A mozgásrögzítés használata a sport és a szórakoztatás minden területén egyre terjed, különösen az elit szinten. Ahogy a technológia a kutatásból átvándorol a klinikai és kereskedelmi képzési vállalkozásokba, kihívást jelent az adatok felhasználása a megalapozott döntések meghozatalához.
Ezzel az útmutatóval áttekintjük a mozgásrögzítés legfontosabb lehetőségeit, és bemutatjuk a fontos különbségeket abban, hogy az egyes technológiák mire képesek, és mire nem. A mozgásrögzítés egy nagyon homályos fogalom, és ez a cikk megfogalmazza, hogy pontosan mi az, ami valódi 3D-s mozgásrögzítés, és mi az, ami nem. A mozgásrögzítés minden szinten fejlődik és egyre szélesebb körben használják, és a sportteljesítményért felelős szakembereknek naprakésznek kell maradniuk a rendelkezésre álló legjobb lehetőségek és legjobb gyakorlatok tekintetében.
Mi a 3D-s mozgásrögzítés?
A mozgásrögzítés egy nagyon laza kifejezés, és a mozgás rögzítése ma már szinte bármit jelenthet. Általában azonban a teljes testmozgás három dimenzióban történő módosított rögzítésére utal. Most, hogy az IMU-érzékelők megjelentek a piacon, egy gyorsulásmérő egy giroszkóppal valódi mozgásrögzítésnek tűnhet, de különbség van a mozgás néhány érzékelővel történő mérése és a test mozgásának rögzítése között. A legtöbb olvasó a mozgásrögzítés kifejezés hallatán a sportoló háromdimenziós digitalizálására szolgáló fényvisszaverő jelöléseket képzel el a testen, de rendkívül fontos tudni, hogy mitől lesz valódi háromdimenziós felvétel.
Különbség van a mozgás néhány érzékelővel történő mérése és a test akció közbeni rögzítése között. Click To Tweet
Egy kis szenzor valóban képes tájékozódási adatok gyűjtésére, de hacsak nem gyűjti be az egész testet, ezeket a rendszereket mozgásérzékelőnek kell tekinteni, és egyes rendszerek valóban a felvételekből készítik el a mozgás komprehenzív ábrázolását. A valódi háromdimenziós mozgásrögzítés kritériumai a következők:
- A teljes testmozgás teljes és teljesen hiteles rögzítését teszi lehetővé.
- A referenciapontok anatómiai orientációját biztosítja.
- A háromdimenziós adatok közvetlen rögzítését igényli.
- Képes a ballisztikus tevékenységek nagy mérési gyakorisággal történő gyűjtésére.
Amint ebből a listából látható, ha nem teljesül az összes követelmény, könnyen összetéveszthető a mozgás egyetlen érzékelővel történő, nyers és kontextus nélküli rögzítése mozgásrögzítésnek. Az együtt használt IMU-k számításokból mozgásrögzítési adatokat hozhatnak létre, de a testmozgások mérésének kihívásához egy újabb komplexitási szintet adnak hozzá. A jelölés nélküli kamerák, mint például a Microsoft Kinect eszköz, infravörös lézert és kamerát használnak együtt a háromdimenziós mélység létrehozásához, de ezek a rendszerek a sportban korlátokba ütköznek.
Hogyan működik a mozgásrögzítés?
A mozgásrögzítés egyrészt a test jelölése és követése, másrészt ezen információk átalakítása olyan adatokká, amelyek mind a kutatásban, mind az olyan piacokon, mint például a szórakoztatóipar, hasznosak. Az, hogy a mozgásrögzítés felhasználójának milyen részletességre és pontosságra van szüksége, meghatározza az adatgyűjtés módját, mivel minden rendszernek megvannak a képességei és korlátai mind a pontosság, mind az információ rugalmassága tekintetében. Egyes mozgásrögzítő rendszereket beltéri használatra terveztek, de vannak olyan kültéri funkciók, amelyek hatékonyak és megfelelőek. A teljes testmozgás rögzítéséhez ellenőrzött környezetre van szükség, hogy a rendszer elég robusztus legyen a megfelelő adatgyűjtéshez.
A mozgásrögzítésnél két egyértelmű lehetőség létezik: a marker vagy optikai rendszerek és a marker nélküli megoldások. A mozgásrögzítés videóval is lehetséges, de a legtöbb kutatási célú rendszer inkább infravörös kamerákat és fényvisszaverő markereket használ. Néhány kevésbé pontos rendszer egyre népszerűbb, mert olcsók és egyszerűbb problémákat oldanak meg, mint például a futószalagon történő futáselemzés. Ezek az új, kevésbé pontos rendszerek most veszik át a mozgásrögzítési piac egy szűk részét.
A hordható, általában IMU-érzékelőkkel ellátott testruhák egyre népszerűbbek hordozhatóságuk miatt, de inkább klinikai lehetőségnek tekinthetők, amelyek kevésbé igénylik az adatok szemcsézettségét és pontosságát. A nagy teljesítményű mozgásrögzítő rendszerek olyan finomak, hogy nagy részletességgel látják az arckifejezéseket és az ujjak mozgását, például egy zongorázó személyt. A folyamat túlzott leegyszerűsítése nélkül a mozgásrögzítés a kamerák és a megjelölt testrészek mozgásának rögzítésével kezdődik, vagy a mozgást korlátozottabb kamerák és IMU-érzékelők használatával becsüli meg.
Az adatok rögzítése után további szűréseket és számításokat végeznek, hogy megtisztítsák az adatokat, és biztosítsák, hogy a mozgásartefaktumok ne okozzanak hamis jelentést. A fényvisszaverő jelöléseket a testen speciális irányelvekkel helyezik el, hogy az adatok pontosak és precízek legyenek, mivel az izmok és a bőr nagy sebességgel mozoghatnak, ami kihívást jelent az adatminőséggel kapcsolatban. Az anatómiai tájékozódási pontokat megbízhatóságuk és az ízületi mozgás összekapcsolásában betöltött értékük alapján választják ki. Az IMU-bodysuitok és -rendszerek hasonló megközelítést követnek az elhelyezéssel kapcsolatban, de egyedi helyekkel rendelkeznek, amelyek inkább a felszerelésük kialakításán alapulnak, mintsem a legjobb tudományos gyakorlatot követnék. A jelölés nélküli rendszerek az igények alapján megfelelő kamerabeállításokat igényelnek, mivel a legtöbb rendszer olyan helyhez kötött mozgásokat vizsgál, mint például a helyben járás, a guggolás és más alapvető funkciók elvégzése.
A végső lépés az adatok átvétele és jelentéssé alakítása, vagy egy olyan funkció használata, amely animációvá vagy szimulációvá alakítja azokat. A mozgásrögzítéssel gyűjtött adatok mellett a vállalatok olyan megoldásokat hoznak létre, amelyek lehetővé teszik a felhasználók számára több adatkészlet, például az erőlemezek és az EMG-leolvasások kombinálását. Az elmúlt néhány évben a legtöbb fejlesztés az optikai rendszerek szoftveres oldalán, valamint a marker nélküli és IMU-megoldások hardveres oldalán történt. Minden típusú megoldás sok adatsimítást és tisztítást igényel, de az IMU-kkal általában több munkára van szükség, mint az optikai lehetőségekkel.
A mozgásrögzítő hardver különböző lehetőségei
A mozgásrögzítő hardvereket többnyire kutatásra vagy nagyon progresszív klinikai igényekre tervezték. A videóelemzés gyakoribb, mint biofeedback opció az edzőkkel, de a mozgásrögzítés az IMU-piacnak köszönhetően növekszik. Az optikai piac, más néven a kameraalapú rendszerek általában inkább a kutatásra alkalmasak, míg a szenzorpiac inkább klinikai és sportteljesítmény-orientált.
A Motus például egyetlen szenzoros opciót kínál dobó sportolóknak, például dobó (baseball), dobó (krikett) és passzoló (amerikai futball) sportolóknak. Bár ez a rendszer a könyök közelében lévő mozgásokat rögzíti, elsősorban számításokra szolgál, mivel sok feltételezéssel él, amikor más adathalmazok, például a törzs és a lábak nem állnak rendelkezésre. Az IMU-rendszerek általában kevésbé pontosak és precízek, de a technológia fejlődik, és lassan behozza a lemaradást.
A mozgásrögzítési technológia legnyilvánvalóbb értéke az adatok automatikus elemzése a felhasználó számára. Click To Tweet
A hagyományos videót – még több kamerával is – több okból sem szabad mozgásrögzítési lehetőségként szerepeltetni. A motion capture legnyilvánvalóbb értéke, hogy a technológia automatikusan elemzi az adatokat ahelyett, hogy a szoftver felhasználójának kellene ezt manuálisan elvégeznie. Egyes videorendszerek a mozgásrögzítéshez hasonlóan automatizálják a videót, digitalizálják a kamerák sorozatát a mozgás kiszámításához, de ezzel a technikával az a probléma, hogy a fénykorlátozások és a vizuális adatokkal kapcsolatos egyéb tényezők korlátozhatják a nagy pontosságú követelményeket. A közvetlen markerek megbízhatóbb múltra visszatekintő, stabil adatokkal rendelkeznek, de a versenyzés korlátai miatt a videó még mindig életképes, mivel a markerek nem praktikusak vagy nem megfelelőek.
A markerek általában kis golyószerű, golyó méretű tartozékok vagy a sportolókra felhelyezett fényvisszaverő körök. Egyes rendszerek tekercsszerű rögzítéseket használnak, például izzadságpántokat és csuklópántokat, egyes rendszerek pedig képzett felhasználók által felhelyezett ruhákat biztosítanak. A jelölés nélküli kamerás opciók csak hardvert használnak a videó rögzítéséhez, de sokkal kevesebb információt nyújtanak, és a hardvernek rendkívül közel kell lennie a felhasználóhoz, például néhány méterre. Ezek a rendszerek jelenleg nem képesek felmérni a nagyon gyors vagy nagy elmozdulási igényű sporttevékenységeket.
Egyes rendszerek szinkronizációs hardvert és egyéb eszközöket biztosítanak a fejlett vizsgálatokhoz vagy speciális igényekhez, például a víz alatti filmezéshez és a távoli rögzítéshez. A kamerákon és markereken túl a legtöbb felszerelést úgy tervezték, hogy segítsen más szenzorok, például erőlemezek, EMG és cipőbe helyezett nyomás indításában és leállításában. Egyes rendszerek tartalmaznak virtuális valóság fejhallgatót vagy módot az ilyen eszközökhöz való csatlakozásra, de a legtöbb tartozék egyszerű kábelezés és hasonlók.
A mozgásrögzítő szoftverek megértése
A legtöbb mozgásrögzítő szoftver két célt szolgál: a mozgásadatok animációvá alakítása tudományos visszajátszásra vagy szórakoztató célokra. Majdnem minden cég biztosít visszajátszási lehetőséget, és a szoftverek egy része lehetővé teszi, hogy a néző perspektívákat és animációs stílusokat válasszon, például vonalas (pálcikaemberek), csontváz vagy emberi figura. A fejlett szoftverek képesek nagyon pontos mozgások izolált mérésére vagy az elemzési módszertan legjobb gyakorlatai alapján jelentések készítésére. A szoftverek több opciója hardver-agnosztikus, ami azt jelenti, hogy szinte bármilyen hardver csatlakoztatható a szoftverhez.
A sportszoftverek célja, hogy olyan mozgást jelenítsenek meg, amely mentes a vizuális törmelékektől, amelyeket a videó néha tartalmaz. A videóhoz hasonlóan a mozgásrögzítés is segít más, kevésbé vizuális adathalmazok, például az EMG és az erőelemzés összekapcsolásában. A kutatók láthatják a mozgás és az izomrekrutáció közötti összefüggéseket, szükség esetén a talajreakciós erőkkel együtt.
A sporthoz használt motion capture szoftver célja a vizuális törmelékektől mentes mozgás megjelenítése. Click To Tweet
Néha a mozgásrögzítéssel végzett mozgásokat valójában nem mérik, mivel a felhasználók csak minőségi nézeteket szeretnének szinkronizálni a számszerűsített mérésekkel, például az érzékelők kinetikai adataival. Néha manuális elemzést végeznek a motion capture szoftverrel, különösen a ciklikus mozgásokkal kapcsolatos kutatásokban. Az állóképességi sportok – amelyek jellemzően ciklikusak, mint például a futás – általában átlagolják vagy statisztikailag értékelik az ismétlődő mozgásokat, hogy betekintést nyerjenek a biomechanikai hibákba vagy a lehetséges technikahibákba.
A szoftverplatformok a nagyon drága készletektől az áramvonalas 3-D lejátszókig terjedhetnek, de szinte minden kutatási szoftverben van annyi átfedés, hogy a különbségek nagyon kicsik. Egyes szoftverplatformok csak fájlkezelési lehetőségek, mivel a hardverszolgáltatók elvárása az, hogy a platformpiac lehetővé tegye az analóg adatok elemzését. Így csökkentik a szoftverfejlesztésüket, hogy csak a hardverre koncentráljanak. A csak hardveres és csak szoftveres opciók ritkák, de létezik néhány olyan kis cég, amely csak az egyiket vagy csak a másikat kínálja.
A mozgásrögzítés legjobb felhasználási lehetőségei a sportban
A gyakorlók gyakran használnak mozgásrögzítési megoldást a test működésének minden perspektívából történő megtekintésére és az ízületi szögek kinyerésére. A teljesítmény területén dolgozóknak, például a biomechanikusoknak a sportolók mozgásának tanulmányozásához kellenek az adatok, míg az egészségügyi szakemberek azt szeretnék látni, hogy a sportolók miért sérülnek meg egyáltalán. A sportorvosi területet a sérülés előtti, alatti és utáni diszfunkció érdekli, a teljesítménytérnek pedig azt kell megtudnia, hogy mitől lesz sikeres egy sportoló a mozgást illetően. Az alapadatok csökkenése esetén a teljesítménycsökkenés és a sérülésveszély növekedésének mintázata figyelhető meg, és az edzők és az egészségügyi szakemberek néha a motion capture technológiát használják a fontos vagy összetett sérülések kezelésére.
A leggyakoribb motion capture-használat a járáselemzés. Bár a sportban más mozgások is fontosak, szinte minden szárazföldi tevékenység tartalmaz valamilyen futómozgást, legyen az sprint, kocogás vagy gyaloglás. Egyes klinikák hatalmas erőforrásokat fordítottak a sérült sportolók reedukációs programjaira, de a legtöbb magánintézmény a motion capture elemzést inkább márka- vagy létesítménymarketingre használja, mint valódi beavatkozáson alapuló megoldásokra.
A motion capture munkafolyamatai nem jelentenek nagy terhet, de nem is csoportbarát, és nem is azonnali visszajelzésű megoldás. A kisebb alkalmazások, például az egyetlen IMU-érzékelős megoldások hatékonyan kihasználhatják az okoseszközöket biofeedback céljára; a hiányos kép miatt azonban ez nem valódi motion capture, és nem szabad összekeverni a teljes körű elemzéssel.
A videóelemzéshez hasonlóan a sportolók számára felbecsülhetetlen értékű, hogy a képernyőn különböző sebességekben és perspektívákban láthatják magukat. Az olimpiai sportágak legtöbb élsportolója előbb-utóbb megtapasztalja a motion capture valamilyen formáját, de rengeteg sportoló csak a tévében látja.
Példaértékű lehetőségek a motion capture technológiában
A sportágspecifikus motion capture rendszerek több mint két tucat gyártója létezik, és rengeteg más megoldás is kiváló és hatékony a csapatok, kórházak és magánlétesítmények értékének növelésében. Több céget kihagytunk ebből az áttekintésből, köztük az olyan szoftveres megoldásokat, mint a C-Motion. Ez nem azért van, mert nem érdemes felsorolni őket, hanem azért, mert a hozzáférés minden rendszerhez (felülvizsgálat céljából) szinte lehetetlen.
Qualisys: Az Egyesült Államokon kívüli kevés vállalat egyike, a svéd székhelyű Qualisys számtalan, a sporton túli igényre kínál megoldásokat, például animációs és mérnöki feladatokra. A virtuális valóság piacára összpontosítanak, és olyan megoldásaik vannak, amelyek a víz alatti igényeket segítik. A vállalat egyik erőssége, hogy termékeit más rendszerekkel (erőlemezek) és olyan szoftverekkel, mint a MATLAB és a LabVIEW integrálja. Innovatívak, és gyorsan kihasználták az okostelefonok piacát azzal, hogy 3-D lejátszót, valamint egy egyszerű felvételek készítésére szolgáló kiváltó alkalmazást kínálnak.
Vicon: Ez az angol vállalat kivételesen erős az optikai kamera-stílusú rendszerben, de nemrég kockázatot vállaltak azzal, hogy felvásárolták az IMeasureU-t, egy új-zélandi startupot, amely egyetlen IMU-érzékelős lehetőséget kínál a sportolóknak. A Vicon a legtöbb tapasztalatot a sportteljesítmény és a klinikai tudományok területén szerezte, de a szórakoztatóiparban is sikereket értek el. Mint sok más mozgásrögzítéssel foglalkozó vállalatnak, nekik is van vonzerőjük a szórakoztatóiparban és a mérnöki területen egyaránt. Vezető biomechanikusok és mozgástudományi szakértők a Vicon segítségével számszerűsítik a sportolókkal és a betegekkel végzett munkájukat.
Mozgáselemzés: A Motion Analysis az egyik első olyan cég, amely robusztus, zajmentes megoldást hozott létre, a kaliforniai Santa Rosából származik, és az 1980-as évek elején indult. A baseballról szóló úttörő tanulmányok közül sok a mozgáselemzéssel kezdődött, és más piacokra is kiterjedt, például a videojátékokra, az animációkra, a mérnöki tudományokra, sőt még a műsorszórás területére is. A vállalat a sportban jól ismert a kamerák és a szoftverek széles körű fejlesztése miatt, és kutatási dolgozatok százai tartalmazzák rendszerüket az anyagrészben.
Xsens: A viselhető mozgásrögzítés úttörője, az Xsens a mozgáselemzés IMU-alapú lehetőségének egyik vezetője. Az Xsens egy holland cég, de az Egyesült Államokban erős a jelenlétük, mivel Los Angelesben is megtalálhatóak. Megoldásaik a sporttól a mezőgazdaságig terjednek, hiszen többről van szó, mint egy olyan cégről, amely a járáselemzésben és a kutatásban szeretne segíteni. Rendkívül kötődnek a mérnöki piachoz, és számos alkalmazásuk van a biológiai tudományokon és a sportteljesítményen kívül is. Rendszerük erőssége, hogy valós időben, valamint valós környezetben, például a gyártásban és a szabadban is használható.
OptiTrack: A mozgásrögzítés másik vezető vállalata, az OptiTrack hagyományos optikai megoldásokat, valamint a feltörekvő marker nélküli megoldásokat kínál. Az OptiTrack vezető szerepet tölt be az animáció, a mozgástudományok, a virtuális valóság és a robotika területén. Nemzetközi vállalatról van szó, és saját fejlesztésű szoftvert, valamint szoftverfejlesztői készletet (SDK) biztosítanak. További bővítményeket és eszközöket is kínálnak az erőlemezek és más adatkészletek szinkronizálásának elősegítésére. Az OptiTrack egy validációs tanulmányt nyújt, amely megmutatja, hogy ez egy életképes megoldás mind a kutatás, mind a klinikai piac számára.
NDI: Bár nem a sportteljesítmény mozgásrögzítési lehetősége, az NDI egy nagyszerű példa arra, hogy a technológia hogyan maximalizálhatja a pontosságot. Az orvosi megoldásként, különösen a sebészet és a kórházi ellátás területén ismert NDI optikai és elektromágneses követést egyaránt biztosít. Az NDI azonban nem csak a kórházak számára készült, mivel katonai megoldásokat és testmozgások mozgásrögzítését is kínálják. Az NDI kanadai vállalat, számos szabadalommal és innovációs díjjal rendelkezik. Végül, az NDI nemzetközi szinten is erős, Európában és Ázsiában is van képviselete.
Phoenix Technologies, Inc: Ez a kanadai vállalat rendkívül erős a robotikában és más technológiai piacokon, beleértve az űr- és ipari alkalmazásokat is. A vállalat a hordozható kamerákra és a vezeték nélküli szenzormegoldásokra összpontosít, és mindkettő a sport és a klinikai igényeket is képes kezelni. A termék egyik erőssége a szupergyors mintavételi sebesség és pontosság; ezek a tulajdonságok magyarázzák, hogy a Phoenixnek olyan űrkutatási ügyfelei vannak, mint a Nemzetközi Űrállomás és a NASA. Bár natív szoftverrel rendelkeznek, integrálhatók harmadik féltől származó opciókkal, és más platformokkal is integrálhatók.
myoMOTION: A Noraxon terméke, a myoMOTION az egyik leglenyűgözőbb vizuális megjelenítéssel rendelkezik több adatkészletről, és EMG-rendszereikről, valamint viselhető IMU-alapú mozgásrögzítő rendszerükről ismertek. A Noraxon Arizonában található, és múltjuk nagy része az EMG-hez kapcsolódik. Néhány évvel ezelőtt a Noraxon stratégiai lépést tett, hogy több adatot integráljon más érzékelőkkel, például erőelemzéssel és mozgásrögzítéssel. A Noraxon szoftvere jelentéseket készít, és exportálható harmadik fél megoldásaiba kutatáshoz, valamint adatbányászathoz.
DARI Motion: A kansasi székhelyű DARI az atlétikára és a csúcsteljesítményre összpontosítva indult, majd kibővült a vállalati wellness, a katonai és a biomechanikai kutatás területén. A DARI validált kinematikai és kinetikai mozgáselemzést és mély biomechanikai betekintést nyújt egy teljesen markermentes, optikai rendszerben – nincs szükség szenzorokra, markerekre, speciális ruhákra és erőlemezekre. A jelentési kimenetei különböző összetettségű adatokat szolgáltatnak, az egyszerű, személyre szabott jelentésektől a mögöttes biomechanikába való mély merülésig.
Ezek a vállalatok mindegyike eléggé különbözik ahhoz, hogy további összehasonlítást és kutatást igényeljenek ezen az útmutatón túl. A leggyakoribb kérés a képzés, vagyis nem csak a termék, hanem általában a mozgásrögzítés használatának módja. A legtöbb doktori programmal vagy progresszív graduális és alapképzéssel kapcsolatos gyakorlati tapasztalatnak elegendőnek kell lennie a felsorolt rendszerek hatékony használatához. A biomechanikán kívülre merészkedés kihívást jelent az edzők számára, akiknek nincs meg a kineziológiai hátterük a motion capture teljes körű használatához, de egyes alkalmazások nem túl igényesek, mivel rengeteg egyetemi teljesítményprogram használja hatékonyan a motion capture-t.
A mozgásrögzítés igazi befektetés
A legtöbb motion capture rendszer ára nem olcsó, és egy teljes labor átlagosan több mint hat számjegyű. A legtöbb gyártónak van értékesítési részlege, amellyel beszélhet, és néhányan bemutatják a terméket, ha az Ön körzetében járnak. A legjobb módja a mozgásrögzítésbe való befektetésnek, ha először az egyetemek legjobb lehetőségeit keresi fel, mivel a legtöbb kutatási részleg nyitott, és nemes célokra használja a rendszert, nem pedig arra, hogy a saját létesítményének vagy klinikájának marketingfelhajtást keltsen.
Másrészről viszont időnként bölcs dolog olyan kereskedelmi beállításokat keresni, amelyek valóban privatizált szolgáltatásokat nyújtanak, mivel ezeknek a központoknak hatékonyaknak és eredményeseknek kell lenniük ahhoz, hogy az üzletben maradjanak. A mozgásrögzítés egyre növekszik, és a megoldások évről évre jobbak. Az út mentén a jövő még korszerűbb lesz, de az idő majd megmutatja, hogy a jelölés nélküli rendszerek kiváltják-e a hagyományos lehetőségeket.
Ha már itt vagy…
…egy kis szívességet szeretnénk kérni. A SimpliFaster-t többen olvassák, mint valaha, és minden héten olyan edzőktől, sporttudósoktól és fizioterapeutáktól hozunk magával ragadó tartalmat, akik elkötelezettek a jobb sportolók építése iránt. Kérjük, szánjon egy percet arra, hogy megossza a cikkeket a közösségi médiában, vegye fel a kapcsolatot a szerzőkkel az alábbi kérdésekkel és megjegyzésekkel, és adott esetben linkelje a cikkeket, ha van blogja, vagy részt vesz a kapcsolódó témájú fórumokon. – SF