【学习札记】不同高尔夫生物力学动作捕捉系统的特点（三）

对于生物力学与数据化的学习并不是寻找一种特定的挥杆方式，而是通过这样的学习建立一个科学、严谨的思维逻辑，学会尊重球员的个体多样性。生物力学最终要转化为实际可操作的教学手段，拓宽教练的教学工具箱，面对不同球员时有更多的教学选择与方向。

上一篇文章与大家介绍了光学高尔夫生物力学动作捕捉系统的特点。如Gears，Kwon3D，Jacobs3D等设备均为光学动作捕捉系统。由于其成本高昂且操作流程较为复杂，因此光学动作捕捉系统更多应用于实验室与专业院校或高端学院。本篇文章继续介绍另一类高尔夫生物力学动作捕捉系统——惯性动作捕捉系统，最为广泛使用的高尔夫动作捕捉系统。

惯性动作捕捉系统

惯性动作捕捉系统使用3种内置元件整合技术，拥有陀螺仪、加速度计和磁力计。每一个元件都能围绕三个轴向进行测量。陀螺仪测量角速度，加速度计测量加速度，磁力计测量地球磁场方向。由于每一元件都能测量三个轴向的信号，将它们整合在一起就能成为完整的惯性动作捕捉单元。但惯性动作捕捉系统所捕捉的是围绕三个轴向的角度和相对位置，惯性系统无法获得绝对位置。

在高尔夫行业内惯性动作捕捉系统是使用最为广泛的。如与TPI合作、内置TPI3D引擎的K-Coach3D，美国的mySwing Pro，韩国4D Motion，美国HackMotion等。市面上的高尔夫惯性动作捕捉系统基本都使用TPI生物力学顾问Phil Cheetham博士开发的定义。惯性动作捕捉系统大多可以提供挥杆运动链以及各肢段的三维旋转角度，可提供的肢段数量视系统的传感器数量而定。

K-Coach3D作为K-Motion公司目前高尔夫主营产品，受到全世界广泛使用，且与TPI进行合作，内置TPI3D引擎并使用Phil Cheetham开发的数据定义，是目前高尔夫动作捕捉系统中常见且使用率较高的主流设备。mySwing产品目前中国有动作捕捉公司代理。4D Motion为韩国产品，软件通过iPad驱动。HackMotion为2020年新推出的设备，拥有两个传感器专门捕捉手腕的屈伸、尺桡曲与内外旋数据。

【文斌高尔夫】数据化训练中心使用K-Coach3D作为教学与数据测试，运用K-Coach3D动作捕捉设备帮助全国各地各个水平的球员进行挥杆数据测试，找出挥杆症结所在，并通过【文斌高尔夫】数据化教学体系进行专项训练与调整，不少球员获得了显著的提升。在未来会分享如何运用3D设备来帮助教练更好地分析与诊断，并为球员设计专项的训练调整方案。

惯性动作捕捉设备使用的校准方法为静态姿势进行校准，如立正姿势、双臂侧平举等。系统将此时的关节角度设为0。一些设备通过输入球员的身高与臂展来推测其余身体肢段的位置以获得相对的位置移动。对于惯性动作捕捉系统来说，捕捉三个方向的线形移动非常具有挑战性。由于惯性系统只能捕捉相对位置，因此算法的精确度非常重要。且数据的误差会随着时间推移不断累积叠加，最后可能出现“漂移”现象（即数据与实际运动完全无法对上）。造成这一现象的原因是惯性系统中的算法为阶层式六自由度。

举个例子，系统在得知球员的身高与臂展后，通过算法推断出大臂的长度，再根据大臂推算出小臂，根据小臂推算出最后手部的位置。在这一过程中如果源头的数据计算出现误差，数据的误差就会随着环节的推进而累加。误差的大臂推算出误差的小臂，误差的小臂推算出手的位置，数据的误差可能会非常明显。且由于惯性系统容易出现“漂移”的问题，球员在进行挥杆数据采集或生物反馈训练时需要经常校准才能最大程度保障数据的精确度。

惯性动作捕捉系统的优点：

1.非常便携，传感器轻便且没有任何电线，使用蓝牙进行连接

2.软件的操作与校准非常简单便于操作

3.价格成本相对于电磁式动作捕捉系统与光学动作捕捉系统最为低廉

4.实时捕捉数据——电脑软件内生成的数据与模型将与球员的动作同步，可用于生物反馈训练与动作捕捉，拥有3个自由度（围绕三个轴向的旋转）。部分设备拥有相对的6自由度

5.在室外环境使用亦非常容易

然而惯性动作捕捉系统也有无法避免的缺点：

1.无法得到如电磁式动作捕捉系统与光学动作捕捉系统测量的绝对位置

2.数据精度相对于电磁式动作捕捉系统与光学动作捕捉，因此大部分设备的软件会自行优化捕捉到的数据使它看起来真实，但这一做法可能抹去部分数据的真实性

3.容易受到外界磁场干扰，墙壁和地下电缆的电磁场、磁铁、金属、电子设备甚至是被磁化的球杆均可能对传感器造成干扰

4.无法在杆头上放置传感器，甚至大部分设备没有放置在球杆上的传感器而使用手腕的数据来代替球杆。因此球杆真正的角速度可能被忽略

尽管惯性动作捕捉系统不如电磁式动作捕捉系统与光学动作捕捉系统精确，但惯性动作捕捉系统由于其较低廉的成本，便携性与极强的实用性，且能基本满足教练对于挥杆数据收集与训练的需求，仍然是受欢迎的大众产品。

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......