體育科學、康復/運動醫學、運動訓練、體育教育、機械工程、心理學、人機工效等相關學科研究成果在近些年不斷深化發展、推陳出新。而運動科學領域研究中,全面了解人體運動方式,獲取精確的運動數據是十分重要的。
運動數據分類介紹
研究中獲取的運動數據主要分為以下三類——運動學參數、動力學參數,以及肌電參數。
運動學參數
包含位置、速度、加速度、角度、距離、姿態等數據,例如人體運動時關節屈伸、內收外展、旋內旋外,跑步運動中步長步速步頻參數等。
這類數據所來源的動作通常運動速度較快,在極短時間內有較大的位置變化,因而其數據采集需要兼顧高精度與高采樣頻率。
紅外光學動作捕捉技術能夠高精度低延遲地獲取這些數據信息,如籃球投籃過程中肩肘腕關節的角度變化、擊劍運動員的動作穩定性、或是跳高跳遠運動員在起跳過程中的身體姿態,這些較難獲取的運動學參數,都可以使用紅外光學動作捕捉技術進行獲取。
動力學參數
主要研究運動時力與力之間的相互作用,獲取運動力學信號,如測力台內部安裝多個壓阻式傳感器,獲取平台不同部位壓力變化,可以采集人行走、跑步時的動力學數據。
肌電參數
肌肉收縮時的生物電參數,可以用來了解人體運動肌肉負荷強度、神經功能狀態。如使用表面肌電儀可測量肌肉收縮時伴隨的電信號,並生成肌電圖,是在體表無創檢測肌肉活動的重要方法。
運動分析集成系統
人體運動過程中同時伴隨着地反力、關節間作用力、以及肌肉收縮放松的變化。如果要同時采集這些運動數據進行高效研究分析,就需要將測量不同數據的設備進行集成,形成運動分析集成系統。
比如人在從高處跳至地面的過程中,身體會伴隨屈膝的緩沖動作,隨着緩沖動作的進行,地面反作用力、人體踝、膝關節間作用力,以及下肢多個肌肉的刺激程度也在不斷變化。
這時集成使用能捕捉人體姿態數據的紅外光學動作捕捉系統,能反映地反力等動力學數據的測力設備,以及反映肌肉刺激強度的肌電設備,將三者數據進行同步采集,便能很高效地進行獲取和分析。
NOKOV度量三維運動分析系統是針對多種運動數據獲取的成熟解決方案,同時包含紅外光學動作捕捉系統、三維測力平台、以及表面肌電儀。根據不同項目需求,可針對性定制方案,進行數據的同步高效采集。
NOKOV度量三維運動分析系統應用實例
南方科技大學機械工程學院
使用12個NOKOV度量動作捕捉鏡頭組成的動作捕捉系統,結合三維測力台、表面肌電儀、足底壓力測量儀設備搭建運動分析集成系統,分析人體走路、爬梯時的步態參數等運動學數據,解決機器人和人體自然運動之間的相容性問題,進行機器人動力假肢的相關研究。
太原理工大學體育學院
采用12個鏡頭組成的光學動作捕捉系統與兩塊測力台,進行籃球運動員的動作分析,采集籃球、跑步等多項運動的運動學與動力學參數。
利用運動分析集成系統建立數據庫,動作捕捉技術獲取的人體三維運動姿態數據,在軟件中綁定人體模型,最終可用於生成標准籃球動作的教學模型動畫,通過同一動作的局部分段對比,能夠快速查找出不足之處,便於矯正。
上海海濟斯健康管理咨詢有限公司
上海海濟斯健康管理咨詢有限公司使用8個NOKOV度量動作捕捉鏡頭,結合測力台與表面肌電儀,獲得人體關節坐標及軀干間的相對位姿關系,了解人體的健康狀態,完成了人體靜態體姿分析系統的開發。
案例詳情:https://www.nokov.com/support/case_studies_detail/Development-of-body-posture-evaluation-system.html