スポーツ
バイオメカニクス

[2008年01月号]

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高速度ビデオ

Pressure Profile Systems社製の静電容量型接触センサーが、Jerry Rice選手が捕球するときの手のひらと指の圧力を測定した提供：Pressure Profile Systems社

Vicon社のモーションキャプチャー・システムは、LEDを使用したストロボ、再帰反射器（レトロリフレクタ）、高解像度カメラから成る
提供：Vicon社

　研究者によると、運動能力を理解する最善の方法は、運動をゆっくり観察することだという。“スポーツサイエンス”では、2種類の高速度ビデオカメラを採用して、これを実現した。

　米Vision Research社が開発したこの2種類のカメラはPhantom v7.3とPhantom HDである。v7.3は解像度800×600のカメラで毎秒約7,000フレームで動作でき、高速度を提供した。一方のPhantom HDを用いて、Fox Sportsは解像度1,920×1,080、毎秒1,000フレームの画像を作成することができた。これらのカメラが高速度で作動できるのは、CMOSセンサーを採用して、大量のデータ処理のために設計したパイプライン・アーキテクチャを用いているからである。このシステムは光子をアナログデータとして取得し、A-Dコンバータに転送し、そのデータを生のデジタルデータとしてオンボードメモリに保存する。メモリ容量は8〜32ギガバイトの範囲である。

　データが保存された後、ソフトウエアがスローモーション・ビデオの解析を行い、研究者はある物理的動作がいつ始まりいつ終わったのかを正確に特定することが可能となる。

　「ある点を指定して、特定の時間内にこの点がどのくらい動いたかをソフトウエアに解析させることができる」と、Vision Research社のマーケティング・ディレクターRick Robinson氏は言う。「このデータから速度と加速度を確定することが可能である」

　この技術が特に重要な役割を果たしたのは、バスケットボールで“滞空時間（ハングタイム）”と呼ばれる神話が誤りであることを立証したときである。バスケットボール選手の高速度ビデオを観察することによって、跳躍した選手はつねに上昇か下降をしていて、重力の法則に逆らって空中からぶら下がっている訳ではないことを、エンジニアは立証したのである。このような神話の正誤を立証するためには、物理的動作を減速させて観察することが必須である、とエンジニアは言う。

　「高速度撮影の世界は、まったく異なる世界だ。発生する現象はまったく見たことのないものだ」とRobinson氏は言う。「我々の知覚は、一定の頻度でしか物事を感知できないからだ」

なにを学んだか

番組製作途上でFox Sportsは、重要な、しかも驚くようなレッスンをいくつか学ぶことができた。

・路上バスケットボール・プレイヤーの“スカイウォーカー”は1.27m（50インチ）の垂直ジャンプを行った。彼がコンバーチブル車を跳び越えてダンクシュートを行うときの地面を蹴る力は540kgf（1,200lb-f）であった

・プロサッカー選手のJason Hernandez氏のオーバーヘッドキックを計測すると、毎秒1,800度、すなわち毎分300回転していることがわかった。彼のキックの回転速度は、攻撃ヘリコプター・アパッチのブレードの回転速度に相当する

・2人の相撲力士は衝突時に450kgf（1,000lb-f）の衝撃力を発生する

・格闘技アルティメイトのRampage Jackson選手は、ボディスラムで80kg（180lb）の衝突試験用ダミー人形に大打撃を与え、毎時56km（35mph）の正面衝突の約4倍の頭部傷害基準（HIC）値を記録した

・“滞空時間（ハングタイム）”などというものは存在しない。高速度カメラで明らかになったのは、跳躍するバスケットボール選手は空中に１秒以上とどまっていることはないということである。跳躍した選手はつねに上昇か下降をしていて、重力の法則に逆らって空中に浮いている訳ではない

・平均的な人間の、予想している場合の反応時間は0.19秒である

・NFLのラインバッカーJoey Porter選手によるブラインドサイド・タックルは、726kgf（1,600lb-f）の力を発生する。これは、雄牛が後ろ足で蹴るときに生成する力とほぼ同じである

・人間の頭蓋骨は98kgf/cm2（1400psi）の圧力までは耐えられる。これはココナッツとほぼ同じである

・毎時153km（95mph）のメジャーリーグの直球が人間の頭部に当たると、98kgf/cm2（1,400psi）を超える機械的応力を生じうる。しかし、バッター用ヘルメットはこの応力を少なくとも50％低減する

・野球のバットのスイングおよびそれに続く接触は、ホッケースティックの打撃の25倍もの力を生じる。「野球のバットは、すべてのスポーツの中で最も危険性をはらんだものである」と、“スポーツサイエンス”の共同制作者John Brenkus氏は言う

・野球のピッチャーが投げた時速153km（95mph）の直球は、およそ0.38秒後に本塁に到達する。まばたきする時間とほぼ同じである

・メジャーリーグのバッターは、バットがボールに接触するのを見ることはない。時速153km（95mph）の直球は、本塁から7.6m（25ft）のところで見えなくなる。投球の最終速度は非常に速く、到達したときそれを見ることは文字通り不可能だ」とBrenkus氏は言う。「見えたと思うのは、ボールはここにあるはずだと思う場所に、あなたの脳が投影しているにすぎない」