1. 目的与应用场景

本文定义了一种文档格式,描述了人体骨骼的尺寸,以及用运动解剖学术语描述的一套动作流数据。

该格式的文档内容,通常是通过bvh文件转换过来。

2. 数据格式

2.1 解剖学简介

在解剖学里,是按照人体各个骨骼活动的方式来进行定义和描述。

2.1.1 人体解剖学姿势

人体标准解剖学姿势为身体直立,双眼平视,手臂下垂,掌心向前,两足并拢,脚尖向前。

上述的姿势是人体解剖学的标准姿势,但在实际的使用中,有一个小区别,即:掌心向内朝向大腿,称之为A-pose。因此后续的数据,均按照A-Pose来做为标准姿势

2.1.2 常用方位术语

以人体解剖学姿势为基准,定出下列一些解剖学方位术语。

  • 上:靠近头之部为上。
  • 下:靠近足之部为下。
  • 前:靠近腹之面为前。
  • 后:靠近背之面为后。
  • 浅:靠近体表或器官表面之部为浅。
  • 深:远离体表或器官表面之部为深。
  • 内侧:靠近身体正中面为内侧。
  • 外侧:远离身体正中面为外侧。
  • 近端:指四肢的近躯干端。
  • 远端:指四肢的远躯干端。
  • 桡侧:指前臂的外侧。
  • 尺侧:指前臂的内侧。
  • 腓侧:指小腿的外侧。
  • 胫侧:指小腿的内侧。

2.1.3 人体基本面

按照人体解剖学方法,可将人体作三个互相垂直的切面,即基本面。

  • 矢状面:沿身体前后径所作的与地面垂直之切面,其中通过正中线的切面称为正中面。
  • 额状面:沿身体左右径所作的与地面垂直之切面,亦称冠状面。
  • 水平面:横断身体,与地面平行之切面,亦称横切面。

image

2.1.4 人体基本轴

按照人体解剖学方位,可有三个互相垂直的基本轴。各关节和环节的运动大都是围绕这些轴而进行的。

  • 额状轴:横贯身体,垂直通过矢状面的轴,又叫冠状轴。
  • 矢状轴:前后贯穿身体,垂直通过额状面的轴。
  • 垂直轴:纵贯身体,垂直通过水平面的轴。

以上信息引自:《运动解剖学》第5页,绪论五,人民体育出版社,2000年6月第2版。ISBN 7-5009-1939-5

2.1.5 关节运动

下表显示了人体各个关节的运动说明,以下运动说明均以人体解剖学姿势为基准。

关节 运动 解释 说明
屈伸 低头为屈(+),仰头为伸(-) 绕额状轴在矢状面内旋转
旋转 左旋为正,右旋为负 绕垂直轴在水平面内旋转
侧屈 左侧屈为正,右侧屈为负 绕矢状轴在额状面内旋转
躯干 屈伸 向前弯腰为屈(+),向后为伸(-) 绕额状轴在矢状面内旋转
躯干 旋转 左旋为正,右旋为负 绕垂直轴在水平面内旋转
躯干 侧屈 左侧屈为正,右侧屈为负 绕矢状轴在额状面内旋转
肩关节 屈伸 大臂向前抬起为屈(+),向后为伸(-) 绕额状轴在矢状面内旋转
肩关节 内旋/外旋 右臂:从近端往远端看逆时针旋转为内旋(+),反之为外旋(-);左臂:跟右臂相反 绕垂直轴在水平面内旋转
肩关节 内收/外展 右臂,左臂:均往内侧旋转为内收(+),反之为外展(-) 绕矢状轴在额状面内旋转
肘关节 屈伸 向前弯曲折肘为屈(+),向后为伸(-) 绕额状轴在矢状面内旋转
肘关节 内收/外展 右臂,左臂:均往内侧旋转为内收(+),反之为外展(-) 绕矢状轴在额状面内旋转
前臂 旋前/旋后 右臂:从近端往远端看逆时针旋转为旋前(+),反之为旋后(-);左臂:旋前(+),旋后(-) 绕垂直轴在水平面内旋转
腕关节 屈伸 手心向小臂方向弯曲为屈(+),手背向后伸展为伸(-) 绕额状轴在矢状面内旋转
腕关节 内旋/外旋 右手:从近端往远端看逆时针旋转为内旋(+),反之为外旋(-);左手:跟右手相反 绕垂直轴在水平面内旋转
腕关节 尺偏/桡偏 尺偏:手掌往小拇指方向转动(+);桡偏:手掌往大拇指方向转动(-) 绕矢状轴在额状面内旋转
髋关节 屈伸 大腿向前抬起为屈(+),向后为伸(-) 绕额状轴在矢状面内旋转
髋关节 内旋/外旋 右大腿:从近端往远端看逆时针旋转为内旋(+),反之为外旋(-);左大腿:跟右大腿相反 绕垂直轴在水平面内旋转
髋关节 内收/外展 右大腿,左大腿:均往内侧旋转为内收(+),反之为外展(-) 绕矢状轴在额状面内旋转
膝关节 屈伸 小腿向后弯曲为屈(+),反之为伸(-) 绕额状轴在矢状面内旋转
膝关节 内旋/外旋 右小腿:从近端往远端看逆时针旋转为内旋(+),反之为外旋(-);左小腿:跟右小腿相反 绕垂直轴在水平面内旋转
膝关节 内收/外展 右小腿,左小腿:均往内侧旋转为内收(+),反之为外展(-) 绕矢状轴在额状面内旋转
踝关节 屈伸 脚背下压绷直为屈(+),反之为伸(-) 绕额状轴在矢状面内旋转
踝关节 内旋/外旋 右脚:从近端往远端看逆时针旋转为内旋(+),反之为外旋(-);左脚:跟右脚相反 绕垂直轴在水平面内旋转
踝关节 内翻/外翻 内翻:脚掌外沿着地的方向(+);反之为外翻(-) 绕矢状轴在额状面内旋转
  1. 上述的左和右,均以运动者本体的标准解剖学姿势为基准。
  2. 上述的屈伸,旋转,侧屈为标准的运动解剖学术语。参考《运动解剖学》第47页
  3. 数值的正负来表示运动的方向。
  4. 对于肘关节,膝关节,理论上只有屈伸,但也定义了内外旋和内收/外展的动作
  5. 对于前臂的旋前/选后,其实等同于肘关节的旋转。注意:前臂的传感器需要穿戴在离手腕的附近,才能保证前臂旋前/旋后数据采集的正确性。

2.2. 运动解剖学数据格式

2.2.1 解剖学数据格式示例

SIZE
Head,Truncus,Hip,LeftCollar,LeftUpArm,LeftLowArm,LeftHand,RightCollar,RightUpArm,RightLowArm,RightHand,LeftUpLeg,LeftLowLeg,LeftFoot,RightUpLeg,RightLowLeg,RightFoot
9.83,61.21,13.23,14.07,30.38,25.22,17.78,14.07,30.38,25.22,17.78,46.58,44.12,8.79,46.58,44.12,8.79

MOTION
Frames:    2
Frame Time: 0.033333
head-fle-ext,head-rot,head-lat,truncus-fle-ext,truncus-rot,truncus-lat,lshoulder-fle-ext,lshoulder-med-lat,lshoulder-add-abd,rshoulder-fle-ext,rshoulder-med-lat,rshoulder-add-abd,lelbow-fle-ext,lelbow-add-abd,relbow-fle-ext,relbow-add-abd,lforearm-pro-sup,rforearm-pro-sup,lwrist-fle-ext,lwrist-med-lat,lwrist-uln-rad,rwrist-fle-ext,rwrist-med-lat,rwrist-uln-rad,lhip-fle-ext,lhip-med-lat,lhip-add-abd,rhip-fle-ext,rhip-med-lat,rhip-add-abd,lknee-fle-ext,lknee-med-lat,lknee-add-abd,rknee-fle-ext,rknee-med-lat,rknee-add-abd,lankle-fle-ext,lankle-med-lat,lankle-inv-eve,rankle-fle-ext,rankle-med-lat,rankle-inv-eve
0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0
10,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0

结构说明 解剖学数据格式分为两个部分:

  1. SIZE:定义了身体各个主要骨骼的尺寸(单位是厘米)
  2. MOTION:定义了帧数,帧率,以及每一帧中各个关节的转动角度

2.2.1.1 SIZE说明

这部分定义了身体主要骨骼的尺寸,骨骼与关节之间的对应关系如下表:

骨骼 关节
左肩(LeftCollar)与左上臂(LeftUpArm)的连接 左肩关节(LeftShoulder)
左上臂(LeftUpArm)与左下臂(LeftLowArm)的连接 左肘关节(LeftElbow)
左下臂(LeftLowArm)与左手(LeftHandle)的连接 左腕关节(LeftWrist)
右肩(RightCollar)与右上臂(RightUpArm)的连接 右肩关节(RightShoulder)
右上臂(RightUpArm)与右下臂(RightLowArm)的连接 右肘关节(RightElbow)
右下臂(RightLowArm)与右手(RightHandle)的连接 右腕关节(RightWrist)
Hip(骨盆)与左大腿(LeftUpLeg)的连接 左髋关节(LeftHip)
左大腿(LeftUpLeg)与左小腿(LeftLowLeg)的连接 左膝关节(LeftKnee)
左小腿(LeftLowLeg)与左脚(LeftFoot)的连接 左踝关节(LeftAnkle)
Hip(骨盆)与右大腿(RightUpLeg)的连接 右髋关节(RightHip)
右大腿(RightUpLeg)与右小腿(RightLowLeg)的连接 右膝关节(RightKnee)
右小腿(RightLowLeg)与右脚(RightFoot)的连接 右踝关节(RightAnkle)

2.2.1.2 MOTION说明

这部分定义了帧数,帧率,以及每一帧中各个关节的转动角度

字段缩写说明

字段 全称 说明
head-fle-ext head-flexion-extension 头-屈伸
head-rot head-rotation 头-旋转
head-lat head-latexion 头-侧屈
truncus-fle-ext truncus-flexion-extension 躯干-屈伸
truncus-rot truncus-rotation 躯干-旋转
truncus-lat truncus-latexion 躯干-侧屈
lshoulder-fle-ext left-shoulder-flexion-extension 左肩关节-屈伸
lshoulder-med-lat left-shoulder-medial-lateral 左肩关节-内旋/外旋
lshoulder-add-abd left-shoulder-adduction-abduction 左肩关节-内收/外展
rshoulder-fle-ext right-shoulder-flexion-extension 右肩关节-屈伸
rshoulder-med-lat right-shoulder-medial-lateral 右肩关节-内旋/外旋
rshoulder-add-abd right-shoulder-adduction-abduction 右肩关节-内收/外展
lelbow-fle-ext left-elbow-flexion-extension 左肘关节-屈伸
lelbow-add-abd left-elbow-adduction-abduction 左肘关节-内收/外展
relbow-fle-ext right-elbow-flexion-extension 右肘关节-屈伸
relbow-add-abd right-elbow-adduction-abduction 右肘关节-内收/外展
lforearm-pro-sup left-forearm-pronation-supination 左前臂-旋前/旋后
rforearm-pro-sup right-forearm-pronation-supination 右前臂-旋前/旋后
lwrist-fle-ext left-wrist-flexion-extension 左腕关节-屈伸
lwrist-med-lat left-wrist-medial-lateral 左腕关节-内旋/外旋
lwrist-uln-rad left-wrist-ulnar-radial 左腕关节-尺偏/桡偏
rwrist-fle-ext right-wrist-flexion-extension 右腕关节-屈伸
rwrist-med-lat right-wrist-medial-lateral 右腕关节-内旋/外旋
rwrist-uln-rad right-wrist-ulnar-radial 右腕关节-尺偏/桡偏
lhip-fle-ext left-hip-flexion-extension 左髋关节-屈伸
lhip-med-lat left-hip-medial-lateral 左髋关节-内旋/外旋
lhip-add-abd left-hip-adduction-abduction 左髋关节-内收/外展
rhip-fle-ext right-hip-flexion-extension 右髋关节-屈伸
rhip-med-lat right-hip-medial-lateral 右髋关节-内旋/外旋
rhip-add-abd right-hip-adduction-abduction 右髋关节-内收/外展
lknee-fle-ext left-knee-flexion-extension 左膝关节-屈伸
lknee-med-lat left-knee-medial-lateral 左膝关节-内旋/外旋
lknee-add-abd left-knee-adduction-abduction 左膝关节-内收/外展
rknee-fle-ext right-knee-flexion-extension 右膝关节-屈伸
rknee-med-lat right-knee-medial-lateral 右膝关节-内旋/外旋
rknee-add-abd right-knee-adduction-abduction 右膝关节-内收/外展
lankle-fle-ext left-ankle-flexion-extension 左踝关节-屈伸
lankle-med-lat left-ankle-medial-lateral 左踝关节-内旋/外旋
lankle-inv-eve left-ankle-inversion-eversion 左踝关节-内翻外翻
rankle-fle-ext right-ankle-flexion-extension 右踝关节-屈伸
rankle-med-lat right-ankle-medial-lateral 右踝关节-内旋/外旋
rankle-inv-eve right-ankle-inversion-eversion 右踝关节-内翻外翻
  1. 数值的单位为度,取值范围(-360,360),数值的正负代表转动的方向,具体如下:
    • 屈为正,伸为负
    • 左旋(内旋)为正,右旋(外旋)为负
    • 左侧屈为正,右侧屈为负
    • 内收为正,外展为负
    • 旋前为正,旋后为负
    • 尺偏为正,桡偏为负
    • 内翻为正,外翻为负
  2. 示例中的所有字段全部是0,代表被测人员的解剖学标准位,详见章节“人体解剖学姿势”
  3. 字段的顺序和数量都不做强制要求,确保按照逗号(半角符号)分割,且数值和字段的顺序保持一致即可。
  4. 输入数据是标准的BVH格式数据,输出数据为上面表格中定义的解剖学数据

3. 附录

中英文对照-专业用语

中文 英文
head
躯干 truncus
肩关节 shoulder
肘关节 elbow
前臂 forearm
腕关节 wrist
髋关节 hip
膝关节 knee
踝关节 ankle
flexion
extension
旋转 rotation
侧屈 latexion
旋内 medial rotation
旋外 lateral rotation
内收 adduction
外展 abduction
旋前 pronation
旋后 supination
尺偏 ulnar deviation
桡偏 radial deviation
内翻 inversion
外翻 eversion

参考《运动解剖学》第345页

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