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花王开发移动步态变化捕捉技术, 助力婴儿纸尿裤开发

新闻中心

花王开发移动步态变化捕捉技术, 助力婴儿纸尿裤开发

分类:
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作者:
来源:荣格-《国际非织造工业》
发布时间:
2021/10/05

近日,日本花王株式会社的卫生用品研究所及个人护理研究所公布,花王开发出了全新的“mGCC技术”(mobile Gait Change Capture,移动步态变化捕捉技术)。通过该技术的运用,可以将使用智能手机等设备拍摄的二维视频转换成三维行走动作数据,并进行详细解析。

 

目前常用于动作解析研究的“动作捕捉技术”具有精准度高、能够正确解析三维行走动作的优势。但在另一方面,“动作捕捉技术”的运用由于需要提前设置安装多台红外线相机等设备,容易受到场地和时间的制约。此外,还需要在测试对象身上贴上多个测量用的反射标记,对测量技巧以及整个测量过程的时间要求都较高。

 

QQ截图20210907142736.jpg

 

在这样的背景下,花王开始着手开发可更加便捷且有效的分析行走动作的方法,由此成功开发出了全新的只需使用智能手机拍摄二维视频便可详细解析三维行走动作的“mGCC技术”。该技术能够对一般智能手机内置常用的普通数码相机(RGB相机)所拍摄的二维视频进行机器学习,计算并解析出人体骨骼点的三维动作。

 

花王运用“动作捕捉技术”对99名13至37个月幼儿的步行实况进行了测量,并用普通数码相机对幼儿步行过程进行了拍摄。之后,从通过“动作捕捉技术”获得的三维数据中提取多个与幼儿日龄具有高度相关性的行走参数进行多回归分析,由此推算出幼儿的日龄。

 

QQ截图20210907142746.jpg

 

同时,花王使用“mGCC技术”对由普通数码相机所拍摄的二维视频转换而来的三维数据进行解析,并使用与上述相同的多个行走参数进行分析,推算出幼儿日龄。最后,花王比较了以上两种方式推算出的幼儿日龄,对通过拍摄二维行走视频来定量推算幼儿行走能力发育程度的有效性进行了验证。验证结果表明,运用“mGCC技术”推算出的幼儿日龄,与测量精准度高的“动作捕捉技术”所推算出的幼儿日龄具有高度的相关性。由此可以证明“mGCC技术”与“动作捕捉技术”在推算日龄方面拥有几乎同等的精准度。而运用“mGCC技术”可以直接通过拍摄二维行走视频就能定量推算出幼儿行走发育程度,有效且更便捷。

研究意义

 

该研究获取的随着幼儿行走能力发展而不断变化的数据,揭示了婴儿从行走初期骨盆前倾程度大、双脚岔开(髋关节打开)且步履蹒跚的阶段,进步到骨盆前倾程度小、双脚合拢(髋关节内合)稳步行走的发育过程中,各个关节的动作发生变化的时机(图1)。作为幼儿行走能力发展研究的重要研究成果,行走动作的数据化在今后具有很高的实用价值,而对于行走状态变化较大的3岁前的幼儿而言,这些数据也证实了每天穿着的纸尿裤会对其行走产生影响。

 

QQ截图20210907142755.jpg

 

2011年一项针对幼儿日常生活的运动量客观指标、亦即行走步数的调查显示,幼儿的步行量超乎家长的想象。而 2020年日本政府为防止新冠疫情扩大而宣布实施紧急事态宣言后,针对幼儿进行的步数调查也证实了相较于成人,幼儿的活动量受到了更大的影响。

 

本次调查着眼于步行的质量,运用动作捕捉技术,不只局限于步幅等一般性步行计量指标,而是结合包括骨盆和关节角度等在内的动作分析,使下半身的动作如图1所示那样模型化,从而阐明幼儿行走能力发展的内在机制,并据此进一步探讨穿着纸尿裤对幼儿的行走产生的影响。

 

本测试在日本十条儿童诊疗所岩崎博之医师、顺天堂大学运动健康科学研究院内藤久士教授和上海体育学院陆大江教授的指导和协力下完成。

研究成果

 

运用动作捕捉技术进行步行的计量如图2所示。具体而言,在幼儿身体上配置红外线反射标志,通过红外线相机获取位置信息,将行走状态转换为数码数据。

 

(1) 揭示幼儿行走能力发展内在机制。
条件:穿着日常常用的纸尿裤(未排尿的干净状态)独立行走。
计量指标:①骨盆倾斜状况;②髋关节打开程度;③膝盖曲度;④脚踝可动角度范围;⑤步幅;⑥足间距(左右脚之间的横向间隔);⑦身体重心摇摆状况。

 

结果:根据能够行走的月数(能独立行走起开始计算的月数),将观察对象以每6个月为一个阶段分成4组进行分析。从起初不稳定的行走到能够稳步行走的发展过程中,对上述①~⑦的各项指标在何时发生何种变化进行分析后确认,各项指标并非同时发生变化,而下肢关节的角度变化,是自骨盆和髋关节起,经膝关节,最后到脚踝,亦即从近身体中心向远端依次发生的(图3)。通过指标①-⑦掌握第1~ 6个月的行走特点,以此为参照显示其后各个阶段发生怎样的变化。可知各指标变化发生的时期各不相同,行走能力依此逐步发展。

 

(2) 确认纸尿裤对行走产生的影响。

观察对象:日本和中国的能够独立行走的幼儿。日本:13名年龄在12~ 25个月之间的幼儿;中国:26名年龄在18~ 20个月之间的幼儿。

 

条件:分别穿2种构造不同的纸尿裤(样品A、样品B)时和不穿纸尿裤时的3种情况。因预设为排尿状态下情况,故所穿纸尿裤已吸收了160克生理盐水。

 

计量指标:足间距(左右脚之间的横向间隔)、身体重心摇摆状况。

 

结果:通过对日本的年龄在12-25个月之间的幼儿的实验,观察到穿着纸尿裤和不穿纸尿裤时足间距和身体重心摇摆的差异,证实了纸尿裤对幼儿行走有影响。而在中国进行的针对月龄在18~ 20个月之间的幼儿的证明实验中,发现穿着不同纸尿裤(样品A、 样品B)时的行走状况存在差异,可见样品A由于具有裆部吸收水分后不会下坠变形的构造,故而对行走的影响较小。

 

根据前述“揭示幼儿行走能力发展的内在机制”中指出的不同行走月数具有不同行走特点,将实验对象的月龄加以特定,以减少行走能力不同产生的偏差,就凸现出了纸尿裤对行走 的影响。这也提示了今后更应根据月龄不同来分别进行相关验证的必要性。

展望

 

通过运用此次新开发的“mGCC技术”,实现了无需安装专业的测量装置,仅使用智能手机等设备拍摄幼儿日常行走的视频,就能便捷、有效地监测其行走发育程度的效果。今后,花王计划将此技术进一步应用于幼儿的发育发展的研究领域,希望为婴幼儿纸尿裤的产品开发以及育儿相关服务的发展提供有力的支援。

 

来源:花王

 

来源:荣格-《国际非织造工业》