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DARI无标记动作捕捉系统,为棒球生物力 [复制链接]

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美国运动医学协会(ASMI)在近期引入了DARIMotion的无标记动作捕捉系统,二者将在未来一同打造专门用于棒球挥棒与投球生物力学分析的产品。相较于ASMI在过往大量研究工作中使用的有标记系统,全新的无标记系统不需要花费大量的部署准备时间,也不会对运动员执行技术动作产生干扰,且识别到的人体关节点准确度能达到99%,不会在多次测试中引入人为误差。与此同时,该系统的数据处理速度也远超过往,只需五分钟就能完成动作捕捉和相关基础分析,让更多运动员接触到动捕测试成为可能。

过去三十多年中,GlennFleisig一直处在棒球生物力学领域的风口浪尖之上。作为美国运动医学协会(ASMI,由备受尊敬的骨科医生JamesAndrews博士创立)的研究室主任,Fleisig已经发表、撰写了超过篇学术论文、评论文章以及书籍著作,其中大部分都聚焦于棒球投手独特的发力和动作模式。

这些研究工作大多数是非常费时耗力的,因为在早些年间,所有视频都需要人工剪辑标注。后来,ASMI开发了一款动作捕捉系统,虽然需要运动员佩戴上数十个反射标记物,但好歹将数据采集过程自动化了。

但是,在上个月,ASMI开启了其第一次竞技表现开发合作,对象是由DARIMotion打造的无标记动作捕捉解决方案——这对他们来说是一个重大的里程碑,尤其是在如今,基于摄像头的生物力学分析已然大势所趋。

“这将是下一个巨大变革,”Fleisig说道。

DARI的解决方案使用多机位部署(一般是8个摄像头)来提供捕捉目标的度全方位视角,以赫兹的频率收集人体动作数据。ASMI花了数月时间调研DARI的系统,将它和他们自己基于标记的动捕系统进行逐项比较,并将它调试到最精准且持续稳定的状态。“我们相信,当ASMI的系统转变为无标记之后,会为整个行业领域奠定一个基调,”DARIMotion的联合创始人PatrickMoodie说道。“他们是领*者,我们希望帮助他们把自身的理念和哲学转化为现实。”

ASMI将在其实验室中使用DARIMotion的系统,二者将会通力合作,打造出专门用于分析投球和挥棒动作的产品(他们将从投球开始)。Moodie称Fleisig为“棒球投球生物力学分析的教父”——其庞大的头衔列表中包括MLB伤病研究顾问、美国棒球医学委员会主席、少年棒球联盟投球安全顾问等等。Fleisig近期还建立了美国棒球生物力学协会,并将DARI列为顾问团队之一。

棒球俱乐部和训练中心都可以使用DARI的系统来进行竞技表现评估。他们的计划是将ASMI的棒球专业逻辑与知识全方位融入到DARI的动作捕捉技术之中,通过人工智能让迅速准确的评估成为可能,而位于亚拉巴马州伯明翰的ASMI专家会在随后展开进一步的全面审视。

这套流程之所以能成为现实,是因为该系统不需要冗长繁复的部署过程,不用在身体的各个结点小心翼翼、不差分毫地安置标记物。“科技手段越智能,也就意味着运行系统时,用户不需要越少特定的专业操作,”Fleisig补充说。“现在,更多教练层面的人都可以直接使用它了。”

球员们有时候是不愿意忍受部署标记物的过程的——脱掉熟悉舒适的运动服,换上贴满标记的黑色紧身衣——这会让他们远离真实的比赛状态,甚至可能改变他们的动作模式,因此和比赛数据做比对分析也就变成了一个相对薄弱的假设。而无标记动作捕捉系统,不仅节省了部署准备的时间,数据处理速度也能从原来的1小时缩短到只有大约5分钟,Fleisig表示,这一点能够让更多的运动员接触到动作捕捉评估,他们再也不需要等待很久才能拿到反馈报告。“哪怕是运动员愿意,他们也不可能穿着件满是标记物的运动服在MLB或者大学棒球的赛场上进行比赛,”他补充说。

在可控的实验室环境下,DARI系统的性能可以达到最优的状态,但是Moodie表示,它也可以在多种室外灯光条件下正常工作。这个特性也使得该系统可以在真实比赛环境下的棒球场候补球员区中部署使用。只不过,要想在比赛中使用,需要更高额的设备投资,购买性能更强大并且拥有长焦距的摄像头。

“如果我们能拿到正确的数据,建立正确的模型,我们所需要做的只是将摄像头进行升级,这是一个完全可被攻破的技术难关,”Moodie说道。

作为一家非营利性的研究机构,ASMI不会签署任何专利性或排他性的合作协议,因此,与DARI的这次合作并不会影响到未来他们和其它无标记动作捕捉科技公司的合作。(鹰眼光学追踪系统是MLB官方Statcast数据系统的背后支撑,而SimiMotion和KinaTrax这两家公司则和一些MLB球队签订了协议,在他们的主场比赛中使用。)

Fleisig表示,相关技术提供商一般都会找ASMI寻求合作,DARI就是在四年前找上门来的。不过Fleisig和Moodie都觉得,那个时候的DARI还没有准备好。DARIMotion背后是成立于堪萨斯州欧弗兰帕克的动态运动研究中心,年时该中心被奥马哈的ScientificAnalytics公司收购。他们之前大多数的工作都聚焦在医疗服务和伤病恢复之上,并不像投球生物力学分析一样,需要那么高帧率的动作捕捉。

提升高速动作捕捉能力对于硬件和计算处理都是一个挑战。通过几个简单的动作进行校准之后,DARI系统就可以识别出运动员的身体机能(平衡性等)和移动模式了,并且以生成骨骼图的形式,进行追踪显示——它能确保呈现出来的关键节点始终代表着运动员身体上的同一位置。而使用有标记系统的话,如果一个运动员在两个不同的时间点进行测试,标记点粘贴的位置一定要无比精准;哪怕是一点微小的偏离,都可能改变运动学角度的计算。

“使用了DARI以后,就不会引入部署标记物时的人为误差了,”Moodie说道。“所以,现如今,一旦我们系统识别了一名投手肩膀上的关键节点,不管他们是一周一月还是一年以后再回来,稍微经过一些校准,系统识别到的关键节点的准确度就能达到99%。”

所有生物力学评估都需要一个特定的模型去决定运动员的关节点。其中最广为使用的两个模型由克利夫兰诊所和纽约城郊的海伦.医院研发。DARIMotion则一直医院的骨科专家保持合作,希望能够研发出自己的模型。Moodie期望该模型能够成为新的科研范式,带来更精准的诊断测试。“随着我们的不断进步,我们的目标是成为领域标杆,我们想要实现核磁共振或X光级别的关节点识别,”他说。

棒球领域对于数据革命的追逐,已经从魔球时代的基础数据统计分析(比如上垒成功率),发展到更细粒度、更多样的数据元组(比如击出的球速),再到

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