三维步态分析在骨科康复等临床医学的应用

作者：刘安民先生，英国曼彻斯特索尔福德大学健康学院研究员

一步态分析研究的历史

行走是人类最基本的运动，行走的姿态可分为不同的类型。步态分析是一门有关人行走过程中, 体态, 骨骼间 (关节) ，肌肉与肢体，以及肢体与外界物体间相对运动，力学关系的分析方法。步态分析是固体力学在生物系统应用 (即生物力学)的典型范例。

人类对动物及自身姿态及运动的兴趣和研究起源可以上溯到公元前三个多世纪的亚里士多德。他的‘动物的行走’被广泛认为是人类有关包括自身在内的动物行走研究的最早专著。文艺复兴时期的艺术家达分奇被认为是生物力学的先驱之一，因为他首次在力学环境下研究人的骨骼解剖结构。十七世纪的法国物理家勒内·笛卡尔最早提出人和所有动物的行走都遵循统一的力学法则，他的这一思想对促进和推动生物力学的持续发展起到了重要作用。同一时期的意大利物理家乔瓦尼·阿方索·博雷利接受了这一思想，并对鸟和鱼等走，跑、跳、飞和游等动作进行了研究，他甚至在力学框架内研究了心脏的活塞运动。确定人体重心的位置，测量出吸和呼的空气量，并指出吸气是肌肉收缩造成，而呼气是由于身体组织弹性造成。博雷利首次阐明骨肌系统的杠杆结构对运动而不是力本身的放大作用。肌肉必须产生足以克服运动阻力的力才能实现运动。受伽利略影响，他在牛顿三大定律发表前便建立了直观了解关节静力平衡规律的方法。

运动是生物力学的重要组成部分，有关动物运动及人类步态的研究随着工业革命的开始得到进一步发展，首先，著名的德国爱德华·韦伯和威廉·韦伯兄弟正式系统地对人类行走进行了研究，1836年合著了‘人类行走力学’。随后, 相机的发明对生物运动学产生了巨大推动作用。该时期的法国生理学家艾蒂安·朱尔斯·马雷在专著‘动物机械原理’中，提出了动物，人和机器都遵守同一物理法则，人体仅是有生命的机器的理论。他利用自己发明的步枪式连拍照相机成功记录了鹈鹕等多种鸟，动物及人的动作。英国人爱德华·迈布瑞奇(与其同龄,同与1904去世)几乎于同一时期在美国利用多架相机，成功捕捉了奔马连续动作的多幅照片，不仅证明马在奔跑的过程中会产生四蹄离地的瞬间，而且证明了法国人马雷理论的正确性。这二位开创性的工作使得他们被后人尊为生物力学的先驱。他们采用的联系动作连拍摄影的方法到目前为止还是步态分析的重要组成部分。

上个世纪四十年代，二战造成的众多伤残人员对假肢的大量需求促进了步态分析的研究。当时的假肢无论在设计和临床应用都没有成熟的步态生物力学理论可寻。每个残疾人的假肢都是经多次重复试验确定，不仅设计匹配无优化，而且耗时。美国的骨科医生维恩·托马斯·茵曼和结构工程师出身的著名假肢设计师的霍华德·戴维斯·艾博哈特(初为茵曼的截肢病人)共同开展了大量针对人类行走生物力学的系统研究1,2,3,4。不仅确定了各个肢体在每个步态周期的运动，而且测得了着地足的地面支反力以及肌肉在收缩时的肌电信号。力和肌电信号的引入极大地推动了步态生物力学的发展。他们发现的

决定健康正常行走的诸多要素为假肢的设计，以及后来的步态分析临床应用奠定了基础。

电子及计算机技术的迅速发展，使得基于红外线摄影的数字化运动捕捉和分析系统在过去的三十多年间逐步发展成为广为应用的临床步态分析工具。步态分析已经从图像观察为主的文字描述模式发展成了精确的三维数字报告模式。目前，一份综合步态试验结果可以包括多平面同步录相，运动，地面支反力，足底压力，肌电信号及能耗(耗氧)量的详细记录。通过生物力学分析软件处理，一份包括步态时空变量(步宽，步(跨)长，步频和线性速度)，三维关节角度(可以是非相邻肢体间相对转角)，角速度，角加速度，关节力，力矩和功率，以及肌腱长度变化和肌腱力的步态分析报告可以在步态试验后迅速形成。步态分析的准确性和全面性使其在临床诊断和科研中得到了越来越多应用。二步态试验室的基本构成目前的运动捕捉及分析设备分为传感器式和光标信号式两种。传感器式的运动捕捉系统是以测量加速度和角转动惯量(陀螺仪)为基础的运动定位方法。其特点是价格相对便宜，运动信号的测量不需参考坐标系，方便用于试验室(户)外。但存在零飘和信号误差积累的问题。基于光标信号的运动捕捉系统又分为主动光标式和被动光标式。典型的被动发光光标产品系列有瑞典的QUAULISYS系统,英国的VICON系统，美国的MOTIONANALYSIS和OptiTrack系统，这些系统以其灵活简单的布光标方便性在步态及运动分析试验室得到广泛应用。此外，也有功能相同但以主动光标为特点的主动型运动捕捉系统，如英国的CODA和加

拿大的NDI系统。这些运动捕捉系统与测力设备，表面肌电测试等系统一起构成一个现代步态试验室。一个现代步态分析试验室(图1)的主要设备及软件：·一个宽敞的实验室(行走步道长度应在６米以上，以保障采集的步态周期均匀，稳定)；·两个摄相机(用于从前面和侧面对患者的步态试验录相)；·一套三维运动捕捉系统(一般至少要８个摄像头，增加镜头数，可以提高运动数据质量)；·一至两个嵌入实验室行走地板中的测力板(两个以上的测力板会提高力数据采集的效率)；·一套体表肌电测量系统(常用８－１６通道，即监测８－１６块肌肉活动度)，；·一套足底压力测量系统(可选)；·一套耗氧测量系统(可选)；·步态分析软件，如美国CMOTION 的VISUAL3D 软件等。图1: 英国曼彻斯特索尔福德大学健康学院

三步态分析的基本方法临床步态分析的关键是相关医生与生物力学工程师对人体行走生物力学的正常规律和参数的全面掌握5。这包括标准健康人正常自然行走的速度，步频，步(跨)长，着地足在支撑相所用时间，摆腿相所用时间以及支撑相在一个步态周期所占的百分比。标准健康人正常行走时每一块肌肉收缩的时序和持续时间。标准健康人正常行走时地面支反力在三个平面(矢状面，冠状面和水平面)分量的变化规律和变化范围。标准健康人正常行走时关节运动在三个平面分量的变化规律和角度变化范围。标准健康人正常行走时关节力矩和机械功率在三个平面分量的变化规律和变化范围。标准健康人指的身体健康，体重身高在标准正常范围，足踝，下肢及神经系统无缺陷，残疾和运动疾病病史的人。测试者以自己常用的均匀速度和

嵌入式人体步态自动识别系统

嵌入式人体步态自动识别系统早期的医学研究指出：人的步态中有24种不同的成分，如果把这24种成分都考虑到，则步态是为个体所特有的。有关研究人员近些年来通过对人的步态分析，已经得出了在步态视频序列中含有人的身份信息，因此进行步态识别也是一种非常重要的生物识别技术。步态识别是近年来越多的研究者所关注的一种较新的生物认证技术，它是通过人的走路方式来识别人的身份。基于步态的身份认证识别技术相对于其它生物识别技术有如下优点：远距离识别、识别对象的被动性、不易被隐藏、不易被察觉、应用领域广阔等，步态识别技术最近已经备受关注，并且已经取得了一些初步成果。如美国国防部研究项目署(DARPA)2000年的重大项目一HID(human identification at adistance)计划，其目的就是开发多模态视觉监控技术以实现远距离情况下人物的检测、分类和识别。中科院自动化研究所模式识别国家重点实验室近年也开始了对步态识别的研究，而且创建了NLPR步态数据库。虽然步态识别是一个新兴的研究领域，但是近年来已经涌现出了一些尝试性的工作。最早提出步态识别算法的是Niyogi与Adelson等人。Cunado和Nixon等人提出了一种基于模型的特征提取分析方法，VHT(velocity hough transform)。Kale等人将行人的外轮廓宽度作为图像特征，提出了一种依赖于角度的识别方法。而Johnson和Bobick 提出了一种不依赖于角度的步态识别算法。Sarkar等人提出了步态识别的基线算法。Lee等人提出了一种基于步态外形的表达方法，其具体做法是先将人体的各个部分映射到几个椭圆组成的模型上，然后用其质心位置和离心率作为步态特征来进行步态识别。Wang等人提出了一种简单有效的、基于人体运动轮廓的识别算法。值得注意的是，步态识别的研究尚处于初级阶段，表现在： a．实验都是在特定的环境下进行的，比如相对简单固定的背景，人相对于摄像机侧面行走，摄像机固定不动等；b．算法的评估都是在小样本数据库上进行的，而且数据库也不规范。迄今为止，针对步态识别所进行的研究几乎全部是基于PC机的，而在许多情况下，却需要非PC机环境，所以研究基于嵌入式平台的步态识别系统，具有一定的工程意义。本系统的功能是对采集到的步态视频序列进行图像处理，得到视频序列中的人体步态信息，再由步态算法根据

BTS-G-WALK三维步态分析评估系统

BTS G-WALK三维步态分析评估系统 BTS G-WALK三维步态分析评估系统由惯性传感器组成，传感器的组件包含了三维加速计，磁感应器和三维回旋器，可以放在第五腰椎位置进行功能性步态分析。系统可以根据测得的数据进行诊断及训练方案制定，可以迅速进入测试，并自动生成测试报告。 BTS G-WALK具有完善的步态及骨盆运动分析软件系统，可以方便又有效的对神经损伤以及骨科疾患患者进行功能性评估，同时可以对运动能力和治疗结果进行客观分析。骨盆的运动学分析系统提供了常用运动步态常量，特别是关于骨盆前后旋转，对抗后倾以及侧屈的信息提示。与正常参量对比系统会自动将生成的数据与正常参量做对比，并直观的显示出患者评估与正常均值之间的差异。传感器跑台测量应用程序和软件特点：测量三维步态常量速度节奏步长歩宽步态周期支撑期摆动期单腿和双腿支撑神经性疾患应用领域轻偏瘫步态的典型特征为速度，节奏减慢，步长缩短。正常值轻偏瘫患者值速度68.5+/-6.7m/min44.0+/-22.9m/min 步频102.8+/-5stps/min84.8+/-22.4stps/min 步长 1.3+/-0.1m1.1+/-0.6m 帕金森疾患三维步态分析：支撑期和摆动期预防老年性摔倒步速，跨步长以及双腿支撑时间均值与正常参考值之间的对比,是预防老年性摔倒一个重要的评估要素。关节术后三维步态分析可记录关节功能恢复程度，假肢负载情况以及异常姿势矫正等问题的重要量化信息。传感器类型三维加速计，配灵敏计(±1,5g,±6g) 三维磁感器三维回旋器，配灵敏计(±300gps±1200gps) 电池可通过USB口充电，使用时长18/24H

步态分析

步态分析一、概述行走是人体躯干、骨盆、下肢以及上肢各关节和肌群的一种周期性规律运动，步态是指行走时人体的姿态，是人体结构与功能、运动调节系统、行为以及心理活动在行走时的外在表现。正常的步态有赖于中枢神经系统以及骨骼肌肉系统的正常、协调工作，当中枢神经系统或/和骨骼肌肉系统因疾病或损伤而受到损害时，就有可能出现步态的异常。步态分析是利用力学的概念和人体解剖、生理学知识对人体行走功能状态进行对比分析的一种生物力学研究方法。（一）步态分析步骤 1、描述研究对象的步态模式和步态参数，并与正常步态进行比较找出其差异； 2、分析出现差异的原因，研究产生异常步态的机制； 3、确定改善步态的治疗方案，包括步态训练的方法、假肢或矫形器的装配、助行器的选择。（二）步态分析方法 1．运动性步态分析对步行的运动模式或步行时身体节段间的相关进行描述，此类分析既可定性也可定量，临床上应用简单，易于开展，后面将详细介绍。 2．动力性步态分析需要具备专业的知识技术和昂贵的专用设备，目前在我国只有少数单位开展了此项工作，社区中不可能开展，此处不予介绍。二、正常步态（一）步态周期行走过程中，从一侧足跟着地到该侧足跟再次着地所经历的时间称为一个步态周期。在一个步态周期中，每侧下肢都要经历一个离地腾空并向前迈步的摆动相（迈步相）和一个与地面接触并负重的站立相（支撑相）。摆动相是指从足尖离地到足跟着地，足部离开支撑面的时间，约占步态周期的40％；站立相是指从足跟着地到足尖离地，即足部支撑面与地板接触的时间，约占步态周期的60％。其中，重心从一侧下肢向另一侧下肢转移，双侧下肢同时与地面接触的时间称之为双支撑相，一个正常步态周期中会出现两次双支撑相，各占步态周期的10%。详见图1。图1 步态周期示意图

三种动作捕捉系统解决方案的对比分析

三种动作捕捉系统解决方案的对比分析 2016年，全球范围内VR商业化、普及化的浪潮正在向我们走来。VR是一场交互方式的新革命，人们正在实现由界面到空间的交互方式变迁，这样的交互极其强调沉浸感，而用户想要获得完全的沉浸感，真正“进入”虚拟世界，动作捕捉系统是必须的，可以说动作捕捉技术是VR产业隐形钥匙。目前动作捕捉系统有惯性式和光学式两大主流技术路线，而光学式又分为标定和非标定两种。那么我们可以将动作捕捉系统分为以下三大主类：基于计算机视觉的动作捕捉系统（光学式非标定）、基于马克点的光学动作捕捉系统（光学式标定）和基于惯性传感器的动作捕捉系统（惯性式）。接下来我们对这三种形式的动作捕捉系统进行简单的解析。 1.基于计算机视觉的动作捕捉系统该类动捕系统比较有代表性的产品分别有捕捉身体动作的Kinect，捕捉手势的Leap Motion 和识别表情及手势的RealSense实感。该类动捕系统基于计算机视觉原理，由多个高速相机从不同角度对目标特征点的监视和跟踪来进行动作捕捉的技术。理论上对于空间中的任意一个点，只要它能同时为两部相机所见，就可以确定这一时刻该点在空间中的位置。当相机以足够高的速率连续拍摄时，从图像序列中就可以得到该点的运动轨迹。这类系统采集传感器通常都是光学相机，基于二维图像特征或三维形状特征提取的关节信息作为探测目标。基于计算机视觉的动作捕捉系统进行人体动作捕捉和识别，可以利用少量的摄像机对监测区域的多目标进行监控，精度较高；同时，被监测对象不需要穿戴任何设备，约束性小。然而，采用视觉进行人体姿态捕捉会受到外界环境很大的影响，比如光照条件、背景、遮挡物和摄像机质量等，在火灾现场、矿井内等非可视环境中该方法则完全失效。另外，由于视觉域的限制，使用者的运动空间被限制在摄像机的视觉范围内，降低了实用性。 2.基于马克点的光学动作捕捉系统

步态观察分析表

步态观察分析表（1）

、步态观察分析表（2）

观察顺序由远端至近端，即从足、踝关节观察开始依次评价膝、髋关节、骨盆及躯干。在评价每一个部位时，应对按步行周期中每一个环节的发生顺序进行仔细地观察，如从首次着地作为评价的起点。先观察矢状面，再从冠状面观察患者的行走特征。步态分析是生物力学领域里的一个特殊分支学科，是一个新兴的跨学科的研究领域，是一门综合多种学科的当代生物医学的一项高新技术。步态分析实际上就是利用生物力学，运动学，人体生理学，人体解剖学，生物工程学，计算机学，电子学，精密机械工程学，自动化控制学及数字图像处理技术等多种跨学科知识，对人体行走的功能状态进行对比分析的一种生物力学的方法。一、步态分析方法步态分析的方法包括录像分析、三维步态分析、力台分析。录像分析中又包括定性分析和半定量分析，而三维步态分析和和力台分析为定量分析，需要使用高科技专用设备。下面我们先介绍步态的定性分析。二、定性分析（一）概述定性分析通常采用目测观察获得第一手资料，通过与正常步态进行比较，并结合以往的临床经验来认识异常步态的特征，对步态进行定性分析是目前临床中最常用的手段。了解病史和体检有助于诊断和鉴别诊断。 1. 了解病史通过了解病情，可以获知有关疼痛、肌无力、关节不稳等方面的主诉，了解既往有关神经系统疾患或骨关节疾患病史等 2. 体检体检包括与行走动作有关的身体各部位（特别是下肢）的肌力、关节

活动度、肌张力、本体感觉以及周围神经检查。体检有助于对步态障碍的发生原因进行鉴别诊断 3. 观察步态（ 1 ）观察内容：步态的总体情况识别步行周期的时相与分期特点观察身体各部位的情况（ 2 ）观察方法确定观察角度观察具体步态的形成步态目测观察表的内容（二）定性分析的优缺点优点：不需要昂贵的设计，评价快速方便。缺点：结果具有一定的主观性，与观察者的观察技术水平和临床经验有着直接关系。检查者难以准确的在短时间内完成多部位、多环节的分析，由于属定性分析，不能够进行量化，所以不利于进行学术交流。（三）注意事项观察场地内光线要充足，检查时被检查者应尽量少穿衣服，以便于观察患者的真实表现。依次观察某一个关节在站立相和迈步相各个环节中的表现，并按照踝、膝、髋、骨盆和躯干等顺序逐一进行观察，为了减少病人的观察时间，我们应采用录像分析法，这样可以反复播放病人的行走情况，便于细致观察。三、量表评定 Holden 功能行走分级、Wisconsin 步态量表、Tinetti 步态量表、限时站起和行走测验

手功能三维动作捕捉分析系统

用途：手在人日常生活、工作中发挥重要作用。我国上肢残疾并伴功能障碍者超过400百万人，绝大部分为手功能障碍。此外临床因截肢、骨折、周围神经损伤、中枢神经损伤等引发的手部疼痛和瘫痪发生率较高。手的感觉、运动功能障碍将严重影响患者的生活质量，同时给患者家庭和社会带来沉重的负担。本产品通过三维捕捉技术，镜像患者手功能状态，给予准确的评估，指导患者应用有效的康复技术进行康复训练。能大大改善患者手感觉、运动功能障碍，降低致残率，提高患者的生活质量；将会减少社会对这些患者的支出（减少了医疗费用，护理费用，社会助残费用，家庭成员误工费用，残疾人用具费等），同时使工作年龄段的患者更多的重返工作岗位，变为生产力，所以既有较好的社会效益又有良好的经济效益。镜像疗法：镜像视觉反馈作为直接的中枢刺激手段，具有较好刺激靶向性，能特定地激活大脑运动、感觉皮层，达到康复治疗目的。双侧上肢训练：大脑皮质间抑制的正常化、开发同侧运动通路及神经反馈有关，对于双手协调性运动和单侧运动中患手的表现有较好疗效。运动想象疗法：通过视觉和听觉回路的主动式想象，以接受认识再接受到认识的循环往复过程，进行强化训练，以增强患者的感觉信息回路传输到大脑信号，调节病变受损的神经突触功能，使其活化，并促使再生，在训练过程中始终贯穿模拟想象运动。虚拟现实技术：提供虚拟场景和虚拟对象并允许用户和虚拟对象间进行交互式操作，实现逼真的视觉、触觉等反馈信息，目前将虚拟现实游戏引入脑卒中患者的功能训练。镜像疗法：镜像视觉反馈作为直接的中枢刺激手段，具有较好刺激靶向性，能特定地激活大脑运动、感觉皮层，达到康复治疗目的。双侧上肢训练：大脑皮质间抑制的正常化、开发同侧运动通路及神经反馈有关，对于双手协调性运动和单侧运动中患手的表现有较好疗效。运动想象疗法：通过视觉和听觉回路的主动式想象，以接受认识再接受到认识的循环往复过程，进行强化训练，以增强患者的感觉信息回路传输到大脑信号，调节病变受损的神经突触功能，使其活化，并促使再生，在训练过程中始终贯穿模拟想象运动。虚拟现实技术：提供虚拟场景和虚拟对象并允许用户和虚拟对象间进行交互式操作，实现逼真的视觉、触觉等反馈信息，目前将虚拟现实游戏引入脑卒中患者的功能训练。特点： l 一体移动式台车设计，方便转运 l 高度可调，满足不同体型患者 l 双屏显示：患者与治疗医师分屏操控 l 人体工学底座设计，便于轮椅患者主要适用人群： l 截肢，幻肢痛 l 外周或中枢神经损伤（脑卒中、脑外伤、周围神经损伤） l CRPS （慢性区域性疼痛综合征） l 感觉过敏或者是感觉迟钝的病人 l 手外伤术后治疗

正常步态下距骨三维有限元模型的建立

正常步态下距骨三维有限元模型的建立摘要：目的：建立一个具有高度几何相似性的足踝部三维有限元模型，并用此模型静态地分析人体不同步态相时距骨的生物力学特性，量化距骨的应力-应变状况。方法：基于志愿者足的三维CT扫描数据，利用Mimics13.0、Geomagic10.0软件对足踝相关组织进行几何重建，导入Hypermesh10.0软件中进行网格划分，赋予材料属性，最后导入相）时的受力状况，进行有限元分析。结果：建立距骨及周围结构的三维有限元模型，共21865个节点、73440个单元，具有较好的几何相似性。正常步态中从落地相到离地相中等效应力峰值在距骨滑车分别为3.0 MPa、4.3 MPa、4.8 MPa；在距骨颈分别为1.3 MPa、1.9 MPa、2.8 MPa；在距舟关节分别为2.8 MPa、3.0 MPa、3.4 MPa；在距下关节分别为2.2 MPa、1.8 MPa、1.5 MPa。结论：本研究中创建的三维有限元模型，经验证是一个正确可靠的模型，可以帮助临床医生和其他研究人员更好的理解正常步态下距骨的许多生物力学特性。关键词：距骨；生物力学；有限元分析；步态引言：距骨具有独特的解剖结构和功能，无肌肉附着，大部分骨质被关节软骨面包围，是人体重力传至足部的枢纽，故有“骨半月板”之称［1］。人体在行走时，足踝的生物力学变化比较复杂，因此研究正常步态下距骨生物力学变化较为困难。全面了解距骨在正常步态下的应力分布可以为我们研究距骨生理学和病理学提供十分有用的信息，理解距骨在正常步态下力的传递对足的损伤及治疗有重要意义。活体组织研究能得到较为精确数据，但因伦理学的原因受到限制。随着计算机技术和有限元理论的不断发展，人们开始大量使用数值模型和有限元法分析复杂的结构。与以往的生物力学实验相比，有限元方法可以建立高度几何相似及物理相似的有限元模型，既可以反映区域性力学特性，有可以反映整体信息；既可以进行精确的数字分析，有可以进行形象的、直观的定性研究。有限元分析方法的最大特点是对生物体的无损伤，可以模拟活体组织内部的生物力学行为，完成其他研究方法所不能实现的加载方式及约束条件，得到客观实体实验所难以得到的研究结果。可以通过改变载荷加载方式、改变材料特性等方法进行个体化受力分析，研究省时快捷，费用低廉，应用面广。本研究基于CT数据建立距骨及周围结构的三维有限元模型，分析不同步态下距骨结构的应力变化，以期为距骨生物力学研究提供新的研究手段。 1材料与方法 1.1数据收集：男性志愿者1名，25岁，身高170 cm，体质量60kg。先行X线检查，排除足部肿瘤、畸形等其他病变，进行右足踝部64排螺旋CT平扫，层厚0.45 mm，数据以DICOM格式输出保存。1.2有限元模型建立CT扫描的数据导入三维重建软件Mimics13.0，通过阈值分开骨组织及软组织，建立距骨及周围结构的几何模型，输出为STL文件。然后导入逆向工程软件Geomagic Studio10.0中，对模型进行除噪点、平滑，根据各关节面的几何形状，在各骨面上划分软骨边界，最后拟合曲面，输出为Iges格式。再导入有限元前处理

三维步态分析在骨科康复等临床医学的应用

三维步态分析在骨科康复等临床医学的应用作者：刘安民先生，英国曼彻斯特索尔福德大学健康学院研究员一步态分析研究的历史行走是人类最基本的运动，行走的姿态可分为不同的类型。步态分析是一门有关人行走过程中, 体态, 骨骼间(关节) ，肌肉与肢体，以及肢体与外界物体间相对运动，力学关系的分析方法。步态分析是固体力学在生物系统应用(即生物力学)的典型范例。人类对动物及自身姿态及运动的兴趣和研究起源可以上溯到公元前三个多世纪的亚里士多德。他的‘动物的行走’被广泛认为是人类有关包括自身在内的动物行走研究的最早专著。文艺复兴时期的艺术家达分奇被认为是生物力学的先驱之一，因为他首次在力学环境下研究人的骨骼解剖结构。十七世纪的法国物理家勒内·笛卡尔最早提出人和所有动物的行走都遵循统一的力学法则，他的这一思想对促进和推动生物力学的持续发展起到了重要作用。同一时期的意大利物理家乔瓦尼·阿方索·博雷利接受了这一思想，并对鸟和鱼等走，跑、跳、飞和游等动作进行了研究，他甚至在力学框架内研究了心脏的活塞运动。确定人体重心的位置，测量出吸和呼的空气量，并指出吸气是肌肉收缩造成，而呼气

是由于身体组织弹性造成。博雷利首次阐明骨肌系统的杠杆结构对运动而不是力本身的放大作用。肌肉必须产生足以克服运动阻力的力才能实现运动。受伽利略影响，他在牛顿三大定律发表前便建立了直观了解关节静力平衡规律的方法。运动是生物力学的重要组成部分，有关动物运动及人类步态的研究随着工业革命的开始得到进一步发展，首先，著名的德国爱德华·韦伯和威廉·韦伯兄弟正式系统地对人类行走进行了研究，1836年合著了‘人类行走力学’。随后, 相机的发明对生物运动学产生了巨大推动作用。该时期的法国生理学家艾蒂安·朱尔斯·马雷在专著‘动物机械原理’中，提出了动物，人和机器都遵守同一物理法则，人体仅是有生命的机器的理论。他利用自己发明的步枪式连拍照相机成功记录了鹈鹕等多种鸟，动物及人的动作。英国人爱德华·迈布瑞奇(与其同龄,同与1904去世)几乎于同一时期在美国利用多架相机，成功捕捉了奔马连续动作的多幅照片，不仅证明马在奔跑的过程中会产生四蹄离地的瞬间，而且证明了法国人马雷理论的正确性。这二位开创性的工作使得他们被后人尊为生物力学的先驱。他们采用的联系动作连拍摄影的方法到目前为止还是步态分析的重要组成部分。上个世纪四十年代，二战造成的众多伤残人员对假肢的大量需求促进了步态分析的研究。当时的假肢无论在设计和临床应用都没有成熟的步态生物力学理论可寻。每个残疾人

3DSuit三维人体运动捕捉传感器

3DSuit三维人体运动捕捉传感器 ?公司名称： ?发布日期： ?所在地： ?生产地址： ?已获点击： ?北京星网宇达科技开发有限公司 ?2007-8-28 ?美国 ?3200 3DSuit工作原理: 17个惯性动态传感器每个都包括陀螺，加速计和磁力计。它可以感应绕3轴的旋转，通过复杂的算法来计算横滚俯仰和航向。通信设备包括传感器输出的数据，并计算四肢相对“主心骨"的位置。同时运用特别的算法来帮助计算主心骨相对地面的位置。所有数据将通过蓝牙传送到电脑。3DSuit 软件处理并传输数据到3D动画软件。所有步骤都在动态中用最小时间间隔完成，真正做到实时实动。 3D suit说明(中文版) >> 产品介绍>> 3DSuit动作捕捉采用17个OSV3惯性传感器，可以对人体主要骨骼部位的运动进行实时测量。 3DSuit动作捕捉系统可根据反向运动学原理测算出人体关节的位置，并将数据施加到相应的骨骼上。由于动作捕捉惯性传感器主要依赖无处不在的地球重力和磁场，所以运动捕捉服在任何地点都可以正常使用，无需事先作任何准备工作。物理惯性传感器和连接线的外壳具有温度补偿和防水的特性，适合在水下、雨中、或冷热气候中使用，只要是有生物的地方，运动捕捉服都可以正常使用。

一、可选三种套装样式： 1. 系带套装: 使用者的每个身体部位单独安装捕捉装置，提高了灵活性，适合不同体型的人士使用。 2. 内置式套装: 在运动捕捉服袖子的内部，上下两端均缝制有传感器口袋，传感器口袋中装有传感器，连接线则在外部走线。 3. 全身套装: 定制式全身套装的传感器和线缆均为嵌入式。捕捉服可水洗，使用极其方便，可以快速安装并且开始工作。二、3DSuit 惯性动作捕捉系统特点： ● 灵活性：不受光线束缚，您不再需要固定场所的动作捕捉工作室，无论何时何地都能操作使用 ● 高性价比：

步态分析临床评定技术常规

步态分析临床评定技术常规【目的】应用运动和力学原理对步行动作进行分析，以评定步行功能，发现异常步态，有助于诊断神经系统和运动系统疾病，为步行训练、矫治异常步态提供必要的依据，有助疗效评价。【内容】（一）步行周期：从一侧足跟着地开始，到此足跟再次助着地的时间。 1、支撑期60%：足跟着地→脚掌着地→重心转移到同侧→足跟离地→足趾离地。 2、摆动期40%：足上提→膝关节最大屈曲→髋关节最大屈曲→足跟着地。（二）重心：站立时人体重心在第2骶椎前约1cm，离地时在身高的55%处，步行时重心垂直移动，一个周期二次，振幅5cm。最高点在支撑中期，最低点在足跟着地期。侧方移动，左右各一次，最高点在支撑中期。（三）骨盆旋转：步行时骨盆在水平面上进行旋转，向

前旋转在足跟着地时，向后旋转在支撑中期，共计8°。（四）骨盆倾斜：步行中骨盆在额状面上进行左右倾斜，角度约5°。（五）下肢轴的旋转：摆动期内旋约25°，支撑期外旋。（六）支撑中期：小腿与地面垂直，膝关节屈曲约15°。（七）下肢肌群功能： 1、臀大肌、股四头肌、足背屈肌等伸肌在支撑期开始收缩，起伸髋、控制屈膝程度和足放平速度的作用，避免身体前倾，有减震作用。 2、臀中、小肌在支撑早期收缩，起稳定和避免侧向倾斜作用。 3、腘绳肌在摆动减速期收缩，发挥屈膝伸髋及减速作用。（八）步频数：正常110～120步/min，快速140步/min，慢速70步/min。（九）步幅：二足跟之间垂直距离，成人男性0~15cm。（十）步速：每分钟行走距离=步频数×步幅。

（十一）、步宽：双足足中线之间宽度。（十二）步角：足跟中点到第2趾的连线与前进方向之间夹角。【方法】（一）三维步态分析系统、足踏开关跨步分析器（从略）（二）目测法。 1、患者沿直线往返行走多次。 2、从前、后、侧三面，在同一高度进行观察，并详细记录。 3、观察项目包括运动对称性，自如程度，步幅大小，上肢摆动，躯干运动，身体的上下运动；头部位置，肩的位置，骨盆前后倾斜，髋关节稳定性，膝关节稳定性，踝关节运动状况，足跟着地、支撑中期，足趾离地时足的状况，疼痛、疲劳。 4、患者以慢速和快速行走、上下坡、上下台阶、绕障碍物、拐弯，做立定、起坐、蹲起、单足站、踏步等动作。 5、对使用助行工具者，需除去后试行行走。

【CN110633005A】一种光学式无标记的三维人体动作捕捉方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910262689.8 (22)申请日 2019.04.02 (71)申请人北京理工大学地址 100081 北京市海淀区中关村南大街5 号 (72)发明人陈文颉　游清　李晔　陈杰　窦丽华　 (74)专利代理机构北京理工大学专利中心 11120 代理人高燕燕 (51)Int.Cl. G06F 3/01(2006.01) G06N 3/04(2006.01) (54)发明名称一种光学式无标记的三维人体动作捕捉方法 (57)摘要本发明提供一种光学式无标记的三维人体动作捕捉方法，解决了传统非光学式及光学式有标记人体动作捕捉方法对人体运动的束缚问题，并在一定程度上减少了单次人体动作捕捉的所用时长。包括：利用不同关节点的位置与其和真实人体的对应关系，确定人体关节点编号和各个关节点之间的连接关系；利用深度卷积神经网络，结合所述编号和连接关系，进行多角度人体图像的二维关节点提取以及关节点之间肢体骨骼连线，得到人体关节点的二维坐标信息；利用不同坐标系之间的转换关系以及所述人体关节点的二维坐标信息，绘制出三维空间中的人体骨架模型，使该骨架模型反映出三维空间中真实的人体姿态运动信息，便于后续将该动作捕捉方法用于人体运动分析领域。权利要求书1页说明书6页附图3页CN 110633005 A 2019.12.31 C N 110633005 A

权　利　要　求　书1/1页CN 110633005 A 1.一种光学式无标记的三维人体动作捕捉方法，其特征在于，包括：利用不同关节点的位置与其和真实人体的对应关系，确定人体关节点编号和各个关节点之间的连接关系；利用深度卷积神经网络，结合所述编号和连接关系，进行多角度人体图像的二维关节点提取以及关节点之间肢体骨骼连线，得到人体关节点的二维坐标信息；利用不同坐标系之间的转换关系以及所述人体关节点的二维坐标信息，绘制出三维空间中的人体骨架模型，使该骨架模型反映出三维空间中真实的人体姿态运动信息，便于后续将该动作捕捉方法用于人体运动分析领域。 2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述关节点增加了人体双脚脚尖这两个关节点。 3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述关节点包含18个人体关节点。 4.如权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，所述利用不同关节点的位置与其和真实人体的对应关系，确定人体关节点编号和连接关系采用以下方式：首先确定待提取的人体关节点位置，以及关节点与实际人体骨骼的对应关系，即确定关节点在人体骨骼上的位置；然后为所述对应关系进行关节点编码，确定人体关节点的序号，并根据真实人体肢体与骨骼方向，确定关节点之间的连接方式。 5.如权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，所述利用深度卷积神经网络，结合编号和连接关系，进行多角度人体图像的二维关节点提取以及关节点之间肢体骨骼连线具体包括以下步骤：步骤一、将由不同角度拍摄出来的人体姿态图像传入深度卷积神经网络；步骤二、利用深度卷积神经网络中的置信图对人体关节点的二维坐标进行提取；步骤三、利用深度卷积神经网络中的部分肢体关系向量场以及人体关节点连接关系，判断出人体关节点之间的实际肢体方向；步骤四、利用深度卷积神经网络中的贪婪分析算法对图像中已提取的人体关节点进行连接；步骤五、将关节点提取结果以及连接结果显示在原人体姿态图像上，作为二维人体姿态的骨架模型。 6.如权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，所述利用不同坐标系之间的转换关系以及人体关节点的二维坐标信息，正确绘制出三维空间中的人体骨架模型采用以下方法：利用人体关节点的二维坐标信息，通过对图像像素坐标系、图像坐标系、摄像机坐标系以及世界坐标系之间转换关系的推导得出含有关节点未知三维坐标的方程组，利用最小二乘法针对方程进行求解，得到人体关节点的三维坐标，再利用关节点的编码顺序及相互连接关系，绘制出三维人体骨架模型。 2

三维步态分析在骨科康复等临床医学的应用

三维人体动态计算机模拟及仿真系统

三维人体动态计算机模拟及仿真系统 (一) LifeMOD生物力学数字仿真软件 1. 简介 LifeMOD 生物力学数字仿真软件是在 MSC.ADAMS 基础上,进行二次开发，用以研究人体生物力学特征的数字仿真软件，是当今最先进、最完整的人体仿真软件。LifeMOD 生物力学数字仿真软件可用于建立任何生物系统的生物力学模型。这种仿真技术可使研究人员建立各种各样的人体生物力学模型，模拟和仿真人体的运动，并深入地了解人体动作背后的力学特性以及动作技能控制规律。鉴于LifeMOD 生物力学数字仿真软件的强大功能，它成功地应用于生物力学、工程学、康复医学等多个领域。 2. 厂商美国BRG(Biomechanics Research Group)公司具有超过20年的与世界顶级研究机构和商业机构的成功合作历史，包括体育器材生产商、整形外科、人体损伤研究机构、高校和研究院所、政府机构、医疗器械生产商以及空间技术研究机构，在生物力学、工程学、康复医学等许多行业中有卓越的名誉。 3. 型号 LifeMOD 2008.0.0 4. 功能 LifeMOD 生物力学数字仿真软件的功能强大、先进而且普遍适用。 LifeMOD 生物力学数字仿真软件可用于建立任何生物系统的生物力学模型。这种仿真技术可使研究人员建立各种各样的人体生物力学模型；这些模型既能够再现现实的人体运动，也能够按照研究者的意愿预测非现实的人体运动；通过人体动作的模拟和仿真，计算出人体在运动过程中的运动学和动力学数据，从而使研究者能够深入地了解人体动作背后的力学特性以及动作技能控制规律。在体育领域，利用LifeMOD的个性化建模和强大的计算能力，不但可以将运动员的比赛和训练情况进行再现并分析运动学、动力学特征，而且能够根据运动员各自的生理特征来进行不同情况的仿真，进行优化分析，进而达到优化运动员技术的目的，从而指导和帮助运动训练。 5. 软件特性 LifeMOD 生物力学数字仿真软件是创建成熟、可信的人体模型的工具。它具有以下特性： ● 快速生成人体模型。能在不到一分钟的时间里完成人体模型的创建。● 完整的骨骼/皮肤/肌肉模型。具有骨骼、皮肤、肌肉的人体模型与受试对象是成比例的。 ● 可根据研究需要，建立不同精度的人体模型。（简单的是19环节18关

步态分析概述

步态分析及常用步态测量方法周长青 2016年01月05日

目录 1 步态概述 (3) 1.1 步态的定义 (3) 1.2 步态的两个基本要求 (3) 1.3 步态周期中的关键时刻 (3) 1.4 步态周期的阶段划分 (3) 1.5 步态的基本指标 (4) 1.5.1 时间因子 (5) 1.5.2 距离因子 (6) 1.5.3 步行速度 (7) 1.6 步态的成熟 (7) 1.7 步态的影响因素 (7) 2 步态检查测量方法 (8) 2.1 时间参数测量 (8) 2.2 空间参数测量 (8) 2.3 运动学测量 (9) 2.4 动力学测量 (9) 2.5 肌电测量 (10) 3 正常步态 (10) 3.1 站立与平衡 (10) 3.2 行走步态周期规律 (11) 3.2.1 矢状面 (11) 3.2.2 额状面 (12) 3.2.3 水平面 (13)

3.3 步态评价（穿鞋的影响） (13) 4 病理步态 (14) 4.1 病态站立与病态平衡 (14) 4.2 长短腿步态 (14) 4.3 踝部障碍者步态 (14) 4.4 膝关节障碍者步态 (15) 4.5 髋关节障碍者步态 (16) 4.6 脊柱及肩带障碍者步态 (16) 4.7 全身障碍者步态 (17) 5 步态分析系统推荐 (17) 5.1 独立测试仪器列表 (17) 5.1.1 运动学仪器： (17) 5.1.2 惯性参数测量仪器： (21) 5.1.3 三维力测量仪器： (23) 5.1.4 压力测量仪器： (24) 5.1.5 肌电测量仪器： (25) 5.2 测试系统推荐 (26) 6 附录 (29)

Bertec步态分析测力跑台

内部技术培训资料-----------Bertec步态分析测力跑台（销售部使用）版本:初级版状态:受控编制:技术部审核:赵伟批准:李国涛维拓启创（北京）信息技术有限公司 2017年6月7日

编辑说明本资料主要以基础普及为主，属于行业专业知识培训资料，目的是使销售人员在短时间内了解运动医学领域的专业知识、现状及发展前景。掌握-Bertec 步态分析测力跑台的基本理论体系、适用范围、产品特点。便于迅速进入角色，展开工作。此资料适用于营销人员、市场部、销售部及其他岗位人员，入职培训使用，因时间仓促，不足之处敬请谅解指正，我们会在下次修订过程中给予完善。本资料只供内部使用，因涉及公司技术及商业秘密，故不得将其原件或复印件对外泄露。编者：技术部赵伟

目录第一章三维步态分析的研究与应用 (4) 1.步态分析主要应用领域： (4) 2.临床步态分析的目的 (5) 3.步态定量分析的方法 (5) 3.1运动学分析 (5) 3.2 动力学检测的效率提高 (5) 3.3 时空参数分析的实时性提高 (6) 3.4 动态肌电图的应用发展 (6) 3.5 氧价分析 (7) 4 正常步态模式 (7) 5.异常病理步态（以中枢神经受损为例） (7) 5.1 中枢神经受损 (7) 5.2 临床步态分析在诊疗方向的应用 (8) 第二章平板和跑台在步态分析中的比较 (9) 1.测力平板的局限性 (9) 2.测力跑台 (9) 3.测力跑台的优势 (10) 4.测力跑台的局限性 (10) 第三章同类测力跑台的比较（Bertec Vs AMTI） (11) 1.Bertec FIT简介 (11) 2.Bertec FIT 与AMTI（前后双带）的具体参数比较 (12) a）精度： (12) b）动态响应： (12) c）跑带运动的影响： (12) d）单跑带与分离跑带： (12) e）左右分离跑带与前后分离跑带： (12) f）皮带的控制： (12) g）倾斜： (13) h）可选附件： (13) 第四章Bertec测力跑台安装指南 (15) 1.基本注意事项和建议 (15) 2. 安装位置准备工作 (15) 3．系统布局 (16) 4. 电源要求 (16) 5.基本尺寸 (17) 6.施工简图 (18) 7.小结 (19)

三维动作捕捉分析系统

三维动作捕捉分析系统美国魔神公司是全球最大的以光学动作捕捉系统为基础的高性能电脑生产商，专业为用户提供3D光学动作捕捉系统。 Motion Analysis 为行业用户提供首选的动作捕捉系统。实时功能使用户可以在同一时间观察到目标某个细微动作。强大的功能、简单的安装、方便的操作和精准的测量使得 Motion Analysis 公司数字捕捉镜头成为动作捕捉的标准配置。系统精度高达0.1mm，并且无线，不放光、不发热、无辐射、耐压、耐磨、中/英文操作界面。它可以进行最精确的运动捕捉，六自由度测量，微动测量，三维平台运动测量。Raptor系

列已突破了技术难关，成为了全球唯一可在室内、室外及日光直射条件下使用的系统。成熟的Motion Analysis数字影像捕捉分析系统已经为全球近千用户提供了完善的解决方案，涉及运动分析、动画制作和工业测量与控制等广泛领域。应用领域 ●步态分析 Motion Analysis数字影像捕捉分析系统在步态分析上的应用体现了技术发展的最高水平，病人走动时，系统可以实时地进行数据采集、分析并以三维动画的形式进行展示。同时，Motion Analysis系统还可以与测力台、表面肌电等输出模拟信号的设备进行同步。结合OrthoTrak、SIMM等软件，可以同时对受试者的步态、肌肉长度、表面肌电、受力等数据进行分析。 ●运动分析和运动医学 Motion Analysis能够给用户在许多方面提供准确的分析或者评估。如：提高运动成绩、预防损伤、状态恢复、运动装备/康复治疗装备等。基于Motion Analysis提供的准确数据，教练、队员、队医、康复师能更加有效地制定训练计划、治疗方法和康复原则。 ●理疗康复 Motion Analysis系统可以提供一个没有任何约束也无限制的动作采集环境。无论在脊柱紊乱还是功能评定方面，Motion Analysis系统都可为用户提供迅速简洁的解决方案。 ●假肢与矫形 ●神经系统 ●产品设计与开发 ●医疗机器人技术 ●虚拟现实 ●人工智能、模式识别 ●人机工效学 ●电影艺术电影制作者是使用Motion Analysis系统的先驱，大量特技采用Motion Analysis系统进行采集制作。全球80％的动画、游戏制作工作室都选用Motion Analysis系统。美国影城-好莱坞已经建立了一个基于Motion Analysis系统并且有16镜头的工作室。部分影片：《猩球崛起》、《阿凡达》、《魔戒》、《黑客帝国》、《我，机器人》、《最终幻想》

BTS三维运动分析系统及EMG在临床及运动训练中的应用前景展望

BTS三维运动分析系统及无线表面肌电测试系统（EMG）在国内临床及体育科研中的应用前景展望前言：结合本人三年的临床工作经验及相关领域的了解，三维运动分析系统及EMG在国内临床及体育科研中的具体应用尚属于空白，或者说半空白状态，国内起步晚，目前有在使用的医疗机构或科研单位少之又少，而在发达的欧美国家，起步于80年代，目前仪器及应用技术已相对成熟，近年来随着我国医疗水平及运动训练水平的不断提高，也急需有操作简单，使用方便快捷，客观精确的动态分析仪器及多数据同时处理的软件系统来辅助医生及科研人员进行更客观精确的临床诊断治疗和体育科研活动，以提高医疗技术水平及科学运动训练水平，促进康复，功能评定的发展及提高运动成绩，减少运动损伤等。目前国内越来越多的医疗机构和科研单位正逐步开始使用三维运动分析系统及EMG系统，所以国内市场潜力及前景一片大好。但前提是一定要把该产品的核心特点及实用的具体功能充分挖掘出来，并结合临床和体育科研的实际需求，找到一个好的结合点，让使用者简单方便的把产品的实际功能服务于具体的临床及科研活动，例如定量评定人体颅脑损伤、中枢和周围神经系统损伤及骨关节病损的患者，制定康复治疗、训练计划、评定康复疗效、定做支具和矫形器，运动损伤监测，运动能力提高等提供客观依据。最终实现医院患者公司三方共赢。

主要内容：一、产品组成、原理、特点、亮点、适用领域二、三维步态分析系统及EMG简介三、临床及体育科研应用四、应用举例五、模块建设六、未来展望一、产品组成、原理、特点、亮点、适用领域（一）产品组成及原理主要硬件部分：三维步态分析仪、测力平板、无线表面肌电仪（EMG）、工作站等主要软件部分：采集及分析软件等 1、高清红外摄像头：适用于任何形式的动作并进行精确分析。 2、步行平台：整合测力平台，方便测量。 3、测力平台：两个多轴测力平台可以测量地面反作用力，中心压力（COP）坐标及扭矩。并结合步态分析，计算关节间受力时间及大小。 4、视频录象：两个视频采集器，可从不同角度实现实时步态显示。 5、显示屏：60寸大离子显示器，可监视所有收集到的各种信号。 6、无线EMG信号采集器：8个小巧，有无线WIFI技术的EMG信号采集器，结合三维步态分析系统使用，实现肌电信号和步态数据同

动作捕捉设备概述

动作捕捉的应用状况及相关产品动捕系统一般来说，应用都比较广泛呀，只是可能不同品牌，技术略有差别，相对来说国外品牌占的市场份额更大一些，作为一门新兴的动作捕捉技术，惯性动捕的出现，打破了光学动捕占据市场绝对主导的行业格局，被视为动作捕捉界的新生力量。基于惯性传感器系统的动作捕捉技术是一项融合了传感器技术、无线传输、人体动力学、计算机图形学等多种学科的综合性技术，技术门槛要求很高。虽然惯性动作捕捉技术出现的时间并不长，但随着它在各行业中的使用，其卓越的性能很快就显示出来了。惯性动作捕捉，是一种新型的人体动作捕捉技术，它用无线动作姿态传感器采集身体部位的姿态方位，利用人体运动学原理恢复人体运动模型，同时采用无线传输的方式将数据呈现在电脑软件里。惯性动作捕捉系统出现之前，最常见的是光学动捕技术。它是通过在演员身上贴marker点，然后用高速摄像机来捕捉marker点的准确位移，再将捕捉数据传输到电脑设备上，由此完成动作捕捉的全过程。光学动捕的整套设备的成本极为昂贵，架设繁琐，易受遮挡或光干扰的影响，给后期处理工作带来很多麻烦。对于一些遮挡严重的动作来说，光学动捕无法准确实时还原例如下蹲、拥抱、扭打等动作。而基于惯性传感器系统的动作捕捉技术的出现，大大改善了这一现状。和光学动捕技术相比，惯性动作捕捉技术有着对捕捉环境的高适应性，它的技术优势、成本优势和使用便捷的优势，使得它在各行业有着优

异的表现。在影视动画、体验式互动游戏、虚拟演播室、真人模拟演练、体育训练、医疗康复等领域，惯性动作捕捉系统都有着明显优于其他设备的特点。惯性式动作捕捉系统原理动作捕捉系统的一般性结构主要分为三个部分：数据采集设备、数据传输设备、数据处理单元，惯性式动作捕捉系统即是将惯性传感器应用到数据采集端，数据处理单元通过惯性导航原理对采集到的数据进行处理，从而完成运动目标的姿态角度测量。在运动物体的重要节点佩戴集成加速度计，陀螺仪和磁力计等惯性传感器设备，传感器设备捕捉目标物体的运动数据，包括身体部位的姿态、方位等信息，再将这些数据通过数据传输设备传输到数据处理设备中，经过数据修正、处理后，最终建立起三维模型，并使得三维模型随着运动物体真正、自然地运动起来。经过处理后的动捕数据，可以应用在动画制作，步态分析，生物力学，人机工程等领域。加速度计，陀螺仪和磁力计在惯性动作捕捉系统中的作用加速计是用来检测传感器受到的加速度的大小和方向的，它通过测量组件在某个轴向的受力情况来得到结果，表现形式为轴向的加速度大小和方向（XYZ），但用来测量设备相对于地面的摆放姿势，则精确度不高，该缺陷可以通过陀螺仪得到补偿。陀螺仪的工作原理是通过测量三维坐标系内陀螺转子的垂直轴与设备之间的夹角，并计算角速度，通过夹角和角速度来判别物体在