红外反射解剖标记是物理受试者与生物力学分析系统之间的关键数据转换层。通过粘贴在特定的骨骼标志点上，例如骶骨、髂棘和脚踝，这些标记充当了独特的特征点，使软件能够构建数字骨架模型以进行即时分析。
核心要点 这些标记是 13 到 15 个节段身体模型的几何基础，将生物运动转化为数字格式。这种抽象能够自动实时计算所有三个运动平面上的关节活动范围 (ROM) 和复杂的旋转角度。
构建生物力学模型
识别骨骼标志点
这些标记的主要功能是系统识别。通过将它们放置在刚性解剖点上——特别是骶骨、髂棘和脚踝——研究人员可以稳定地锁定受试者潜在的骨骼结构。
创建多刚体系统
一旦识别出来，这些特征点就允许系统生成一个生物力学人体骨架模型。这个过程将复杂的人体形式抽象为一个连接的刚体（节段）系统，这对于一致的数学分析至关重要。
建立坐标系
标记有助于创建13 到 15 个节段的坐标系。需要这个几何基线来将肢体运动分解为可计算的数据，从而精确跟踪胸腔和骨盆的关系。
计算实时性能数据
测量活动范围 (ROM)
数字骨架模型使系统能够自动计算实时活动范围。这对于评估特定鞋类在使用过程中如何影响髋关节、膝关节和踝关节的力学至关重要。
分析三维平面
标记支持在矢状面、冠状面和水平面上进行分析。这提供了全面的性能视图，确保运动是以 3D 而不是仅仅是平面的二维轮廓进行跟踪。
推导高级动力学
除了简单的位置跟踪，标记数据还可以用于计算动态指标，如质心 (CoM) 加速度。通过测量骨骼节段的方向，研究人员还可以推导出关节力矩和欧拉角来理解旋转力。
理解权衡
可见性与干扰
在标记的物理尺寸方面存在功能性权衡。虽然较大的标记为高分辨率摄像头提供了更清晰的数据点，但它们可能会阻碍运动。
14 毫米标准
为了减轻这种情况，通常使用14 毫米直径作为标准优化。这个特定尺寸足够大，可以在跳跃等动态活动中确保高对比度反射，同时又足够小，可以防止对测试受试者的自然步态模式产生物理干扰。
表面映射的局限性
需要注意的是，标记放置在皮肤上以跟踪其下方的骨骼。虽然高反射涂层确保了摄像头能够看到标记，但数据始终是从表面放置推导出的骨骼模型，依赖于皮肤与骨骼标志点同步移动的假设。
根据您的目标做出正确的选择
在设计评估鞋类性能的研究时，标记的配置决定了您可以提取的数据。
- 如果您的主要重点是关节健康：优先在脚踝、膝盖和臀部放置标记，以捕捉矢状面、冠状面和水平面上的完整活动范围 (ROM)。
- 如果您的主要重点是稳定性和平衡：确保在骶骨和髂棘上进行精确放置，以计算质心 (CoM) 加速度和躯干旋转。
- 如果您的主要重点是动态敏捷性：验证是否使用了 14 毫米标记，以在快速运动事件中保持高对比度跟踪，而不会妨碍运动员。
生物力学建模的成功不仅取决于硬件，还取决于标记的精确解剖放置，以确保数字骨架能够忠实地反映物理用户。
总结表：
| 特征 | 在生物力学建模中的功能 |
|---|---|
| 解剖放置 | 骨骼标志点（骶骨、髂棘、脚踝）建立骨骼基础。 |
| 模型构建 | 创建用于数学分析的 13-15 节段刚体系统。 |
| 数据转换 | 将生物运动转换为 3D 坐标（矢状面/冠状面/水平面）。 |
| 14 毫米标记尺寸 | 在不妨碍自然步态的情况下优化高对比度跟踪。 |
| 性能指标 | 计算实时活动范围 (ROM) 和质心 (CoM)。 |
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参考文献
- Minjie Bian, Yurong Mao. A non-immersive virtual reality-based intervention to enhance lower-extremity motor function and gait in patients with subacute cerebral infarction: A pilot randomized controlled trial with 1-year follow-up. DOI: 10.3389/fneur.2022.985700
本文还参考了以下技术资料 3515 知识库 .
