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特发性脊柱侧弯患者步行生物力学特征：三维运动捕捉的横断面分析

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中国组织工程研究 2024年

作者：苟艳芸侯美金江征陈少清陈祥高誉展王芗斌福建中医药大学康复医学院

背景：脊柱侧弯的生物力学分析病例数量有限，仅限于对脊柱或下肢独立进行生物力学分析，缺乏对人体多维度整体的评估，难以反映躯干与下肢在日常活动中的运动关系，不利于综合指导临床治疗。目的：通过测量脊柱侧弯患者在步行活动中的... 详细信息

背景：脊柱侧弯的生物力学分析病例数量有限，仅限于对脊柱或下肢独立进行生物力学分析，缺乏对人体多维度整体的评估，难以反映躯干与下肢在日常活动中的运动关系，不利于综合指导临床治疗。目的：通过测量脊柱侧弯患者在步行活动中的脊柱运动学，研究脊柱不同节段及下肢运动学/动力学在步态活动中的关系，以全方位多层次评估脊柱侧弯患者与正常人群在生物力学的差异，为临床防治脊柱侧弯提供循证依据。方法：此研究为一项横断面研究，于2020年7月至2021年6月，在福州大学城、福建中医药大学附属康复医院纳入脊柱侧弯患者28例及同年龄段正常人28例。采用三维运动捕捉系统以100 Hz的采样频率捕捉步态的运动学数据，2块测力台(AMTI 400600，采样频率1 500 Hz)嵌于长10 m(数据采集有效长度为4 m)，宽2.4 m平地走道采集动力学数据。比较两组受试者执行平地步行时步态时空参数，运动学及动力学参数的差异。所有受试者在纳入后立即接受全脊柱X射线片测量比较两组差异。结果与结论：(1)脊柱侧弯患者肩胛带-躯干相对旋转活动度、胸廓-骨盆相对旋转活动度较正常组小(P 运动模式，髋膝关节屈伸活动度减少，髋关节双侧屈伸力矩峰值及地反力凸侧内外向峰值降低。这些特征可以作为康复评估及治疗方案制定的依据。

关键词：特发性脊柱侧弯三维运动捕捉步态平地行走运动学动力学运动模式全脊柱X射线片

基于三维运动捕捉系统建立青少年特发性脊柱侧弯胸廓容积与腹腔容积模型

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中国组织工程研究 2022年第36期26卷 5807-5811页

作者：陆洋阳徐纯鑫陈岑任婕翟歆昳朱沈雨沈敏同济大学附属养志康复医院(上海市阳光康复中心) 上海市200127 上海中医药大学康复医学院上海市201203 Oxford University United Kingdom

背景:三维运动捕捉技术近年来通过其计算机辅助特性,针对不同病种建立了多样化模型。在青少年特发性脊柱侧弯方面还未有良好的模型具备对临床有指导意义的评估。目的:建立基于三维运动捕捉系统的青少年特发性脊柱侧弯胸廓容积与腹腔容... 详细信息

背景:三维运动捕捉技术近年来通过其计算机辅助特性,针对不同病种建立了多样化模型。在青少年特发性脊柱侧弯方面还未有良好的模型具备对临床有指导意义的评估。目的:建立基于三维运动捕捉系统的青少年特发性脊柱侧弯胸廓容积与腹腔容积模型。方法:选取2020年7月至2021年7月于上海市养志康复医院(上海市阳光康复中心)、上海交通大学附属第六人民医院、上海交通大学附属儿童医学中心就诊的青少年特发性脊柱侧弯患者14例,年龄10-18岁,其中男性2例,女性12例。对所有纳入患者的胸围、Cobb’s角进行测量,并通过三维运动捕捉系统建立胸廓容积与腹腔容积模型,分析胸廓容积、腹腔容积与年龄、胸围、Cobb’s角的相关性。结果与结论:轻中度患者的最大吸气和最大呼气时胸廓容积以及腹腔容积与患者的胸围呈正相关,但与患者的Cobb’s角不相关。通过三维运动捕捉系统建立基于三维运动捕捉系统下青少年特发性脊柱侧弯胸廓容积与腹腔容积的模型,可以对Cobb’s角10°-45°患者的胸廓及腹腔进行无害、精准、量化的检测。

关键词：青少年特发性脊柱侧弯三维运动捕捉胸廓容积腹腔容积

基于二维和三维运动捕捉系统分析初级长拳（三路）典型动作关节角度的比较研究

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基于二维和三维运动捕捉系统分析初级长拳（三路）典型动作关节角...

作者：谭青青上海体育学院

学位级别：硕士

研究目的:随着当前运动捕捉和运动分析设备的不断进步,许多运动项目都使用最先进的分析设备记录和量化运动模式,从而比单独的视觉观察更直观的进行评估。体育项目与三维、二维骨架识别技术的融合应用,在竞赛、训练方面提供了专业可靠的... 详细信息

研究目的:随着当前运动捕捉和运动分析设备的不断进步,许多运动项目都使用最先进的分析设备记录和量化运动模式,从而比单独的视觉观察更直观的进行评估。体育项目与三维、二维骨架识别技术的融合应用,在竞赛、训练方面提供了专业可靠的数据。目前,三维骨骼识别技术有着精准度高、采样速率快等优势特点,但由于其高昂的价格、人工和时间成本以及依赖严格的实验室条件,在应用上产生诸多限制。而二维视频分析技术是使用现成的摄像机捕捉表演者的动作,并将视频加载到计算机系统中与标准视频进行比对,实时高效,被越来越多的运动项目所采纳。二维姿态估计在整个运动过程中评估运动学有效性的研究较少,且没有包括武术套路动作。武术套路动作融入特征识别是一个相对较新的应用,由于其动作的复杂性和习练时手眼身法步的配合导致人体自身动作遮挡,加大了捕捉识别的难度,现阶段三维、二维动作捕捉在武术套路(长拳类)的研究中仍处于探索阶段。因此,本研究将结合当下发展趋势,与科学技术相融合。探索姿势估计在初级长拳(三路)中识别准确性的表现,确定其在武术动作识别中姿态角度之间的关系,并得出相应的差异区间。通过与三维运动捕捉系统相比,二维的视频捕捉效果的识别精度,以及二维关节拟合参数与三维关节参数的匹配程度。综合分析,均衡使用二维和三维设备,以期望二维可以广泛地应用,并得到良好的分析结果。研究方法:本研究共招募实验对象12名,筛选条件为二级运动员及以上。选取初级长拳(三路)动作的虚步亮掌、虚步栽拳、歇步抡砸拳、歇步下冲拳、仆步亮掌、仆步抡劈拳作为本文的研究对象。研究共分为三部分,第一部分受试者进行二维和三维动作测试,获取脊柱、肘、肩、髋、膝等关节的数据参数。第二部分为三维、二维测量结果的对比,采用皮尔逊相关系数、配对样本T检验进行分析,对比两种捕捉系统关节角度之间的差异。第三部分以三维系统测量结果作为金标准,采用线性拟合、曲线拟合的方法,对二维测量结果进行拟合、校正。研究结果:通过三维运动捕捉和二维姿态估计分析初级长拳(三路)典型动作关节角度的识别精度和相关性。(1)虚步亮掌九个关节角度的识别有效率为78%,上肢关节45%>下肢关节33%>不相关的关节22%。上肢关节具有中等的相关性(r=0.642-0.771),下肢关节具有中等到强的相关性(r=0.718-0.959)。(2)虚步栽拳九个关节角度的识别有效率为66%,上肢关节、下肢关节和不相关的关节比例相等。总体识别的关节具有中等到强的相关性(r=0.598-0.866)。(3)歇步抡砸拳九个关节角度的识别有效率为78%,上肢关节56%>下肢关节22%=不相关的关节22%。上肢关节均具有强的相关性(r=0.897-0.953),下肢关节只有左髋具有中等的相关性(r=0.641)。(4)歇步下冲拳动作九个关节角度的识别有效率为67%,上肢关节45%>不相关的关节33%>下肢关节22%。上肢关节具有中等到强的相关性(r=0.580-0.844),下肢关节角度具有一般的相关性(r=0.583)。(5)仆步亮掌和仆步抡劈拳动作九个关节角度的识别有效率为89%,上肢关节56%>下肢关节33%>不相关的关节11%。如仆步亮掌上肢关节具有中等的相关性(r=0.634-0.796),下肢关节存在中等到强的相关性(r=0.692-0.908)。仆步抡劈拳上肢关节具有较强的相关性(r=0.728-0.915),下肢关节存在中等的强度关系(r=0.632-0.811)。(6)二维捕捉与三维捕捉对比,原始识别的关节角度略高,但在拟合后,所有关节角度匹配度较高,无明显差异。线性拟合的R=0.921,P=0.995。曲线拟合的R=0.672,P=0.954。拟合后的数据模型仅有虚步栽拳的脊柱关节、右肩关节和歇步抡砸拳的脊柱关节、右髋关节仍存在一定差异。研究结论:(1)研究观察了三维、二维动作捕捉技术对初级长拳(三路)动作的关节角度识别,该实验中单个动作的识别率从高到低依次是仆步亮掌、仆步抡劈拳、虚步亮掌、歇步抡砸拳、歇步下冲拳、虚步栽拳。(2)在所有动作中肘关节的识别精度达91.6%,肩、髋关节的识别精度为80%-90%,膝关节识别精度不佳(低于70%),是因为该关节的能见度差导致识别精度降低,而其他各关节角度都表现出与三维捕捉识别与分析较一致的效果。在一般的场景中,二维视频分析是三维运动捕捉的有效替代方案。(3)以三维识别为金标准,进行二维动作识别精度的拟合中,线性拟合(线性函数)与曲线拟合(二次函数)的校正效果较好。经校正二维识别关节角度的均值、标准差、P值均有所提高。

关键词：三维运动捕捉二维视频分析初级长拳姿态估计

基于二维和三维运动捕捉系统下初级长拳（三路）典型动作关节角度的比较研究

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基于二维和三维运动捕捉系统下初级长拳（三路）典型动作关节角度...

第十三届全国体育科学大会

作者：谭青青买仁萍上海体育学院

研究目的:长拳套路,是现代武术主流的拳种之一。初级长拳是武术套路长拳类中的基础套路,是青少年武术运动等级标准与测试方法的考核内容、中学体育与健康新课程武术教材选修内容等指定套路。初级套路共分为一路、二路和三路,其中三路的... 详细信息

研究目的:长拳套路,是现代武术主流的拳种之一。初级长拳是武术套路长拳类中的基础套路,是青少年武术运动等级标准与测试方法的考核内容、中学体育与健康新课程武术教材选修内容等指定套路。初级套路共分为一路、二路和三路,其中三路的技术动作体现了大部分的武术基础动作,涵盖了屈伸、跳跃、翻腾等动作,结构紧凑、循序渐进、由简到繁、姿势工整,且攻防含义较强,侧重于武术技术的功架练习,学生通过习练可以达到强身健体、改善体质的目标,并在运动过程中提高判定、快速反应以及思维能力。武术规定套路的逐渐普及,对于规定套路特别是长拳类项目,一直有着较高的示范作用和引导作用。然而,武术套路的训练评估和动作评判大多呈现传统化的模式,固有思维影响着长期以来的评价方式。在大规模的评判中,易产生视觉疲劳,难以有效地评估内容丰富、结构复杂的动作,同时存在直观性差、效率低以及主观性难以有效地量化等问题。目前,武术教学、训练仍存在诸多需要解决的问题,但随着新兴科技的发展和智能化手段的不断创新,我们可以运用新的方式来实现武术动作的量化,从而提高套路技术动作的评估精度。随着当前运动捕捉和运动分析设备的不断进步,许多运动项目都使用最先进的分析设记录和量化运动模式,从而比单独的视觉观察进行更直观的评估。体育项目与三维、二维骨架识别技术的融合应用,在竞赛、训练方面提供了专业可靠的数据。目前,三维骨骼识别技术有着精准度高、采样速率快等优势特点,但由于其高昂的价格、人工和时间成本以及依赖严格的实验室条件,在应用上产生诸多限制。二维视频分析技术使用现成的摄像机捕捉表演者的动作,并将视频加载到计算机系统中与标准视频进行比对,实时高效,被越来越多的运动项目所采纳。二维姿态估计在整个运动过程中评估运动学有效性的研究较少,且没有包括武术套路动作。武术套路动作融入特征识别是一个相对较新的应用,由于其动作的复杂性和习练时手眼身法步的配合导致人体自身动作遮挡,加大了捕捉识别的难度,现阶段三维、二维动作捕捉在武术套路(长拳类)的研究仍处于探索阶段。因此,本研究将结合当下发展趋势,与科学技术相融合。探索姿势估计在初级长拳(三路)中识别准确性的表现,确定其在武术动作识别中姿态角度之间的关系,并得出相应的差异区间。与三维运动捕捉系统相比,二维的视频捕捉效果的识别精度以及影响因素。研究方法:招募实验对象12名,筛选条件为国家二级运动员及以上。选取初级长拳(三路)动作的虚步亮掌、虚步栽拳、歇步抡砸拳、歇步下冲拳、仆步亮掌、仆步抡劈拳作为本研究的测试动作。受试者进行二维和三维动作测试,获取脊柱、肘、臂、髋、膝等关节的数据参数,进行三维、二维测量结果的对比,采用皮尔逊相关系数、配对样本T检验进行分析,对比两种捕捉系统关节角度之间的差异。研究结果:使用二维姿态估计和三维运动捕捉分析和计算初级长拳三路典型动作姿态角度指标的识别有效率和相关性别为:(1)虚步亮掌九个姿态关节的识别有效率为78%,上肢关节具有中等的相关性(r=0.642-0.771),下肢关节具有中等到强的相关性(r=0.718-0.959)。(2)虚步栽拳九个姿态关节的识别有效率为66%,总体关节呈中等到强的相关性(r=0.598-0.866)。(3)歇步抡砸拳九个姿态关节的识别有效率为78%,上肢关节均具有强的相关性(r=0.897-0.953),下肢关节只有左髋具有中等的相关性(r=0.641)。(4)歇步下冲拳动作九个姿态关节的识别有效率为67%,上肢关节具有中等到强的相关性(r=0.580-0.844),下肢关节角度具有一般的相关性(r=0.583)。(5)仆步亮掌和仆步抡劈拳动作九个姿态关节的识别有效率为89%,仆步亮掌上肢关节具有中等的相关性(r=0.634-0.796),下肢关节存在中等到强的相关性(r=0.692-0.908)。仆步抡劈拳上肢关节具有较强的相关性(r=0.728-0.915),下肢关节存在中等的强度关系(r=0.632-0.811)。研究结论:研究观察了三维、二维动作捕捉技术对初级长拳(三路)动作的关节角度识别,该实验中单个动作的识别率从高到低依次是仆步亮掌、仆步抡劈拳、虚步亮掌、歇步抡砸拳、歇步下冲拳、虚步栽拳。(2)在所有动作中肘关节的识别精度达91.6%,臂、髋关节的识别精度为80%-90%,膝关节识别精度不佳(低于70%)。除关节能见度差导致测量角度精度显著降低,其他各关节角度都表现出与三维捕捉识别与分析较一致的效果。

关键词：三维运动捕捉二维视频分析初级长拳姿态估计

来源： cnki会议评论

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基于三维运动捕捉的篮球护膝防护性能研究

现代纺织技术 2019年第2期27卷 53-58页

作者：刘青青阎玉秀浙江理工大学服装学院杭州310018 浙江理工大学浙江省服装工程技术研究中心杭州310018

在篮球运动中,需要完成大量高速度和强对抗性的篮球技术动作,其中急停跳投与争抢篮板球特别容易引起膝关节的损伤。本文运用三维动态捕捉系统捕捉这两个技术动作,探讨在无护膝防护和两种护膝防护状态下,膝关节屈曲角,外旋角与外展角的变... 详细信息

在篮球运动中,需要完成大量高速度和强对抗性的篮球技术动作,其中急停跳投与争抢篮板球特别容易引起膝关节的损伤。本文运用三维动态捕捉系统捕捉这两个技术动作,探讨在无护膝防护和两种护膝防护状态下,膝关节屈曲角,外旋角与外展角的变化,并对不同状态下的膝关节最大屈曲角,最大外旋角和最大外展角进行单因素方差分析。结果得出在急停跳投和争抢篮板球动作下,两种护膝装置对膝关节屈曲和外旋均有防护效果,其中半刚性护膝对膝关节外展有一定的防护作用。

关键词：篮球运动损伤护膝三维运动捕捉防护性能

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三维运动捕捉康复诊疗评估信息系统的探讨

三维运动捕捉康复诊疗评估信息系统的探讨

2007中国生物医学工程联合学术年会

作者：李立峰谷慧茹国家康复辅具研究中心国家康复辅具研究中心

步态分析、表面肌电和足底压力分析是康复诊疗、康复评估以及假肢矫形器等康复辅具开发的重要手段和工具。本文对三种系统进行选型,在硬件上提出将其结合的可能,并在此基础上编写针对康复领域的系统软件,实现智能型运用。

关键词：三维运动捕捉康复评估康复诊疗辅具开发

来源： cnki会议评论

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三维运动捕捉系统在体育教学中的应用

自动化与仪器仪表 2016年第12期 43-44页

作者：胡炜延安大学体育学院陕西延安716000

随着运动捕捉技术的发展,其在体育教学中的应用越来越广泛。介绍了三维运动捕捉系统的组成,详细阐述运动捕捉系统数据处理及三维人体建模过程,以排球教学为例,分析了三维运动捕捉系统的详细应用。

关键词：三维运动捕捉体育教学数据处理建模

三维运动捕捉系统在高校体育教学中的应用探析

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中国教育信息化 2014年第8期 79-80页

作者：吴昌明于忠段渭军西北工业大学电子信息学院

将三维运动捕捉分析系统引入到高校体育教学,应用于教学训练,对改进教学的方法与手段,扩展教学资源建设技术手段,拓展教学和训练的空间,提高教学质量和学生的体育运动技能有重要作用,对以肢体练习为主要手段的实践教学有一定的参考价值。

关键词：三维运动捕捉高校体育教学教学资源

来源：博看期刊

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基于三维运动捕捉系统的面料防护性能研究

针织工业 2016年第2期 77-81页

作者：曹蕊超谢红上海工程技术大学服装学院上海201620

为研究面料对人体运动时防护性能的影响,通过网球运动动态捕捉试验研究面料弹性及厚度对防护性能的影响。通过NDI公司的Optotrak运动捕捉系统,进行网球上抛式发球运动数据采集,使用5种不同弹性的面料制作具有3层厚度的护肩、护肘、护腕... 详细信息

为研究面料对人体运动时防护性能的影响,通过网球运动动态捕捉试验研究面料弹性及厚度对防护性能的影响。通过NDI公司的Optotrak运动捕捉系统,进行网球上抛式发球运动数据采集,使用5种不同弹性的面料制作具有3层厚度的护肩、护肘、护腕3种款式的护具,被测者佩戴不同护具进行试验,并针对面料的弹性及厚度对动量和动量缓冲力系数进行单因素方差分析。结果表明,面料厚度对人体防护性能的影响较为显著,因此在运动防护服装的研究中应注重面料厚度方面的研究。

关键词：三维运动捕捉运动防护性能厚度弹性动量动量缓冲力系数