Criterion-referenced measurement and evaluation of movement skills using deep machine learning

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K19697
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 西嶋 尚彦 筑波大学, 体育系, 教授 (50202239)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 安藤 梢 筑波大学, 体育系, 助教 (30904007)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2023-03-31
• Keywords: 深層学習 / 達成度評価 / 動作技能 / 運動能力 / 項目反応理論

Outline of Annual Research Achievements

深層学習による新しい運動能力の測定評価法の構築に挑戦した．身体運動の特徴量を深層学習することで，運動映像から動作技能として運動能力を測定し，達成度評価のアルゴリズムを解明することを目的とした．そのために，運動動作の特徴量である動作技能KPIを抽出した．スポーツの熟練者が暗黙知として視認している「匠の技」である運動の動作技術と達成基準を抽出した．映像から身体運動を認識する深層学習技術を適用して，運動映像から達成した動作技術の特徴量を測定し，達成度評価するアルゴリズムを構築し，精度を分析するために，段階的な研究課題の解決に挑戦した．1)スポーツの熟練者が視認している動作技術と達成基準の見える化する．2)動作技術の達成度評価のための項目特性を分析する．3)畳み込みニューラルネットワーク(CNN)を適用して，運動動画から動作項目を識別するための動作技術のタグ付けと深層学習アルゴリズムを構築する．
大学生の熟練者を対象として，跳躍能力を測定する立幅跳を複数の条件で実施し，複数のカメラアングルから撮影し，姿勢推定アルゴリズムを適用して，各フレームの複数の姿勢計測点を推定するアルゴリズムの誤差を検討した．これらのプロセスから，撮影された運動動画を分割した運動映像フレームから運動動作を推定する一連の方法を検討した．
コロナ蔓延防止対策の教育環境下のために少人数の大学生を対象とし，多人数の測定は遅延した．残された課題は，遅延した多変量解析に対応するための多人数の対象の測定を実施することである．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

運動動作の特徴量である動作技能KPIを抽出するためには，多変量解析に対応する対象者数（データ数）が必要であるが，コロナ蔓延防止対策の教育環境下のために，多人数の対象者の測定が遅延した．

Strategy for Future Research Activity

運動動作の特徴量である動作技能KPIを抽出するためには，多変量解析に対応する対象者数（データ数）が必要であるが，多人数の対象者の測定が遅延した．そのために，次年度でのコロナ蔓延防止対策の教育環境の変更に対応して，多人数を測定する計画とする．一方，研究実施計画は順調に進行するものの，遅延分が残された場合も想定する，その場合は止むを得ず期間延長することも視野に入れる．

Causes of Carryover

物品費では，OSがバージョンアップされたWindows11に対応した高速動画編集処理コンピュータが見当たらなかったことから，購入を次年度に繰り越した．人件費・謝金では，コロナ蔓延防止対策の教育環境下において多人数測定が遅延したことから，多人数測定における実験とデータ管理業務を担当する研究補助者謝金を次年度に繰り越した．データ収集計画が遅延したことから，研究成果報告と発表のための論文投稿費などを次年度に繰り越した．