人体运动三维解析软件对量测精度的影响

通过DLT理论的研究，结合人体运动图像三维解析系统的开发，从理论和实际应用中所出现误差原因的分析，给出实际误差修正的方法，并进一步提出续集和建议，以供实际应用参考和其它设计人员在后继研究设计中借鉴。     

三维跟踪扫描影像分析方法的实现与精度分析

三维影像分析是运动生物力学的重要研究手段之一,广泛地应用于运动技术分析和诊断中.三维跟踪扫描影像分析方法就是摄像机跟踪运动目标来记录运动的图像,并通过专门的图像解析系统解算得到运动目标空间实际三维坐标的方法.应用SIMI Motion的Pan/Tilt/Zoom功能来实现三维跟踪扫描录像分析,并对所得到的三维测量数据的精度进行评价和分析.研究结果表明,在相同的坐标参考系下,由全站仪和影像分析测量得到的24个点的三维空间绝对坐标的平均相差值为0.018±0.003 m,三维跟踪扫描影像测量的相对误差可以达到1.97%,这样的测量精度可满足运动技术分析的要求.介绍了实现三维跟踪扫描影像分析的全过程,对影响测量精度的因素进行了初步的分析,并提出了应采取的相应措施.     

基于ADAMS人体下肢建模关节力的计算——兼与测力台比较

目的:人体多刚体系统动力学的核心问题是人体运动的建模和求解,目前在利用动力学方法建立方程时,经常出现理论分析的结论与实验测试结果相差甚远的问题。通过对仿真计算结果与试验中测得的GRF(地面支撑力)与Ariel软件解析计算出膝关节胫骨平台力的结果进行比较验证,以期探讨人体多环节肌肉力和关节力的简便获取方法及应用优势。方法:高速摄像和三维解析方法,对1个步态周期完整动作与三维测力台同步采集,获得运动学参数和GRF,利用ADAMS三维软件建模对人体下肢运动进行运动仿真,依据运动学测试参数计算出下肢关节的动力学数据,并将仿真结果与试验中测得的GRF、膝关节胫骨平台力进行比较验证。结果:ADAMS计算的仿真力与三维测力台测得的力相关性(P<0.01)达到非常显著的水平,ADAMS仿真计算的3个方向力值95%置信区间与三维测力台力值置信区间几乎一致;Ariel三维解析计算右膝关节力曲线没有表现出膝关节胫骨平台力曲线的特点,曲线不光滑。结论:基于ADAMS进行运动仿真可有效解决求解复杂的多刚体系统动力学参数的精度问题;ADAMS仿真模拟日常行为活动,基于人机功效学的产品优化设计,全膝关节置换仿真研究,各种碰撞研究具有极大优势。     

水下三维物空间坐标的重构精度分析

目的:水下运动学数据的精度对于游泳项目的技术动作分析十分重要,利用防水摄像装置对标定框架上的有效点在水下和空气中进行三维重构,旨在验证不同测试环境和不同大小的标定空间对水下三维重构精度的影响,为水下游泳的器材研发提供一定的参考和依据。方法:2台水下摄像机同步拍摄放置在泳池里的标定框架(2 m×2 m×1 m),标定框架采取2种不同大小的标定空间,分别对同样数目的控制点(12个)和有效点(4个)分别在水下和空气中进行三维重构,重构精度通过4个有效点的均方根(RMS)重构误差来表示,利用DLT算法和ARIEL软件进行标定重构和数字化。结果发现,在整体标定空间控制点的RMS重构误差在X、Y、Z轴上为:(ⅰ)5.60 mm、10.44 mm和3.74 mm(水下),(ⅱ)4.89 mm、4.89 mm和3.96 mm(空气);局部标定空间为(ⅰ)5.29 mm、9.18 mm和3.02 mm(水下)(ⅱ)1.44 mm、1.11 mm和3.25 mm(空气)。结论:由于光线折射不论标定空间的大小,水下三维重构所得到的RMS重构误差都高于空气中的测量,Y轴最为明显;随着标定空间的增大,两种测试环境下的RMS重构误差均随之增大。     

三维摄影框架的设计、标定、检验与应用研究

摄影框架是将运动技术的图像二维坐标向三维空间坐标转化的重要工具。采用文献资料法、走访法、实验法、数理统计法对运动图像三维解析系统的框架进行了设计、标定与数据的检验,研究结果表明摄影框架及三维解析系统精度都比较高;该文还对框架的实际应用从基本原理上作了简要介绍。目前国内对摄影框架的研究比较匮乏,该文提供了一个基本研究思路。     

影片数据平滑的研究——对数字过滤法(Butter worth filter)的改进

在运动生物力学研究中,摄影方法是应用最为广泛的方法。人们不但可从影片分析中得到有关人体运动位置—时间数据,而且还可以由此进而导出速度与加速度等重要的运动学参数。但由于摄影机的震动,影片分析仪放映机的震动,影片的畸变性等原因,使从影片中得到的原始位置—时间数据,包含着一定的高频无序性误差。由于这些误差的存在严重地影响了运动学分析的可靠性。为了减少这种高频误差的干扰,人们曾先后采用过多种数据平滑方法,到目前为止,最为人们所重视的方法是数字过滤法。为了改变波形及进行信号处理,数字过滤     

三维影像分析控制点测量与坐标转换软件系统的设计与实现

三维运动影像分析通常采用的算法是直接线性变换法(DLT),而控制点的空间三维坐标是应用直接线性变换法进行标定基本参数,它目前是通过三维标定框架的已知控制点的坐标所获得的。由于三维标定框架所覆盖的空间有限,对于较大运动范围运动项目的三维运动影像分析会造成较大的误差。研究目的是在全站仪(Topcon GPT-3002 N)为硬件的基础上,以对象编程语言C#为开发工具开发了三维影像分析控制点测量与坐标转换软件系统。此系统为对运动空间任意布置的控制点,或标定框架上的控制点的三维坐标的精确测量提供了实用的工具,也为在运动技术诊断和分析中应用三维跟踪扫描影像分析方法奠定了基础。此外,还对控制点目标观测与坐标框架换算系统的需求、总体架构、数据库设计、算法设计、具体功能和应用实现等方面进行了较为详细的论述。     

运动生物力学计算机仿真研究

本文详细介绍已经专家鉴定的“人体腾空运动仿真软件系统”。的总体设计,其中包括人体腾空运动数学模型,3组影片解析技术,人体三维消隐藏线的动静态显示以及运动动作定量分析和动作设计技术。利用该系统可以实现对人体腾空运动的计算机仿真研究和动作效果的预测。突破了目前在运动生物力学中的研究方法,为计算机辅助训练提供了一个有力的工具。文章还给出了利用该仿真系统研究背越式跳高过杆动作的实例,具体说明仿真研究及指导运动训练的过程。     

网球三维运动参数采集及技战术实时自动分析系统的运用研究

借助高速摄像机,运用编成数据软件,对网球比赛录像相关数据进行记录、梳理,旨在研制一个网球三维运动参数采集及技战术实时自动分析系统.该系统具有扫描网球比赛中网球及运动员人体的三维运动轨迹及三维投影图,数字化同步重放、任意运动点及运动时段（或时刻）运动员动作图像,网球各项技战术统计、归整、分析,快速灵活查询运动员档案等功能,对运动员在网球比赛中技战术运用和策略制定提供直观的、科学的数据参考.     

运动技术三维影片分析

本文作者通对过三维解析的影响因素的分析及解析方法的阐述，提出提高解析精度的具体要求，对解析出高质量的三维影片具有重要意义。     

运动影像测量方法的发展现状研究

影像测量方法是目前运动生物力学研究中常用的方法,它主要用于分析人体运动过程中技术是否合理、是否符合人体身体生理结构等。文章从影像测量方法的分类;影像测量方法的发展状况;影像测量方法的误差研究和减小影像测量方法误差的研究等角度归纳总结前人对运动影像测量方法的研究,通过对这些研究的归纳分析,进一步确认关于运动影像测量方法正确、有效的研究方向。     

Model-based automatic tracking of articulated human movement

This study applied a vision-based tracking approach to the analysis of articulated, three-dimensional (3D) whole-body human movements. A 3D computer graphics model of the human body was constructed from ellipsoid solids and customized to two gymnasts for size and colour. The model was used in the generation of model images from multiple camera views with simulated environments based on measurements taken on each of three synchronized video cameras and the lighting sources present in the original recording environment. A hierarchical procedure was used whereby the torso was tracked initially to establish whole-body position and orientation and subsequently body segments were added successively to the model to establish body configuration. An iterative procedure was used at each stage to optimize each new set of variables using a score based on the RGB colour difference between the model images and video images at each stage. Tracking experiments were carried out on movement sequences using both synthetic and video image data. Promising qualitative results were obtained with consistent model matching in all sequences, including sequences involving whole-body rotational movements. Accurate tracking results were obtained for the synthetic image sequences. Automatic tracking results for the video images were also compared with kinematic estimates obtained via manual digitization and favourable comparisons were obtained. It is concluded that with further development this model-based approach using colour matching should provide the basis of a robust and accurate tracking system applicable to data collection for biomechanics studies.     

陈式太极拳“二起脚”动作的运动生物力学初析

“二起脚”是陈式太极拳的腾空类动作。本研究用两台高速摄相机从正、侧面以60格/秒的速度进行了同步摄相,其后用DLT法对影片进行立体解析,获得人体完成动作时人体总重心位移、速度等一系列运动学参数。此外,还同步测定了踏跳阶段的三维支撑反作用力和18处肌肉的肌电图,对采样数据进行A/D变换,计算了动作各阶段和全过程的肌电积分值。根据测试结果从运动学、动力学和肌肉发力的角度对动作进行了生物力学分析。     

Considerations of force plate transitions on centre of pressure calculation for maximal velocity sprint running

The aims of this study were to evaluate the accuracy of centre of pressure (COP) data obtained during transition of load across the boundary between two force plates, and secondly to examine the effect of such COP data on joint kinetics during sprint running performances. COP data were collected from two piezoelectric force plates as a trolley wheel was rolled across the boundary between the plates. Position data for the trolley were collected using an opto-electronic motion analysis system for comparison with COP data. Mean COP errors during transition across the plate boundary were 0.003 ± 0.002 m relative to a control point. Kinematic and kinetic data were also collected from eight athletes during sprint running trials to demonstrate the sensitivity of the inverse dynamics analysis to COP error for the ground contact phase of the dynamic movement trials. Kinetic sensitivity to the COP error was assessed during the entire stance phase for the ankle, knee, and hip joints and was less than 5% and 3% for joint moment and power data, respectively. Based on the small COP error during transition across plate boundaries, it is recommended that foot contacts overlapping two force plates may be included in inverse dynamics analyses.     

体育运动图像解析系统的框架设计

本文对体育运动图像解析系统进行了重新设计，加强了各部分功能和增加了如可视化处理，大容量数据库和评判系统及新开发的图像采集和关节点位置提取的技术，这种系统的研制成功，将对体育技术动作分析大有裨益     

乒乓球反手台内侧拧技术的生物力学分析

本文运用ARIEL／APAS三维图像解析系统对优秀乒乓球运动员反手台内侧拧技术动作进行了三维立体拍摄和解析,对乒乓球反手台内侧拧技术动作进行系统的运动学分析,揭示了反手台内侧拧技术的运动学特征与规律,为台内反手侧拧动作技术教学、训练、评价、诊断提供理论参考。     

李小鹏、陆斌跳马前手翻直体前空翻转体900°的运动学分析

新的跳马器械改变后 ,男子跳马前手翻直体前空翻转体 90 0°是该类动作中难度最大的动作之一 ,其难度分值为 10分。目前 ,在我国乃至世界上掌握此动作的运动员人数甚少 ,该动作有很大的发展潜力。通过三维录像及解析处理 ,对我国优秀运动员李小鹏、陆斌两人完成此动作 ,进行了技术分析与诊断。研究的目的在于揭示跳马前手翻直体前空翻转体 90 0°动作的内在规律和运动学特征 ,为运动训练及技术创新提供定量数据和理论依据     

举办亚运会对广东文化大省建设的影响

亚运会是一项影响广泛的大型体育赛事,文章重点分析了广州举办亚运会对广东建设文化大省的推动力集中表现在以下七个方面:促进公民意识显著提高;促进文化设施的建设;重整城市文脉;再造城市形象;促进对外交流;积累文化遗产;有利于做强做大文化产业。     

Body image perception, satisfaction and somatotype in male and female athletes and non-athletes: results using a novel morphing technique

Thirty-six adults (24 males, 12 females) were assessed for anthropometric somatotype and body image (perception and satisfaction) by a novel technique using quantitative distortion of a digital still image. Software produced random distortions in nine body regions. The participants manipulated interactive slider controls to adjust each body feature in turn, recreate their perceived image and indicate their desired image. There were no differences in perception between the sexes. However, the ideal-actual differences (i.e. satisfaction) indicated that males desired larger and females smaller features, respectively, in the chest and thighs (P < 0.001) and arms and calves (P < 0.01). When the male-derived data were partitioned by sport (strength, endurance, team-sport and controls), differences were found in the perceived image size in the chest and rib regions (P < 0.01 and P < 0.05, respectively). Strength athletes perceived these areas to be smaller and the control group perceived these areas to be larger than the true values. Somatotype analysis indicated that the physique associated with minimal dissatisfaction was 2.0-5.0-3.0 for males and 3.0-2.5-3.0 for females. Cluster analysis, combining anthropometric and satisfaction data, revealed seven distinct subgroups distinguished by particular attributes of physical appearance. We conclude that the method is reliable and that body image includes sex-specific, anthropometric, perceptual and personality-related components.