動(dòng)作仿真技術(shù)在體育運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練領(lǐng)域的應(yīng)用研究

黃玉飛

（安陽(yáng)工學(xué)院體育教學(xué)部，河南安陽(yáng)455000）

由于體育運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練水平的不斷提高，體育運(yùn)動(dòng)成績(jī)隨之不斷突破，傳統(tǒng)的訓(xùn)練手段、訓(xùn)練方法已經(jīng)無(wú)法滿足進(jìn)一步提高運(yùn)動(dòng)成績(jī)的要求，迫切需要借助先進(jìn)的科技手段探索體育運(yùn)動(dòng)規(guī)律，深入挖掘人體運(yùn)動(dòng)機(jī)能，開(kāi)展現(xiàn)代科技指導(dǎo)下的體育訓(xùn)練。視頻觀察法和三維動(dòng)態(tài)攝影是體育運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中研判訓(xùn)練動(dòng)作科學(xué)性的常規(guī)觀察手段。這兩種觀察手段雖然能把快速連貫動(dòng)作進(jìn)行單幀觀察，但是測(cè)量數(shù)據(jù)受光線、著裝、肢體遮擋等因素影響會(huì)有較大誤差。近年來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，基于三維動(dòng)作捕捉的運(yùn)動(dòng)人體仿真技術(shù)逐漸應(yīng)用到體育運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練等領(lǐng)域。人體運(yùn)動(dòng)仿真是以三維動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬人體運(yùn)動(dòng)過(guò)程的技術(shù)，具體包括建立人體模型、采集自然人在相應(yīng)條件下自然真實(shí)的物理運(yùn)動(dòng)過(guò)程、并在計(jì)算機(jī)建立的人體模型中呈現(xiàn)自然人的動(dòng)作的過(guò)程[1]。這一技術(shù)促進(jìn)了運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練由宏觀動(dòng)作觀察向內(nèi)在受力分析，外在動(dòng)作觀察向內(nèi)在肌肉受力分析，運(yùn)動(dòng)損傷傷后積極處理向預(yù)防損傷的轉(zhuǎn)變?；诖吮尘埃卷?xiàng)目在查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)和訪談相關(guān)專家基礎(chǔ)上開(kāi)展研究，旨在促進(jìn)運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)在體育運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練領(lǐng)域的應(yīng)用。

1 國(guó)內(nèi)外研究文獻(xiàn)綜述

1.1 國(guó)外相關(guān)研究

1989年，M.P.Kadaba，H.K.Ramakrishnan，和M.E.Wootten在美國(guó)海倫海斯醫(yī)院的骨科工程研究中心運(yùn)用VICON動(dòng)作捕捉系統(tǒng)在視頻分析基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了水平行走過(guò)程中下肢關(guān)節(jié)角運(yùn)動(dòng)的外部標(biāo)記系統(tǒng)和算法，利用嵌入軸和歐拉旋轉(zhuǎn)角的概念，定義了基于物體表面標(biāo)記的三維關(guān)節(jié)角運(yùn)動(dòng)；利用靈敏度分析實(shí)驗(yàn)，對(duì)關(guān)節(jié)角運(yùn)動(dòng)中的誤差進(jìn)行了量化，討論了人體模型的局限性和評(píng)價(jià)病理步態(tài)的指標(biāo)體系。1995年A.Cappozzol等人，在實(shí)驗(yàn)室用立體測(cè)量技術(shù)解決了人體在空間運(yùn)動(dòng)中盆骨的位置、方向和下肢、骨骼建模過(guò)程中涉及的方法問(wèn)題，總結(jié)了采集運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)標(biāo)記位置的規(guī)律和方法，介紹了解剖標(biāo)定的概念，并提出了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法。美國(guó)是研究體育運(yùn)動(dòng)仿真和分析最發(fā)達(dá)的國(guó)家，也是目前世界上將體育運(yùn)動(dòng)仿真研究應(yīng)用于體育運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練最成熟的國(guó)家，具有科學(xué)的研究方法和先進(jìn)的仿真技術(shù)，掌握了大量的基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。

1.2 國(guó)內(nèi)相關(guān)研究

我國(guó)運(yùn)動(dòng)仿真的研究與運(yùn)用相對(duì)滯后，與體育運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有一定差距，已有的研究主要集中在應(yīng)用研究上，相關(guān)模型的建立、優(yōu)化算法的理論研究開(kāi)展較少。近年來(lái)人體運(yùn)動(dòng)仿真在體育方面的研究成果主要有：李琳杰、成萬(wàn)祥在基于OpenSim技術(shù)的跨欄跟腱仿真分析中建立了人體下肢骨骼肌肉模型，運(yùn)用OpenSim軟件仿真分析出跨欄和短跑運(yùn)動(dòng)中跟腱最大受力的負(fù)荷值，為跨欄運(yùn)動(dòng)跟腱傷病的預(yù)防提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)為進(jìn)一步的跟腱損傷研究奠定基礎(chǔ)?？紫閼?zhàn)在仿生外骨骼式下肢康復(fù)機(jī)器人研究中運(yùn)用動(dòng)作捕捉設(shè)備采集人體運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)，用OpenSim軟件建模仿真矢狀面內(nèi)人體下肢六個(gè)關(guān)節(jié)的角位移曲線函數(shù)，為外骨骼式下肢康復(fù)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、被動(dòng)步態(tài)控制、助力控制及康復(fù)機(jī)器人仿真研究等方面提供了數(shù)據(jù)。穆雪蓮、周興龍?jiān)诨贠penSim技術(shù)研究運(yùn)動(dòng)鞋掌跟差對(duì)下肢的影響中，仿真模擬了人體下肢在縱跳落地過(guò)程中下肢肌肉的受力情況，以及膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)在落地緩沖中的作用權(quán)重。

2 運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)介紹

隨著機(jī)械產(chǎn)品的功能越來(lái)越越復(fù)雜，市場(chǎng)對(duì)新的機(jī)械產(chǎn)品的需要越來(lái)越迫切，新的機(jī)械產(chǎn)品在生產(chǎn)實(shí)物前就要確定其運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)性能。由于運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)能提供用于解決動(dòng)態(tài)模擬的方法，因此很快得到了廣泛運(yùn)用。設(shè)計(jì)者在CAD軟件中對(duì)三維圖進(jìn)行裝配體定義配合后，運(yùn)用運(yùn)動(dòng)仿真方法使模型按照定義約束進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，以查看機(jī)構(gòu)零部件的運(yùn)動(dòng)情況，降低了設(shè)計(jì)錯(cuò)誤帶來(lái)的損失。雖然裝配體動(dòng)畫可以顯示零件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，但是這個(gè)動(dòng)畫對(duì)于設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)沒(méi)有意義，要得出加速度、速度、力、功率、發(fā)熱等結(jié)果還需要借助其他手段，如運(yùn)動(dòng)仿真軟件。運(yùn)動(dòng)仿真軟件可以提供運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)所有零部件的運(yùn)動(dòng)學(xué)性能（包括位置、速度和加速度）和動(dòng)力學(xué)性能（包括驅(qū)動(dòng)力、反饋力、慣性力和功率要求）的完整量化信息，更有價(jià)值的是，可以在短時(shí)間內(nèi)獲得運(yùn)動(dòng)仿真分析結(jié)果。因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)仿真執(zhí)行所需的約束條件和定義融合在都已在CAD裝配體模型中，故而直接在仿真程序中調(diào)用就可以了。

人體運(yùn)動(dòng)仿真是在運(yùn)動(dòng)仿真（剛性實(shí)體動(dòng)力學(xué)）的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，是一個(gè)建立剛體人體模型，建立各運(yùn)動(dòng)肢體約束范圍和空間坐標(biāo)，進(jìn)而與人體模型匹配后動(dòng)態(tài)仿真的過(guò)程。國(guó)外研究人體膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)仿真，是以多剛體模型作為仿真模型的研究基礎(chǔ)的。人體運(yùn)動(dòng)仿真軟件大致分為兩類：①運(yùn)用專業(yè)的人體建模軟件，如基于ADAMS軟件的lifemod插件、Anybody、OpenSim等具有自身建模功能，能直接建立人體模型。②使用機(jī)械CAD軟件建立模型，如SW、ProEUG等建立人體模型。在ADAMS軟件中建立人體模型的優(yōu)點(diǎn)是它可以直接對(duì)建好的人體模型編輯約束，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析。ADAMS軟件主要用于機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，完全可以滿足常規(guī)的機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真要求，但是它的人體建?？删庉嫼驼{(diào)控功能相對(duì)較少，不能滿足復(fù)雜的人體系統(tǒng)建模。使用其他CAD軟件雖然可以滿足建立復(fù)雜人體模型的需要，但是在模型建立之后需將模型導(dǎo)入AD?AMS中進(jìn)行仿真，在導(dǎo)入的過(guò)程中會(huì)有部分內(nèi)部模型缺失[2]。為彌補(bǔ)ADAMS在建立人體模型方面的不足，安世亞太科技股份有限公司開(kāi)發(fā)了針對(duì)ADAMS建立人體模型的lifemod插件。這是一種專門用于建立人體模型和人體運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)分析的插件，但該插件在模擬過(guò)程中的可控性不佳，參數(shù)調(diào)節(jié)功能少，且模型參數(shù)內(nèi)部調(diào)整時(shí)全部仿真數(shù)據(jù)需要重新計(jì)算，仿真過(guò)程相對(duì)繁瑣且得出的數(shù)據(jù)形式也單一，在與其他分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)耦合時(shí)兼容性較差。

3 基于OpenSim動(dòng)作仿真系統(tǒng)的體育運(yùn)動(dòng)仿真研究

OpenSim是使用ANSIC++語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的一款開(kāi)源的建模、仿真、分析肌肉骨骼系統(tǒng)數(shù)據(jù)的工具平臺(tái)。該平臺(tái)用Java語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的操作界面，使研究人員能夠更便捷使用其內(nèi)部主要功能。研究人員可以根據(jù)自己的實(shí)際需求開(kāi)發(fā)擴(kuò)展OpenSim的各種功能，如接觸模型、肌肉模型、控制和分析模塊。所有這些功能模塊都可以在這個(gè)平臺(tái)上使用。如計(jì)算肌肉力量、模型的關(guān)節(jié)角、肌肉運(yùn)動(dòng)的加速度等，即使所得出的結(jié)果是源于不同研究者各自開(kāi)發(fā)的肌肉骨骼模型，也能在這個(gè)平臺(tái)上使用。同時(shí)，研究者在這個(gè)平臺(tái)上的計(jì)算結(jié)果和分析結(jié)果也能迅速分享給其他相關(guān)的研究者[3]。

3.1 人體模型編輯

在OpenSim官方網(wǎng)站有相關(guān)模型供使用者免費(fèi)下載，若要在原有人體模型基礎(chǔ)上添加外部結(jié)構(gòu)，例如添加手持標(biāo)槍的動(dòng)作、揮拍擊球的網(wǎng)球動(dòng)作等模型，需要xm l打開(kāi)已有的模型文件后操作。常用的軟件為Notepad++，可以在模型文件中依次找到：BodySet，ConstraintSet，F(xiàn)orceSet，MarkerSet，ContactGeometrySet，ControllerSet，ProbeSet，Compo?nentSet.頭文件，這些文件名包含了模型所有的項(xiàng)目，可以根據(jù)研究的實(shí)際情況在相應(yīng)的文件下編輯，如肌肉、韌帶、剛體、探針等。

3.2 仿真數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

在OpenSim中仿真的所有數(shù)據(jù)都是在原始數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)加工得出的，所以原始數(shù)據(jù)采集的精度十分重要。常規(guī)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)（標(biāo)記軌跡）由三維動(dòng)作捕捉系統(tǒng)采集，動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)（地面反作用力、力矩、壓力中心）由三維測(cè)力臺(tái)采集。

動(dòng)作捕捉主要有兩類應(yīng)用：一類是人體動(dòng)作捕捉，另一類是面部表情捕捉。其原理都是將附著點(diǎn)的動(dòng)態(tài)表現(xiàn)進(jìn)行三維數(shù)字化計(jì)算，并記錄其數(shù)據(jù)。動(dòng)作捕捉設(shè)備主要由運(yùn)動(dòng)相機(jī)和數(shù)據(jù)分析軟件構(gòu)成，運(yùn)動(dòng)相機(jī)主要用于標(biāo)志點(diǎn)的拍攝，然后通過(guò)數(shù)據(jù)電纜傳輸給計(jì)算機(jī)分析軟件，軟件通過(guò)空間位置定位、三維數(shù)據(jù)計(jì)算分析、多路數(shù)據(jù)融合等功能得出人體關(guān)節(jié)的多自由度運(yùn)動(dòng)參數(shù)等。因光學(xué)動(dòng)作捕捉設(shè)備采集數(shù)據(jù)的精度高于其他動(dòng)作捕捉設(shè)備，所以大部分體育運(yùn)動(dòng)仿真采用光學(xué)動(dòng)作捕捉設(shè)備。光學(xué)式動(dòng)作捕捉系統(tǒng)基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)原理，當(dāng)運(yùn)動(dòng)相機(jī)以高幀率連續(xù)拍攝時(shí)，得到的是該點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。這樣通過(guò)在人體的解剖學(xué)標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，就能得到每個(gè)標(biāo)記點(diǎn)的連續(xù)空間三維坐標(biāo)。得出的標(biāo)記軌跡數(shù)據(jù)封裝在.trc文件中。動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)需要考慮的重要參數(shù)有：采集相機(jī)的幀率、分辨率，多個(gè)相機(jī)同步采集的時(shí)間精度，相機(jī)數(shù)量和maker標(biāo)記點(diǎn)的數(shù)量。幀率是相機(jī)每秒拍攝的相片的數(shù)量，數(shù)量越多，動(dòng)作越細(xì)膩，在分析高速的體育動(dòng)作如短跑、標(biāo)槍、投擲等項(xiàng)目的時(shí)候十分重要。由于體育運(yùn)動(dòng)中經(jīng)常出現(xiàn)反轉(zhuǎn)跳躍等動(dòng)作，因此適當(dāng)?shù)南鄼C(jī)和標(biāo)志點(diǎn)的數(shù)量是防止出現(xiàn)識(shí)別錯(cuò)誤的有效方法。

在OpenSim軟件中動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)（地面反作用力、力矩、壓力中心）由三維測(cè)力臺(tái)采集。三維測(cè)力臺(tái)工作的原理是將剛體與測(cè)力臺(tái)的接觸視為點(diǎn)接觸，也就是把剛體看做是一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，測(cè)量這個(gè)質(zhì)點(diǎn)在三個(gè)方向上的力Fx、Fy、Fz，該點(diǎn)的力矩Mx、My、Mz和壓力中心。此數(shù)據(jù)封裝在.mot或.sto文件中。

模型縮放可以改變模型的人體測(cè)量，以便盡可能接近特定的主體?？s放通常通過(guò)將實(shí)驗(yàn)標(biāo)記數(shù)據(jù)與放置在模型上的虛擬標(biāo)記進(jìn)行比較來(lái)執(zhí)行。除了縮放模型外，縮放工具還可用于調(diào)整虛擬標(biāo)記的位置，以便它們更好地匹配實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。模擬過(guò)程主要由模型縮放（scaling）、逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)（inverse kinematics,IK）、殘差縮減（residual reduc?tion algorithm，RRA）和肌肉計(jì)算控制（computed muscle control，CMC）四步組成。

OpenSim軟件建立人的通用模型常會(huì)采用某一個(gè)人的肌肉特點(diǎn)和身高、體重?cái)?shù)據(jù)。若欲將通用人體模型用于某一特定的運(yùn)動(dòng)仿真，就需要以測(cè)量解剖學(xué)標(biāo)記點(diǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，依據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)與通用模型數(shù)據(jù)的比例關(guān)系，將各模型關(guān)節(jié)的肌肉附著點(diǎn)坐標(biāo)、骨骼的長(zhǎng)度以及各關(guān)節(jié)的質(zhì)量進(jìn)行比例縮放，對(duì)通用模型進(jìn)行數(shù)據(jù)編輯。在模型縮放中，一般采用最小二乘法降低實(shí)驗(yàn)標(biāo)記點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)和模型理論坐標(biāo)數(shù)據(jù)之間的誤差。

逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)是不考慮產(chǎn)生動(dòng)作的力和力矩的情況下對(duì)運(yùn)動(dòng)的研究。所以在做逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)分析時(shí)，不必要知道物體的質(zhì)量和慣性[4]。逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)的目的是找到能最佳重現(xiàn)實(shí)驗(yàn)人體模型的關(guān)節(jié)角?；趯?shí)驗(yàn)標(biāo)記點(diǎn)的數(shù)據(jù)是逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算的基礎(chǔ)，OpenSim軟件運(yùn)用帶權(quán)最小二乘法來(lái)最大化降低標(biāo)記誤差以便找到最佳匹配位置。

肌肉計(jì)算與控制（Computed Muscle Control，CMC）是通過(guò)靜態(tài)優(yōu)化和比例微分（PD）控制組合實(shí)現(xiàn)的。在實(shí)施CMC計(jì)算之前，先要計(jì)算人體模型的初始狀態(tài)，如關(guān)節(jié)角度、關(guān)節(jié)角加速度和肌肉狀態(tài)（如肌肉活性度和纖維長(zhǎng)度）等，從定義的動(dòng)作中獲取關(guān)節(jié)角加速度和速度的值。在計(jì)算前通常無(wú)法知道肌肉初始狀態(tài)，為了計(jì)算出可用的初始肌肉狀態(tài)值，CMC一般設(shè)置在計(jì)算肌肉狀態(tài)前的0.03秒開(kāi)始執(zhí)行。肌力在初始時(shí)間間隔內(nèi)會(huì)不斷變化且不均衡，在這個(gè)時(shí)間間隔中的仿真通常不準(zhǔn)確，所以，為了保證計(jì)算的準(zhǔn)確性通常把CMC的執(zhí)行時(shí)間至少提前0.03秒。

殘差縮減（Residual Reduction Algorithm）用跟蹤控制模塊識(shí)別逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)，是運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真的一種形式。CMC作為控制器，在沒(méi)有肌肉的情況下，模型的骨架能用來(lái)生成與地面反作用力一致的質(zhì)量分布和關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)。殘差縮減主要運(yùn)用于人體與地面接觸并受到接觸點(diǎn)反作用力的一類運(yùn)動(dòng)如步行、跑步等。模型有幾個(gè)自由度就有幾個(gè)殘差驅(qū)動(dòng)器，其中骨盆與地面之間3個(gè)平移自由度的力叫做剩余力，用Fx、Fy、Fz表示，三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度由剩余扭矩驅(qū)動(dòng)，用Mx、My、Mz表示。通常模型假設(shè)（比如沒(méi)有胳膊）、噪聲和三維動(dòng)作捕獲的誤差會(huì)導(dǎo)致動(dòng)態(tài)不一致性。本質(zhì)上，地面反作用力和從標(biāo)記點(diǎn)估計(jì)的加速度應(yīng)該滿足牛頓第二定律，如果地面反作用力測(cè)試和模型都沒(méi)有誤差，F(xiàn)residual的理論值是0，但是一定會(huì)出現(xiàn)誤差，一般通過(guò)優(yōu)化軌跡和環(huán)節(jié)質(zhì)量調(diào)整的方法減少誤差，實(shí)際操作中力的殘差控制在0～10 N，力矩的殘差控制在0～50N·m[5]。

3.3 仿真數(shù)據(jù)分析

OpenSim軟件的分析工具通過(guò)一組指定模型狀態(tài)的輸入數(shù)據(jù)及時(shí)執(zhí)行；在每個(gè)時(shí)間步，該工具都會(huì)在模型上運(yùn)行一組分析。可用的分析包括運(yùn)動(dòng)學(xué)（記錄廣義坐標(biāo)、廣義速度和加速度）、身體運(yùn)動(dòng)學(xué)（記錄每個(gè)身體的配置以及它們的速度）。此外，它還會(huì)記錄模型的整體質(zhì)心以及該質(zhì)心的速度和加速度，記錄模型每個(gè)剛體產(chǎn)生的廣義力、速度和力量。廣義力既可以是力（N）也可以是力矩（N·m）。速度是可以是平移速度（m∕s）或角速度（deg∕s）。功率（W）是剛體工作的速率。正功率意味著執(zhí)行器正在向模型輸送能量，負(fù)功率意味著執(zhí)行器正在吸收模型中的能量。

4 人體運(yùn)動(dòng)仿真的發(fā)展趨勢(shì)

簡(jiǎn)化模型較少考慮人體骨骼和肌肉在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的變形，導(dǎo)致人體運(yùn)動(dòng)模型仿真效果均不理想，采用現(xiàn)有的數(shù)學(xué)手段計(jì)算動(dòng)作捕捉軟件在丟失maker點(diǎn)的算法是否科學(xué)值得推敲。目前，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論和黑箱理論在人體建模方面有著強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)，表現(xiàn)在：①黑箱理論不用考慮模型建立的內(nèi)部狀態(tài)，不會(huì)因?yàn)槟Ｐ偷暮?jiǎn)化而產(chǎn)生誤差。②人體的運(yùn)動(dòng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的控制反饋過(guò)程，人體要完成一個(gè)動(dòng)作必須通過(guò)視覺(jué)、前庭、本體的反饋進(jìn)行動(dòng)態(tài)平衡和協(xié)調(diào)控制，而基于物理的力學(xué)模型是無(wú)法模擬人體動(dòng)態(tài)控制作用的。黑箱理論研究的是靜態(tài)性能下輸入與輸出的關(guān)系，而人體是動(dòng)態(tài)的輸入與輸出，兩者之間還存在著理論的空白。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為非線性系統(tǒng)建模的有力工具，既能簡(jiǎn)化建模的工作量，又考慮了系統(tǒng)內(nèi)部的影響因素，可以用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性映射關(guān)系將肌電信號(hào)（EMG）、運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)間的復(fù)雜關(guān)系模型化。因此，從建模的方法來(lái)說(shuō)將會(huì)產(chǎn)生如下趨勢(shì)：

1）新的算法理論會(huì)逐步融入人體運(yùn)動(dòng)建模中，多維度的數(shù)據(jù)采集和輸入將使人體運(yùn)動(dòng)仿真結(jié)果更全面更精準(zhǔn)，應(yīng)用價(jià)值更大。

2）人體的運(yùn)動(dòng)是一個(gè)典型的閉環(huán)控制反饋系統(tǒng)，人體每一個(gè)精準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)動(dòng)作都是在輸出與控制基礎(chǔ)上完成的，因此系統(tǒng)與控制理論在研究人體肌肉激勵(lì)方面將會(huì)有新的突破。

3）人具有主觀能動(dòng)性，無(wú)論是運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)采集的人體運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)還是動(dòng)作仿真系統(tǒng)分析的人體骨骼肌肉受力情況，都建立在力學(xué)和運(yùn)動(dòng)生理學(xué)的基礎(chǔ)之上，而人的主觀特性會(huì)因?yàn)槟骋豢痰男睦硖攸c(diǎn)影響神經(jīng)和肌肉特性，因此把人的心理評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)融入人體建模中去是人體建模應(yīng)該考慮的問(wèn)題。