スポーツやエンターテインメントのあらゆる分野、特にエリート レベルでモーション キャプチャーが使用されはじめています。
このガイドでは、モーションキャプチャーのトップ オプションを取り上げ、特定のテクノロジーでできることとできないことの重要な違いについて説明します。 モーションキャプチャーは非常に曖昧な言葉ですが、この記事では、何が正確な 3-D モーションキャプチャーで、何がそうでないかを明確にします。 モーションキャプチャーは進化しており、あらゆるレベルで使用されるようになっています。スポーツパフォーマンスの専門家は、利用可能な最善の選択肢とベストプラクティスについて常に最新情報を得る必要があります。
3-D モーション キャプチャとは
モーション キャプチャーは非常に緩い用語で、モーションをキャプチャすることは、現在ではほとんど何でも意味します。 しかし、通常は、3 次元での全身の動作の修正された記録を指します。 IMU センサーが市場に参入した今、ジャイロを備えた加速度計は真のモーション キャプチャーに見えますが、いくつかのセンサーでモーションを測定することと、動作中の身体をキャプチャすることは異なります。 モーションキャプチャという言葉が出ると、ほとんどの読者は、アスリートを3次元でデジタル化するために身体に反射するマークを思い描くでしょうが、何が真の3次元記録を構成しているかを知ることは非常に重要です。
少数のセンサーで動きを測定することと、行動中の身体をキャプチャすることには違いがあります。 Click To Tweet
小型のセンサーは、方向データを収集する能力はありますが、身体のすべてを収集しない限り、それらのシステムはモーションセンサーとして見るべきで、録画から動きの競合レンダリングを作成するシステムもあります。
- 全身の動作の完全で信頼できる取得を作成する
- 参照点の解剖学的な方向を提供する
- データの 3 次元の直接記録が必要である。
- 高い測定頻度で弾道活動を収集できる。
このリストからわかるように、すべての要件が満たされない限り、生の、文脈から離れた動きの単一センサー記録をモーション キャプチャーとして混同することは簡単です。 一緒に使用される IMU は、計算からモーション キャプチャー データを作成できますが、体の動きを測定するという課題に、別のレベルの複雑さを追加します。 Microsoft Kinect デバイスのようなマーカーレス カメラは、赤外線レーザーとカメラを一緒に使用して 3 次元の深度を作成しますが、これらのシステムはスポーツでは限界があります。
モーションキャプチャーはどのように機能するか
モーションキャプチャーは、ある部分では身体をマークして追跡し、ある部分ではその情報を研究および娯楽などの市場での用途に役立つデータに変換することです。 モーションキャプチャーのユーザーが必要とする詳細さと正確さの量は、各システムが情報の正確さと柔軟性の両方について能力と制約を持っているため、データを収集する方法を決定します。 モーションキャプチャーの中には、屋内用として設計されていても、屋外用として有効かつ適切な機能を備えているものもあります。
モーションキャプチャーには、マーカーまたは光学式システムとマーカーレス ソリューションという 2 つの明確な選択肢が存在します。 ビデオを使用したモーションキャプチャも可能ですが、ほとんどの研究用システムでは、赤外線カメラと反射型マーカーを使用することを好んでいます。 精度の低いシステムの中には、安価でランニングのトレッドミル解析のような簡単な問題を解決できるものもあり、人気が出てきています。
通常 IMU センサーを備えた装着可能なボディスーツは、その携帯性から人気が出てきていますが、データの粒度や精度をあまり要求しない、より臨床的なオプションと見なされています。 高性能なモーションキャプチャシステムは、顔の表情やピアノを弾く指の動きなどを細かく見ることができる。
データが取得された後、データをクリーンアップし、モーション アーチファクトが誤ったレポートを作成しないように、追加のフィルタリングと計算が実行されます。 筋肉や皮膚は高速で動くため、データ品質に課題があるため、データの正確さと精密さを確保するために、特定のガイドラインで反射マーカーを身体に配置します。 解剖学的ランドマークは、その信頼性と関節の動きを結びつける価値を考慮して選択されます。 IMUのボディスーツやシステムも同様のアプローチで配置されていますが、科学的なベストプラクティスに従うのではなく、機器の設計に基づいた独自の位置が設定されています。 マーカーレス システムでは、ほとんどのシステムが、その場で歩く、しゃがむ、その他の基本的な機能を実行するなど、位置が固定された動作を見ているため、ニーズに応じて適切なカメラの設定が必要です。
最後のステップは、データを取得してレポートに変換するか、アニメーションやシミュレーションに変換する機能を使用することです。 モーションキャプチャによって収集されたデータに加えて、フォースプレートや筋電図の読み取り値など、複数のデータセットを組み合わせることを可能にするソリューションも各社が作成しています。 ここ数年の開発のほとんどは、光学システムのソフトウェア側と、マーカーレスやIMUソリューションのハードウェア側のものです。
モーション キャプチャ ハードウェアのさまざまな選択肢
ほとんどの場合、モーションキャプチャ ハードウェアは研究または非常に進んだ臨床ニーズに向けて設計されています。 ビデオ分析は、コーチによるバイオフィードバックのオプションとしてより一般的ですが、モーション キャプチャーは IMU 市場により成長しています。
たとえば、Motus は、投球 (野球)、ボウリング (クリケット)、パス (アメリカン フットボール) などの投球アスリート用に、単一のセンサー オプションを提供しています。 そのシステムは、肘付近の動きをキャプチャしますが、体幹や脚など、他のデータ セットが利用できない場合、多くの仮定がなされるため、主に計算となります。 IMUシステムは精度と正確さに欠ける傾向がありますが、技術は向上しており、徐々にその差を縮めています。
モーションキャプチャ技術の最も明白な価値は、ユーザーのためにデータを自動的に分析することです。 Click To Tweet
私たちは、いくつかの理由から、複数のカメラを使用した従来のビデオをモーションキャプチャーの選択肢に含めない方がよいと思います。 モーションキャプチャの最も明白な価値は、ソフトウェアユーザーが手動で行う代わりに、テクノロジーが自動的にデータを分析することです。 ビデオシステムの中には、モーションキャプチャーのようにビデオを自動化し、一連のカメラをデジタル化して動きを計算するものもありますが、この手法の問題は、視覚データによる照明の制限やその他の要因によって、高精度の要件が制限される可能性があることです。
マーカーは、一般に、ビー玉サイズの小さなボール状のアタッチメントか、アスリートに適用される反射性の円形であり、より安定したデータの信頼できる歴史を持っています。 いくつかのシステムでは、汗止めやリストバンドのようなラップ状のアタッチメントを使用し、訓練を受けたユーザーによって装着されるスーツを提供するシステムもあります。 マーカーレスカメラは、ハードウェアを使って映像を撮影するだけですが、得られる情報は少なく、ハードウェアを数フィート（約1.5メートル）離すなど、ユーザーに極めて近い位置に設置する必要があります。
一部のシステムでは、水中撮影やリモート キャプチャなど、高度な研究や特定のニーズ向けに同期ハードウェアおよびその他のツールを提供しています。 カメラやマーカー以外の機器のほとんどは、フォース プレート、EMG、靴内圧など、他のセンサーの開始と停止のトリガーに役立つように設計されています。
モーション キャプチャ ソフトウェアを理解する
モーション キャプチャのほとんどのソフトウェア オプションには、科学的再生または娯楽用途のアニメーションに動作データを転換する、という 2 つの目的があります。 ほぼすべての会社が再生オプションを提供しており、一部のソフトウェアでは、線 (棒状の図形)、骨格、人物などの視点やアニメーション スタイルを選択することができます。 高度なソフトウェアでは、非常に精密な動きを単独で測定したり、分析手法のベストプラクティスに基づいたレポートを作成したりすることができる。 ソフトウェアのいくつかのオプションはハードウェアに依存しないので、ほぼすべてのハードウェアがソフトウェアに接続できます。
スポーツ用のソフトウェアの目標は、ビデオが時々含む視覚的なゴミを排除したモーションを表示することです。
スポーツ用のソフトウェアの目的は、ビデオに含まれる視覚的なゴミがない動きを表示することです。ビデオと同様に、モーションキャプチャーは、EMG や力分析など、視覚的ではない他のデータセットを接続する方法として役に立ちます。
スポーツ用のモーションキャプチャソフトウェアの目標は、視覚的なゴミを出さずにモーションを表示することです。 Click To Tweet
ユーザーは、センサーからの運動データなどの定量的な測定値と同期させるために、定性的なビューを求めるだけなので、モーションキャプチャによる動きが実際に測定されないこともあります。 特に周期的な動きに関する研究では、モーションキャプチャソフトウェアで手動分析を行うこともある。 持久系スポーツ (ランニングなど、一般に周期的なスポーツ) では、バイオメカニカルフォルトや考えられるテクニック エラーについての洞察を得るために、通常、反復運動を平均化または統計的に評価します。
ソフトウェア プラットフォームには、非常に高価なスイートから合理的な 3-D プレーヤーまでありますが、ほとんどすべての研究用ソフトウェアには重複があり、違いは非常に小さいものです。 ハードウェア プロバイダーからの期待としては、プラットフォーム市場でアナログ データの分析が可能になることなので、一部のソフトウェア プラットフォームはファイル マネージャー オプションにすぎません。 このように、彼らはハードウェアだけに集中するために、ソフトウェア開発を減らしている。 ハードウェアのみ、ソフトウェアのみのオプションはまれですが、どちらか一方のみを提供する小さな会社がいくつか存在します。
スポーツにおけるモーションキャプチャのベスト使用法
実務家は、身体の機能をあらゆる角度から見て、関節角度を抽出するのに、しばしばモーション キャプチャー ソリューションを使用します。 バイオメカニストのようなパフォーマンス分野の人は、アスリートがどのように動くかを研究するためのデータが欲しいし、医学の専門家は、アスリートがそもそもなぜ怪我をするのかを知りたいのです。 スポーツ医学の分野では、怪我をする前、中、後の機能障害に興味があり、パフォーマンス分野では、動きに関してアスリートを成功に導くものを学ぶ必要があるのです。 ベースライン データが低下すると、パフォーマンスが低下し、傷害のリスクが高まるというパターンがあり、コーチや医療専門家は、重要または複雑な傷害を扱うために、モーション キャプチャー テクノロジーを使用することがあります。 スポーツでは他の動きも重要ですが、陸上でのほぼすべての活動には、スプリント、ジョギング、またはウォーキングなど、何らかの走る動作が含まれます。 一部のクリニックでは、負傷したアスリートの再教育プログラムに膨大なリソースを費やしていますが、民間施設のほとんどは、真の介入ベースのソリューションではなく、ブランドまたは施設のマーケティングのためにモーションキャプチャー分析を使用しています。
モーションキャプチャーによるワークフローは大きな負担ではありませんが、グループフレンドリーでもなく、即時フィードバックソリューションというわけでもありません。 単一の IMU センサー ソリューションのような小規模なアプリケーションでは、バイオフィードバックのためにスマート デバイスを効果的に活用できるかもしれませんが、不完全な画像のため、それは真のモーションキャプチャーではなく、完全な解析と混同してはいけません。
ビデオ解析と同様に、異なる速度や視点でスクリーン上の自分を見る機会を持つことは、選手にとって非常に貴重です。
モーションキャプチャー テクノロジーのオプション例
スポーツ専用のモーションキャプチャー システムのベンダーは 20 社以上あり、他にもチーム、病院、民間施設に価値を付加する優れた、効果的なソリューションがたくさんあります。 私たちは、C-Motion のようなソフトウェア ソリューションを含め、いくつかの企業をこのレビューから除外しました。 これは、リストに載せる価値がないからではなく、（レビューのために）すべてのシステムにアクセスすることはほぼ不可能だからです。
Qualisys: 米国外の数少ない企業の 1 つであるスウェーデン拠点の Qualisys は、アニメーションやエンジニアリングなど、スポーツ以外の無数のニーズに対するソリューションを提供しています。 彼らはバーチャルリアリティ市場に注力しており、水中での需要に役立つソリューションを持っています。 同社の強みは、他のシステム（フォースプレート）やMATLABやLabVIEWなどのソフトウェアと製品を連携させることです。 彼らは革新的で、3Dプレーヤーや、簡単な録画のためのトリガーアプリを提供することで、スマートフォン市場を素早く利用した。
Vicon。 この英国企業は、光学カメラスタイルのシステムにおいて非常に強力ですが、最近、ニュージーランドのスタートアップで、アスリートに単一の IMU センサー オプションを提供する IMeasureU を買収することでリスクを取りました。 バイコン社は、スポーツパフォーマンスや臨床科学分野での実績が多いが、エンターテイメント分野でも成功を収めている。 モーションキャプチャーの多くの企業と同様に、エンジニアリングだけでなく、エンターテイメントでも牽引している。 バイオメカニストの第一人者や運動科学の専門家が、アスリートや患者との共同作業を定量化する方法としてViconを使用しています。
動作解析。 堅牢なノイズフリーのソリューションを最初に作成した企業の1つであるMotion Analysisは、カリフォルニア州サンタローザにあり、1980年代初頭に設立されました。 野球に関する先駆的な研究の多くがモーションアナリシスから始まり、ゲーム、アニメ、エンジニアリング、さらには放送など、他の市場へも展開しています。 同社はカメラやソフトウェアの開発を幅広く行っているためスポーツ界では有名で、何百もの研究論文に同社のシステムが資料編の一部として掲載されています。
Xsens: ウェアラブル・モーションキャプチャーのパイオニアである Xsens 社は、動作解析のための IMU ベースの選択肢におけるリーダーの 1 つです。 Xsens はオランダの会社ですが、ロサンゼルスにも拠点を置いているため、米国での存在感が強いです。 同社のソリューションは、スポーツから農業まで幅広く、単に歩行解析や研究の手助けをしたいだけの企業ではない。 エンジニアリング市場とのつながりが非常に強く、生物科学やスポーツパフォーマンス以外にも多くのアプリケーションを持っています。 彼らのシステムの強みは、リアルタイムで、しかも製造現場や屋外などの実環境で使用できることです。
OptiTrack。 モーションキャプチャーのもう一つのリーダーであるOptiTrackは、従来の光学ソリューションと、新しいマーカーレスソリューションを提供しています。 オプティトラックは、アニメーション、動作科学、バーチャルリアリティ、およびロボット工学の分野をリードしています。 国際的な企業であり、独自のソフトウェアを提供し、ソフトウェア開発キット（SDK）も提供しています。 また、フォースプレートやその他のデータセットを同期させるためのプラグインやツールも追加で提供している。 OptiTrack は検証研究を提供し、研究と臨床市場の両方にとって実行可能なソリューションであることを示しています。
NDI: スポーツ パフォーマンス モーション キャプチャー オプションではありませんが、NDI は、テクノロジーが精度を最大化できることを示す素晴らしい例と言えます。 医療ソリューション、特に外科手術や病院での治療として知られている NDI は、光学的および電磁気的なトラッキングを提供します。 しかし、NDIは病院だけでなく、軍事用ソリューションや体の動きのモーションキャプチャーも提供しています。 NDIはカナダの企業であり、いくつかの特許やイノベーション賞を受賞しています。 最後に、NDIは国際的に強く、ヨーロッパとアジアに代理店を置いています。
フェニックス・テクノロジーズ（Phoenix Technologies, Inc:
フェニックス・テクノロジーズ：ロボティクスや宇宙、産業などの技術市場に非常に強いカナダ企業です。 同社は、ポータブルカメラとワイヤレスセンサーソリューションに注力しており、どちらもスポーツや臨床のニーズに対応できます。 製品の強みの一つは、超高速のサンプリングレートと精度です。Phoenix社が国際宇宙ステーションやNASAなどの航空宇宙分野の顧客を持つ理由は、このような特徴にあるのです。 ネイティブなソフトウェアを持ちながら、サードパーティのオプションと統合し、他のプラットフォームとの統合も可能です。
myoMOTION: Noraxon の製品である myoMOTION は、複数のデータ セットの最も素晴らしいビジュアル ディスプレイの 1 つで、EMG システムと、ウェアラブル IMU ベース モーション キャプチャ システムで知られています。 Noraxon社はアリゾナ州にあり、彼らの過去の多くはEMGに関連しています。 数年前、Noraxonは、力解析やモーションキャプチャなど、他のセンサーとのデータ統合をより強化する戦略的な動きをしました。 Noraxon のソフトウェアは、レポートを作成し、データマイニングだけでなく、研究のためにサードパーティのソリューションにエクスポートすることができます。 カンザス州に拠点を置く DARI は、陸上競技とハイエンド パフォーマンスに重点を置いて始まり、企業の健康、軍事、バイオメカニクス研究へと拡大してきました。 DARI は、完全にマーカーレスの光学システムで、検証済みの運動学的および運動学的モーション解析と、深い生体力学的洞察を提供します（センサー、マーカー、特殊スーツ、およびフォースプレートを必要としません）。
これらの企業はすべて、このガイドを超える比較や調査を必要とするほどの違いがあります。 最も一般的なリクエストは、トレーニング、つまり、製品だけでなく、一般的なモーションキャプチャの使用方法です。 ほとんどの場合、博士課程または進歩的な大学院および学部課程での実地経験が、リストアップされたシステムを効果的に使用するのに十分であるはずです。 しかし、大学のパフォーマンス プログラムの多くがモーションキャプチャーを効果的に使用しているので、一部のアプリケーションはそれほど厳しくありません。
モーション キャプチャーは真の投資
ほとんどのモーションキャプチャー システムのコストは安くなく、フルラボは平均で 6 桁を超えています。 ほとんどのベンダーには販売部門があり、相談することができますし、近くにあれば製品のデモをしてくれるところもあります。
逆に、民営化されたサービスを提供している商業施設に注目することも賢明です。 モーションキャプチャは成長中であり、ソリューションは年々向上しています。 この先、未来はさらに最先端になるでしょうが、マーカーレス システムが従来の選択肢から脱却するかどうかは、時間が解決してくれるでしょう。
せっかくなので…
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