随着现代生活节奏的加快和生活水平的提高,人们也越来越重视身心的健康。体育运动作为提高身体素质的主要方式,受到了大众的青睐,大众体育也到了蓬勃发展的时期。而专业运动指导的缺乏,导致大众在参与体育运动中存在动作不规范,竞技水平难以提高的问题,甚至会导致运动损伤的发生。因此开发一套适合大众使用的体育运动示教系统很有必要。大众体育示教系统包括三维运动捕捉、三维运动重建、人体动作比对分析和人体运动生物力学分析等功能。目前,本课题组已经在三维运动重建部分取得了阶段性的成果,因此本文就运动捕捉、动作比对分析和人体运动生物力学分析三个方面开展了相关研究调研,在了解了每个部分的发展现状和所存在的问题以及不足以后,本文开展了以下工作:在三维运动捕捉方面,本课题采用微软公司的Kinect体感摄像机来采集人体动作数据。Kinect可以准确地捕获人体关键骨骼节点的数据,且Kinect价格低廉、精度高且实用性高,对于表演者的动作没有限制,适合用于大众体育示教系统。同时Kinect捕获的人体动作数据用骨骼表征,便于后续的运动重建和运动分析。在人体动作比对分析方面,考虑到动作序列的高维度、不同步和易变性等特点,本文引进了姿态距离联合最长公共子序列的方法。姿态距离有效地解决了高维度的问题,并能体现出人体的空间结构。最长公共子序列法能够克服数据中的突变与漂移,并支持时间轴上的变形。此方法可以给出动作比对分析的全局和局部匹配结果,为体育示教提供直观的建议与指导。在人体运动生物力学分析方面,本课题采用了LifeMOD软件建立人体骨骼-肌肉模型。LifeMOD是专业的生物力学仿真软件,可以建立逼真的人体骨肌模型,其中关节和肌肉组织有学习的功能,可使人体模型变成主动模型。首先,通过数据骨架结构的重定义、数据验证等处理,然后进行反向动力学仿真和正向动力学仿真。最后可得到相关部位的运动学、动力学数据,为预防运动损伤提供了依据。