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运动技术可视化实时生物力学诊断系统的研制

赵焕彬  
【摘要】: 本研究以科技奥运和提高我国体育科研与运动员的训练水平为背景,以目前运动技术诊断三维录像分析系统为平台,构造基于运动员三维运动信息和运动参数数据库、知识库,以系统的观念来分析人体运动行为,通过人体运动行为的输入输出关系来研究运动员技术动作。本文运用文献法、测量法、专家访谈、软件工程法、逻辑方法、数理统计、人工智能等研究手段,综合和借鉴运动训练学、运动生物力学、图形图像学、人体解剖学以及专家系统、神经网络、信息融合等学科的研究方法,解决从信息提取、推理、到多目标参数融合与决策等一系列理论与应用的关键问题,根据目前国内外录像解析系统的现状与特点,针对在运动技术诊断中存在的问题,以100米跑为切入点,研制我国运动技术三维运动学可视化实时生物力学诊断系统。 本系统采用DirectShow技术实现录像视频中帧图像的提取,可直接存储于计算机硬盘,在Windows操作系统下,实现了无限量、彩色提取和储存视频图像的功能,解决了运动技术诊断过程中所需视频图像的时间和空间的问题,为解决不同运动项目诊断分析提供了获取视频图像的保证,为运动技术诊断的快速反馈构建了平台;本研究给出一种基于关节点周围轮廓线上特征点来代表关节点的方法,采用区域跟踪关节关节点周围轮廓线特征点的方法,自动识别人体关节点,取得了初步效果;系统设计并研制出便携式的三维坐标框架;为用户提供了中国、日本、前苏联、德国、美国五种人体环节惯性参数,供用户选用。首次在影像解析系统中设置了中国人体环节惯性参数,填补了国内外影像解析系统的空白。 建立了100米跑动作技术可视化运动学诊断系统。阐述了运动技术诊断的基本思想;明确了运动技术运动学诊断的基本模式;定义了短跑技术主环节的技术变量,明确了短跑技术主环节链技术变量在不同动作阶段和时相所对应的技术参量;构建了运动技术诊断指标体系,丰富了研究变量;依据国内外的研究成果,提供了国内外优秀运动员100米跑不同动作阶段和动作时相技术参数,建立数据库;确定了短跑运动技术诊断指标和诊断方法,增强了系统解决运动实际问题的功能。用户可以根据自己的需求设计、构造变量,自由选择技术参量,利用解析系统获取被试的技术参数,依据国外专家研究的短跑经验模型与系统提供的国内外优秀运动员的技术参数进行自动化对比分析。 用户依据解析的数据,可实现多种模型人和运动员的左右双图对比、上下双图对比和同一背景双图对比功能;可实现单帧、多帧、静态和动态的可视化的、可调焦的动作技术的三维对比观察;可将两个不同时间点或不同人的运动图像相互叠加同屏显示;可在一个画面显示连续动作。 诊断结果的输出模块,提供了数据、曲线、各种统计图表的输出功能。数据可直接与EXCEL和各种统计软件系统兼容。方便了用户诊断数据的处理和保存。 该系统可帮助教练员形象直观的定量分析和评价运动员的动作合理性,使训练和比赛科学化、数字化、理论化,有助提高运动成绩。该项研究为不同人群的动作和运动技术诊断构筑了拓展平台,可提高人体动作技术科学研究水平,为改善人体动作和提高运动成绩服务。具有良好的实际应用价值和市场开发前景。


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