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A development of AI-based tailor-made system to evaluate and improve sport skills

Research Project

Project/Area Number 19K22807
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 59:Sports sciences, physical education, health sciences, and related fields
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

七五三木 聡  大阪大学, 全学教育推進機構, 教授 (20271033)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 荻野 正樹  関西大学, 総合情報学部, 教授 (00397639)
青山 千紗  大阪大学, 医学系研究科, 助教 (80823939)
Project Period (FY) 2019-06-28 – 2022-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywords運動技能 / 身体知 / AI
Outline of Research at the Start

卓球スキルを研究モデルとして選び、“主観的な認識・評価装置である人(指導者)”に一切依存せず、“アスリート毎にスキル計測と計測結果の分析、分析結果に基づく弱点やくせの検出、それらを修正するための練習・訓練メニューの提供と効果の検証”までの全プロセスをAIが行う“テーラーメイド型指導者フリー・運動スキル計測・改善システム”を開発し、その効果を検証する。

Outline of Annual Research Achievements

卓球スキルを研究モデルとして選び、“主観的な認識・評価装置である人(指導者)”に一切依存せず、“アスリート毎にスキル計測と計測結果の分析、分析結果に基づく弱点やくせの検出、それらを修正するための練習・訓練メニューの提供と効果の検証”までの全プロセスをAIが行う“テーラーメイド型指導者フリー・運動スキル計測・改善システム”を開発し、その効果を検証することが本研究の目的である。
昨年度は、本システムを開発する上で必要不可欠な3つのローターと2つのルーバーによって任意の回転・軌道方向のボールを自在に射出できる“ボール射出ロボット”と、ボールトラッキングシステムを組み合わせた“運動スキル計測システム”の基本部分を開発した。今年度は、ロボットによるボール射出後の任意のタイミングで卓球台上あるいは対戦者側の壁面に標的(長方形・円形)あるは対戦者を表示し、それを狙ってあるいは避けて返球する課題を構築した。
昨年度は、トラッキングしたボール軌道の時系列データからボールの移動方向や球種(上回転・下回転・横回転)などを自動判別する方法を決定木の勾配ブースティングのフレームワークであるLightGBMで検討した。自動的判別器(学習器)を生成して球種の判別の精度を検証したところ、3つの球種(上回転・下回転・横回転)と3つの射出方向の組み合わせによって得られる合計9種類のボール判定正解率は91%であった。しかし、今年度、その詳細を分析したところ、予測精度は球種によって異なっており、上手く分類できない球種もあった。特に、横回転のフォアや上回転のミドルでは精度が落ちることがわかった。一方で、予測精度に貢献する特徴量が明らかになり、アスリートの“返球の質”や“苦手”を定量評価するために必要となる“新たな学習器”の予測精度向上に寄与する特徴量の生成や予測の妨げになる特徴量の排除のためのヒントが得られた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

テーラーメイド型指導者フリー・運動スキル計測・改善システムにおけるスキル計測部分についてのハードおよびソフト面での構築作業は順調に進んでいる。ハード面では、3つのローターと2つのルーバーによって任意の回転・軌道方向のボールを自在に射出できる“ボール射出ロボット”、ロボットにより射出されたボールやアスリートにより返球されたボールのリアルタイムトラッキングシステムの開発を昨年度に終了した。ソフト面では、返球すべき目標/避けるべき目標(卓球台上の標的・対戦相手側の壁面の対戦相手)の映像を任意のタイミングで投影する仕組みを今年度確立し、卓球スキル課題の原型は完成している。コーチの役割をするAI部分においては、LightGBMという軽いモデルでも高い精度で軌道を分類することが可能であることを見出しており、予測モデルの問題点の抽出だけでなく、その解決の検討も合わせて進めており、その目途も立ちつつある。そのため研究の進捗としては、おおむね順調に進展していると言える。

Strategy for Future Research Activity

現時点において、本研究が開発目標とする“テーラーメイド型指導者フリー・運動スキル計測・改善システム”の基本部分はほぼ完成している。そこで、本システムを実際にアスリートに適用して、ロボットから射出されるボールの様々なコース・球種に対するアスリートの返球の軌道情報を大量に取得し、LightGBMを主たる学習器として、「どのような球種(軌道と回転)が苦手・得意なのか」、「様々な球種に対してどのような返球特性と持つのか」をアスリートごとに判別するための学習器(苦手ボール判別器)の生成し、苦手部分の集中練習によりスキル改善効果がどの程度生じるのかを検討する。

Report

(2 results)
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report

Research Products

(18 results)

All 2020 2019

All Presentation (18 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 4 results)

  • [Presentation] スポーツに寄与する視覚機能の特性・役割・神経機構2020

    • Author(s)
      七五三木 聡
    • Organizer
      第76回日本弱視斜視学会総会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 卓球競技者における運動視の特性2020

    • Author(s)
      呉屋 良真、七五三木 聡、青山 千紗
    • Organizer
      第75回日本体力医学会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 連続視覚運動における眼球運動の時空間特性と機能的役割2020

    • Author(s)
      青山 千紗、七五三木 聡、呉屋 良真
    • Organizer
      第75回日本体力医学会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 連続視覚運動パフォーマンスに対する眼球運動トレーニングの効果2020

    • Author(s)
      七五三木 聡、青山 千紗、呉屋良真
    • Organizer
      第75回日本体力医学会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 卓球競技者における運動視の特性2020

    • Author(s)
      呉屋 良真、七五三木 聡、青山 千紗
    • Organizer
      第28回日本運動生理学会大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 連続視覚運動における眼球運動の時空間特性と機能的役割2020

    • Author(s)
      青山 千紗、七五三木 聡、呉屋 良真
    • Organizer
      第28回日本運動生理学会大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 連続視覚運動パフォーマンスに対する眼球運動トレーニングの効果2020

    • Author(s)
      七五三木 聡、青山 千紗、呉屋良真
    • Organizer
      第28回日本運動生理学会大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 球技競技者における運動視能の特2020

    • Author(s)
      呉屋良真,七五三木聡
    • Organizer
      SRIP若手人材育成発表会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] キネティック動体視力におけるVRトレーニングの有効性の評価2019

    • Author(s)
      越智祐貴,水守大河,呉屋良真,七五三木聡,田頭茂明,荻野正樹
    • Organizer
      ロボティクス・メカトロニクス 講演会2019
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] Table tennis player have superior motion vision in peripheral vision2019

    • Author(s)
      Goya R, Aoyama C, Mizumori T, Komiyama T, Shinegi S.
    • Organizer
      The 1st International Sport Neuroscience Conference 2019
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] The functional roles of eye movement in the continuous visuomotor action2019

    • Author(s)
      Aoyama C, Goya R, Komiyama T, Mizumori T, Shinegi S.
    • Organizer
      The 1st International Sport Neuroscience Conference 2019
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effects of saccadic eye training on the continuous visuomotor2019

    • Author(s)
      Mizumori T, Aoyama C, Komiyama T, Goya R, Shimegi S.
    • Organizer
      The 1st International Sport Neuroscience Conference 2019
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 連続視覚運動に対する眼球運動トレーニングの効果2019

    • Author(s)
      水守大河,青山千紗,小見山高明,呉屋良真,七五三木聡
    • Organizer
      第74回日本体力医学会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 連続視覚運動時のターゲットコントラストとパフォーマンスの関係2019

    • Author(s)
      青山千紗,呉屋良真,小見山高明,水守大河,七五三木聡
    • Organizer
      第74回日本体力医学会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 卓球競技者は周中心視野の運動視能が優れている2019

    • Author(s)
      呉屋良真,青山千紗,水守大河,小見山高明,七五三木聡
    • Organizer
      第74回日本体力医学会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 運動がもたらす視知覚ダイナミックス2019

    • Author(s)
      小見山高明,青山千紗,呉屋良真,水守大河,七五三木聡
    • Organizer
      第74回日本体力医学会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 連続視覚運動におけるターゲット刺激のコントラストが 運動パフォーマンスと眼球運動に及ぼす影響2019

    • Author(s)
      青山千紗、呉屋良真,小見山高明,水守大河,七五三木聡
    • Organizer
      日本スポーツ心理学会第46回大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 卓球競技者は周中心視野における運動視能が優れている2019

    • Author(s)
      呉屋良真,青山千紗,小見山高明,水守大河,七五三木聡
    • Organizer
      日本スポーツ心理学会第46回大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report

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Published: 2019-07-04   Modified: 2021-12-27  

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