光学运动捕捉系统通过追踪放置在身体上的反光标记来数字化人体运动。在安全鞋实验中，摄像头会记录附着在特定解剖学标志点上的这些皮肤标记的三维空间坐标。这种实时数据收集为分析安全鞋如何影响工人行走力学提供了技术基础。
该技术的核心目的是将物理运动转化为可量化的运动学数据。通过从标记位置计算关节角度，研究人员可以客观地测量不同中底材料在步态周期中对下肢活动范围的影响。
数据收集的力学原理
反光标记的作用
该过程始于精确放置反光皮肤标记。这些标记并非随意放置；它们附着在人体特定的解剖学标志点上。
实时空间追踪
一旦受试者开始行走，光学系统就会追踪这些标记。摄像头会记录标记的位置，从而实时生成三维空间坐标。
数字化骨骼
这种空间数据有效地创建了受试者运动的数字模型。它将物理步态转化为计算机可以分析的精确数据点流。
将数据转化为生物力学见解
计算关节角度
原始坐标数据是更高级别分析的基础。软件算法利用标记的相对位置来计算脚踝、膝盖和髋关节的角度。
分析步态周期
这些计算使研究人员能够可视化整个步态周期。通过监测角度的变化，系统会创建受试者行走模式的详细档案。
测量活动范围
特别关注的运动包括背屈（脚向上抬起）和跖屈（脚向下绷直）。系统精确量化了这些阶段中关节的旋转幅度。
评估中底影响
这些运动学数据揭示了鞋子组件的具体影响。它可以直接比较不同中底材料如何影响自然的活动范围，表明安全鞋是否限制或支持自然运动。
理解权衡
标记放置精度
整个实验的可靠性取决于初始设置。由于系统根据解剖学标志点计算角度，即使在放置皮肤标记时出现微小错误，也可能导致关节角度数据不准确。
皮肤运动伪影
重要的是要认识到标记是附着在皮肤上，而不是骨头上。在运动过程中，皮肤可能会在骨骼结构上滑动，这可能导致记录的标记位置与实际骨骼位置之间出现微小差异。
最大化数据价值以用于鞋履设计
为了有效地利用光学运动捕捉技术进行安全鞋测试，您必须将数据输出与您的具体研究目标相匹配。
- 如果您的主要重点是材料选择：分析背屈和跖屈数据，以确定特定的中底密度是否限制了脚部自然运动。
- 如果您的主要重点是人体工程学设计：使用髋、膝、踝关节角度数据，确保鞋履不会改变穿着者沿腿部的自然运动链。
通过严格追踪这些运动学数据点，您可以确保安全鞋在提供必要保护的同时，不会影响生物力学效率。
总结表：
| 特征 | 在鞋履测试中的功能 |
|---|---|
| 反光标记 | 附着在解剖学标志点上，用于追踪三维空间坐标。 |
| 光学摄像头 | 实时捕捉标记位置，以数字化人体骨骼。 |
| 运动学数据 | 计算关节角度（脚踝、膝盖、髋部），以测量活动范围。 |
| 中底分析 | 评估材料对背屈和跖屈的影响。 |
| 数据应用 | 为人体工程学设计提供信息，以保持自然的行走力学。 |
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参考文献
- Judith Osterloh, Rainer Bader. The effect of different midsole materials in safety shoes on perceived comfort, muscle activities, and biomechanical parameters during walking – a musculoskeletal modelling approach. DOI: 10.1080/19424280.2025.2472249
本文还参考了以下技术资料 3515 知识库 .