基于Xen惯性三维运动捕捉系统实时分析跳远运动

Xsens动作捕捉 2023-05-09 3822

田径运动的精彩绝妙之处在于失之毫厘，差之千里。现如今,数据精细化成为一种时代潮流，教练员和运动员们更多选择采用精密仪器和大数据分析来进行训练技术诊断。

动作捕捉和其他跟踪系统对体育科学的重要性已被越来越多的相关体育协会和理事机构所证实。

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传统上，运动捕捉指的是基于“光学”摄像头的系统——在身体上使用标记球来跟踪关节和四肢的位置和运动。而现在，随着传感器规格的提高和微型化，以及成本的降低，运动表现分析领域正在兴起“惯性”运动捕捉技术（也称为惯性测量单元或IMU）。

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Xsens可穿戴式惯性传感器

在动作捕捉技术应用于体育分析的研究与开发加速发展之际，惯性运动捕捉技术的体育分析应用也越来越普遍，IMU等可穿戴技术的应用范围，几乎涵盖了所有的运动，从足球到游泳、网球到高尔夫、田径到篮球，以及棒球、板球、跳远和举重等等。

在体育运动中，惯性运动传感器由用于测量力和加速度的加速度计，用于指示旋转的陀螺仪和用于测量人体姿势的磁力计组成。这些传感器跨三个轴收集数据并捕获运动员的细微动作。

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运动传感器通常与算法结合使用，以使数据有意义、有用且特定于体育活动。这些算法通过机器学习进行完善，因此系统可以“学习”运动轨迹，并区分例如向右跳转或向左跳转。

近年来，随着惯性运动传感技术的不断加强，使用惯性运动捕捉系统进行实时运动分析已如雨后春笋般不断涌现。

不久前，FBK Games（FBK Games是一年一度的田径赛事，在荷兰亨格洛的 Fanny Blankers-Koen 体育场举行，是国际田联世界挑战赛的一部分）便联合知名的惯性运动捕捉制造者Xsens进行了一项关于惯性运动捕捉技术应用于跳远分析的有趣研究。让我们一起来看看~

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跳远是一项技术性运动，需要考虑许多参数，如果你仅仅是在体育场或电视上观看这项运动的话，可能无法体会到这一运动的微妙之处，运动员除了跳的很远以外，还有运动轨迹、速度、加速度等很多身体技术数据值得一窥究竟。

Xsens 和 FBK Games 提出了一个新想法，让观众对跳远更感兴趣，让跳远对观众来说更有趣味性，同时也向观众介绍关于跳远的更多技术观点和见解。他们联系了前室内跳远世界冠军Ignisious Gaisah，让Ignisious 穿着Xsens动作捕捉套装在赛场上进行正式跳远，通过Xsens运动捕捉系统捕获生物力学数据，接着进行实时分析。

3D动画和实时数据分析

这个想法是为了分析在跳远过程中Ignisious敏捷的运动方式，如姿势、腾空时间、身体关节角度或跳跃后的重心等详尽的身体数据。收集的数据以及相对应的3D动画将在比赛期间流传输到体育场的大屏幕上，并由分析师进行口头解释。

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体育场内大屏幕上的Xsens分析界面

这是一种将跳远细节以寓教于乐的形式呈现给观众的新颖方式。将这种现场元素添加到跳远分析中将使这项运动更有趣、更易于观看和理解。

设置

当然，在挤满了观众、运动员、广播设备和裁判的体育场进行动作捕捉是一个挑战。沙箱周围没有太多空间来以最佳方式放置运动捕捉设备。幸运的是，官方裁判旁边有一个空间，并且有足够的范围来跳跃和捕捉。

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技术人员为Ignisious穿戴Xsens惯性捕捉套装

在跳远分析师的现场分析期间，笔记本电脑将 Xsens MVN Analyze 软件界面同步到现场的大屏幕。

Xsens动作捕捉技术在跳远运动分析中具有哪些独特的优势呢？

Xsens运动捕捉系统是十分先进的三维惯性运动捕捉系统，由Xsens惯性传感器和MVN软件组成，可以适应众多环境，其独特的技术甚至可以消除磁场的影响，使其即使在复杂的电磁环境中依然表现稳定，因此在赛场环境下也能对生物力学数据进行捕捉。

Xsens研发的工业级的微型惯性传感器可以捕捉到非常微小的颤动，同时也可以捕捉大幅度的运动，并提供十分精确的位置信息。对于专业运动员来说，毫厘之间的差距可能导致完全不同的结果，这些差距可能就体现在微小的颤动中。

系统特征

Xsens惯性三维运动捕捉系统

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简单易用

  • 坚固可靠的微型惯性传感器；
  • 使用简单、快速；
  • 直观的操作软件；
  • 小巧一体式结构传感器穿載方便。

轻松获取实时精确的运动数据

  • 3D可视化显示；
  • 3D运动学图表；
  • 无需后处理数据，快速数据导出。

性能可靠

  • 优秀的算法保证系统在任何环境下可以精准的捕捉运动，包括严重的电磁干扰环境；
  • <10μs的内部数据同步时间差保证精确的关节角度计算。

三方数据整合

  • 可以同步多种第三方数据；
  • 支持数据输入和输出；
  • 可与多种软件整合并实时通讯，包括Siemens PLM Software、Dassault、Delmia Catia Unity3d、 Autodesk。

Xsens运动捕捉与分析软件

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软件特点

  • 直观的软件交互界面
  • 校准方便
  • 完美的生物力学模型
  • 支持多套系统同步数据采集
  • 同时支持实时数据计算和离线数据处理；
  • 实时3D显示图标和视频
  • MVN APP支持手机端操作控制，并可以使用手机摄像头录制参考视频

可输出数据

  • 关节角度
  • 刚体运动学数据
  • 刚体坐标
  • 身体重心位置
  • 传感器原始数据

数据输出格式

  • ASCII (XML)
  • C3D
  • BVH,FBX

如需获取相关设备方案及报价，欢迎致电4006-111-556详询！

The End

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