בחיפוש אחר לכידת תנועה אנושית לביצועי ספורט ומניעת פציעות, הופיעו שתי טכנולוגיות דומיננטיות: תנועה אופטית ללכוד ולתפוס את התנועה האי-מחדשת.כל גישה מפרצת את התנועה באמצעות עקרונות פיזיים שונים ביסודה, וכתוצאה מכך שינויים נפרדים במסחר דיוק, יכולת עמידה, עלות ומגבלות סביבתיות.הבנת ההבדלים הללו היא קריטית עבור מדענים, מאמנים ומנהלי ציוד, שצריכים לבחור את הכלי הנכון לניתוח הניתן להשוואה טכנית, ובדיקה של שיטות פעולה אלה, בין קבוצות של מדעים.

מערכות ללכוד

לכידת תנועה אופטית (Mocap) מסתמכת על מערך של מצלמות אור אינפרא אדום או גלויות המעקב אחר העמדות תלת-ממדיות של סמנים רטרוreflective Containers המצורפות לגוף של ספורטאי.העיקרון הבסיסי הוא משולש: כל מצלמה לוכדת הקרנה דו-ממדית של הסמן, ותוכנה קניינית משחזרת את ה- 3D על ידי ניתוק המצלמות.

מערכות אופטיות מבוססות מרקר

מערכות מבוססות על אותות מסורתיים - כגון אלה של Vicon, Qualisys, ו- OptiTrack -re הצבת 39 עד 54 סמנים רפלקטיביים על ציוני דרך אנטומיים מרכזיים (למשל, ASIS, PSIS, קניונים, דיוק, מרכזים משותפים) עמדות של סמנים אלה להגדיר מודל נוקשה של כל פלח, המאפשרת סגסוגת דביקה 12 ו- 10.

עם זאת, מערכות אופטיות מבוססות סימון כופות מגבלות משמעותיות.נפח הלכידת מוגבל על ידי שדה המצלמה של ראייה ועומק של מיקוד; מעבר לאזור המגודל גורם לאובדן סימון.הירידה - כאשר חלק גוף אחד חוסם סימן אחר מראיית המצלמה - יוצר פערים נתונים פסיביים הדורשים אלגוריתמים מדבקים פערים או תוויות ידניות.ה של סמנים רפלקטיביים חייב להיות ממוקם בדיוק על ידי טכנאי, ונדרש 20 דקות של משחק כדורגל פעיל (או ספורטאי) או ספורטאי חזק.

מערכות אופטיות ללא תשלום

ההתקדמות האחרונה בראייה ממוחשבת יצרה מערכות אופטיות ללא סימן (למשל, Theia3D, OpenCap, או גישות מבוססות למידה עמוקה באמצעות מצלמות סמארטפונים) מערכות אלה משתמשות באלגוריתמים מאומן על נתונים גדולים של תנוחות אנושיות מתוייגות כדי להעריך מרכזי גוף משותפים וקטעי גוף מוידאו רגיל.הם מבטלים את הצורך בסימנים פיזיים, ומפחיתים זמן לשילוב טבעי, ללא הפרעה, עדיין יכולים לשפר את רמות הפעלה של 2Cret-אוסטריטים.

מערכות ללכוד

לכידת תנועה אינפורמטיבית משתמשת יחידות חיישן לביש - כל המכיל מד תאוצה משולשת, גירוסקופ ומגנט - כדי למדוד האצה ליניארית, מהירות זוויתית ו אוריינטציה שדה מגנטית. על ידי ניצול אותות אלה באמצעות אלגוריתם היתוך חיישן (בדרך כלל מסנן משלים או גישה מבוססת קלמנט), המערכות להעריך את הכיוון (roll, tew) של כל קטע XNUMX) רגיל (Mote) כולל טרה XV) , NPTN) או , NPTN) , כולל TEROST (מסוגים ראשי תיבות של מערכת העצבים העיקריים (N) או NEXOSTOSTOSTOSTOSTOSTER (N) ® (N) או NINEOSTOSTOSTOSTOSTOSTOSTOSTOSTER (R) , NINEOSTER (N) TEROSTOSTOSTOSTOSTOSTOSTOSTER (N) או NINEOSTEROSTOSTEROSTER (R) ® NEXOSTOSTOSTOSTOSTOSTOSTOSTOSTER (N) ® NEXTO

היתרון העיקרי של מערכות אינרטיות הוא עצמאותן מתשתית חיצונית.ספורטאי יכול ללבוש את החיישנים בכל מקום - על מסלול ריצה, מגרש כדורגל, מגרש כדורסל, או אפילו מתחת למים עם דיור עמיד במים.אפשר איסוף נתונים אמיתי מבחינה אקולוגית באופן אקולוגית באופן אקולוגי בסביבה הטבעית של הספורטאי, זמן ההתקנה האלחוטית הוא גם קצר יותר: חיישנים לוקח 10-15 דקות, ו caliation כרוך בתנוחות פשוטה (למשל, לאחר 5 שניות הליכה) עם מערכת הפעלה אלחוטית, עם מיכלית, לאחר מכן, עם מערכת הפעלה ישירה של כדוריות עם מערכת הפעלה אלחוטית או כדוריות עם מערכת הפעלה ישירה, עם מיכלית.

מגבלות מפתח של מערכות אינפורמטיביות

למרות הנוחות שלהם, מערכות אינרטיות סובלות ממספר פגמים יסודיים.הביקורתי ביותר היא (FLT:0gyroscopeסחף סחף סחף FLT:1: שגיאות מהירות זוויתיות משולבות לאורך זמן מצטברות לשגיאות אוריינטציה.ללא תיקון תקופתי של הפניה ידועה (למשל, הכבידה מזווית ראייה משותפת של 10 מעלות צלזיוס) או מטווח מגנטי גבוה יותר, כתוצאה מנקודות מבט מגנטיות (אומטיות) הן לעתים קרובות, כלומר, או מנקודות מבט מגנטיות גבוהות יותר, או אלקטרוניקה).

אתגר נוסף הוא (FLT:0) הפיכה של הפיכה ל-FLT:1; משום שחיישנים אינרטיים מחוברים לעור (או מעל בגדים הדוקים), הם יכולים להשתנות יחסית לעצם הבסיסית, במיוחד במהלך פעילות גבוהה או כאשר השרירים חוזים.הממצאים האלה ידועים כרקמות רכות (STA) והוא בולט יותר במערכות לא קבועות לסימן נוקשה של חיישנים או מתחום ה- GPS (בהתאמה חיצונית).

איכות נתונים השוואתית וגמישות

כאשר השוואת איכות הנתונים, חיוני להבחין בין FLT:0 דיוקנטיות של מד"ל:1 (כמה קרוב המדידה היא לערך האמיתי), FLT:2precisionFLT 3: 3 (היכולת של מדידות), ו-FLT:4resolutionFLT:5 (שינוי קטן לזיהוי) למערכות אופטיות להצטיין בכל שלוש עבור ביצועים איטיים וקבועים, אך יש להם רמת דיוק גבוהה יותר (אך) עם רמות דיוק גבוהה של ריצוף).

(FLT:0)Sampling RateFLT:1 שונה: מערכות אופטיות מתקדמות ללכוד 200-1000 הרץ, מספיק לניתוח תנועות תזמון גבוה כמו נדנדה זרוע בטניס משמש (מהירויות זוויתיות עד 2000 מעלות / s) רוב חיישניים אינרטיים פועלים ב 100-240 הרץ, אשר מתאים לדפוסי תנועה גולמיים, אך עלול להחמיץ אירועים קצרי משקל (למשל, דרישות פעילות גופנית סטנדרטית).

(FLT:0) מאפיינים נושטים FLT:1 משתנה: מסלולים אופטיים של סימון מכילים רעש תזמון גבוה מן חיישן המצלמה (מפילטרים באופן רציונאלי ב -6-20 הרץ עבור ביומכניקה) אותות גולמיים אינרטיים מכילים גם רעש בשלב גבוה מ- accelerometer ו- ⁇ נמוך מ-Sophisticateding (למשל, פריך, באמצעות פילטרים משמעותיים, או מטושטשים).

דרישות התקנה ו-Celbration

מערכות אופטיות דורשות סביבת מעבדה מבוקרת.ריצוף סמנים, טיולי מצלמה, תאורה חייב להיות מסודרים כדי לכסות את נפח הלכידת הרצוי ללא צללים או משטחים רפלקטיביים. A calibration (באמצעות wand of knownאורך ידוע או מסגרת calibration) יכול לקחת 10-30 דקות ודורשים כוח אדם מיומן.

מערכות אינרציה מפשטות את ה calibration: לאחר המהירויות של חיישנים לספורטאי, הנושא מבצע טופס T פשוט ואולי כמה שלבים. התוכנה באופן אוטומטי מיישרת מסגרות חיישן לחלקים בגוף.אין קלמנט חיצוני נדרש, והמערכת יכולה לשמש סחף החוצה, בתוך מים, או בחללים מוגבלים.

מקרים של ספורט-סיכונים

מחקר גבוה (Optical P מועדפים)

(FLT:0) מכונאי סטינג כדור הארץ 1FLT דורש ללכוד את הרצף המהיר של סיבוב תא המטען, סיבוב פנימי, ורחבה המרפק.מערכות אופטיות עם לפחות 12 מצלמות ב 400+ הרץ יכול למדוד זוויות משותפות ומהירויות מועדון זוויתיות זוויתיות זוויתיות עם פחות מ-0.5 מעלות, אך לא ניתן למדוד מודלים של פציעות (למשל, מרפקוס לשיטות לא רצויות) עם פחות מסיבוב חשמליות (אונדפס) באופן דומה, אם כי אם כי אם כי אם כי אם כי אם כי אם כי אם כי אם כי אם כי אם כי אם כי אם כי אם כי אם כי אם כי אם כי אם כי אם כי אם כי אם כי אם זה לא ניתן למדוד את ה-Fertortortortortortortortortortor) עם פחות מ-Fer) עם פחות מ-Fate (אונדפסת משקל (אונדפסת משקל (אונדפסת על פני 3 גרם לסיבוב מהיר יותר מקבוצת זמן קצר יותר מקבוצת לחץ דם) באופן דומה על פני מערכת הפעלה אופטי (אונדפס (אונדפס) באופן דומה על פני 7000) עם פחות מ-Fide (אונדפס (

פיקוח מבוסס שדה (אינטימי)

(FLT:0) שחקן סודר הפועל ביומכניקה של ההרחבה:1 (מעל לאימון מלא (90 דקות) הוא לא מעשי במעבדה.חיישנים בלתי מורשים מפוסקים לשקעים ואגן לספק מדדים רצופים (זמן, גולגולת, זמן מגע קרקעי, תנופה אנכית) במהלך משחק בפועל, בעוד שרידים של רמות דיוקים על פני זמן קצר (F) יכולים לחטוף שינויים בתדירות גבוהה יותר משבץ או לשבץ מוחית מים.

גישות היברידיות

כדי לשלב את הטוב ביותר של שני העולמות, כמה קבוצות מחקר ומערכות מסחריות עכשיו למזג נתונים אופטיים ולא אינפורמטיביים.לדוגמה, ניתן להשתמש חיישנים אינפורמטיביים כדי לעקוב אחר אוריינטציה פלח במהלך מגרש בייסבול ומצלמות אופטיות כדי ללכוד את מיקום הזרוע הגלובלית ואת מהירות כדור: אלגוריתמים היתוך היתוך קופצים (למשל, מסנן מיקום היברידי) יכול להעריך פתורים ללא פתורים מוקדמים (Fensic) עם פתורים) עם ספקטרום מסחרי (Fensicial) עם LT2 (רזולוציה גבוהה) עם LT2 (רזולוציה) פתורים) עם פתורים) קונסולידמטיים (Fensicial) עם LT2 (Fensicial) עם LT2 LT2 פתורים) עם פתורים) LT2 פתורים) עם קונסולונכרונכרונכרונכרונכרונכרונכרונכרונכרונכרונכרונכרונכרונכרונכרונכרונכרונכרונכרונכרונכרונכרונכרונכרונכרונכרונכרן (רזולוציה גבוהה) עם קומפקטית (רזולוציה גבוהה) עם קונסולה) עם ספקטרום מוקדם של קונסוליה)

עלויות ושיקולים סקלאיים

מערכות לכידת תנועה אופטיות יקרות.מערכת מקצועית 12-Modera Vicon יכולה לעלות $50,000 $- $300,000 כולל מצלמות, תוכנה, ציוד קילבציה, חומרה ממוחשבת ייעודית (יחידות החלפת שומן, מצלמה CCDs, דמי עדכון קליברציה) מוסיף 5–10% בשנה מערכות ללא תשלום באמצעות מצלמות עומק מסחריות (למשל, Intel RealSense או Azure Kin) להפחית כמות גדולה יותר של לכידת תאים אופטיים ל-5,000 דולר למצלמות אבטחה (אך באופן קבוע) בעלות נמוכה יותר למצלמות מהירות גבוהה יותר למצלמות מהירות יותר.

מערכות אינפורמטיביות הן יותר זולות: 17-sensor Xsens MVN Awinda עולה בערך $5,000 $- $25,000, בעוד אפשרויות בעלות נמוכה יותר כמו Perception Neuron (2.0) להתחיל בערך $1,500 עבור 10sensor להגדיר. ספורטאי מרובים יכול להיות מצויד עם חליפות נפרדות, ואת התוכנה מטפל מספר זרמי השקעה במקביל.

שילוב עם זרמי נתונים אחרים

ניתוח ספורט מודרני לעתים קרובות דורש לכידת תנועה סינכרונית עם לוחיות כוח, אלקטרומוגרפיה (EMG), לחץ רגל מבודדים, או קצב הלב צגים. מערכות אופטיות מציעים סינכרוניזציה מקומית באמצעות קלטות אנלוגיות או דיגיטליות, מה שהופך אותם אידיאליים עבור מחקרים מעבדה רב-ממדית (מערכות אינרטיות המבוססות על זמן) אבל סינכרונכרן זמן קצר לאחר זמן קצר) עם מורכבות בתחום ה-מסטרונל (xlimate) אבל לאחר מכן) עם מספר בדיקות נתונים של 10-bit) עם נתונים המבוססים על גבי זמן-bit).

מגמות עתידיות במלכודת ספורט

המסלול הוא בבירור פתרונות היברידיים המשלבים דיוק אופטי מוחלט עם יכולת אינפורמטיבית.מודלים למידת מכונה משמשים יותר ויותר לתקן סחף לא רצוי על ידי זיהוי דפוסי תנועה ידועים (למשל, מחזורי האגיט) ותיקון הערכות אוריינטציה. מערכות אופטיות חסרות ערך גם שיפור: ארכיטקטורות למידה עמוקה כמו HRNet ו- OpenPose יכולות להעריך 3D מיקומים משותפים ממצלמה אחת במהלך הרבה ספורט, אם כי הוא עשוי להיות מקבצי דיוק קצרים (LFlusial) או ירידה ב-L.

כיוון מבטיח אחר הוא (FLT:0) להפיץ רשתות חיישן מבוזרות 1FIRLT) המשלבות את האוריינטל פס (UWB) עם יחידות מדידה לא רצויות.מערכות אלה יכולות לעקוב אחר מיקום הספורטאי ותנועה במקביל על פני שדה שלם, המאפשר ניתוח זמני של ספורט קבוצתי (באמצעות דפוסים, כיסוי הגנתי) כמו KINEXON כבר פריסת מערכות כאלה בכדורסל מקצועיים וליגות כדורגל כמו מחסניות מתקדמות, כמו אלגוריתמיות מתקדמות ורמות דיוק, ורמות מהירות ורמות מתקדמות.

מסגרת החלטה לבחירת מערכת לתפוס תנועה

  1. (FLT:0)Define השאלה העיקרית: FLT:1 אתה מודד זוויות משותפות, עמדות פלח או מדדים זמניים? עבור קריומטים משותפים (למשל, בדיקת סיכון ACL), מערכות אופטיות אינן ניתנות להשגה.עבור שינויים יחסיים במדרגות תנועה לאורך זמן או בתנאים (למשל, מעקב אחר השפעות על מערכות לחץ), נוקשות במערכות צעדים.
  2. (FLT:0) להעריך את הסביבה: FLT:1Indoorהגדרה עם קו ברור של ראיית קו? Optical, תאורה משתנה, ספורט מגע או מרחב מוגבל?
  3. (FLT:0) עול נושא: 1FLT: כמה זמן וסובלנות יש לספורטאי להתקין? – יישום של כרייה 45 דקות מתקבל רק על ידי ספורטאים מובחרים במושב מסור; חליפות לא רצויות הן מהירות יותר ופחות פולשניות.
  4. (FLT:0)Budget and Scaleability:FLT:1 ספורטאי יחיד או צוות? מעבדה או מבוסס שדה? מחיר רכישה ראשונית בתוספת תחזוקה שנתית. מערכות אינרטיות בקנה מידה טוב יותר עבור ספורטאים מרובים, אבל מערכות אופטיות הן גבוהות יותר עבור לכידת רב-תא של מחקר במעבדה.
  5. (FLT:0) שילוב נתונים עתידי: FLT:1 תצטרך לשלב עם לוחיות כוח, GPS או וידאו?תוכנית עבור דרישות סינכרון.
  6. (FLT:0) עיבוד צינורות:00Data עיבוד:FLT:1 האם הצוות שלך יש את המומחיות לנקות ולסינון נתונים אינפורמטיביים (מילוי, תיקון סחף) או עושה פתרון אופטי מסובייק עם סימון אוטומטי מעקב טוב יותר מתאים את זרימת העבודה שלך?

שום טכנולוגיה בודדת אינה נעלה באופן אוניברסלי.הבחירה תלויה במגבלות הספציפיות של הספורט, שאלת המחקר, וההקשר התפעולי.כאשר גישות היברידיות הופכות להיות נגישות ומדויקות יותר, מתרגלים רבים יאמצו אסטרטגיה סינרגיסטית – תוך שימוש במערכות אופטיות לאימות תקופתי וניתוח תנועה מדויק, ומערכות לא-סמכותיות למעקב מתמשך באימון ובתחרות.

מסקנה

טכנולוגיות לכידת תנועה אופטית ואיננהרטית כל אחת מביאה כוחות נפרדים לניתוח ספורט.מערכות אופטיות מספקות דיוק לא תואם בסביבה מבוקרת, מה שהופך אותם חיוניים למחקר ביומכניקה, אבחון תרופות ספורט, ו-high-stakes ביצועים אופטימיזציה.מערכות אינרטיות מציעות ללא תקדים יכולות כניסה לספורטאים ויכולות משוב בזמן אמת, ומאפשרות איסוף נתונים תקפים על פני הגדרות ספורט מגוונות.