【学习札记】不同高尔夫生物力学动作捕捉系统的特点（一）

数据与高尔夫教学是息息相关的。随着时代与科技的发展，单凭肉眼的观察与“经验论”的教学有时很难直接找到学员真正的问题所在。而先进的数据化设备可以快速、简单、高效地评估学员技术的真正短板，使我们教学更高效、更有针对性，学员更容易理解、上手。

上一篇文章和大家分享了高尔夫生物力学中较为常见的分析方法——相对坐标系与绝对坐标系的建立，基本囊括了球员在挥杆过程中所有的身体运动：左右横移、前后移动、上升下降、前后倾斜、左右侧倾、左右旋转等等运动学数据。在当今高球行业内有不同的设备可以做到对于球员的动作进行捕捉采集，然而由于设备的类型不同，其捕捉的算法与特点也有差异。从本篇文章开始，与大家简单介绍不同的高尔夫生物力学动作捕捉系统的特点。

电磁式动作捕捉系统

电磁式动作捕捉系统使用一个内置三股互相垂直的电缆的电磁发射器，围绕三个坐标轴的方向发射电磁场。电磁传感器内也有三股互相垂直的电缆，电脑测量传感器接收的磁场强度与方向，计算出各个传感器相对于发射器的位置与角度。此时电磁发射器相当于绝对坐标系。

电磁式动作捕捉系统的主流公司有Polhemus，旗下有不同产品。GolfTec曾使用的2个传感器的Isotrak（测量骨盆与胸椎的数据），AMM6D Walkabout和K-Coach6D使用3个传感器并具有WiFi发射器的G4（测量骨盆、胸椎、球杆的数据），Phil Cheetham博士开发的AMM3D、TPI使用的TPI3D、Rob Neal博士使用的Golf BioDynamics使用Polhemus的旗舰产品Liberty。

AMM3D有12传感器、8传感器、4传感器的版本，TPI使用的TPI3D使用Liberty 12传感器版本（测量全身肢段与球杆数据），Rob Neal博士使用的Golf BioDynamics使用Liberty 6传感器版本（测量除双腿外的身体肢段与球杆数据）。其中AMM3D、K-Coach6D已停产。

电磁式动作捕捉系统的方法称为“数字化”Digitizing。传感器并不直接放置在球员的关节上，而是放在肢段中易于放置的地方。Digitizing校准时使用一支电子笔，将一个传感器放在电子笔顶端接触身体上的关键骨性标记点进行定位。在软件中事先已有电子笔尖到传感器的距离，因此当我们移动传感器时，电脑也知道笔尖的位置。每一个肢端需要3个骨性标记点来创造一个相对坐标系。

比如在给小腿进行校准时，小腿中间放置一个传感器，然后用电子笔尖触碰膝关节外侧、膝关节内侧、踝关节外侧、踝关节内侧。这样一来，电脑便知道膝关节与踝关节中点相对于传感器的位置。但此时还没有形成坐标系，我们需要三个坐标轴来创造坐标系。用数学算法算出基于关节的三条互相垂直的轴线，这样一来就有了一个基于膝关节代表小腿的相对坐标系。电脑的运算速度极快，可以实时完成上述坐标系的建立。

用这样的方法便能建立全身所有肢段的相对坐标系：肩关节、髋关节、手肘、手腕、踝关节等等……同时也可以将这样的方法用于对球杆的校准。一旦校准完成之后球员在挥杆过程中任何时间的位置与角度指向信息都能捕捉到。

电磁式动作捕捉系统的优点：

1. 实时捕捉数据——电脑软件内生成的数据与模型将与球员戴上传感器后的动作同步，可用于生物反馈训练与动作捕捉

2. 球员的身体对于磁场来说是“透明”的，意味着球员身上的传感器不会因为身体的遮挡而丢失数据

3. 拥有6个自由度，电磁发射器充当绝对坐标系，球员身上的传感器经过校准形成每个肢段的相对坐标系，易于测量球员身体的位移与角度变化

4. 采样率为240Hz，意为在一秒钟内系统可以捕捉240帧的数据。

5. 相比于光学动作捕捉系统价格低廉

然而电磁式动作捕捉系统也有一些无法避免的缺点：

1. 校准过程相对繁琐，需要对人体结构有非常清晰的认知，否则数据将出现误差

2. 球员身上有很多电线，可能对挥杆动作产生一些影响，即使这些设备穿戴在身上非常轻便，球员心理上可能需要一段时间适应

3. 球杆的传感器固定在杆身而非杆头，无法获得精确的杆面数据与杆身的形变

4. 球员在挥杆时必须距离电磁发射器一英尺左右的距离，一旦球员距离电磁发射器过远，磁场信号强度将减弱，数据失真

5. 可能受到其他磁场的干扰，如被磁化的金属球杆

值得一提，Polhemus公司也推出了无线的Liberty电磁式动作捕捉设备，可供更大的捕捉范围，但采样率降低到了120Hz。因此目前具有电线的电磁式动作捕捉设备从综合功能上仍然有许多教练与学院使用。

电磁式动作捕捉设备给予教练所需的所有身体运动的信息，但同样需要教练拥有能够操作系统、理解数据并转化为教学方案的能力。

2020年4月训练中心开张以来，帮助很多的青少年球员、成人爱好者做了数据化检测训练，给出了一些训练建议，当场都得到了改善。有些球员获得了更高的杆头速度，有些球员学会了如何避免伤病的挥杆模式，有些球员获得了更扎实精准的击球，有些球员的挥杆整体感受变的更好......

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