El uso de la captura de movimiento está creciendo en todas las áreas del deporte y el entretenimiento, especialmente a nivel de élite. A medida que la tecnología migra de la investigación a los negocios de entrenamiento clínico y comercial, hay desafíos en el uso de los datos para tomar decisiones informadas.
En esta guía, vemos las principales opciones en la captura de movimiento y mostramos las importantes diferencias en lo que las tecnologías específicas pueden hacer y lo que no. La captura de movimiento es un término muy vago, y este artículo articula qué es exactamente la verdadera captura de movimiento en 3D y qué no lo es. La captura de movimiento está evolucionando y aumentando su uso en todos los niveles, y los profesionales del rendimiento deportivo deben mantenerse al día sobre las mejores opciones y las mejores prácticas disponibles.
- ¿Qué es la captura de movimiento en 3D?
- ¿Cómo funciona la captura de movimiento?
- Diferentes opciones con el hardware de captura de movimiento
- Entendiendo el software de captura de movimiento
- Los mejores usos de la captura de movimiento en el deporte
- Opciones de ejemplo en tecnología de captura de movimiento
- La captura de movimiento es una verdadera inversión
¿Qué es la captura de movimiento en 3D?
La captura de movimiento es un término muy poco preciso, y capturar el movimiento puede significar casi cualquier cosa ahora. Sin embargo, normalmente se refiere a una grabación modificada del movimiento total del cuerpo en tres dimensiones. Ahora que los sensores IMU han entrado en el mercado, un acelerómetro con un giroscopio puede parecer una verdadera captura de movimiento, pero hay una diferencia entre medir el movimiento con unos pocos sensores y capturar un cuerpo en acción. La mayoría de los lectores imaginarán marcas reflectantes en un cuerpo para digitalizar a un atleta en tres dimensiones cuando se saca a colación el término captura de movimiento, pero es extremadamente importante saber en qué consiste una verdadera grabación en 3D.
Hay una diferencia entre medir el movimiento con unos pocos sensores y capturar un cuerpo en acción. Click To Tweet
Un sensor pequeño sí tiene la capacidad de recoger datos de orientación, pero a menos que recoja todo el cuerpo, esos sistemas deben ser vistos como sensores de movimiento, y algunos sistemas sí crean renders de movimiento de competencia a partir de grabaciones. Los criterios para una verdadera captura de movimiento en 3D son los siguientes:
- Crea una adquisición completa y totalmente auténtica del movimiento total del cuerpo.
- Proporciona una orientación anatómica de los puntos de referencia.
- Requiere una grabación directa de datos en tres dimensiones.
- Capaz de recoger actividades balísticas con una alta frecuencia de medición.
Como se puede ver en esta lista, a menos que se cumplan todos los requisitos, es fácil confundir una grabación de movimiento de un solo sensor que está cruda y fuera de contexto como captura de movimiento. Las IMU utilizadas conjuntamente pueden crear datos de captura de movimiento a partir de cálculos, pero añaden otro nivel de complejidad al reto de medir los movimientos del cuerpo. Las cámaras sin marcadores, como el dispositivo Kinect de Microsoft, utilizan un láser infrarrojo y una cámara juntos para crear profundidad en tres dimensiones, pero esos sistemas tienen limitaciones en el deporte.
¿Cómo funciona la captura de movimiento?
La captura de movimiento es una parte que marca y rastrea el cuerpo y una parte que convierte esa información en datos que son útiles tanto para la investigación como para aplicaciones en mercados como el del entretenimiento. La cantidad de detalle y precisión que necesita un usuario de la captura de movimiento determina cómo se recogen los datos, ya que cada sistema tiene capacidades y limitaciones tanto con la precisión como con la flexibilidad de la información. Algunos sistemas de captura de movimiento están diseñados para su uso en interiores, pero tienen algunas funciones para exteriores que son eficaces y adecuadas. Capturar el movimiento de todo el cuerpo requiere un entorno controlado para que el sistema tenga la suficiente robustez para recoger los datos correctamente.
Existen dos opciones claras con la captura de movimiento: los sistemas de marcadores u ópticos y las soluciones sin marcadores. La captura de movimiento mediante vídeo es posible, pero la mayoría de los sistemas de grado de investigación prefieren utilizar cámaras infrarrojas y marcadores reflectantes. Algunos sistemas menos precisos están creciendo en popularidad porque son baratos y resuelven problemas más fáciles, como el análisis de la cinta de correr con la carrera. Estos nuevos sistemas menos precisos están acaparando una estrecha parte del mercado de la captura de movimiento.
Los trajes corporales portátiles, normalmente con sensores IMU, son cada vez más populares por su portabilidad, pero se consideran opciones más clínicas que exigen menos granularidad y precisión de los datos. Los sistemas de captura de movimiento de alto rendimiento son tan finos que pueden ver las expresiones faciales y el movimiento de los dedos con gran detalle, como el de una persona que toca el piano. Sin simplificar demasiado el proceso, la captura de movimiento comienza grabando el movimiento de las cámaras y las partes del cuerpo etiquetadas, o estima el movimiento mediante el uso de cámaras y sensores IMU más limitados.
Después de capturar los datos, se realiza un filtrado y cálculos adicionales para limpiar los datos y garantizar que los artefactos de movimiento no creen informes falsos. Los marcadores reflectantes se colocan en el cuerpo con directrices específicas para garantizar que los datos sean exactos y precisos, ya que los músculos y la piel pueden moverse a gran velocidad, lo que supone un reto para la calidad de los datos. Los puntos de referencia anatómicos se seleccionan por su fiabilidad y su valor para conectar el movimiento de las articulaciones. Los trajes y sistemas de IMU siguen un enfoque similar con respecto a la colocación, pero tienen ubicaciones únicas basadas en el diseño de su equipo en lugar de seguir una mejor práctica científica. Los sistemas sin marcadores requieren una configuración adecuada de la cámara en función de las necesidades, ya que la mayoría de los sistemas se fijan en los movimientos que son estacionarios en la colocación, como caminar en el lugar, ponerse en cuclillas y hacer otras funciones básicas.
El último paso es tomar los datos y convertirlos en informes o utilizar una función que los transforme en animación o simulación. Además de los datos recogidos por la captura de movimiento, las empresas crean soluciones que permiten a los usuarios combinar múltiples conjuntos de datos, como las placas de fuerza y las lecturas de EMG. La mayor parte del desarrollo de los últimos años se ha producido en el lado del software de los sistemas ópticos y en el lado del hardware de las soluciones sin marcadores e IMU. Todos los tipos de soluciones requieren una gran cantidad de suavizado y limpieza de datos, pero se necesita más trabajo con las IMU en general frente a las opciones ópticas.
Diferentes opciones con el hardware de captura de movimiento
En su mayor parte, el hardware de captura de movimiento está diseñado para la investigación o para necesidades clínicas muy progresivas. El análisis de vídeo es más común como opción de biofeedback con los entrenadores, pero la captura de movimiento está creciendo debido al mercado de las IMU. El mercado óptico, también conocido como los sistemas basados en cámaras, tienden a ser más apropiados para la investigación, mientras que el mercado de sensores tiende a ser más clínico y orientado al rendimiento deportivo.
Por ejemplo, Motus ofrece una opción de sensor único para los atletas de lanzamiento, como los que lanzan (béisbol), juegan a los bolos (cricket) y pasan (fútbol americano). Aunque ese sistema capta los movimientos cerca del codo, es principalmente un cálculo porque se hacen muchas suposiciones cuando no se dispone de otros conjuntos de datos, como el tronco y las piernas. Los sistemas IMU tienden a tener menos exactitud y precisión, pero la tecnología está mejorando y cerrando lentamente la brecha.
El valor más obvio de la tecnología de captura de movimiento es su análisis automático de datos para el usuario. Click To Tweet
No deberíamos incluir el vídeo convencional -incluso con múltiples cámaras- como opción de captura de movimiento, por varias razones. El valor más obvio de la captura de movimiento es que la tecnología analiza automáticamente los datos en lugar de que el usuario del software tenga que hacerlo manualmente. Algunos sistemas de vídeo automatizan el vídeo como la captura de movimiento, digitalizando las series de cámaras para calcular el movimiento, pero el problema con esta técnica es que las restricciones de iluminación y otros factores con datos visuales pueden limitar los requisitos de alta precisión. Los marcadores directos tienen un historial más fiable de datos estables, pero debido a los confines de la competición, el vídeo sigue siendo viable porque los marcadores no son prácticos o apropiados.
Los marcadores son comúnmente pequeños aditamentos en forma de bola del tamaño de una canica o círculos reflectantes aplicados en los atletas. Algunos sistemas utilizan accesorios parecidos a bandas para el sudor y muñequeras, y algunos sistemas proporcionan trajes que son colocados por usuarios capacitados. Las opciones de cámaras sin marcadores sólo utilizan hardware para capturar vídeo, pero proporcionan mucha menos información y requieren que el hardware esté muy cerca del usuario, por ejemplo a unos pocos metros de distancia. Actualmente, estos sistemas no pueden evaluar las acciones deportivas que son muy rápidas o tienen grandes requisitos de desplazamiento.
Algunos sistemas proporcionan hardware de sincronización y otras herramientas para estudios avanzados o necesidades específicas, como la filmación bajo el agua y la captura remota. La mayoría de los equipos, más allá de las cámaras y los marcadores, están diseñados para ayudar a activar el inicio y la parada de otros sensores, como las placas de fuerza, la EMG y la presión dentro del zapato. Algunos sistemas incluyen auriculares de realidad virtual o formas de conectarse a esos dispositivos, pero la mayoría de los accesorios son simples cables y similares.
Entendiendo el software de captura de movimiento
La mayoría de las opciones de software para la captura de movimiento tienen dos propósitos: convertir los datos de movimiento en una animación para su reproducción científica o para usos de entretenimiento. Casi todas las empresas ofrecen una opción de reproducción, y algunos de los programas permiten al espectador elegir perspectivas y estilos de animación, como la línea (figuras de palo), el esqueleto o la figura humana. Los programas avanzados pueden medir movimientos muy precisos de forma aislada o crear informes basados en las mejores prácticas de metodología de análisis. Varias opciones de software son agnósticas al hardware, lo que significa que casi cualquier hardware puede conectarse al software.
El objetivo del software para deportes es mostrar un movimiento libre de los restos visuales que a veces contiene el vídeo. Al igual que el vídeo, la captura de movimiento ayuda a conectar otros conjuntos de datos que son menos visuales, como el análisis de fuerza y EMG. Los investigadores pueden ver las relaciones entre el movimiento y el reclutamiento muscular, junto con las fuerzas de reacción del suelo si es necesario.
El objetivo del software de captura de movimiento para los deportes es mostrar el movimiento sin residuos visuales. Click To Tweet
A veces los movimientos con captura de movimiento no se miden realmente, ya que los usuarios solo quieren vistas cualitativas para sincronizar con medidas cuantificadas como los datos cinéticos de los sensores. El análisis manual se realiza a veces con el software de captura de movimiento, especialmente en la investigación de los movimientos cíclicos. Los deportes de resistencia -aquellos que son típicamente cíclicos, como correr- suelen promediar o evaluar estadísticamente los movimientos repetitivos con el fin de obtener información sobre los fallos biomecánicos o los posibles errores de la técnica.
Las plataformas de software pueden ir desde suites muy caras hasta reproductores tridimensionales racionalizados, pero casi todo el software de investigación tiene suficiente solapamiento como para que las diferencias sean muy pequeñas. Algunas plataformas de software son sólo opciones de gestión de archivos, ya que la expectativa de los proveedores de hardware es que el mercado de plataformas permita el análisis de datos analógicos. Así, reducen su desarrollo de software para centrarse sólo en el hardware. Las opciones de sólo hardware y sólo software son raras, pero existen algunas pequeñas empresas que sólo proporcionan una u otra.
Los mejores usos de la captura de movimiento en el deporte
Los profesionales suelen utilizar una solución de captura de movimiento para ver la función del cuerpo en todas las perspectivas y extraer los ángulos de las articulaciones. Los que están en el campo del rendimiento, como los biomecánicos, quieren los datos para estudiar cómo se mueven los atletas, mientras que los especialistas médicos quieren ver por qué los atletas se lesionan en primer lugar. El campo de la medicina deportiva está interesado en la disfunción antes, durante y después de la lesión, y el espacio del rendimiento necesita aprender lo que hace que un atleta tenga éxito con respecto al movimiento. Existe un patrón de disminución del rendimiento y de aumento del riesgo de lesiones cuando los datos de referencia caen, y los entrenadores y los profesionales médicos a veces utilizan la tecnología de captura de movimiento para tratar lesiones importantes o complejas.
El uso más común de la captura de movimiento es el análisis de la marcha. Aunque otros movimientos son importantes en el deporte, casi todas las actividades terrestres incluirán algún tipo de movimiento de carrera, ya sea esprintar, trotar o caminar. Algunas clínicas han gastado una enorme cantidad de recursos en programas de reeducación para atletas lesionados, pero la mayoría de las instalaciones privadas utilizan el análisis de captura de movimiento para el marketing de la marca o de las instalaciones, en lugar de verdaderas soluciones basadas en la intervención.
El flujo de trabajo de la captura de movimiento no es una gran carga, pero tampoco es amigable para el grupo, ni una solución de retroalimentación instantánea. Las aplicaciones más pequeñas, como las soluciones con un solo sensor IMU, pueden aprovechar los dispositivos inteligentes de manera eficaz para la biorretroalimentación; sin embargo, debido a la imagen incompleta, no es una verdadera captura de movimiento y no se debe confundir con un análisis completo.
Al igual que el análisis de vídeo, es muy valioso para los atletas tener la oportunidad de verse en la pantalla a diferentes velocidades y perspectivas. La mayoría de los atletas de élite de los deportes olímpicos acabarán experimentando alguna forma de captura de movimiento, pero muchos atletas sólo la verán en la televisión.
Opciones de ejemplo en tecnología de captura de movimiento
Hay más de dos docenas de proveedores de sistemas de captura de movimiento específicos para deportes, y un montón de otras soluciones son excelentes y eficaces para añadir valor a los equipos, hospitales e instalaciones privadas. Hemos dejado varias empresas fuera de esta revisión, incluyendo soluciones de software como C-Motion. Esto no es porque no valga la pena incluirlas en la lista, sino porque el acceso a cada sistema (con fines de revisión) es casi imposible.
Qualisys: Una de las pocas empresas fuera de Estados Unidos, Qualisys, con sede en Suecia, ofrece soluciones para un sinfín de necesidades más allá del deporte, como la animación y la ingeniería. Se centran en el mercado de la realidad virtual y tienen soluciones que ayudan con las demandas subacuáticas. Uno de los puntos fuertes de la empresa es la integración de sus productos con otros sistemas (placas de fuerza) y software como MATLAB y LabVIEW. Son innovadores, y rápidamente aprovecharon el mercado de los smartphones ofreciendo un reproductor 3D, así como una app de disparo para la grabación simple.
Vicon: Esta empresa del Reino Unido es excepcionalmente fuerte en el sistema de estilo de cámara óptica, pero recientemente se arriesgaron al adquirir IMeasureU, una startup de Nueva Zelanda que ofrece una opción de sensor IMU único para los atletas. La mayor parte de la experiencia de Vicon se centra en el rendimiento deportivo y las ciencias clínicas, pero también tienen éxito en el sector del entretenimiento. Al igual que muchas empresas de captura de movimiento, tienen tracción en el entretenimiento, así como en la ingeniería. Los principales biomecanistas y expertos en la ciencia del movimiento utilizan Vicon como una forma de cuantificar su trabajo con los atletas y los pacientes.
Análisis del movimiento: Una de las primeras empresas en crear una solución robusta sin ruido, Motion Analysis es de Santa Rosa, California, y comenzó a principios de la década de 1980. Muchos de los estudios pioneros sobre el béisbol comenzaron con el Análisis de Movimiento, y se han expandido a otros mercados como los videojuegos, las animaciones, la ingeniería e incluso la radiodifusión. La empresa es muy conocida en el ámbito deportivo por su amplio desarrollo de cámaras y software, y cientos de trabajos de investigación incluyen su sistema como parte de la sección de materiales.
Xsens: Pionera en la captura de movimiento vestible, Xsens es uno de los líderes en la opción basada en la IMU para el análisis del movimiento. Xsens es una empresa holandesa, pero tiene una fuerte presencia en Estados Unidos, ya que también se encuentra en Los Ángeles. Sus soluciones abarcan desde el deporte hasta la agricultura, ya que son algo más que una empresa que busca ayudar en el análisis de la marcha y la investigación. Están muy conectados con el mercado de la ingeniería, y tienen muchas aplicaciones fuera de las ciencias biológicas y el rendimiento deportivo. El punto fuerte de su sistema es que puedes utilizarlo en tiempo real, así como en entornos del mundo real como la fabricación y el aire libre.
OptiTrack: Otro líder en la captura de movimiento, OptiTrack ofrece soluciones ópticas tradicionales, así como las emergentes soluciones sin marcadores. OptiTrack es líder en animación, ciencias del movimiento, realidad virtual y robótica. Es una empresa internacional y proporciona su propio software, así como un kit de desarrollo de software (SDK). También ofrecen complementos y herramientas adicionales para ayudar a sincronizar las placas de fuerza y otros conjuntos de datos. OptiTrack proporciona un estudio de validación, demostrando que es una solución viable tanto para la investigación como para el mercado clínico.
NDI: Aunque no es una opción de captura de movimiento para el rendimiento deportivo, NDI es un gran ejemplo de cómo la tecnología puede maximizar la precisión. Conocida como una solución médica, concretamente para la cirugía y la atención hospitalaria, la NDI proporciona un seguimiento tanto óptico como electromagnético. Sin embargo, NDI no es sólo para los hospitales, ya que proporciona soluciones militares y captura de movimiento para el movimiento del cuerpo también. NDI es una empresa canadiense y cuenta con varias patentes y premios a la innovación. Por último, NDI es fuerte a nivel internacional, y tiene representación en Europa y Asia.
Phoenix Technologies, Inc: Esta empresa canadiense es extremadamente fuerte en robótica y otros mercados tecnológicos, incluyendo aplicaciones espaciales e industriales. La empresa se centra en las cámaras portátiles y en las soluciones de sensores inalámbricos, y ambas pueden satisfacer las necesidades deportivas y clínicas. Uno de sus puntos fuertes es la velocidad de muestreo y la precisión, características que explican por qué Phoenix cuenta con clientes aeroespaciales como la Estación Espacial Internacional y la NASA. Aunque tienen un software nativo, se integran con opciones de terceros y pueden integrarse también con otras plataformas.
myoMOTION: el producto de Noraxon, myoMOTION, tiene una de las más impresionantes visualizaciones de múltiples conjuntos de datos, y son conocidos por sus sistemas EMG, así como por su sistema de captura de movimiento basado en IMU para llevar puesto. Noraxon se encuentra en Arizona, y gran parte de su pasado está relacionado con la EMG. Hace unos años, Noraxon hizo un movimiento estratégico para incluir más integración de datos con otros sensores, como el análisis de fuerza y la captura de movimiento. El software de Noraxon crea informes y puede exportarse a soluciones de terceros para la investigación, así como para la extracción de datos.
DARI Motion: DARI, con sede en Kansas, comenzó centrándose en el atletismo y el rendimiento de alto nivel y se ha expandido hacia el bienestar corporativo, el ejército y la investigación biomecánica. DARI ofrece un análisis de movimiento cinemático y cinético validado, así como una profunda visión biomecánica, en un sistema óptico completamente sin marcadores, sin sensores, sin marcadores, sin trajes especiales y sin necesidad de placas de fuerza. Sus salidas de informes ofrecen datos en una variedad de complejidades, desde informes simples y personalizados hasta inmersiones profundas en la biomecánica subyacente.
Todas estas empresas tienen suficientes diferencias que requieren más comparaciones e investigación más allá de esta guía. La petición más común es la formación, es decir, cómo utilizar no sólo el producto, sino la captura de movimiento en general. La mayor parte de la experiencia práctica de los programas de doctorado o de los programas progresivos de posgrado y licenciatura debería ser suficiente para utilizar eficazmente los sistemas mencionados. Aventurarse fuera de la biomecánica supone un reto para los entrenadores, que pueden no tener la formación en kinesiología para utilizar plenamente la captura de movimiento, pero algunas aplicaciones no son demasiado exigentes, ya que un montón de programas de rendimiento universitario utilizan la captura de movimiento con eficacia.
La captura de movimiento es una verdadera inversión
El coste de la mayoría de los sistemas de captura de movimiento no es barato, y un laboratorio completo supera las seis cifras, en promedio. La mayoría de los proveedores tienen un departamento de ventas con el que puedes hablar, y algunos harán demostraciones del producto si están en tu zona. La mejor manera de invertir en la captura de movimiento es visitar primero las mejores opciones en las universidades, ya que la mayoría de los departamentos de investigación están abiertos y utilizan el sistema con fines nobles, no para crear una publicidad para su instalación o clínica.
A la inversa, a veces es prudente buscar en los entornos comerciales que sí ofrecen servicios privatizados, ya que esos centros deben ser eficientes y eficaces para mantenerse en el negocio. La captura de movimiento está creciendo, y las soluciones mejoran cada año. Más adelante, el futuro será aún más vanguardista, pero el tiempo dirá si los sistemas sin marcadores eliminan las opciones convencionales.
Ya que estás aquí…
…tenemos que pedirte un pequeño favor. Hay más gente que lee SimpliFaster que nunca, y cada semana te traemos contenido convincente de entrenadores, científicos del deporte y fisioterapeutas que se dedican a construir mejores atletas. Por favor, tómate un momento para compartir los artículos en las redes sociales, haz partícipes a los autores con preguntas y comentarios a continuación, y enlaza los artículos cuando sea oportuno si tienes un blog o participas en foros de temas relacionados. – SF