CN1067519A

CN1067519A - 动作分析方法

Info

Publication number: CN1067519A
Application number: CN 91103810
Authority: CN
Inventors: 国井利泰; 孙立宁
Original assignee: RELIGION HOUJIN KONGOUZEN SOUHONZAN SHOURINJI
Current assignee: RELIGION HOUJIN KONGOUZEN SOUHONZAN SHOURINJI
Priority date: 1991-06-01
Filing date: 1991-06-01
Publication date: 1992-12-30

Abstract

本发明涉及基于动力学的动作分析方法，包括把人或动物体分解成形成动作最小单位的部分，预先向数据库输入基于这些各部分固有的性质和约束条件编制的人体或动物体模型数据，输入成为分析对象的动作，应用动力学计算输入的动作，将各部分的动作和重心，作用在各关节上的力和力矩，全体的动作和重心以及作用在此重心的力和力矩单独地或使在数据库的人体或动物体的模型上重叠显示在图象上，能编制出真实的具有科学性的动作。

Description

本发明涉及对人或动物动作进行分析的方法。

学会运动竞技或技能中的动作，以及对动物调训或机器人等编程序，需要进行劝作分析。以往是通过人观察其动作，并根据其观察结果编制用于学会动作或动作再现的教程或程序。因依赖人的主观观察，总归是不够充分。

另一方面，近来常使用计算机进行人或动物动作的分析。而在这种使用计算机进行分析的场合，以往依赖分析者的主观，应用仅包含位置、速度和加速度的运动学进行分析。因此，用此方法进行分析，并能在图象上进行表示的仅是用线表示人体或动物体构成部分的线图（ライン·ピクチヤ），不能立体地和充实且真实地显示人体或动物体。因此常常使设计的动作不合理，何况开发新动作较困难。

此外，在使用计算机进行动作分析中尽管适用依据对话形式进行实时应答的方法，但于由在传统的方法中需要对实际动作后的动作内容进行确认，以及基于其结果进行微调整，因而无法进行依据对话形式的实时应答。

作为论述物体运动的方法，除了使用位置、速度和加速度的运动学外，还有用物体运动和力的关系进行论述的所谓动力学方法，若将此方法应用于使用计算机的动作分析，能以少量操作分析复杂的动作、然而，由于依据动力学的动作分析中，需要有难以计量的惯性力矩、重心、作用在关节上的摩擦，以及肌肉、韧带的弹性等数据，如缺少这些数据，结果是和依据运动学的动作分析同样不合理。此外，由于需要解比较花功夫的动力学方程式，为了对具有关节自由度高达200个的人体动作进行分析，需要同时对解600个微分方程式。

以往的使用计算机和依据动力学的动作分析，如以分析人的动作为例，由1.编制人体模型，2.输入人的实际动作，3.分析输入的动作，4.在图象上显示动作的四个阶段组成。

在图象上显示动作的阶段只要精确地解动力学方程就可以了，而由于此方法在把n作为构成在运动分析时成为动作最小单位的人体要素的数的场合，其计算量O（f（n））是n⁴的函数O（n⁴），使计算量多，且计算时需要花时间，因而使计算机的计算费用高。

另一方面，提出了一种采用计算量为n的函数O（n）的计算的运动分析方法，然而，此方法仅在可以忽视关节绕轴回转时才能成立。因此，采用此方法的场合，能在图象上进行显示的仅是用线表示构成人体部分的线图，而在不能忽视绕轴回转场合，则不能应用此方法。因此，据此方法不能立体地充实且真实地显示人体。

本发明是以提供能不依靠试行错误或分析者直觉，使用计算机和根据对话形式进行人或动物动作的分析方法的课题。

为解决上述课题本发明，起初把包含关于人体或动物体基本动作的在各关节上发生的力和力矩的动参数的数据向数据库进行输入。

接着把成为分析对象的动作相对从多方向摄影的胶片象差或电视图象的帧，对数据库数据进行存取，应用逆动力学进行分析，关于其动作算出发生在人体或动物体的各个关节上的力和力矩，将其和数据库数据同时进行显示。

实施例。

以下，用附图对本发明实施例进行说明，此实施例是以分析人的动作为例。

图1是表示本发明动作分析方法流程图，此流程图是由1.编制人体模型，2.输入人的实际动作，3.分析输入的动作，4.显示结果的各阶段构成。

在“编制人体模型”的第一阶段，把人体分解成成为动作最小单位的部分，基于这些各部分的固有性质、相互关系以及各关节活动范围等的约束条件编制人体模型，作为数据库向计算机输入。

在“输入人的实际动作”的第二阶段，把成为分析对象的动作向电视图象的帧单位或胶片图象的象差单位进行输入、在此场合，若使用从多方向同时摄影的图象，能更具体地进行下一阶段的分析。

在“分析输入动作”的第三阶段，应用逆动力学对在第二阶段输入的动作进行计算，对各部重心，作用在各关节上的力和力矩，全体重心，作用在该重心上的力和力矩进行分析。

在“显示结果”的第四阶段，通过用箭头等使在第三阶段中得到的各部分重心，作用在各关节上的力和力矩，全体重心，作用在全体重心上的力和力矩重叠在数据库的人体模型上，从而显示在图象上。

如上所述，本发明的应用动力学的动作分析方法的处理是用动力学、约速条件和逆动力学三个阶段进行的，在动力学阶段，把人体或动物体分成因关节分离的各个独立部分，而各部分的动作用牛顿方程式或欧拉方程式使和其它部分分开进行计算。在约束条件阶段，校验体各部分的相互结合关系以及关节活动范围。

因此，通过采用本发明动作分析方法，使迄今为止的应用动力学的动作分析方法中计算量多的问题得到介决，从而能进行实时反馈。能较好地使动力学适用于实际动作分析。

而且，为了对人体各部分动作进行计算，采用牛顿方程式求重心的线加速度，用欧拉方程式求重心的角加速度，所以能显示身体各部分的各个重心位置以及加在这些重心上的力，同样也能显示全体重心的位置以及加在此重心上的力。

在传统的动作分析方法的知识中包含人体动作基本数据以及规定各关节活动范围的约束条件，然而，相对此依赖分析者的直觉得到的知识，而本发明动作分析用的知识指的是通过分析人的实际动作得到的实际的动的参数。因此，由此知识编成的动作具有科学性，可以依赖，因而能编成真实的动作。

Claims

1、一种动作分析方法，使用计算机对人或动物体的动作进行分析，包括把人或动物体分解成形成动作最小单位的部分，其特征在于还包括基于这些各部分的固有性质、及其相互关系和关节活动范围等的约束条件编制人体或动物体模型向数据库输入的阶段，输入人或动物实际动作的阶段，应用逆动力学计算输入的动作，计算各部分重心，作用在各关节上的力和力矩，全体重心，作用在该重心上的力和力矩的阶段，以及显示上述计算结果的阶段。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于使依据逆动力学计算的力和重心和输入的动作合成在图象上进行显示。