Навигационные системы в спорте

В спорте компьютерное зрение - в частности, навигационные системы вместе с механическими датчиками - позволяет провести сложный анализ движений спортсмена и  построить биомеханическую модель его тела. Для этого маркируются определенные анатомические ориентиры тела; информация от маркеров используется для отслеживания сегментов тела, чтобы оценить биомеханику во время различных спортивных движений.

Навигационные системы позволяет воссоздать 3d-модель движущегося спортсмена, определить время и место мышечной активности. Эта информация является способом к раскрытию потенциала спортсмена и предотвращению травм. В случае реабилитации специалист может определить, готов ли спортсмен к выступлению на тех уровнях, которые он достиг до травмы.

Athlete_Responses_Paper.pdf

https://www.youtube.com/watch?v=ywt8yluW1nU

Навигационные системы в производстве мультфильмов и игр

В индустрии развлечения стоит задача воссоздать движения человека, но в виртуальном пространстве на виртуальном персонаже. Для решения этой задачи, как и в спорте, используются оптические навигационные системы.

На актеров наклеивают маркеры, они входят в рабочее пространство навигационной системы и выполняют сценарий. ПО строит 3D-модель актера, все его движения во времени. Далее эту модель можно наложить на виртуальную 3D-модель персонажа игры или мультфильма, и теперь он будет двигаться в точности как актер.

Маркеры имеют разный размеры. Для крупных кадров используется множество маленьких маркеров на лице. Для съемки всего тела используют большие маркеры, расположенные на анатомических ориентирах.

[ https://www.motionanalysis.com/support/ ]

Навигационные системы в медицине

Image Guided Surgery

Оптические навигационные системы в медицине позволяют проводить операции точнее и с меньшим вмешательством. Для проведения операции необходимо знать взаимное расположение пациента и хирургических инструментов. На инструменты помещаются светоотражающие в ИК-спектре сферы (маркеры), координаты которых определяются навигационной системой. Таким образом, становится известно положение инструментов.

Виртуальная модель человека, полученная с помощью МРТ, и положение человека на операционном столе относительно навигационной системы не совпадают. Чтобы поместить человека и его 3D-модель в одну систему координат, где они будут совпадать, необходимо провести процедуру регистрации.

Регистрация проводится с помощью навигационной системы и специального инструмента-щупа. В ходе этой процедуры на теле пациента щупом отмечается “облако” точек, которое затем совмещается с “облаком” точек 3D-модели. После совмещения пациент и его 3D-модель “лежат” в одной системе координат, и все действия хирурга над пациентом дублируются на его виртуальную модель.

Таким образом, во время операций над внутренними органами, когда их визуальный осмотр невозможен, навигационная система позволяет увидеть воздействие хирургических инструментов на виртуальные модели органов.

Augmented Reality (AR)

При проведении операций с помощью навигационной системы возникает неудобство из-за разнесения визуальной информации для хирурга. Монитор, на который выводится 3D-модель внутренних органов пациента, и сам пациент, которого наблюдает хирург, находятся в разных местах. Это решается технологиями AR (дополненной реальности).

Есть два варианта решения этой проблемы. Первый заключается в том, чтобы дополнить изображение виртуальных органов пациента на мониторе изображением реального пациента. Для этого используется камера дополненной реальности, которая снимает операционный стол. Положение этой камеры определяются с помощью навигационной системы и в соответствии с этим положение корректируется положение накладываемых виртуальных 3В-моделей.

Второй вариант заключается в использовании очков дополненной реальности. В этом случае все происходит наоборот: изображение реального пациента дополняется 3D-моделью внутренних органов, изображение которых выводится на очки. Они маркированы, их положение известно, и 3D-модель органов выводится именно для этой точки.

ToF, С-дуга и УЗИ

ToF-камеры и УЗИ могут существенно помочь в регистрации пациента. ToF-камеры могут получать облако точек мгновенно без манипуляций со специальным инструментом. Хотя точность каждой полученной точки в таком облаке будет меньше, чем при использовании оптической навигационной системы, количество самих точек при этом на порядки больше, и последующую регистрацию можно провести аналогично.

Узнайте больше про искусственный интеллект вместе с SMedX