표준 반사 마커 세트는 물리적 인간의 움직임을 13~15개 세그먼트의 디지털 좌표계로 변환하는 기본 기하학적 기준선 역할을 합니다. 이 마커를 어깨, 엉덩이, 발목과 같은 주요 골격 노드에 부착함으로써 연구원들은 복잡한 사지 움직임을 계산 가능한 오일러 각도로 분해할 수 있습니다. 이 과정은 신발 테스트 중 흉곽과 골반 간의 조정과 같은 정확한 회전 관계를 분석하는 데 필수적입니다.
반사 마커는 물리적 해부학과 생체 역학 모델링 간의 중요한 인터페이스 역할을 합니다. 신체를 다중 강체 연결 시스템으로 추상화함으로써 신발 성능을 검증하는 데 필요한 관절 토크, 질량 중심 가속도 및 3D 운동 범위 계산을 가능하게 합니다.
생체 역학 모델 수립
디지털 골격 생성
마커 세트의 주요 기능은 시스템 식별을 용이하게 하는 것입니다. 천골, 장골 능선, 발목과 같은 특정 뼈 랜드마크에 마커를 배치함으로써 시스템은 생체 역학적 인간 골격 모델을 구축할 수 있습니다.
움직임 추상화
일단 배치되면 이러한 마커를 통해 소프트웨어는 인체를 다중 강체 연결 시스템으로 취급할 수 있습니다. 이러한 추상화는 유기적이고 복잡한 움직임을 수학적으로 분석할 수 있는 디지털 데이터로 변환합니다.
13~15개 세그먼트 시스템
표준 세트는 일반적으로 13~15개 세그먼트로 구성된 좌표계를 설정합니다. 이 세분화는 상세한 분석을 위해 전체 신체 움직임을 관리 가능한 부분으로 분해하는 데 필요합니다.
신발 성능 분석
관절 각도 계산
마커를 통해 실시간 운동 범위(ROM)를 자동으로 계산할 수 있습니다. 이를 통해 연구원들은 시상면, 관상면 및 수평면에서 고관절, 무릎 및 발목 관절을 추적하여 신발이 자연스러운 움직임에 미치는 영향을 확인할 수 있습니다.
동적 지표 측정
단순한 위치를 넘어 마커 데이터를 통해 중요한 동적 힘을 계산할 수 있습니다. 연구원들은 질량 중심(CoM) 가속도 및 관절 토크를 도출하여 균형 회복 중 몸통과 하지가 기계적으로 어떻게 조정되는지 밝힐 수 있습니다.
후반사 재료의 역할
데이터 정확성을 보장하기 위해 마커는 특수 후반사 재료를 사용합니다. 이는 적외선을 고해상도 카메라로 다시 반사시켜 시스템이 해부학적 지점을 주변 환경과 구별하는 데 필요한 고대비 이미지를 생성합니다.
중요 고려 사항 및 절충점
배치 정확도에 대한 의존성
전체 생체 역학 모델은 마커가 골격 노드의 정확한 특징점 역할을 하는지에 달려 있습니다. 마커가 필요한 해부학적 랜드마크(예: 중족골두 또는 발목 관절 중심)에 정확하게 배치되지 않으면 결과적인 기하학적 기준선이 결함이 됩니다.
복잡성 대 추상화
이러한 마커 세트는 강력하지만 인간 신체의 추상화입니다. 유체 사지 움직임을 계산 가능한 오일러 각도로 분해하면 정밀도를 제공하지만 신체 세그먼트를 강체로 취급하므로 데이터가 생물학적 현실을 반영하는지 확인하기 위해 신중한 해석이 필요합니다.
연구에 적합한 선택
신발 평가에 반사 마커 세트를 효과적으로 사용하려면 특정 분석 목표를 고려하십시오.
- 주요 초점이 조정 메커니즘인 경우: 마커 세트에 흉곽과 골반이 포함되어 오일러 각도로 정의된 동기 또는 비동기 회전 관계를 계산할 수 있는지 확인하십시오.
- 주요 초점이 안정성 및 균형인 경우: 회복 동작 중 질량 중심(CoM) 가속도 및 관절 토크를 정확하게 계산할 수 있는 전신 세트를 우선적으로 고려하십시오.
- 주요 초점이 관절 제한 또는 자유인 경우: 발목 및 중족골두에 마커를 정확하게 배치하여 세 개의 모든 공간 평면에서 운동 범위(ROM)를 측정하는 데 집중하십시오.
3D 모델링의 성공은 기술뿐만 아니라 디지털 모델이 물리적 현실을 반영하도록 하는 정확한 해부학적 배치에도 달려 있습니다.
요약 표:
| 기능 범주 | 핵심 메커니즘 | 신발 연구 응용 |
|---|---|---|
| 골격 모델링 | 13-15개 세그먼트 디지털 시스템 | 인간 움직임의 기하학적 기준선 설정 |
| 운동학 분석 | 오일러 각도 분해 | 세 개의 공간 평면에서 3D 운동 범위(ROM) 측정 |
| 동적 추적 | 질량 중심(CoM) 계산 | 신발의 균형 회복 및 안정성 영향 평가 |
| 힘 분석 | 관절 토크 도출 | 몸통과 하지 간의 기계적 조정 분석 |
| 데이터 정밀도 | 후반사 재료 | 아주 작은 오차 범위의 정확도를 위한 고대비 적외선 추적 보장 |
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참고문헌
- Takuo Negishi, Naomichi Ogihara. Functional significance of vertical free moment for generation of human bipedal walking. DOI: 10.1038/s41598-023-34153-4
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