长期销售运动测量数据采集分析系统
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在本文中,我们着眼于国内外动作捕捉系统中的一些产品,并展示了这一特定技术的优势和局限性,以及的产品选择。
动作捕捉是一个非常宽松的术语。但是,它通常是指在三个维度上对人体运动数据进行记录。
小型传感器确实具有收集方向数据的能力,但是除非将其收集到整个身体,否则这些系统仅仅能够视为动作传感器,而非真正的“动作捕捉”。真正的3D运动捕捉系统的标准如下:
动作捕捉如果采用IMU惯性传感器技术可以从计算中创建动作捕获数据,但又增加了测量身体运动数据的难度挑战。如果是无标记相机(例如Microsoft Kinect设备)一般采用红外激光和相机来创建三个维度的深度,但是这些系统在体育领域的应用均存在一些局限性。
动作捕捉用户需要的细节和度决定了如何收集数据,因为每个系统都具有信息的准确性和灵活性方面的能力制约。一些动作捕捉系统设计用于室内使用,少数仅具有有限的室外功能。捕获全身运动要求系统一般在受控的环境中运行,以使其可以稳定运行以正确收集数据。
动作捕捉系统存在两个明确的硬件选项:标记器或光学系统以及无标记器解决方案。可以使用视频进行动作捕捉,但是大多数研究级系统更喜欢使用红外摄像头和反射标记。一些不那么的系统正变得越来越流行,因为它们价格低廉并且可以解决一些简单的问题,例如在跑台上利用摄像头进行跑步分析。这些新的,精度较差的系统现在仅占运动捕捉市场的一小部分。目前我们需要更为精准、性价比更高的解决方案来将体育市场进一步商业化,IMU惯性解决方案在精准度和性价比两个维度看来是更好的选择。
过去几年中,大多数研发都集中在光学系统的软件领域以及无标记和IMU解决方案的硬件领域。所有类型的解决方案都需要大量的数据平滑和清理工作,但是与光学选件相比,IMU通常需要做更多的工作。
动作捕捉硬件的不同应用方向
在大多数情况下,动作捕捉硬件是专为研究或非常**的临床需求而设计的。视频分析作为教练的生物反馈训练项目已经非常普遍。光学市场(也称为基于相机的系统)倾向于项目研究,而IMU传感器市场则倾向于以临床和运动性能为导向的体育和医疗行业的应用级市场。
某些视频系统会自动执行运动捕捉等视频,对一系列摄像机进行数字化处理以计算运动变化,但是这种技术的问题在于照明限制和其他视觉数据因素会限制高精度要求。
了解动作捕捉软件
大多数用户选择动作捕捉的软件功能都有两个目的:将运动数据转换为动画,以用于科学重放或娱乐用途。几乎所有公司都提供重播选项,并且某些软件使观看者可以选择透视图和动画样式,例如线条(简笔画),骨架或人物。**的软件可以单独测量非常的运动,也可以根据分析方法的应用创建报告。
用于体育运动的动作捕捉软件的目标是显示运动而无视觉碎片。 像视频一样,动作捕捉有助于连接其他视觉效果较差的数据集,例如EMG和力分析。研究人员可以看到运动和肌肉募集之间的关系,以及必要时地面反作用力。
有时,带有动作捕捉的运动实际上并没有进行测量,因为用户只希望定性视图与量化的测量(例如来自传感器的动力学数据)同步。有时使用动作捕捉软件执行手动分析,尤其是在周期性运动的研究中。耐力运动-通常是周期性的运动,例如跑步-通常进行平均或统计地评估重复运动,以深入了解生物力学故障或可能的技术错误。
软件平台的范围包括从非常昂贵的套件到简化的3D播放器。某些软件平台只是文件管理器,因为硬件提供商的期望是平台市场将允许对模拟数据进行分析。因此,他们减少了软件开发,只专注于硬件。单硬件和单软件的产品很少,但是存在一些只提供其中的小公司。
动作捕捉在体育运动中的应用
我们观察到的一般模式是,当身体基线数据下降时,会出现性能下降和受伤风险增加,教练和医疗人员有时会使用动作捕捉技术来分析重要或复杂的运动伤害,降低受伤风险,提升身体能力和运动水平。
以往的动作捕捉系统设备庞大,不适合团体使用,新一代的IMU动作捕捉技术已经可以提供即时反馈解决方案,而且占地更小,在成本降低的基础上拥有更高的精准度,适合大规模铺设。
像视频分析一样,让运动员有机会以不同的速度和视角在屏幕上看到自己是非常宝贵的。大多数从事奥林匹克运动的精英运动员用到某种形式的动作捕捉,这已日渐成为体育分析和训练的基础工作。