人体运动分析

人体运动分析（精选十篇）

人体运动分析 篇1

近年来, 随着计算机视觉和图像处理技术的发展, 由于其广泛的应用前景, 运动人体行为分析吸引了广泛的关注。运动人体行为分析是一个跨学科的研究课题, 主要研究内容涉及计算机视觉、图像处理、模式识别、人工智能、计算机图形学等多学科领域[1]。

1 研究流程

1.1 运动检测

运动检测的目的是在视频序列中将运动的人体区域从复杂的背景中提取出来。目前主要用到的运动检测方法包括背景减除法、时间差分法、光流法。

(1) 背景减除法

背景减除法是运动目标分割中广泛使用的一种方法, 特别是当背景是相对静止的情况下。它是利用当前帧和背景帧进行差分并阈值化来检测出运动物体, 它能得到运动物体很全面的特征数据, 但却对由于光线和其他无关事件影响的动态场景变化非常敏感。

(2) 时间差分法

时间差分方法是在连续的图像序列中两个或三个相邻帧间采用基于像素的时间差分并阈值化来提取图像中的前景区域的方法。

(3) 光流法

光流方法采用了运动目标随时间变化的光流特性。该方法的优点是在摄像机运动存在的前提下也能检测出独立的运动目标。然而, 大多数的光流计算方法相当复杂, 且抗噪性能差, 如果没有特别的硬件装置则不能被应用于全帧视频流的实时处理。

1.2 目标分类

不同的运动区域可能对应于不同的运动目标。目标分类是运动人体分析的必要过程, 它可以将其他运动物体与运动人体区分开。一般来说, 目标分类的方法可以分为两种:

(1) 基于形状信息的分类方法

基于形状信息的分类方法首先描述运动区域的形状信息, 例如点、框、块等。它通常被认为是一个标准的模式识别的问题。

(2) 基于运动特性的分类方法

基于运动特性的分类方法利用非刚性的人体运动的周期性区分运动人体与其他运动物体。

此外, 上述两种方法经常被结合使用, 设计出一个更为可靠的、视角无关的目标分类方法。实验结果显示了混合分类方法对于单独的基于运动特性或者形状信息分类方法的巨大优越性。多特征混合正逐渐成为现实场景中实现精确目标分类的重要方法[2]。

1.3 运动人体跟踪

运动人体跟踪就是确定运动人体在每一帧中的位置, 从而得到运动人体的时序运动轨迹。

我们可以把运动跟踪过程分为三个阶段:初始化、特征提取和跟踪[3]。第一个阶段, 初始化是确定人在图像中的位置, 对于基于模型的方法, 这个过程还包括出示的模型初始的模型参数估计以及采用什么方法来表示人体模型两个问题。在第二个阶段, 特征提取是从图像上提取感兴趣的特征。进行运动人体跟踪时, 最常见的特征就是外轮廓、边界、灰度、颜色等特征。第三个阶段是跟踪, 即在时间序列上反复地确定图像中人的位置, 甚至是在每一时刻都要估计出表示人体模型的参数, 得到一个在时间序列上的人体运动描述。

1.4 行为理解与描述

人体行为识别与理解是指对人的行为模式进行分析和识别, 并用自然语言等加以描述。人体行为识别可视为时序数据的分类问题, 即将测试序列与预先标注的代表典型行为的参考序列进行匹配。目前的方法主要被分为两大类:

(1) 基于统计模型的方法 (methods based on statistical model)

基于统计模型的方法是根据一定量的样本数据学习产生一个统计模型, 基于模型进行行为匹配。

(2) 基于模板的方法 (template-based meth-ods)

基于模板的方法的基本思想是首先将图像序列转换为一组静态形状模式, 然后在识别过程中和预先存储的行为标本相比较。

人体行为的语义描述是经过对运动人体的连续跟踪观察, 对运动人体的运动模式进行分析和识别, 判断该行为是否属于异常行为, 并利用自然语言进行描述。目前人的行为描述还只局限于简单的语义解释, 如Remagnino等[4]提出了一个基于视频对象行为的视觉监控系统, 该系统提供了三维场景中对象动态活动的文字性描述。

2 行为分析存在的问题与研究热点

尽管运动人体行为分析技术得到了较大的发展, 但是由于人体运动的非刚性以及高自由度、行为发生的场景和人运动的模糊性、遮挡、阴影、等因素的影响, 使得运动人体行为分析仍处于简单的行为与事件检测的初级阶段。行为分析的问题和难点主要体现在:

(1) 运动分割[1]

底层的运动人体检测是高层的行为分析的基础, 但是由于背景的动态变化, 遮挡和阴影等原因使得快速而又准确的运动分割成为一个困难的任务。

(2) 算法的有效性和鲁棒性

当前的很多研究大都是针对简单标准的动作、简单的行为、事件和背景, 因此, 提高算法的有效性和鲁棒性才能真正地将运动人体分析技术应用于复杂的现实环境。

(3) 运动特征的选择与表达

如何选择合适的特征充分表达人体运动是行为分析的关键问题, 而视点不变性对于行为的表达异常重要。

研究热点:

(1) 行为分析与生物特征识别相结合;

(2) 自适应的特征选取方法;

借鉴人类学习、识别和理解机理, 提取有关行为的主要特征, 当这些特征不足以完成行为的理解和分析时, 系统逐步提取候选的细节特征。另一种方法是提取行为的视点无关的鲁棒的特征, 当然这是很困难的事。

(3) 人的运动分析向行为理解与描述高层处理的转变。

借助计算机视觉, 模式识别等相关领域的成果, 将现有的简单行为识别和语义描述推广到更为复杂的场景下的行为分析与自然语言描述。

结束语

运动人体行为分析涉及到人工智能、模式识别、计算机视觉等多学科知识, 由于其在智能监控、运动分析、感知接口、虚拟现实等多方面都有着广泛的应用前景, 正吸引着越来越多的研究人员的注意。随着计算机视觉等相关知识的发展, 行为分析也将从简单的行为识别和语义理解上升到更高层次的复杂背景下的行为分析和自然语言描述。

参考文献

[1]王亮, 胡卫明, 谭铁牛.人运动的视觉分析[J].计算机学报, 2002, 25 (3) :225-237.

[2]Y.Bogomolov, G.Dror, S.Lapchev, E.Rivlin, M.Rudzsky, and I.Tel-Aviv, “Classifi-cation of moving targets based on motion andappearance, ”[M].Brit.Mach.Vis.Conf., 2003:429-438.

[3]陈睿.基于概率模型的三维人体运动跟踪研究[D].北京:中国科学院研究生院, 2005.

《人体与运动》教案 篇2

一、设计理念：

本课以学生为本，将学生的全面发展作为目标，贯彻“健康第一”的指导思想，以促进学生身心健康和谐发展为出发点，使学生理解人体的运动系统是如何作为一个整体使人体能够运动，从而为学生学习体育与健康打下相应的基础。

二、教学目标：

①知识与技能目标：a、通过本课学习，使学生了解骨骼、关节、骨骼各肌的构

造和功能；掌握青少年骨骼、关节、肌肉的发育特点。b、渗透《中华人民共和国体育法》,体育运动分为三种:社会体育、学校体育和竞技体育。

②过程与方法目标：通过本课学习，让学生想出一种发展身体某一肌肉群的方法。能力目标增加了一定难度，但是大多学生可以通过努力实现这一目标，并体验到成功。这种积极的体验，有助于增强学生的自信心，可以提高学生的动机水平。

③情感态度与价值观目标：通过展示精彩视频与直观的图片，充分调动学生的学习情绪。适当将竞赛引入课堂，提高学生学习的主动性。

教学重点、难点：

①重点：骨骼、关节的基本构造和功能；

②难点：骨骼、关节、肌肉如何相互协调完成运动过程。

三、教学对象：

九年制初中八年级学生。初中八年级学生对体育与健康两者的概念与联系不是很清楚，学生需要了解基本的运动的基本原理，为今后的体育锻炼奠定良好的基础。

课程资源：《人体与运动》一课，是全日制初中《体育与健康》课中第一章《你的身体健康》中的第一节课的学习内容，是体育理论课。教材由“骨骼和关节”、“肌肉”、“骨骼、关节、肌肉和运动系统的关系”三部分内容组成。

四、课程资源：

教材资源：初中八年级《体育与健康》教材及教学参考书。多媒体资源：《人体与运动》演示课件、幻灯片课件 教具资源：人体骨骼模型、体操垫。

五、教学方法：

体育理论课由于在教室内进行，场地受到限制，教材内容又显得单一，学生学起来枯燥。根据新体育课标的要求，我通过让学生积极动脑思考，动手试一试，动口问答，在此过程中激发学生快乐的情绪，产生学习兴趣和求知欲望，在兴趣盎然中学习，由动而乐，在乐中学。

八年级学生因年龄小，理解能力差，并且又特别活泼好动。因此我对他们不进行过深的理论讲授，只讲一些简单的常识性内容。在讲授时也不是进行简单的说教，而是要使内容生动、形象，创设语言和练习情境，使讲练相结合，引发学生的好奇心，激发学生的学习兴趣。

小学生入中学后，身心都产生了质的飞跃，但活泼、好动的特点没有变，而且视野越来越宽，求知欲越来越强烈。我想通过讲清人体的运动系统是如何作为

一个整体使人能够运动，从而为初中生学习体育与健康打下坚实的基础。所以我在七年级第一次体育理论课就安排了《人体与运动》。想通过各种手段充分利用开学的第一节体育理论课，培养对学生对体育的兴趣。

六、教学方法和手段：

采用了演示教学法、启发式教学法、问答式教学法、试验式教学法、总结归纳法。通过多媒体教学及分组合作的教学手段促进教学任务的完成。

七、教学模式： 采用探究式教学模式

八、教学过程：

（一）、给同学展示NBA顶尖球星在赛场上的精彩视频，引出讨论问题：他们在赛场上自由驰骋，是依靠自身的什么完成的？

总结：无论是优秀的运动员还是一般人，只要从事体育运动，就必需依赖与自身的运动系统。2002年教育部颁发《学生伤害事故处理办法》以后,学生的体育运动伤害行为处理有了一个相对具体的参照依据。在《中华人民共和国民法通则》中,明确规定了学校的安全保障义务。依据《学生伤害事故处理办法》第8条规定:因学校学生或者其他相关当事人的过错造成的学生伤害事故,相关当事人应当根据其行为过错程度的比例及其与损害后果之间的因果关系承担相应责任。民法通则司法解释第7条规定:对未成年人依法负有教育、管理、保护义务的学校、幼儿园或者其他教育机构,未尽到职责范围内的相关义务致使未成年人遭受人身损害,或者未成年人致他人人身损害的,应当承担与其过错相应的赔偿责任。第三人侵权致未成年人遭受人身损害的,应当承担赔偿责任。学校、幼儿园等教育机构有过错的,应当承担相应的补充赔偿责任。（渗透法律法规知识）

（二）、一边展示刘翔跨栏的视频一边告诉学生：奥运冠军刘翔就具备非常适应于跨栏的运动系统!如此高强度的运动,这一切都要依靠运动系统来完成！

（三）、先了解学生预习的情况，提问：人体的运动系统主要包括那几个部分？最后在黑板上写出运动系统的分支图：人体运动系统——骨骼、关节、肌肉。

（四）、介绍骨骼

1、在幻灯片上展示人体骨骼的正面示意图。

骨骼: 正常成年人的骨骼数为206块,可以分为附肢骨骼和中轴骨骼两部分,其中附肢骨骼包括上肢骨和下肢骨，中轴骨包括椎骨、胸廓骨和颅骨。（主要人学生能了解什么是中轴骨什么是附肢骨）

2、概念传授：骨骼按形态可分为长骨、短骨、扁骨和不规则骨。

分别向学生展示四种骨头的形状，介绍各种骨头的特点与特定的作用： 长骨：由股骨所代表的那种长大的骨，主要存在于四肢，呈长管状。

短骨：为形状各异的短柱状或立方形骨块，多成群分布于手腕、足的后半部和脊柱等处。短骨能承受较大的压力，常具有多个关节面与相邻的骨形成微动关节，并常辅以坚韧的韧带，构成适于支撑的弹性结构。

扁骨：呈板状，主要构成颅腔和胸腔的壁，以保护内部的脏器，扁骨还为肌肉附着提供宽阔的骨面，如肢带骨的肩胛骨和髋骨。

不规则骨：形状不规则且功能多样，有些骨内还生有含气的腔洞，叫做含气骨，如构成鼻旁窦的上颌骨和蝶骨等。

（五）、介绍关节

1、试一试：膝盖不弯曲跑步，手指不弯曲写字。从中体会关节的重要性。

2、关节的基本分类：球窝关节、滑车关节与微动关节。

在幻灯片上依次展示三种关节的图片。

先介绍球窝关节：播放动态FLASH，让学生理解球窝关节的特殊型：可以向各个方向转动或旋转。

思考:为什么球窝关节可以向各个方向转动或旋转? 关节头呈圆形,关节窝为项应的凹面.圆球体的接口为关节的旋转提供了良好的形态基础。再滑车关节：只能向前或后转动，让学生自己找找身体上哪些是球窝关节哪些是滑车关节？球窝关节与滑车关节的明显区别在哪里？ 最后讲微动关节的特点：只允许平面间或往返的运动。思考：是不是微动关节活动的范围小就表示此关节不如前面两种关节？它有什么特定的作用？

（六）、介绍肌肉：

1、依次展示三种肌肉的图片，依次介绍三种肌肉。

先讲骨骼肌：骨骼肌通过收缩，牵拉骨绕关节运动轴转动，因而是运动系统中的动力源。

骨骼肌是体内最多的组织，约占体重的40%。在骨和关节的配合下，通过骨骼肌的收缩和舒张，完成人和高等动物的各种躯体运动。大多数骨骼肌借肌健附着在骨骼上。分布于躯干和四肢的每块肌肉均由许多平行排列的骨骼肌纤维组成，它们的周围包裹着结缔组织。

（以上内容不需讲得太细，但重点是要让学生知道骨骼肌对人体运动的重要性）再讲平滑肌：平滑肌广泛分布于血管壁和许多内脏器官，又称内脏肌。主要功能：通过收缩和舒张来推动食物通过消化道。

平滑肌纤维呈长梭形，无横纹。平滑肌广泛分布于血管壁和许多内脏器官,又称内脏肌。主要分布于血管、气管、胃、肠等壁内。

最后介绍心肌：心肌是组成心脏的一种特殊的肌肉，它一天24小时都在收缩和舒张，推动血液流遍全身。

算一算：如果一个人心脏每分钟跳60次，那么：每个小时跳：3600次。一昼夜夜跳：86400次。每年跳：31536000次。如果这个人的寿命是80年，那么他的心一共跳了：2522880000次

（通过运算，体会心肌的重要性，知道体育锻炼能提高心肌功能，从某种意义上来说就是延缓了一个人的寿命。）

（七）、总结：

骨骼 : 赋予了人体基本形态，并起着保护、支持和运动的作用。

关节: 人体的骨骼主要以关节的形式连接在一起，每一个关节都有其特定的作用。

肌肉 : 大部分的运动都是由骨骼肌的收缩得以实现，同时肌肉还起到了保护骨骼、关节及其他器官的功能。

（八）、思考：骨骼、关节和肌肉在运动中的关系？

如射门动作，首先是以大腿的股骨以髋关节为轴转动，同时带动小腿转动，当转动到一定的程度时髋关节运动幅度达到了极限，就由股四头肌带动小腿的胫骨和腓骨以膝关节为轴转动，带动脚去踢球。（展示射门的慢动作视频，同时自己也可以一边示范一边讲解。）

（九）、体育运动对运动系统的促进作用

首先是体育运动对骨的影响：

1、促进骨骼的生长发育，经常进行体育活动，能促进血液循环加快，改善骨的营养供给及新陈代谢加强，从而促进骨的生长发育。

2、改善骨的结构与功能：研究发现：举重运动员的肱骨骨体横径较粗，骨体外侧壁明显增厚。跳跃运动员下肢骨明显增粗、骨壁明显增厚。联系实际：骨质好的人摔一跤可能之是一点皮外伤，骨质差的人可能一点点磕磕碰碰就会骨折或扭伤。

再讲体育运动对关节的影响：

1、增大关节的稳固性，在系统的锻炼中，提高了关节的缓冲能力，抗拉伸能力增强。（联系实际情况，让学生便于理解，同时让学生懂得为什么课前要做准备活动，知道保护关节的重要性与基本方法。）

2、提高关节的灵活性，坚持采用各种科学、有效的拉伸方法，提高关节运动幅度，以提高运动幅度。

注：发展关节稳固性与灵活性是矛盾且统一的；如武术，我们应该都看过，那是钢柔并进的。

最后讲体育运动对骨骼肌的影响：

1、改变骨骼肌形态：经常参加体育锻炼者，肌肉体积增大、重量增加。正常人骨骼肌重量约占体重的40%，而某些运动员可达45%—50%。

2、优化骨骼肌结构

3、增强骨骼肌功能：最大收缩力和张力增加、持续收缩时间延长。以举哑铃为实例，让学生思考，增加了最大收缩力与张力对运动效果的影响。（能够举起更重的哑铃，能够举更多的次数。）

人体运动分析 篇3

［关键词］医学院校 运动人体科学 发展方向

［作者简介］王小敏（1962- ），男，赣南医学院康复学院院长，副教授，研究方向为高教管理、临床医学；谢小青（1973- ），女，赣南医学院第一附属医院主治医师，研究方向为临床医学；李伟（1980- ），男，赣南医学院康复学院运动人体科学教研室助教，硕士，研究方向为运动人体科学。（江西赣州341000）

［课题项目］本文系2007年江西省高等学校教学研究省级立项课题“医学院校运动人体科学专业课程设置之研究”的研究成果之一。（课题编号：JXJG-07-12-7）

［中图分类号］G807.4［文献标识码］A［文章编号］1004-3985（2009）06-0118-02

运动人体科学是一门多学科交叉的边缘性学科，是利用生物学与医学知识研究体育运动对人体形态结构、功能和代谢等方面相互关系及其规律的学科。它既涵盖体育科学中的运动生理、运动生化、运动保健与康复、运动生物力学等课程，也包含生物科学和医学等学科中的一些基本理论知识。1998年教育部将运动人体科学设置为本科专业，属于教育学的体育学类。2004年普通医学院校开始招收运动人体科学专业的学生。但因该专业招收的对象是“普通理科生”并且授予教育学学士学位，再加上该专业是一个新专业，缺乏办学经验，大部分医学院校在培养方案和专业建设上，基本上套用体育专业和临床医学等专业的相关课程，难以体现“以运动的方式和方法去解决人的健康问题”为特色的课程体系，导致在人才培养与社会需求上产生了偏差。为了更好地促进运动人体科

学专业的建设与发展，笔者就医学院校运动人体科学专业的发展方向谈以下几点体会。

一、医学院校运动人体科学专业的现状

1.培养方案。运动人体科学的产生和发展顺应了我国社会发展和科技进步的需要。到2007年止，全国拥有该专业的本科院校达27所，其中，已招生的医学院校就有5所。各院校的总体培养目标与1998年教育部颁布的《普通高等学校本科专业目录和专业介绍》中所提出的培养目标基本一致，即“培养具备运动人体科学理论和实验研究能力，能在中等以上学校、体育科研机构、运动训练基地和保健康复等部门，从事运动人体科学方面的教学、科研、竞技运动和康复指导的高级专门人才。修业四年，授予教育学学士学位”。

2.课程设置。因该专业缘起于体育院校，在专业基础课和专业课的设置方面，招收的是普通理科生，并且他们的体育技能素质又较差，再加上大部分体育院校缺乏临床医学专业作支撑，导致在课程设置中基础课程偏多，而医学知识过于简单，特别是“在神经系统、骨关节、心血管、慢性疼痛等疾病的康复方法和手段，以及心理学方法在康复治疗中的应用等方面的内容”就更少。在实践教学过程中，大多数院校在医院实习的时间偏少，不能很好地适应运动康复的要求。

3.教材建设。教材是规范课程内容，体现课程改革，提高教学质量的重要环节。目前我国运动人体科学专业的教材建设严重滞后，大多是使用临床医学专业和体育教育专业中的相关教材，在教学内容上难免造成不连贯性，影响教学质量。教材与培养目标不相匹配，就很难适应现在的教学要求。

4.毕业生的就业情况。因所学课程大多为体育方面的知识，而大多数学生的愿望又是想成为康复治疗师，再加上目前社会上对运动人体科学专业的了解和认识不足，导致该专业的毕业生“能在中等以上学校、体育科研机构、运动训练基地和保健康复等部门，从事运动人体科学方面的教学、科研、竞技运动和康复指导”就受到了一定的限制，就业前景不尽如人意。

总之，随着康复治疗学专业的发展，若运动人体科学专业不拓宽专业培养口径，不改变招生对象以及学位授予方式，不对该专业的培养方案和课程设置进行改革，则在医学院校的发展道路将举步维艰。

二、医学院校运动人体科学专业的发展前景

中国已逐渐步入老龄化社会，由此而带来的老年人身体锻炼和病后康复等问题，越来越引起人们的重视。为此，学校必须制订科学合理的培养方案和教学计划，为培养社会所需的既懂医、又懂锻炼的复合型运动人体科学专业人才而努力。

1.培养目标应与市场需求相统一。在现代生活方式疾病已成为全球公共健康核心问题的背景下，体育运动在这类疾病防治上的重要作用已初显端倪，作为主要培养专门从事“体疗”人才的运动人体科学专业已成为社会紧缺专业。为此，医学院校应根据其独特的资源优势，灵活把握培养目标，既不能将运动人体科学专业混同于体育教育学专业，也不能将它类同于康复治疗学专业。应根据市场需求，认真探索体育与医学之间的内在联系，突出“如何运用体育的方法解决人的健康问题”这一主线，制订培养方案，建立合理的课程体系，以满足社会市场需求。医学院校运动人体科学专业的业务培养重点应是：掌握体育、生物学的基本理论、各项基本的体育训练方法以及康复医学的基本理论，学会运用运动处方解决人类健康问题，即在掌握医学理论的基础上，采用适宜的运动量和运动形式来促进人体组织结构和生理机能的一系列积极变化，提高患者免疫能力。

2.凸显医学院校特色。运动人体科学专业始建于体育院校，“落户”于医学院校，为了与体育院校互补，凸显医学院校运动康复的特色，将学生培养成符合社会发展需求的“复合型”人才，成为较好地从事保健康复工作的“体疗师”，应按照宽口径、厚基础、重能力的要求，采取前期公共教学模块与后期专业分流的方式，合理设置教学课程。具体来说：第一，要将招生对象由“普通理科生”调整为“体育生”，学制四年，授予教育学学士学位或理学学士学位。第二，在大一和大二期间，采取公共教学模块，让学生掌握体育学及康复医学的基本理论、基本知识和基本技能。主干课程除大学公共课外，应有系统解剖学、功能解剖学、运动生理学、运动生物化学、运动生物力学、基础医学概论、中医骨伤学、运动营养学、运动心理学、体育保健学、运动创伤学、运动处方原理等课程。第三，在大三开始进行专业分流。一为“体育保健与康复”分流方向，主要是将学生培养成从事保健康复工作的“体疗师”，主干课程为医用物理、临床医学概论、医学影像学、康复评定等，授予其理学学士学位；二为“休闲体育”分流方向，主要是培养学生具有休闲体育发展所需的学术研究、技术指导以及教育、组织管理与策划的能力，主干课程为教育学、休闲体育概论、休闲体育社会学、休闲体育管理学以及体育技能实践系列课，授予其理学学士学位；三为“体育教育”分流方向，主要是将学生培养成懂得康复保健知识的中小学体育教师，主干课程与师范院校的类同，授予其教育学学士学位。

3.合理安排毕业实习。实习是学生即将工作前的一个培训阶段，为学生向职场转变做准备，非常重要。专业分流为“体育保健与康复”方向的学生，主要安排在医院康复科进行实习，时间一般为6～8个月左右；专业分流为“休闲体育”方向的学生，主要安排在健身俱乐部或中学进行实习，时间一般为2个月左右；专业分流为“体育教育”方向的学生，主要安排在中小学进行实习，时间一般为2个月左右。所有分流方向的学生在第8学期返校后，针对实践中出现的知识和技能空白，有所侧重地进行补课。

三、对我国运动人体科学专业发展的建议

为更好地促进、规范运动人体科学专业的建设与发展，进一步深化运动人体科学专业的改革，培养出高质量的专业人才，应组织专家编写运动人体科学专业的主干课程教材。

把握人才市场需求，及时调整专业的培养方向及人才培养目标，在招生对象方面，应将普通理科生改为体育生，以拓展毕业生就业渠道。因普通理科生体育技能稍差，对体育运动的兴趣不浓。

同时，要瞄准人才市场需求，加大宣传力度，注重人才培养质量和适应性，使运动人体科学专业建设走上良性循环的轨道。

［参考文献］

［1］教育部高等教育司.普通高等学校本科专业目录和专业介绍［M］.北京：高等教育出版社，2007.

［2］李裕和，罗兴华，黄治官.运动人体科学专业课程设置与学生能力结构调查分析［J］.商场现代化，2005（4）.

人体运动分析 篇4

关键词：运动人体科学,实验教学,体育教育,现状,对策

1 湖南科技学院运动人体科学实验教学现状

1 . 1 对实验教学重视不够, 经费投入严重不足

学院体育学院运动人体科学实验室自2002年建成之后, 到2006年, 陆续投入80万元用于实验设备购置, 初步对运动解剖学、生理生化和体质健康方面设备的投入, 但不能满足实验教学的需要, 与国家对高校体育教育专业实验教学的要求也存在较大的差距。自2006年后, 实验室经历了两次搬迁, 一次解剖标本的全部赠送, 再加上搬迁过程中的耗损, 实验仪器设备经费的零投入, 目前的运动人体科学实验室几乎名存实亡, 能用的仪器设备寥寥无几, 归其原因, 主要与校院领导对体育教育专业实验教学的不理解重视不够有关。

1 . 2 实验教学依附于理论教学, 实验师资力量不足

运动人体科学院实验室现有实验兼职教师4名, 2名副教授, 2名讲师, 均为硕士学位, 均为理论课任课教师, 师资力量看似强大, 实则薄弱, 与专业实验教学有一定的差距。由于实验设备不足的限制, 导致很多实验课程无法顺利进行, 实验室也不能作为科研的场所发挥其重要的作用。

湖南科技学院体育学院体育教育专业运动人体科学院实验室主要开设运动解剖学、体育保健学、运动生理学和体育心理学4门课程的实验项目, 实验教学主要以无设备的项目为主, 验证性实验以讲为主, 能做的就动手去做, 由于设备、场地、课时的限制, 只能以大班为单位进行教学, 不能满足培养学生的动手能力。综合性、设计性实验基本无开展, 近运动生理学实验尝试学生去制定运动处方, 由于设备不完善, 开设的效果不够理想。以上现状, 限制了对学生动手能力、分析解决问题。自主创新能力的培养。

1 . 3 实验教学内容设置不合理

运动人体科学类课程均自成体系, 独立上课, 但内容又相互交叉, 相互联系, 导致有些实验内容重复出现, 比如:心率、血压的测定, 体温的测定、反应时的测定、肺活量的测定等在运动生理学、体育保健学或体育心理学实验中重复出现。实验教学内容的重复设置不仅浪费实验资源, 而且影响学生对实验项目学习的积极性, 影响实验教学效果, 这主要跟实验设备的不足有直接关系。

1 . 4 实验室设置落后不合理

目前, 体育学院运动人体科学实验室共有运动解剖学、体育保健学、运动生理学3个实验室, 实验设备落后不足, 实验场地狭小, 结构功能简单。所开设的实验内容简单, 知识不系统, 实验技术单一, 形式单一, 加上每年的实验经费紧张, 仅有耗材的投入, 无新的仪器设备的添加、更新与完善, 致使实验室环境无法得到及时的改善, 更限制了综合性、设计性和创新性实验项目的开设, 不利于学生综合素质的提高, 学生的动手能力、分析解决问题能力和创新能力的培养, 为了提高这方面的教学质量, 克服无设备下实验教学的开展, 部分教师将实验课与术科结合起来, 提高学生的学习兴趣。

1 . 5 实验教学模式落后不合理

体育学院体育教育专业运动人体科学实验以各课程实验为主, 开展验证性、演示性、操作性实验为主, 部分课程开设综合性、设计性实验, 实验课程依附于理论课程, 实验课时较少, 实验项目开设少。实验教师以理论课教师为主, 没有专门的实验教师。教师在教学过程中, 主要按照实验课本对实验的目的、原理、仪器设备、实验步骤进行讲解和演示, 学生只是应付性的参与, 完成实验报告的撰写, 拿到实验实践部分的期末成绩, 对学生的动手能力, 积极性开发欠缺, 导致学生上实验课就是为了放松, 对实验课实验项目本身的积极性不高, 实验课程的开设也没有达到对学生实践能力、创新能力的培养。

1 . 6 实验教学考核体系缺失, 缺乏理论与实践的有机结合

运动人体科学实验室开设的实验项目主要依附于理论课程, 实验课的考核主要是学生出勤、实验操作和实验报告为准, 尤其以实验报告为主要评价依据, 学生实验成绩占最终考试成绩的20%, 学生将完成实验报告作为实验课得分的目的, 忽视了实验课学习的真正意义, 单一的实验考核方式更加剧了学生无视实验教学的程度。

体育教育专业主要培养中小学体育教师和社会指导员, 从湖南科技学院体育教育专业学生毕业的就业趋势看, 大部分学生就业也是以中小学教师、社会指导员、警察、特警等为主。运动人体科学实验课程实验项目的开设缺乏与中小学体育教学内容接轨, 仅以运动处方的制定一个设计性项目不能满足学生毕业后的需求, 也不能培养学生解决、分析问题的能力, 更谈不上创新教育, 因此, 实验课程的开设一定要注重理论与实践的结合。

1 . 7 实验室建设断层, 管理松懈

湖南科技学院对本校重点实验室投入较大, 实验管理制度齐全, 由于体育教育专业运动人体科学实验室近10年来没有经费投入, 实验教学的支撑主要靠兼职实验教师完成。有的实验无法完成, 这样的实验条件缺乏对教师积极性的调动, 实验建设没有连续性, 出现断层。实验室的管理主要靠兼职实验室主任, 主要是应付每次的实验教学检查和日常的实验室管理, 没有行政职务, 在一定程度上限制了其工作的积极性, 不利于实验室的建设与发展。

2 运动人体科学实验教学对策分析

2 . 1 重视实验教学的重要性, 加大实验教学设备的投入

实验室应该成为培养学生专业技能和创新能力的基地, 在加大实验教学仪器设备投入的基础上, 实验教学改革应打破重理论轻实践的观念, 在原有的实验课基础上, 根据运动人体科学实验课程之间的联系, 将实验课程独立出来, 单独开设《运动人体科学实验》课程, 32个学时, 主要以综合性, 设计性实验为主, 即可减少实验内容的重复, 又可提高实验教学的地位, 还能培养学生的综合素质。

2 . 2 加强师资队伍建设

由于体育学院每年招收人数有限, 开设实验课程有限, 实验设备有限, 因此, 引进高素质实验教师的可能性不大, 但运动人体科学实验内容的更新与医学技术的飞速发展密不可分, 高素质的教师是提高教学质量的关键。学院可以根据实际情况, 为现有实验教师提供尽可能多的进修交流机会, 加强师资队伍的相互交流, 形成良好的学术氛围和教学团队。

2 . 3 优化实验教学内容

单独开设运动人体科学实验课程, 实验教学内容应以综合性、设计性、实用性、创新性等为原则, 以培养高素质的创新型人才为目标, 在原有实验项目的基础上, 以各理论课程、实验教材为依据, 结合体育教育专业的培养目标, 组织实验教师, 请教有关专家, 编写实验教学大纲, 对运动人体科学相关课程实验项目内容进行整合和优化, 减少或去掉演示性、验证性实验项目, 增加综合性、设计性实验, 结合专业时代特征, 精选先进的设计性与创新性实验, 以培养学生的动手能力, 分析解决问题能力以及创新能力。从提高学生的综合素质出发, 结合本专业现有特点, 尽量能编写出适合专业特征、理论实践密切结合, 具有应用价值的自编教材。

2 . 4 优化教法, 完善考评机制

改进教学方法和手段, 是提高实验教学质量的重要因素。在实验教学过程中, 将以教师为主的“填鸭式”教学模式过渡到以学生为主, 自主讨论、积极动手、敢于设计的“开放式”教学模式, 充分调动学生的积极性, 增强学生对实验课程的兴趣和信心, 提高学生的自主创新能力。

成绩考核作为一个阶段教学过程的评价, 是一个不可或缺的环节, 湖南科技学院体育教育专业运动人体科学实验独立开课, 考核方式还在摸索阶段, 在考核方式上, 注重学生的实验操作能力和综合运用知识能力, 使考核结果能客观的反映学生的真实水平。注重考查学生理论联系实践、创新思维能力。具体考核标准建议:平时表现 (10%) , 实验操作 (30%) , 实验报告 (20%) , 实验设计 (40%) 。此模式可在运用过程中进行微调整。

2 . 5 重视实验室建设与管理

实验室的建设是衡量高校教学和科研水平高低的重要标志, 也是专业办学水平的体现, 湖南科技学院其他院系的实验条件优越, 投入较多, 而运动人体科学实验室由于专业人数、实验开出率, 仪器设备使用等方面的限制。近10年来, 经费投入较少, 不利于实验室的长足发展, 在这样的情况下, 院系领导要结合本专业的实际情况, 有条理申报经费, 增加实验教学投入。

在实验室管理方面也要不断的进行改革与创新, 体现实验教学的、规范性、科学性、严格执行运动人体科学实验室的规章制度。对实验人员, 帐、卡、物、耗材、设备做到统一管理, 有效提高实验设备的使用率。运动人体科学实验要与实践密切结合, 以服务社会为宗旨, 合理优化资源, 整合实验项目, 开放实验室, 大胆创新, 为实验教学开展提供有力保障。

3 结语

通过对湖南科技学院体育学院体育教育专业运动人体科学实验室的教学现状进行分析, 发现实验室目前面临许多问题和挑战。比如, 经费投入不足, 设备落后, 实验项目开设少而单一, 实验管理混乱等。结合现状, 提出相应对策。比如加大实验室投资力度, 建设高质量的师资队伍, 优化实验教学内容, 完善考核机制, 完善管理体制等。当前, 国家对大学生实践创新教学非常重视, 在这一政策的指引下, 专业实验教师和管理员应团结一致, 学习国内外体育类示范实验室建设与管理, 结合该校实际情况, 探索一条适合体育教育专业实验教学发展的新模式。

参考文献

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运动人体科学概论试卷 篇5

高一年级

姓名：班级：得分：

一、填空题。（20分）

1、运动人体科学，它包括传统体育专业教育课程中的2、是人体结构和功能的基本单位。

3、人体的组织可分为四大类，即

4、物质代谢过程中常伴有能量的合成，转移和利用，称为

5、酶的主要成分是

6、成年人骨共有块，关节的三个基本要素是

7、骨的生长受体内外诸多因素如

8、躯干肌按部位可分为颈肌、胸肌和腹肌，大部分为体积较大的。

二、选择题。（32分）

1、各种蛋白质的元素组成都很接近都含有（）4种元素。A、C、H、O、SB、C、H、O、Ca

C、C、H、O、ND、O、Fe、Zn、Cu

2、人体是由许多（）构成的。

A、细胞B、蛋白质C、糖类D、水和无机盐

3、心脏是人体的（）

A、系统B、组织C、器官D、细胞

4、ATP是（）

A、腺苷二磷酸B、腺苷三磷酸C、甘油酸D、磷酸肌酸

5、人体的颅骨共有（）块。

A、28B、29C、30D、31

6、肌肉的生理特性是（）

A、伸展性与弹性 B、黏滞性C、兴奋性和收缩性D、活动性

7、关节的三要素是（）

A、关节头、关节唇、滑膜囊B、关节面、关节囊、关节腔C、关节韧带、关节面、关节唇D、关节囊、关节腔、滑膜襞

8、下列说法正确的是（）

A、肱二头肌位于上臂前面浅层，为梭形肌，有长短两个头。

B、肱二头肌位于大腿后外侧深层，为梭形肌，有长短两个头。C、肱三头肌，位于上臂后面，有两个头。

D、大收肌，位于大腿内侧深层，为最大的内收肌，呈条形。

三、名词解释。（20分）

1、系统：

2、消化：

3、3个基本平面和基本轴：

4、排泄：

5、物质代谢：

四、简答题：（28分）

1、简述体育锻炼对关节的影响？

2、什么是必须氨基酸，人体所需要的必须氨基酸有哪几种？

3、简述骨的生长及其影响因素。

运动对人体产生哪些影响 篇6

对运动系统的影响

运动时人体加速了周身的血液循环，使正处于造骨时期的骨组织的血液供应大大改善，使之得到更多的营养物质，促进造骨过程进展加快。运动中，肌肉紧张地工作，为了保证肌肉对氧及营养物质的需要，肌肉开放的毛细血管数量达安静时的15～30倍以上。经常参加运动，能促使肌肉内毛细血管数量增加。由于肌肉长期供血良好，肌纤维逐渐变粗、体积增大、弹性增加、肌肉工作的能力及耐力也都相应地得到提高。经常运动，还可以使关节韧带变得更加坚韧、结实，关节自身也更加灵活、牢固。此外，在室外活动，日光照射可以促进体内维生素D的生成，加速骨的钙化，使骨质更加坚实。

对心脏血管系统的影响

人在运动时，心脏的工作负荷加大，致使心率适当增加，血液流量增大，全身血循环得到改善。在心肌得到锻炼、冠状动脉循环也得到改善的情况下，心肌获得充足的营养，心肌发达、心室壁增厚。

对呼吸系统的影响

当人体在运动时，肌肉活动所产生的二氧化碳，能刺激呼吸中枢，使呼吸加快、加深，以促进二氧化碳的排出及氧气的吸入。运动时，一般人的呼吸频率可达40～50次/分（安静时为12～16次/分），深度为安静时的5倍，通气量每分钟可达70～120升（安静时为6～8升）。经常运动能促使锻炼者提高呼吸系统功能水平，这主要表现在呼吸差增大，呼吸深度、肺通气量及肺活量增大，以及安静时呼吸频率相应地减慢等方面。

对神经系统的影响

积极参加各种运动，可以使锻炼者掌握多种运动技能，改善肌肉工作的协调关系，提高运动的能力和技术水平，这些都促进了神经系统功能的改善和发展。这是由于在运动中，运动器官的每一个动作，都以刺激的形式作用于神经系统，使神经系统的兴奋与抑制过程得到增强，神经活动的平衡性与灵活性得到提高，使神经细胞反应迅速、灵活且不易疲劳。通过适当的运动性积极休息，可以降低疲劳，恢复精力。因此，运动后人们会感到精神愉快、思维敏捷。此外，睡前适当的放松活动，还可以使原来兴奋的神经细胞，得到更好的抑制，使人体休息睡眠得更充分。

（摘自人民卫生出版社《慢性支气管炎的护理与康复》 主编：包家明）

人体运动分析 篇7

(一) 高校运动人体科学专业的现状

运动人体科学是我国高校体育学类的一门本科专业, 它是一门新专业, 其培养目标主要是面向现代化的全面发展的高级人才, 要求学生学习与掌握运动人体科学的基本理论知识、知道与了解相关的发展动态、熟悉国家有关于体育事业和体育科研的相关政策、方针以及法规, 并要求学生具有相应的实验基本操作能力、科学研究能力以及实际工作能力等。运动人体科学体现了体育与医学的紧密结合、运动与健康的紧密结合, 有助于学生实践能力的培养与提高。

(二) 高校体育的目的、任务以及组成内容

增强学生的身体素质, 促进学生的全面发展, 是高校体育教学的主要目的。高校体育教学主要包括学习掌握体育运动的基本知识与技能, 通过全面锻炼来增强学生身体素质, 提高与增强学生的心理素质, 鼓励学生养成良好的思想道德品格以及学习体育运动技能, 为国家培养优秀的运动员等主要内容。根据高校体育教学的目的与任务以及高校体育教学的现状, 可以将高校体育分为三个主要部分:体育教学、运动训练以及体育科研。体育教学的主要特点是其面对广大的全体学生, 运动训练则主要针对高水平的一线运动队。

二、运动人体科学知识对高校体育的作用

(一) 有利于终身体育理念的培养, 是高校体育教学的需要

运动人体科学为高校体育的开展提供了理论的指导, 是高校体育教学中的最后一站, 它衔接学校体育和社会体育, 有利于高校学生终身体育理念的培养, 更新了高校传统的体育教学理念, 使得体育教学的目标与任务更加适合地展开。体育教师不仅仅是学生知识与技能的传授者, 也是引导学生进行体育锻炼的教练者, 他们的首要任务是培养和提高学生自我锻炼的能力。对学生自我锻炼能力的培养以及终身体育理念的培养, 都需要运动人体科学知识为其提供支撑。

(二) 有利于高校高素质运动人才的培养, 为高校体育科学训练提供了有力保障

运动人体科学对于竞技体育具有非常重要的作用, 运动人体科学知识和方法的有效运用, 有助于帮助教师在训练运动员时得到比较可靠的数据, 使他们能够进行科学的训练。例如:通过测量血乳酸来判定运动量的方法, 它由德国人首创, 解决了长期以来一直困扰教练员的问题;运动生物力学科学研究者通过分析海豚转身制定了新的训练计划。运用新的科学研究成果, 把训练和科研组织紧密地结合在一起, 有利于提高技术水平。运动人体科学有助于运动员进行科学的训练, 而科学的训练离不开营养和伤病防治等手段, 因此, 运动人体科学知识的有效运用, 有助于高校高素质运动人才的培养, 为高校体育科学训练提供了有力的保障。

(三) 有利于高校体育科研工作的发展, 是体育科学中的重要组成部分

运动人体科学的科学研究主要包括兴奋剂的检测方法和手段、运动性疲劳及其恢复、儿童和少年的生长发育以及体质的鉴定、运动损伤及其治疗的方法、运动营养以及各种营养补品和训练过程的肩宽指标以及实施监控的范围等内容。运动人体科学是体育科学中的重要组成部分, 加强对于人体科学的学习与研究, 有助于高校体育科研工作的发展。

三、运动人体科学知识在高校体育教学中的有效运用

(一) 运动处方的有效运用

高校体育教学的主要任务即为增强高校学生的身体素质, 运动处方为发展和改善学生的身体素质提供了科学的指导方向, 教给学生科学锻炼身体的基本理论知识以及方法, 解决了科学健身的问题, 实现了运动与健康的结合, 是我国高校体育教学的根本目的和任务。

(二) 运动生理学的有效运用

运动生物学的有效运用, 有利于提高学生的运动成绩, 对于提高人们的健康水平也具有非常重要的意义。运动性疲劳及其恢复以及运用数字化技术对运动员的身体素质进行评定等等一系列的运动生物学科学研究成果对于体育竞技具有重要的意义。

四、运动人体科学教学改革的建议

(一) 明确课程定位

根据高校体育教育的特点和任务, 可将高校体育教育专业的培养目标定位为:掌握体育运动锻炼的基本技能、基本原理和人文内涵, 具有一定的传统体育运动技术和文化传承能力, 能够胜任高校学校体育教学科研、学校体育管理、社会体育指导等工作的应用型、复合型、技能型高级体育教育人才。运动人体科学课程是体教专业中是非常重要的基础理论课, 培养学生掌握健身锻炼的理论知识和科学原理, 能够运用相关知识原理指导当地不同人群的健身锻炼, 服务于高校学校体育、竞赛训练、群众健身锻炼等方面。

(二) 优化课程设置, 精选课程内容

教育部2011 年印发的《国家中长期教育改革和发展规划纲要》中指出:“引导高校合理定位, 克服同质化倾向, 形成各自的办学理念和风格, 在不同层次、不同领域办出特色。”所以, 高校在课程设置、教学内容安排上, 应该根据当地人才市场的需要, 明确课程的培育目标与定位, 优化课程结构和教学内容, 建立符合人才市场需求的高校课程体系, 形成自己的办学特色和优势。在课程设置上, 应增加运动解剖学、运动生理学、体育保健学等基础课的课时比重, 注意每门课程之间的先后承接顺序, 优化设计选修课程。在教学内容上, 应根据本地区师资水平、教学条件、学生能力等做好内容的选择和搭配, 避免前后内容的脱节和重复。

(三) 加强实验建设, 增加实验教学比重

运动人体科学课程是实践性较强的学科, 需要开设实验课来培养学生观察、动手和分析问题的能力, 加强该学科的学习能够巩固所学的知识, 提升运用相关知识指导体育实践的能力。各个高校应通过积极申请经费、加强校外合作等方式, 加大对运动人体科学实验室建设的投入力度。在课程设计上, 应增加实验教学的比重, 优化实验内容, 增加综合性、设计性实验内容, 加强实验室的管理, 定期对学生开放实验室, 培养的学生综合能力。鼓励教师带领学生充分利用实验室的有利条件, 加强同当地体育部门、中小学校和健身俱乐部等的合作, 服务地方社会, 如对各级群众进行体适能、身体成分、骨密度等测量, 为群众锻炼开具运动处方等, 这样既可以盘活实验室, 同时也能够提高学生的实践能力。

(四) 加强教材建设

适合各高校运动人体科学使用的教材不多, 在现有的各种版本的教材中, 应经过充分论证, 精选适合自身特点的教材。在教材建设方面, 应加强与校外专家的合作, 结合当地实际情况, 量身定制适合当地教育特点的地方教材。同时鼓励有多年教学经验、具有较强科研能力的教师, 将自己的科研成果适当加入到教材当中, 如介绍少年生长发育的特点时, 教材中可以增加各地学生身体发育的特点介绍等;如运动创伤课程中, 可以介绍一些当地民族、民间创伤治疗的方法和手段;运动康复课程中, 增加健身功、健身操等方面内容的介绍。

五、总结

运动人体科学是适用于高校体育教学的一门新的学科、新的专业, 它对于高校体育实践具有重要的作用。因此, 我们应当立足于当前我国高校运动人体科学发展的现状, 提高运动人体科学的教学质量, 提高学生的实践能力。

参考文献

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人体运动系统知识 篇8

运动系统由骨、关节和骨骼肌三种器官组成。肌肉是运动系统的主动动力装置, 在神经支配下, 肌肉收缩, 牵拉其所附着的骨, 以关节为枢纽, 产生杠杆运动。

教学目标:1.通过学习, 使学生掌握人体运动系统最常用的骨骼、肌肉、关节名称 (上肢包括肩、上臂、肘、前臂、腕、手等六部分;下肢包括髋、大腿、膝、小腿、踝、脚等六部分;躯干包括颈、胸、腹、背等四部分) ;2.使学生掌握正确的动作术语, 并为今后基本身体活动的学习奠定基础。

二、教学绝招

绝招1:骨骼模型游戏。

方法:带领学生通过骨骼模型进行人体骨骼辨认。

实效:提升学生在实践中解决问题的能力, 让学生在独立思考中掌握知识。

要求:对照模型, 小伙伴之间相互指出各部分骨骼所处的位置及名称。

绝招2:人体主要肌肉挂图。

方法:通过挂图让学生了解各部位肌肉的名称, 以及相关运动所对应的肌肉群。

实效:发展学生的协同合作能力, 了解基本运动系统知识。

要求:对照模型, 小伙伴之间相互指出各部分肌肉所处的位置及名称。

绝招3:通过网络视频学习运动系统知识。

方法:学生之间相互设置有关运动系统知识的问题, 利用网络查询相关知识。

实效:利用多媒体能够激发学生对“人体运动系统”内容的兴趣, 让学生开阔眼界, 懂得如何搜集相关知识。

要求:学生自己通过网络完成同伴交予的问题, 并附上相关预防运动损伤的知识同小伙伴一起交流。

绝招4:融入准备活动中的关节操。

方法:设计活动身体各部位关节的体操组成准备活动。在做肩绕环时, 教师一边做操一边问学生:知道这里 (指肩部) 是什么关节吗?“对, 这是肩关节”;在做髋步体操时, 教师问:知道这里 (指髋关节) 是什么关节吗?“噢, 这里不能说是胯, 学名是髋, 是髋关节”。按此方法, 依次活动膝关节、腕关节、踝关节。学生熟悉关节名称后, 在准备活动中可以让学生自己说出关节名称。

实效:这种融合实践教学进行的体育知识的传授不影响身体练习的质量和实践教学的基本性质。虽然每次体育知识的传授量不大, 但日积月累, 最终体育知识的学习是可观的。因为教师把理论知识融入到了运动实践当中, 学生学会的不再是与实践脱节的知识, 而是活的知识。

要求:这样的教学需要教师对教材和教学过程进行深入研究, 并准备好相关知识内容, 还要适当做好语言上的准备, 对教师的语言组织和语言节奏能力有特殊的要求。练习时切忌知识传授与身体练习脱离, 更不能停下练习“干讲”。

绝招5:运动肌定位游戏。

方法:通过挂图使学生了解参与人体运动的主要肌肉名称、部位, 主要介绍胸大肌、三角肌、肱二头肌、肱三头肌、背阔肌、腹直肌、股四头肌等。介绍常见体育活动, 如跑步、仰卧起坐、引体向上、掷实心球等活动的原动肌。教师提前准备好写着肌肉名称的不干胶小贴, 把学生分成小组, 每组一套肌肉卡片小贴, 每组选出一位肌肉模特。教师说出肌肉名称, 各组要把相应的小贴粘在肌肉模特身体的对应部位。完成任务后, 各组对要使这些肌肉变得强健有力可以采取的锻炼方式进行讨论。

实效:了解运动肌的部位及其锻炼方法对学生来说是非常枯燥的内容, 教学中因为引入了肌肉模特和肌肉名称小贴, 小组学生间相互合作、交流讨论, 使得原本枯燥乏味的内容直观生动起来, 帮助学生做到理论联系实际, 尝试选择适宜的活动方式, 有针对性地发展肌肉力量。

基于光学的人体运动捕捉系统 篇9

运动捕捉已经成为目前广泛使用的能够真实再现人体运动细节的方法, 该方法在电影制作、虚拟现实、运动医学、机器人控制、游戏制作等方面有着广泛的应用前景。人体运动捕捉可以分为:电磁式运动捕捉、机电式运动捕捉和光学运动捕捉[1,2]。现在运动捕捉技术已经广泛运用与医学, 工程, 勘测, 体育还有影视娱乐, 伴随着CG产业的飞速发展, 运动捕捉技术, 日趋成熟。与此同时也带动系统制造商朝着提升稳定性、追求操作效率、拓展系统应用弹性以及降低系统成本等方向全面发展。

2 人体反光球相关技术

人体的骨架模型主要是由肢体和关节构成, 所以进行人体结构描述的关键是进行人体的肢体选取和人体的关节选取。基于本运动捕捉系统的具体实际情况共选取16个肢体段 (不包括手足的细节) , 分别是腰臀部, 上躯干部 (胸腹部, 左胸肩部, 右胸肩部三者合为一体) , 左大臂、右大臂、左小臂、右小臂、左手、右手、颈部、头部、左大腿、右大腿、左小腿、右小腿、左足、右足。各肢体段共由15个关节相连, 分别是臀腹关节, (左胸肩关节、右胸肩关节合一) , 左肩关节, 右肩关节、左肘关节、右肘关节、左腕关节、右腕关节、胸颈关节、头颈关节、左腿根关节、右腿根关节、左膝关节、右膝关节、左蹂关节、右跺关节。同时设定了理论上的人体根关节 (Rootloini) , 包括了3个平移自由度和3个旋转自由度, 来确定人的世界空间位置和朝向。

2.1 单个反光球运动方程

由于人体运动的速度和加速度有限, 在运动捕捉系统采样频率f较高时, 反光球在任意两帧之间的运动轨迹可以看成是直线, 其距离可以用任意两点之间的直线距离公式求得。

在前述相同条件下, 相邻两帧之间反光球的平均速度的大小就可以用两帧之间的直线距离除以这相邻两帧之间的时间得到, 并将这相邻两帧之间的速度变化看成是匀变速的。这样任意相邻的两帧之间的运动速度和加速度就可以得到。这里进行了两个简化, 即反光球在相邻两帧之间的运动是直线运动和匀变速运动, 这样可以得到该时刻该点的运动速度和加速度:

2.2 刚体运动分析

在运动学中, 描述刚体平动至少要知道刚体上在刚体运动平面上投影不重合的任意两点的运动状态, 而作空间运动的刚体则要知道三个点的运动状态[3]。由于运动捕捉过程中各种原因 (主要是遮挡) 可能存在某个反光球的运动轨迹不连续, 为了减少这种不连续造成的误差或使捕捉数据报废, 对于在运动中包含易被遮挡的反光球的刚体一般用4个反光球来定义。

组成肢体的各刚体运动包括平动和绕关节的转动, 由于前面已经求出了组成刚体的各点的瞬时运动学参数, 将它们按照研究目的不同求出刚体平动的速度和加速度或转动的角速度ω和角加速度β。根据运动学的相关知识可以求得。

3 坐标系及三维重建

(1) 立体视觉摄像机定标

在立体系统中, 一般需要用两个摄像机, 因此, 与单个摄像机定标的差别是。需要通过定标, 测量双摄像机之间的相对位置.

(2) 三维重建[4]

对于空间任意一点P, 如图1所示。如果用摄像机C (C是摄像机光心) 观察, 它在C的像平面上的像点为p, 但仅此还无法从p得知P的三维位置。事实上, 在CP连线上任意一点的像点都是p。如果我们同时用C1和C2两个摄像机观察P点, 并且能够确定, 在C的像平面上的p1点和C2的像平面上的p2点是空间同一点P的像点 (这个问题就是对应点的匹配) , 那么我们就可以知道, P点既在Cp上, 又在C 2p2上, 因此它是这两条直线的交点, 即它的三维位置是可以唯一确定的。这就是计算机视觉三维重建的基本原理。

空间任一点在两个摄像机中分别成像, 得到该点在两个图像中的对应坐标, 在知道两摄像机的参数矩阵的条件下, 通过建立以该点的世界坐标为未知数的4个线性方程, 可以用最小二乘法求解得该点的世界坐标。还有一种简化计算的办法, 选取两个内部参数完全相同的摄像机, 将他们平行配置, 使他们的光轴相互平行, 另有一对坐标轴共37线, 两个成像平面共面, 两相机的光心有一个固定的距离。在这种情况下求解图像点的世界坐标时, 计算方法相当简单, 不需要进行外部参数标定。

(3) 平行双目点坐标计算

图2所示为简单的平行双目立体成像原理图[5,6], 假设两个摄像机的焦距相同, 并且内部参数也相同。而且两个摄像机的光轴互相平行, x轴重合, y轴互相平行。因此, 将第一个摄像机沿其x轴平移一段距离后与第二个摄像机完全重合。两个摄像机坐标系分别为O1, X1, Y1, Z1和O2, X2, Y2, Z2两个摄像机坐标系只差x轴方向上的一个平移, 将平移距离记为b, 也称为基线长度。对于任意的空间一点P在C1和C2坐标系下的坐标为 (x1, y1, z1) 和 (x1-b, y1, z1) 。P1, P2分别是P在左右摄像机像平面上的像点。由投影比例关系可得:

其中, u0, v0, ax, ay是摄像机的内部参数; (u1, v1) 是左像素点在图像坐标系下的像素坐标; (u2, v2) 是右像点在图像坐标系下的像素坐标。结合两台摄像头沿基线的相距B和摄像头的焦距, 可以得到x1, y1, z1为:

记u2-u1=d, d称为视差。分析表明, 基线长度越长, 计算相对误差越小。但基线长度不可太长, 否则由于物体各部分的相互遮挡, 两个摄像机可能不能同时观察到P点。视差是由于双摄像机位置不同, 使P点在图像中的投影点的位置不同所引起的, P点的距离越远, 视差越小。事实上, 当P点趋于无穷远时, 视差趋于零。于是计算出了视差, 就可以计算出深度值, 同时也可以求出空间点的三维坐标。

4 运动捕捉的实现

(1) 系统工作流程

(2) 系统功能实现

1) 确定相机间的关系

当所有的设备都已经布置安装好后, 既可以开始进行动作捕捉, 拿带有反光球的铁棒对相机所能拍摄的范围进行挥棒, 尽量使挥棒的轨迹布满整个拍摄空间。

2) 建立世界坐标系与相机的位置关系

3) 捕捉ROM动作建立骨骼系统与动作捕捉

在动作捕捉之前先通过摄像机捕捉一个ROM动作, 捕捉ROM动作的目的是为了记录四肢和身体的最大运动幅度, 并计算相邻标记点之间距离, 也就是说建立一个属于个体的运动信息。

4) 修复还原捕捉的动作

通过VICON摄像机捕捉的初始数据是每一个标记点的三维数据, 要对相邻点整个“人体”进行“连接”确立关系。

5 结束语

本文后续总共捕捉了六组数据分别为:走、跳、跑、滚、打太极、少林长拳。最后通过对照发现像走, 跳, 跑这类简单的动作数据的准确度很高, 而像滚、少林长拳这类相对复杂点的动作偶尔出现类似于有几个点无法识别。总体效果显示, 在拍摄速率达到每秒60帧以上时, 其运动轨迹获取就相对稳定准确了。

参考文献

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人体运动监测技术的发展与应用 篇10

人体的运动量监测是一个复杂的过程。慢性患者群中,糖尿病患者经常需要对自身运动量作监测;对健康人群运动监测可以获取每日的运动量消耗,从而指导健康的生活;运动员需要运动量监测来指导科学运动;老年人需要运动监测来对突然跌倒进行监测报警[1,2];随着肥胖逐渐成为困扰现代人的流行疾病,正常人群的运动监测提醒也是指导减肥的重要技术基础。因此,运动监测逐步成为健康管理监测中的一项重要课题,国内外研究机构投入大量人力财力进行研究,有的专家利用运动监测,如步态识别(gait recognition)技术进行人体特征识别[3,4,5,6,7],这是继指纹识别、人脸识别后又一人体识别技术。运动量监测技术从最早的简单计数式计步器测量步数,然后根据人体身高、身体质量、运动时间来估算人体运动量[8,9,10],到最新的采用三轴陀螺微电机传感器(Micro Electro Mechanica systems,MEMS)测量人体三维加速度,经过数学计算估算人体运动量[11,12,13],还有采用最新的无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)技术来采集身体多点的加速度进行综合运算人体消耗量[14,15]。一系列最新技术的采用使得人体运动量监测逐渐趋于精准化、科学化、标准化。

2 运动量监测的理论基础

2.1 运动量监测的原理

运动量是描述物体运动的量,包括位移、速度和加速度。运动量是最基本的量,运动量测量是最基本、最常见的测量,它是许多物理量(如力、压力、温度、振动等)测量的前提。人体运动量测量一般是通过加速度测量实现的,加速度通过对时间的积分可以实现速度测量,再次积分可以实现对位移量(距离)的测量。

加速度测量是基于测试仪器检测质量敏感加速度产生惯性力的测量,是一种全自主的惯性测量。加速度的计量单位为m/s2。在工程应用中常用重力加速度g=9.81 m/s2作计量单位。测量加速度,目前主要是通过加速度传感器(俗称加速度计)并配以适当的测量电路进行的。依据加速度计内检测质量所产生的惯性力的检测方式来划分,加速度计可分为压电式、压阻式、应变式、电容式、振梁式、磁电感应式、隧道电流式、热电式等。

伺服式加速度测量是一种按力平衡反馈原理构成的闭环测试系统。图1(a)是其工作原理图,图1(b)是其原理框图。它由检测质量m、弹簧k、阻尼器C、位置传感器Sd、伺服放大器Ss、力发生器SF和标准电阻RL等主要部分组成。

当壳体固定在载体上感受被测加速度后,检测质量m相对壳体作位移z,此位移由位置传感器检测并转换成电压,经伺服放大器放大成电流,供给力发生器产生电恢复力,使检测质量返回到初始平衡位置。系统的运动方程为:

式中:SF为力发生器灵敏度(N/A),对于常用的由永久磁铁和动圈组成的磁电式力发生器,SF=BL,其中B为磁路气隙的磁感应强度(T),L为动圈导线的有效长度(m)。由于电流为:

式中:Sd为位置传感器的灵敏度(V/m);Ss为伺服放大器的灵敏度(A/V)。

将式(2)代入式(1)得关系式(3)式:

由式(4)和(5)可以看出,伺服式加速度计的ωn和ζ不仅与机械弹簧刚度和阻尼器阻尼系数有关,还与反馈引起的灵敏度参数Sd、Ss、SF有关。因此可通过选择和调节电路的结构和参数来进行调节,具有很大的灵活性。

如选用刚度小的弹簧,使满足SdSsSF>>k,则:

即Sa仅取决于m、RL、B和L等结构参数,而与位置传感器、伺服放大器、弹簧等特性无关。若能采取措施使这些参数稳定和不受温度等外界环境的影响,便可达到很高的性能。伺服加速度测量由于有反馈作用,增强了抗干扰能力,提高了测量精度,扩大了测量范围。

2.2 人体运动量监测的理论基础

体力活动不足是健康的重要独立危险因素之一,它与心血管疾病、Ⅱ型糖尿病等慢性疾病及肥胖等的发生密切相关。步行是人们日常体力活动最主要的方式,步行的能量消耗通常不便计算。计步器是一种简便实用的体力活动测量工具,其工作原理是感应垂直加速度,当人们以正常的步速行走时,计步器能够比较精确地记录下行走的步数。一般而言,计步器的输出结果即累计步数。运用计步器测量步行和日常体力活动,并采用气体代谢分析方法,研究了不同速度下步行的能量消耗,采用体力活动日记推算总能量消耗,进而根据计步器参数推算步行能耗。戴剑松等人采用间接热量法得出了使用计步器测量人体运动量的估算公式[16]:

男性:步行能量消耗(kcal)=0.53×身高(cm)+0.58×身体质量(kg)+0.37×步频(步/min)+1.51×时间(min)-145.03;

女性:步行能量消耗(kcal)=0.003×身高(cm)+0.45×身体质量(kg)+0.16×步频(步/min)+0.39×时间(min)-12.93。

根据计步器得出1日步行能量消耗和1日能量总消耗,分别如下:

1日步行能量消耗(kcal)=0.43×身高(cm)+0.57×身体质量(kg)+0.26×步频(步/min)+0.92×时间(min)-108.44;

1日能量消耗(kcal)=0.05×一日计步器计数(步)+2 213.09×体表面积(m2)-1 993.57。

3 人体运动量监测及跌倒监测的原理与实现

3.1 微电机陀螺仪(MEMS)的原理

微电机陀螺仪(MEMS)是通过1个由硅制成的振动微机械部件来检测角速度,具有成本低和体积小等特点。MEMS是采用振动物体传感角速度的概念,利用振动来诱导和探测科里奥利力(coriolis force)而设计的,MEMS陀螺仪没有旋转部件、不需要轴承,可以用微机械加工技术大批量生产。MEMS依赖于由相互正交的振动和转动引起的交变科里奥利力,振动物体被柔软的弹性结构悬挂在基底之上,整体动力学系统是二维弹性阻尼系统,在这个系统中振动和转动诱导的科里奥利力把正比于角速度的能量转移到传感模式,如图2所示。

MEMS陀螺仪由驱动部分、传感部分、驱动和传感耦合的结构组成,如图3所示。

3.2 MEMS在运动量监测中的应用

3.2.1 智能手机监测人体运动

MEMS在很多应用中受到密切的关注,例如用于数码相机中稳定图像,计算机的无线惯性鼠标以及人体运动量测量。运动量测量的典型应用就是Nike+i Pod体育锻炼伙伴系统,如图4所示。可以选择的体育锻炼类型有:无目标、距离、时间或卡路里消耗。可以选取音乐以激发动力,然后通过语音或屏幕反馈跟踪过程中每一步的进度。将测得的体育锻炼数据上传到nikeplus.com,可以在该站点设定目标并监视从每次体育锻炼逐步获得提高。i Phone 3GS、所有i Pod nano机型和i Pod touch(第二代)都支持Nike+i Pod。

3.2.2 应用三轴加速度传感器监测人体步态特征

MMA7260是微型电容式加速度传感器,QFN封装,大小为6 mm×6 mm×1.45 mm。它采用了信号调理、单级低通滤波器和温度补偿技术,提供4个可选量程,可以在4个灵敏度选择,灵敏度高(800 m V/g@1.5 g),具有零g补偿,拥有休眠模式(3μA),低功耗(500μA,2.2~3.6 V),主要用于手机翻转感应、硬盘跌落感应、电梯安全感应、汽车安全气囊感应等场合。

在运动监测领域主要有周兆丰等人采用采用三轴加速度传感器MMA7260测量步态的加速度信号,并用Chipcon公司的内嵌8051的无线收发芯片CC1010作为核心控制器,控制其内置的模数转换器对加速度信号进行采样、A/D转换,然后在无线发射模块和接收模块间借助于路由实现了步态加速度信号可靠的无线传输[34]。利用步态特征提取可以应用于人的身份识别、医疗康复、体育训练以及运动健身等领域,具有实际应用价值。

3.2.3 应用三轴加速度传感器监测人体跌倒的原理

曹玉珍等[35]人采用人体加速度向量幅值(signal vector magnitude,SVM)和微分加速度幅值的绝对平均值(mean absolute value of differential,MADS)描述人体运动状态,进而作跌倒判断,设计多级探测的方法。即:首先当检测出人体SVM超过阈值时对跌倒作出初判;其次,将MADS超过阈值作为跌倒的判断依据;再根据一定时间段的加速度归一化方差判断人体姿态的稳定性,以防止误判;最后计算人体躯干的水平倾角确定人体姿态作为跌倒报警的辅助信息。系统采用基于MEMS技术的加速度传感器监测人体运动加速度,当判断出人体处于跌倒状态时,利用GPSOne技术自动定位其地理位置,并通过手机短信报警。实验证明,算法准确率高、实时性好。

SVM和MADS(SVM)是区分人体运动状态的重要参量。SVM通过计算加速度幅度表征人体运动的剧烈程度,其值越大表明运动越剧烈。其定义为:

MADS通过计算SVM的微分绝对值的时间平均值来表征人体运动状态变化的剧烈程度,其值越大表明运动状态变化越剧烈。其定义为:

在动态坐标系下考察SVM和MADS,可监测人体的运动强度和运动状态变化强度。根据这2个参数判断是否跌倒,可靠性可以达到99%以上[34]。

4 结论