モーションキャプチャーとは？原理や事例、種類によるメリットデメリットをわかりやすく解説

モーションキャプチャーは、人やモノの動作を3次元データにする技術です。以下ではモーションキャプチャーの活用事例や、光学式・慣性式・マーカーレス等の仕組み、各機材のメリットデメリットを解説します。

モーションキャプチャーとは？

モーションキャプチャーとは、人やモノの動きをデジタルデータにする技術です。Vtuberや映画、ゲーム、アニメといったCGアニメーション、更にはスポーツや医療、ロボット制御、自動車業界における研究開発等、幅広い分野で使われています。

また、モーションキャプチャーシステムの中には指の動きをトラッキングすることに特化したフィンガーモーションキャプチャーシステムや、顔の表情のトラッキングに特化した、フェイシャルモーションキャプチャーシステムも存在します。

モーションキャプチャーシステムの種類別比較表

モーションキャプチャーシステムには現在、光学式、慣性式、マーカーレスの主に3種類のキャプチャー方式があります。それぞれ仕組みが異なり、それによってメリットやデメリットが異なります。

	光学式	慣性式	マーカーレス
仕組み	複数の赤外線カメラで対象に取り付けたマーカーの3次元位置と姿勢をデータ化。	対象に取り付けた慣性センサーの変位と姿勢を計測。	ビデオカメラやLiDARセンサーで対象のシルエット・点群を読み取り骨の位置を推定。
メリット	最も高精度で再現性が高い。人だけでなく物の動きも細かくキャプチャーすることができる。	カメラを設置する必要が無く、場所の制約が少ない。オクルージョンが発生しない。	マーカーやスーツを身に着ける必要が無いため気軽にモーションキャプチャーできる。
デメリット	高額。マーカーを付ける必要がある。ある程度キャプチャー空間が必要。	精度や再現性が低い。相対位置しか録れないため誤差が蓄積（ドリフト）する。	光学式と比較すると位置精度が劣る。
主な使用用途	ハイクオリティなCGアニメーション制作、Vtuber、精度検証・制御、生産技術等、人体計測、バーチャル・プロダクション	CGアニメーション制作、アニメーション制作用のプリビズの作成、人体計測、個人向けVtuber	CGアニメーション制作、アニメーション制作用のプリビズの作成、人体計測、個人向けVtuber
位置精度	◎	△ ※	〇
リアルタイム性	◎	〇	〇
キャプチャー対象	人、物	人	人
価格帯	百万円～数千万円	数万円～数百万円	無料～数千万円
主なメーカー	OptiTrack 、VICON 等	NANSENSE、MVN、mocopi 等	Captury、MOVIN 等

※ソフト次第で大きく変化します。

光学式モーションキャプチャーシステム

光学式モーションキャプチャーシステムは複数台のカメラを使ってマーカーの位置をトラッキングする、現在一番主流のキャプチャーシステムです。全てのモーションキャプチャーシステムの中で最も位置精度や再現性が高く、マーカーを付けることで人やモノ、動物までキャプチャーすることができます。

光学式の活用事例

光学式モーションキャプチャーシステムは他の方式と比べて位置精度や再現性が非常に高いため、要求の高い現場で幅広く活用されています。

光学式の仕組み・原理

①光を使ってカメラがマーカーを捉える

一般的な光学式モーションキャプチャーのカメラは赤外光を照射します。マーカーは再帰性反射材という特殊な素材でできており、光の入射角と反射角が同一にさせる特性を持っています。そのためカメラが発光した赤外光がマーカーに届くと、真っ直ぐそのまま反射されてカメラに届き、マーカーの位置を認識します。

②マーカーの二次元位置情報を獲得し、複数台のカメラで三次元化する

③人の動きを撮る時は、全身にマーカーを付けて骨の位置を算出する

④CGキャラクタに反映させる

光学式のメリット・デメリット

メリット

デメリット

光学式モーションキャプチャーシステムの主なメーカー

その他の光学式

• QUALISYS
• VICON
• NOKOV

慣性式モーションキャプチャーシステム

慣性式モーションキャプチャーシステムは、体に装着した慣性センサから得た加速度・角速度・方位等の情報をスケルトンデータに当てはめることで体の動きを計測するシステムです。カメラを設置する必要が無いため、気軽にモーションキャプチャーすることができます。

慣性式の活用事例

慣性式の仕組み・原理

一般的に加速度計や角速度計（ジャイロセンサ）が組み込まれた、IMUセンサーというものが使用されます。また、モーションキャプチャーシステムによっては地磁気計や気圧計も含まれた9軸や10軸の慣性センサも存在します。

• 加速度計：物体の加速度と方向を測定
• 角速度計（ジャイロ）：物体の回転方向と量を測定
• 地磁気計：地球をとりまく地磁気を検出することで方角を測定

慣性式モーションキャプチャーシステムは主に人の動きの計測に活用されます。

• 被験者の体の部位ごとの動きを計測するため、各部位に慣性センサを装着します。
• 各センサから加速度・角速度・方位情報を得ます。
• それらの情報を骨格モデルの各セグメント（骨）とジョイント（関節）の動きに置き換えることで骨格モデルの位置(position)・姿勢(rotation)がわかります。

位置算出の他、信頼性の高い移動値を取得するための接地補正機能や磁場によるドラフトの補正機能など、ソフトウェアの性能によって精度が大きく左右されます。

慣性式のメリット・デメリット

メリット

デメリット

なお、似たようなシステムで、スタジオが不要という慣性式のメリットを持ちながら、位置精度の低さ、蓄積誤差の発生といった慣性式のデメリットを無くしたインサイドアウト方式のMoAといった製品もあります。

慣性式モーションキャプチャーシステムの主なメーカー

NANSENSEはプロフェッショナル向けでありながら200万円程度から導入できる慣性式モーションキャプチャーシステムです。

慣性式において一般的に苦手とされている、椅子に座って足を上げる、ジャンプをするといった動作も事前にキャリブレーションで登録することで、オンラインで正しくキャプチャーが可能です。

その他の慣性式

• mocopi
• MVN – Xsens
• perception neuron – NOITOM
• Rokoko

マーカーレスモーションキャプチャーシステム

マーカーレスモーションキャプチャーシステムは1台、もしくは複数台のビデオカメラやLiDARセンサーを使って人の動きをトラッキングするシステムです。スーツやセンサーを人体に取り付けることなく計測が可能なため、演者への負担が少なく、効率的にモーションキャプチャーできる点がメリットです。
個人がWEBカメラを用いてVtuberをする際に使用するシステムも、大枠で言えばマーカーレスモーションキャプチャーシステムと言えます。

マーカーレスの活用事例

マーカーレスモーションキャプチャーシステムは現在最も多くの種類が存在しており、個人VtuberからプロフェッショナルなCGアニメーション制作、人体解析などソフトウェアによって目的が異なる場合が多いです。

マーカーレスの仕組み・原理

• 複数台のカメラを使用して、光学式と同じくキャリブレーションを行います。WEBカメラ等1台のカメラからモーションキャプチャーできる製品もありますが、複数台用いてトラッキングするシステムの方がトラッキングできる動きの幅が広く、高精度です。
• 撮影された画像から対象物と背景を分離させてシルエットや点群データを抽出します。
• 抽出されたシルエットや点群データを基に自動で骨格モデルを作成します。
• 3Dジョイントの位置と角度を抽出して、関節角度などのデータを提供します。

マーカーレスのメリット・デメリット

メリット

デメリット

マーカーレスモーションキャプチャーシステムの主なメーカー

Capturyはマーカーレスでありながら指の動きまで精細に撮れる、現存するマーカーレスの中で最もハイクオリティなモーションキャプチャーシステムです。
リアルタイム性にも優れており、カメラは要求スペックを満たしていれば市販のものでもトラッキング可能で、最大10人まで同時にキャプチャーすることが可能です。

MOVINはデバイス1台、セットアップ3分、キャリブレーション3秒でできる、とにかく手軽さに特化したマーカーレスモーションキャプチャーシステムです。
専用スタジオもオペレーターも不要で、お家で1人で運用もできます。
LiDARセンサーを使用しており、精度は光学式モーキャプと比較して93%となります。

• Simi Motion Capture
• THEYA 3D
• Webcam Motion Capture
• Cyanpuppets
• iClone Motion Live

その他のモーションキャプチャーシステム

【仕組み・原理】

MoAはVIVE Ultimate Trackerを用いたインサイドアウト式のモーションキャプチャーシステムです。
一般的にカメラを使うタイプのモーションキャプチャーシステムは、人やモノの周囲にカメラを設置し、そこから対象物をトラッキングする『アウトサイドイン方式』となります。しかしMoAは2つの広角カメラが付いたVIVE Ultimate Trackerを体に身に着け、周囲の情報を記憶し、そのズレ捉えてモーションキャプチャーをする『インサイドアウト方式』となります。
周囲にカメラを置く必要が無いためどこでも気軽にモーションキャプチャーをすることができ、さらにカメラを使っているので位置精度に優れ、慣性式にありがちな滑りや蓄積誤差が置きません。

【活用シーン】

• 専用スタジオを設置できないが、プロクオリティのモーションキャプチャーをする場合に利用されます。
• 光学式スタジオでモーキャプをする上でのプレビズ作成用途で使用されています。

デプスセンサーを活用したモーションキャプチャーシステムです。Kinectから赤外線パターンを照射し、そのパターンが対象にあたって歪みが生じることで得た深度情報から、対象の位置・姿勢を求めます。

TOF法という方法を活用しており、Kinectから照射される赤外光が、ある物体に反射して受光センサにとらえられるまでの時間を計測し、そこからカメラから対象までの距離（深度）を求めることで、対象の位置・姿勢が得られます。

【活用シーン】

また、Kinectは対象者に取り付ける器具等がないため、ゲームやVtuber等のエンタテインメントだけでなく、医療や臨床分野でも使用されています。

動画からアニメーションを生成

モーションキャプチャーの定義から若干外れるかもしれませんが、近年は既に撮影した動画を読み込んで、AIでモーションを生成するツールも出てきています。

フィンガーモーションキャプチャーシステム

フィンガーモーションキャプチャーシステムとは指のトラッキングに特化したモーションキャプチャーシステムです。いくつか種類が存在し、再現度が高いため細かい指の動きを撮る時はこのキャプチャーグローブを使うことが一般的です。

上記で紹介した慣性式の他に磁気式や曲げセンサー式等が存在します。光学式やマーカーレスといったカメラから指の動きを視てでトラッキングするシステムもありますが、指は複雑かつ繊細な動きをし、かつ腕を組んだりするとカメラから視えなくなってしまうため、センサー内蔵型のグローブが最適です。

Manus Glove（磁気センサー）

G6 Mocap Gloves（慣性センサー）

フェイシャル モーションキャプチャーシステム

フェイシャルモーションキャプチャーシステムとは、顔の表情をトラッキングすることに特化したモーションキャプチャーシステムです。
動画のように光学式や慣性式で得た全身のモーションデータと組み合わせて使用することもできます。

YanusSTUDIO

まとめ

一言にモーションキャプチャーと言っても仕組みや特徴が大きく異なります。それぞれの長所・短所を見極めて、自身の目的や環境に合わせて最適なシステムを選択する必要があります。

株式会社スパイスはモーションキャプチャー分野における20年以上の経験を生かし、お客様ひとりひとりに合ったご提案をさせていただきます。お気軽にご相談くださいませ。

おまけ〜モーションキャプチャーの歴史

モーションキャプチャーの出発点はロトスコープと呼ばれる人やモノの動きを撮影した映像を1フレームずつトレースしリアルな動きを作る技法かもしれません。商業的なアニメーションは1914年にはすでに登場していたものの動きはぎこちないものでした。1915年にマックス・フライシャーによって発明されたロトスコープにより自然なアニメーションが実現しました。1937年にはディズニーが世界初の長編アニメーション映画『白雪姫』を製作しましたが、こちらでもロトスコープが使用されました。

映像そのものをトレースするのではなく、特徴点をデータ化する現代に近いモーションキャプチャーシステムはいつ頃から使われ始めたのでしょうか。

1959年、リー・ハリソン3世はアナログ回路とブラウン管を使用して、単純なコンピューターが部屋全体の大きさだった時代に、アニメーションの動きをリアルタイムで記録する方法を見つけました。 1990年代初頭にビデオゲーム会社のアクレイム・エンタテインメント（Acclaim Entertainment, Inc）ではアナログモノクロカメラと金属の多面体の反射を利用したモーションキャプチャーシステムを作りました。可視光によるアナログカメラを使用していたため、部屋は全て真っ黒にし、金属の多面体がよく光るように非常に明るいライトを被写体にあてていたため部屋が非常に暑くなったそうです。ただその時に作られたモーションキャプチャーフォーマットASF/AMCは今でも使用されています。

日本では1994年、3D対戦型格闘ゲーム「バーチャファイター２」で初めてモーションキャプチャーシステムが使われました。当時、医療関係ぐらいでしか使われていなかった技術を応用したと製作者は語っています。

エンターテイメント分野を中心にモーションキャプチャーの歴史について書いてきましたが、モーションキャプチャー技術はエンターテイメント以外の分野、医療・ロボット・AR/VR等でも広く使われており、コンピュータがより早く、よりパワフルになることで、進化し続けています。近い将来、マーカーやセンサーを使わず、より少ない機材で、誰でも簡単に精度のよいモーションキャプチャーができる日が来るかもしれません。