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这本书名为《Motion Capture in Biomechanics: Introduction to Hardware and Software of Vicon Nexus》，由 Gadie Suchie 编写，是一本专门介绍运动捕捉技术在生物力学领域应用的专业书籍。书中详细讲解了Vicon Nexus系统，包括其硬件和软件组件，以及如何将这些技术应用于生物力学研究和实践。
书籍内容概览：
1. Vicon Nexus 系统的历史和背景：介绍了Vicon公司及其在全球的分布，以及其在运动捕捉领域的发展历程。
2. 硬件介绍：详细讨论了Vicon系统使用的相机类型，包括Vantage和Vero系列，以及如何根据研究需求选择合适的相机。
3. 软件介绍：深入探讨了Vicon Nexus软件平台，包括其功能、用户界面和如何利用软件进行数据分析。
4. 生物力学建模：解释了生物力学建模的基本概念，为什么需要建模，以及如何创建和应用模型。
5. 不同建模方法的比较：对比了回归方法和功能方法在计算关节中心时的不同，以及这些方法对模型输出的影响。
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适合受众：
• 生物力学研究者：需要使用运动捕捉技术进行人体运动分析的科研人员。
• 运动科学专业人士：如体育教练、物理治疗师，他们可能需要分析运动员的运动模式以优化表现或预防伤害。
• 工程和计算机科学领域的学生和研究者：对运动捕捉技术和生物力学建模感兴趣的学生和研究者。
• 医疗设备和康复技术开发者：需要理解运动捕捉数据以开发相关产品和服务的专业人员。
需要的前置知识：
• 基本的生物力学知识：了解人体运动的基本原理和生物力学分析的重要性。
• 计算机操作技能：熟悉基本的计算机操作和数据分析软件的使用。
• 一定的数学和物理背景：理解运动捕捉中使用的数学模型和物理原理。
往期推荐:
补充内容：
• 案例研究：书中可能包含了使用Vicon系统进行的实际案例研究，帮助读者更好地理解理论在实践中的应用。
• 技术规格：详细介绍了Vicon相机和其他硬件的技术规格，帮助用户理解不同设备的性能和适用场景。
• 软件操作教程：可能包含了如何使用Vicon Nexus软件进行数据采集、处理和分析的步骤和技巧。
• 未来趋势：讨论了运动捕捉技术在生物力学领域的最新进展和未来可能的发展方向。
主要内容展开
1. Motion Capture Pipeline简介：
• 介绍了运动捕捉管道（mocap pipeline），包括对光学运动捕捉管道的概述，以及硬件和软件的相关内容。
• 探讨了生物力学建模，包括建模的定义、需要建模的原因、如何创建模型以及不同方法对模型输出的影响。
2. Vicon公司及硬件：
• 公司历史：Vicon成立于1984年，总部位于英国牛津，在全球设有办事处。70年代末，研究者开始研究跟踪运动的方法，Dr. Julian Morris于1984年创立Oxford Matrix并销售Vikon系统，开发了第一个光学mocap系统，该系统在临床步态设置中用于捕获临床步态数据、提供定性和定量结果等。
• 硬件设备：
• 相机型号：Vicon目前有多种光学mocap相机型号，可分为Vantage家族（包括1600万像素的市场领先相机）和Vero家族（小而紧凑但功能强大）。
• 相机规格：相机的规格包括像素数、帧率和视野等，选择相机取决于要覆盖的区域大小、要跟踪的标记大小以及想要捕获数据的速度。
• 智能规格：Vicon相机具有一些智能规格，如板载惯性传感器用于检测相机是否被碰撞，以及热传感器用于确保相机校准不受环境温度的过度影响。
• 应用环境：相机可在户外设置、实验室设置或特定应用的自定义设置中混合使用和应用，选择相机基于应用和捕获环境。
3. Vicon软件：
• 软件平台：Vicon解决方案跨不同市场运作，为每个市场提供软件平台，包括用于生命科学领域的Vicon Nexus、用于娱乐的Shogun、用于工程的Tracker和用于基于位置的VR（LBVR）的Evoke。
• Nexus平台：Vicon Nexus于2006年首次推出，目前版本为2.10，全球有近10,000用户。该平台的设计考虑了输出、研究者、集成选项（数字或模拟）、建模选项、可定制的报告选项以及简单快速的处理选项等。
4. MOCAP建模：
• 模型定义：模型是一种数学关系，允许在给定一些已知输入和参数的情况下观察已建模系统的行为。
• 生物力学模型的需要：引用斯坦福大学的Dr. Scott Delft的话，生物力学模型允许从杂乱和异构的运动数据中提取机械洞察，并在数据不可用的领域进行预测（例如预测未来手术的响应），这一原则也适用于运动生物力学，如技术改进或损伤预防。
• 应用建模到人体运动：首先有标记或轨迹作为输入，由运动捕捉系统提供；其次有惯性参数，这些输入应用于生物力学模型，例如输出可以查看脊柱的压缩情况。
• 规划模型：以高尔夫球手为例，规划模型时需要明确模型的目的（如增加击球距离），确定需要建模的段、计算模型中所需的运动学和动力学参数，并绘制自由体图，包括描述刚性段、段的原点和方向以及定义标记位置。创建标记集时需要考虑标记的数量、位置以允许有意义的解剖学参考框架来描述运动，避免过多皮肤运动的地标，确保标记位置可重复，并考虑人体测量数据和避免共线性。
• 建模平台选项：
• MATLAB：专为工程师和科学家设计的编程平台，核心是MATLAB语言和基于矩阵的语言，功能强大、流行、可扩展性高，有较大的社区，但学习曲线合理，是一种脚本语言。
• Python：通用的高级编程语言，可用于开发自己的生物力学模型，pyCGM也用Python编写，功能强大、流行，有中等规模的社区，也是脚本语言，且Python和R有直接集成。
• Visual3D：由C - Motion创建的生物力学分析工具包，是微软Windows应用程序，提供运动学和动力学所需的计算，包括最新的数学技术用于优化、信号处理和过滤，以及逆运动学、复杂的生物力学建模、力和力结构。
• D - Flow by Motek：用于交互式和沉浸式应用程序开发的内部视觉编程工具，可显示虚拟场景并进行快速原型开发，还包括人体模型。
• LabVIEW by National Instruments：图形化编程方法，有助于可视化应用程序或模型的各个方面，功能强大，有中等规模的社区，学习曲线合理。
• Motion Monitor：为涉及人体运动研究的广泛应用提供实时解决方案，旨在分析人体运动的各个方面，在运动生物力学中可增强性能、跟踪和动画运动对象，并提供生物反馈。
• OpenSim：提供易于使用的可扩展软件用于建模、模拟、控制和分析神经肌肉系统，可免费使用，是一个可扩展的软件系统，允许用户开发肌肉骨骼结构模型并创建动态运动模拟。
• Vicon PROCALC：用于创建自定义运动学模型、变量和计算的可视化应用程序，可加载3D文件、创建新计算并在集成的3D工作空间中可视化输出，变量可计算并写回3D文件或直接导出到Excel。
• 现成模型：某些模型可应用于不同活动，可在Vicon网站上找到可用模型的库，例如常规步态模型（Plug - in Gait）、常规步态模型2（CGM2）、牛津足模型、IOR模型、CAST、上肢模型等。
• 示例方法：比较了计算髋关节中心的回归方法和功能方法，回归方法如Davis方法用于估计虚拟关节中心点的位置，功能方法使用多帧数据，如SCoRE方法用于估计旋转中心点，SARA方法用于估计旋转轴，功能关节中心和轴的估计更具可重复性、准确性且对小标记放置误差更不敏感。
• 回归与功能方法的比较：通过比较骨盆中Davis方法、RSA方法、Bell方法和功能方法计算的髋关节中心标记位置，以及行走试验中右髋角度和右膝角度的计算结果，展示了不同方法的差异，提醒思考是否使用了正确的建模方法以及这将如何影响模型输出。
作者介绍：郭佰鑫（Max）
作者Max，一位大三的本科生，社交自媒体平台专注于输出体育科技以及体育科学相关内容，专注于如IMU传感器、天赋识别以及篮球、足球、高尔夫相关的科技与分析，期待未来有能力的基础下能加入更多基于数学、机器学习和人工智能的体育分析与科技。 邮箱：gbx1220max@gmail.com 我的联系方式（微信）： MaxGBX Linkedin领英：Baixin Guo 接私人分析咨询/视频制作/项目流程图/公众号文章代做/翻译/AI智能体&工作流搭建/科研绘图/PPT制作也欢迎您的联系！ 期待科研/产品合作！也期待和各位翻译出版前沿的书籍！接流程图/项目科研思路设计
