物がイスから立ち上がって歩くと
いう動作を表す制御グラフは、連続した動作を合成して
構成される。なお、他の部分のそれぞれのグラフは例に
挙げた左肘の場合と同じ方法で設計する。Further, complicated operation is represented by several control graphs. For example, a control graph representing a motion of a person standing up from a chair and walking is configured by combining continuous motions. The graphs for the other parts are designed in the same way as for the left elbow shown in the example.
【００２５】次に、力が発生するすべての人体の部分に
ついて、制御グラフの横軸および縦軸の拡大・縮小を含
む物理的変数の変更を一括に行う全体的な変更及び体の
ある一部分に発生する力等の物理的変数を変更する部分
的な変更を行う。Next, for all parts of the human body in which the force is generated, the physical variables including the enlargement / reduction of the abscissa and the ordinate of the control graph are collectively changed and a part of the body is changed. Partial changes are made to change physical variables such as force generated.
【００２６】第５段階の「動力学を適用」においては、
各部分の動作は開発者により指定された力及び各部分の
動きを支配する動力学方程式に基づいて当該各部の動き
が計算される。その場合、図３（ａ）に示すように本来
体の各部分は相互に結合関係にあるのであるが、計算量
を減らすため同図（ｂ）に示すように体の各部分は他の
部分と切り放され、人体の各部分の相互結合関係と関節
の動作の範囲に関する制約条件も一時的に無視される。In the fifth stage, "Applying Dynamics",
The motion of each part is calculated based on the force specified by the developer and the dynamic equation governing the motion of each part. In that case, as shown in FIG. 3 (a), each part of the body originally has a mutual relation, but as shown in FIG. 3 (b), each part of the body is connected to another part in order to reduce the calculation amount. The constraint conditions regarding the mutual connection relation of each part of the human body and the range of motion of joints are also temporarily ignored.
【００２７】各部分の動作を計算するため、本発明の動
作解析においては重心の線加速度を求めるのにニュート
ンの方程式を用い、重心の角加速度を求めるのにオイラ
ーの方程式を用い、線加速度及び角加速度が得られた
ら、これらを積分して速度を求め、さらに積分して位置
を求める。In order to calculate the motion of each part, in the motion analysis of the present invention, Newton's equation is used to obtain the linear acceleration of the center of gravity, and Euler's equation is used to obtain the angular acceleration of the center of gravity. When the angular acceleration is obtained, these are integrated to obtain the velocity and further integrated to obtain the position.
【００２８】第６段階の「制約条件を適用」では、各部
分の動きの計算結果について、人体の各部分の相互結合
関係と関節の動きの範囲の２つの物理的制約条件がチェ
ックされる。この処理は、基本的な部分から始まり、そ
の下位のそれぞれの部分の位置、配列方向が順次チェッ
クされる。ここでは下位の部分が上位の部分に常に接続
されているか否か及び個々の関節の動作が決められた範
囲を越えているか否かの２つのチェックを行う。In the sixth step, "Applying constraint conditions", two physical constraint conditions, that is, the mutual connection relation of each part of the human body and the range of joint motion, are checked for the calculation result of the motion of each part. This process starts from the basic part, and the position and arrangement direction of each of the subordinate parts are sequentially checked. Here, two checks are made as to whether or not the lower part is always connected to the upper part and whether or not the motion of each joint exceeds a predetermined range.
【００２９】その結果、図４（ａ）に示すように下位の
部分が上位の部分に接続されていない場合には、下位の
部分が上位の部分に接続されるように下位の部分を並行
移動させ、個々の関節の動きが一定の範囲を越えている
場合には、回転させてその関節の動きが範囲内になるよ
うに調整し、（ｂ）に示すような自然な姿勢に修正す
る。As a result, when the lower portion is not connected to the upper portion as shown in FIG. 4A, the lower portion is moved in parallel so that the lower portion is connected to the upper portion. If the movement of each joint exceeds a certain range, the joint is rotated so that the movement of the joint is within the range, and the posture is corrected to a natural posture as shown in (b).
【００３０】第７段階の「逆動力学を適用」において
は、力と動作の関係を表現するラグランジュの方程式を
用いて、動きのデータから人体の各関節に起こる力を計
算する。In the seventh step "Applying inverse dynamics", Lagrange's equation expressing the relationship between force and motion is used to calculate the force generated at each joint of the human body from the motion data.
【００３１】新しい技能を開発する場合に、満足の行く
結果が得られない場合には第５段階から第７段階までの
過程を繰り返して、コンピユータ画面の表示との対話形
式により新しい技能の開発を行う。In the case of developing a new skill, if satisfactory results are not obtained, the steps 5 to 7 are repeated to develop the new skill through an interactive form with the display of the computer screen. To do.
【００３２】第８段階の「結果を表示」においては設計
の途中あるいは設計が終了した新しい動きを画面に表示
する。その際に表示された人体の重心の位置、発生して
いる力の方向を人体に合成して表示することができ、こ
のようにすれば表示された動作をより具体的に表示する
ことができる。また、この表示は第３段階の「入力され
た技能を解析」した結果を表示することも可能である。In the eighth step "display result", a new movement in the middle of design or after design is displayed on the screen. The position of the center of gravity of the human body displayed at that time and the direction of the generated force can be combined and displayed on the human body. By doing so, the displayed action can be displayed more concretely. . This display can also display the result of the "analysis of the input skill" in the third stage.
【００３３】本発明においては、図１に示すように単純
な線形回帰アルゴリズムによっているから、逆動力学を
行うための計算量はｎの関数であるＯ（ｎ）である。こ
れにより、Ｎ個の関節をもつ人体モデルの全ての動作に
適応でき、３次元関節モデルの各部分に時間ｔにおける
前記Ｘ，Ｙ，Ｚの値を与えることにより、物理的には現
実世界と同じ動きがコンピユータ内部に再現できる。In the present invention, since a simple linear regression algorithm is used as shown in FIG. 1, the amount of calculation for performing inverse dynamics is O (n) which is a function of n. This makes it possible to adapt to all the motions of the human body model having N joints, and by giving the values of X, Y, and Z at time t to each part of the three-dimensional joint model, the physical world is The same movement can be reproduced inside the computer.
【００３４】のような、所謂逆動力学により、合理的で
完全な力の組合せを得ることができる。また、逆動力学
によらなければ設計者が完全な力の設計を見つけること
は不可能である。本発明においては、体の部分の個々の
配列方向はその関節の限界を越えると変化し、体の各部
分の個々の位置は体の物理的な制約条件にあてはまるよ
うにされる。By so-called inverse dynamics, such as, a rational and complete force combination can be obtained. Also, it is impossible for a designer to find a perfect force design without inverse dynamics. In the present invention, the individual orientations of the body parts change beyond the limits of their joints, and the individual positions of each body part are adapted to the physical constraints of the body.
【００３５】このようにして得られた人体の動きは人体
の下位の部分（例えば、人体の中心部から離れる方向に
位置する部分）が上位の部分（例えば、人体の中心部に
近い方向に位置する部分）に常に接続され、個々の関節
の動作が決められた範囲を越えていていない自然なもの
であるから、そのまま肉付けして立体的にリアルな表示
をすることができる。In the movement of the human body thus obtained, the lower part of the human body (for example, the part located in the direction away from the central part of the human body) is located in the upper part (for example, the direction close to the central part of the human body). It is a natural thing that is always connected to each part and the movement of each joint does not exceed the specified range, so it is possible to display the three-dimensionally realistic by directly fleshing out.
【００３６】また、本発明は試行錯誤あるいは設計者の
直感によることなく、コンピュータを用いて対話形式に
より新しい技能を開発することができる。Further, according to the present invention, a new skill can be developed interactively using a computer without trial and error or intuition of a designer.
【００３７】[0037]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の技能開発
方法は、実際の人間の基本的な動きの解析及び新しい技
能を開発する２つの過程からなる。そして、人間の基本
的な動きの解析は人体モデルの作成、実際の技能の入
力、入力された技能の解析の３段階で進み、新しい技能
の開発は動力学の適用、制約条件の適用、逆動力学の適
用の３段階で進み。動力学の適用の段階では人体を関節
によって分離された５０個のそれぞれ独立した部分に分
け、個々の部分の動きはニュートンの方程式とオイラー
の方程式を用いて他の部分の動きとは切り放して計算さ
れる。制約条件の適用の段階では体の部分の相互結合関
係及び関節の動きの範囲がチェックされる。逆動力学の
適用の段階では、制約条件により修正された新しい動き
を生む力を計算する。その場合の全体の計算量はＯ
（ｎ）となり、従来のＯ（ｎ４）と比較して大幅に計算
量が低減される。したがって、本発明の技能開発方法に
より、これまでの動力学によるコンピュータを利用する
技能開発方法にあった計算の問題を解決し、動力学を実
際の技能開発作業にうまく応用できるようにし、動力学
を用いたリアルタイムのフィードバックができるように
なった。そして、人体の各部分の動きを計算するため、
重心の線加速度をニュートンの方程式を用いて、重心の
角加速度をオイラーの方程式を用いて求めているから、
体の部分の各々の重心の位置及びそれらの重心にかかる
力を求めて表示することができ、同様に全体の重心の位
置及びその重心にかかる力も求めて表示することができ
る。すなわち、動作のコツといえる重心の位置、力の方
向及び大きさ等を表示することができるから、容易に技
能を習得することができる。また、線画ではないなめら
かに肉付けされた立体的でリアルな人体の表示を実現す
ることができる。その上、開発者はモデルの人体をコン
ピユータ画面上で様々な視点から見ることができ、対話
形式により体の部分を並行移動させたり、回転させたり
することができる。従って、開発者は絵とモデルの人体
との間の対応関係を正確に把握することができる。従来
の技能開発方法における知識には人体の動きの基本的デ
ータ及びそれぞれの関節の動きの範囲を規定する制約条
件が含まれるが、この知識は開発者の直観により得られ
るのに対して、本発明の技能開発方法における知識は人
間の実際の動きを解析して得られた実際の動的パラメー
タを指している。したがって、この知識から作られた動
きは科学的で信頼性があり、リアルな動きを作ることが
できる。なお、最近オブジェクト指向のモデルが様々な
分野で用いられており、オブジェクト指向の方法による
とユーザインターフェースは直接操作モデルになる。こ
の直接操作モデルは画面に表示された映像が対象物に反
応するものであるから、本発明の技能開発析方法を用い
れば対象物を対象物空間で直接扱ったり操作したりする
ことができる。As described above, the skill development method of the present invention comprises two steps of analyzing the basic movement of an actual human and developing a new skill. Then, basic human motion analysis proceeds in three stages: human body model creation, actual skill input, and input skill analysis. New skill development is applied to dynamics, constraint conditions, and inverse conditions. Proceed through the three stages of applying kinetics. At the stage of application of dynamics, the human body is divided into 50 independent parts separated by joints, and the motion of each part is calculated by using Newton's equation and Euler's equation and separated from the motion of other parts. To be done. At the stage of applying the constraint conditions, the mutual connection relations of the body parts and the range of motion of the joints are checked. At the stage of applying inverse dynamics, the force that produces the new motion modified by the constraints is calculated. In that case, the total calculation amount is O
(N), and the amount of calculation is significantly reduced compared to the conventional O (n 4 ). Therefore, the skill development method of the present invention solves the problem of calculation that has been present in the skill development method using the computer by the dynamics so that the dynamics can be successfully applied to the actual skill development work. It became possible to provide real-time feedback using. And to calculate the movement of each part of the human body,
Since the linear acceleration of the center of gravity is calculated using Newton's equation and the angular acceleration of the center of gravity is calculated using Euler's equation,
The position of each center of gravity of the body part and the force applied to the center of gravity can be obtained and displayed, and similarly, the position of the entire center of gravity and the force exerted on the center of gravity can be obtained and displayed. That is, it is possible to display the position of the center of gravity, the direction and magnitude of the force, etc., which can be said to be the knack of movement, and thus the skill can be easily acquired. Further, it is possible to realize a three-dimensional and realistic display of a human body that is not a line drawing but is smoothly fleshed. Furthermore, the developer can see the human body of the model from various viewpoints on the computer screen, and can interactively move or rotate the body parts. Therefore, the developer can accurately understand the correspondence between the picture and the human body of the model. The knowledge in the conventional skill development method includes basic data of human body motion and constraint conditions that define the range of motion of each joint, but this knowledge can be obtained by the intuition of the developer. Knowledge in the skill development method of the invention refers to actual dynamic parameters obtained by analyzing actual human movements. Therefore, the movements created from this knowledge can be scientific, reliable and realistic. Recently, object-oriented models have been used in various fields, and according to the object-oriented method, the user interface becomes a direct operation model. In this direct operation model, the image displayed on the screen reacts with the object, so that the object can be directly handled or operated in the object space by using the skill development analysis method of the present invention.
【図１】 技能開発方法の手順を示すフローチャートで
ある。FIG. 1 is a flowchart showing a procedure of a skill development method.
【図２】 関節に働く力の例の制御グラフである。FIG. 2 is a control graph of an example of a force acting on a joint.
【図３】 動力学による計算の模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram of calculation by dynamics.
【図４】 逆動力学による計算の模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram of calculation by inverse dynamics.
Claims (1)
するための技能開発方法において、 人体を関節で区分される動きの最小単位となる部分に分
解し、これら各々の部分固有の性質、相互の関係及び関
節の動きの範囲等の制約条件に基づき人体モデルを作成
し適宜のコンピユータ言語で記述したデータとしてデー
タベースに入力する段階と、 ビデオ画像のフレーム単位あるいはフィルムのコマ単位
で人間の実際の動作を全体および関節で区分される動き
の最小単位となる部分について適宜のコンピユータ言語
で記述したデータとしてデータベースに入力する段階
と、 前記入力された人間の実際の動作について、その全体お
よび各部分の重心、各関節に働く力、トルクを計算する
段階と、 前記データベースから前記人間の基本的な動作を選択
し、その物理的変数を変更する段階と、 前記人体の各部分を他の部分と切り放し、前記実際の動
作を相互結合関係と関節の動きの範囲に関する制約条件
を無視して指定された力のみに基づいて各部分の重心お
よび全体の重心を計算し、各関節に働く力およびトル
ク、全体の中心に働く力およびトルクを解析して新しい
技能を解析する段階と、 前記計算結果について相互結合関係と関節の動きの範囲
の物理的制約条件をチェックして修正する段階と、 前記計算した結果を用いて画面上に表示した人体に、そ
の重心の位置、発生している力の方向を示す矢印等を重
ね合わせて人体の動きを表示する段階と、からなること
を特徴とする技能開発方法。1. In a skill development method for developing a new skill using a computer, a human body is decomposed into parts that are the minimum units of movement divided by joints, and the inherent properties and mutual relations of these parts. And the step of creating a human body model based on constraints such as the range of joint motion and inputting it as data described in an appropriate computer language into the database, and the actual human motion in frame units of video images or frame units of film. The step of inputting to the database as data described in an appropriate computer language for the part that is the minimum unit of motion divided by the whole and joints, and the actual center of the whole and each part of the input human motion, Calculating the force and torque acting on each joint, and selecting the basic human motion from the database. Then, changing the physical variables, cutting off each part of the human body from the other parts, and ignoring the constraint conditions concerning the mutual connection relationship and the range of joint movement in the actual motion, and only the specified force. Calculating the center of gravity of each part and the center of gravity of the whole based on, analyzing the force and torque acting on each joint, the force and torque acting on the center of the whole to analyze a new skill, and the mutual connection relation of the calculation results. And a step of checking and correcting the physical constraint condition of the range of motion of the joint, and an arrow indicating the position of the center of gravity of the human body displayed on the screen using the calculated result and the direction of the generated force. And a step of displaying the movements of the human body by superimposing them on each other, and the skill development method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7354837A JPH09171562A (en) | 1995-12-30 | 1995-12-30 | Method for developing skill |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7354837A JPH09171562A (en) | 1995-12-30 | 1995-12-30 | Method for developing skill |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2418249A Division JPH04270372A (en) | 1990-12-25 | 1990-12-25 | Skill developing method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09171562A true JPH09171562A (en) | 1997-06-30 |
Family
ID=18440242
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7354837A Pending JPH09171562A (en) | 1995-12-30 | 1995-12-30 | Method for developing skill |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09171562A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010005421A (en) * | 2005-01-19 | 2010-01-14 | Honda Motor Co Ltd | System and method of predicting novel motion in serial chain system |
-
1995
- 1995-12-30 JP JP7354837A patent/JPH09171562A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010005421A (en) * | 2005-01-19 | 2010-01-14 | Honda Motor Co Ltd | System and method of predicting novel motion in serial chain system |
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