vicon运动采集分析系统 简介
VICON动作捕捉教材分析说明
VICON动作捕捉系统培训教材一. VICON动作捕捉系统基本原理及课程简介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,从而大大提高系列效果;在动画制作上,它可以轻而易举地制作出各种人物、动物的复杂动作,使动画制作流程变得简捷高效;在医学的康复治疗领域,它可以准确测量并记录下需要肢体康复治疗的病人的各种运动数据,同时可以为医生观察、分析病人的运动提供诸多帮助;另外该系统在步态分析、虚拟现实、运动分析、机器人控制等诸多领域都有着将巨大的应用前景。
二.设备软件配置Vicon设备组件、Vicon IQ动作捕捉软件、MotionBuilder动画软件,工作站级电脑两台。
三. 培训大纲培训计划时间为10天,以下是详细安排:项目细目时间交货,安装,调试根据交货单清点货物Vicon组件安装1天2天Camera的安装调试IQ,MotionBuilder软件安装1天培训见后培训大纲7天验收根据验收标准验收1天培训大纲每天上课时间:上午9:30??11:30下午1:30??4:00一、说明1 本培训计划根据《动作捕捉技术标准》职业模块标准制定。
2 本培训计划是贯彻能力导向的主要体现,也是培训能容的设置原则。
加强技能培训,注重实际操作能力的培养。
二、对受训人员的资质要求熟悉会用以下一种软件:Vicon IQ,Workstation ,MotionBuilder , Maya ,3ds三、动作捕捉技术培训内容模块培训内容说明动作捕捉技术动作捕捉技术概论系统讲述动作捕捉技术的发展过程;应用领域;动作捕捉技术的基本原理;动作捕捉制作流程CG动画概论结合动作捕捉技术介绍CG动画的发展过程;应用领域;制作流程动作捕捉系统的操作动作捕捉软件的基本操作方法;进行一般动作的捕捉练习;进行特殊部位的动作捕捉动作捕捉数据的管理;对捕捉数据进行修复和处理;系统功能;动作捕捉系统维护动作捕捉系统的维护、校正动作捕捉数据的处理模型绑定将动作捕捉数据输出到各个CG软件中去,包括一般动作和脸部动作将动作数据绑定到角色模型实时动作捕捉进行实时动作捕捉练习四、设施条件4.1 设施条件动作捕捉系统足够的动作捕捉空间;良好的暗度动作捕捉软件;实时动作捕捉软件;动作捕捉桥梁软件五、培训方式方法建议培训应采用小班制,以4人一班为宜。
基于双任务范式下楼梯行走运动学与动力学特征研究
基于双任务范式下楼梯行走运动学与动力学特征研究作者：何培东来源：《山东体育科技》2020年第06期摘要：目的：探讨认知任务和动作任务对下楼梯过程中运动学和动力学的影响。
方法：选取37名受试者在单任务、认知任务及动作任务条件进行下楼梯行走，并采集运动学和动力学数据。
结果：两种双任务状态下的步态特征、负载率、下肢关节力矩和功率与单任务状态相比显着降低。
与认知任务相比，受试者在动作任务下有较低的膝关节屈/伸范围、负载率、髋屈曲力矩峰值、伸膝力矩第一峰值、踝跖屈力矩第一峰值、膝关节功率缓冲第一峰值和较小的步宽。
结论：双重任务对下楼梯行走的运动学和动力学参数有显着影响，进一步的研究可以关注于双任务的复杂程度对楼梯行走过程中生物力学参数的影响。
关键词：双任务;关节力矩;步态;楼梯行走中图分类号：G804.6 文献标识码：A 文章编号：1009-9840（2020）06-0053-04Kinematic and kinetic analysis of downstair walking during dual task paradigmHE Peidong（Shandong Sport University， Jinan 250102， Shandong， China）Abstract：Objective： To investigate the effects of cognitive tasks and action tasks on the kinematics and dynamics of the stairs. Methods： 37 subjects were selected to walk down stairs under single task， cognitive task and action task condition， and the kinematics and dynamics data were collected. Results： The gait characteristics， load rate， lower limb joint torque and power were significantly lower than that of single task state. Compared with cognitive tasks， subjects had lower knee flexion/extension range， load rate， peak hip flexion moment， first peak knee extension moment， first peak ankle plantar flexion moment， first peak of knee power buffer and smaller step width. Conclusion： The double task has a significant influence on the kinematic and dynamic parameters of the stairs. Further research can focus on the influence of the complexity of the two tasks on the biomechanical parameters of the stairs.Key words：dual task; joint moment; gait; stair walking收稿日期：2020-08-10作者简介：何培东（1974- ），男，山东济南人，硕士，讲师，研究方向運动与健康促进。
基于Opensim的柔性外骨骼机器人的模拟仿真
0引言外骨骼机器人是一种新型仿生设计的可穿戴设备。
外骨骼机器人起源于上个世纪60年代，在过去的几十年里，下肢可穿戴外骨骼机器人技术取得了重大发展，广泛应用于医疗康复领域，旨在帮助截瘫、中风患者进行活动能力恢复和步态纠正等[1-2]；并且在军队、工业生产等领域具有潜在的应用价值[3-4]。
但是，上述外骨骼机器人大多采用刚性结构，由于刚性外骨骼关节中心与人体下肢的生物关节中心较难对齐[5-6]；且刚性结构限制了人体运动的自由度并影响穿戴舒度[7-8]。
为了解决上述问题，研究学者们提出了性下肢外骨骼，柔性外骨骼主要使用柔性材料，电机驱动，控制电机旋转驱动柔性线绳伸缩以产生拉力[9]，作用于人体的相应关节，以提供辅助力；这类外骨骼大多应用于人体行走过程中助力，以减少肌肉代谢[10-11]。
近些年来一些研究学者们常使用实验法和生物力学仿真软件来研究人机耦合关系，比如研究健康成年人穿戴下肢外骨骼时，下肢外骨骼在支撑相其膝关节力矩的影响[12]；模拟下肢外骨骼康复机器人在矢状面内的运动，比较分析下肢主要肌肉的收缩速率变化情况[13]。
DOI:10.16644/33-1094/tp.2021.01.001基于Opensim的柔性外骨骼机器人的模拟仿真*刘友福1,2，卢军1(1.陕西科技大学机电工程学院，陕西西安710021；2.中国科学院深圳先进技术研究院)摘要：现有的刚性外骨骼存在关节中心与人体下肢的生物关节中心较难对齐、限制人体运动的自由度和影响穿着舒适度等问题。
针对上述问题，设计了一种由电机驱动的助力髋关节屈曲和伸展的柔性外骨骼机器人。
基于该柔性外骨骼，利用三维动作捕捉系统和测力平台采集受试者在行走过程中的运动学和地面反作用力数据，运用生物力学分析软件Opensim建立人体-外骨骼模型；利用Opensim分别模拟计算出在行走时助力和不助力两种情况下驱动髋关节的主要肌肉的代谢值。
模拟仿真结果表明：和不助力的情况相比，在行走过程中对髋关节助力会减小驱动髋关节运动的主要肌肉的代谢值，减小穿戴者肌肉的负担；在行走过程中减小穿戴者的能量消耗。
稳定与非稳定条件下不同负重对人体肌群表面肌电RMS的影响r——基于对保加利亚深蹲3种负荷的设计
稳定与非稳定条件下不同负重对人体肌群表面肌电RMS的影响r——基于对保加利亚深蹲3种负荷的设计袁雷;董德朋【摘要】目的:为了探讨稳定与非稳定条件下不同负重对人体肌群RMS的影响.方法:运用实验法、测试法及肌电分析等方法,对12名田径运动员在稳定与非稳定条件下不同负重(0%RM、30%RM及60%RM)的保加利亚深蹲有关肌群(11块)进行了肌电测试与分析.结果:1)通过方差分析发现,负重因素影响肌肉的数量最多(P<0.05,P<0.001),且贡献值也均大于其他因素;2)不考虑负重因素时,稳定与非稳定条件下产生的总体效果相差不大,但是,肌群的用力模式组合存在差异,非稳定条件突出了后部肌群(竖脊肌、股二头肌、腓肠肌),而稳定条件突出了腿前部的股四头肌(股直肌、股内侧肌、股外侧肌),在考虑负重因素时,仅在0%RM时,非稳定较稳定刺激了更多的肌肉;3)随着负重的提升,稳定与非稳定条件下的大部分肌肉活性均显著性提高;4)0%RM时,非稳定条件产生的效果优于稳定条件(P<0.05),而当负重达到30%RM时,则表现为稳定条件更优(P<0.05),当负重提高到60%RM时,两者没有太大差异(P>0.05).结论:1)不同条件的自由负重练习不仅要关注参与肌肉活性的改变,也应考虑用力模式的不同;2)随着负荷的增加,负重成为影响人体肌肉训练效果的主要因素;3)稳定-非稳定条件、负重与人体肌肉RMS存在一种交叉曲线关系,但它们并非对立,预示着非稳定练习应是一种有效辅助手段.【期刊名称】《中国体育科技》【年(卷),期】2017(053)002【总页数】10页(P33-42)【关键词】非稳定;肌电;用力模式;关系;均方根振幅【作者】袁雷;董德朋【作者单位】吉林大学,吉林长春130012;吉林大学,吉林长春130012【正文语种】中文【中图分类】G804.63随着学者们对运动专项的本质性认识，发现人体在运动中所展现的大多数动作均是在一种非稳定状态下完成的。
Vicon_动作分析系统
Vicon 动作分析系统Vicon Motion Analysis System整理：关鹏、曾祥林、刘国奇基本原理。
Vicon 是英国OLM公司所生产的光学动能分析系统，它以强大的性能在动作分析硬体领域获得极高的评价，并且改变了动作分析系统传统意义上所涵盖的内容。
Vicon 是一套结合红外线摄影机以及资料处理的动作分析系统。
不同于光点主动发光的设计，Vicon 透过由受试者身上反光球执行反射回来的光线，将摄影机所拍摄的2D 资料转换为3D的图像。
和一般动作分析系统比较起来，Vicon具有更多的摄影机取象，这表示Vicon有更大的取像范围，同时也有着更多的物体能够被捕捉。
应用范围。
Vicon 是一种动能分析及追踪系统，专门用来收集3D 资料并以及时的速度传输到你电脑中，以便你的虚拟人形富有真实的动作或者是受试者之动作能够透过光球完整地建构出来，Vicon的动能追踪被广泛运用到各式各样的领域，从临床分析、医学、重物力学研究、视觉效果以及游戏产品等。
同时Vicon更有在同一采样区域里追踪多个运动物体，并且可以反所有追踪到的细微的动作回传到你的电脑中的功能。
元件规格。
一、Vicon资料处理器资料处理器的功用便在于控制摄影机，并且将摄影机收集到的资料传送至电脑中的WORKSTA TION来加以分析。
由外观看来资料处理器（下图ViconMotion Capture)就像是一部标准的横躺式的个人一般电脑。
二．M2摄影机摄影机身光圈系统是Vicon系统硬体的一部分，主要是用来收集由受试者身上反光点传回来的记号。
光圈和摄影机结合可以将光线由受试者身体上的光点所反射来的光及时的收取。
而由光点反射的光线在传回来摄影机时通过一个滤波器，这个滤波器可以确保传回摄影机的光波都是同一种波长。
而滤波器的设定则是要看投影机敏感度的停整而定。
三．Workstation是安装在电脑中用来控制资料处理器的软体。
因此安装Workstation 有时会被当作Workstation或者Workstation专用的电脑。
胸段完全性脊髓损伤患者的三维步态分析
胸段完全性脊髓损伤患者的三维步态分析孙嘉利;黄东锋;欧阳亚涛;毛玉瑢;钟世镇【摘要】目的通过对胸段完全性脊髓损伤(TCSCI)患者配戴交互式步行矫形器(RGO)的三维步态分析,比较分析脊髓损伤(SCI)平面与步行能力之间的关系,探讨重建SCI患者步行能力的量化指标.方法选择在本中心住院且配戴RGO进行步行训练3个月以上的TCSCI患者10例,采用Vicon三维步态分析系统进行步态检测与分析.应用Spearman秩和相关系数对TCSCI患者的不同SCI平面与其步态的运动学和时空参数等的相关性进行统计学检验.结果步频和跨步长分别为(37.4±2.15) 步/min和(91.6±9.09) cm;髋关节摆动角度及髋关节伸展和屈曲时相的角速度分别为(42.57 °±5.43 °)、(20.88 °±2.18 °)/s和(124.75 °±9.31 °)/s.步速(r=0.80,P<0.01)、跨步长(r=0.78,P<0.01)、助行架的压力峰值(r=0.82,P<0.01)、髋关节摆动角度(r=0.77,P<0.01)、助行架的压力均值(r=-0.67,P<0.05)和髋关节伸展的角速度(r=0.75,P<0.05)与SCI平面之间均有显著的相关性.结论 TCSCI患者双上肢过度负载和髋关节摆动幅度受限是其步行能力受限的主要原因;降低过度负载的康复训练方法有助于改善重建的步行功能.【期刊名称】《中国康复理论与实践》【年(卷),期】2010(016)002【总页数】3页(P143-145)【关键词】三维步态分析;脊髓损伤;运动学;时空参数;交互式步行矫形器【作者】孙嘉利;黄东锋;欧阳亚涛;毛玉瑢;钟世镇【作者单位】济南军区青岛第一疗养院,山东青岛市,266071;中山医科大学附属第一医院康复医学科,广东广州市,510000;广东省工伤康复中心,广东广州市,510970;中山医科大学附属第一医院康复医学科,广东广州市,510000;南方医科大学临床解剖研究所,广东广州市,510515【正文语种】中文【中图分类】R651.2站立和行走是人体最基本的运动,重建站立和步行功能是脊髓损伤患者康复的目标之一。
运动捕捉技术工艺流程及数据处理——面部运动捕捉及数据处理
运动捕捉技术工艺流程及数据处理——面部运动捕捉及数据处理常一孜【摘要】随着运动捕捉技术的逐渐成熟,其在动画制作领域也得到了越来越广泛的应用.本文主要针对面部捕捉的工艺流程和采集结果的数据修复工作进行了简要介绍.【期刊名称】《现代电影技术》【年(卷),期】2016(000)001【总页数】4页(P39-42)【关键词】运动捕捉;面部运动捕捉;数据处理【作者】常一孜【作者单位】中国电影科学技术研究所【正文语种】中文运动捕捉(英文名为Motion Capture)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，该技术起初服务于军方，而应用于动画制作领域最早可追溯到20世纪70年代。
随着动作捕捉技术的逐渐成熟和计算机软硬件技术的飞速发展以及动画制作要求的提高，这项技术得到了越发广泛的应用。
目前光学运动捕捉是世界上使用范围最广，技术最完善的运动捕捉系统。
该技术通过特殊红外摄像机捕捉反光材质(跟踪点)反射的光线从而记录运动轨迹。
其优势在于表演者活动范围大，无电缆、机械装置的限制，可以自由表演，因此可获得更高质量的表演数据。
其采样率较高，可满足多数高速运动采集需求。
但也存在系统价格昂贵，后期处理工作量较大等问题，且对于表演场地的光照、反射情况要求较高。
因此只应用于一些投资较大的影视及游戏作品中。
目前在发达国家，运动捕捉已经进入了实用化阶段。
由詹姆斯·卡梅隆导演的电影《阿凡达》全程运用动作捕捉技术完成，实现了该技术在电影中的完美结合(如图1)。
运用运动捕捉技术拍摄的著名电影角色还有《猩球崛起》中的猩猩之王凯撒，以及《指环王》系列影片中的古鲁姆一角。
近期，中国电影科学技术研究所特效技术研究室为研究运动捕捉技术，购置了Vicon光学运动捕捉系统及我国首套面部捕捉系统——Vicon Cara实时表情捕捉系统，填补了国内面部捕捉技术领域的空白。
目前国内运动捕捉技术在影视制作领域的应用情况对比国外还相对较少，尤其是面部捕捉技术更是空白。
Vicon三维运动捕捉系统在人体运动分析中的应用
１ 研究 目的
几乎所有的体育运动都由身体动作组成。 奥运会 中的许多项 目成绩的好坏也受肢体动作质量的影响。 以跑步为例 ， 符合运动员 自身身体特点以及运动要求的肢体动作 （ 摆臂 、 步频 、 步幅等 ） 不仅能提高短 ， 跑运动员的运动成绩 ，也能使参加中长距离运动的运动员降低运动过程中的能量消耗 ，从而有更多的能 量用于最后的冲刺。虽然足球和篮球等运动项 目对跑步动作的规范没有严格要求 ，但同样需要降低跑步
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点等 ） 则缺乏系统科学 的研究” 。 虽然文献【 对短跑技术分析包括 了关节运动角度范围等参数 ， ３ 】 但并没
收稿 Ｈ期 ：２０ —０ —０ ０７ ３ ２
作 者简介 ：罗逸 苇 （１７ 一 ） ，硕上 ，讲 师。研究方 向：运动牛物力学。 ９ ７ ，男
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最大像素：1,024,000,000像素/秒
每秒最多可捕捉136000个光球/秒
摄像机精度：0.02像素或1:64,000
传感器灰阶深度：10 bit
摄像机最大可遮隐范围：64x52 individual cells
摄像机滤镜256层
摄像机输出捕捉点圆心灰阶及边缘讯息
连接线自主设计，可整合电源及数据通路
Custo持C-Mount接口以及35mmSLR类型镜头
支持变焦镜头
(C-Mount接口)可选镜头：8.5mm,9mm,12.5mm,25mm, Custom
(35mmSLR)可选镜头：14mm, 17-35mm,20mm,24mm,24mm-70mm, Custom
支持发光器类型：可见红光(623nm),红外线(850nm),近红外线(780nm)
系统中可兼容无数个摄像机
外部高速序列显示界面于摄像机上
具有控制显示界面
连接状态显示功能Tx, Rx, Col
摄像机具有三种状态显示
Genlock to External Video Source：PAL+NTSC+Film
F20红外摄像机包含专门为用户设计的Vicon Vegas CMOS传感器，它提供了真正意义上的定格快门。这样使得照相机可以容许实验室周围的灯光，提高系统的准确性。
特点
摄像机性能参数
VICON Vegas CMOS传感器
传感器分辨率：1600×1280像素
像素最高可达二百万
每秒传输帧数：30-2,000 fps
具有全解析预览输出功能
摄像机镜头具有校正功能
系统软件
系统软件必须是硬件厂商自行开发,具有自主知识产权
支持Workstation
Nexus实时捕捉系统软件
发光器特性
发光器类型包括：可见红光、近红外线、红外线
120个发光磊晶体数
独立设计方便升级的发光器电子学结构
通过主控PC计算机进行调控
摄像机构架
摄像机Custom Die-cast Aluminum封装
通过MX Control实现外部信号同步
通过MX Link实现外部同步输出
External VGA
产品名称
步态分析系统
型号
VICON
产地
英国VICON公司
简介
MX-F20是目前速度最快的整帧运动捕捉摄像机。伴随着VICON MX操作平台的革新，F20红外摄像机还具有高速度、高分辨率和高精度的特点。
F20红外摄像机拥有高达200万像素的分辨率，捕捉速率可以达到2000帧每秒。
F20红外摄像机是VICON速度最快、捕捉能力最强的红外摄像机，能够以最高像素（200万像素）进行每秒500帧捕捉，F20红外摄像机比VICON以往的红外摄像机的性能更为优异。这意味着您可以对高速运动进行捕捉，可以对复杂的精细的动作进行捕捉。