针对体育运动的3D动作捕捉系统的购买指南

近年来，动作捕捉在消费、医疗、工业等不同级别的产品数量都在不断增加，体育专业人士必须紧跟最新的产品和最前沿的应用实践。

动作捕捉在运动和医疗健康行业的应用近年一直在增长，特别是在专业竞技和康复治疗领域。随着技术从研究机构逐渐延伸至临床和商业培训领域，如何利用这些专业数据助力商业决策和行业扩展面临进一步挑战。

在本文中，我们着眼于国内外动作捕捉系统中的一些最新产品，并展示了这一特定技术的优势和局限性，以及最佳的产品选择。

什么是3D动作捕捉？

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。

现在，IMU传感器已经进入市场，带陀螺仪的加速度计看起来就像是真正的动作捕捉，但是用几个传感器测量运动与捕捉实际运动中的身体之间是有区别的。

提到“动作捕捉”时，大多数读者会在身体上构想出反射性标记，从而在三个维度上将运动员数字化，但了解构成真正3D记录的数据内容极其重要。

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：

• 创建完整和完全真实的全身运动数据记录。
• 提供参考点的解剖学方向。
• 需要直接记录三个维度的数据。
• 能够以高频率收集弹道活动。

从此列表中可以看出，除非满足所有要求，否则很容易将原始的和脱离上下文的单个传感器记录混淆为动作捕捉。

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。

动作捕捉如何工作？

动作捕捉的工作一部分是标记和跟踪身体运动，另一部分是将该信息转换为对影视、体育和医疗行业中的研究和应用都有价值的数据。

动作捕捉用户需要的细节和精确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。一些不那么精确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。

通常带有IMU惯性传感器的可穿戴紧身衣由于其便携性而变得越来越流行，但它们普遍被视为临床选择。

高性能的动作捕捉系统是如此出色，以至于他们可以看到面部表情和手指的细微动作，例如弹钢琴的手的动作变化。

在不过度简化过程的情况下，动作捕捉开始于记录来自摄像机和贴有标签的身体部位的运动，或者通过使用更多有限的摄像机和IMU传感器来估算运动变化。

捕获数据后，将执行其他过滤和计算以清理数据并确保运动伪像不会产生虚假报告。反射标记会按照特定的指导原则放置在人体上，以确保数据的准确性和精确性，由于肌肉和皮肤可以高速移动，这给数据质量带来了挑战。选择解剖学界标是因为其可靠性和它们在连接关节运动中的价值。

无标记系统需要根据实际场景进行适当的摄像机设置，因为大多数系统着眼于定位静止的运动，例如就位行走，上下蹲以及执行其他基本功能。

最后一步是获取数据并将其转换为报表，或者将其转换为动画或仿真模拟。除了动作捕捉所收集的数据外，一些公司还创建了使用户能够组合多个数据集（例如测力板和EMG读数）的解决方案。

文章来源：《中国惯性技术学报》 网址: http://www.zggxjsxbzz.cn/zonghexinwen/2020/1102/358.html