寝返りを分析する

モーションキャプチャシステムは、人間の動きを毎秒120コマ、数皿の精細度でとらえることが可能な装置です。

スタジオには18台の高精細赤外線カメラが備えつけられており、高性能のコンピュータで制御されています。専任の研究スタッフが、スタジオの複雑なコンピュータの操作、データ解析、CGによる可視化と表示等を全面的にサポートしています。

専用の全身を被うスーツを着用した被験者は、頭、肩、胸、肘、手、腰、膝、脚などの各部に、数十個の光を反射する光学マーカーを取りつけます。マットレスと枕を用意し、被験者に寝てもらいます。

枕診断士が計測した至適枕高、低い枕、高い枕に変えながら、寝返り体型と動きのパターンを守って、被験者に実際の寝返りをしてもらいます。

赤外線の照射機能が組み込まれた18台の高精細赤外線カメラは、斜め上部から被験者を360度で取り囲むよう設置され、毎秒120コマで被験者に取りつけたマーカーの赤外線の反射光を受光し、その軌跡の座標をコンピュータに記録していきます。

取得したデータは、毎秒100万点近い立体座標データに置き換え、各マーカーの軌跡を4次元(3次元空間十時間軸)の座標として記録し続けます。これにより、各光学マーカーの動きが、3次元座標データとして正確に把握できることになります。

そして、各マーカーの位假座標の変化に加えて、速度、加速度、角速度などを計算して求めることができます。さらに、結果をグラフ化したり、可視化して大画面に表示したりすることで、各部位の動きがスムーズに推移しているか、あるいは、ぎこちないかなどの判定が容易になります。

この時、枕診断士が映像データを見ながらスムーズ、ぎこちないなどのコメントを書き込んでいくと、その位置、速度、加速度などの状態を定量的に把握できるわけです。

たとえば、膝と腰の回転角度を見れば、膝と腰の位相の遅れがわかります。また、腰の動きの速度、加速度の波形の高周波成分が多ければ、寝返りがぎこちなく、枕高が合っていないことがわかります。

このデータを知識ベースとしてコンピュータに蓄積することにより、枕診断士の診断判定を定量化していくことにつながります。のちのち、蓄積された大量の定量化されたデータをコンピュータで解析することにより、逆に、寝返りの良し悪しのデータから枕の良し悪しがわかるという、将来に向けた夢が描けます。

さらに、新しい計測事例が増えるたびに賢くなり精度が上がる、機械学習という仕組みを付与していくことにより、どんどん完成度がアップすることが期待できます。実際どのように計測するのか、1つの例を説明します。

コンピュータにデータを取り込んでCGで再現すると、被験者と同じ動きをする人体モデルが出来上がります。光学マーカーの軌跡から、頭部の中心を淡色の丸、胸部の中心を濃色の丸、腰部の中心を白色の丸とし、計算で求めて表しています。

これら3点を結んだ軸を仮想体軸と名づけ、寝返り時にその直線性を見ることにより、スムーズ、あるいはぎこちないといった、寝返りの良し悪しの判定尺度の一つに用います。

さらに、光学マーカーの位置と人体の対応がはっきりわかり、時間推移を入れて軌跡を観察すると、あたかも被験者が寝返りをしているように見えます。

被験者のこのようなCG画像と、実際の映像を比較して見ることにより、ぎこちない動きなどの振る舞いがよくわかります。