مدلسازی سه‌بعدی اسکلتی-عضلانی مبتنی بر تصاویر دو بعدی
پذیرفته شده برای پوستر XML
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22089/10thconf.2017.700
نویسندگان
1دانشگاه صنعتی امیرکبیر
2استادیار پژوهشگاه تربیت بدنی و علوم ورزشی
3amirkabir university of technology
چکیده
مقدمه: در زمینه‌ی پزشکی و توانبخشی برای تشخیص و ارزیابی وضعیت آسیب‌های حرکتی، همچنین در حوزه‌های ورزشی برای بهبود عملکرد و تجزیه و تحلیل حرکات ورزشکاران، به روش‌‌های آنالیز حرکت نیازمندیم. بر پایه‌ی روش‌های آنالیز حرکت مدلسازی اسکلتی عضلانی انجام می‌شود که این مدلسازی در ارزیابی و پیشگویی میزان ریسک آسیب اهمیت زیادی دارد. برای ایجاد یک مدل اسکلتی عضلانی به سیستم‌های خاص و حرفه-ای نیاز است که غالبا مبتنی بر روش‌های سه‌بعدی و ایجاد فایل‌های با فرمتC3D است. ثبت حرکات بخش‌های مختلف بدن و تجزیه و تحلیل آن‌ها با استفاده از دوربین‌های مادون قرمز با نرخ فیلمبرداری بالا انجام می‌شود که برای تحلیل داده‌ها، از نرم ‌افزارهایی مانند Vicon, Cortex یا Visual 3D استفاد می‌شود. خروجی این سیستم‌ها که برای مدلسازی عضلانی قابل استفاده می‌باشند دارای فرمت C3D است. اما استفاده از این سیستم‌ها و دریافت نتیجه مطلوب همواره به راحتی میسر نمی‌باشد، چرا که تهیه و استفاده از این سیستم‌ها بسیار پرهزینه و زمانبر است. برای رفع این مشکل، در این پژوهش به دنبال استفاده از سیستم‌های متن باز به صورت سه بعدی با به کارگیری دو دوربین فیلمبرداری معمولی و ایجاد داده‌ی C3D بودیم.
روش شناسی: برای به دست آوردن اطلاعات سه بعدی حرکت از نرم افزار متن باز Skill Spector استفاده شد. به این ترتیب که در مرحله اول پس از ثبت حرکت مورد نظر با استفاده از دو دوربین، در این نرم‌ افزار داده‌های مربوط به مختصات x، y و z برای هر یک از مارکرها بدست آمد. خروجی این نرم ‌افزار فایل تکست می‌باشد، در حالی که تمامی نرم‌ افزارهای مدل سازی اسکلتی عضلانی به داده هایی با فرمت C3D نیاز دارند. به این ترتیب در مرحله بعد با بهره‌گیری از توابع نرم‌افزار متلب داده‌های مختصات نقاط به یک فایل C3D تبدیل گردید که می‌توان در نرم‌ افزارهای مدلسازی از آنها استفاده کرد. در نهایت برای اعتباریابی و صحت سنجی، به صورت همزمان با سیستم آنالیز سه بعدی Cortex و نیز به روش ارائه شده در این پژوهش 15 تست مختلف انجام شد و نتایج به دست آمده توسط نرم افزار SPSS با هم مقایسه گردیدند.
یافته ها: نتایج بدست آمده بیانگر این بود که این روش از اعتبار لازم برخوردار می‌باشد.
بحث و نتیجه گیری: در نتیجه این روش برای تحلیل سه بعدی حرکت، روشی قابل اطمینان و کم هزینه است که می‌توان در تحقیقات مختلف از آن بهره برد و همچنین در مراحل ابتدایی مدلسازی اسکلتی از آن استفاده کرد.
کلیدواژه ها
موضوعات
 
Title
Musculoskeletal 3D Modeling Based on 2D Images
Authors
Mina Abdollahzadekan, Ali Sharifnezhad, Mahdi Shafieiyan
Abstract
Introduction: Motion analysis is an essential method used in medical and rehabilitation researches for motion injury diagnosis and evaluation. Also, it is useful in sports science in order to analyze athletes’ movements and modify their performance. Human 3D musculoskeletal model which is necessary for injury prediction and evaluation, is based on motion analysis methods. Musculoskeletal model can be obtained by particular motion capture systems that export 3D data with C3D format. Capturing and analyzing the movements of human body parts can be done by infrared high frame rate cameras. Besides specific software such as Cortex, Vicon or Visual 3D is essential for analyzing the movement data. These software and systems are quite expensive and time-consuming, hence it is not always simple to get your desired results out of the system. Considering these problems, this research intends to use ordinary cameras and open source systems to get 3D data and create a C3D format.
Methodology: Skill Spector is an open source software to obtain 3D data. So, after capturing movements with two ordinary cameras, coordination (x,y,z) of the markers on body is obtainable using Skill Spector. Exported data from Skill Spector is a text file, while imported files format for musculoskeletal modeling is C3D. Next step is to create a C3D data from 3D coordinates of the body points which was acquired by MATLAB functions. This C3D file is applicable in modeling software.
Finally, in order to validate the results 15 tests have been done simultaneously with both the Cortex system and aforementioned method. The SPSS software was used to compare the test results.
Results: Due to the comparison, this method is reliable.
Discussion: In conclusion, this is an inexpensive and valid method to use in different researches and can be considered as a first step for musculoskeletal modeling.
Keywords
C3D, Musculoskeletal Modeling, Camera