3dof・とは？初心者向けに3自由度の基本を詳しく解説共起語・同意語・対義語も併せて解説！

この記事を書いた人

高岡智則

年齢：33歳性別：男性職業：Webディレクター（兼ライティング・SNS運用担当）居住地：東京都杉並区・永福町の1LDKマンション出身地：神奈川県川崎市身長：176cm 体系：細身〜普通（最近ちょっとお腹が気になる）血液型：A型誕生日：1992年11月20日最終学歴：明治大学・情報コミュニケーション学部卒通勤：京王井の頭線で渋谷まで（通勤20分）家族構成：一人暮らし、実家には両親と2歳下の妹恋愛事情：独身。彼女は2年いない（本人は「忙しいだけ」と言い張る）

3dof・とは？初心者向けに3自由度の基本を詳しく解説

3dofとは、英語の DoF（Degrees of Freedom）を日本語に訳した「自由度」のうち、数が3つある状態を指します。3自由度と呼ばれ、機械の動きや情報の表現を理解するうえで基本となる概念です。3自由度には「どの方向に動けるか（平行移動）」や「どの角度で回れるか（回転）」の3つの独立した動きが含まれます。実務の現場では、3DoFの定義が分野ごとに異なることがよくあり、文脈次第で意味が変わる点に注意してください。

よく見かける二つの解釈を紹介します。まず一つ目は、空間の三つの平行移動を表す解釈です。これは、物体がx軸、y軸、z軸の3方向に自由に移動できることを意味します。二つ目は、回転の三つの軸（roll, pitch, yaw）を表す解釈です。頭の動きやロボットの関節が回る3つの方向を指します。どちらの解釈を使うかは、VRやロボット、シミュレーションの文脈に依存します。

3DoFの使い方の代表例

VRやヘッドトラッキングでは、3DoFは頭の向きだけを追跡します。画面は頭の回転に合わせて動きますが、前後左右へ移動する位置情報は追跡されません。これを「3DoFヘッドトラッキング」と呼ぶことがあり、体を動かす感覚は限定されます。

ロボットや機械設計では、三つの独立した関節の動きを表す場合があります。例えば、基底の回転、肩の回転、肘の回転という三つの軸が独立して動くとき、それを3DoFと呼ぶことがあります。ここでは自由度の「数」がポイントで、動作の質よりも「どの方向に動けるか」という考え方になります。

3DoFと6DoFの違い

3DoFと6DoFの大きな違いは、含まれる自由度の数と「位置情報」を含むかどうかです。6DoFは位置（x, y, zの平行移動）と姿勢（roll, pitch, yaw）の全てを表します。3DoFはどの解釈をとるかにもよりますが、一般には「3つの独立した運動要素のみ」を意味し、位置情報が欠けているケースが多いです。用途によっては、3DoFだけでは十分でないこともあり、3DoFと6DoFの使い分けが求められます。

3DoFを測るためのセンサーと注意点

3DoFを測定するには、ジャイロセンサーと加速度センサー、場合によっては磁気センサーを組み合わせて用います。これにより、回転の自由度を高い精度で検知することが可能です。注意点として、センサーは「ノイズ」や「ドリフト」などの影響を受けやすい点があります。長時間の計測では校正が重要で、一定の基準でリセットすることが精度の維持につながります。

まとめ

3dof・とは？という問いには、文脈に応じた意味の違いがあることを覚えておくと良いです。VRやゲーム、ロボット設計など、対象の分野によって3DoFの意味は変わりますが、共通して「3つの独立した動きの自由度」を指す点は変わりません。適切な用語を選ぶことで、設計や学習がスムーズになります。

3dofの同意語

三自由度: 3つの独立した自由度を意味します。文脈によっては回転自由度3つ（ロール・ピッチ・ヨー）を指すことも、または並進自由度3つを指すこともあります。
3自由度: 3つの自由度を指す表現。3DOFの同義語で、文脈に応じて回転系または平行移動系を含むことがあります。
3DOF: 3 Degrees of Freedom の略。3つの独立した自由度を意味します。回転自由度3つか、並進自由度3つを指す文脈があります。
三次元自由度: 三次元空間における自由度を表す表現。3DOFの一つの表現形式です。
3D自由度: 3D（3次元）空間での自由度を指す表現。3つの自由度を意味します。
3軸自由度: 3つの軸に対応する自由度のこと。文脈によっては回転軸の自由度を指すことがあります。
三軸自由度: 3つの独立した運動軸に対応する自由度を指す表現。回転・並進のいずれかを含む場合があります。
Three Degrees of Freedom: 英語表記の同義語。3つの独立した自由度を意味します。
自由度が3つ: 直訳的な表現で、3つの自由度を指します。

3dofの対義語・反対語

0自由度（ゼロ自由度）: 物体が全く動くことができない状態。位置・姿勢を変えられず、自由な変化が一切ない。
完全固定: 外部の力や内部仕組みによって、動作・位置を一切変更できない固定状態。
静止状態: 現時点で動いていない状態。時間が経っても動作が発生しない状況を指すことが多い。
1自由度: 独立した動きが1つだけ許されている状態。例えば、1軸の平移や回転のみが可能な場合。
2自由度: 独立した動きが2つだけ許されている状態。平面上の移動などが代表例。
2D自由度: 二次元（平面）内の自由度で、3D空間の3自由度に対して自由度が2つに限定されている状態を指すことがある。
低自由度: 自由度の数が3DOFより少ない状態を指す総称で、1DOFまたは2DOFを含む。

3dofの共起語

3DOF: Three Degrees of Freedom の略称。3つの自由度を指す用語で、文脈によって回転の3軸か直線移動の3軸を意味することがある。
三自由度: 日本語表現での3つの独立した自由度を指す概念。
3自由度: 3つの自由度を表す日本語表現。文脈により移動・回転の3軸を指すことがある。
自由度: 物体が独立して動ける方向・回転の軸の数の総称。機械やロボットの可動性を示す基本概念。
6DOF: 六自由度。3つの平行移動と3つの回転自由度を合わせた、完全な3D運動を表す用語。
六自由度: 六自由度の略で、3軸の移動と3軸の回転を合わせた自由度の総称。
2DOF: 二自由度。2つの独立した動きのこと。例として平面上の移動や1つの回転軸など。
二自由度: 2つの自由度を指す日本語表現。
オイラー角: 回転を表す代表的な3つの角度（例: yaw、pitch、roll）を用いた表現。
クォータニオン: 回転を表現する別の方法で、4成分で回転を表現。ギンブルを避けやすい利点がある。
姿勢推定: 物体の向き・姿勢を推定・推定値を得る技術。
ヘッドトラッキング: 頭部の向きや動きを追跡する技術。
VR: 仮想現実。3DOF/6DOFを前提としたデバイスや体験の文脈で頻出。
HMD: Head Mounted Display の略。頭部に装着する表示デバイス。
ジャイロスコープ: 3軸の角速度を測定するセンサー。
加速度計: 3軸の加速度を測定するセンサー。
IMU: Inertial Measurement Unit。ジャイロ・加速度・時には磁力計を組み合わせた慣性測定装置。
ロボットアーム: 3DOF/6DOFを持つロボットの腕部。動作自由度の説明で頻出。
3D空間: 3次元の空間。x,y,zの3軸で表現される領域。
三次元: 3Dの意味。3つの次元から成る空間。
回転自由度: 回転に関する自由度。姿勢を決める軸の数。
移動自由度: 直線移動などの平行移動に関する自由度。
3軸: X軸・Y軸・Z軸の3つの軸を指す表現。

3dofの関連用語

3DoF: 3つの自由度を指す用語。文脈により、平面移動の3軸（並進）または頭部の回転3軸（ヨー・ピッチ・ロール）を意味します。VRやロボットで使われます。
3自由度: 3DoFと同義。自由度の表現の一つ。
6DoF: 位置と姿勢の3軸を合わせた6つの自由度。空間内の移動と向きを同時に追跡・制御する概念です。
自由度: システムが独立して動くことができる軸の数。3DoFや6DoFなど、運動の定義に使われます。
並進: 物体を移動させる運動。通常はX・Y・Zの平行移動を指します。
平行移動: 同じ意味。空間内の位置を変化させる並進運動。
回転: 物体が軸を中心に回転する運動。
ヨー: 頭部の左右回転。水平面での回転を指します。
ピッチ: 頭部の前後回転。上下方向の回転。
ロール: 頭部の横倒れ回転。左右方向の回転。
オイラー角: ヨー・ピッチ・ロールの3つの角度で姿勢を表す表現。特異点に注意。
クォータニオン: 回転を表す4次元の数値表現。オイラー角の欠点を避け、滑らかな補間に強い。
回転行列: 3×3の行列で回転を表す方法。数値計算に安定性がある。
座標系: 物体やセンサーの基準となる空間の系。右手系/左手系などがある。
前方運動学: 基底の関節から末端の位置と姿勢を計算する方法。
順運動学: 前方運動学の別名として使われることがある場合もあるが、一般には前方運動学と同義。
逆運動学: 末端の位置・姿勢から関節角度を求める計算。解が複雑になることがある。
ロボットアーム: 複数のリンクとジョイントで構成される作業用の腕。自由度は設計次第で3DoFなどがある。
ジョイント: 回転や直線運動を生む可動部品。
リンク: ジョイントとジョイントを結ぶ部品。
アクチュエータ: 動力を出す部品。電動機・空圧・油圧など。
サーボモータ: 位置制御がしやすいモータの一種。
ステッピングモータ: 一定角度ずつ回るモータ。精度の高い制御に適する。
慣性計測装置: IMUの総称。ジャイロ・加速度計・磁気計の組み合わせで姿勢を推定。
ジャイロスコープ: 回転角速度を測定するセンサー。
加速度計: 加速度を測定するセンサー。
磁力計: 地磁気を測定して方位を補正するセンサー。
センサー融合: 複数センサーのデータを統合して安定した姿勢や位置を推定する技術。
姿勢推定: 現在の姿勢（向きと方向）を推定する処理。
ポーズ: 位置と姿勢を合わせた状態を指す用語。
VR: 仮想現実。3DoF/6DoFデバイスで仮想世界を体験します。
HMD: Head-Mounted Display。頭部に装着して映像を表示するデバイス。
頭部追跡: 頭部の動きを追従して仮想空間を更新する技術。
トラッキング: 位置・姿勢の追跡全般の総称。
追跡精度: 追跡の正確さ・信頼性の指標。遅延・ノイズの影響を受ける。