运动捕捉技术在体育运动中的应用综述
运动捕捉技术在体育竞技中的应用研究
![运动捕捉技术在体育竞技中的应用研究](https://img.taocdn.com/s3/m/7d549a9e7e192279168884868762caaedd33bac6.png)
运动捕捉技术在体育竞技中的应用研究运动捕捉技术是一种通过感测器来收集并记录人体运动的技术,经过多年的发展,它已经成为体育竞技中不可或缺的一部分。
本文将探讨运动捕捉技术在体育竞技中的应用,并总结其研究成果。
一、运动捕捉技术的原理和发展运动捕捉技术基于传感器和摄像设备,能够实时跟踪和记录运动员的身体动作。
它主要通过定位和追踪身体的关键点或标记物,如反射球或传感器,以获取实时的位置和姿态信息。
这些数据可以用来分析和评估运动员的技术和表现,以及进行运动生物力学和训练优化研究。
随着计算机技术和传感器技术的不断进步,传感器的精确性和实时性得到了极大的提升。
目前广泛使用的运动捕捉技术包括惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS)、光电系统和电磁系统。
这些技术具有不同的优点和限制,可以根据具体应用场景进行选择。
二、运动捕捉技术在体育竞技中的应用1. 运动员分析和技术评估运动捕捉技术可以帮助教练和运动员分析和评估运动员的技术和表现。
通过捕捉和分析运动员的运动数据,可以准确地检测和纠正技术上的问题,提高运动员的技术水平。
例如,在足球比赛中,可以通过运动捕捉技术来分析球员的传球、射门和防守动作,以帮助他们改善技术和提升竞技水平。
2. 运动生物力学研究运动捕捉技术在运动生物力学研究中发挥着重要作用。
通过捕捉和分析运动数据,可以了解人体的运动机理和力学特性,以及运动中各个关节和肌肉的活动情况。
这对于优化训练方法、预防运动损伤和改善运动员的运动效能非常重要。
例如,在田径运动中,运动捕捉技术可以用来分析运动员的跑步姿势和步频,以找出优化跑步技术的方法。
3. 比赛裁判和争议解决在一些体育竞技项目中,运动捕捉技术可以用来辅助裁判员判断和决定。
例如,在板球比赛中,可以利用运动捕捉技术来分析球员的击球动作和球的落点位置,以帮助裁判员做出正确的判决。
此外,运动捕捉技术也可以用来解决争议,对于一些争议性的判定,可以通过分析运动数据来确定实际情况,避免不必要的争议和纠纷。
基于运动捕捉技术的体育运动分析与训练系统设计
![基于运动捕捉技术的体育运动分析与训练系统设计](https://img.taocdn.com/s3/m/1bbd54365bcfa1c7aa00b52acfc789eb162d9e6d.png)
基于运动捕捉技术的体育运动分析与训练系统设计体育运动在现代社会中扮演着极其重要的角色,不仅能够提高人们的身体素质,还有助于塑造积极向上的个性及团队合作精神。
随着科技的发展,基于运动捕捉技术的体育运动分析与训练系统成为了许多运动员和教练员必备的工具。
本文将从系统设计的角度,探讨基于运动捕捉技术的体育运动分析与训练系统的设计。
一、简介基于运动捕捉技术的体育运动分析与训练系统是利用计算机和传感器等设备,对运动员在训练或比赛中的各种动作进行实时的数据采集和分析,以达到优化训练和提高运动表现的目的。
二、系统设计要点1. 传感器选择与配置在设计系统时,选择合适的传感器对于捕捉运动数据非常重要。
常见的传感器包括惯性传感器、摄像头、心率传感器等。
根据不同运动项目的需求,确定传感器类型和配置位置,以尽可能准确地采集运动员的动作数据。
2. 数据采集与处理系统的核心功能是对运动员的动作进行精准捕捉,并将数据传输到计算机中进行处理。
数据采集和传输的方式可以是有线的或无线的,要根据场地和实际需求来选择。
在数据处理方面,采取合适的算法,对采集到的数据进行滤波、修正和解析,确保数据的准确性和稳定性。
3. 数据分析与可视化运动员在训练或比赛中产生的大量数据需要进行有效的分析和展示。
通过运动捕捉技术,可以获取运动员的骨骼位置、角度、速度等信息。
根据不同的运动项目,设计相应的分析指标和算法,通过可视化的方式呈现给教练员和运动员,帮助他们全面了解和评估动作的优劣,从而有针对性地进行训练和改进。
4. 实时反馈与辅助训练系统能够提供实时的反馈对于运动员的训练和提高非常关键。
通过利用运动捕捉技术,系统能够快速准确地识别出运动员的错误动作,并及时通过音频、视觉等方式给予指导。
同时,系统还可以通过虚拟现实和增强现实技术,为运动员提供更加直观、真实的训练环境和挑战,增加训练的趣味性和有效性。
5. 数据管理与历史记录系统需要有完善的数据管理功能,将每一次训练和比赛的数据进行储存和整理。
运动追踪技术在体育训练中的应用研究
![运动追踪技术在体育训练中的应用研究](https://img.taocdn.com/s3/m/2fb5858309a1284ac850ad02de80d4d8d15a01f7.png)
运动追踪技术在体育训练中的应用研究引言运动追踪技术的快速发展为体育训练带来了许多创新的机会。
通过精确测量身体动作、运动轨迹和生理指标,运动追踪技术可以提供详细的数据分析和实时反馈,从而帮助运动员和教练员改进训练方法、提高运动表现。
本文将探讨运动追踪技术在体育训练中的应用及其意义。
一、运动追踪技术的原理与分类1.原理运动追踪技术基于传感器、摄像头或无线通信等技术手段,通过捕捉运动对象的数据并进行定量分析,进而实现对运动员的监测和评估。
2.分类根据追踪方式和应用场景的不同,运动追踪技术可以分为以下几类:(1)惯性测量单元(IMU):通过内置的加速度计、陀螺仪和磁力计等传感器,实时测量和分析运动对象的位置、速度和加速度等参数。
(2)视觉系统:通过图像分析、目标识别和运动跟踪等算法,监测和记录运动员的运动轨迹、动作姿势以及运动角度等信息。
(3)生物特征识别:通过对心率、血氧饱和度和皮肤温度等生理参数的监测,评估运动员的身体状况和运动负荷。
二、运动追踪技术在体育训练中的应用1.运动技能评估与优化运动追踪技术可以捕捉运动员的关键动作和技能,并提供量化的评估结果。
通过对运动员的姿势、动作流畅性和力量输出等方面进行分析,教练员可以了解运动员的优势和不足,制定针对性的训练计划,帮助运动员改进技术,提高表现。
2.运动损伤预防与康复运动损伤是体育训练中常见的问题,而运动追踪技术可以及时探测到体育训练中可能存在的不利因素以及运动员的运动姿势和力量输出等方面的问题。
教练员和医疗人员可以根据这些数据,提前预防和发现潜在的运动损伤风险,以及制定康复计划来加速康复过程。
3.身体能力提升与训练效果监测运动追踪技术可以帮助教练员监测运动员的身体能力发展情况,并评估训练效果。
例如,在速度和力量训练中,通过检测运动员的速度和力量输出等关键指标,教练员可以调整训练强度和方法,以确保训练的有效性和安全性。
4.团队合作与战术分析在团队比赛项目中,运动追踪技术可以用于对比赛队员的位置、移动轨迹和传球线路等进行分析。
视觉捕捉技术在运动员训练中的应用
![视觉捕捉技术在运动员训练中的应用](https://img.taocdn.com/s3/m/5d56124317fc700abb68a98271fe910ef12daeff.png)
视觉捕捉技术在运动员训练中的应用视觉是我们获得世界的主要途径之一。
视觉捕捉技术可以帮助人们更好地理解自己的身体和周围的环境,而且在运动员训练中,这项技术的应用也变得越来越普遍。
本文将探讨视觉捕捉技术在运动员训练中的应用和优势。
一、什么是视觉捕捉技术?视觉捕捉技术是指在运动过程中,通过摄像头或其他传感器捕捉动作的速度、角度和位置等数据,从而帮助教练和运动员优化训练和竞技表现的专业技术。
通常,这种技术用于测量和比较运动员的动作,以便找到弱点并改进技术。
视觉捕捉技术包括红外线、运动捕捉、摄像头、云服务等多种元素。
二、视觉捕捉技术的应用1.改善技术的效率和准确性视觉捕捉技术可以帮助教练检测运动员的动作是否符合标准,从而减少他们的错误。
训练中常常比较难发现一些小问题,但是运动员的表现对于结果影响很大。
视觉捕捉技术可以帮助教练和运动员及时检测错误,及时进行纠正,从而有效地优化技术,减少竞赛时的失误。
2.提高训练的效果利用视觉捕捉技术,教练可以更加详细地了解运动员的动作,并可针对不同的动作进行训练和调整。
通过记录运动员的动作,教练可以确定哪些动作需要加强练习,哪些动作需要调整,哪些动作可能会导致伤害。
这可以帮助运动员更快地学习和改善自己的技能。
3.保存数据训练中的技能和姿态需要反复练习,训练数据也可以作为考核运动员能力的证据。
视觉捕捉技术可以记录运动员的运动数据,可以在未来再次使用,使教练可以更好地加以分析,评估进步和改进领域。
三、视觉捕捉技术的优势1.数据与操作相结合视觉捕捉技术不是简单地测量数据,还需要将数据操作转化为采用动作,并在帮助记录者提高骑行技术的同时记录界面上的动作。
2.提供实时反馈视觉捕捉技术能够实时记录并回放运动员的动作。
这意味着教练可以在运动员进行动作时提供实时反馈,从而帮助他们及时纠正错误。
3.提高安全性视觉捕捉技术还可以保障运动员的安全性。
如果运动员在特定动作中出现运动错误,教练会立即发现这种错误,并即时传达给对应的运动员进行更改,防止运动员因错误操作导致身体受伤。
运动捕捉技术及其在运动学研究中的应用分析
![运动捕捉技术及其在运动学研究中的应用分析](https://img.taocdn.com/s3/m/ba5974c8e43a580216fc700abb68a98271feacdf.png)
运动捕捉技术及其在运动学研究中的应用分析运动捕捉技术是一种通过采集和分析人体运动数据的技术手段,它被广泛应用于运动学研究。
通过运动捕捉技术可以精确地捕捉和记录运动员的各种运动动作,从而实现对运动过程的分析和研究。
本文将介绍运动捕捉技术的基本原理和常见应用,并对其在运动学研究中的作用进行分析。
1. 运动捕捉技术的基本原理运动捕捉技术通过使用多个传感器或摄像设备对人体运动进行实时监测和记录。
传感器或摄像设备将运动数据传输到计算机中,计算机通过算法对数据进行处理和分析,最终得到运动过程的详细信息。
常见的运动捕捉技术包括惯性测量单元(IMU)、光学系统和电磁系统。
2. 运动捕捉技术在运动学研究中的应用2.1 运动生物力学研究运动捕捉技术在运动生物力学研究中发挥着重要作用。
通过捕捉和分析运动员的运动数据,可以研究运动过程中的力学变化和生物力学特征。
例如,可以分析运动员的关节角度、身体姿势、运动轨迹等参数,进一步研究力学原理和运动技术。
这对于优化运动员的训练方法和提高竞技成绩具有重要意义。
2.2 运动技术改进运动捕捉技术可以对运动员的运动技术进行详细分析,帮助他们改进动作的细节和技术要领。
通过运动捕捉技术可以精确地检测和定量化运动员的运动动作,并与理想的运动模式进行对比。
通过对比分析,可以找出运动员的运动技术中存在的问题,并提出相应的改进建议。
这对于提高运动员的技术水平和竞技能力非常重要。
2.3 运动损伤预防和康复运动捕捉技术可用于运动损伤的预防和康复过程中。
通过捕捉和分析运动数据,可以评估运动员运动时的关节负荷和肌肉运动模式。
这有助于预测和预防运动损伤的发生,提供相应的训练方法和康复措施。
同时,运动捕捉技术还可以用于康复训练的监测和评估,帮助运动员恢复到正常的运动状态。
3. 运动捕捉技术的局限性和未来发展尽管运动捕捉技术在运动学研究中有着广泛应用,但它仍存在一些局限性。
首先,运动捕捉技术对设备需求较高,成本较高,对于一些普通运动员和教练员来说可能不太实用。
Vicon动态采集系统在体育中的应用综述
![Vicon动态采集系统在体育中的应用综述](https://img.taocdn.com/s3/m/5807f7e5bcd126fff6050b4a.png)
Vicon动态采集系统在体育中的应用综述摘要:Vicon动态采集系统是一种当下比较新型的研究设备,它可以捕捉物体在各个时空的细微动作,并通过系统将之转化成固定模型,可以提供物体在各个时空的准确参数,如位置、角度力量等指标,将该系统运用于体育领域,对改进体育训练的方法和手段,提高教练员的训练水平和运动员的动作技能起重要的作用。
关键词:vicon动态采集系统;体育领域;应用引言:为了更高、更强、更快的竞技体育目标,运动员要不断挑战和提高自己以提升速度和力量,必须要有刻苦的训练和科学的训练方法手段。
现在,竞技运动员成绩提高的方法越来越依赖科学技术,尤其是运动捕捉技术和体育系统仿真。
经过大量研究表明,运动员在训练中使用先进的科学技术,可以尽快掌握技术要领,提高训练效率,减少他们受伤的可能,促进我国竞技体育事业的健康发展。
本文阐述了vicon动态采集系统在体育领域中的应用研究情况,为其在体育运动中的应用奠定理论基础,提高运动员的竞技水平。
1.vicon动态采集系统概述1.1 vicon动态采集系统的定义vicon动态采集系统是借助运动捕捉系统,对运动员的技术动作、战术配合及运动物体的三维运动轨迹进行实时捕捉和数字解析的一种高新技术。
vicon动态采集系统是一种用于准确测量运动物体在三维空间运动状况的高技术设备,其原理基于计算机图形学,借助排布在空间中的数个视频捕捉设备(跟踪器),将运动物体的运动状况是以图像的形式记录下来,通过计算机处理,得到不同时间计量单位上不同物体的空间坐标。
从而它可以帮助教练员和运动员对技、战术运用做出评价,还可以监控整个运动训练和比赛过程,辅助裁判决策判断。
1.2 vicon动态采集系统的组成运动捕捉设备一般由传感器、信号捕捉设备、数据传输设备、数据处理设备等四个部分组成。
传感器:它是固定在运动物体特定部位的跟踪装置,向系统提供物体运动的位置信息,其跟踪器的数目取决于运动捕捉的细致程度。
面向智能体育训练的运动动作捕捉与分析技术研究
![面向智能体育训练的运动动作捕捉与分析技术研究](https://img.taocdn.com/s3/m/673d07341611cc7931b765ce0508763231127429.png)
面向智能体育训练的运动动作捕捉与分析技术研究随着科技的快速发展,智能体育训练成为越来越多运动爱好者和专业运动员追求的目标。
运动动作捕捉和分析技术作为智能体育训练的重要基础技术,具有广阔的应用前景。
本文将围绕面向智能体育训练的运动动作捕捉与分析技术展开研究,探讨其原理、应用和挑战。
一、运动动作捕捉技术的原理与方法1. 光学运动捕捉技术光学运动捕捉技术是目前应用最广泛的一种捕捉技术。
它通过摄像机系统捕捉运动员的动作,利用计算机算法对图像进行分析和处理,进而获得运动员的关节角度和运动轨迹等数据。
其中,常用的方法包括多相机系统、红外摄像机和深度相机等。
2. 惯性测量单元(IMU)技术IMU技术是一种基于惯性传感器的运动捕捉技术,通过加速度计和陀螺仪等传感器实时采集运动员的姿态和动作信息。
相比于光学技术,IMU技术具有成本低、无需大量设备和空间限制等优点,适合应用于室内和室外环境。
3. 传感器融合技术传感器融合技术将光学捕捉技术和IMU技术进行融合,充分发挥各自的优势,提高运动捕捉的精度和稳定性。
通过采集不同类型传感器的数据,利用融合算法实时计算出准确的运动参数,为智能体育训练提供更准确、可靠的数据支持。
二、运动动作分析技术的应用1. 运动技能评估运动动作捕捉与分析技术能够对运动员的动作进行客观评估,提供运动技能的定量指标,帮助运动员快速发现和改善技术问题,提高训练效果。
通过实时监控和反馈,智能体育训练系统可以针对运动员的个性化需求进行差异化训练,并及时调整训练计划。
2. 运动损伤预防运动损伤是体育训练过程中常见的问题。
利用运动动作捕捉与分析技术,可以监测运动员的姿势和动作,及时发现潜在的运动损伤风险,并通过实时提醒和指导来帮助运动员纠正不良动作习惯,减少运动损伤的发生。
3. 运动技术模拟和比对利用运动动作捕捉与分析技术,可以将专业运动员的动作数据进行模拟和生成,帮助普通运动爱好者快速学习和掌握正确的运动技巧。
人体运动捕捉技术的应用与精准度分析
![人体运动捕捉技术的应用与精准度分析](https://img.taocdn.com/s3/m/21a8fd0e2f3f5727a5e9856a561252d380eb20b0.png)
人体运动捕捉技术的应用与精准度分析人体运动捕捉技术是一种将人体运动转化为数字数据的技术,广泛应用于许多领域,如电影、体育、医疗和虚拟现实等。
本文将对人体运动捕捉技术的应用领域进行探讨,并对其精准度进行分析。
一、人体运动捕捉技术的应用领域1. 电影制作人体运动捕捉技术在电影制作中得到了广泛应用。
通过捕捉演员的身体动作和面部表情,可以准确还原角色的动态特征,使得动画角色的动作更加逼真。
同时,人体运动捕捉技术还可以与特效图像相结合,实现更加复杂和惊人的视觉效果。
2. 体育训练体育领域利用人体运动捕捉技术可以监测和分析运动员的训练过程,帮助他们改善动作技巧、提高运动表现。
通过实时跟踪运动员的身体姿势和力量分布,可以及时提供反馈信息,指导他们的训练和竞技。
同时,人体运动捕捉技术还可以帮助教练和运动员进行运动模拟和比赛战术分析,提高整体团队的竞技水平。
3. 医疗康复人体运动捕捉技术在医疗康复中起到了重要作用。
通过捕捉患者的运动数据,可以评估他们的身体功能和运动能力,并制定适合的康复方案。
同时,人体运动捕捉技术还可以实时跟踪患者的运动过程,帮助康复医生监控和指导康复训练,提高治疗效果。
4. 虚拟现实人体运动捕捉技术在虚拟现实领域中也有广泛应用。
它可以通过捕捉用户的身体动作,将用户的动作实时转化为虚拟环境中的角色动作,使用户可以沉浸在虚拟世界中,获得更加真实的交互体验。
同时,人体运动捕捉技术还可以为虚拟现实游戏、教育和训练等应用提供更加自然和精确的人机交互方式。
二、人体运动捕捉技术的精准度分析1. 传感器精度人体运动捕捉技术的精准度首先受到传感器的限制。
目前常用的传感器包括摄像头、惯性测量单元(IMU)和压力传感器等。
摄像头可以提供更加准确和详细的人体姿势信息,但对于遮挡和光线不均匀的情况较为敏感。
IMU可以提供更加稳定的姿势信息,但在长时间使用后会出现漂移现象。
压力传感器可以提供脚部和手部的控制信息,但对于其他身体部位的运动捕捉较为困难。
人体运动捕捉技术在运动训练中的应用
![人体运动捕捉技术在运动训练中的应用](https://img.taocdn.com/s3/m/490be54bf56527d3240c844769eae009591ba277.png)
人体运动捕捉技术在运动训练中的应用近年来,随着科技的不断进步,人体运动捕捉技术在运动训练中得到了广泛的应用。
这种技术可以通过专业的设备捕捉人体在运动中的各种数据,这些数据可以为运动员提供非常准确的分析以及专业的指导,从而帮助运动员提高自己的技能和能力。
一、技术原理人体运动捕捉技术主要通过安装在运动员身上的传感器收集数据,这些传感器可以检测出运动员的骨骼、肌肉和关节的运动情况,并且将收集到的数据转化为数字信号,再通过计算机处理分析,最后以动态的方式呈现在屏幕上。
传感器主要包含两类,一类是惯性传感器,一类是光学传感器。
惯性传感器主要零件有加速度计、陀螺仪、磁场传感器等。
它主要关注于检测三个维度的加速度和角速度,以及方向的变换,进而计算出人体的姿势状态。
而光学传感器则是通过镜头记录运动员的运动轨迹,从而得到更加精准的数据。
二、运动训练中的应用1. 身体姿态分析人体运动捕捉技术可以通过收集运动员的身体姿态数据,分析运动员是否正确的执行动作。
例如,在体育竞技中,一个好的姿势可以让运动员可达到更好的表现。
比如跑步的动作,如果姿势不正确,就会影响到速度的发挥,而采用人体运动捕捉技术之后,可以精确地检测出运动员的姿势是否正确。
2. 运动员运动轨迹分析在体育竞技中,运动员的速度和移动距离是非常关键的数据。
而传统的手工记录方式可能会出现误差或者缺失,而人体运动捕捉技术可以精确地记录下运动员的每一次移动轨迹。
3. 动作细节分析当运动员执行某个动作时,人体运动捕捉技术可以精确地检测每个关节和肌肉的运动情况,从而得到动作的每个细节以及动作是否规范。
通过这种方法,训练员可以针对这些细节来制定专门的训练计划,以便运动员更好地掌握技能。
4. 动作反馈人体运动捕捉技术可以通过计算机的软件将数据图形化的呈现出来,并且通过播放回放模式让运动员更全面地了解自己的技术动作,从而在日后的训练中更好地掌握技能。
5. 健身训练人体运动捕捉技术不仅可以应用于体育竞技训练,对于健身训练也非常有用。
运动训练的技术研究及应用
![运动训练的技术研究及应用](https://img.taocdn.com/s3/m/d51af38864ce0508763231126edb6f1aff0071f3.png)
运动训练的技术研究及应用一、引言运动训练是指通过运动方式达到增强身体素质、提高运动能力、促进身心健康的一种训练方式,已成为现代人生活中不可或缺的一部分。
在运动训练中,技术的应用是关键因素之一。
本文将就运动训练的技术研究及其应用进行探讨。
二、运动训练的技术研究1.肌电图(EMG)技术肌电图技术是运动训练中常用的技术之一,它通过采集人体运动时肌肉电活动信号,来评估肌肉活动程度和运动质量。
具体来说,肌电图技术可以确定肌肉在不同训练阶段的运动策略和饱和状态,从而指导训练者调整运练强度、节奏和训练方式,提高训练效果。
2.运动捕捉技术运动捕捉技术是指通过装载在身体不同部位的传感器等设备来采集人体运动的参数,如角度、速度和加速度等。
其数据可以用于评估和改进个体运动技术,优化运动方式,提高运动控制和动作稳定性,在训练过程中对个体运动素质进行量化、监测和控制。
3.模拟及虚拟现实技术在运动训练中,运用模拟及虚拟现实技术可进行体验式学习,为学员提供更加真实的运动模拟体验。
运动模拟可真实还原运动过程,训练者可以通过实际的动作来学习、矫正运动方式,模拟技术则提供了另一种更加直观的训练方式,可以让训练者学习如何运用科学的训练原则来优化运动技巧。
三、运动训练技术的应用1.个体化的训练计划设计在运动训练中,不同个体的身体素质和训练目标不同,如何制定适合个人的训练计划成为了考验训练师能力的重要一环。
借助上述技术的应用,训练师可以根据训练者的身体素质和训练目标,采用合适的技术手段,精确掌握训练强度和训练量,为训练者制定个体化的训练计划。
2.精细化的运动动作分析通过运用运动捕捉技术和肌电图技术,可以对运动时肌肉力量,姿态,关节运动幅度等进行精细化的分析,寻找运动过程中存在的问题,调整运动姿态,以及加强特定肌群的训练,从而增强训练效果。
3.提高运动技能的精细化学习通过模拟及虚拟现实技术,可以让训练者在更加真实的环境中进行习得,提高运动技能。
基于体感的人体运动捕捉技术在军事体育中的应用研究
![基于体感的人体运动捕捉技术在军事体育中的应用研究](https://img.taocdn.com/s3/m/7b2206cb9ec3d5bbfd0a7430.png)
LI U Z h u o
( B a s i c C o u pe De p a r t me n t ,S p e c i a l Op e r a t i o n s A c a d e my , G u a n g z h o u 5 1 0 5 0 0 , C h i n a )
人体 运动 捕 捉技 术作 为运 动分 析 领 域 的 主要 精 确 量化 分 析 工 具 之 一 ,在 体 育 运 动 的动 作 采 集 量 化 、运 动 习惯 分 析 、动作 比较 优化 以及 数字 化 裁 判 等方 面有 着广 泛 的运用 。对 于军事 体 育 的 教学 与 训
1 体 感 与运 动捕 捉
体 感技 术是 一种 利用 光学测 量 手段 与惯 性 运 动
测 量手 段 ,直接 检测识 别人 体 的动作 和 姿态 对 体感 练实践 活 动 ,如 格斗 、器 械 等动 作类 课 目,利 用 运 设 备进 行 控 制操 作 的人 机交 互 技 术 【 1 2 ] 。虽 然体 感 动捕捉 技 术进 行精 确量 化 的动 作 分析 ,对 于丰 富 教 技 术作 为一 种人 机交互 新技 术 出现 并 引发 热潮 ,但 学 手段 、改善 教学 体 验 、提 高教学 训 练 考核 评 价 客 其技 术 的本 质核 心是运 动捕 捉技 术 ,因此天 然 地适 观 性 等方 面有 着 良好 的应 用需 求 与前 景 。但 是 目前 用 于进 行运动 捕 捉领域 。 目前 的主 流体感 技 术设 备 常用 的运 动捕 捉 技术 ,无 论是 有标 记 运 动捕 捉 还 是 包 括任 天 堂公 司的 W i i 、索尼 公 司 的 P S Mo v e和微 无 标记 运 动捕 捉 ,由于使 用方 法 、使 用 成本 和开 发 软 公 司 的 Ki n e c t [ 1 3 J 。Wi i 和P S Mo v e 是较 早 出现 的 难 度 等方 面 的限 制 ,尚无 法较 好地 推 广 应用 到军 事 体感 设备 ,通 过用 户手 持 的控制 器 与外 置 的感 应器 体育 的 日常 教 学 与 训 练 活 动 中[ 1 - 1 1 ] 。而 随着 计 算 两种 设备 互相 配合 ,来 获取 用户 的 动作 参数 。这类 机科 学 、传 感器 技 术 的快 速发 展 ,运 动捕 捉 技 术 领 设 备 的优点 是动 作检测 精 度 比较 高 ,缺 点是 用 户需 域 出现 了一 类新 的解决 方 案 ,这就 是 基 于体 感 的人 要 手持 控制器 设备 ,只能获 取特 定 部分 的动作 ,因 体 运动 捕 捉方 法 。
虚拟现实技术在体育训练与运动表演中的动作捕捉与模拟技术应用
![虚拟现实技术在体育训练与运动表演中的动作捕捉与模拟技术应用](https://img.taocdn.com/s3/m/539e74d35ff7ba0d4a7302768e9951e79b896918.png)
虚拟现实技术在体育训练与运动表演中的动作捕捉与模拟技术应用虚拟现实技术(Virtual Reality,VR)是一种通过计算机生成的模拟环境,能够模拟人类的感官体验,包括视觉、听觉、触觉等。
在体育训练与运动表演中,动作捕捉与模拟技术是虚拟现实技术的一项重要应用。
这一技术可以通过精确捕捉人体动作的数据,并实时将其转化为虚拟环境中的动作,让运动员在虚拟场景中进行训练或表演。
首先,动作捕捉技术在体育训练中具有重要意义。
通过将运动员的动作数据精确捕捉下来,教练员可以详细分析运动员的动作细节,找出存在的问题,并进行针对性的训练。
例如,对于某些需要高度协调的运动项目,如花样滑冰或体操,动作捕捉技术可以帮助教练员分析运动员的身体姿势、动作流畅度等,并通过实时反馈帮助运动员改善技术细节和优化动作。
其次,动作捕捉技术还可以用于运动员的运动模拟。
通过将运动员的动作数据转化为虚拟环境中的动作,运动员可以在虚拟现实中进行各种场景的模拟训练。
这种模拟训练可以帮助运动员更好地应对不同的比赛场景,提高应变能力和竞技水平。
例如,足球运动员可以在虚拟场景中与虚拟的对手进行比赛,不仅可以提高运动员的反应能力和比赛经验,还可以模拟不同的比赛战术和策略。
此外,虚拟现实技术的动作模拟应用还可以帮助运动员在受伤后进行康复训练。
运动员在受伤后常常需要进行康复训练来恢复身体功能,但传统的康复训练往往受限于环境和设备条件。
而通过虚拟现实技术的动作模拟,运动员可以在虚拟环境中进行各种康复训练,提供更加真实和灵活的训练场景。
例如,受伤的运动员可以在虚拟现实中进行肌肉运动模拟和平衡练习,以加快康复进度。
最后,动作捕捉与模拟技术的应用还可以扩展到运动表演领域。
在体育赛事或娱乐演出中,虚拟现实技术可以模拟出各种炫酷的动作,为观众带来震撼的视觉体验。
例如,通过动作捕捉技术,可以将舞蹈演员的舞姿转化为虚拟现实中的舞蹈形象,打造出令人惊叹的舞蹈表演。
总之,虚拟现实技术在体育训练与运动表演中的动作捕捉与模拟技术应用可以提供更加精确和灵活的训练环境,帮助运动员改善技术细节、提高竞技水平,同时也为观众带来更加震撼的视觉体验。
基于运动视觉技术的体育运动捕捉研究
![基于运动视觉技术的体育运动捕捉研究](https://img.taocdn.com/s3/m/ac4f49e27e192279168884868762caaedd33bac1.png)
基于运动视觉技术的体育运动捕捉研究近年来,随着计算机科技和视觉技术的不断进步,运动视觉技术已成为运动训练、研究和普及的重要手段之一。
在体育运动领域,运动捕捉技术是一项颇有用处的技术,通过运动捕捉设备可以将运动员在比赛或者训练中的动作捕捉下来,通过数据分析,可以让运动员更快、更好地提高训练效果,并且提高技术水平。
一、运动视觉技术简介运动视觉技术(Motion Capture Technology)是一种用于获取人物或物体动作状态的技术,主要是通过计算机绘图软件或者数字视频技术来获取运动数据。
有时,运动捕捉技术也包括对人或物体对其它的生理信息的测量(例如心率、血压、眼睛动作等),以及力学信息的测量(例如压力、力矩、力量等)。
而运动捕捉技术则是运动视觉技术的一部分,它使用一些特殊的设备来捕捉人或动物、物体等的运动轨迹,这些设备有红外线识别系统、骨骼跟踪系统、高速摄影机等等。
运动捕捉设备可以捕捉各种复杂的动作,例如散步、跳跃、跑步、踢球、跳舞等等。
在体育运动中,运动捕捉技术主要是通过摄像机、电脑及传感器等多种技术手段捕捉运动员在比赛或者训练中的各种动作,并将其转化为数字信号。
这些数据可以用于解析运动员的技能,分析他们的运动模式以及个人弱点,从而帮助他们进行更加有效的训练。
二、运动捕捉技术在体育运动中的应用运动捕捉技术不仅在体育训练中有着广泛的应用,还在比赛中有着重要的作用。
它可以让科学家、教练和裁判员们更准确地观察运动员的运动,对运动员在比赛中的足球战术、传球和射门的动作进行更加详细的记录、分析和评估。
而在体育馆、健身房等体育训练场所中,运动捕捉技术也为教练和运动员们提供了更准确、更科学、更有效的体育训练手段,可以帮助他们更好地掌握姿势、加速、运动距离等运动动作关键因素,并从中分析运动员的强弱点,配合相应的技术训练,提高运动员的技能水平。
除此之外,运动捕捉技术还能够用于定量研究人体运动,通过测量极速、活动强度、心率和代谢率等指标,帮助科学家更加深入地研究人体的运动特性、运动适应性等,并为相关运动疾病的研究提供数据基础。
运动捕捉技术在运动训练中的应用
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1 研究目的
通过对运动捕捉技术的研究 , 介 绍了运动捕 捉系统在 运 动训练中应用 , 从而帮助教练员从不 同的视角观 察和监控 运 动员的技术动作 , 并大量地获取某类 技术动作的 运动参数 及 生理生化指标等 数据 , 统 计出其 运动 规律 , 为 科学训 练提 供 标准规范的技术指导。
2 研究方法
甚至是对手的情况 , 因为在现代奥林 匹克运动比 赛或者高 水 平的比赛中 , 人的体 能和 运动技 术往 往发 挥到了 极限 , 所 以 对于一些高 , 新 , 难的技术动作 , 光凭 人的肉眼和 经验已经 很 难分辨 ! 只 有靠运动捕 捉系 统等学 科技 术才 能更好 的获 取 并研究其动作过 程中 的数 据 , 探 究其 运动 技术及 原理 , 找 出 正确的训练方法。 4 4 技术诊断与分析 运动技术诊 断和 分析 是运 动捕 捉的 主要 用途 , 随着 运
4 结论与建议
1) 中国女篮在大强 度奔 跑状 态下和 高度 对抗条 件下 投 篮的准确性与以往大赛相比有显著提高 , 尤其 是全队三分 远 投有较大进步 , 但罚球时的表现不 佳 , 因 此 , 在 巩固所取得 的 进步 之时 , 要针对弱 点进 行有 意识的 强化 , 培 养罚球 时抗 干 扰的能力、 自控力和自信心。 2) 篮板球 、 抢断 球和 盖帽技 术是 中国 队的薄 弱环 节 , 中 国女篮应顺应世界女篮的防守发展趋势 , 注重 身高与灵活 性 的结合 , 培养敢打敢拼的顽强作风和毫 不手软的韧劲儿。 3) 在训练中还应注重运动员良好心 理素质的培 养 , 具 备 过硬的比赛作风。 4) 中国篮球缺乏雄厚的群众基础 , 队员个 人技术特点 尚 未形成 , 队 中缺乏技术精湛、 作风过硬的 领军式人物。因此 , 采取各种有效措施以助于中国群众性篮球运动的开展。
人体运动捕捉技术的研究与应用
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人体运动捕捉技术的研究与应用第一章:绪论人体运动捕捉技术是指通过传感器等装置捕捉人体运动信息,转化成数字信号并进行处理、分析和应用的一种技术。
该技术可应用于运动研究、医疗康复、体育训练、游戏开发等领域。
本文将着重介绍人体运动捕捉技术的研究进展和应用现状。
第二章:人体运动捕捉技术的研究进展人体运动捕捉技术的发展经历了多个阶段。
早期采用机械组件、光学传感器和惯性传感器等方式进行数据采集。
这些传感器是在一个封闭的空间内进行采集,往往会受到穿戴者和环境的影响,导致数据的准确度和精度不高。
随后,人体运动捕捉技术发展出了摄像机视觉传感器技术。
该技术不仅可以对人体运动进行高精度的捕捉和测量,还能够实现多个人同时跟踪运动,但在处理过程中,该技术会受到光线、角度和遮挡等因素的影响。
目前,人体运动捕捉技术还涵盖了无线电子传感器、弯曲传感器、压力传感器等多种技术手段,使其在精度、稳定性和实时性等方面得到了极大的提升。
第三章:人体运动捕捉技术的应用现状人体运动捕捉技术的应用非常广泛,涉及到多个领域。
3.1 运动研究人体运动捕捉技术应用于运动研究可追求对人体运动的精准测量和分析。
运动研究可应用于人体工学、生物力学等多个领域。
借助人体运动捕捉技术,研究者可以收集大量关于人体运动的数据,用于建立人体运动的动力学模型和区分人体特定的行为特征,为人机交互、生产和康复等领域提供数据基础。
3.2 医疗康复人体运动捕捉技术在医疗康复领域的应用主要包括康复评估和辅助治疗。
通过人体运动捕捉技术采集患者的运动数据,帮助康复专家分析患者的不同运动行为特征和动力学参数,制定更加切实可行的治疗方案,实现远程康复监护,提高康复效果。
3.3 体育训练在体育训练领域,人体运动捕捉技术可以提高运动员的训练效果和能力。
动作数据采集和实时分析可以帮助教练员及时把握运动员的不足,强化训练和调整训练计划,从而达到更好的训练效果。
3.4 游戏开发随着虚拟现实(VR)技术和游戏行业的飞速发展,人体运动捕捉技术也成为了游戏行业的重要一环。
运动捕捉技术在体育运动仿真中的应用
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用 化【 。 英国 A n i m a z o o 公 司研 究 的 A n i ma z o o I G S 一
求, 直接促进了科学技术在体育运动 中的大量应用
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。
从 运动 技术 这一 视角 来看 , 运 动成 绩要 获得 提高
1 8 0 / 1 8 0 i 物理 惯 性 动作 捕 捉 系统 性 能 灵 活,对 快 速
都 师范 大 学 的吴琼 【 7 l 开发 了基 于 运动 捕捉 数 据 的高
尔 夫辅 助 训 练原 型 系 统 ; 东 北 大学 刘 星彤 研 制 了
4 ) 数 据处 理设 备 。经过 运 动捕捉 系统捕 捉 到 的
数据要经过修正 、 处理, 然后与三维模 型相结合 , 从 而完 成计 算 机动 画制 作,因此需要 应 用数 据处 理
和处 理 。
能 实现精 准 的动作 捕 捉和数 据 分析 , 让 用 户从 各个 角度 精确 地分 析 自己的挥 杆动作 。随着 高尔夫 球运 动在 国内 的普及 与推 广,特别 是 一些 高校 己经将 高 尔 夫球 的教 学纳 入 正规 的体育 课堂 ,高尔 夫教 学 与
人体运动捕获技术在体育科学中的研究
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人体运动捕获技术在体育科学中的研究现代人们的生活方式越来越趋于久坐不动,这也导致了大量的身体健康问题。
为了对抗这些问题,越来越多的人开始重视体育锻炼。
而在体育训练的过程中,运动捕获技术可以帮助训练者监测和优化动作,提高运动表现,防止运动损伤。
一、运动捕获技术的发展运动捕获技术是一种跨学科、综合性的技术,它汇集了机械工程、电子工程、计算机科学、计算机图形学、人类解剖学、生物力学等领域的知识。
可以说,运动捕获技术是一种通过传感器、测量系统和计算机等设备,收集和分析人体运动信息的技术。
在运动捕获技术出现之前,只有通过肉眼观察、手工测量的方式来研究人体运动,这种方法存在着很大的误差和局限性。
而随着计算机的发展,运动捕获技术得以迅速发展,并应用于运动训练、医疗康复、虚拟现实等领域。
现在的运动捕获技术主要有光学型、机械型和惯性型三种。
光学型运动捕获技术利用摄像头、红外线光电传感器等设备对人体进行拍摄,然后通过软件对图像进行处理,获取人体运动信息。
机械型运动捕获技术利用机械臂、关节式传感器等设备对人体进行实时测量,以获取人体运动信息。
惯性型运动捕获技术利用惯性传感器将设备安装在人体各部位,然后通过收集和处理传感器所产生的数据,获取人体运动信息。
二、运动捕获技术在体育科学中的应用1. 运动分析在体育训练中,运动分析是非常重要的一步。
通过运动捕获技术可以获取运动员的身体各部位运动状态,分析动作的流畅性、力量输出、技术细节等,为教练员提供科学、准确的训练建议。
而且,相比传统的手工测量和录像,运动捕获技术可以实现对运动细节的高度精度的捕捉。
2. 运动优化通过分析运动员的动作,可以发现他们的运动存在一些问题和不足。
而在训练过程中,运动捕获技术可以帮助教练员发现问题,并及时提供优化方案。
优化后的运动会更加流畅、标准化、高效。
这样可以达到更好的运动效果和表现。
3. 运动损伤的防止和康复治疗运动训练中,运动损伤是一个常见的问题。
动作捕捉技术在运动训练领域中的应用分析
![动作捕捉技术在运动训练领域中的应用分析](https://img.taocdn.com/s3/m/d6d1c0db7d1cfad6195f312b3169a4517723e536.png)
①基金项目:陆军军医大学军事后勤科研专项课题(课题名称:基于新版《军事体育训练大纲》实施背景下超越 障碍运动损伤特征研究,课题编号:2019HQZX17);陆军军医大学人文社科课题(课题名称:高原 驻训部队军事体能训练科学化研究,课题编号:2018xrw20)。
作者简介:胡绪(1984—),男,本科,讲师,研究方向为军事基础教学训练、运动训练损伤与预防。
通信作者:李俊强(1977—),男,本科,副教授,研究方向为军事基础教学训练,E-mail:****************。
DOI:10.16655/ki.2095-2813.2004-9900-5004动作捕捉技术在运动训练领域中的应用分析①胡绪 李俊强* 陈振 杨科 蒙超和(陆军军医大学 重庆 400038)摘 要:动作捕捉技术是指运动训练中通过外部设备对运动员的运动行为进行捕捉记录并进行技术处理分析的总称。
动作捕捉技术在国际上的体育训练、比赛中已经广泛应用,但在国内的体育训练、比赛中还未建立有效模式,在现阶段体育训练领域应用有待推广。
研究表明,动捕技术在体育运动训练中对正确动作模式的建立、训练伤病的预防和恢复、运动技术动作的改进、训练成绩能力提升等多方面能给予极大的技术帮助与支持。
动作捕捉技术对运动员训练水平的提高有积极作用,目前由于科研水平和研发成本的限制,导致现阶段动作捕捉技术无法在运动训练领域广泛应用。
关键词:动作捕捉技术 运动轨迹捕捉 模拟仿真 运动技术分析 交互教学作用中图分类号:G80 文献标识码:A 文章编号:2095-2813(2021)02(a)-0018-04Application Analysis of Motion Capture Technology in the Field ofMotion TrainingHU Xu LI Junqiang * CHEN Zhen YANG Ke MENG Chaohe(Army Medical University, Chongqing, 400038 China)Abstract: Motion capture technology refers to the general term of capturing, recording and analyzing athletes' motion behavior through external equipment in sports training. Motion capture technology has been widely used in international sports training and competition, but it has not established an effective mode in domestic sports training and competition, and its application in the field of sports training needs to be promoted. The research shows that the dynamic capture technology can give great technical help and support to the establishment of correct movement mode, the prevention and recovery of training injuries, the improvement of sports technical movements, and the improvement of training performance and ability in sports training. At present, the research and development of motion capture technology cannot improve the level of training.Key Words: Motion capture technology; Motion track capture; Simulation; Motor technique analysis; Interactive teaching effect动作捕捉技术(Motion capture )是一项利用外部设备来对物体的位移或活动轨迹进行处理和记录的技术。
人体运动捕捉技术的研究与应用
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人体运动捕捉技术的研究与应用一、引言随着科技的不断发展,人体运动捕捉技术逐渐成为了一个热门的研究领域。
本文将介绍人体运动捕捉技术的研究背景、基本原理、常见方法、应用领域以及发展趋势。
二、研究背景人体运动捕捉技术是指通过传感设备、图像处理、数据分析等手段,将人体的运动行为转化为数字数据的技术。
它的发展起源于动画和游戏行业,但现在已经广泛应用于医疗、体育训练、虚拟现实、人机交互等领域。
三、基本原理人体运动捕捉技术的基本原理是通过传感器或摄像机采集人体的运动数据,然后通过算法处理这些数据,最终呈现出人体的运动轨迹。
常见的传感器包括惯性传感器、电磁传感器和光学传感器,其中光学传感器是应用最广泛的一种。
四、常见方法1. 光学运动捕捉方法:该方法利用摄像机采集反射或被动式标记的光信号,通过计算机的图像处理算法来分析和重建人体的运动轨迹。
该方法具有精度高、逼真度好的特点,在动画和游戏领域有着广泛的应用。
2. 惯性运动捕捉方法:该方法利用惯性传感器对人体的运动进行测量,将测得的数据传输到计算机进行处理和重建。
惯性传感器通常被安装在人体关节附近,可以实时跟踪人体运动,但精度相对较低。
3. 电磁运动捕捉方法:该方法利用电磁传感器对产生电流的感应器进行测量,通过测量感应器的位置和方向来跟踪人体的运动。
电磁运动捕捉方法通常需要在实验室等特定环境下进行,具有较高的精度和稳定性。
五、应用领域1. 医疗领域:人体运动捕捉技术在康复训练、姿势分析、手术模拟等方面有着广泛的应用。
通过捕捉患者的运动数据,可以帮助医生更准确地进行诊断和治疗,提高治疗效果。
2. 体育训练领域:运动员的动作训练与优化是提高竞技水平的关键。
人体运动捕捉技术可以实时监测运动员的动作,并提供实时反馈和分析,帮助运动员改善技术,提高竞技水平。
3. 虚拟现实领域:人体运动捕捉技术在虚拟现实游戏、虚拟影院等方面起着重要作用。
通过捕捉人体的运动数据,可以实现真实感强、交互性高的虚拟现实体验。
动作捕捉案例
![动作捕捉案例](https://img.taocdn.com/s3/m/71bbab0c5b8102d276a20029bd64783e08127d4d.png)
动作捕捉案例动作捕捉是一种通过使用传感器设备来记录人体动作并将其转换成数字数据的技术。
它广泛应用于电影制作、体育训练、虚拟现实等领域。
下面列举了十个动作捕捉案例,以展示其在不同领域的应用。
1. 电影制作中的动作捕捉:在电影拍摄过程中,演员身上穿戴传感器设备,通过捕捉他们的动作,可以在后期制作中将这些动作应用到虚拟角色或特效中,增强电影的真实感。
2. 体育训练中的动作捕捉:运动员可以通过动作捕捉技术来分析和改进他们的动作技巧。
例如,在游泳训练中,可以使用动作捕捉来监测运动员的姿势和动作流畅度,从而提高游泳效果。
3. 医疗康复中的动作捕捉:动作捕捉可以帮助医疗专业人员监测患者的运动康复进程。
通过捕捉患者的动作,可以评估他们的运动能力和康复进展,并制定相应的康复计划。
4. 舞蹈表演中的动作捕捉:舞蹈编舞师可以使用动作捕捉来记录舞者的动作,并将其应用到虚拟舞蹈角色中。
这样可以为舞蹈演出增添想象力和创新性。
5. 游戏开发中的动作捕捉:动作捕捉技术被广泛应用于游戏开发中,以增强游戏角色的真实感。
通过捕捉玩家的动作,可以使游戏角色的动作更加自然流畅,提升游戏体验。
6. 教育培训中的动作捕捉:动作捕捉技术可以在教育培训中用于模拟和演示各种场景。
例如,在医学培训中,可以使用动作捕捉来模拟手术操作,提供更真实的培训体验。
7. 人机交互中的动作捕捉:通过动作捕捉技术,人们可以使用身体动作来控制电脑或其他设备。
例如,通过手势控制电脑屏幕的操作,或者通过头部动作控制虚拟现实设备中的角色移动。
8. 动画制作中的动作捕捉:动作捕捉技术可以用于动画制作中,以更高效地创建动画角色的动作。
通过捕捉演员的动作,可以将其应用到虚拟角色中,减少手工绘制的工作量。
9. 模拟训练中的动作捕捉:动作捕捉技术可以用于模拟训练中,以提供更真实的训练体验。
例如,在飞行模拟器训练中,可以捕捉飞行员的动作,模拟真实飞行场景。
10. 娱乐活动中的动作捕捉:动作捕捉技术可以用于娱乐活动中,例如体验式游戏或虚拟现实娱乐设备。
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运动捕捉技术在体育运动中的应用综述摘要:运动捕捉系统在体育训练中它可以帮助教练员从不同的视角观察和监控运动员的技术动作,并大量地获取某类技术动作的运动参数及生理生化指标等数据,并统计出其运动规律,为科学训练提供标准规范的技术指导。
通过实时的运动捕捉技术对训练中出现的问题进行技术诊断与分析,并以视频和图象以及量化的数据等方式反馈给教练为教练员提供科学地准确地定量依据和量化的训练指标。
使教练员研究和改进训练方法直至提出新的改进训练意见,使教练员能够有的放矢地纠正运动员的技术动作,从而大大提高训练效果,使体育训练摆脱纯粹的依靠经验的状态,进入科学化、数字化的时代。
运动捕捉技术广泛的应用于,田径、高尔夫、曲棍球、举重、铁饼、赛艇等项目。
1.前言随着雅典奥运会的闭幕,2008中国奥运会进入到计时阶段,“科技奥运”工程也已经从先期的规划准备阶段进入到提速期。
众所周知科学技术是第一生产力,举办现代奥运离不开科技,体育运动全面渗透着科学技术,体育事业离不开科技的强有力支撑。
现代奥运会已不再纯粹是比哪个国家的运动员跑得更快、跳得更高、举得更重,在运动员与运动员较量的背后,是国家与国家科技发展与人心凝聚的综合大比拼。
奥运会上的各项纪录,不仅仅是人类突破生理极限的体现,也是科技创新在体育中的集中展现,随着IT技术在体育运动中的广泛运用,人类正在向运动及身体的极限发起挑战。
现代竞技体育的发展也愈来愈借重生物技术和IT手段,以期最大限度地开发出人体心理和生理的极限潜能。
许多人认为,多种体育运动项目已经达到了人类体能的极限,已不大可能再创造新的纪录。
不过,在运动捕捉技术的帮助下,奥运会上不时被打破的纪录还是会让你我感到惊诧。
当你一帧一帧地在电脑前观看运动图像时,也许你会发现,运动员手臂的摆动并不正确,而这点儿细微的发现可能正是教练员们急需了解的信息——通过矫正姿势,运动员的速度有可能就此提高几秒,而运动员的成绩则有可能大幅提升。
似乎,这应该是科幻电影里的某个情节。
实际上,这只是体育运动领域常用的一种实时运动捕捉参数跟踪系统。
只要在运动员的鞋中安装一个遥测传感器,你就可以观察运动员的每一个动作,甚至还可以测出运动员每迈出一步肌肉所承受的压力。
2.运动捕捉技术概述2.1运动捕捉概念运动捕捉系统是一种用于准确测量运动物体在三维空间运动状况的高技术设备。
它基于计算机图形学原理,通过排布在空间中的数个视频捕捉设备将运动物体(跟踪器)的运动状况以图象的形式记录下来,然后使用计算机对该图象数据进行处理,得到不同时间计量单位上不同物体(跟踪器)的空间坐标(X,Y,Z)。
该技术在众多的领域中都有十分广泛的应用。
在体育训练中它可以帮助教练员从不同的视角观察运动员的动作,并且将位置、速度、加速度等数据进行量化处理,使教练员能够有的放矢地纠正运动员的技术动作,从而大大提高训练效果,还可以监控整个运动训练和比赛过程,辅助裁判决策判断。
2.2运动捕捉的原理从技术的角度来说,运动捕捉的实质就是要测量、跟踪、记录物体在三维空间中的运动轨迹。
典型的运动捕捉设备一般由以下几个部分组成(见图1):2.2.1传感器。
所谓传感器是固定在运动物体特定部位的跟踪装置,它将向系统提供运动物体运动的位置信息,一般会随着捕捉的细致程度确定跟踪器的数目。
2.2.2信号捕捉设备。
负责捕捉、识别传感器的信号。
负责将运动数据从信号捕捉设备快速准确地传送到计算机系统。
这种设备会因系统的类型不同而有所区别,它们负责位置信号的捕捉。
对于机械系统来说是一块捕捉电信号的线路板,对于光学系统则是高分辨率红外摄像机。
2.2.3数据传输设备。
特别是需要实时效果的系统需要将大量的运动数据从信号捕捉设备快速准确地传输到计算机系统进行处理,而数据传输设备就是用来完成此项工作的。
2.2.4数据处理设备。
经过系统捕捉到的数据需要修正、处理后还要有三维模型向结合才能完成计算机动画制作的工作,这就需要我们应用数据处理软件或硬件来完成此项工作。
软件也好硬件也罢它们都是借助计算机对数据高速的运算能力来完成数据的处理,使三维模型真正、自然地运动起来。
所以它是负责处理系统捕捉到的原始信号,计算传感器的运动轨迹,对数据进行修正、处理,并与三维角色模型相结合。
运动捕捉原理示意图(图1)2.3运动捕捉的分类及特点到目前为止,常用的运动捕捉技术从原理上说可分为机械式、声学式、电磁式和光学式。
同时,不依赖于专用传感器,而直接识别人体特征的运动捕捉技术也走向应用。
不同原理的设备各有其优缺点,一般可从以下几个方面进行评价:定位精度;实时性;使用方便程度;可捕捉运动范围大小;成本;抗干扰性;多目标捕捉能力。
2.3.1机械式运动捕捉机械式运动捕捉依靠机械装置来跟踪和测量运动轨迹。
典型的系统由多个关节和刚性连杆组成,在可转动的关节中装有角度传感器,可以测得关节转动角度的变化情况。
角度传感器测量并记录关节的转动角度,依据这些角度和模型的机械尺寸,可计算出模型的姿态,并将这些姿态数据传给动画软件,使其中的角色模型也做出一样的姿态。
机械式运动捕捉优点是成本低,精度也较高,可以做到实时测量,还可容许多个角色同时表演。
但其缺点也非常明显,主要是使用起来非常不方便,机械结构对表演者的动作阻碍和限制很大。
2.3.2声学式运动捕捉常用的声学式运动捕捉装置由发送器、接收器和处理单元组成。
发送器是一个固定的超声波发生器,接收器一般由呈三角形排列的三个超声探头组成。
通过测量声波从发送器到接收器的时间或者相位差,系统可以计算并确定接收器的位置和方向。
这类装置成本较低,但对运动的捕捉有较大延迟和滞后,实时性较差,精度一般不很高,声源和接收器间不能有大的遮挡物体,受噪声和多次反射等干扰较大。
由于空气中声波的速度与气压、湿度、温度有关,所以还必须在算法中做出相应的补偿。
2.3.3电磁式运动捕捉电磁式运动捕捉系统是目前比较常用的运动捕捉设备。
一般由发射源、接收传感器和数据处理单元组成。
发射源在空间产生按一定时空规律分布的电磁场;接收传感器(通常有10~20个)安置在表演者身体的关键位置,随着表演者的动作在电磁场中运动,通过电缆或无线方式与数据处理单元相连。
(图2)电磁式运动捕捉的优点首先在于它记录的是六维信息,即不仅能得到空间位置,还能得到方向信息,这一点对某些特殊的应用场合很有价值。
其次是速度快,实时性好,表演者表演时,动画系统中的角色模型可以同时反应,便于排演、调整和修改。
装置的定标比较简单,技术较成熟,鲁棒性好,成本相对低廉。
它的缺点在于对环境要求严格,在表演场地附近不能有金属物品,否则会造成电磁场畸变,影响精度。
2.3.4光学式运动捕捉光学式运动捕捉通过对目标上特定光点的监视和跟踪来完成运动捕捉的任务。
目前常见的光学式运动捕捉大多基于计算机视觉原理。
从理论上说,对于空间中的一个点,只要它能同时为两部相机所见,则根据同一时刻两部相机所拍摄的图像和相机参数,可以确定这一时刻该点在空间中的位置。
当相机以足够高的速率连续拍摄时,从图像序列中就可以得到该点的运动轨迹。
(图2)光学式运动捕捉的优点是表演者活动范围大,无电缆、机械装置的限制,表演者可以自由地表演,使用很方便。
其采样速率较高,可以满足多数高速运动测量的需要。
Marker的价格便宜,便于扩充。
这种方法的缺点是系统价格昂贵,虽然它可以捕捉实时运动,但后处理(包括Marker的识别、跟踪、空间坐标的计算)的工作量较大,对于表演场地的光照、反射情况有一定的要求,装置定标也较为烦琐。
特别是当运动复杂时,不同部位的Marker有可能发生混淆、遮挡,产生错误结果,这时需要人工干预后处理过程。
电磁式运动捕捉系统光学式运动捕捉系统Xsens MVN BIOMECH 动作捕捉套装各种运动捕捉示意图(图2)3.运动捕捉系统在现代体育中的作用运动捕捉技术可以捕捉运动员的动作,便于进行量化分析,结合人体生理学、物理学原理,研究改进的方法,使体育训练摆脱纯粹的依靠经验的状态,进入科学化、数字化的时代。
还可以把成绩差的运动员的动作捕捉下来,将其与优秀运动员的动作进行对比分析,从而帮助其训练。
为科学地训练提供准确的定量依据和量化的训练指标,是提高运动水平和成绩,实现体育科研的科学依据。
进行统计性的研究工作,大量地获取某类技术动作的测量数据,并统计出其运动规律,为科学训练提供标准规范的指导。
在解决问题的过程中,对训练中出现的效果问题应进行反馈式的分析和研究,直至找出原因,提出新的改进训练的意见。
3.1运动数据的捕捉传感器不仅包括能感知物体运动的设备还可对许多变量进行精确的测量它不仅能捕捉运动位置、速度、加速度、反应时间、距离、力、力矩、爆发力、屈曲-伸展、内收-外展、旋转和用户定义的角度,它最大优点是能够捕捉到人类(包括训练器械)运动的真实数据,通常这些传感器或发射器都非常不显眼,很适于佩带到身上,有些甚至还能向塔式天线发送信息,然后再由这些天线进行转播或广播。
由于生成的运动基本上是主体人或器械运动的“复制品”,因而效果非常逼真,且能保证训练的科学性。
数据而且还能够进行三维坐标的计算,利用这种能力,你可以创建一种动态数据模型,计算机通过对这种模型的处理,可以测量速度、加速度或碰撞影响等特征。
3.2生理生化指标的捕获运动捕捉系统通过传感器不仅能够捕获运动位置、反应时间、空间位置等运动数据,实际上它还能捕捉生理生化以及运动心理等指标如肌电图(EMG)、心率、脉搏等指标、体育比赛和一般的模拟或数字数据为同步动画制作或外部设备控制输出实时数据当与肌电图系统和测力台配合使用时,实际上可测到任何物理和生理参数。
利用软件工具,还可以对这种信息进行处理,用于统计,也可帮助教练下达指令。
例如:心率监测器一般是一种无线发射器,可以用一根有弹性的带子舒服地捆在胸部。
这种发射器可充当心电图仪,测量运动员的心率,并能将信号发射给一个佩带在腕部的小型显示器上,因此在竞走、自行车、滑冰、划船等匀速运动项目中很有帮助。
大多数心率监测器还能防水,因此亦可用于游泳。
3.3运动监控通过运动捕捉系统可以有效的监控运动训练以及比赛甚至是对手的情况,因为在现代奥林匹克运动比赛或者高水平的比赛中,人的体能和运动技术往往发挥到了极限,所以对于一些高,新,难的技术动作,光凭人的肉眼和经验已经很难分辨!只有靠运动捕捉系统等学科技术才能更好的获取并研究其动作过程中的数据,探究其运动技术及原理,找出正确的训练方法。
对于测量分析的结果,应根据具体情况,有针对性地用于运动训练中,精确实时地计测日常训练的基本运动特征数据轨迹及关节角度、回转角度、速度、加速度,通过分析数据找出差别,修正不良习惯,提高训练水平,同时设计出一些有效的训练动作,应用一些有效的辅助训练手段,以改正不合理的技术动作,不断总结和提高以促进运动成绩的提高。