基于三維圖像分析的運(yùn)動(dòng)損傷姿態(tài)采集方法研究

程凡+占清華

摘 要： 針對(duì)傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)損傷采集方法一直存在采集信息不精準(zhǔn)、信息采集不全以及采集圖像不連貫性等問(wèn)題，提出基于三維圖像分析的運(yùn)動(dòng)損傷姿態(tài)采集方法。引入三維圖像分析對(duì)運(yùn)動(dòng)圖像進(jìn)行損傷分析定位，利用三維圖像對(duì)運(yùn)動(dòng)損傷姿態(tài)采集是一項(xiàng)先進(jìn)的科研項(xiàng)目。通過(guò)三維圖像的姿態(tài)鑒定完成對(duì)運(yùn)動(dòng)損傷姿態(tài)信息采集，可以彌補(bǔ)二維圖像不連續(xù)的弊端。通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到結(jié)論，該設(shè)計(jì)方法能夠準(zhǔn)確地采集損傷姿態(tài)信息，無(wú)推算連續(xù)值，定位過(guò)程中使用三維圖像能夠多角度地分析損傷姿態(tài)。

關(guān)鍵詞： 三維圖像； 運(yùn)動(dòng)損傷； 姿態(tài)采集方法； 姿態(tài)鑒定； 信息采集； 連續(xù)值

中圖分類(lèi)號(hào)： TN911.73?34； TN273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2018）04?0048?04

Abstract： In allusion to the problems that the collected information is inaccurate and incomplete and the collected images are incoherent in the traditional sports injury acquisition method， a sports injury attitude acquisition method based on three?dimensional （3D） image analysis is proposed. The 3D image analysis is introduced to analyze and locate damage of moving images. Adoption of 3D graphics is an advanced scientific research project for sports injury attitude. The collection of sports injury attitude information is completed by means of attitude identification of 3D images to make up the incoherence disadvantage of the two?dimensional graphics. The contrast experiment was carried out. The results conclude that the design method can accurately collect injury attitude information， there are no calculated continuous values， and the injury attitude can be analyzed from multiple angles by using 3D images during the location process.

Keywords： 3D image； sports injury； attitude acquisition method； attitude identification； information acquisition； continuous value

0 引 言

在比賽以及日常訓(xùn)練過(guò)程中，由于運(yùn)動(dòng)員的姿態(tài)不正確最終導(dǎo)致?lián)p傷以及傷病的現(xiàn)象，隨著現(xiàn)代科技引入到體育運(yùn)動(dòng)中，應(yīng)用一定科技手段對(duì)運(yùn)動(dòng)損傷姿態(tài)進(jìn)行定位采集，從而避免運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中造成的運(yùn)動(dòng)損傷以及傷病。傳統(tǒng)方法通過(guò)運(yùn)動(dòng)生理極限、圖像定位以及圖像計(jì)算等技術(shù)對(duì)運(yùn)動(dòng)損傷過(guò)程進(jìn)行姿態(tài)的信息采集[1?2]，由于變量以及數(shù)據(jù)推導(dǎo)而實(shí)現(xiàn)的損傷姿態(tài)的數(shù)據(jù)采集，存在數(shù)據(jù)誤差及數(shù)據(jù)偏移，包括使用建模的方式都是存在一定的誤差，并且極限數(shù)據(jù)是一個(gè)變量。本文提出基于三維圖像分析的運(yùn)動(dòng)損傷姿態(tài)采集方法，引入三維圖像分析法進(jìn)行三維運(yùn)動(dòng)損傷定位，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)損傷姿態(tài)的信息采集。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于三維圖像分析的運(yùn)動(dòng)損傷姿態(tài)采集方法能準(zhǔn)確地對(duì)運(yùn)動(dòng)損傷姿態(tài)進(jìn)行信息采集。

1 基于三維圖像分析法的運(yùn)動(dòng)損傷采集

1.1 引入三維圖像分析法采集損傷信息

三維圖像分析法對(duì)三維運(yùn)動(dòng)圖像進(jìn)行甄別處理，可對(duì)運(yùn)動(dòng)圖像高仿真的模擬，摒棄連續(xù)圖像出現(xiàn)的非共用極值[3]。本文引入的三維圖像分析對(duì)連續(xù)的三維圖像進(jìn)行識(shí)別鑒定，對(duì)運(yùn)動(dòng)人員的連續(xù)鑒定圖像能夠同時(shí)進(jìn)行6幅圖像以上，首先需要對(duì)運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬鑒別，使用一定的運(yùn)動(dòng)集合參數(shù)和二維運(yùn)動(dòng)圖像對(duì)三維圖像特征進(jìn)行分析[4]。假設(shè)已知的多維運(yùn)動(dòng)特征為[uijviji=1，2，…，F(xiàn)j=1，2，…，p]，通過(guò)損傷鑒定組建[w2F×p]矩陣，如下：

最終能夠得到一個(gè)矩陣陳列式，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)損傷進(jìn)行配點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集[8]，[Wij]是假設(shè)而來(lái)的三維運(yùn)動(dòng)損傷數(shù)據(jù)的理論標(biāo)記矩陣，通過(guò)對(duì)三維圖像分析法的引入實(shí)現(xiàn)多圖像運(yùn)動(dòng)損傷識(shí)別。

1.2 實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)損傷姿態(tài)采集

本文使用三維圖像數(shù)據(jù)對(duì)運(yùn)動(dòng)員的損傷數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別，首先需要進(jìn)行三維圖像的損傷標(biāo)記確認(rèn)，上述過(guò)程中的三維圖像分析法的引入已經(jīng)完成了對(duì)損傷數(shù)據(jù)的標(biāo)記，不能進(jìn)行判斷。假設(shè)三維運(yùn)動(dòng)損傷圖像損傷數(shù)據(jù)在[na，t]內(nèi)，其損傷姿態(tài)用疊加數(shù)據(jù)[c+y]進(jìn)行表示，損傷矩陣陳列式為：

式中：通過(guò)三維的損傷矩陣及損傷圖像陳列式變化得[μ2c]為運(yùn)動(dòng)員損傷標(biāo)定數(shù)據(jù)；[μ2y]為損傷的關(guān)聯(lián)參數(shù)[9]。為了實(shí)現(xiàn)姿態(tài)的數(shù)據(jù)定位，使用[μcy]作為判斷數(shù)據(jù)，[μc]，[μy]為運(yùn)動(dòng)姿態(tài)矩陣參數(shù)。

經(jīng)過(guò)判定的損傷數(shù)據(jù)能夠在運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)矩陣中得到制約，并可以通過(guò)計(jì)算方差對(duì)其提取。若方差小于理論的假設(shè)值，那么可以使用理論值進(jìn)行提取。本文設(shè)計(jì)的基于三維圖像分析的運(yùn)動(dòng)損傷姿態(tài)采集方法實(shí)現(xiàn)過(guò)程如圖1所示。endprint

2 仿真實(shí)驗(yàn)分析

2.1 仿真環(huán)境及參數(shù)設(shè)置

仿真環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)過(guò)程通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬得到，其模擬了多種運(yùn)動(dòng)損傷過(guò)程，其試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置如表1所示。

2.2 兩種方法下的對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本文提出的基于三維圖像分析的運(yùn)動(dòng)損傷姿態(tài)采集方法與傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)損傷數(shù)據(jù)采集方法對(duì)不同的損傷過(guò)程進(jìn)行模擬對(duì)比，首先進(jìn)行非器械列的模擬試驗(yàn)。結(jié)果如表2、圖2、圖3所示。

從圖2、圖3可知，非運(yùn)動(dòng)器械的運(yùn)動(dòng)損傷采集過(guò)程中的仿真數(shù)值能夠反映三維數(shù)據(jù)采集過(guò)程的準(zhǔn)確度，非運(yùn)動(dòng)器械的損傷程度主要來(lái)源于肌肉損傷，通過(guò)仿真數(shù)值可以進(jìn)行對(duì)比。本文提出的基于三維圖像分析的運(yùn)動(dòng)損傷姿態(tài)采集方法在手臂處仿真點(diǎn)位明顯比傳統(tǒng)方法中仿真點(diǎn)要精準(zhǔn)，本文方法其仿真數(shù)值更加準(zhǔn)確。對(duì)器械類(lèi)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行仿真試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表3、圖4所示。

圖4為手部的姿態(tài)信息采集灰度圖像。分析圖4可知，本文設(shè)計(jì)的基于三維圖像分析的運(yùn)動(dòng)損傷姿態(tài)采集方法為圖4b）的圖像，圖4a）為傳統(tǒng)方法采集的灰度圖像，從實(shí)質(zhì)的曝光率來(lái)看，本文設(shè)計(jì)的方法能夠準(zhǔn)確地捕捉同時(shí)采集到損傷姿態(tài)，傳統(tǒng)方法中存在極大的曝光點(diǎn)。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文提出基于三維圖像分析的運(yùn)動(dòng)損傷姿態(tài)采集方法。引入三維圖像分析法進(jìn)行三維運(yùn)動(dòng)損傷定位，運(yùn)用三維模擬計(jì)算過(guò)程標(biāo)定運(yùn)動(dòng)限制，使用計(jì)算過(guò)程代替?zhèn)鹘y(tǒng)的選定過(guò)程，能夠有效地避免過(guò)程量以及變化量的選定，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)損傷姿態(tài)的信息采集。希望通過(guò)本文的研究能夠提升對(duì)運(yùn)動(dòng)損傷的信息采集能力。

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