[发明专利]一种人体环节惯性参数的估测方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及生物力学领域与计算机仿真，尤其涉及一种人体环节惯性参 数的估测方法及系统。

背景技术

人体环节惯性参数包括质量、质心和转动惯量，是建立人体模型、进行 人体运动分析的基础数据，其准确程度直接影响运动分析结果的精度。因而， 对人体环节惯性参数的测量研究一直是运动生物力学的一个重大的基础性课 题，同时也是工效学、人类学以及人体科学研究的重要组成部分，具有重要 的学术价值和应用背景。多年来，科学工作者探索多种方法来测算人体环节 惯性参数，例如尸体解剖法、基于力学的测量法、几何模型法、医学扫描法 以及回归方程法等。

尸体解剖法是指通过尸体解剖的方法，将人体肢解后，分别对各个环节 进行质量、质心及转动惯量等惯性参数进行测定。尸体的来源有限，特别是 缺乏健壮的青少年尸体，使得尸体解剖法有很大局限性。基于力学的测量法 则是通过建立人体环节的力学模型，采用力学装置对人体环节的惯性参数进 行测量。在这些参数中，人体环节的质量和质心参数测量简便且测量精度较 高，但是人体环节的转动惯量参数较难测定。几何模型法通过构建人体各环 节的三维几何模型，结合人体密度信息来估测惯性参数。三维几何模型与人 体密度信息的精度对估测结果有很大影响。医学扫描法则是通过使用射线成 像技术对人体进行扫描，从而得到人体内部的信息，进而得到各环节的惯性 参数。医学扫描法需要专门的医学设备以及专门的计算软件，而且这种方法 对人体有一定的辐射，不利于普遍应用。回归方程法则是根据已有的样本数 据，将待测样本的其他参数作为自变量根据回归方程近似估计人体各环节的 惯性参数。回归方程法需要建立精确的回归模型，这就需要有大量的样本数 据，但是该方法样本大多来源于对正常成年人的测量，不适用于其他群体。

现有的这些方法，不能简单快捷地对特定个体进行估测，得到精确的人 体环节惯性参数。二十世纪九十年代以来，随着运动捕获技术的兴起，以及 设备技术的进步，大量的三维人体运动捕获数据生成，并被广泛应用在计算 机动画，医学仿真以及运动分析等领域。在此背景下，能否利用人体运动捕 获数据，估测得到精确的人体环节惯性参数，是一个值得研究并具有实际应 用价值的问题。

发明内容

为了解决上述的技术问题，提供了一种人体环节惯性参数的估测方法及 系统，其目的在于，得到精确的环节惯性参数。

本发明提供了一种人体环节惯性参数的估测方法，包括：

步骤1，获取被测个体的运动捕获数据；

步骤2，测量被测个体的总质量；

步骤3，建立被测个体的人体模型；

步骤4，依据被测个体的运动捕获数据、被测个体的总质量以及被测个 体的人体模型计算被测个体的人体环节惯性参数。

步骤3中，以被测个体的运动捕获数据中具有运动自由度的关节为分界 点，将人体分为各人体环节；人体环节被视作刚体，从而为被测个体建立基 于多刚体动力学方程的人体模型。

步骤4包括：

步骤41，建立目标函数∫0tΣi=16|(F(t))i|2;]]>

步骤42，给出被测个体的人体环节惯性参数的初值；

步骤43，确定约束条件；

步骤44，按照下式计算被测个体的人体环节惯性参数；