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モーションキャプチャより出力される情報

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ファイルの種類

モーションキャプチャで取得されたデータは以下のフォーマットで出力ができます。ファイルの種類と記載されている情報は次の通りです。

C3D 多くのモーションキャプチャが採用しているバイナリファイルで、バイオメカニクスやモーションスタディ等の分野で利用されています。座標や姿勢(角度)のほかに反力や筋電等の生体信号の情報も記録することができます。
CSV 同じ行の複数の数値をコンマで区切る一般的なフォーマットであるためスプレッドシートソフトウェアやプログラムスクリプトを使用してインポートすることが可能です。CSVファイルにはマーカーデータ、リジットボディデータ、スケルトンデータを含ませることが可能です。
FBX トラッキングデータを他の種類が存在します。
BVH Biovision Hierarchy (BVH) ファイルフォーマットです。エクスポートしたBVHファイルには、個々のマーカーデータは含まれません。階層的なセグメント関係を使用して選択したスケルトンがエクスポートされます。
TRC 各ラベルの位置データや選択したテイクのラベル付けされていないマーカーなど、キャプチャで得た未加工の出力データが含まれています。予測されるマーカー位置およびセグメントオリエンテーションデータは、エクスポートされたファイルには含まれません。
 

リアルタイムでのデータの受け渡し:ストリーミング

モーションキャプチャで取得されるデータを、別のソフトウェアやイーサネット経由で外部機器にオンラインで送信することができます。OptiTrackの場合、通信方法はUDPの他にVRPNやTrackdのフォーマットがあります。その情報を基にリアルタイムで制御することや、加工されたデータを表示することも可能です。

 

出力される物理量とその算出の方法

<3次元角度(オイラー角とクォータニオン)>

オイラー角とは、XYZの軸を用いる角度表現です。変換する際にXYZの3つの情報だけで表現され、計測における3次元の角度や姿勢を表現する際、最も一般的に用いられます。オイラー角の数値は、回転順序(XYZ、XZY、YZX等)により結果が変わります。ジンバルロック(2軸が重なってしまい回転自由度が減ってしまう状態)と言われる弱点があります。
それに対し、クォータニオン(四元数)はXYZの軸にとらわれない角度表現であり、3Dグラフィックスによく用いられる表現です。OptiTrackでは出力する際、ユーザーが両者のいずれか選択する事が可能です。

<物体の回転中心>

ボールなどに複数のシールタイプのマーカーを貼付し、剛体を作成します(イメージ①)。さらにOptiTrackでは、剛体の中心を回転データから計算し、ボールの回転中心を表示することが可能です(イメージ②)。

<速度・加速度・角速度・角加速度の算出>

モーションキャプチャが直接計測する情報は3次元位置で、そこから姿勢角を計算できますが、速度・加速度も微分演算によって計算することができます。一方、微分演算にはノイズを増幅する作用があります。モーションキャプチャは高精度であるため、運動が滑らかであれば一階微分による速度算出によるノイズ増幅の影響は実用上それほど問題にならずに、一般にフィルターなどを使用しなくても滑らかな速度を計算することができます。しかし、加速度算出時の二階微分では、フィルターの使用なしには、ノイズに加速度が埋もれてしまうことがたびたび起きてしまいます。したがって加速度計算では適切なフィルタリングが必要となります。つまり、適切なフィルタリングを行えば、一般にはジャイロセンサや加速度センサで計測した角速度や加速度など比較しても同等、またはそれ以上の計測精度をモーションキャプチャによって得ることができます。

ボールの剛体
 

位置情報の精度

モーションキャプチャのデータ精度は近年、非常に高くなっています。弊社の精度検証では3次元測定器にてミクロンの値で計測された治具を用いて検証を行っています。例えば、100万画素のカメラで2m×2m×2mの空間を構築し、計測した検証では、最大誤差で0.05mmの精度でのセンシング結果となりました。

 

外部計測機器との同期

座標から取得する事のできない、力データや温度等は外部計測機器との完全同期にて計測を行います。OptiTrackの場合、GigE接続のPrimeシリーズで同期用ユニットeSync 2を用いる事でモーションキャプチャのカメラを含めた全ての機器の同期を合わせて計測を行うことが可能です。

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