ホッケー選手とパックのトラッキングシステム | Marvelmind

0:01 スポーツについてお話ししましょう。スポーツ分野の案件はいくつかいただいていて、特にホッケーがあります。ここではホッケーを例に、パックをどう追跡するかを考えます。そこで、ときには哲学的ともいえるテーマに触れる必要があります。「追跡する」とはどういうことか、です。たとえば、この画像を見ても、パックがどこにあるのか私にはまったくわかりません。追跡するには、何らかの物理的な方法で位置を測定できなければなりません。地球のような物質も透過するニュートリノを使う仮想的な方法などは、ここでは取り上げません。現実的に可能な方法を考えましょう。私たちは、高精度な時刻同期に無線を、測位に超音波を使っています。ですから、そもそも

1:00 測位の話を始める前に、パック（どこにあるのか私には見えませんが）が、超音波信号を送信または受信できなければなりません。つまり、固定ビーコンとの間で、それがどこに設置されていてもです。繰り返しますが、パックがどこにあるかはわかりません。でも、そこにあって、すでにキャッチされたと想像してください。パックはどこかそのあたりにあり、それを追跡したいわけです。あるいは、たとえばそれまでは追跡できていたとしましょう。しかし今はグローブの中にあるので、超音波はどこかから外に出て（図ではここを少し太く描いておきます）、固定ビーコンで検知される必要があります。たとえば、

1:58 ここに1台、ここに1台、ここに1台と設置したとします。しかし、超音波は、たとえばゴールキーパーのグローブの中からは外に出られません。では、超音波の代わりにUWB（超広帯域無線）を使うとしましょう。UWBは電波を通す素材なら透過できますが、波形のひずみは避けられません。たとえばパックがすでに手の中にあれば、外に出てくる電波は、空気中や真空中のようには伝わりません。そのため遅延が変わります。実際には、測定される位置はここではなく、あちらやそちらなど、どこか別の場所になってしまいます。ほかの方式、たとえば光学式

2:57 トラッキングでは、超音波よりさらに不利です。光学的に見えなければ、位置を特定する方法はないからです。たとえば過去の位置から推測することはできます。しかし、つかまれて握り込まれた途端に、位置を特定する方法はなくなります。では、先ほどの状況、たとえばパックがあのあたりにあった場合を考えてみましょう。固定ビーコンをそこ、天井に設置します。そしてビーコンがパックの中のどこかにあるとします。可能でしょうか。はい、可能です。かなりうまく機能するはずです。その場合は、受信用のマイクを、上面にも、側面にも、そしてもちろん下面にも取り付ける必要があります。マイクが下側を向いているときは、やはり同じ話で、上からの音を聞き取れないからです。そしてもちろん、パックは

3:56 氷、水、ほこりから保護されていなければなりません。可能ですし、実現できます。しかし今度は、パックがどこか、そうですね、あのあたりにあって、モバイルビーコンはやはりパックの中にあるとします。すると状況は悪くなります。固定ビーコンは向こう側にあるので、超音波はこのすべてを通り抜けなければなりません。たとえ予算に制限がなく、多数のビーコンを設置したとしても、それらのビーコンは密集した選手たちによってやはり遮られてしまいます。ほぼ確実に遮られるのです。ですから、簡単なのは、パックが開けた場所を飛んでいるときだけです。

4:56 その間は、センサーフュージョンやIMUベースの方法など、別の手段を使えます。つまり、遮られている間はIMUのデータを使います。基準となるビーコンは必要ありません。IMUのデータは誤差がすぐに蓄積しますが、パックがこのエリア、たとえばこのあたりに戻ってきたときに、その誤差を後から解消できます。蓄積した誤差が打ち消されるわけです。かなり複雑なセンサーフュージョンですが、可能です。ただし、これには常に前提があります。どんな前提でしょうか。パックが追跡から隠れている時間が長すぎないこと、たとえば1秒や2秒を超えないことです。そうでないと、IMUの蓄積誤差が大きくなりすぎ、パックが実際にはここにあるのに、あちらやそちらにあると測定されてしまいます。

5:56 あるいは、もっと遠く離れた場所です。そして、パックが非常に高速で飛んでいるときは、また別の話になります。位置の更新レートは、一般的な値でたとえば8 Hzや10 Hzです。一方、パックの飛ぶ速さはたとえば秒速20 mです。つまり、位置の更新と更新の間に……ちょっとこれを消しますね。位置の更新と更新の間に、ある位置がここにあり、秒速20 mで動くとすると、20を8で割って約2.5、つまり次の位置は2.5 m先になります。かなり大きな間隔です。ですから、非常に速い更新レート、たとえば100 Hzが必要になりますが、これを実現するのは非常に難しいです。可能なのは、主にIMUフュージョンによってです。その場合、位置と位置の間隔は約20 cmになり、すでにずっと良くなります。しかし、これはトレードオフです。この

6:58 場合はフィルタリングができないからです。センサーフュージョンを使うと、誤差が蓄積し始めるおそれがあります。この場合、超音波では位置を測定していても、IMUに基づく位置はすでにこちらへずれているかもしれません。そして、そのずれた位置が出力されてしまいます。全体として言いたいことは次のとおりです。はい、可能です。ただ、何を追跡したいのか、どのようなトレードオフなら受け入れられるのかを、しっかり押さえておいてください。これを消して、課題を少し簡単にしましょう。パックは追跡せず、人を追跡したいとします。はい、これはずっと簡単な課題です。モバイルビーコンをヘルメットの中や、ウェアの下に取り付けることができます。天井に固定ビーコンを設置し、モバイルビーコンを

7:58 その中、つまりウェアの中に入れれば、かなり簡単に追跡できます。はい、可能です。この場合も、選手同士が折り重なったり競り合ったりするので、理論的には遮蔽が起こり得ます。それでもホッケーであれば、かなり簡単です。まとめると、選手の追跡は可能です。パックの追跡も可能ですが、多くの制約、多くのトレードオフ、そして多くの潜在的な制限があります。ありがとうございました。