Qualisys运动捕捉系统在冬奥项目中的应用

　　2月20日，第二十四届冬季奥林匹克运动会在梦幻般的冰雪世界中落下帷幕。9金4银2铜，中国代表团在本届冬奥会上创造了自1980年参加冬奥会以来的历史最好成绩，奥运选手高超的技术水平，为我们带来了无与伦比的观赛体验。同时，我们也感谢运动员背后的科研团队，他们全方面保障了运动员的训练、比赛，形成了科学系统的训练方法。

 

 

　　在各种助力冬奥的研究中，动作技术分析是不可或缺的一环。然而，冬奥项目的动作技术分析时，因为户外阳光、雪/冰面反射等环境因素，对于测量设备的选择更为严格。

 

　　Qualisys光学运动捕捉系统，具有强大的户外性能(软件的主动过滤功能和硬件的阳光过滤双重保障)，使其能在阳光充足的户外和冰/雪/水面都能进行测试，保证了冬奥项目的运动学数据的高精度。

 

　　在2013年，Niels Jensby等学者就比较了户外、室内使用Qualisys运动捕捉系统采集越野滑雪项目的运动学数据。研究结果表明，白天在雪地上使用三维运动捕捉是可行的，可提供与室内相当的运动学数据，可用于雪地运动的生物力学研究。

 

 

　　The effect of light reflections from the snow on kinematic data collected using stereo-photogrammetry with passive markers

　　雪的光反射对使用被动反光标记点的三维立体测量仪采集的运动学数据的影响

 

作者：Niels Jensby Nedergaard, Frederik Heinen , Simon Sloth, Kim Hébert-Losier, Hans-Christer Holmberg, Uwe G. Kersting

 

期刊：Sports Engineering

 

实验测试设置：a 户外出发区域;b 室内出发斜坡;c 户外摄像机放置图;d 室内摄像机放置图

 

摘要：

 

　　本研究目的是，比较白天在户外滑雪时(高反照率)采集的运动学数据与在室内采集的类似数据[有阳光渗透，但没有来自雪地的光反射(低反照率)]进行比较，数据通过启用了主动滤波功能的视频运动捕捉系统采集。利用12个瑞典Qualisys三维运动捕捉镜头采集受试者数据，8名滑雪者在户外进行越野滑雪斜坡启动、在室内进行越野滑雪木制斜坡启动。采用描述统计比较校准软件计算的室内外校准棒长度的平均残差和标准差。使用Bland-Altman图比较固定静态和移动长度测量和大腿长度测量。采用Bland-Altman图比较了静态和固定长度测量和大腿长度测量。校准残差在户外(1.77毫米)比室内( 1.54毫米)略有增加，而棒长度分别变化3.63和1.51毫米。固定静态长度相差-8.65±4.94毫米(室内较短)，固定移动长度相差0.85±1.05毫米(室内较长)。在一个环节(大腿)上随机选择的标记点对的平均差值为1.19±22.05毫米(室内较长)。研究结果表明，白天在雪地上使用三维运动捕捉是可行的，可提供与室内相当的运动学数据，可用于雪地运动的生物力学研究。

 

关键词: Active filtering;3D motion capture system;Outdoor;Ski-cross;Snow

　　     主动滤波、三维运动捕捉系统、户外、越野滑雪、雪

 

DOI：10.1007/s12283-013-0140-0

 

 

　　今天和您分享近年来Qualisys运动捕捉系统在冬奥项目中的应用。

 

　　论文来源于以下期刊：

　　Journal of Science and Medicine in Sport

　　Footwear Science

　　Journal of Sports Sciences

　　Journal of Biomechanics

 

 

高山滑雪

 

Ski boot canting adjustments affect kinematic, kinetic, and postural control measures associated with fall and injury risk

滑雪靴倾斜角度的调整会影响与摔倒和损伤风险相关的运动学、动力学和姿势控制措施

 

作者：Sarah A. Wilson, Kimi D. Dahl, Kristin M. Dunford, Jacqueline N. Foody, Payam Zandiyeh, Travis Lee Turnbull, Scott Tashman

 

期刊：Journal of Science and Medicine in Sport

 

摘要:

 

目的：本研究的目的是调查在实验室环境中，在滑雪靴下插入的小的侧向楔(即倾斜)是否会/在多大程度上影响大众高山滑雪者的膝关节运动学/动力学、平衡和神经肌肉活动。

 

设计：实验，交叉研究与重复测量分析

 

方法：38名大众滑雪者在保持不变的情况下、穿着标准化滑雪靴(对照组)，使用内侧斜楔和外侧斜楔三种条件，完成单腿姿势平衡测试。利用光学运动捕捉、测力台和肌电图评估下肢的运动学、动力学、姿势控制和下肢神经肌肉活动。

 

结果：倾斜矫正对下肢运动学和动力学有显著影响:足内侧的倾斜楔显著减少了膝关节外翻力矩、髋关节内旋和髋关节内收。内侧倾斜也改善了一些与平衡能力相关的姿势控制措施，并降低了股外侧肌、股二头肌和胫骨前肌的激活水平。

 

结论：在实验室环境中，倾斜度可能是改善高山滑雪者平衡的一个适当的方法。内侧倾斜可以改变滑雪者的运动学和动力学，这与前交叉韧带损伤的机理是一致的。倾斜还可能导致神经肌肉活动减少。这些动作上的变化有可能预防高山滑雪者下肢受伤。本研究的发现有利于将来的研究，能够预测个体在更接近于运动环境中进行倾斜度改变的相关研究。

 

关键词：Injury prevention, Biomechanics, Postural control, Balance, EMG, ACL injury risk factors

　　       损伤预防、;生物力学、姿势控制、平衡、肌电图、前交叉韧带损伤因子

 

DOI: 10.1016/j.jsams.2020.05.009

 

 

 

花样滑冰

 

The effects of new Edea and Graf figure skating boots and used Graf boots on the kinetics and kinematics of landing after simulated on-ice jumps

穿着新型Edea花样滑冰靴和Graf花样滑冰靴模拟冰上跳跃后对着陆动力学和运动学的影响

 

作者：Ondrej Spiegl, Olga Tarassova & Anton Arndt

 

期刊：Footwear Science

 

 

摘要：

　　随着花样滑冰训练强度和爱好者与参赛者数量的增加，受伤的频率也越来越高。本研究的目的是调查不同品牌的花样滑冰靴以及花样滑冰靴的使用是否改变了跳跃着陆的动力学和运动学。对新的Graf Edmonton (NG), 使用过的Graf Edmonton (OG)旧花样滑冰靴和新的Edea Concerto (NE)花样滑冰靴进行比较。12名参与者分别穿着三种花样滑冰靴从30cm和50cm高的箱子上向下跳6次，着陆在实验室人造冰面上。采集着陆运动学(瑞典Qualisys Oqus 4)和动力学(测力台：瑞士Kistler;鞋垫：德国 Novel Pedar)数据。研究结果表明，花样滑冰靴的穿着对着陆的动力学和运动学有一定的影响。与NE组相比，NG组在着陆时的初始接触背屈(IC)、踝关节的背屈峰值、膝关节的背屈峰值以及溜冰时的足底力(PF)明显更大，这可能会增加受伤的风险。与NG组相比，OG组的膝关节峰值屈曲明显增大，从IC到踝关节第一个背屈峰(TP)的时间明显延长。观察到的差异可能是由于不同的结构设计造成，如鞋跟的高度，使用的材料，花样滑冰靴的刚度。这些都可能影响损伤的发生。

 

关键词：Figure skating boots; jump landing; landing impact; kinetics; kinematics

　　       花样滑冰靴、跳跃着陆、着陆冲击、动力学、运动学

 

DOI：10.1080/19424280.2018.1539126

 

 

 

冰球

 

The effects of weighted skates on ice-skating kinematics, kinetics and muscular activity

负重冰鞋对滑冰的运动学、动力学和肌肉活动的影响

 

作者：Matthew P. Mavor, Dean C. Hay & Ryan B. Graham

 

期刊：Journal of Sports Sciences

 

运动学模型：(a)受试者在室内合成冰面上滑冰;(b)用于数据处理的生物力学模型(Visual 3D)和嵌入在冰面下的测力台绘图;(c)放置在模型上的运动捕捉标记点，15个Qualisys Oqus 400+采集受试者下肢和躯干的运动学数据

 

摘要：

 

　　运动专项阻力训练(通过肢体负重)，可以成为传统阻力训练的补充训练方法，在一个运动专项动作的所有阶段都可以给运动肌肉进行负重。本研究的目的是测试在冰鞋上增加负荷(冰鞋负重原型)后溜冰的急性效应：在合成冰面上溜冰时，在加速阶段对运动学、动力学和肌肉激活的影响。10名男子冰球运动员在按以下负荷顺序下从休息(站直，膝盖微弯)开始加速：基线1(无负荷)，轻(每只冰鞋0.9kg)，重(每只冰鞋1.8kg)，基线2(无负荷)。负荷增加时运动员滑行速度变慢(p < 0.001;η2 = 0.551)，其运动学变化不大：髋矢状运动范围(ROM)减小(2.2°;p = 0.032;η2 = 0.274)，臀部横向ROM下降(3.4°;p < 0.001;η2 = 0.494)，踝关节矢状ROM减少(2.3°;p = 0.022;η2 = 0.295)，膝矢状ROM增加(7.8°;P < 0.001， η2 = 0.761)。总之，负重滑行时，运动员速度下降，但运动员的肌肉激活情况(幅度和趋势)相似，其滑冰运动学略有变化。

 

关键词：Sport-specific training; hockey; footwear; athletics

　　       运动专项训练、冰球、鞋、竞技

 

DOI：10.1080/02640414.2017.1407033

 

 

越野滑雪

 

Technique analysis in elite athletes using principal component analysis

用主成分分析法分析优秀运动员的技术

 

作者：Øyvind Gløersen, Håvard Myklebust, Jostein Hallén & Peter Federolf

 

期刊： Journal of Sports Sciences

 

大跑台上的数据采集。运动员身上和装备上共贴有41个反光标记点，使用9个Qualisys Oqus 400采集运动学数据。

 

摘要：

　　本研究的目的是对现有的运动分析方法进行改进，使运动技术分析更易于(1)同时比较多名运动员的技术;(2)识别潜在有益的技术改进;(3)呈现视觉结果以反馈给运动员。6名优秀的越野滑雪运动员(3名世界杯冠军和3名国家优秀运动员)在跑步机上使用V2技术滑行，同时用41个反射标记记录他们的运动模式。对标记位置进行主成分分析，得到多环节“主”运动成分(PMs)。一种新的标准化方法促进了运动员之间PM的可比性。此外，还建立了质心(COM)轨迹模型。我们发现运动员的表现水平(从比赛积分判断)与PM和COM轨迹的特定特征之间存在相关性。观察到COM轨迹和PM之间的合理的联系，这表明表现更好的滑雪者的不同之处，他们可能更有效地利用身体重量进行推进。本研究揭示了与运动员的表现水平相关的技术特征，似乎与滑雪者的表现水平有关。通过动画滚棍状人物可视化显示这些特征的改变将如何影响一个运动员的技术。

 

关键词：Elite sport; motion analysis; segment coordination patterns; principal component analysis; principal movements; cross-country ski skating

　　       精英体育、运动分析、环节协调模式、主成分分析、主要动作、越野滑雪

 

DOI：10.1080/02640414.2017.1298826

 

 

跳台滑雪

　　

Imitation jumps in ski jumping: technical execution and relationship to performance level

跳台滑雪模拟跳跃动作：技术执行力与运动表现水平的关系

 

作者：Gertjan Ettema, Steinar Braaten, Jørgen Danielsen, Birk Eirik Fjeld

 

期刊：Journal of Sports Sciences

 

摘要：

　　模拟跳跃是跳台滑雪运动员训练中常用的动作。然而，这些跳跃的动力却有很大的不同。因此，模拟跳跃与跳台滑雪表现的相关性没有得到阐明。本研究旨在探讨跳台滑雪运动员模拟跳跃动作的技术执行力与跳台滑雪表现水平之间的关系。我们利用动力学时间轨迹的斯皮尔曼相关变换(使用力单元和动作捕捉测量)比较了11名不同表现水平的滑雪跳台运动员的模拟跳跃动作。与性能相关的动力学参数主要是在推离开始前对质心的地面反力的力臂、推离开始时的角动量、推离主要阶段的大腿角度和推离结束时的垂直速度。我们认为，大腿角度可能是一个关键因素，允许高度发展的线性动量，同时准备适当的空气动力学位置。此外，研究结果表明，起飞前(和期间)的动力学发展比起飞时的运动学态更重要。

 

关键词: ski jump; imitation; biomechanics

　　     跳台滑雪、模拟、生物力学

 

DOI：10.1080/02640414.2020.1776913

　　

 

速度滑冰

 

Getting in shape: reconstructing three-dimensional long-track speed skating kinematics by comparing several body pose reconstruction techniques

成型：通过比较几种身体姿态重建技术，重建三维长道速滑运动学

 

作者：E. van der Kruk, A.L. Schwab, F.C.T. van der Helm, H.E.J. Veeger

 

期刊：Journal of Biomechanics

 

实验的运动捕捉系统设置：20个Qualisys运动捕捉镜头放置在冰场直线部分的两侧，覆盖50米空间

 

摘要：

 

　　在步态研究中，身体姿态重建(BPR)技术已经得到了广泛的探索，但之前还没有针对速度滑冰的相关内容，而滑冰姿势和技术的特性不允许这些研究结果直接应用到滑冰运动学数据。本文的目的是确定速度滑冰的最佳身体姿态重建和逆向动力学的程序，以及这种程序对关节功率估计的影响。结果表明，八段身体环节模型结合膝关节和腰骶关节的全局优化方法，同时保持其它关节为球状，是速度滑冰逆运动学最真实的模型。在确定关节功率时，应该将该方法与逆动力学最小二乘误差法结合使用。使用BPR技术和逆动力学方法对研究间进行比较至关重要。我们的数据显示，当BPR没有采用优化程序时，平均关节功率被低估高达74%，当采用自下而上的逆动力学方法替代最小二乘误差方法时，平均关节功率被低估了31%。尽管这些成果是针对速度滑冰的，但在所有人类运动研究中，报告BPR程序和逆动力学方法以及制定一个金标准应该是共同的做法，以便进行研究之间的比较。

 

关键词:inverse kinematics, inverse dynamics, motion capture, speed skating, body pose reconstruction

　　     逆运动学、逆动力学、运动捕捉;速度滑冰、身体姿势重建

 

DOI：10.1016/j.jbiomech.2018.01.002

 

 

冬奥,Qualisys,运动捕捉系统