運動捕捉技術(shù)已經(jīng)廣泛應用于步態(tài)分析、運動康復、動作對比、技戰(zhàn)術(shù)分析、生物運動力學分析、損傷防護、運動裝備設計研發(fā)等領域,實現(xiàn)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(tài)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(guān)鍵點運動的技術(shù),它記錄運動軌跡并將其轉(zhuǎn)化為可在計算機中處理和應用的數(shù)字信息。隨著社會的不斷進步,運動捕捉技術(shù)日益成熟,現(xiàn)已廣泛應用于諸多領域,如步態(tài)分析、運動康復、動作對比、技戰(zhàn)術(shù)分析、生物力學研究、損傷預防以及運動裝備的設計與研發(fā)等。傳統(tǒng)的步態(tài)分析主要依賴標記式動作捕捉技術(shù),這種技術(shù)需要在人體表面粘貼反光標記點,然而標記式動捕技術(shù)的局限性在于標記點可能會影響被測試者的自然運動,實驗環(huán)境要求較高,且設備昂貴、復雜。因此,近年來無標記動作捕捉技術(shù)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(tài)估計等先進技術(shù)來分析從攝像頭或深度傳感器獲取的圖像或點云數(shù)據(jù),從而通過識別人體關(guān)鍵點或部位來追蹤和記錄人體運動的技術(shù)。由于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。這意味著被測者可以在更自然的環(huán)境中進行運動,捕捉到的數(shù)據(jù)也更能反映真實的步態(tài)模式。傳統(tǒng)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(chǎn)生疲勞或不適,影響數(shù)據(jù)的準確性。相較而言,無標記動捕的自動化程度更高,數(shù)據(jù)處理速度更快,能夠?qū)崟r進行步態(tài)分析,這種實時反饋在運動康復、神經(jīng)疾病監(jiān)控和運動訓練中尤為重要。

無標記動捕在步態(tài)分析領域中的應用

臨床醫(yī)學診斷:無標記運動捕捉技術(shù)廣泛應用于神經(jīng)科、骨科等領域,可用于識別和分析由各種疾病導致的異常步態(tài)。針對帕金森病、腦癱、中風等神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者,無標記運動捕捉技術(shù)能夠精準地捕捉他們的步態(tài)異常,比如步態(tài)不穩(wěn)、步幅縮小、步伐拖曳等。通過分析步態(tài)模式,醫(yī)生可以更早地發(fā)現(xiàn)病情,并根據(jù)步態(tài)變化追蹤疾病進展。在骨科領域,如膝關(guān)節(jié)炎、髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后,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(tài)周期和關(guān)節(jié)運動軌跡,監(jiān)測患者異常的負重分布或步態(tài)不對稱,幫助醫(yī)生制定更加合理的康復計劃。

運動康復:在肌肉或關(guān)節(jié)損傷后,無標記運動捕捉技術(shù)可用于監(jiān)測康復訓練的效果。通過對步態(tài)模式和關(guān)鍵動作的捕捉與分析,能夠評估患者下肢力量恢復和步態(tài)對稱性,協(xié)助康復師判斷康復進展,并實時調(diào)整訓練方案。無標記動捕所提供的精確步態(tài)數(shù)據(jù)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(shù)能夠在不同康復階段提供全程監(jiān)控數(shù)據(jù),以確?？祻陀柧氀驖u進。

運動損傷防護:無標記動捕常用于高水平運動員的日常訓練中,通過對其步態(tài)進行監(jiān)測,能夠識別可能引發(fā)運動損傷的潛在問題,例如步態(tài)不平衡、關(guān)節(jié)負荷過大等,幫助運動員調(diào)整運動姿勢、優(yōu)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(tài)恢復情況,防止因不正確的姿勢或步態(tài)模式復發(fā)原有傷病。在監(jiān)測步態(tài)恢復正常前,運動員可以采取更保守的訓練方案,降低重新受傷的風險。

老年人步態(tài)分析與跌倒預防:無標記運動捕捉可用于監(jiān)測老年人步態(tài)和姿勢變化,分析潛在的跌倒風險,為醫(yī)護人員提供預防跌倒的依據(jù)?；趯夏耆瞬綉B(tài)模式的分析,可以為其制定個性化的步態(tài)干預方案,提升步行穩(wěn)定性、降低步態(tài)異常風險,從而有效預防跌倒。

兒童發(fā)育障礙與步態(tài)評估:針對有發(fā)育障礙的兒童(如自閉癥、腦癱等),無標記動捕可以捕捉和評估其步態(tài)發(fā)育的異常點,幫助早期干預,促進正常運動功能的發(fā)展。

步態(tài)矯正器和輔助設備研發(fā):通過捕捉患者佩戴矯正器后的步態(tài)數(shù)據(jù),可以幫助設計師優(yōu)化矯正器的結(jié)構(gòu)和功能,確保其符合患者的實際需求,提升步態(tài)矯正的效果。無標記捕捉技術(shù)還能夠監(jiān)測假肢使用者的步態(tài)表現(xiàn),通過精準的數(shù)據(jù)分析幫助改進假肢設計,提高假肢與人體自然步態(tài)的匹配度。

無標記動捕技術(shù)在步態(tài)分析中展現(xiàn)了巨大的潛力,為運動康復、老年健康監(jiān)測、運動表現(xiàn)優(yōu)化和神經(jīng)系統(tǒng)疾病研究提供了新的解決方案。盡管面臨一些技術(shù)挑戰(zhàn),但隨著技術(shù)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(yōu)化算法、提高數(shù)據(jù)分析能力以及與其他新興技術(shù)的結(jié)合,無標記動捕技術(shù)將為個體健康管理、運動表現(xiàn)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注于開發(fā)最強大、最易于使用的無標記動作捕捉技術(shù)。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(shù)。除了DARI在醫(yī)療保健市場的最大客戶外(DARImotion是部署了該技術(shù)最成功的商業(yè)產(chǎn)品,已經(jīng)獲得美國FDA),許多國際客戶還在各種應用中部署了該技術(shù)。主要市場可以分為醫(yī)療保健和娛樂,已經(jīng)與客戶開發(fā)了大量特定的用例,從虛擬現(xiàn)實體驗到專業(yè)舞蹈表演的錄制,再到生物識別步態(tài)分析和幼兒園兒童的功能性運動呈現(xiàn)。

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松實現(xiàn)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(tǒng)自動搜索并為您找到該人。該系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)可以在多領域進行應用,例如診斷與分析:步態(tài)分析能夠?qū)\動異常行為進行分析和診斷,廣泛應用于臨床醫(yī)療領域,如骨科和康復科,還可廣泛應用于運動人體科學、康復醫(yī)學、心理學等領域的研究。

Captury無標記動作捕捉系統(tǒng)的應用使得步態(tài)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。