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産業バーチャルリアリティーモーションキャプチャーシステム

人間工学、ロボティクス、VR/AR

MAC3D Systemの計測対象となるのは、何も人間だけではありません。反射マーカーを貼り付けられるものであればどんなものでもその三次元位置データを取得できます。自動車メーカーやスポーツメーカーを始めとする産業分野では、製品の開発や評価、空間デザインの検証などに役立てたり、リアルタイム性を生かしたロボットなどの制御、VR(Virtual Reality:仮想現実)コンテンツとの連動による仮想体験やバーチャルトレーニングなどさまざまな場面で利用されています。

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  • 人間工学

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    車内空間デザインの評価の例
    車内空間デザインの評価の例
    私たちが日々豊かで快適な生活を送るために、人間工学に基づいたデザイン設計を製品に積極的に取り入れようとする動きが盛んです。例えば、人が運転する自動車は快適な運転環境作りを目指してさまざまな研究が行われていますが、運転手は性別、年齢、体格などさまざまなので、誰にとっても乗り心地のよい自動車を開発することは大きなテーマです。その課題を解決する一つの手段として、MAC3D Systemが活用されています。MAC3D Systemを使用して実際の運転動作などのデータを取得し、解析やシミュレーションを行うことで運転空間のデザイン設計に生かされます。

    計測装置 MAC3D System
    取得データ マーカー三次元位置
    6自由度スケルトンデータ
    AVIビデオ
    ナック製EMR視線データ
    データグローブ
    各種センサーデータ
    連携ソフトウェア SIMM
    Siemens Jack
    Haption Dassault V5 (CATIA, Delmia)
    VirDSE など
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  • 運転動作の解析ワークフロー
    自動車運転動作では、MAC3D Systemで人に貼り付けた反射マーカーの3次元座標を取得し、そのスティックピクチャーから人の骨格データを生成することができます。その骨格データから、各部位の3次元座標、速度、加速度のほか、頭部方向、重心、関節角度などを収集することができます。また、外部機器からの外力データ(床反力、座圧など)を取り込めば、関節トルク、筋活動(筋張力)を推定することもできます。
    その他に生体信号(脳波、発汗、心拍、筋電など)や車両情報(ハンドル角度、アクセル、ブレーキなど)、視線計測装置アイマークレコーダ―を用いて視線情報(視線座標、瞳孔径)を同時取集し、統合的にアプローチすることもできます。

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  • 最適な人間工学設計(サイドブレーキ位置評価)
    例えば、サイドブレーキの位置を最適化したい場合、MAC3D Systemでは肘の関節角度、関節トルク、姿勢を計測することができるので、実際にサイドブレーキの位置を変えて、筋力負担、関節にかかる力の負担が少ない位置を探し出すことも可能です。また、人の腕のリーチが姿勢に及ぼす影響なども評価可能です。不自然に伸ばされた腕により、姿勢が崩れる、体にかかる無駄な負荷などの解析も行えます。

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  • 使用ソフトウェア:nMotion musculous
    使用ソフトウェア:nMotion musculous
    ひとの筋力に注目!

    ▼入力データ
     ・関節位置・姿勢など身体動作データ
     ・ブレーキにかかる力データ

    ▲解析出力
     ・肘関節にかかるトルク力
     ・肘筋が発揮する筋力

    サイドブレーキの位置を変えて、肘関節のトルク、肘筋の筋力を推定。
    筋力負担、関節にかかる力の負担が少ない位置を探る。

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  • 乗り心地評価(シート設計評価)
    より良い乗り心地を実現する上で、シート設計も見直しの一つとなりますが、シート形状の最適化をする際にもMAC3D System は活躍します。
    例えば、外部オブジェクト(今回はシート)のCADデータを入力し、力学特性(反力など)を定義付ければ、同じ動作でも圧力の違いや筋活動も変化するため、効率的なシミュレートが行えます。

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  • 使用ソフトウェア:SIMM
    使用ソフトウェア:SIMM
    シート圧力に注目!

    ▼入力データ
     ・関節位置・姿勢など身体動作データ
     ・シートのCADデータ

    ▲解析出力
     ・シート・座面の推定圧力
     ・シート・背もたれの推定圧力

    シート形状CADデータと身体動作データを入力し、運転時のシートにかかる圧力を推定。推定圧力は設計の評価指標として使用。

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  • システム概要の例
    システム概要の例
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  • システム構成
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  • 撮影部
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  • Osprey(オスプレイ)
    MAC3D System Osprey カメラ
    解像度 640×480pixel(30万画素)
    最大フレームレート 250fps
    ズームレンズ 4 - 12mm
    その他 小型・軽量
    狭い室内空間やテーブル上などでの使用に最適

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  • Raptor-E(ラプターイー)
    MAC3D System Raptor-E カメラ
    解像度 1280×1024pixel(130万画素)
    最大フレームレート 500fps(フル解像度)
    10,000fps(部分スキャン)
    ズームレンズ 18 - 55mm
    その他 屋外対応

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  • ソフトウェア
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  • Cortex(コアテックス)
    MAC 3D制御ソフトウェアCortexでの トラッキングの様子
    MAC 3D制御ソフトウェアCortexでの トラッキングの様子
    ・カメラ制御
    ・空間キャリブレーション
    ・マーカートラッキング
    ・スケルトン作成・編集
    ・リアルタイムデータストリーミング
    ・ポストプロセス(ノイズ除去、ギャップ補間、フィルタリング)

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  • nMotion musculous(エヌモーションマスキュラス)
    nMotionでのテニス動作解析
    nMotionでのテニス動作解析
    ・逆運動学解析
    ・逆動力学解析
    ・日本人体型ベースの詳細筋骨格モデル作成
    ・筋張力、筋活性度の推定
    ・グラフ描画機能
    ・床反力推定機能

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  • SIMM(シム)
    SIMMによる座席シート評価
    SIMMによる座席シート評価
    ・順運動学解析・逆運動学解析
    ・順動力学解析・逆動力学解析
    ・詳細な筋骨格モデルの作成
    ・人体以外の生物筋骨格モデルの作成
    ・バイオメカニクス研究者のCADパッケージとして
    ・外科手術シミュレーターとして
    ・動作計測データのアニメーションツールとして
    ・動力学シミュレーションとして

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  • オプション
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  • EMR Plug-in
    EMR Plug-in の動作画面
    EMR Plug-in の動作画面
    当社製の視線計測装置アイマークレコーダ―EMR-9との同時計測を可能とするプラグイン。
    フルボディのモーションデータと同期して、視線の三次元データを取得可能。

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  • Motion Composer(モーションコンポーザー)
    Motion Composerによるレポート作成画面
    Motion Composerによるレポート作成画面
    動作データと解析結果のレポートをフリーのビューワー付きで作成するソフトウェア。モーションデータだけでなく、リファレンスビデオやグラフ、解説文、図表なども挿入可能です。
    制御ソフトCortex組込みのため、同じGUI上でシームレスにスライド作成が可能です(使用には別途ライセンスが必要)。

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  • 導入事例
    業種:製造業/ アパレル/ 建設業/ 医療/ 教育など
    対象:空間デザイン/ 商品開発/ シミュレーション/ エンターテインメントなど

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  • ロボティクス

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    ラジコンヘリの自動制御の例
    ラジコンヘリの自動制御の例
    東日本大震災をきっかけに、人の代わりとなって作業をしたり、人の作業負担を軽くするためにロボットを活用する動きが活発になっています。また、少子高齢化に伴い福祉の分野でも介護ロボットやパワーアシストスーツなどに注目が集まっています。ロボットの制御には高いリアルタイム性が求められるため、MAC3D Systemはロボット工学の分野において高く評価され、その発展に大きく貢献しています。

    計測装置 MAC3D System
    出力データ マーカー三次元位置
    6自由度スケルトンデータ
    マーカーセット Prop
    カスタム
    データ送出 TCP/IPによるリアルタイムストリーミング
    連携ソフトウェア UAV Tracker
    ユーザオリジナルツール
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  • 人の代わりとなって、危険な場所や物理的にたどり着くことができない場所などに送り込んで作業をさせたり、人の作業負担を軽減させるような手助けをしてくれたりと、昨今、ロボットが人間社会に徐々に浸透してきています。この流れはますます加速し、人との関係がより身近になることが予想されます。 そういった状況の中で、身近な存在としてのロボットの開発が世界中で非常に盛んです。
    例えば、人が自動車の運転をする時、現場の状況を知り(「認知」)、次に何をすべきかを考え(「判断」)、それに基づいて実際に行動(「操作」)します。この「認知」「判断」「操作」を瞬間的にかつ連続的に繰り返しながら私たちは自動車を運転しているのです。ロボットも、人間の操作を介在せず、自らが時々刻々と変わる現場の状況に応じて適切に動くためには、「認知」「判断」「操作(行動)」が必要です。
    現場を認知し、判断するためには、現場の状況をデータとしてロボットに伝える必要があります。また、正確な操作を行うためには、高精度の制御系が必要です。モーションキャプチャーシステムを使えば、 現場の状況をデータとして取得でき、人間の動きデータを取得することで、正確な動作の制御はどのように行えばいいかを知ることができます。さらに、自動制御のために素早く判断するためには、リアルタ イムでのフィードバックが必要で、MAC3D Systemの高いリアルタイム性能が非常に有効です。

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  • 人間のような自然な動作を生成するために
    最新のロボット研究では、人体の自然な動きとロボットの差異を計測することが重要なテーマとなっています。高運動性能ヒューマノイド型から人間らしく動作するアンドロイド研究にもMAC3D Systemが用 いられています。

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  • 人間の写像動作
    人間とロボットとの動きを計測し、その差異をなくすようリアルタイムで修正する。

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  • UAV (無人飛行機)の最適な飛行プログラム開発
    MAC3D System のUAV Trackerは、業界初の無人飛行機(UAV)制御開発のための評価・計測用ソフト ウェアです。UAV Trackerは、「飛行経路の設定」、「UAVの現在の位置・向きを検知し、リアルタイムに機体に位置修正をフィードバック」、「設定された飛行経路と実際の飛行経路の比較」が可能です。それにより、制御プログラムの開発や評価はもちろん、オペレーターのトレーニングにも応用可能です。
    実際の飛行は屋外でGPSやジャイロで制御するため、あえてノイズ成分を入れたり、機体位置データを遅延させて評価することも可能です。最適な飛行プログラムをより正確に、より効率的に開発できます。 「無人飛行による調査・探索」「空撮無人飛行」「防犯・犯罪捜査、設備・機材監視」「無人農薬散布」などへの応用が期待できます。

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  • システム概要の例
    システム概要の例
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  • システム構成
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  • 撮影部
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  • Raptor-4(ラプターフォー)
    MAC3D System Raptor-4 カメラ
    解像度 2,352×1,728pixel(400万画素)
    最大フレームレート 200fps (フル解像度)
    10,000fps (部分スキャン)
    ズームレンズ 18 - 55mm
    その他 屋外対応

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  • Raptor-E(ラプターイー)
    MAC3D System Raptor-E カメラ
    解像度 1,280×1,024pixel(130万画素)
    最大フレームレート 500fps(フル解像度)
    10,000fps(部分スキャン)
    ズームレンズ 18 - 55mm
    その他 屋外対応

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  • ソフトウェア
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  • Cortex(コアテックス)
    MAC 3D制御ソフトウェアCortexでの トラッキングの様子
    MAC 3D制御ソフトウェアCortexでの トラッキングの様子
    ・カメラ制御
    ・空間キャリブレーション
    ・マーカートラッキング
    ・スケルトン作成・編集
    ・リアルタイムデータストリーミング
    ・ポストプロセス(ノイズ除去、ギャップ補間、フィルタリング)

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  • UAV Tracker
    UAV Tracker 実行画面
    UAV Tracker 実行画面
    ・UAV の飛行経路の設定
    ・UAV自動制御
    ・飛行経路のグラフ表示
    ・設定経路と実際経路の比較

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  • Motion Analysis 社がAUVSI 2014で行ったデモの様子です。
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  • 導入事例
    業種:製造業/ 情報通信/ 物流/ 建設業/ 医療/ 福祉/ 教育/ メディア/ 農業など
    対象:調査/ ロボット/ 自動制御/ 人工知能/ パワーアシスト/ エンターテインメントなど

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  • VR/AR

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    VRによるプロトタイプモデリングの例
    VRによるプロトタイプモデリングの例
    現実にはありえない世界を体験したり、命の危険を伴うような訓練が必要な場面において、VR(Virtual Reality:仮想現実)やAR(Augmented Reality:拡張現実)が利用されています。VRの世界を違和感なく体験するためには、現実世界の動きデータをリアルタイムに、かつ正確にVR空間に送る必要があります。
    MAC3D Systemは、その高いリアルタイム性能に加え、各種VRオーサリングソフトへのプラグインが用意されているので、VR空間へのシームレスな三次元位置データのストリーミングが可能です。

    計測装置 MAC3D System
    取得データ マーカー三次元位置
    6自由度スケルトンデータ
    データグローブ
    各種センサーデータ
    マーカーセット Prop
    カスタム
    データ送出 TCP/IPによるリアルタイムストリーミング
    対応インタフェース: WorldViz Vizard
    3DVIA VirTools
    Autodesk (Maya, MotionBuilder)
    BISim VBS2
    Unreal Engine 4
    Crytek CryEngine 3
    More Info
  • MAC3D Systemを使用してHMD(Head Mounted Display)をトラッキングしたり、人物やオブジェクトの動きを取得し、VR(Virtual Reality)システムにリアルタイムにデータを送ることで、VR空間上のCGアニメーションを行うことができます。MAC3D Systemはリアルタイム性に非常に優れているので、現実空間と仮想空間との動きのズレが少なく、違和感のない没入感を得ることができます。
    ほとんどの主要なプラットフォームに対応し、またSDKが提供されるので独自のソフトウェアにもMAC3D Systemからのトラッキングデータをリアルタイムで取得できます。

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  • システム概要の例
    システム概要の例
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  • システム構成
    HMDなどの位置や動作を取得したいオブジェクトに反射マーカーを貼り付け、MAC3D Systemを使用して、三次元位置データをリアルタイムにトラッキングします。トラッキングしているマーカー位置データは、MAC3D Systemの制御ソフトウェア "Cortex" により、マーカーの位置データそのまま、もしくはマーカーセットから算出したスケルトンの6自由度データをイーサネット経由でVRシステムに送ります。送られたトラッキングデータは、各種プラグインやSDKによってVRシステムに渡され、HMDからの目線やCG空間内のオブジェクトなどのアニメーションに適用されることで、被験者がCG空間への没入感を得られたり、現実世界にCGを重ね合わせたり(AR)することができます。

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  • 撮影部
    More Info
  • Raptor-4(ラプターフォー)
    MAC3D System Raptor-4 カメラ
    解像度 2,352×1,728pixel(400万画素)
    最大フレームレート 200fps(フル解像度)
    10,000fps (部分スキャン)
    ズームレンズ 18 - 55mm
    その他 屋外対応

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  • Osprey(オスプレイ)
    MAC3D System Osprey カメラ
    解像度 640×480pixel(30万画素)
    最大フレームレート 250fps
    ズームレンズ 4 - 12mm
    その他 小型・軽量
    狭い室内空間やテーブル上などでの使用に最適

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  • ソフトウェア
    More Info
  • Cortex(コアテックス)
    ・カメラ制御
    ・空間キャリブレーション
    ・オブジェクトトラッキング
    ・カメラトラッキング
    ・スケルトン作成・編集
    ・リアルタイムデータストリーミング

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  • 主な対応VRシステム
    ・Siemens Jack
    ・Dassault V5 (CATIA, Delmia)
    ・VirDSE
    ・WorldViz Vizard
    ・3DVIA VirTools
    ・Autodesk (Maya, MotionBuilder)
    ・BISim VBS2
    ・Unreal Engine 4
    ・Crytek CryEngine 3
    ・Unity3D (MiddleVR for Unity)
    ・VRPN Server - TechViz / Canon MReal など

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  • 導入事例
    業種: 製造業/ 建設業/ 軍事/ 医療/ 教育など
    対象: バーチャルトレーニング/ シミュレーション/ 商品開発/ エンターテインメントなど

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