[发明专利]一种人体功能性关节旋转中心检测与定位分析方法

说明书

本发明提供一种人体功能性关节旋转中心检测与定位分析方法，所述人体功能性关节旋转中心检测方法包括：步骤11：在一段连续运动中，将人体功能性关节旋转中心FCR抽象为一个柔性球的球心；步骤12：测试过程中的任一时刻，根据M1、M2、M3的位置坐标确定该时刻的球心(即FCR)位置坐标，进而得到该连续运动中FCR的运动轨迹；所述定位分析方法基于三维扫描采集的形态学参数对关节位置进行定位分析。本发明的检测方法基于柔性球思想，在一定的误差范围内运算简便，且在关节轨迹的连续性上表现非常出色；所述定位分析方法仅需对人体进行短暂的三维扫描即可得到全身关节的旋转中心的位置，使得关节位置的定位分析摆脱了复杂的运动学分析，定位更快速。

技术领域

本发明涉及人体检测与定位技术领域，具体涉及一种人体功能性关节旋转中心检测与定位分析方法。

背景技术

运动姿态分析是体育运动项目中非常重要的一项研究方向，特别是在科技奥运的背景下，对于运动员的运动姿态进行分析一方面可以筛选出更优质的运动员，另一方面可以帮助运动员及时发现运动中的姿态缺陷，帮助运动员进行进一步的提升训练，特别是对于对运动姿态要求比较高的运动项目，如冰雪项目。

对运动姿态进行分析需要基于数字假人，传统的数字假人根据人体结构和解剖学知识构建，其姿态是单一的，因此传统的数字假人无法满足运动过程中的姿态分析。要分析运动员的运动姿态，必须检测出人体的功能性关节旋转中心并对其进行定位分析，但是现有的对人体功能性关节旋转中心的检测方法均以具有更高检测精度为目标，但是检测到的功能性关节旋转中心的轨迹连续性不够好。当前对于人体功能性关节的定位分析方法是基于运动学参数实现的，虽然可以实现精度较高的定位分析结果，但是定位过程复杂，需要的时间长。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供了一种人体功能性关节旋转中心检测与定位分析方法，所述检测方法基于柔性球思想，在一定的误差范围内运算简便，最重要的是该方法在关节轨迹的连续性上表现非常出色；所述定位分析方法仅需对人体进行短暂的三维扫描即可得到全身关节的旋转中心的位置，使得关节位置的定位分析摆脱了复杂的运动学分析，可以更快速的对关节位置进行估计定位。

本发明的第一方面提供一种人体功能性关节旋转中心检测方法，包括：

步骤11：在一段连续运动中，将人体功能性关节旋转中心FCR抽象为一个柔性球的球心，所述柔性球满足约束条件：

A、FCR相关身体段落上的三个标记点M1、M2、M3之间的距离保持规定的范围内，且三个标记点M1、M2、M3为柔性球球面上的点；

B、球心FCR与球上点M1、M2、M3的距离(即球的半径)在设定的范围内而非确切的值；

C、FCR的运动轨迹是连续的；

步骤12：测试过程中的任一时刻，根据FCR相关身体段落上的M1、M2、M3的位置坐标确定该时刻的球心(即FCR)位置坐标，则在一段连续的运动中，根据M1、M2、M3的位置信息可以确定球心(即FCR)的位置信息，进而得到该连续运动中FCR的运动轨迹。

优选的是，所述人体功能性关节旋转中心FCR特指肩关节FCR、肘关节FCR、胯关节FCR和膝关节FCR中的至少一种。

上述任一方案优选的是，针对肩关节FCR检测，相关的身体段落为人体上臂，即标记点M1、M2、M3位于人体上臂；针对肘关节FCR检测，相关的身体段落为人体前臂，即标记点M1、M2、M3位于人体前臂；针对胯关节FCR检测，相关的身体段落为人体大腿，即标记点M1、M2、M3位于人体大腿；针对膝关节FCR，相关的身体段落为人体小腿，标记点M1、M2、M3位于人体小腿。

上述任一方案优选的是，步骤12包括：

步骤121：建立局部坐标系；所述局部坐标系包括胸部坐标系，标记点坐标系，还包括上臂坐标系、前臂坐标系、大腿坐标系、小腿坐标系中的至少一种；