Utilizarea captării mișcărilor este în creștere în toate domeniile sportului și divertismentului, în special la nivel de elită. Pe măsură ce tehnologia migrează de la cercetare la întreprinderi de antrenament clinic și comercial, există provocări în ceea ce privește utilizarea datelor pentru a face alegeri în cunoștință de cauză.
În acest ghid, analizăm opțiunile de top în domeniul captării mișcării și arătăm diferențele importante în ceea ce privește ceea ce pot face tehnologiile specifice și ceea ce nu pot face. Captarea mișcării este un termen foarte vag, iar acest articol articulează ce anume este adevărata captare a mișcării 3-D și ce nu este. Captarea mișcării evoluează și crește în utilizare la toate nivelurile, iar profesioniștii din domeniul performanței sportive trebuie să rămână la curent cu cele mai bune opțiuni și cele mai bune practici disponibile.
- Ce este capturarea mișcării 3-D?
- Cum funcționează capturarea mișcării?
- Diferite opțiuni cu hardware-ul de captare a mișcării
- Înțelegerea software-ului de captare a mișcării
- Cele mai bune utilizări ale capturii de mișcare în sport
- Exemplu de opțiuni în tehnologia de captură de mișcare
- Motion Capture Is a True Investment
Ce este capturarea mișcării 3-D?
Capturarea mișcării este un termen foarte vag, iar capturarea mișcării poate însemna aproape orice acum. Cu toate acestea, se referă de obicei la o înregistrare modificată a mișcării totale a corpului în trei dimensiuni. Acum că senzorii IMU au intrat pe piață, un accelerometru cu un giroscop poate părea o adevărată captură de mișcare, dar există o diferență între măsurarea mișcării cu câțiva senzori și capturarea unui corp în acțiune. Cei mai mulți cititori își vor imagina marcaje reflectorizante pe un corp pentru a digitiza un atlet în trei dimensiuni atunci când este adus în discuție termenul de captare a mișcării, dar este extrem de important să știm ce compune o adevărată înregistrare 3D.
Există o diferență între măsurarea mișcării cu câțiva senzori și captarea unui corp în acțiune. Click To Tweet
Un senzor mic are capacitatea de a colecta date de orientare, dar dacă nu colectează tot corpul, acele sisteme ar trebui să fie văzute ca senzori de mișcare, iar unele sisteme creează reprezentări competitive ale mișcării din înregistrări. Criteriile pentru o adevărată captare a mișcării 3-D sunt următoarele:
- Creează o achiziție completă și complet autentică a mișcării totale a corpului.
- Furnizează orientarea anatomică a punctelor de referință.
- Cercetează o înregistrare directă a trei dimensiuni de date.
- Este capabil să colecteze activități balistice cu o frecvență ridicată de măsurare.
Cum puteți vedea din această listă, dacă nu sunt îndeplinite toate cerințele, este ușor să confundați o înregistrare a mișcării cu un singur senzor, brută și fără context, ca fiind captura de mișcare. IMU-urile utilizate împreună pot crea date de captare a mișcării din calcule, dar adaugă un alt nivel de complexitate la provocarea de a măsura mișcările corpului. Camerele fără marker, cum ar fi dispozitivul Microsoft Kinect, utilizează un laser cu infraroșu și o cameră împreună pentru a crea adâncime în trei dimensiuni, dar aceste sisteme au limitări în sport.
Cum funcționează capturarea mișcării?
Capturarea mișcării este o parte marcarea și urmărirea corpului și o parte convertirea acestor informații în date care sunt utile atât pentru cercetare, cât și pentru aplicații pe piețe precum divertismentul. Cantitatea de detalii și de precizie de care are nevoie un utilizator de captare a mișcărilor determină modul în care sunt colectate datele, deoarece fiecare sistem are abilități și constrângeri atât în ceea ce privește acuratețea, cât și flexibilitatea informațiilor. Unele sisteme de captare a mișcărilor sunt concepute pentru utilizare în interior, dar au unele funcții de exterior care sunt eficiente și adecvate. Captarea mișcărilor întregului corp necesită un mediu controlat pentru ca sistemul să aibă suficientă robustețe pentru a colecta datele în mod corespunzător.
Există două opțiuni clare în ceea ce privește captarea mișcărilor: sistemele cu marker sau optice și soluțiile fără marker. Capturarea mișcării cu ajutorul înregistrărilor video este posibilă, dar majoritatea sistemelor de calitate pentru cercetare preferă să folosească camere cu infraroșu și markeri reflectorizanți. Unele sisteme mai puțin precise sunt din ce în ce mai populare, deoarece sunt ieftine și rezolvă probleme mai ușoare, cum ar fi analiza benzii de alergare cu alergare. Aceste sisteme noi, mai puțin precise, acaparează acum o parte îngustă a pieței de captare a mișcărilor.
Corpii purtabili, de obicei cu senzori IMU, devin din ce în ce mai populari datorită portabilității lor, dar sunt văzuți ca opțiuni mai clinice care cer mai puțină granularitate și precizie a datelor. Sistemele de captare a mișcărilor de înaltă performanță sunt atât de fine încât pot vedea expresiile faciale și mișcarea degetelor în mare detaliu, cum ar fi o persoană care cântă la pian. Fără a simplifica prea mult procesul, capturarea mișcării începe prin înregistrarea mișcării de la camere și părți ale corpului etichetate, sau estimează mișcarea prin utilizarea unor camere mai limitate și a unor senzori IMU.
După ce datele sunt capturate, se efectuează filtrări și calcule suplimentare pentru a curăța datele și a se asigura că artefactele de mișcare nu creează raportări false. Markerii reflectorizanți sunt plasați pe corp cu orientări specifice pentru a se asigura că datele sunt exacte și precise, deoarece mușchii și pielea se pot mișca la viteze mari, ceea ce creează o provocare în ceea ce privește calitatea datelor. Reperele anatomice sunt selectate pentru fiabilitatea lor și pentru valoarea lor în conectarea mișcării articulațiilor. Costumele de corp și sistemele IMU urmează o abordare similară în ceea ce privește amplasarea, dar au locații unice bazate pe designul echipamentului lor, mai degrabă decât pe respectarea unei bune practici științifice. Sistemele fără repere necesită o configurație adecvată a camerei în funcție de nevoi, deoarece majoritatea sistemelor analizează mișcările care sunt staționare în poziționare, cum ar fi mersul pe loc, ghemuirea în sus și în jos și efectuarea altor funcții de bază.
Etapa finală constă în preluarea datelor și conversia lor în rapoarte sau utilizarea unei funcții care le transformă în animație sau simulare. În plus față de datele colectate prin captarea mișcării, companiile creează soluții care permit utilizatorilor să combine mai multe seturi de date, cum ar fi plăcile de forță și citirile EMG. Cea mai mare parte a dezvoltării din ultimii ani a fost pe partea de software a sistemelor optice și pe partea de hardware a soluțiilor markerless și IMU. Toate tipurile de soluții necesită multă netezire și curățare a datelor, dar este nevoie de mai multă muncă în cazul IMU în general față de opțiunile optice.
Diferite opțiuni cu hardware-ul de captare a mișcării
În cea mai mare parte, hardware-ul de captare a mișcării este conceput pentru cercetare sau pentru nevoi clinice foarte progresive. Analiza video este mai frecventă ca opțiune de biofeedback cu antrenorii, dar captura de mișcare este în creștere datorită pieței IMU. Piața optică, cunoscută și sub numele de sisteme bazate pe camere, tinde să fie mai potrivită pentru cercetare, în timp ce piața senzorilor tinde să fie mai mult clinică și orientată spre performanță sportivă.
De exemplu, Motus oferă o opțiune cu un singur senzor pentru sportivii care aruncă, cum ar fi cei care lansează (baseball), joacă bowling (cricket) și pasează (fotbal american). Deși acel sistem captează mișcările din apropierea cotului, este în principal un calcul, deoarece se fac multe presupuneri atunci când nu sunt disponibile alte seturi de date, cum ar fi trunchiul și picioarele. Sistemele IMU tind să aibă mai puțină acuratețe și precizie, dar tehnologia se îmbunătățește și reduce încet decalajul.
Cea mai evidentă valoare a tehnologiei de captare a mișcărilor este analiza automată a datelor pentru utilizator. Click To Tweet
Nu ar trebui să includem înregistrarea video convențională – chiar și cu mai multe camere – ca opțiune de captare a mișcării, din mai multe motive. Cea mai evidentă valoare a capturii de mișcare este că tehnologia analizează automat datele, în loc ca utilizatorul de software să fie nevoit să o facă manual. Unele sisteme video automatizează video ca și captura de mișcare, digitalizând seria de camere pentru a calcula mișcarea, dar problema cu această tehnică este că restricțiile de iluminare și alți factori cu date vizuale pot limita cerințele de înaltă precizie. Markerii direcți au un istoric mai fiabil de date stabile, dar din cauza limitelor competiției, video este încă viabil, deoarece markerii nu sunt practici sau adecvați.
Markerii sunt în mod obișnuit atașamente mici, asemănătoare unor bile, de mărimea unei bile sau cercuri reflectorizante aplicate pe sportivi. Unele sisteme folosesc atașamente de tip wrap, cum ar fi benzile de transpirație și brățările de la încheietura mâinii, iar unele sisteme oferă costume montate de utilizatori instruiți. Opțiunile de camere fără marcaje folosesc doar hardware pentru a capta imagini video, dar acestea oferă mult mai puține informații și necesită ca hardware-ul să fie extrem de aproape de utilizator, de exemplu la câțiva metri distanță. Aceste sisteme nu pot evalua în prezent acțiunile sportive care sunt foarte rapide sau care au cerințe mari de deplasare.
Câteva sisteme oferă hardware de sincronizare și alte instrumente pentru studii avansate sau nevoi specifice, cum ar fi filmarea subacvatică și capturarea de la distanță. Cea mai mare parte a echipamentelor, dincolo de camere și markeri, este concepută pentru a ajuta la declanșarea pornirii și opririi altor senzori, cum ar fi plăcile de forță, EMG și presiunea din pantofi. Unele sisteme includ căști de realitate virtuală sau modalități de conectare la aceste dispozitive, dar majoritatea accesoriilor sunt simple cablaje și altele asemenea.
Înțelegerea software-ului de captare a mișcării
Majoritatea opțiunilor software pentru captarea mișcării au două scopuri: convertirea datelor de mișcare într-o animație, fie pentru reluarea științifică, fie pentru utilizări de divertisment. Aproape toate companiile oferă o opțiune de reluare, iar unele dintre software-uri permit vizualizatorului să aleagă perspectivele și stilurile de animație, cum ar fi linia (stick figures), scheletul sau figura umană. Softurile avansate pot măsura mișcări foarte precise în mod izolat sau pot crea rapoarte bazate pe cele mai bune practici metodologice de analiză. Mai multe opțiuni de software sunt agnostice din punct de vedere hardware, ceea ce înseamnă că aproape orice hardware se poate conecta la software.
Obiectivul software-ului pentru sport este de a afișa mișcarea fără resturile vizuale pe care le conține uneori materialul video. Ca și în cazul videoclipului, captarea mișcării ajută ca modalitate de conectare a altor seturi de date care sunt mai puțin vizuale, cum ar fi EMG și analiza forței. Cercetătorii pot vedea relațiile dintre mișcare și recrutarea musculară, împreună cu forțele de reacție la sol, dacă este necesar.
Scopul software-ului de captare a mișcării pentru sport este de a afișa mișcarea fără resturi vizuale. Click To Tweet
Câteodată, mișcările cu motion capture nu sunt de fapt măsurate, deoarece utilizatorii doresc doar vizualizări calitative care să se sincronizeze cu măsurile cuantificate, cum ar fi datele cinetice de la senzori. Analiza manuală este uneori efectuată cu ajutorul software-ului de captare a mișcărilor, în special în cercetările privind mișcările ciclice. Sporturile de anduranță – cele care sunt de obicei ciclice, cum ar fi alergarea – obișnuiesc să facă o medie sau să evalueze statistic mișcările repetitive pentru a obține o perspectivă asupra defectelor biomecanice sau a posibilelor erori de tehnică.
Platformele software pot varia de la suite foarte costisitoare la jucători 3D simplificați, dar aproape toate programele de cercetare au suficiente suprapuneri pentru ca diferențele să fie foarte mici. Unele platforme software sunt doar opțiuni de manager de fișiere, deoarece așteptările furnizorilor de hardware sunt ca piața de platforme să permită analiza datelor analogice. Astfel, aceștia își reduc dezvoltarea de software pentru a se concentra doar pe hardware. Opțiunile numai hardware și numai software sunt rare, dar există câteva companii mici care oferă numai una sau alta.
Cele mai bune utilizări ale capturii de mișcare în sport
Practicienii folosesc adesea o soluție de captură de mișcare pentru a vizualiza funcția corpului în toate perspectivele și pentru a extrage unghiurile articulațiilor. Cei din domeniul performanței, cum ar fi biomecanicienii, doresc datele pentru a studia modul în care se mișcă sportivii, în timp ce specialiștii în medicină vor să vadă de ce se accidentează sportivii în primul rând. Domeniul medicinei sportive este interesat de disfuncții înainte, în timpul și după accidentare, iar spațiul de performanță trebuie să afle ce îl face pe un atlet să reușească în ceea ce privește mișcarea. Există un model de diminuare a performanței și de creștere a riscului de accidentare atunci când datele de bază scad, iar antrenorii și profesioniștii din domeniul medical folosesc uneori tehnologia de captare a mișcării pentru a trata leziuni importante sau complexe.
Cea mai frecventă utilizare a captării mișcării este analiza mersului. În timp ce alte mișcări sunt importante în sport, aproape orice activitate terestră va include un fel de mișcare de alergare, fie că este vorba de sprint, jogging sau mers. Unele clinici au cheltuit o cantitate enormă de resurse pentru programe de reeducare pentru sportivii accidentați, dar majoritatea unităților private folosesc analiza capturii de mișcare pentru marketingul mărcii sau al instalației, mai degrabă decât pentru adevărate soluții bazate pe intervenții.
Fluxul de lucru al capturii de mișcare nu este o povară majoră, dar nu este, de asemenea, prietenos pentru grupuri și nici o soluție de feedback instantaneu. Aplicațiile mai mici, cum ar fi soluțiile cu un singur senzor IMU, pot valorifica în mod eficient dispozitivele inteligente pentru biofeedback; cu toate acestea, din cauza imaginii incomplete, nu este o adevărată captură de mișcare și nu trebuie să o confundați cu o analiză completă.
Ca și analiza video, este de neprețuit pentru sportivi să aibă posibilitatea de a se vedea pe ecran în diferite viteze și perspective. Majoritatea sportivilor de elită din sporturile olimpice vor experimenta în cele din urmă o anumită formă de captură de mișcare, dar o mulțime de sportivi o vor vedea doar la televizor.
Exemplu de opțiuni în tehnologia de captură de mișcare
Există mai mult de două duzini de furnizori de sisteme de captură de mișcare specifice sportului și o mulțime de alte soluții sunt excelente și eficiente în adăugarea de valoare pentru echipe, spitale și facilități private. Am omis câteva companii din această analiză, inclusiv soluții software precum C-Motion. Acest lucru nu se datorează faptului că acestea nu merită să fie enumerate, ci pentru că accesul la fiecare sistem (în scopul revizuirii) este aproape imposibil.
Qualisys: Una dintre puținele companii din afara Statelor Unite, Qualisys, cu sediul în Suedia, oferă soluții pentru o multitudine de nevoi dincolo de sport, cum ar fi animația și ingineria. Ei se concentrează pe piața realității virtuale și au soluții care ajută la cerințele subacvatice. Unul dintre punctele forte ale companiei este integrarea produselor sale cu alte sisteme (plăci de forță) și software precum MATLAB și LabVIEW. Sunt inovatori și au profitat rapid de piața smartphone-urilor, oferind un player 3D, precum și o aplicație de declanșare pentru o înregistrare simplă.
Vicon: Această companie din Marea Britanie este excepțional de puternică în ceea ce privește sistemul de tip cameră optică, dar și-a asumat recent un risc prin achiziționarea IMeasureU, un start-up din Noua Zeelandă care oferă o singură opțiune de senzor IMU pentru sportivi. Cea mai mare parte a experienței Vicon este în domeniul performanței sportive și al științelor clinice, dar au succes și în domeniul divertismentului. La fel ca multe companii din domeniul capturii de mișcare, aceștia au tracțiune atât în divertisment, cât și în inginerie. Cei mai importanți biomecanicieni și experți în știința mișcării folosesc Vicon ca o modalitate de a-și cuantifica activitatea cu sportivii și pacienții.
Analiză a mișcării: Una dintre primele companii care a creat o soluție robustă fără zgomot, Motion Analysis este din Santa Rosa, California, și a început la începutul anilor 1980. Multe dintre studiile de pionierat în baseball au început cu analiza mișcărilor și s-au extins și pe alte piețe, cum ar fi jocurile video, animațiile, ingineria și chiar transmisiunile. Compania este binecunoscută în domeniul sportului datorită dezvoltării ample a camerelor și a software-ului, iar sute de lucrări de cercetare includ sistemul lor ca parte a secțiunii de materiale.
Xsens: Un pionier în domeniul captării mișcărilor purtabile, Xsens este unul dintre liderii în opțiunea bazată pe IMU pentru analiza mișcărilor. Xsens este o companie olandeză, dar are o prezență puternică în SUA, deoarece are sediul și în Los Angeles. Soluțiile lor variază de la sport la agricultură, deoarece sunt mai mult decât o companie care caută să ajute la analiza și cercetarea mersului. Sunt extrem de conectați la piața de inginerie și au multe aplicații în afara științelor biologice și a performanțelor sportive. Punctul forte al sistemului lor este faptul că îl puteți utiliza în timp real, precum și în medii reale, cum ar fi în producție și în aer liber.
OptiTrack: Un alt lider în domeniul captării mișcărilor, OptiTrack oferă soluții optice tradiționale, precum și soluțiile emergente fără marker. OptiTrack este lider în domeniul animației, al științelor mișcării, al realității virtuale și al roboticii. Este o companie internațională și oferă propriul software proprietar, precum și un kit de dezvoltare software (SDK). Aceștia oferă, de asemenea, plug-in-uri și instrumente suplimentare pentru a ajuta la sincronizarea plăcilor de forță și a altor seturi de date. OptiTrack oferă un studiu de validare, demonstrând că este o soluție viabilă atât pentru cercetare, cât și pentru piața clinică.
NDI: Deși nu este o opțiune de captare a mișcărilor de performanță sportivă, NDI este un exemplu excelent al modului în care tehnologia poate maximiza precizia. Cunoscută ca o soluție medicală, în special în domeniul chirurgiei și al îngrijirii spitalicești, NDI oferă atât urmărire optică, cât și electromagnetică. Cu toate acestea, NDI nu este doar pentru spitale, deoarece oferă soluții militare și captură de mișcare pentru mișcarea corpului, de asemenea. NDI este o companie canadiană și are mai multe brevete și premii pentru inovație. În cele din urmă, NDI este puternică la nivel internațional și are reprezentanțe în Europa și Asia.
Phoenix Technologies, Inc.: Această companie canadiană este extrem de puternică în robotică și pe alte piețe tehnologice, inclusiv în domeniul aplicațiilor spațiale și industriale. Compania se concentrează pe camerele portabile și pe soluțiile de senzori wireless, iar ambele pot face față nevoilor sportive și clinice. Unul dintre punctele forte ale produsului este rata de eșantionare foarte rapidă și precizia sa; caracteristici care explică de ce Phoenix are clienți din domeniul aerospațial, cum ar fi Stația Spațială Internațională și NASA. Deși au un software nativ, se integrează cu opțiuni de la terți și se pot integra și cu alte platforme.
myoMOTION: Produsul Noraxon, myoMOTION, are una dintre cele mai uimitoare afișări vizuale ale mai multor seturi de date și sunt cunoscuți pentru sistemele lor EMG, precum și pentru sistemul lor portabil de captare a mișcării bazat pe IMU. Noraxon se află în Arizona, iar o mare parte din trecutul lor este legată de EMG. În urmă cu câțiva ani, Noraxon a făcut o mișcare strategică pentru a include mai multe integrări de date cu alți senzori, cum ar fi analiza forței și captarea mișcării. Software-ul Noraxon creează rapoarte și poate fi exportat către soluții terțe pentru cercetare, precum și pentru extragerea datelor.
DARI Motion: DARI, cu sediul în Kansas, a început prin a se concentra pe atletism și performanțe de vârf și s-a extins în domeniul wellness corporativ, militar și cercetare biomecanică. DARI oferă o analiză validată a mișcării cinematice și cinetice, precum și o cunoaștere profundă a biomecanicii, într-un sistem optic complet fără markeri – fără senzori, fără markeri, fără costume speciale și fără a fi nevoie de plăci de forță. Ieșirile sale de raportare oferă date într-o varietate de complexități, de la rapoarte simple, personalizate, până la scufundări profunde în biomecanica subiacentă.
Toate aceste companii au suficiente diferențe încât să necesite mai multe comparații și cercetări dincolo de acest ghid. Cea mai frecventă solicitare este formarea, adică modul de utilizare nu numai a produsului, ci și a captării mișcării în general. Cea mai mare parte a experienței practice cu programe de doctorat sau programe progresive de absolvire și de licență ar trebui să fie suficientă pentru a utiliza în mod eficient sistemele enumerate. A se aventura în afara biomecanicii reprezintă o provocare pentru antrenori, care s-ar putea să nu aibă pregătirea în domeniul kinesiologiei pentru a utiliza pe deplin motion capture, dar unele aplicații nu sunt prea solicitante, deoarece o mulțime de programe universitare de performanță folosesc în mod eficient motion capture.
Motion Capture Is a True Investment
Costul majorității sistemelor de motion capture nu este ieftin, iar un laborator complet este de peste șase cifre, în medie. Majoritatea furnizorilor au un departament de vânzări cu care puteți vorbi, iar unii vor face demonstrații ale produsului dacă se află în zona dumneavoastră. Cel mai bun mod de a investi în motion capture este să vizitați mai întâi opțiunile de top din universități, deoarece majoritatea departamentelor de cercetare sunt deschise și folosesc sistemul în scopuri nobile, nu pentru a crea un buzz de marketing pentru instalația sau clinica lor.
În schimb, uneori este înțelept să vă uitați la mediile comerciale care oferă într-adevăr servicii privatizate, deoarece aceste centre trebuie să fie eficiente și eficace pentru a rămâne în afaceri. Captarea mișcărilor este în creștere, iar soluțiile sunt din ce în ce mai bune în fiecare an. În viitor, viitorul va fi și mai avangardist, dar timpul ne va spune dacă sistemele fără marker vor elimina treptat opțiunile convenționale.
Dacă tot sunteți aici…
…avem o mică favoare de cerut. Mai mulți oameni citesc SimpliFaster decât oricând și, în fiecare săptămână, vă aducem conținut convingător de la antrenori, oameni de știință din domeniul sportului și fizioterapeuți care sunt dedicați construirii unor atleți mai buni. Vă rugăm să acordați un moment pentru a distribui articolele pe rețelele de socializare, să îi implicați pe autori cu întrebările și comentariile de mai jos și să creați un link către articole atunci când este cazul, dacă aveți un blog sau participați la forumuri de subiecte conexe. – SF