3Dモーションキャプチャと2D動画は何度ずれるか

マーカー式の設備が実際に買っているもの

0.2 mm、0.2°未満ゴルフ研究が挙げる Vicon の再現性

マーカー式のゴルフラボとは、赤外線カメラがずらりと並び、再帰反射のボールを見つめている部屋のことです。Aimée Smith らが Loughborough で行った研究では、ハンディキャップ1から29のゴルファー15人が、自分のドライバーで打っています。囲んでいたのは13台構成、250 Hz の Vicon。体には14 mm のマーカーを55個、クラブにさらに5個、ボールには反射テープを貼り、インパクトの瞬間を推測ではなく検出しました。この設備は、既知の距離を0.2 mm以内、既知の角度を0.2度未満の再現性で測り直します。

ゴルフ専用の Gears も、近い数字を公表しています。カメラ8台、毎秒360コマ、最小0.2 mmの分解能。グリップとヘッドの両方を追うので、シャフトのしなりは推定ではなく計測されます。この金額で買えるのは、体のセグメントが自分の長軸まわりに回る量と、接触が2コマの隙間ではなく記録された1コマになるだけの速い時計です。

同じマーカーから、17度

16.72 ± 6.20°トップのXファクター、2D引く3D、ゴルファー15人

Smith らはここで、あまり見ない手順を踏みました。同じ試技のデータから、体幹の数値を二通りに計算したのです。ひとつは3Dのセグメント角度から。もうひとつは、同じマーカーのベクトルをラボの平面へそのまま投影して。1台のカメラがゴルファーに対してやっているのは、実質これと同じことです。マーカーは1つも動いていません。トップでのXファクターは、この二つの方法で16.72 ± 6.20度離れました。大きく出たのは平面側です。

体幹の前傾は平面側がおよそ7度大きく（−6.54 ± 3.64、p < .001）、インパクトでの後ろ側への側屈は8.65 ± 2.91度小さく出ました（p = .002）。トップの軸回旋の差は10.97 ± 5.89度、p = .068で有意には届いていません。どれも、あとから引き算できる定数ではありません。ハンディ9のゴルファーでは差が約25度、ハンディ2の別のゴルファーでは約5度。これ以前の2本の論文は、この差を3度前後、あるいは逆向きに0.4度前後としていました。

潰しても残るもの

すべてが壊れるわけではありません。Smith は、2Dと3Dの曲線がスイングを通して似た形をしており、テークバックでの差は小さく、有意になったことは一度もないと報告しています。潰して失われるのは、パターンよりはるかに振幅のほうです。Barzyk らは、11人がその場で跳ぶ様子を iPhone X の4K・毎秒60コマで撮り、隣に12台構成の Vicon を置きました。矢状面の相関は股関節0.96、膝0.99、足関節0.87。平均絶対誤差は2.6度、2.1度、4.5度でした。

その面から外れた角度は、まったく検証されていません。Kinovea の研究は、引用のされ方よりもさらに狭い話です。Puig-Diví らが撮ったのは、下肢の形をした針金のモデルが振り子のように揺れるところ。距離は5 m。その座標を、同じ形を AutoCAD で描いたものと突き合わせました。誤差が最も小さいのは真正面の90度、最も大きいのは45度です。硬い針金には、ずれる皮膚も失う奥行きもありません。あれはソフトウェアの試験であって、スイングの試験ではないと読むべきです。

マーカーレスの3Dは、その中間に落ちる

8.5°と13°マーカーレス対マーカー、長軸まわりの回旋

Kanko らは Queen's 大学で、二つの装置を同時に走らせました。歩行者30人、同じ試技を、マーカーレスのアルゴリズムへ映像を送るカメラ8台と、マーカーを追う赤外線カメラ7台で同時に計測しています。関節中心は足関節で2.4 cm、膝で2.2 cm、股関節で3.6 cm離れました。大きな回転を担う軸では、セグメント角度が約1〜2度以内で一致しています。例外は、ゴルファーにとって一番効く軸でした。

セグメントが自分の長軸まわりに回る量、つまり肩の回転と腰の回転が乗っている軸では、大腿で8.5度、下腿で13度の差が出ました。カメラが1台になると、話はさらに悪くなります。Zhao らは単眼システムの Capture4D を Qualisys と比べ、テニスのサーブを打つ9人で関節位置の誤差69.5〜88.3 mmを報告しました。最も悪かったのは、腕がカメラの光軸に沿って伸びたときの後ろ側のひじです。この論文はコーチングになら70〜130 mmで許容できるとしていますが、その範囲がどこから来た数字なのかは示していません。

基準の側にも誤差の幅がある

Kanko らの考察は、マーカー式が何を外すのかについて率直です。操作者が違い、従うプロトコルが違えば、貼られたマーカーは下肢の関節角度を最大5度動かすことが示されてきました。皮膚に貼ったクラスタは下の骨の上を滑り、下腿で最大1.5 cm、大腿で最大2.5 cm並進し、最大8度回ります。関節中心がどこにあるかの推定は、5.1 cmずれることもあります。

だから著者たちは、この差を誤差とは呼びません。真値は分かっておらず、どちらの装置も差に寄与している、と書いています。Pebble Swing は動画のコマから関節の角度を、動きそのものからバックスイングとダウンスイングのテンポ比を読み取ります。レンズに近づく、あるいは遠ざかる回転に乗った数字は、どれも幅として出てきます。ですから、どの装置から出たものであれ、回転量を度数一つで信じないでください。上に並んだ誤差の幅は、どれも3度の変化を飲み込みます。20度の変化は飲み込みません。