モーションキャプチャーとは??
モーションキャプチャーの原理

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モーションキャプチャーとは??

モーションキャプチャー(略称モーキャプ)とは、人や動物や物などの3次元の動きを計測し、動いた位置を数値化することができ、動きを3次元的に表現できるものです。

モーションキャプチャーは通常、医学的な見地に基づく歩行の分析、スポーツ科学の分野のアスリートの分析、ビデオゲーム開発で使用されるモーションキャプチャーなどの人間の動きに関連したものやロボット、ドローン、車、船などの様々な工業製品の計測に使われています。一般の人々には、実際に計測の状況を見たことはないかもしれませんが、モーションキャプチャーを使って俳優の動きや表情を計測し、キャラクターなどにそれらのデータをあてはめた映画やアニメなどで活用されたところでモーションキャプチャーのデータを見ています。

基本的に、計測対象物にマーカーを配置し、カメラの位置を移動して表示することができれば、その動きをシステムでキャプチャーすることができます。

モーションキャプチャーの原理

光学式モーションキャプチャーと言われる、反射マーカーと専用のモーションキャプチャーカメラを利用したシステムでは以下の原理が使われています。

1つのカメラは、マーカーの2次元運動を記録することができます。 しかし、それは深度を記録することができないので、カメラに向かってまたはカメラから遠ざかるマーカーを正確に追跡することはできません。 また、マーカーが視界から遮られた場合でも、単一のカメラでトラッキングを続行する方法はありません。

2台のカメラであればマーカーの3次元運動を記録できます。 しかし、1つのカメラの視野が遮られると、それらも制限されます。

そのため、モーションキャプチャーには、各マーカーを表示する2台以上のカメラが含まれている必要があり、計測対象物や場所にもよりますが複数台のカメラが必要になります。複数台あることで1つのカメラでマーカーが一時的に表示されなくなった場合でも他のカメラで表示できていれば計測対象物の動きを追跡できます。

モーションキャプチャーの歴史

現在知られているモーションキャプチャーの歴史は、古代ギリシャの哲学者アリストテレスがモーションキャプチャーの実験を考案した2千年前より始まります。

アリストテレスは、「Parts of animals, movement of animals, progression of animals」の中で、人間にインクを浸した植物の葦(アシ)を頭につけ、壁の横を歩いていくと、壁には描かれる葦の軌跡は 真っ直ぐではなくジグザグになります。なぜなら、足のなどが曲がると低くなり、立つと高くなるからです。非常に基本的な方法で、彼は歩いている間の人間の頭の動きを捉えようとしていました。 しかし、彼が生きていた時代は、科学的な真理は単に問題を解く方法は考えることによって追究することができると考えられていたので、実際に実験をしなかったようです。

アリストテレスの約2千年後、ガリレオの生徒の1人であるジョヴァンニ・アルフォンソ・ボレッリは、歩行解析における最初の実験を行ったと言われています。

彼は2つのポールに向かって歩いて、遠いポールに比べてより近いポールが左右に動いているように見えました。 これにより、彼は歩行中に頭部の内側外側の動いていることを推定しました。

1800年代に技術が進歩するにつれて、新しい研究が行われました。 19世紀後半、英国の写真家エドワードマイブリッジは、馬の動きを撮影するために12台のカメラを使いました。 彼の写真は肉眼では見ることできなかった馬の動きを詳細に表示することができました。

彼の技術は、他の動物や人間の動きに応用されました。 彼はまたズープラキシスコープ(最初の映画プロジェクター)を発明しました。このプロジェクターは一連の画像を連続して表示し、動きを見ることを可能にしました。

数年後、フランスの科学者エティエンヌ=ジュール・マレーは、1秒間に12枚の連続撮影が可能なクロノグラフ銃という単一のカメラを開発し、エドワードマイブリッジのマルチカメラ技術を改良しました。

彼はそれを使って人間の歩行の運動、多くの動物の運動、鳥や昆虫の飛行などを追跡しました。

19世紀の終わりに、ドイツの解剖学者クリスチャン・ヴィルヘルム・ブリュンと生理学者のオットー・フィッシャーは、ガイスラー電球を点滅させて被験者につけカメラで記録し、最初の3次元歩行分析システムを発明しました。

これは、光で追跡して被験者の位置を三角測量するアクティブマーカーシステムの初期の例です。

20世紀末までには、多くの3次元モーションキャプチャが反射マーカシステムで行われるようになりました。反射マーカーシステムでは、カメラレンズの近くにあるライトを反射するためにこのような反射マーカを使用しています

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