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软件X 20(2022)101247原始软件出版物MotionPerfection:一个灵活的工具,用于运动练习的可视化,分析,注释和记录Vincent Galloa,Xin Zhoub,Diane Abdallaha,Manuela Angioia,Emma Reddingc,d,Beth Ackroydc,Chiara Galvane,Elisabetta Versacea,a联合王国英国伦敦帝国理工学院展览路邮编:SW7 2AZcTrinity Laban Conservatoire of Music and Dance,英国澳大利亚墨尔本大学英国国家芭蕾舞团(英语:English National Ballet)ar t i cl e i nf o文章历史记录:接收17可以2022收到修订版2022年9月22日接受2022年关键词:运动体育舞蹈康复姿势注释反馈a b st ra ct体育、舞蹈和康复方面的教学专家和从业人员需要对运动练习进行评估并提供反馈。为了可视化、分析和注释运动实践,我们开发了用户友好的应用程序MotionPerfection。MotionPerfection仅使用一台摄像机视频记录和一台我们说明了从视频采集到反馈注释的软件结构和功能。研究人员、教师、临床医生和从业人员可以使用MotionPerfection在实验室和现场,在远程和面对面的环境中,简化、自动化和简化运动程序的分析和反馈,而不需要专门的设备。版权所有©2022作者。由爱思唯尔公司出版这是CC BY许可下的开放获取文章(http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/)中找到。代码元数据当前代码版本2.0此代码版本所用代码/存储库的永久链接https://github.com/ElsevierSoftwareX/SOFTX-D-22-00126法律代码许可证GNU General Public License v3.0使用git的代码版本控制系统软件代码语言、工具和服务使用C++、Python、PySimpleGUI(库)、PyScript(工具)编译要求、操作环境依赖性Windows 10+技术v.a.gallo @ qmul.ac.ukxv4516@ic.ac.uk:qmul.ac.uk1. 动机和意义体育、舞蹈和康复都依赖于正确的姿势和动作。为了评估和提供改进所需的反馈,有必要分析运动程序的执行情况。然而,教学教练、临床医生、研究人员和从业人员可用于支持其实践的工具有限。我们的开源软件MotionPerfection填补了这一空白,满足了数字支持系统的需求体育[1]、舞蹈[2]、康复和远程保健[3,4],以及伦敦玛丽皇后大学,327 Mile End Road,E1 4NS,London,UnitedKingdom。电子邮件地址:电子邮件:qmul.ac.uk(Elisabetta Versace)。https://doi.org/10.1016/j.softx.2022.101247支持舞蹈和运动科学、行为神经科学、康复方面的研究。当前的一个问题是,运动捕捉系统(在[5]中综述)通常需要多个相机或可穿戴设备、专用设备和数据分析技能。这往往是不可用的或不符合运动的做法和表现。类似地,用于姿态估计和跟踪的无标记开源系统[6,在]需要专业的计算技能和计算能力。需要用户友好和敏捷的系统来测量,分析和注释姿势和运动程序。为了解决这些问题,MotionPerfection将从单个固定摄像头记录的标准格式视频作为输入,并且不需要任何可穿戴设备,专业计算技能或2352-7110/©2022作者。 由Elsevier B.V.出版。这是一篇开放获取的文章,使用CC BY许可证(http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/)。可在ScienceDirect上获得目录列表SoftwareX期刊主页:www.elsevier.com/locate/softxVincent Gallo,Xin Zhou,Diane Abdallah等.软件X 20(2022)1012472Fig. 1. MotionPerfection软件架构。FindFrame在指定的时间从a)模型参考视频和b)焦点参与者视频中提取帧在TimeList文件中。视频的时间对准是自动实现的,经由添加在模型参考视频中的触发图像(例如,在运动例程开始之前的帧中,在图中用注释指示),或者经由用户为两个视频指定的时间(搜索时间)。c)重新PDF使用提取的帧来创建单独的姿势PDF,然后PDFMerger创建一个带有多个页面的PDF输出。输出允许用户可视化,评估姿势,向练习者提供反馈强大的计算机。MotionPerfection将焦点参与者(将被评估的参与者,记录在焦点视频中)与在预定时间执行相同运动例程的模型参考(记录在参考视频中)进行只要参与者将他们的表演与音乐或其他节奏保持同步,就可以通过视频然后,在特定的时间从两个视频中提取帧(见图1)。1a,b)并进行比较。因此,该工具可立即用于伴随音乐的学科,例如舞蹈、花样滑冰、冰上舞蹈、韵律和艺术体操、花样游泳,以及可以以预先指定的节奏执行的所有例程和练习,例如与计时器/节拍器同步的蹲下。MotionPerfection推进了Elan [7]和Boris [8]等可用注释软件MotionPerfection专注于运动表现的三个组成部分的可视化,比较和注释:计时(将执行与音乐或起搏器联系起来),空间方向(相对于记录视点的较高臀部的位置)和身体部位的位置(见图1)。 2)的情况。2. 软件描述2.1. 软件构架MotionPerfection是用C++和Python编写的开源项目。它可以通过从GitHub下载完整的项目来安装,并且可以使用的构建项目将可以在舞蹈文件夹中找到。此文件夹包含脚本、可执行程序和支持库。第三方工具,MiKTeX(https://miktex.org/版本21.3)与Mo- tionPerfection捆绑在一起,但可以通过从该项目网站(https://miktex.org/howto/portable-edition)下载进行更新。为了使输出可视化,所有广泛使用的PDF阅读器,包括AdobeReader、Foxit Reader和大多数浏览器适用于电脑、平板电脑和智能手机,并经过测试。MotionPerfection由两个软件组件组成:一个是从参考或焦点视频中提取帧的工具(FindFrame),另一个是将图像捆绑在一起进行演示、评估和注释的工具(PDF)(见图1)。①的人。从参考和焦点视频中提取帧可以使用FindFrame工具在其图形用户界 面 ( GUI ) 中 实 现 , 也 可 以 通 过 向 命 令 行 界 面 提 交 参 数FindFrame提取的帧使用MiKTex和MyRePDF.exe进行处理,使用脚本文件调用,将焦点视频和参考视频中的图像组合在一起,以填充可视化和注释模板。MotionPerfection的架构如图所示。1.一、2.1.1. GUI和帧提取GUI(图形用户界面)包括在这个软件工具中,使用户能够绕过命令行工具(图。2)的情况。GUI是使用PySimpleGUI库在python中构建的,并使用Python编译成可执行的.exe文件。通过该GUI,用户可以向软件工具链提供图1中描述的所有所需输入(模型和焦点视频、时间列表、搜索时间或触发图像)。1,并指定工作目录和输出目录。所有三个主要的软件工具(图1),即FindFrame,pre-parePDF和PDFMerger都配备了命令行接口,可以通过.cmd批处理文件链接GUI只是Vincent Gallo,Xin Zhou,Diane Abdallah等.软件X 20(2022)1012473图二. 反馈表输出示例。(a)将显示五个后续模型 在定时部分(b)中,显示所选择的(c)焦点参与者帧以用于(d)中的评估。在(e)部分中使用(f)示例中显示的方形点评估臀部方向。 在(g)中评估特定节段的正确位置,参考特定关节(h)。根据用户输入选择正确的预写的批处理文件,并使用也从用户输入确定的参数运行批处理文件通过这种方式,可以通过编辑批处理文件来实现软件更新和错误修复,而不必调整和重新编译GUI可执行文件。关于如何链接软件工具的说明和有效输入参数的详细表格包含在我们的软件包中的“docs”文件夹中。说明详细说明了如何调整软件工具链以适应不同的需求和自动化程序。2.1.2. 可视化和注释界面在从模型参考和焦点参与者视频中提取所需的帧后,RePDF将其插入PDF表单,准备进行可视化,评估和注释(图11)。1c)。LaTeX脚本指定内容和布局,MiKTeX将LaTeX文档转换为带有可填充复选框和文本字段的PDF表单,提取的帧和两个支持图像显示用于评估的身体关节和空间方向点,以及它们在示例帧上的位置(见图10)。 2)的情况。对于每个运动例程,可以从任意数量的姿势中提取帧。每个姿势都显示在一个专用页面中。首先,PySimpleGUI调用的工具将每个页面单独生成为独立的表单,然后将其合并到一个带有复选框和文本字段的PDF表单中进行注释。PDF合并工具是用Python编写的,并转换为. EXE通过Python文件。这允许软件在Windows机器上运行,而无需安装Python。PDF表单中的每个复选框和文本字段都有一个唯一的标识符名称,用于匹配输入值。在专家完成评估后,所有填写的内容都存储在PDF文件中,并将PDF发送回最终用户以供记录和反馈。2.2. 软件功能MotionPerfection允许最终用户轻松地可视化、组合、分析和注释运动例程,专注于两个时间对齐的视频记录中特定时间的帧我们介绍了三个主要的软件功能:分析的时间,分析的空间方向,分析身体部位的位置,下面描述我们在下面描述操作软件所需的阶段2.2.1. 数据采集和输入准备支持常见的视频格式(MP4,MOV,AVI)焦点参与者的镜头是用一个固定的摄像机记录的。使用固定摄像机记录的视频用作焦点参与者试验的模型参考视频,提供音乐或其他起搏器,用于使焦点参与者的表现与模型参考的表现使用相同的相机角度的参考和焦点视频将容易Vincent Gallo,Xin Zhou,Diane Abdallah等.软件X 20(2022)1012474比较。高帧速率和良好的照明与相机后面的光增强可视化。2.2.2. 在PC从https://github.com/PreparedMindsLab/MotionPerfection 下载并安装我们的软件包2.2.3. 输入准备我们在素材库中提供了一个TimeList和触发器示例文件当相同的参考视频用于在线记录中的多个试验/参与者时(例如,缩放),在音乐开始之前立即在参考视频中添加触发图像可以帮助自动化帧提取。2.2.4. 输入刺激准备就绪后,MotionPerfection可通过GUI或命令行运行,并生成用于分析、评估和反馈有关如何使用GUI的说明可以在自述文件说明中找到。2.2.5. 定时分析:可以通过比较上面提取的帧(模型参考)和下面的帧(焦点参与者)来最终用户可以勾选焦点参与者执行目标姿势的框,指示它在时间上是否正确,早或晚,或者是否存在完全不匹配(图2c)。空间方向和片段位置的分析将在更接近于目标姿态的帧上进行,如在定时评估中所识别的2.2.6. 空间中的方向是参考围绕焦点参与者和模型参考的假想或真实正方形来评估的。考虑到Vaganova方法定义的八个点[9]我们定义了以质点为中心的8个空间方向,从点1开始(见图2f,h)。为了评估空间中的方向,我们参考前髋关节前方的平面2.2.7. 身体部位的位置是指从相邻关节(加上膝盖)导出的部位,如图所示。 2小时为了便于注释,注释表中的左、右和中心部分具有不同的颜色(蓝色代表左侧,粉红色代表中心,绿色代表焦点参与者的右侧身体部分3. 说明性示例在此补充视频https://youtu.be/qAehvhGQZGs中,我们将展示如何使用MotionPerfection对模型参考和焦点参与者的性能进行可视化、比较、评估和注释。4. 影响数字技术可以支持对运动、舞蹈和康复所需的运动练习进行分析和反馈当焦点参与者视频可以通过两个视频的时间对齐与参考模型进行比较时,MotionPerfection为运动例程的敏捷可视化、分析、注释和反馈提供了解决方案。MotionPerfection与英国国家芭蕾舞学校、皇家芭蕾舞学校、英国国家芭蕾舞团、TrinityLaban音乐舞蹈学院的舞蹈和理疗专家以及自由舞蹈教师和编舞家一起进行了改进。有了这个工具,用户可以精确地分析姿势和运动程序,提供详细的反馈,从业者可以在自己的方便可视化,并保持有组织的进展记录。该软件直接支持调查的时间,方向在空间以及身体部位在实验室和现场的位置,包括在线练习、健身房和工作室、剧院、户外环境。参考和焦点粒子之间的视觉比较用于识别执行的正确和错误组件。近似于所需性能的专家的镜头可以用作模型参考。或者,可以比较同一参与者的不同表现,以评估他们的进展。唯一需要的设备是一台摄像机和一台电脑。 这简单设置避免 的 运动捕捉和自动跟踪方法带来的困难,包括需要多个相机、可穿戴设备和计算专业化,从而增强对运动实践的支持。将受益于该软件的研究领域包括体育和舞蹈科学,体育和舞蹈医学,行为神经科学,康复和理疗。所有与时间/音乐对齐的活动,如舞蹈、花样滑冰、冰上舞蹈、艺术体操、花样游泳、马戏团练习,都可以立即从MotionPerfection中受益。5. 结论数字技术可以支持和加强体育、舞蹈和康复方面的实践,但可用的工具有限为了克服数字化工具需要专门设备和技能的困难,我们提供了一种灵活的工具,用于分析和反馈姿势和运动程序。通过MotionPerfection,可以同步两个视频,从模型参考和焦点参与者的表现中提取和比较帧,提供反馈并记录它,使用简单的摄像机/网络摄像头和计算机。MotionPerfection可用于实验室、现场和日常环境,包括在线远程练习和舞台表演,无需专门的设备。这个软件将支持任何运动实践夹带着音乐或任何步伐制造商,从舞蹈到体操康复。竞合利益作者声明,他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系,可能会影响本文报告的工作数据可用性我们已经将链接与数据代码和测试文件分享到github确认该项目得到了UKRI - ESRC,英国资助ES/V015354/1 -和英国皇家学会Lever-hulme信托高级研究奖学金SRF\R1\21000155的支持。我们感谢英国国家芭蕾舞学校、皇家芭蕾舞学校和Trinity Laban音乐舞蹈学院在数据收集方面的合作。我们感谢Erico Montes先生、Raymond Chai先生、Hubert Essakow先生、Nina Thilas-Mohs女士对MotionPerfection的改进提出了有益的意见,并感谢EmmaCoates(英国国家芭蕾舞学校)和一位娱乐舞蹈家在本文中作为模型参考和焦点参与者。Vincent Gallo,Xin Zhou,Diane Abdallah等.软件X 20(2022)1012475引用[1] 杨晓,李晓,李晓.混合运动配置:物理和数字的交织。Proc Annu Hawaii IntConfSystSci2021;(2020-Janua):5841-50.http://dx.doi.org/10.24251/hicss.2021.708网站。[2] 帕 里 什 ·M 走 向 转 型 : 网 络 舞 蹈 教 学 的 数 字 化 工 具 。 艺 术 教 育 政 策 修 订2016;117:168-82。http://dx.doi.org/10.1080/10632913的网站。2016.1187974。[3] 沈玉婷,陈玲,岳伟文,徐宏霞.针对2019冠状病毒病大流行的基于数字技术的远 程 医 疗 前 线 医 学 2021;8 : 1-23.http://dx.doi.org/10 的 网 站 。3389/fmed.2021.646506。[4] El-Sherif DM,Abouzid M,Elzarif MT,Ahmed AA,Albakri A,AlshehriMM. Telehealth and artificial intelligence insights into healthcare during theCOVID-19pandemic.2022;10:385。http://dx.doi.org/10.3390/healthcare10020385.[5] van der Kruk E,Reijne MM.运动应用人体运动捕捉系统的准确性Eur JSport Sci 2018;18:806-19. http://dx.doi.org/10.1080/17461391.2018.1463397网站。[6][10]杨文,李文.的审查28个免费的动物跟踪软件应用程序:当前功能和限制。2021年, 《实 验室动画 》( 纽约) 。http://dx.doi.org/10.1038/s41684-021-00811- 1 .一、[7]马 克 斯 普 朗 克 心 理 语 言 学 研 究 所 。 伊 兰 。 奈 梅 亨 ; 2022 年 , 可 在https://archive.mpi.nl/tla/elan查阅。[8] Friard O,Gamba M. BORIS:一个免费的、多功能的开源事件记录软件,用 于 视 频 / 音 频 编 码 和 实 时 观 察 。 方 法 Ecol Evol 2016;7 : 1325-30 。http://dx.doi.org/10.1111/2041-210X.12584网站。[9]瓦加诺娃河古典芭蕾的基本原则:俄罗斯芭蕾舞技术。纽约:多佛出版社,1969年。
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