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影像分析系统在动作技术
诊断中的作用

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学号： 0902030517

运动影像解析系统可以精确、 实时地计测出运动员动作过程中各个部位的运动曲线及关节相对转动角度, 这对于教练员纠正运动员的错误技术动作、 防止运动损伤和提高运动成绩, 有着极其重要的意义。通过对运动影像解析系统的发展历程、 现状、 性能及特点、 国内外系统的比较及发展趋势等方面进行论述和分析, 为运动影像解析系统在体育训练中的实施提供理论依据。
运动生物力学是一门应用科学，因此把研究方法作为本学科的重要组成部分。研究人体运动时，经常需要的参数有人体重心及其坐标、关节运动的角度、人体运动的速度和加速度、踏蹬力量和时间、肌肉工作的强度等，因此必须用测试的方法收集材料，进行研究这种方法主要是：摄影记录动作。分为普通摄影、运动光点摄影、连续闪光摄影和电影摄影。
运动影像解析系统的发展历程
1972 在美国宾夕法尼大学召开的第四届 国际生物力学会议上将运动生物力学从生物力学中划分出来。近三十年运动生物力学得到了迅速的发展，20世纪 80年代到达鼎盛时期。运动生物力学除了与解剖学、生理学结合较多外，与医学、康复结合也逐渐密切，研究成果的水平有了很大的提高。现在摄影测量已发展到三维高速录像（如美国 Pea5 系统），测力系统已发展到 6 分量测力台（如瑞士Kistler系统）、关节肌力矩测量系统（如美国Cybex系统）等，已基本形成了相对完善并互相支持的运动学、动力学和肌电测量三大系统[1-2]。研究内容已经由为奥运战略服务向竞技体育上 扩展，对人体的研究，已由对人体整体运动的研究，逐渐发展到不同环节和结 构的深入研究；由对人体运动的描述性研究，发展到探讨运动时神经肌肉的控 制以及运动系统和感觉系统的整合训练器械或反映运动员专项力量的训练手段，测定运动员的专项力量训练水平，此法可称为“运动测量法”。实验研究方法与理论研究方法相比较略显成熟，主要有以下特点：（1）在检测手段上随着工程技术的进步，手段越来越多样化。从“传统”的摄影技术发展到三维立体摄影，已经能更精确反映事物的运动特征，而且许多新的?现代化技术装备也被应用到运动生物力学研究上，例如激光 瞄准测试分析系统、爱捷运动图像分析系统、六维测力平台SAEM S-T、四导遥 测肌电仪、万能材料试验机等
现阶段：随着运动竞技水平和运动训练科学化程度的提高，运动生物力学研究的方向也将从简单的对人体动作技术分析深入到对内在机理的探讨，随着医学科学和康复科学的发展骨科生物力学、临床生物力学、康复生物力学以及生物工程中的生物力学等将得到迅速发展，逐渐成为国际运动生物力学的主要研究领域。
运动影像解析系统可以精确、实时地计测出运动员动作过程中各个部位的运动曲线及关节相对转动角度,这对于教练员纠正运动员的错误技术动作、防止运动损伤和提高运动成绩,有着极其重要的意义。通过对运动影像解析系统的发展历程、现状、性能及特点、国内外系统的比较及发展趋势等方面进行论述和分析,为运动影像解析系统在体育训练中的实施提供理论依据
为了更好的验证系统性能和检查综合使用的效果，我们对多个运动队进行了部分数据的测试：
举重队：我们首先向教练员介绍了该系统的使用方法，由教练员本人根据其技术动作测试需要进行现场操作，本次操作教练员提出需要测试挺举过程中杠铃的运动轨迹，以了解每个运动员的技术动作。我们选择了3名优秀运动员分别进行动作全过程录像拍摄，拍摄角度与杠铃杆平行，拍摄完成后，现场与计算机相连进行数据传送，教练员首先进行了不同运动员技术动作录像眈较，通过使用多面面同步及异步播放、慢动作、单帧控制等操作．定性的了解了不同运动员技术动作的差异。然后教练员对运动员录像根据选定模型进行标定解析，最后得到杠铃的运动轨迹，在数据分析模块进行对比，清楚的看到其中两名运动员杠铃运动轨迹相对比较垂直，而另一名运动员则明显成“S”型，这与他们的训练成绩也完全符合。整个过程从学习开始到全音B结束仅半天时间，而定性分析阶段的掌握仅用了30分钟。整个操作简单、易行，教练员完全可独立掌握。
体操队：根据我们的讲解教练员也很快的掌握了设备的使用．我们将运动员过去部分录像资料输入到计算机中，通过该软件进行对比分析，在跳马项目中选择了4名运动员的录像资料进行分析，首先输入标尺，然后选定运动员最后一步着地点和踏板的起跳点，自动测出两点之间距离，得到起跳前最后一步的步幅。选定运动员脚刚踏扳一帧画面与离开踏板起跳画面，自动测出起跳时间。同样办法测得腾空高度，对不同运动员测试数据进行对照分析，找出一般运动员与优秀运动员之间的差异。整个测试分析过程仅用了十几分钟，操作只点了几下鼠标。通过不断的录入运动员图像资料，逐渐建立了运动员动作分析数据库，便于分析、比较、查询。
要对测量结果进行分析，首先依据专项特点，对运动员的运动过程进行动作阶段和时相划分，以提取运动技术特征画面，确定运动技术的诊断指标。特征画面即为不同动作阶段的临界点，也可以说每两个特征画面之间的问隔为一个动作阶段。诊断指标是指能够反映人体运动特征的数据，一方面是特征画面那一时刻所对应的各种环节和关节角度、(角)速度、(角)加速度等瞬时值，另一方面是指每两个特征画面之间的间隔，即动作阶段所对应的上述参数的增量(或减量)。在每个动作阶段当中各种参数的增量反映了在这运动阶段的运动质量。由于特征画面承上启下的作用，使特征画面所对应的各种参数的瞬时值既能够反映前一动作阶段的运动结果，又是下一动作阶段的初始条件，具有极高的应用价值。由于研究对象、目的及研究侧重点的不同，动作阶段划分的依据也多种多样。通常确定依据的客观标准是既要能表达动作结构的实际又便于实际测量。
结论此系统数据处理快速、操作简单，可应用于多种运动项目，是生物力学分析与当代计算机技术在实践中的有机结合，特别是在现今计算机广泛普及的条件下。很小的投资就可实现强大的功能，有利于促进生物力学分析的普及、应用，使教练员能及时、准确的掌握运动员技术动作，发现问题解决问题，进而提高运动员的运动成绩
发展趋势 未来数年运动生物力学的研究方法发展趋势可归纳为： 1.竞技体育技术测试研究方法的发展趋势，是向着适合于各个运动项目需 要的、能现场及时反馈测试分析结果的仪器设备与方法和提供详细测试分析报 告的仪器设备与方法两条并行的途径发展。（1）三维跟踪摄像、摄影测量方法的推广；（2）摄像、摄影精度逐步提高；（3）三维摄像、摄影测量逐步普及；（4）影像测量点识别、采集的自动化；（5）足底压力分布测试三维化；（6） 运动技术测试仪器专项化、反馈快速化；（7）数学力学模型和人体运动仿真使用化等；2.关于模型参数的选择和确定，取决于参数的功能，即区分敏感参数和常规参数，并且使这些参数定量化和具有可比性。关于数据采集，首先是数据采集的标准化，然后是对数据进行力学分析和评价，更重要的是对所采集的数据 进行模型模拟，因为模型模拟可以产生有关自变量对应变量影响的系列信息，并建立两类变量之间的数力关系，从而为技术分析、技术控制和技术最佳化提出预测，为运动损伤、康复手段的选择提供方案;3.运动器系的力学负荷、负荷分布和负荷能力以及运动器官、组织和系统的材料力学是预防生物力学的基础。重力、支持力、相互作用力、介质阻力以及摩擦力可作为对运动器系的负荷。通常使用但并未充分证明是否可靠的指标有 最大力、最大加速度、最大力矩、最大力梯度以及冲量、角冲量和它们的持续时间。所谓“最大”值也只是相对极限值。人体机能代偿能力的储备性决定了绝对最大值是不可计测的。近年来关于运动器械，包括鞋、服装方面的生物力学研究已引起人们的重视，这将是一个很有吸引力且富有商业价值的领域；4.测量技术、遥测技术和肌肉动力学测量技术（包括离体或在体肌肉动力学测量过程）将成为今后发展的重点，实验方法与理论模型相结合的综合研究日趋增加，主要趋向是遥测无线部分数据发射与数据采集装置的小型化和测量过程及结果分析的快速化。