OpenSim の使い方（IK 編）

OpenSimの使い方
Inverse Kinematics（motファイル作成）編
2016/5/2
Copyright© 2015 Biological Systems Engineering lab. All Rights Reserved.
広島大学工学研究科
生体システム論研究室
栗田グループ

Biological Systems
Engineering lab.
• 本スライドの内容は，広島大学工学研究科生体システム
論研究室栗田雄一准教授グループが，平成２８年度研究
室内チュートリアルで利用している資料の一部をまとめ
たものです．
• 本スライドの内容には，間違いが含まれている可能性が
ありますが，当方は修正の責任を負いません．本スライ
ドは，あくまで参考としての利用にとどめ，最終的には
ご自身で対応ください．
• そのほか，スライド内容を閲覧，実行したことにより生
じたいかなる損害についても，当方は責任は負いません．
また，スライド内容に対する質問にも回答できかねます
ことをご了承ください．
• 以上についてご承諾いただける方のみ，ご利用ください．
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注意事項

Biological Systems
Engineering lab.
Inverse Kinematics
trcファイルからmotファイルの作成
Inverse Kinematicsを用いてtrcファイルからmotファイルを作成する
 Inverse Kinematics（以下IK)とは？
 日本語訳：逆運動学
 簡単に言うと，マーカーの座標から関節角度を計算する
タブのTools→Inverse
Kinematics
※Modelファイル
(.osim)を読み込んで
いる必要アリ

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trcファイル
trcファイルからmotファイルの作成
Inverse Kinematicsを用いてtrcファイルからmotファイルを作成する
 trcファイルとは？
 OptiTrackやVICONなどのモーションキャプチャから得られた
OpenSim用の座標データファイル
 Optitrackの場合.csvファイルが吐き出されるので，改変が必要
VICON, https://www.crescentinc.co.jp/product/vicon/p_top/ OptiTrack, http://www.mocap.jp/optitrack/

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trcファイル
.trc形式に合わせる
.trcファイルの中では最初に「.trcファイルの説明事項」があり，
その後「マーカー位置の時間変化」が記述されている．
① 組み込みの.trcファイルをコピー
（この例ではsubject01_walk.trcをコピーし，
「 subject01_walk_copy.trc 」として保存）
② Excelを立ち上げる
③ コピーした.trcファイルをExcel画面へドラッグ&ドロップ

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上段の 3行が.trcファイル内の設定事項
4行目はマーカー名などが記述
5行目は軸（X,Y,Z）
7行目以下がマーカー位置の時間変化
このルールを破ると.trcファイルとして読み込まれない
trcファイル

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trcファイル
各項目の意味は以下の通りである．
DataRate ：データの時間解像度[data/sec]
CameraRate ：カメラの時間解像度[fps]
NumFrames ：この.trcファイルに含まれるフレームの数
NumMarkers ：この.trcファイルに含まれるマーカーの数
Units ：単位（ソフトによっては[mm],[m]の違いがあるので注意が必要）
OrigDataRate,OrigDataStartFrame,OrigNumFrames ：詳細不明（いじらなくても良い）

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モーションキャプチャによって各マーカーの座標が得られるので，
基本的には.trcファイルの形式に則って座標をコピペしていけば良い．
trcファイル

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trcファイル
保存する
この時「互換性がない」などと訊かれるが，テキスト（タブ区切り）で保存
（フォーマットはNotePad++等を使えば後で変更可能）

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trcファイル
保存したsubject01_walk1_copy.trc.txtをNotepad++等で開き，
ファイルの種類を「All types」
ファイル名を「○○.trc」と手入力して保存
今回は「test.trc」として保存

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trcファイル
出来上がったファイルを保存（保存形式に注意が必要）
これをOpenSimから読み込めれば成功(File→Preview Experimental Data)
Preview Experimental Dataから.trcファイルの確認ができる
再生するとマーカーが動き出す

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Inverse Kinematicsの基本説明
.trcファイルから.motファイルの作成
 Inverse Kinematics設定画面の説明
設定タブ
モデルの情報
モデル名と
モデルのマーカーの数
（画面上，モデル名は「Av2」
マーカー数は16個）
IKの設定
マーカーデータ
Trcファイルをここに入れる
時間範囲
IKを行う時間範囲
通常，trcファイルに
設定された時間が
自動で入る
参考モーションデータ
モーキャプなどで得られた
.motや.stoなどの
運動ファイルを入れる．
このデータを基にして
IKをする．
基本的には必要ない．
出力データ
出力先の指定ができる

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重みタブ
IKによる運動ファイルの各値（関節角度等）は
.trcファイルのマーカー座標
.osimファイルのマーカー間との
最小二乗法によって求められる．
そこでどのマーカー，関節角度を重要視するのか
重みを付ける事ができる．
（例えば，歩行なら膝と足首の関節角度，
足先のマーカーなど）
重みの設定はどちらでも良い．

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重みタブ
マーカー(.trc)の設定
関節角度の重み設定
そのマーカーを
適用させるか決める．
（チェックを入れる）
関節角度(coordinate)の
重みを適用させるか決める．
マーカーと同様．
マーカーのデフォルト値
マーカー座標の
デフォルト値.
特にいじらなくても，
.trcファイルの値が入る．
マーカーの重み
デフォルトは1

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重みタブ
マーカー(.trc)の設定
関節角度の重み設定
そのマーカーを
（チェックを入れる）
関節角度の重みを
マーカーと同様．
関節角度のデフォルト値
関節角度のデフォルト値．
.osimファイルの関節角度
(coordinate)が入る．
関節角度の重み
デフォルトは0．

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操作説明
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IK実行例
モデル
 Gait2354を使用
（C:OpenSim 3.3ModelsGait2354_Simbodysubject01_simbody.osim）
trcファイル
 subject01_walk1.trcを使用
（C:OpenSim 3.3ModelsGait2354_Simbodysubject01_walk1.trc）

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操作説明
SO実行例（モデルを開く）
File→Open Model
前のスライドで挙げたモデルを読み込む
足の筋が張られたモデルが読み込まれる

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操作説明
IK例（メイン設定を行う）
subject01_simbody.osim
を設定
しかしまだ実行できない
Tools→Inverse Kinematics
逆動力学計算の設定を始める

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操作説明
IK例（メイン設定を行う）
今回重みの設定はしない．
チェックを外す
Runできるようになる．

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操作説明
IK例（補足）
Loadから設定のサンプルを
使うことができる．

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操作説明
Subject01_Setup_IKが
サンプルとなっている

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操作説明
重みの設定等で参考になるかもしれません．
重みが
かかっている

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マーカーの編集
2354モデルのsubject01_scaledOnly.osimをコピーし，
「subject01_scaledOnly_MarkerEdit.osim」として保存します．
これをOpenSimで開きます．
マーカー位置を編集し，.osimファイルに乗せることを考えます．

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NavigatorウィンドウからMarkers⇒Add Newと選択します．
するとマーカーが並んでいる一番下に新しいマーカーが追加されます．
マーカーの追加

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Navigatorウィンドウから削除したいMarkerを選択し右クリック.
その状態から「Delete」をクリックすればそのマーカーは消えます．
マーカーの削除

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マーカー名：画面左下 Propertiesの「name」をクリックすれば
編集可能になります．.trcファイルに記述されているマーカー名と
合わせて下さい
マーカー接着骨：「body」で「マーカーをどの骨に貼り付けたか」を指定します．
骨を選択してください．骨と名前の対応は，Viewウィンドウで
骨を「Ctrl + 左クリック」すれば分かります．
マーカーの移動・編集
骨を「Ctrl+左クリック」すると，
オレンジ色に染まり，
OpenSim画面左下に
何を選択しているのか表示されます．

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マーカーの移動：マーカーを「Ctrl + 左クリック」すると，マーカーを選択できます．
この状態でドラッグすればマーカーを動かせます．
その後x,y,zキーを用いて様々な方向から眺めて，位置を調節．
何もないところで「Ctrl + 左クリック」すると選択解除でき，
その後x,y,zなどのキーを押すことでカメラ移動が
通常状態に戻ります．
マーカーの移動・編集
マーカーが「対称な位置にある」
という場合には，「locationに
直接値をコピペして±を編集する．」
という方法が有効です．
ただ，locationの値は
「その骨との相対位置」なので，
注意が必要です．

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マーカーセットを保存しておくと，別のモデルにもマーカーを転用できます．
Markersを右クリックしSave to Fileを選択すると，xmlファイルとして保存できます．
マーカーセットの保存：すべてNavigatorウィンドウから行えます．

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Markersを右クリックしLoad from Fileを選択すると，xmlファイルを読み込めます．
これによって2392モデルにもマーカーを設定できます．
マーカーセットの適用：保存したマーカーセットを別のモデルに転用．

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ひとまず，7行目以降のデータだけいじります．
先程.csvファイルから抜き出して新しいシートに保存しておいた
マーカー位置の時間変化のデータを，.trcファイルのルールに従い
コピー&ペーストします．
（126.767をR.ASISマーカーの最初のX座標だと読んでもらえるように．）
この時，.csv側の一番左の列はField#のデータなので要りません．
.csv → .trc の変換
.trc形式に合わせます．
Field#のデータなので
不要

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RTOEより右側はもともとの.trcファイルのデータです．
今回の.csvファイルから取り込んだデータではありません．削除します．
削除

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縮小してみると，一番左の2列（Frame#,Time）が足りていません．
まずはFrame#の列152以降を，205までオートフィルで補っておきましょう．
Timeの列については後ほど編集します．
時間が足りていない！
Frame#の列を補う

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ここまで来たら，今までいじっていなかった3行目を変えていきます．
今回は，以下のように変更します．
DataRate ：100
CameraRate ：100
NumFrames ：205
NumMarkers ：27
Units ：mm
OrigDataRate ：100
OrigDataStartFrame ：1
OrigNumFrames ：205
.csv「TORJECTORIES」の下に
「100Hz」とあったので，
100[Data/sec]と仮定します．
.csv「TORJECTORIES」の下に
「100Hz」とあったので，
100[Data/sec]と仮定します．

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先程Frame#のみ編集してTimeを編集していなかったので，ここで編集します．
DataRateを100[Data/sec]と宣言したのですから，
1Frame経過は
1/100＝0.01[sec]経過を意味するはずです．
Timeを0[sec]スタートとするなら
そこから0.01刻みで増やしていきましょう．
（セル右下をWクリックすると，
Excelがオートフィルしてくれて便利です．
ただし205Frame目までTimeがきちんと埋まっているか
確認はしてください．）

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Excelで縮小表示してデータが埋まっていればOKです．

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マーカーの名前も変更（任意）
例 : .csvファイルのLFHD~RTOEをコピーし
.trcファイルの該当部分に貼り付け
マーカーの名前は変えなくても動く
.trc形式に合わせる．

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