动作捕捉在运动科学领域的应用

体育科学、康复/运动医学、运动训练、体育教育、机械工程、心理学、人机工效等相关学科研究成果在近些年不断深化发展、推陈出新。而运动科学领域研究中,全面了解人体运动方式,获取精确的运动数据是十分重要的。

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运动数据分类介绍

研究中获取的运动数据主要分为以下三类——运动学参数、动力学参数,以及肌电参数。

运动学参数

包含位置、速度、加速度、角度、距离、姿态等数据,例如人体运动时关节屈伸、内收外展、旋内旋外,跑步运动中步长步速步频参数等。

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这类数据所来源的动作通常运动速度较快,在极短时间内有较大的位置变化,因而其数据采集需要兼顾高精度与高采样频率。

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红外光学动作捕捉技术能够高精度低延迟地获取这些数据信息,如篮球投篮过程中肩肘腕关节的角度变化、击剑运动员的动作稳定性、或是跳高跳远运动员在起跳过程中的身体姿态,这些较难获取的运动学参数,都可以使用红外光学动作捕捉技术进行获取。

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动力学参数

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主要研究运动时力与力之间的相互作用,获取运动力学信号,如测力台内部安装多个压阻式传感器,获取平台不同部位压力变化,可以采集人行走、跑步时的动力学数据。

肌电参数

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肌肉收缩时的生物电参数,可以用来了解人体运动肌肉负荷强度、神经功能状态。如使用表面肌电仪可测量肌肉收缩时伴随的电信号,并生成肌电图,是在体表无创检测肌肉活动的重要方法。

运动分析集成系统

人体运动过程中同时伴随着地反力、关节间作用力、以及肌肉收缩放松的变化。如果要同时采集这些运动数据进行高效研究分析,就需要将测量不同数据的设备进行集成,形成运动分析集成系统。

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比如人在从高处跳至地面的过程中,身体会伴随屈膝的缓冲动作,随着缓冲动作的进行,地面反作用力、人体踝、膝关节间作用力,以及下肢多个肌肉的刺激程度也在不断变化。

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这时集成使用能捕捉人体姿态数据的红外光学动作捕捉系统,能反映地反力等动力学数据的测力设备,以及反映肌肉刺激强度的肌电设备,将三者数据进行同步采集,便能很高效地进行获取和分析。

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NOKOV度量三维运动分析系统是针对多种运动数据获取的成熟解决方案,同时包含红外光学动作捕捉系统、三维测力平台、以及表面肌电仪。根据不同项目需求,可针对性定制方案,进行数据的同步高效采集。

NOKOV度量三维运动分析系统应用实例

南方科技大学机械工程学院

使用12个NOKOV度量动作捕捉镜头组成的动作捕捉系统,结合三维测力台、表面肌电仪、足底压力测量仪设备搭建运动分析集成系统,分析人体走路、爬梯时的步态参数等运动学数据,解决机器人和人体自然运动之间的相容性问题,进行机器人动力假肢的相关研究。

案例详情:https://www.nokov.com/support/case_studies_detail/research-and-development-of-Biomechatronics-Robots.html

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太原理工大学体育学院

采用12个镜头组成的光学动作捕捉系统与两块测力台,进行篮球运动员的动作分析,采集篮球、跑步等多项运动的运动学与动力学参数。

案例详情:https://www.nokov.com/support/case_studies_detail/Application-of-Motion-Capture-in-Motion-Digitization.html

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利用运动分析集成系统建立数据库,动作捕捉技术获取的人体三维运动姿态数据,在软件中绑定人体模型,最终可用于生成标准篮球动作的教学模型动画,通过同一动作的局部分段对比,能够快速查找出不足之处,便于矫正。

上海海济斯健康管理咨询有限公司

上海海济斯健康管理咨询有限公司使用8个NOKOV度量动作捕捉镜头,结合测力台与表面肌电仪,获得人体关节坐标及躯干间的相对位姿关系,了解人体的健康状态,完成了人体静态体姿分析系统的开发。

案例详情:https://www.nokov.com/support/case_studies_detail/Development-of-body-posture-evaluation-system.html

posted @ 2021-10-11 17:16  您家豆子  阅读(1057)  评论(0编辑  收藏  举报