運動捕捉技術已經廣泛應用於步態分析、運動康復、動作對比、技戰術分析、生物運動力學分析、損傷防護、運動裝備設計研發等領域,實現了人機交互的全新體驗。而步行是人類運動中最基礎的動作,在生物力學研究上對異常步態進行分析能夠有效改善患者治療和康復的效果。
運動捕捉是一種通過傳感器或攝像設備來捕捉生物體關鍵點運動的技術,它記錄運動軌跡並將其轉化為可在計算機中處理和應用的數字信息。隨着社會的不斷進步,運動捕捉技術日益成熟,現已廣泛應用於諸多領域,如步態分析、運動康復、動作對比、技戰術分析、生物力學研究、損傷預防以及運動裝備的設計與研發等。傳統的步態分析主要依賴標記式動作捕捉技術,這種技術需要在人體表面粘貼反光標記點,然而標記式動捕技術的局限性在於標記點可能會影響被測試者的自然運動,實驗環境要求較高,且設備昂貴、複雜。因此,近年來無標記動作捕捉技術逐漸成為研究熱點。
無標記運動捕捉是一種使用計算機視覺、深度學習、姿態估計等先進技術來分析從攝像頭或深度傳感器獲取的圖像或點雲數據,從而通過識別人體關鍵點或部位來追蹤和記錄人體運動的技術。由於不需要在人體上粘貼標記點,無標記動捕不會對測試者的自然運動造成干擾。這意味着被測者可以在更自然的環境中進行運動,捕捉到的數據也更能反映真實的步態模式。傳統標記點的存在往往影響被測者的行為,尤其是長時間預處理工作可能導致測試者產生疲勞或不適,影響數據的準確性。相較而言,無標記動捕的自動化程度更高,數據處理速度更快,能夠實時進行步態分析,這種實時反饋在運動康復、神經疾病監控和運動訓練中尤為重要。
無標記動捕在步態分析領域中的應用
臨床醫學診斷:無標記運動捕捉技術廣泛應用於神經科、骨科等領域,可用於識別和分析由各種疾病導致的異常步態。針對帕金森病、腦癱、中風等神經系統疾病患者,無標記運動捕捉技術能夠精準地捕捉他們的步態異常,比如步態不穩、步幅縮小、步伐拖曳等。通過分析步態模式,醫生可以更早地發現病情,並根據步態變化追蹤疾病進展。在骨科領域,如膝關節炎、髖關節置換術後,或其他下肢損傷患者的康復過程中,無標記運動捕捉能通過分析步態周期和關節運動軌跡,監測患者異常的負重分佈或步態不對稱,幫助醫生制定更加合理的康復計劃。
運動康復:在肌肉或關節損傷後,無標記運動捕捉技術可用於監測康復訓練的效果。通過對步態模式和關鍵動作的捕捉與分析,能夠評估患者下肢力量恢復和步態對稱性,協助康復師判斷康復進展,並實時調整訓練方案。無標記動捕所提供的精確步態數據能幫助康復治療師更好地識別患者運動中的問題,制定個性化的康復計劃。無標記技術能夠在不同康復階段提供全程監控數據,以確保康復訓練循序漸進。
運動損傷防護:無標記動捕常用於高水平運動員的日常訓練中,通過對其步態進行監測,能夠識別可能引發運動損傷的潛在問題,例如步態不平衡、關節負荷過大等,幫助運動員調整運動姿勢、優化訓練方式,降低受傷風險。運動員在傷病康復過程中,通過捕捉步態恢復情況,防止因不正確的姿勢或步態模式複發原有傷病。在監測步態恢復正常前,運動員可以採取更保守的訓練方案,降低重新受傷的風險。
老年人步態分析與跌倒預防:無標記運動捕捉可用於監測老年人步態和姿勢變化,分析潛在的跌倒風險,為醫護人員提供預防跌倒的依據。基於對老年人步態模式的分析,可以為其制定個性化的步態干預方案,提升步行穩定性、降低步態異常風險,從而有效預防跌倒。
兒童發育障礙與步態評估:針對有發育障礙的兒童(如自閉症、腦癱等),無標記動捕可以捕捉和評估其步態發育的異常點,幫助早期干預,促進正常運動功能的發展。
步態矯正器和輔助設備研發:通過捕捉患者佩戴矯正器後的步態數據,可以幫助設計師優化矯正器的結構和功能,確保其符合患者的實際需求,提升步態矯正的效果。無標記捕捉技術還能夠監測假肢使用者的步態表現,通過精準的數據分析幫助改進假肢設計,提高假肢與人體自然步態的匹配度。
無標記動捕技術在步態分析中展現了巨大的潛力,為運動康復、老年健康監測、運動表現優化和神經系統疾病研究提供了新的解決方案。儘管面臨一些技術挑戰,但隨着技術的不斷進步,無標記動捕的應用前景無疑是光明的。未來,通過不斷優化算法、提高數據分析能力以及與其他新興技術的結合,無標記動捕技術將為個體健康管理、運動表現提升及疾病預防提供更加全面和精準的解決方案。
Captury是馬克斯·普朗克信息學研究所(MPI)子公司,從成立之初就一直專註於開發最強大、最易於使用的無標記動作捕捉技術。這使他們的客戶能夠在許多不同的垂直領域快速部署該技術。除了DARI在醫療保健市場的最大客戶外(DARImotion是部署了該技術最成功的商業產品,已經獲得美國FDA),許多國際客戶還在各種應用中部署了該技術。主要市場可以分為醫療保健和娛樂,已經與客戶開發了大量特定的用例,從虛擬現實體驗到專業舞蹈表演的錄製,再到生物識別步態分析和幼兒園兒童的功能性運動呈現。
Capturylive提供實時無標記動作捕捉解決方案,其靈活性無與倫比,無需標記點、可穿戴設備或其它專用硬件即可輕鬆實現人體動作捕捉。
使用 CapturyLive,啟動跟蹤過程既簡單又靈活。您可以手動將「骨架」放在任何攝像機中可見的人的頂部,也可以讓系統自動搜索並為您找到該人。該系統可適應房間亮度的變化,即使空間中有其他人或物體,也可以進行跟蹤。手指跟蹤模塊作為 CapturyLive 的附加組件提供。手指追蹤與系統的全身追蹤功能完全集成,可捕獲所有手指段。
Captury無標記動作捕捉系統可以在多領域進行應用,例如診斷與分析:步態分析能夠對運動異常行為進行分析和診斷,廣泛應用於臨床醫療領域,如骨科和康復科,還可廣泛應用於運動人體科學、康復醫學、心理學等領域的研究。
Captury無標記動作捕捉系統的應用使得步態分析更加精確和全面,為臨床診斷、治療效果評價以及運動訓練提供了重要的支持。
