OpenPose で人の動きを取得し3D再構成するシリーズの最終回です。OpenPose の導入（Part 1）、カメラ校正（Part 2）、3D再構成（Part 3）、OpenSim でのキネマティクス（Part 4）と進めてきました。今回はさらに一歩踏み込み、キネティクス（動力学）シミュレーション——筋活動と地面反力の推定——を行います。
内部では、OpenCap は OpenSim Moco（最適制御ライブラリ）と自動微分を用います。Part 4 でスケーリングした筋骨格モデルとキネマティクスを融合し、その動きを生み出すために筋がどう働いたか、そしてどんな地面反力が生じたかを解きます。
動力学シミュレーションの設定
該当するPythonは、OpenCap の UtilsDynamicSimulations と自動微分コード（OpenSimAD）にあります。OpenCap のリポジトリをクローンし、それらのパスを追加して、必要な2つの関数をインポートします。あとはスケーリング済みモデルと Part 4 のモーション／キネマティクスファイルを指定します。
OpenCap にはいくつかの設定があります: 動作が地面上（overground）かトレッドミル上か、そして動作タイプ（スクワット、立ち座り、ジャンプ、歩行、走行…）。ここではスクワットなので motion_type = 'squats'。trial name はモーションファイル名と一致させます。変数を入れて tracking 関数を実行します。
時間窓（time window）に注意。 反復動作（スクワット、立ち座り）は1回分（repetition）で扱います。連続動作（歩行、走行）では時間窓を指定しますが、約2秒以内にする必要があります。それより長いと収束せず（反復回数が多すぎる）失敗しがちなので、短く保ちます。
実行するとパイプラインは時間がかかります: モデルのダウンロード／調整、筋のラッピング面や足–地面接触の追加、自動微分用の外部関数の生成、ヤコビアンの計算、そして求解。完了すると、キネティクスデータが用意できます。
筋活動（Muscle activation）
結果は自動生成される Dynamics フォルダ（動作名のサブフォルダ）に入ります。OpenSim の GUI でスケーリング済みモデルを開き、activations のモーションファイルを読み込みます。再生すると、各筋が活動度に応じて色付けされ、動作中にどの筋が働いているかが分かります。
地面反力（Ground reaction force）
地面反力（GRF）も可視化できます。「associate motion data」で合成GRF（x・y・zを合成）を読み込むと、矢印として表示され、スクワットらしく上向きを指します。必要なら成分ごとに分けて読み込むこともできます。
これまでと同様、校正の不完全さでスクワットは少し歪んでいますが、結果は十分に使えます。そしてこれが要点です——動画と OpenPose（あるいは任意の姿勢推定器）だけから始めて、OpenCap と OpenSim のおかげで完全な動力学まで推定できます。マーカーレス・モーションキャプチャの可能性を実感できます。
シリーズ全体
- Part 1 — OpenPose セットアップ
- Part 2 — カメラキャリブレーション
- Part 3 — 3D再構成
- Part 4 — キネマティクスシミュレーション
- Part 5 — キネティクスシミュレーション（本記事）
シリーズを最後までご覧いただきありがとうございました。ご質問は YouTube のコメント、またはお問い合わせフォームからどうぞ。
著者について
Takashi Fukushima — スポーツ・運動科学 × Human Pose Estimation × Computer Vision × XR を横断して研究・開発しています。
- YouTube（登録）: Takashi Fukushima｜Sports Science & Pose Estimation
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