SIMI Motion 3D技术动作分析系统

        SIMI Motion 3D技术动作分析系统

 （别名：运动技术诊断系统、三维解析系统，步态分析系统、动作捕捉系统）

 德国SIMI是全球视频动作捕捉技术的领 导者，SIMI Motion 3D技术动作分析系统2000年引进我国，参加了国家队悉尼雅典北京伦敦里约东京奥运科技攻关和我国体育大省全运会备战以及主流体育大学，体育职业技术学院和众多师范大学体育学院的教学科研。

系统广泛应用于体育项目动作技术诊断、运功康复步态分析评定、双足机器人，比较医学等研究领域。

产品描述：

捕捉方式： SIMI Motion 3D技术动作分析系统室内贴标记点时，使用自动捕捉功能。无标记点手动捕捉，色差点半自动捕捉。

室内或室外情况比较复杂，比如旋转动作遮挡多，使用镜头又少，使用自动和手动混合的半自动捕捉方式。室外无法使用标记点时，可以使用手动捕捉有色差斑块自动捕捉功能。

标定方式： 视在不同场景选用不同的进行标定。可选三维标定框架有：DLT辐射型三维标定框架，大范围DLT三维标定架，微型DLT三维标定框架，形DLT三维标定框架,T+L型魔棒式三维标定架（分室内型和室外型），标定板(用于镜头畸变矫正），移动追踪摄影全范围标定系统。

软件可以检测验证标定数据精度，有报告显示。

摄像机数量：3D数据分析，至少要2台以上的摄像机才可以。SIMI Motion3D系统可以在2-8台之间选择。三维数据分析必须保证2台摄像机同时拍摄到追踪点，才能得到该点的三维空间数据。

由于被拍摄人体动作姿态的多样性，尤其是有大转体的动作，在2台摄像机拍摄时追踪点被遮挡非常严重，增加摄像机的数量是为了减少遮挡带来的问题。

摄像机种类：SIMI Motion3D系统摄像机分为电缆同步采集型，大型场馆大口径变焦远程遥控型，冬季项目抗低温型，水下型，无线遥控采集型几大类。

采集拍摄配置一：多台AVI 高速摄像机+数据电缆+同步信号和供电电缆+采集和存储服务器电脑。

摄像机参数用SIMI软件调节，AVI视频实时传送到SIMI软件内，在软件内一键同步采集，优点是采集效率高，视频格式软件兼容，自带同步点。这类一般摄像机本身无存储和供电功能，需要根据帧数像素和录制时间定制电脑服务器来采集存储。需要根据客户应用场景配置不同参数的摄像机，不同镜头，不同传输方式配置电脑服务器。 AVI格式视频数据量相当大。对传输和存储的硬件要求非常高，目前全球视频光学捕捉系统的软件都只能处理AVI原始无压缩格式的视频。

自带存储和供电的AVI高速摄像机都非常昂贵，一台价格要十五万多万起。无法一键同步采集,视频需要后期导入。如果要实现同步，要另外购置同步装置。

采集拍摄配置二： 在不能敷设电缆的场景，比如频繁旅行，比赛场地或其他特殊环境。可以选用独立式MP4高速摄像机，事后转换格式，导入SIMI 软件，然后找同步点后使用，高级的转换软件稳定性好。

由于AVI视频是原始无压缩的，每秒的数据量超大，同样一秒钟的视频，AVI格式和MP4/MOV等压缩格式视频数据量相差几十倍。传输和存储的硬件要求非常高，目前民用领域已经摒弃了AVI格式，都是改为MP4,MOV等压缩格式。MP4和MOV格式视频必须是H.264的，才能转换，普通格式转换软件，容易出现丢帧的问题。 

定点拍摄和移动镜头拍摄： 每个摄像机和环境要建立空间关系，才能在软件里换算得到所有追踪点的三维位置信息，位移信息。因此动作捕捉系统都要求必须是定点拍摄，镜头在标定后，机身焦距焦点统统不能有任何微小的变动，任何一个环节变动了，都将导致数据作废。定点拍摄的特点是，被捕捉物体在视频内越大，精度就越高，越小精度逐渐降低。

对于分析跳跃类带助跑过程的项目，定点拍摄只适合于小范围空间的动作分析，为了解决这一难题，SIMI Motion 3D 系统有一个“移动追踪摄影”的选购模块和定制标定系统。摄像机在工作时，镜头可以推拉摇移，让运动员在镜头内一直保持比较大的比例，保证分析精度。这种拍摄方式必须在跑动区域现场全程布设大量测量点建立专门的坐标系。 

捕捉对象：可以是人体，也可以捕捉运动器械，动物等.......

 数据种类：可以得到各个关节角度、角速度、距离、速度、加速度，计算得到平面和空间三点或四点所成的角度；与某一坐标平面的夹角及空间距离参数；坐标系的平移和旋转、运动周期分析、人体重心，轨迹等数据。也可以得到器械的飞行角度速度加速度轨迹等。 

呈现方式：捕捉完成后，可以直观看到数字模拟人体棍图，器械的模拟图，各种数据曲线，可以360任意角度观看回放人体动作和器械的三维模拟棍图。适合教练员和运动员事后直观的细节分析。数据和视频内容可以PDF方式输出报告，原始数据可以用EXCEL表形式导出。频闪轨迹残留，频闪间隔时间以帧为单位自由调整。     

其他功能：

设定轨迹残留的间隔和线条颜色和线条的粗细，同步显示分析数据曲线和视频图像和棍图视频回放频率调整，同屏显示48个录像画面。    

解析关节点图像放大:手动解析时，在显示全幅录像画面时，随鼠标移动,可实时同屏显示所需关节点的局部放大图像(放大倍数自由设定)，操作更加轻松，并大大提高了解析精度。 

多图像同屏解析：在作三维分析时，可将多台摄像机所拍摄的图像同时在显示器上显示。当身体的某一环节被遮挡时，可从其它摄像机所拍摄的图像观测到此身体的这一环节，解决了普通解析系统存在的盲区问题: 

单幅图像测量： 不必对几十幅的连续图进行逐幅解析，使用系统的单幅图像测量就可完成某些动作分析（如三级跳的三跳比例）的角度，距离等测量工作。适应快速反馈，适应教学。可以在一页A4幅面上，一图片的形式，显示不同帧截取的视频片段，截取间隔自由设定。 

分析图像的镜像和旋转功能： 图象旋转功能可以充分利用图像画面的大小，使得所拍摄的物体在画面中的成像尽可能地大，以提高解析的精度。分析图像的镜像功能可以使人体或物体运动方向不同的分析图像运动方向一致，便于分析比较。系统这一功能使得在拍摄运动技术录像时有很大的灵活性。 

人体环节参数：（适应中国人体特点）对人体模型的参数是开放的，身体重心和环节重心不但可以使用Clauser、deeva、Hanavan、Gubitz、Dempster的数学模型，使用者还可根据自己的分析需要（二维，三维和身体环节数），编辑自己人体参数文件。且这文件是纯文本文件，可用任何文本编辑软件按照一定的数据格式方便的进行编辑和存储，在计算人体重心时可对此文件进行调用。 

强大的计算功能：有众多的数据的处理方法。如计算平方根、微分积分、频谱分析、富利叶处理、低通滤波和样条函数以及自动或交互式确定偏移量等。可计算得到平面和空间三点或四点所构成的角度。与某一坐标平面的夹角，以及平面和空间距离等数据；可以计算移动平均以及坐标系的平移和旋转等。可以自动定义角度、距离以及速度和加速度等；

 多种数据格式输出：系统分析的数据可以以文本格式输出，与多种其它软件兼容匹配。应用于其他的电子表格软件（如Excel等）进行进一步的处理分析，而且可以以多种动画制作应用软件（如3D MAX,Poser, Lightwave, Cinema 4D等）的数据格式输出，并应用于人体动作的动画制作和教学课件的制作。

 课件制做：方便地制作图片，图表，文档，表格，幻灯等课件。

 外部数据的接口：系统是一个开放的生物力学分析平台，具有良好的扩展功能。测力台:（如KISTLER，AMTI，Bertec）,足底压力分布测量系统（如FSCAN Tekscn, NOVEL，Paromed和Medilogic等）肌电（EMG）如Delsys. Biovision、Noraxon等。上述测量数据可由系统的外部数据接口输入到系统内与录像分析获得的运动学数据同屏显示和分析比较。

测力台、肌电及脚底压力测量同步采集和分析需求须另选配软件模块和连接硬件。可根据经费情况一次配齐或分步陆续添置。

 数据输出：三维数据能以多种动画制作的软件数据格式输出（如：bvh,maya,lws, Filmbox），多种数据格式输入与输出（C3D, txt, ASCII 等）