Capture de mouvement et suivi du corps entier

Capture de mouvement portable basée sur l'IMU pour la RV, la recherche et l'utilisation dans le monde réel

Qu'est-ce que la capture de mouvements du corps entier ?

La capture de mouvements du corps entier combine des données provenant de plusieurs capteurs portés sur le corps pour reconstruire la posture, l'orientation et le mouvement du corps humain au fil du temps.

Chaque IMU mesure :

• Accélération linéaire
• Vitesse angulaire
• (en option) orientation magnétique

Par synchronisation temporelle de plusieurs capteurs et en appliquant des algorithmes de fusion de capteurs, les mouvements des articulations et la cinématique du corps peuvent être reconstruits avec une grande précision temporelle.

Capture de mouvement à l'aide d'un IMU par rapport aux systèmes optiques

Capture optique du mouvement

• Nécessite des caméras, des marqueurs et une ligne de visée
• Grande précision dans les laboratoires contrôlés
• Coûteux, complexe et lié à l'emplacement
• Sensible à l'occlusion, à l'éclairage et à la configuration

Capture de mouvement à l'aide d'un IMU (QSense)

• Portable, sans appareil photo et portable
• Fonctionne à l'intérieur et à l'extérieur
• Des échelles allant d'un seul capteur à des installations pour l'ensemble du corps
• Permet des mesures de longue durée et en conditions réelles

Les UMI échangent la précision absolue de la position contre mobilité, évolutivité et déploiement pratique, Ils sont donc idéaux pour l'utilisation sur le terrain, la RV, la rééducation et les sciences du sport.

Comment les capteurs IMU permettent le suivi du corps entier

1. Placement du capteur

Les capteurs IMU sont fixés sur certains segments du corps (par exemple, les pieds, les tibias, les cuisses, le tronc, les bras).

2. Synchronisation du temps

Tous les capteurs QSense peuvent fonctionner dans un réseau synchronisé dans le temps, Les données de mouvement provenant de différents segments du corps partagent une base temporelle commune, ce qui est essentiel pour l'analyse des articulations et de la coordination.

3. Fusion de capteurs

Les données de l'accéléromètre, du gyroscope et du magnétomètre sont fusionnées à l'aide d'algorithmes tels que Madgwick (6-DOF ou 9-DOF) pour estimer les orientations stables et les signaux de mouvement.

4. Modèle corporel et cinématique

Les données d'orientation sont mises en correspondance avec un modèle biomécanique ou un modèle d'avatar pour calculer :

• Orientation du segment
• Angles d'articulation
• Modèles de coordination
• Symétrie du mouvement

Suivi du corps entier pour la réalité virtuelle (VR)

Interaction naturelle dans les environnements virtuels

Le suivi du corps entier basé sur l'IMU permet chaque mouvement - pas, gestes, changements de posture - doit être traduit en temps réel dans la RV. Contrairement aux systèmes basés sur des caméras, les IMU portables se déplacent avec l'utilisateur et ne limitent pas sa liberté de mouvement.

Principaux avantages de la RV

• Suivi de précisionSuivre des membres individuels ou des configurations corporelles complètes avec une grande précision temporelle.
• Retour d'information en temps réelLa diffusion en continu à faible latence permet une interaction réactive et des expériences immersives.
• Installation facileAucune caméra ni aucun étalonnage de la pièce n'est nécessaire ; convient à la RV à domicile, en laboratoire ou mobile.

Applications de la RV

• Jeux et expériences immersives
• Simulations de formation (santé, défense, aviation)
• Exergaming et VR fitness
• Recherche sur le mouvement et l'incarnation

De combien de capteurs IMU avez-vous réellement besoin ?

Largeur de bande sans fil et limites pratiques

Le nombre maximum de capteurs IMU dépend des éléments suivants :

• Plateforme (PC, Android, iOS)
• Taux d'échantillonnage (Hz)
• Taux de transmission des données
• Largeur de bande BLE sans fil

En pratique :

• Les plates-formes PC gèrent les nombres de capteurs les plus élevés
• Les plateformes mobiles (Android, iOS) ont des limites plus strictes pour les débits de données élevés.
• Des taux d'échantillonnage plus élevés réduisent le nombre maximal de capteurs fiables

Pour un fonctionnement stable, le nombre de capteurs et le taux d'échantillonnage doivent être équilibrés afin d'éviter la perte de paquets.

L'évolution vers une réduction du nombre de capteurs IMU

L'industrie s'éloigne des grandes installations de plus de 10 capteurs pour le corps entier et se tourne vers des systèmes de surveillance de la qualité de l'air et de l'eau. des configurations de capteurs plus intelligentes et minimales.

Les raisons de ce changement

1. Réduction des coûts et de la complexité

Un nombre réduit de capteurs se traduit par un coût inférieur du matériel, une installation plus rapide et un étalonnage plus simple.

2. Estimation des mouvements pilotée par l'IA

Les algorithmes modernes peuvent déduire les mouvements de l'ensemble du corps à partir d'un nombre réduit de capteurs en utilisant des modèles biomécaniques et l'apprentissage automatique.

3. Amélioration du confort de l'utilisateur

Les installations minimales sont moins intrusives et mieux adaptées au sport, à la rééducation et à l'utilisation quotidienne.

4. Meilleure fiabilité du réseau sans fil

Moins de données → moins de paquets perdus → plus longue durée de vie de la batterie et diffusion en continu plus robuste.

Exemples typiques

• Analyse de la course à pied et du cyclisme avec 2-3 capteurs
• Suivi de la marche et de la rééducation à l'aide de capteurs pour les membres inférieurs uniquement
• Interaction VR utilisant le suivi des pieds et du torse

L'installation de capteurs sur l'ensemble du corps reste précieuse pour la biomécanique détaillée, mais les capteurs de l'ensemble du corps ne sont pas suffisants. ils ne sont plus nécessaires pour de nombreuses applications pratiques.

Sorties et formats de données

La capture de mouvement QSense prend en charge plusieurs formats de sortie, en fonction des besoins de l'application :

• Données IMU brutes (accélération, gyroscope, magnétomètre)
• Signaux de mouvement fusionnés
• Données d'orientation en quaternions
• Enregistrements multicapteurs horodatés
• Formats d'exportation adaptés aux pipelines de recherche, d'analyse et d'animation (par exemple CSV, BVH)

Les points forts de la capture de mouvement basée sur l'IMU

• Suivi des performances sportives et de la charge de travail
• Réhabilitation et physiothérapie
• Réalité virtuelle et formation immersive
• Ergonomie et recherche professionnelle
• Mesures de longue durée et en extérieur

La capture de mouvement basée sur l'IMU est particulièrement efficace dans les cas suivants le mouvement naturel, la portabilité et la validité dans le monde réel sont plus importants que la précision positionnelle en laboratoire.

Limites à connaître

Les systèmes basés sur l'IMU présentent des compromis inhérents :

• Dérive de l'orientation sur de longues durées (atténuée par la fusion et l'étalonnage)
• Pas de suivi de la position absolue sans références externes
• Sensibilité aux perturbations magnétiques (gérable avec les modes sans magnétisme)
• Nécessite un positionnement et un étalonnage minutieux des capteurs

Il est essentiel de comprendre ces contraintes pour choisir la bonne configuration.

Conclusion

La capture de mouvement basée sur l'IMU a transformé la façon dont le mouvement est mesuré. En supprimant les caméras, l'infrastructure fixe et les contraintes de laboratoire, QSense Motion permet de suivi de l'ensemble du corps là où le mouvement se produit réellement - dans le sport, la RV, la rééducation et la vie quotidienne.

L'avenir de la capture de mouvement n'est pas une question de matériel supplémentaire, mais de un placement plus intelligent des capteurs, de meilleurs algorithmes et un déploiement pratique.

Si vous souhaitez capturer des mouvements au-delà du laboratoire - de manière fiable, évolutive et avec un contrôle total sur vos données - le suivi du corps entier basé sur l'IMU est l'outil qu'il vous faut.

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