无标记运动捕捉系统在临床步态分析上的研究进展

步态分析是临床研究的重要组成部分,传统的三维步态分析由于设备成本高、专业技术要求高等原因难以广泛应用。随着计算机视觉技术的发展,无标记运动捕捉系统的精确度得到极大提升,无需标记、成本较低的优势逐渐显现,并被应用于步态分析,但由于研究人员和临床医生缺乏对该系统的整体了解,使得该技术尚不能得到广泛推广,本综述拟对无标记运动捕捉系统在临床步态分析上的应用进展进行回顾,分析目前各项技术的优势和局限性,展望无标记运动捕捉系统在临床步态分析上的发展方向,为今后无标记运动捕捉系统在临床上的推广使用提供了研究思路。

大场景光学运动捕捉系统标定方法研究

为解决大场景下光学运动捕捉系统精度检测困难的问题,提出利用全站仪标定大场景下光学运动捕捉系统定位精度的方法。首先在光学运动捕捉系统的四个分区域均匀选取若干公共点,其次利用同尺寸同心靶球解决全站仪和光学运动捕捉系统测量点不一致的问题,之后通过全站仪和光学运动捕捉系统分别测量得到公共点的真实值和测量值,基于罗德里格矩阵的抗差最小二乘迭代方法计算全站仪坐标系到光学运动捕捉系统坐标系的位姿变换矩阵,最后坐标系统一并计算光学运动捕捉系统在分区域和整体区域下的定位精度。同时,基于该方法实现了度量运动捕捉系统和Vicon运动捕捉系统的外参标定。实验结果表明:光学运动捕捉系统在四个分区域的定位精度分别为2.385 mm、0.877 mm、1.787 mm、2.890 mm,整体区域下光学运动捕捉系统的定位精度为8.126 mm。说明大场景下光学运动捕捉系统的定位精度明显降低,验证了利用全站仪进行光学运动捕捉系统标定和运动捕捉系统外参标定的可行性和有效性。

基于运动捕捉系统的UWB室内定位精度标定方法

为了对UWB(Ultra Wide-Band)室内定位系统精度进行有效的评估,提出了一种基于运动捕捉系统的UWB室内定位精度标定方法。该方法的实现是基于两个实验完成的。其一是使用全站仪对运动捕捉系统进行精度验证,通过布尔莎七参数坐标转换模型对实验数据进行处理,表明了运动捕捉系统的精度满足要求,可以用于标定UWB室内定位系统的精度。其二是通过运动捕捉系统来标定UWB室内定位系统的精度,以运动捕捉系统采集的数据为真值,将UWB室内定位系统采集的数据与运动捕捉系统采集的数据进行比较,得出的标定结果符合实际情况,表明了标定方法是有效和可靠的。

基于3D运动捕捉系统的坐姿角度和舒适度研究

本研究以长期在通用桌面高度上使用笔记本电脑,将给使用者带来诸多身体危害为背景。通过获取被测试者的坐姿角度和舒适度自我评价量表,对比了在键盘操作和书写任务时桌高变化对平均姿势和姿势变化的影响。结果表明进行电脑操作和书写的主观评价分值分别在第2级和第3级桌高达到峰值。书写导致了更大的头颈部弯曲和脊柱不对称性,推断书写比电脑操作更易患肌肉骨骼疾病。统计结果表明舒适度与视角和头颈角显著相关。

基于运动捕捉系统的小型有动力无人机气动特性分析

通过运动捕捉系统获取飞行参数,最终通过公式推导的方式获得有动力小型无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)的空气动力学参数。首先,使用精确的电子秤测量无人机在不同推力功率下的推力值,得到无人机的推力曲线。其次,无人机在Vicon运动捕捉系统环境下进行飞行试验,得到飞行过程中无人机的位置及姿态信息,经过平滑和微分处理后,可得到无人机每一时刻的速度、加速度、角速度、角加速度。针对所推导的数据,使用MATLAB建模,生成有动力无人机的气动曲线。对所获气动曲线进行分析,结果表明,该方法可用于描述非定常空气动力学效应,为研究厘米级飞行中的空气动力学现象提供思路。

三维红外运动捕捉系统在田径技术诊断中的应用——以女子100m栏运动员王丽为例

利用三维红外运动捕捉系统对运动员王丽的跨栏动作进行影像捕捉、分析,揭示其现有技术动作的特点。研究发现王丽跨栏技术的特点:(1)跨栏步幅大,主要体现在起跨步步幅大,这可能对其腾空时间有影响;着地距离较短,比较合理。(2)起跨腿支撑时间和摆动腿支撑时间较短,说明其下肢肌肉较为有力,能够快速支撑其身体质量。(3)腾空时间较长。

BTS三维运动捕捉系统在步态分析中的信度

背景:临床上三维运动捕捉系统对临床诊疗方案确定及治疗效果的判断有着越来越重要的作用。目的:探讨意大利BTS红外运动捕捉系统在时空参数、运动学参数的信度。方法:选择28例青年志愿者,由评估者A和评估者B分别运用BTS三维运动捕捉系统对志愿者进行步态评估,记录下步速、步长、步宽、步频等时空参数及髋膝踝等在矢状面、水平面、冠状面的运动学参数,同一评估者行组内比较,两评估者进行组间比较,采用ICC进行信度分析。结果与结论:(1)除了骨盆活动、踝关节在水平面重测信度及测量者间信度稍差,其他如时空参数、髋膝关节3个平面运动活动幅度、踝关节矢状面、额状面上重测信度和测量者间信度具有较好的相关性(ICC>0.75);(2)结果提示,该红外运动捕捉系统除了骨盆活动、踝关节水平面活动信度相对较低,其余时空参数及运动学参数信度较高,可应用于大部分步态异常相关临床研究。

运用不同技术的三维运动捕捉系统解析

随着科技的进步,三维运动捕捉系统越来越多的进入到角色动作的创作中。给动画中角色动作的创作带来了极大地便利,从而大大的降低了动画制作的成本。想要利用好三维运动捕捉系统需要认识各系统的优缺点,有的放矢的利用三维运动捕捉系统进行科学研究和艺术创作。

光学三维运动捕捉系统用于生物力学测试的精准度分析

背景:光学三维运动捕捉系统无论在生理还是病理、体外或体内实验以及医疗或生活方面均应用广泛,但尚无研究客观分析该系统精准度及其影响因素。目的:建立光学三维运动捕捉系统,分析其应用于生物力学测试的精准度及影响因素。方法:首先,安装光学三维运动捕捉系统摄像机为半弧形高低交替位置,捕捉静止标记点18组坐标数据,每组400个坐标值,计算出系统精密度。应用机械臂完成沿坐标轴X、Y和Z轴方向运动,所得的坐标数据经MATLAB处理计算出运动距离(测量值)。然后,以电子千分尺为实际值基准,计算运动捕捉系统的准确度。最后,根据前述精准度测试方法分别在不同运动方向、各个坐标轴、有无室内照明、不同相机数目、不同Marker尺寸材质和不同相机位置变量下,应用单因素方差分析系统的精准度是否有差异。结果与结论:(1)光学式三维运动捕捉系统摄像机为半弧形交替摆放时,X、Y和Z轴坐标精密度分别为5.00,10.26,5.50μm,沿X、Y和Z轴运动的准确度分别为15.58,20.69,12.24μm;(2)随着摄像头从单面形到环状,精密度逐渐增加,呈环形摆放时精密度最优;(3)室内有无开始照明灯对系统的精准度无明显影响;(4)随着摄像机的数目增加,捕捉系统的精密度随之上升,但数量达到一定时精密度会渐近极限;(5)该系统中塑料硬质12.7,14.0,15.9 mm和橡胶材料直径为14.0 mm的Marker点精密度无差异;(6)结果说明,光学三维运动捕捉系统的摄像机数量及摆放位置对系统精准度均有影响,Marker尺寸材质、运动方向、室内照明对系统的精准度无明显影响。该系统精准度满足生物力学测试的需求。

一种光学式运动捕捉系统下的物体运动数据捕捉方法研究

多相机视觉运动捕捉系统能通过捕捉标记点的空间坐标来获得运动物体的运动学参数,文中提出了一种基于多相机运动捕捉系统下的通用物体运动数据捕捉方法;首先根据3个标记点组成固定模型获取物体运动过程中对应标记点的瞬时坐标,然后通过向量法求解出被测物体在运动过程中各采集点对应的物体位姿,然后通过卡尔曼滤波方法消除运动捕捉过程中的系统和环境误差的影响,获得平滑的物体位姿运动轨迹,并根据滤波数据计算出物体在各采集点对应的速度、加速度、角速度、角加速度;最后基于协作机器人进行物体的运动数据捕捉实验,验证了所提出物体运动数据捕捉方法的正确性。

运动捕捉系统对痉挛型脑瘫儿童步态特征及足底压力分布分析的研究进展

痉挛型脑瘫易引起患儿关节挛缩、畸形、疼痛,导致步态异常,严重影响患儿步行能力及生长发育。目前临床治疗以功能训练及畸形矫正为主,以通过改善患儿足部畸形,最大限度地恢复其步行能力。步态特征及足底压力分布分析是研究步行规律的检查方法,既往临床多采用量表进行评定,虽简单易行,但主观性较强,可能存在一定偏倚。而运动捕捉系统能准确鉴别并分析异常运动,明确异常运动原因,有助于诊断、评价运动功能并指导临床治疗,可在一定程度上作为现在和未来科研以及临床功能评价中较客观、可靠的参考工具。

下肢运动影像解析与高速红外运动捕捉系统实验数据的比较

根据国外有关文献提出了详细的高速红外运动捕捉系统的测试方案,包括标志点设置和通过体表点计算关节转动中心的方法,并通过对比影像解析与高速红外运动捕捉系统的结果,发现两者结果相似性很强、误差很小。研究证明了测试方案的信度和效度,使高速红外运动捕捉系统和影像解析的数据可以相互比较。

基于Vicon运动捕捉系统的无人机气动特性分析

为了研究无动力无人机的空气动力学特性,提出了一种基于Vicon运动捕捉系统的气动参数计算方法。首先,收集无人机的几何尺寸,得到其物理学参数及惯性力矩;其次,通过Vicon运动捕捉系统观测到无人机飞行过程的位置、姿态信息,对所获得的信息进行平滑噪声鲁棒差分,得到飞行过程中每一时刻的飞行速度、加速度、角速度及角加速度;最后,对无人机的气动参数进行了分析。飞行试验结果表明,所提方法能够快速有效地获得无人机的气动参数,飞行过程静态稳定。

基于运动捕捉系统的多旋翼飞行器实时测姿算法

旋翼飞行器的室内自主飞行是目前研究的热点之一。在室内飞行过程中,飞行器姿态和位置信息可以通过运动捕捉系统(Motion Capture System,MCS)来进行实时测量,从而为机载低成本MEMS惯性导航系统提供校正信息。结合四旋翼飞行器的结构特性,提出了一种五点实时测姿算法。相对于目前MCS常用的测姿算法,该算法可以降低标记点安装引起的测姿误差。室内实验结果表明,该算法测姿精度高,并且能够有效实现四旋翼飞行器室内动态实时姿态测量,具有较好的工程应用价值。

远程多场景运动物体捕捉系统的实现

该文给出了一种能对被监视场景中运动物体进行自动捕捉的系统。该系统可以同时对１、４、９或１６个不同的被监视场景进行监控，并将捕捉到的运动物体及时拍摄下来并以图象（静态或动态）文件的形式记录在计算机的硬盘上。

基于动态捕捉技术定点侧屈旋扳整颈手法在体运动学研究

目的:通过对C5/6定点侧屈旋扳整颈手法操作进行动态捕捉实验,对该手法的主要运动学参数进行量化分析,进一步阐述该手法空间运动特征以加强其技术量化。方法:在已标定的动态捕捉场地内,2位高年资整脊手法操作医生对10位健康年轻受试者完成C5/6定点侧屈旋扳整颈手法,应用三维运动捕捉系统采集运动学数据。结果:定点侧屈旋扳整颈手法扳动时间为(0.21±0.04)s,扳动位移为(13.93±4.27)mm,旋扳角度为(18.81±3.83)°;左右侧扳动时间、扳动位移及旋扳角度比较,差异无统计学意义(P>0.05),左右双侧手法主要参数基本一致。结论:确定了定点侧屈旋扳整颈手法主要运动学参数量化的范围,双侧操作手法主要运动学参数基本相似,该手法具有"操作时间短、旋扳角度小"特征。

基于运动捕捉下的7R机械臂的实时控制

针对7自由度机械臂的冗余度导致机械臂反解的复杂性引起的延迟性控制问题,提出一种新的人机交互的控制方式。设计一种将Optitrack运动捕捉系统与Robai7R机械臂数据间无隙链接、传输的方法,在Win7系统下,利用Microsoft Visual Studio的成员VC来建立相应的服务器与客户端,通过数据处理算法使不同系统数据之间相互转化并实时传输;与传统的机械臂逆运动学求解的方法相比,采用一种综合的方法,将运动捕捉系统中不同人臂位置信息反解为机械臂关节角,并得出解析解,减小了控制系统的运算量,实现机械臂的实时控制,实时满足试验者与Robai7R机械臂的同步运动;通过人机同步连续达点运动及远程抓取试验,验证了该方法的有效性,取得了满意的效果。

基于运动捕捉技术的藏族舞蹈保护

随着计算机软硬件技术的飞速发展,人们对于二维画面所带来的感官体验,早以无法得到满足,因此三维立体仿真技术运应而生.三维图像的显示使科学和文化的内容变得直观和立体化.与此同时,诸如我国少数民族舞蹈这样的非物质文化遗产的保护问题迫在眉睫,而文章根据运动捕捉技术和三维建模技术对藏族民间舞蹈进行了数字化保护的研究.

三维动态牵伸回旋法干预下冻结肩盂肱关节运动轨迹特征的研究

目的:研究三维动态牵伸回旋法干预下冻结肩盂肱关节运动轨迹特征。方法:选择医院骨伤科门诊冻结肩患者5例,采用三维动态牵伸回旋法操作规范进行手法操作,在操作同时运用OptotrakCertus TM运动捕捉系统进行患者肩关节运动数据采集,并观察患者盂肱关节角速度、角加速度,干预下患侧肱骨的旋转角度,以及干预前后患侧上臂位置变化产生的欧拉角分量。结果:外展牵伸法干预下冻结肩盂肱关节的平均角速度、最大角速度、最大角加速度小于跨躯体内收外旋法、跨躯体外展内旋法;患侧肱骨旋转角度均未超过当限制肱骨旋转的韧带处于紧张状态时肱骨旋转可以达到的角度;干预前后患侧上臂位置变化产生的欧拉角分量具有统计学意义(P<0.05)。结论:三维动态牵伸回旋法对冻结肩疗效肯定。