[发明专利]一种计算运动中乳房相对于躯干的三维坐标的方法

说明书

本发明公开了一种计算运动中乳房相对于躯干的三维坐标的方法，包括如下步骤：S1、选择用于建立人体直角坐标系的参考点；S2、建立实验室直角坐标系，并根据选择的参考点建立人体直角坐标系；S3、使用三维运动捕捉系统测量实验对象在某一运动状态下所有参考点及乳房运动标记点在实验室直角坐标系中的三维绝对坐标；S4、计算从实验室直角坐标系到人体直角坐标系的转换矩阵；S5、基于转换矩阵计算乳房运动标记点在人体直角坐标系中的三维相对坐标；S6、计算乳房运动标记点从实验室直角坐标系转换到人体直角坐标系产生的误差。本发明可批量快速准确地提取乳房三维相对坐标，并能评估转换误差。

技术领域

本发明涉及一种计算运动中乳房相对于躯干的三维坐标的方法，属于乳房健康运动生物力学技术领域。

背景技术

通过运动捕捉系统得到的乳房坐标数据，可以计算乳房相对于地面的位移，或者称为绝对位移。乳房绝对位移虽然一定程度上也能反映乳房组织的易受损情况，但是绝对位移容易受跳跃高度、身高及乳房特征等因素的影响。为了更准确地反映运动中乳房易受损情况，需要提取乳房相对于人体的位移。提取乳房相对位移的前提是建立人体直角坐标系，该坐标系相对于地面的运动代表躯干相对于地面的运动，乳房相对于这个坐标系的运动相当于乳房相对于躯干的运动。

研究发现乳房位移并不仅限于竖直平面内，乳房在其他平面内的位移也与乳房不舒适有关。尽管有学者通过建立人体直角坐标系来提取乳房相对于躯干的三维位移，但是部分人体直角坐标系使用的参考点不在同一骨骼系统上或不在骨骼上，因此造成这些人体直角坐标系的不稳定，从而影响提取的乳房三维位移的准确性。部分人体直角坐标系使用的参考点虽然在同一骨骼上，但建立这些坐标系的学者并未详述从实验室直角坐标系到人体直角坐标系的具体转换过程，转换得到的乳房三维位移的准确性较难验证。

此外，通过人体直角坐标系来提取乳房相对于躯干的三维位移，还需要对三维运动捕捉系统采集到的每一帧数据进行从实验室直角坐标系到人体直角坐标系的转换，计算量较大。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种计算运动中乳房相对于躯干的三维坐标的方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种计算运动中乳房相对于躯干的三维坐标的方法，包括如下步骤：

S1、选择用于建立人体直角坐标系的参考点：参考点的选择需要满足以下条件：

1)参考点必须位于骨骼上；

2)人体运动时，参考点与躯干之间无相对运动；

3)参考点必须与乳房处于相同的骨骼体系内，且所有参考点位于同一骨骼体系内；

S2、建立实验室直角坐标系，并根据选择的参考点建立人体直角坐标系；

S3、使用三维运动捕捉系统测量实验对象在某一运动状态下所有参考点及乳房运动标记点在实验室直角坐标系中的三维绝对坐标；

S4、计算从实验室直角坐标系到人体直角坐标系的转换矩阵；

S5、基于转换矩阵计算乳房运动标记点在人体直角坐标系中的三维相对坐标；

S6、计算乳房运动标记点从实验室直角坐标系转换到人体直角坐标系产生的误差。一种实施方案，步骤S1中，在人体上定义A、B、C、D四个点作为参考点，其中，点A为胸骨上切迹，点B为从点A沿人体表面垂直向下与胸骨柄下端的交点，点C为胸骨柄下端最右侧，点D点为胸骨柄下端最左侧。

一种优选方案，步骤S2包括如下具体操作：

S21、建立实验室直角坐标系：