运动捕捉技术在体育运动中的应用综述

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1、运动捕捉技术在体育运动中的应用综述摘要：运动捕捉系统在体育训练中它可以帮助教练员从不同的视角观察和监控运动员的技术动作，并大量地获取某类技术动作的运动参数及生理生化指标等数据，并统计出其运动规律，为科学训练提供标准规范的技术指导。通过实时的运动捕捉技术对训练中出现的问题进行技术诊断与分析，并以视频和图象以及量化的数据等方式反馈给教练为教练员提供科学地准确地定量依据和量化的训练指标。使教练员研究和改进训练方法直至提出新的改进训练意见，使教练员能够有的放矢地纠正运动员的技术动作，从而大大提高训练效果，使体育训练摆脱纯粹的依靠经验的状态，进入科学化、数字化的时

2、代。运动捕捉技术广泛的应用于，田径、高尔夫、曲棍球、举重、铁饼、赛艇等项目。关键词：运动捕捉；运动监控；技术诊断与分析；科学训练1.前言随着雅典奥运会的闭幕，2008中国奥运会进入到计时阶段，“科技奥运”工程也已经从先期的规划准备阶段进入到提速期。众所周知科学技术是第一生产力，举办现代奥运离不开科技，体育运动全面渗透着科学技术，体育事业离不开科技的强有力支撑。现代奥运会已不再纯粹是比哪个国家的运动员跑得更快、跳得更高、举得更重，在运动员与运动员较量的背后，是国家与国家科技发展与人心凝聚的综合大比拼。奥运会上的各项纪录，不仅仅是人类突破生理极限的体现，也是

3、科技创新在体育中的集中展现，随着IT技术在体育运动中的广泛运用，人类正在向运动及身体的极限发起挑战。现代竞技体育的发展也愈来愈借重生物技术和IT手段，以期最大限度地开发出人体心理和生理的极限潜能。许多人认为，多种体育运动项目已经达到了人类体能的极限，已不大可能再创造新的纪录。不过，在运动捕捉技术的帮助下，奥运会上不时被打破的纪录还是会让你我感到惊诧。当你一帧一帧地在电脑前观看运动图像时，也许你会发现，运动员手臂的摆动并不正确，而这点儿细微的发现可能正是教练员们急需了解的信息——通过矫正姿势，运动员的速度有可能就此提高几秒，而运动员的成绩则有可能大幅提升。

4、似乎，这应该是科幻电影里的某个情节。实际上，这只是体育运动领域常用的一种实时运动捕捉参数跟踪系统。只要在运动员的鞋中安装一个遥测传感器，你就可以观察运动员的每一个动作，甚至还可以测出运动员每迈出一步肌肉所承受的压力。2.运动捕捉技术概述2.1运动捕捉概念运动捕捉系统是一种用于准确测量运动物体在三维空间运动状况的高技术设备。它基于计算机图形学原理，通过排布在空间中的数个视频捕捉设备将运动物体（跟踪器）的运动状况以图象的形式记录下来，然后使用计算机对该图象数据进行处理，得到不同时间计量单位上不同物体（跟踪器）的空间坐标（X，Y，Z）。该技术在众多的领域中都有

5、十分广泛的应用。在体育训练中它可以帮助教练员从不同的视角观察运动员的动作，并且将位置、速度、加速度等数据进行量化处理，使教练员能够有的放矢地纠正运动员的技术动作，从而大大提高训练效果，还可以监控整个运动训练和比赛过程，辅助裁判决策判断。2.2运动捕捉的原理从技术的角度来说，运动捕捉的实质就是要测量、跟踪、记录物体在三维空间中的运动轨迹。典型的运动捕捉设备一般由以下几个部分组成（见图1）：2.2.1传感器。所谓传感器是固定在运动物体特定部位的跟踪装置，它将向系统提供运动物体运动的位置信息，一般会随着捕捉的细致程度确定跟踪器的数目。2.2.2信号捕捉设备。负

6、责捕捉、识别传感器的信号。负责将运动数据从信号捕捉设备快速准确地传送到计算机系统。这种设备会因系统的类型不同而有所区别，它们负责位置信号的捕捉。对于机械系统来说是一块捕捉电信号的线路板，对于光学系统则是高分辨率红外摄像机。2.2.3数据传输设备。特别是需要实时效果的系统需要将大量的运动数据从信号捕捉设备快速准确地传输到计算机系统进行处理，而数据传输设备就是用来完成此项工作的。2.2.4数据处理设备。经过系统捕捉到的数据需要修正、处理后还要有三维模型向结合才能完成计算机动画制作的工作，这就需要我们应用数据处理软件或硬件来完成此项工作。软件也好硬件也罢它们都

7、是借助计算机对数据高速的运算能力来完成数据的处理，使三维模型真正、自然地运动起来。所以它是负责处理系统捕捉到的原始信号，计算传感器的运动轨迹，对数据进行修正、处理，并与三维角色模型相结合。运动捕捉原理示意图（图1）2.3运动捕捉的分类及特点到目前为止，常用的运动捕捉技术从原理上说可分为机械式、声学式、电磁式和光学式。同时，不依赖于专用传感器，而直接识别人体特征的运动捕捉技术也走向应用。不同原理的设备各有其优缺点，一般可从以下几个方面进行评价：定位精度；实时性；使用方便程度；可捕捉运动范围大小；成本；抗干扰性；多目标捕捉能力。2.3.1机械式运动捕捉机械式

8、运动捕捉依靠机械装置来跟踪和测量运动轨迹。典型的系统由多个关节和刚性连杆组成，在