Dort werden Bewegungen mit 3D-Motion-Capture, Kraftmessplatten und EMG erfasst – also nicht nur wie sich jemand bewegt, sondern auch welche Kräfte wirken und wie die Muskulatur arbeitet. Das macht Unterschiede messbar, die im klinischen Alltag sonst leicht übersehen werden.

Das Spannende: Die Daten landen nicht nur in Publikationen, sondern direkt in der Versorgung – Diagnostik, Therapieplanung, Verlaufskontrolle.

Ein starkes Beispiel dafür, wie Biomechanik und Klinik wirklich zusammenfinden.

https://www.bg-kliniken.de/unfallklinik-frankfurt/fachbereiche/detail/bewegungsanalyselabor/

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DVS Motorik Tagung 2025 | 19.–21. März | Technische Universität München

Im Rahmen der diesjährigen DVS Motorik Tagung präsentierte Velamed in Kooperation mit Qualisys und Manus ein Setup zur präzisen Erfassung feinmotorischer Bewegungen: Die nahtlose Integration der Manus Prime Gloves in Qualisys QTM.

Erweiterte Perspektiven für die wissenschaftliche Bewegungsanalyse

Die Kombination optischer Ganzkörper-Erfassung mit inertialen Finger- und Handdaten bietet eine zusätzliche Detailtiefe in der Bewegungsanalyse. Gerade für Forschungsprojekte mit Fokus auf Feinmotorik, Körperwahrnehmung oder sensorische Rückkopplung ergeben sich neue Möglichkeiten der Datenerhebung und Auswertung. Darüber hinaus können die Manus Gloves auch in das Noraxon MR4 Ökosystem integriert werden, was eine umfassendere multimodale Analyse im Zusammenspiel mit EMG, IMU und weiteren Sensoren ermöglicht.

Forschungsnahe Praxisanwendung

Am Messestand konnten Besucher*innen das vollständig integrierte System live erleben. Neben der Echtzeit-Visualisierung in Qualisys Track Manager (QTM) wurden exemplarische Anwendungsszenarien diskutiert – etwa für Studien zu Bewegungsökonomie, motorischem Lernen und individueller Belastungssteuerung.

Fazit: Technologie trifft Wissenschaft

Die Integration der Manus Gloves in Qualisys QTM markiert einen wichtigen Schritt in Richtung ganzheitlicher Bewegungsforschung. Die Möglichkeit, hochfrequente Daten von Händen und Fingern synchron mit Ganzkörper-Bewegungen zu analysieren, schafft neue Voraussetzungen für differenzierte wissenschaftliche Fragestellungen und die evidenzbasierte Weiterentwicklung physiotherapeutischer sowie sportwissenschaftlicher Interventionen.

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Hintergrund

Normalerweise wird der komplette Code für den Qualisys Track Manager (QTM) von den Qualisys-Programmierern geschrieben. Durch das neue Scripting-Tool kann jedoch jeder Anwender der Software individuelle Funktionen hinzufügen. Dadurch muss nicht auf den nächsten Release der Software gewartet werden, bis neue Funktionen zur Verfügung stehen. Außerdem können selten alle Nutzer-Wünsche berücksichtigt werden.

Voraussetzungen

Benötigt wird eine neuere (2023er) QTM-Version (am besten natürlich die aktuellste).
Skripte können zum jetzigen Zeitpunkt in Python oder LUA geschrieben werden und eingebunden werden.
In den Project Options unter dem Reiter Miscellaneous auf der linken Seite gibt es einen neuen Menüpunkt Scripting. Dort kann die Programmiersprache ausgewählt und über Add Skripte hinzugefügt werden:

Außerdem tauchen in der oberen Menüleiste in der Hauptansicht in QTM zwei neue Symbole auf:

Der Pfeil kann genutzt werden, um Veränderungen an aktiven Skripten zu laden (Reload). Das >_ Symbol öffnet das Terminal, welches zur direkten Programmierung oder als Ausgabe-Fenster genutzt werden kann.

Ein „guter“ Texteditor vereinfacht das Scripting (z.B. Visual Studio Code) und sollte ebenfalls installiert sein.

Scripting

Das neue Scripting-Tool in QTM eignet sich hervorragend für folgende Anwendungen:

1. Automatisierung von regelmäßig wiederkehrenden (komplexen) Arbeitsschritten.
2. Sammeln und darstellen von Informationen in aufgenommenen Daten.
3. Be- und Verarbeitung aufgenommener Daten.
4. Modifikation der Projekteinstellungen (settings).
5. Arbeit mit Trajektorien, 6DOF-Modellen und skeletons.
6. Hinzufügen neuer Buttons in die Menüleiste sowie neuer Shortcuts.
7. Anzeigen von Text oder graphischen Elementen in der 3D-Ansicht in QTM.
8. Allgemein: die Individualisierung der Arbeit mit QTM.

Skripte können direkt in der Software implementiert werden oder von außen mit der Software kommunizieren. Die Kommunikation von außen funktioniert über ein REST API. Darüber können alle bereits bestehenden Funktionen der Software abgerufen werden oder neue hinzugefügt werden. Es ist möglich bestimmte Events, wie z.B. das Neuladen der 3D-Ansicht als Trigger für bestimmte Funktionen zu nutzen.

Aktuell ist es leider noch nicht möglich in Echtzeit (Realtime) mit Skripten zu arbeiten. Diese und viele weitere Funktionen werden in zukünftigen Updates ergänzt.

Ressourcen

Folgende Ressourcen werden zur Ansicht empfohlen, um das neue Tool kennenzulernen und erfolgreich anzuwenden:

1. Github
   https://github.com/qualisys/qtm-scripting → Unter diesem Link finden sich neben der README-Datei hilfreiche Informationen zu Demoskripten und Funktionen des Skripting-Tools. Sie sollten zum Start den kompletten Ordner herunterladen und die beiden Beispielskripte testen. Dort wird der Großteil der möglichen Funktionen vorgestellt.

2. Documentation
   https://qualisys.github.io/qtm-scripting/2023.3/index.html → Hier werden Kurzbeispiele sowie alle Module und Typen vorgestellt.

3. Webinar
   https://www.youtube.com/watch?v=Y6jWIY7fhb0 → Sehr guter Einstieg in das Thema Scripting in QTM. Vorstellung des neuen Tools direkt durch Qualisys Mitarbeiter.

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Grundlagen

Der Qualisys Skeleton Solver erlaubt es, Skelett-Daten in Echtzeit zu berechnen und darzustellen. Er kann mit dem Animation-Markerset und dem Sports-Markerset verwendet werden. Als Dateiformate können TSV oder FBX für ein Echtzeitstreaming in eine Animationssoftware genutzt werden.

Erstellen des AIM-Modells

Für jede Person (jedes Skelett) muss ein eigenes AIM-Modell angelegt werden. Als Grundlage kann das bei der Installation mitgelieferte Animation-AIM-Model dienen.

1. Öffnen Sie die Project Options (Strg+W).
   
2. Wechseln Sie in der linken Leiste zum Reiter AIM.
3. Klicken Sie auf Add model und navigieren zum Installationsordner von Qualisys (Qualisys Track Manager à Models à AIM à qam).
4. Klicken Sie OK um die Änderungen zu speichern.

Nun können Sie die Marker des Animation-Markersets am Probanden platzieren. Informationen können Sie in der oberen Leiste unter Skeleton à Display Marker Set Guide abrufen.

Beachten Sie, dass es möglich ist, zusätzliche Marker hinzuzufügen, um das Tracking zu verbessern (siehe Guide).

Sobald der Proband vorbereitet ist, können Sie eine Aufnahme durchführen. Lassen Sie den Probanden zu beginn der Aufnahme in der T-Pose stehen (s.u.). Innerhalb der Aufnahme sollte er oder sie dann eine komplette Range of Motion mit allen Segmenten (Kreisbewegungen mit Händen, Füßen, Armen, Beinen und Kopf) durchführen, damit alle Gelenkzentren gut berechnet werden können.

Benennung der Marker

Alle zugehörigen Marker müssen richtig benannt werden und einen einzigartigen, personenbezogenen Präfix erhalten. Standardmäßig werden die vorgefertigten Bezeichnungen des Animation-Markersets verwendet. Es ist jedoch möglich, eine eigene Benennung zu nutzen.

Wenn Sie das bereitgestellte AIM-Model verwenden, versucht QTM automatisch alle Marker zu labeln. Überprüfen Sie anhand des Guides, ob alle Marker richtig benannt sind. Werden zusätzliche Marker verwendet, müssen diese ebenfalls benannt werden. Damit QTM erkennt, zu welchem Segment die Extra-Marker gehören, müssen diese der Konvention folgen:

Segmentname_Name → z.B. LeftLeg_Front

Dies sind alle verfügbaren Segment-Namen:

Hips, RightUpLeg, LeftUpLeg, RightLeg, LeftLeg, RightFoot, LeftFoot, RightToeBase, LeftToeBase, Spine, Spine1, Spine2, Neck, Head, RightShoulder, LeftShoulder, RightArm, LeftArm, RightForeArm, LeftForeArm, RightHand, LeftHand

Hinzufügen des Präfix

Damit jeder Marker der richtigen Person zugewiesen werden kann, muss vor jedes Label ein Präfix eingefügt werden. Nach dem Präfix folgt ein Unterstrich: Soll das Skelett AR heißen, muss der Chest-Marker zum Beispiel so gelabelt sein: AR_Chest. ALLE Marker eines Probanden (auch die zusätzlichen) müssen diesen Präfix erhalten!

Der Präfix kann allen Markern gleichzeitig mit einem Klick hinzugefügt werden:

1. Wählen Sie in der rechten Leiste alle Trajektorien, die zu der entsprechenden Person gehören.
2. Klicken Sie Rechtsklick auf eine von ihnen und wählen Add prefix to selection.
3. Geben Sie den gewünschten Präfix (AR_) ein und klicken OK.

Nun sollten Sie die Datei speichern und das neue AIM-Model generieren. Klicken Sie dafür auf das Generate Aim model Icon in der oberen Leiste. Geben Sie dem AIM Modell am besten denselben Namen, den Sie als Präfix für das Skelett genutzt haben.

Wiederholen Sie die oberen Schritte für jede Person getrennt. Erstellen Sie ein eigenes AIM-Model für jede Person und weisen jedem Skelett einen individuellen Präfix zu.

Prüfen Sie anschließend in den Project Options, ob alle AIM-Modelle im Projekt aktiv sind (Processing à AIM à alle Modelle müssen in der Liste „Applied models“ auftauchen).

Kalibration der Skelette

Sobald alle AIM-Modelle erstellt und angewendet sind, sollten die Skelette kalibriert werden. Dies kann direkt im Live-Modus oder in einer vorherigen Aufnahme durchgeführt werden. Befinden sich mehrere erkannte Personen im Volumen, werden die Skelette automatisch für alle gleichzeitig kalibriert.

1. Alle Personen sollten in der T-Pose im Volumen stehen: Die Arme sind zu den Seiten ausgestreckt, die Handflächen zeigen nach unten, die Füße zeigen parallel nach vorne.
2. Klicken Sie auf das Calibrate Skeletons Icon in der oberen Leiste oder einfach F10 auf der Tastatur.
3. Die Anzeige der Skelette muss eingeschaltet sein, damit diese visualisiert werden.

Erstellen eines identischen AIM-Models

Um ein AIM-Model zu erstellen, dass identisch zu einem bereits bestehenden ist, ohne die damit bereits verbundenen Trainingsdaten zu berücksichtigen gehen Sie folgendermaßen vor:

1. Öffnen Sie eine Aufnahme mit exakt denselben Labels für die Trajektorien.
2. Klicken Sie auf Generate AIM model und wählen Create new model based on marker connections from existing AIM model.
3. Klicken Sie auf Next und wählen das bereits bestehende AIM-Model aus.
4. Prüfen Sie, dass die funktionalen Verbindungen zwischen den Markern logisch sind und klicken Next um dem Modell einen Namen zu geben und den Vorgang abzuschließen.

Das neue AIM-Model ist funktional identisch zu dem vorherigen, enthält jedoch lediglich die Trainingsdaten der einen Aufnahme, die zum Erstellen genutzt wurde.

Erfassen von Skelettdaten

Nachdem das/die Skelette definiert wurden, können Skelettdaten Live genutzt werden und auch aufgezeichnet werden.

Zuerst sollten die Skelette in den Project Options aktiviert werden:

1. Gehen Sie in den Project Options auf Processing.
2. Haken Sie die Kästchen für Solve Skeletons bei Real time actions und bei Capture actions an, je nachdem, ob Sie Skelettdaten in Echtzeit oder für Aufnahmen nutzen möchten.

Solange die Haken gesetzt sind und ein Skelett definiert wurde, werden die Skelettdaten automatisch von QTM berechnet.

Die Positionsdaten und die Rotationsdaten einzelner Segmente des Skeletts können angezeigt werden:

1. In der oberen Leiste unter View kann ein neues Data Info pane hinzugefügt werden (strg+D).
2. Durch rechtsklick auf den Schwarzen Hintergrund in diesem Fenster und Linksklick auf Display Skeleton data, können die Skelettdaten angezeigt werden.

Sobald der Skeleton-Solver eingerichtet ist, können Sie wie gewohnt 3D-Daten aufnehmen und streamen. Es empfiehlt sich, alle Probanden zu beginn und ende jeder Bewegung die T-Pose einnehmen zu lassen, damit die Skelette neu kalibriert werden können.

Verarbeitung der Skelett-Daten

Bei der Verarbeitung der Skelettdaten können die Trajektorien normal bearbeitet und gelabelt werden. Neben den standardmäßigen Methoden zum Füllen von Lücken ist nun auch das Kinematic gap filling nutzbar.

Sollten Sie Änderungen an den Trajektorien vorgenommen haben, denken Sie daran, die jeweilige Datei zu reprocessen, damit auch die Skelettdaten neu berechnet werden (Strg+Shift+R). Setzen Sie nur den Haken bei Solve Skeletons!

Export und Streaming der Skelettdaten

Die aufgenommenen Daten können beliebig in andere Software gestreamt oder exportiert werden.

Dafür steht ein QTM real-time protocol zur Verfügung, welches bereits Plugins für verschiedene Animations-Software bereithält. Besuchen Sie die Qualisys GitHub Seite für Informationen: https://github.com/qualisys.

Alternativ können die Skelettdaten als TSV oder FBX exportiert werden:

1. Navigieren Sie in der oberen Leiste zu File -> Export und wählen das gewünschte Format aus.
2. Skeletons muss angehakt werden, bevor Sie auf OK

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Grundlagen

AIM steht für Automatic Identification of Markers.

Ein AIM-Model kann für jedes beliebige Marker-Set erstellt werden. Es dient dazu, automatisch alle zugehörigen Marker zu erkennen und zu benennen. AIM-Models können fortlaufend mit neuen Messdaten trainiert werden und verbessern sich dadurch immer weiter.

Wie erstelle ich ein AIM-Model?

Um ein AIM-Model zu erstellen, muss eine Aufnahme, in der das entsprechende Marker-Set verwendet wurde, vorliegen. Es ist von Vorteil, wenn in dieser Aufnahme die volle Range of Motion, die in zukünftigen Messungen mit diesem Markerset erwartet wird, vorhanden ist. Selbst wenn das Markerset später nur für statische Aufnahmen verwendet wird, sollten die Trainings-Daten etwas Bewegung enthalten, damit die Verbindungen zwischen den Markern richtig erkannt werden.

Wenn jegliche Bewegung ausgeschlossen ist, weil Sie zum Beispiel ein Möbelstück tracken möchten, muss in den Trainingsdaten keine Bewegung vorkommen.

Aufnahme und Labelling

1. Wenn das Marker-Set appliziert ist, nehmen Sie eine Messung auf.
2. Ist ihr Marker-Set dafür gedacht, menschliche Bewegung zu untersuchen, lohnt es sich, Ihren Probanden zu Beginn in der T-Pose stehen zu lassen, damit die Marker einfach gelabelt werden können.
3. Denken Sie daran, die volle Range of Motion aufzuzeichnen!
4. Sobald Sie die Aufnahme stoppen, wird diese automatisch in QTM geöffnet.
5. Labeln Sie alle Marker, die zu Ihrem Marker-Set gehören und damit Teil des AIM-Models werden sollen.
6. Passen Sie die Visualisierung der Marker Ihren Bedürfnissen an: Ändern Sie zum Beispiel die Farbe der Marker für die rechte und für die linke Körperseite oder erstellen Bones zwischen Markern, die für Sie sinnvoll erscheinen. (Um einen Bone zu erstellen, wählen Sie die beiden Marker, die verbunden werden sollen, aus und drücken B auf Ihrer Tastatur. Die Farbe der Bones kann ebenfalls angepasst werden.)
   
7. Nehmen Sie sich Zeit, die optische Erscheinung des Marker-Sets, sowie die Benennung der einzelnen Marker anzupassen. Als nächstes können Sie noch die Sortierung der Label-Liste auf der rechten Seite verändern. All dies kann nicht mehr modifiziert werden, nachdem das AIM-Model erstellt wurde.
   
8. Scrollen Sie ein letztes Mal durch die Aufnahme, um sicher zu gehen, dass alle Marker über die komplette Dauer richtig zugeordnet sind. Anschließend speichern Sie die Änderungen.

Erstellen des AIM-Models

1. Klicken Sie auf Generate Aim model in der oberen Leiste.
2. Wählen Sie Create new model und klicken Sie auf Next.
3. QTM zeigt eine Vorschau des Modells mit roten Verbindungen zwischen manchen Markern. Diese sind nicht identisch mit den visuellen Verbindungen, die Sie vorher festgelegt haben. Es handelt sich um funktionale Verbindungen zwischen den jeweiligen Markern, die QTM auf Basis der Testmessung erkannt hat. Prüfen Sie hier unbedingt, ob alle angezeigten Verbindungen logisch erscheinen!
   
4. Wenn eine Verbindung falsch ist (z. B. eine Verbindung zwischen linkem und rechtem Knie), können Sie die Delete bone Funktion aus der linken Leiste verwenden. Wenn Sie eine Verbindung löschen, schlägt QTM automatisch eine alternative vor. Es kann vorkommen, dass Sie diesen Schritt mehrmals wiederholen müssen, bis die gewünschte Verbindung angezeigt wird.
5. Klicken Sie auf Next.
6. Geben Sie dem Modell einen beliebigen Namen und klicken Sie auf OK.
7. QTM zeigt anschließend, ob das Modell erfolgreich erstellt werden konnte. Schließen Sie das Fenster mit Finish.
   
   

Das neue AIM-Model taucht automatisch in den Projekteinstellungen (strg+W -> Processing -> AIM) auf.

Erstellen eines AIM-Models basierend auf einem bestehenden AIM-Model

Manchmal ist es hilfreich ein bestehendes AIM-Model als Grundlage eines neuen Modells zu nutzen. Ein gutes Beispiel ist, wenn Sie dasselbe Marker-Set für statische und dynamische Aufnahmen nutzen möchten. Beachten Sie, dass die zugrundeliegende Aufnahme Bewegung enthalten sollte, um für das dynamische AIM-Model zu funktionieren.
Ein weiteres Beispiel ist, wenn Sie für jeden Probanden ein eigenes AIM-Model erstellen, um Daten mit dem skeleton solver zu streamen. Dafür können Sie mehrere Probanden in einer Aufnahme tracken und hieraus mehrere AIM-Modelle erstellen.

AIM-Model für den skeleton solver

1. Wenden Sie das allgemeine AIM-Model für das Sports- oder Animation-Marker-Set an, je nachdem welches Sie verwenden. Sie finden diese im Installationsordner von Qualisys. Wiederholen Sie dies für jeden Probanden.
   
2. Geben Sie allen Trajektorien derselben Person denselben Präfix. Wählen Sie dafür alle zugehörigen Label in der rechten Leiste aus und dann Rechtsklick -> Add prefix..
   
   
3. Als nächstes wählen Sie wieder alle Trajektorien derselben Person und dann Rechtsklick -> Generate AIM model from selection.

Erstellen eines identischen AIM-Models

Um ein AIM-Model zu erstellen, dass identisch zu einem bereits bestehenden ist, ohne die damit bereits verbundenen Trainingsdaten zu berücksichtigen, gehen Sie folgendermaßen vor:

1. Öffnen Sie eine Aufnahme mit exakt denselben Labels für die Trajektorien.
2. Klicken Sie auf Generate AIM model und wählen Create new model based on marker connections from existing AIM model.
   
3. Klicken Sie auf Next und wählen Sie das bereits bestehende AIM-Model aus.
4. Prüfen Sie, ob die funktionalen Verbindungen zwischen den Markern logisch sind, und klicken Sie Next, um dem Modell einen Namen zu geben und den Vorgang abzuschließen.
   

Das neue AIM-Model ist funktional identisch zu dem vorherigen, enthält jedoch lediglich die Trainingsdaten der einen Aufnahme, die zum Erstellen genutzt wurde.

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Hinzufügen eines Meshes zu einem Rigid Body in der Vorschau

Ein Rigid Body mit einem Mesh zu verbinden kann sehr hilfreich sein, um die Bewegung und Ausrichtung des Rigid Body im Raum visuell nachzuvollziehen.

Diese Funktion kann direkt aus der 3D-Ansicht aktiviert werden, sofern Sie sich im Live-Modus befinden (strg+N).

1. Das Rigid Body muss bereits in QTM angelegt sein. Rechtsklicken Sie irgendwo in der 3D-Ansicht und wählen Rigid Body à Change Mesh of Rigid Body und wählen das passende Rigid Body aus.
   
2. Wählen Sie im neuen Fenster die OBJ-Datei aus, die Sie verwenden möchten. Klicken Sie anschließend auf Apply und betrachten die Änderungen in der 3D-Ansicht.
   
3. Passen Sie die Größe, Position und Rotation Ihres Meshes an und betrachten Sie die Veränderungen. Sie können außerdem die Transparenz Ihres Meshes zwischen 0 und 1 einstellen.
   
4. Wenn Sie mit den Einstellungen zufrieden sind, klicken Sie auf OK, um das Fenster zu schließen und die Änderungen abzuspeichern.

Da QTM im Live-Modus ist, werden die Änderungen automatisch als Teil des Projekts gespeichert. Änderungen können in den Project Options unter Processing à 6DOF Tracking vorgenommen werden.,

Hinzufügen eines Meshes zu einem Rigid Body in einer aufgenommenen Datei

Wenn Sie ein Mesh zu einem Rigid Body in einer gespeicherten Aufnahme hinzufügen möchten, empfiehlt es sich, dies über die Project Options (strg+W) zu tun. Wenn Sie es, wie im Abschnitt zuvor beschrieben, über die 3D-Ansicht hinzufügen, wird das Mesh nur für diese eine Aufnahme übertragen und nicht im Projekt abgespeichert. Über die Projektoptionen kann es direkt auf mehrere Dateien angewendet werden:

1. Wählen Sie Processing → 6DOF Tracking in den Project Options.
   
2. Wählen Sie das Rigid Body, welches Sie bearbeiten möchten, aus der Liste aus und doppelklicken Sie in die Spalte Mesh.
   
3. Wählen Sie die OBJ-Datei, die Sie diesem Rigid Body zuweisen möchten, aus dem Dropdown-Menü aus.
4. Klicken Sie OK, um die Einstellungen zu speichern.

Um die Änderungen auf eine Messung anzuwenden, müssen Sie diese reprocessen:

1. Klicken Sie auf das reprocessing Icon in der oberen Leiste.
2. Aktivieren Sie Calculate 6DOF und wählen project im Dropdown-Menü aus.
   
3. Klicken Sie auf OK, und die Änderungen werden direkt übernommen.

Im nächsten Schritt können Sie die Position und Rotation des Meshes anpassen, indem Sie in den Project Options zu 6DOF Tracking navigieren.

Auch hier müssen Sie die Datei reprocessen, damit die Änderungen wirksam werden.

Meshes in der 2D-Ansicht betrachten

Es ist möglich, Meshes als Overlay in der 2D-Ansicht einzublenden:

1. Klicken Sie auf 2D in der linken Leiste des Viewers, um die Ansicht auf 2D zu wechseln.
2. Rechtsklicken Sie auf das Bild einer Videokamera und wählen Show 3D data overlay.
   

Überprüfen Sie die Liste der 3D-Elemente; falls das Mesh nicht angezeigt wird:

1. Öffnen Sie die Project Options und wählen GUI à 2D View Settings.
2. Aktivieren Sie Show static mesh objects in der Liste 3D overlay elements und klicken auf OK, um zum Viewer zurückzukehren.
   

Troubleshooting

Es gibt einige häufig auftretende Probleme, die Ihnen bei der Nutzung von Meshes mit QTM begegnen könnten.

• Wenn ein Mesh einfach nur grau dargestellt wird oder nicht die gewünschte Textur zeigt, kann es sein, dass die Dateipfade nicht korrekt angelegt sind. Dies können Sie korrigieren, indem Sie die Pfade direkt ändern oder die Bezüge in den MTL- oder OBJ-Dateien editieren.
  
• Wenn Ihr Mesh überhaupt nicht in QTM erscheint, ist es eventuell zu klein, um es sehen zu können. Verändern Sie den Wert Scale Ihres Meshes, um dieses Problem zu lösen.
  
• Eine weitere Möglichkeit, warum Ihr Mesh nicht angezeigt wird, ist, dass die Option zur Anzeige in den Einstellungen deaktiviert ist. Überprüfen Sie die 3D View Settings und stellen sicher, dass Show static mesh objects angewählt ist.
  
• Taucht Ihr mit einem Rigid Body verbundenes Mesh nicht in einer bereits aufgenommenen Datei auf, müssen Sie sicherstellen, dass das Rigid Body in der Datei dasselbe, wie das in den Project Options.
  
• Manche OBJ-Dateien sind schlecht gearbeitet und funktionieren überhaupt nicht in QTM. Wenn eine Datei mehr als vier Flächen (faces) in einer Reihe enthält, wird keine dieser Flächen in QTM dargestellt. Wenn Sie ein inkompatibles Mesh vorfinden, versuchen Sie ein anderes Mesh zu finden, das funktioniert.

Der Beitrag Verbinden von Rigid Bodies mit Meshes in QTM (Kapitel 4b) erschien zuerst auf Velamed Medizintechnik.

In QTM ist es möglich, sogenannte Mesh Objects für die Visiualisierung in die Scene einzufügen. Dies geht sowohl in der 2D- als auch in der 3D-Ansicht. Es kann sehr nützlich sein, statische Objekte zu visualisieren, visuelles Feedback für Rigid Bodys zu erhalten oder interessante graphische Elemente einzufügen.

Es gibt zwei Möglichkeiten Meshes in QTM einzufügen: als statische Meshes oder verbunden mit Rigid Bodys.

Kompatibilität

Wenn Sie ein Mesh object in QTM nutzen möchten, gibt es einige Vorgaben zu beachten:

• Als Typ können OBJ-Dateien (Wavefront 3D object) genutzt werden.
• Manche OBJ Meshes benötigen zusätzlich Materialien und Texturen, die in einer MTL-Datei gespeichert sind.
• Da QTM keine Animationssoftware ist, sollten die Meshes nicht allzu komplex aufgebaut sein. Materialien werden nur auf einer Seite von Flächen (face) unterstützt. Außerdem können nur vier Flächen in einer Reihe in der OBJ Datei vorkommen. Sehr große Meshes verlangsamen das Rendering in QTM.
• Viele Anwender laden Meshes aus Online-Bibliotheken herunter. Nicht alle Arten werden in QTM nutzbar sein.
• Für die Nutzung vieler OBJ-Dateien ist eine Lizenz nötig, überprüfen Sie die Einschränkungen vor dem Download!

Ordnerstruktur

Meshes werden nicht in den QTM-Dateien gespeichert, sondern liegen auf dem Computer und werden mit dem jeweiligen Projekt verbunden. Es empfiehlt sich die OBJ-Dateien im Meshes-Ordner Ihres Projekts abzulegen. Dieser Ordner wird standardmäßig bei der Erstellung eines neuen Projekts mit angelegt.

Sie können beliebige andere Ablageordner Ihrer Meshes über die Project Options (strg+W) mit Ihrem Projekt verbinden:

1. In der Liste auf der linken Seite wählen Sie Miscallaneous → Folder Options.
2. Klicken Sie auf Browse neben der Zeile Meshes folder und wählen den Ort, an dem Ihre OBJ-Dateien abgelegt sind.

3. Klicken Sie auf OK, um die Änderungen zu übernehmen und das Fenster zu schließen.

Ihre OBJ-Dateien müssen direkt in dem angewählten Ordner liegen und dürfen nicht in Unterordnern abgelegt sein!

Zugehörige MTL-Dateien und Materialien die mit dem jeweiligen Mesh verbunden sind dürfen in Unterordnern liegen, solange sie richtig benannt sind.

Hinzufügen eines statischen Meshes

Statische Meshes sind unabhängig von anderen Objekten und werden ausgerichtet am globalen Koordinatensystem in der 3D-Ansicht positioniert. Sie gehören nicht zu einzelnen Aufnahmen oder Messungen, sondern sind ein Teil des ganzen Projekts. Standardmäßig werden sie dauerhaft in der 3D-Ansicht angezeigt, sobald sie dem Projekt hinzugefügt wurden.

Um ein statisches Mesh hinzuzufügen, stellen Sie sicher, dass der Ordner, in dem das Mesh abgelegt ist, mit dem Projekt verbunden ist:

1. Wählen Sie GUI → Static Mesh Objects in der linken Leiste der Project Options.
2. Klicken Sie unten auf Add.
3. Wählen Sie im neuen Fenster die passende OBJ-Datei aus und bestätigen mit OK, um das Mesh Ihrem Projekt hinzuzufügen.
4. Das Mesh erscheint in der Vorschau, sobald Sie unten rechts auf Apply
5. Sie können die Größe, Position und Transparenz Ihres Meshes anpassen, indem Sie auf den Namen des Mesh in der Liste klicken und Edit wählen.
6. Sobald Sie mit Ihren Einstellungen zufrieden sind, bestätigen Sie mit OK.
   

Um ein eingefügtes Mesh wieder aus der Ansicht zu entfernen, öffnen Sie das Static Mesh Objects Fenster erneut (Project Options) und klicken Remove.

Wenn Sie die Meshes aus der Ansicht entfernen möchten, jedoch nicht aus dem Projekt, rechtsklicken Sie irgendwo in der 3D-Ansicht und wählen 3D View Settings.

Im Settings-Fenster entfernen Sie den Haken neben Show static mesh objects. Sie können diese Option jederzeit wieder aktivieren, um die Meshes anzeigen zu lassen.

Der Beitrag Nutzung von Mesh Objects für die Visiualisierung in QTM erschien zuerst auf Velamed Medizintechnik.

Abspeichern, laden und bearbeiten von Rigid Bodys

Es ist sehr einfach mit QTM Rigid Bodys abzuspeichern und sie später zu laden oder extern zu bearbeiten.

1. Öffnen Sie in den Project Options den Reiter 6DOF Tracking. Wählen Sie das Rigid Body, welches Sie speichern möchten, und klicken auf Save Bodies.
   
2. Speichern Sie das Rigid Body an beliebiger Stelle auf Ihrem Computer als .xml-Datei.

Alle gespeicherten Rigid Bodys können Sie an einem späteren Zeitpunkt in Ihr Projekt laden, indem Sie auf Load Bodies klicken.

Möchten Sie Ihr Rigid Body in einem externen Editor, wie zum Beispiel Notepad oder Notepad++ bearbeiten, navigieren Sie zu dem Ordner, in dem Ihr Rigid Body gespeichert ist, rechtsklicken auf das Rigid Body und wählen Öffnen mit. Wählen Sie an dieser Stelle Notepad oder Notepad++ aus.

Alle vorgenommenen Änderungen wie Anpassungen von Name oder Farbe werden in QTM sichtbar, sobald Sie Ihr Rigid Body über den Load Bodies-Button in Ihr Projekt laden.

Grundlagen zu Berechnungen mit Rigid Bodys

Die Lage eines Rigid Body im Raum ist definiert durch die Position seines Ursprungs (X,Y,Z) und seiner Orientierung (dargestellt als Euler-Winkel oder als Rotationsmatrix) relativ zu seinem Referenzkoordinatensystem. Standardmäßig dient das globale Labor-Koordinatensystem als Referenz.

Nutzen Sie Qualisys zum Tracken Ihrer Rigid Bodys, erhalten Sie diverse Möglichkeiten, die Trackingdaten zu nutzen und zu individualisieren.

Euler-Winkel

Eine Möglichkeit, die Orientierung eines Rigid Body in Bezug zu einem fixen Koordinatensystem zu beschreiben, liegt in der Nutzung von Eulerwinkeln. Dies sind Sequenzen von drei Koordinatenrotationen. Unterschiedliche Reihenfolgen der drei Rotationen resultieren in unterschiedlichen Ergebnissen für einzelne Winkel.

Um die Winkeldefinitionen in QTM anzusehen oder zu verändern, müssen Sie die Euler-Winkel Einstellungen öffnen:

1. Öffnen Sie die Project Options (strg+W)
2. Klicken Sie auf das ‚+‘ neben dem Punkt 6DOF Tracking auf der linken Seite. Wählen Sie den Reiter Euler Angles.
3. In den Einstellungen können Sie zwischen Qualisys standard und einer freien Euler-Winkel Definition wählen.

Qualisys Standard

Das Standardformat nutzt die folgenden Rotationsachsen in der angegebenen Reihenfolge:

1. Roll: Rotation im Uhrzeigersinn um die X-Achse in einer Range von -180 bis 180 Grad.
2. Pitch: Rotation im Uhrzeigersinn um die Y-Achse (neue Y-Achse nach 1.) in einer Range von -90 bis 90 Grad.
3. Yaw: Rotation im Uhrzeigersinn um die Z-Achse (neue Z-Achse) in einer Range von -180 bis 180 Grad.

Freie Euler-Winkel

Wenn Sie den Punkt Custom anwählen, können Sie die drei Rotationsachsen in der Box Rotation order and angle conventions selbst wählen.

Es gibt zwölf valide Euler-Sequenzen, die genutzt werden können. Es gibt sechs Kombinationen, bei denen die erste und die letzte Rotationsachse dieselbe ist (z.B. ZYZ), und sechs Kombinationen, bei denen alle drei Achsen (XYZ) genutzt werden (auch Cardan-Winkel oder Tait-Bryan-Winkel genannt).

Wählen Sie die Definition so, wie die sinnhaftesten und nutzbarsten Informationen für Ihre individuelle Anwendung entstehen. Versuchen Sie, keine Sequenz zu wählen, die den zweiten Winkel auf einen extremen Wert bringt (+/- 90 Grad), da es sonst zu einem Gimbal-Lock für die anderen zwei Winkel kommen könnte.

Rotationsmatrizen

Als weitere Darstellungsmöglichkeit der Orientierung von Rigid Bodys bietet QTM die Option Rotationsmatrix an. Dabei wird die Rotation des lokalen Koordinatensystems in Bezug zum globalen Koordinatensystem angegeben. Rotationsmatrizen eignen sich besser für computerbasierte Berechnungen als Euler-Winkel, da es nicht zu Singularitäten kommen kann.

Die exportierten Daten sind Arrays mit 9 Elementen pro Frame:

Sie können die Rotationsmatrix nutzen, um Punkte vom lokalen in das globale Koordinatensystem zu übertragen oder umgekehrt (transponierte Rotationsmatrix).

Um die Rotationsmatrix aus QTM zu exportieren, klicken Sie oben links auf File und wählen Export. Sie können die Daten als .MAT-Datei exportieren (alle 6DoF Daten) oder im Textformat als .TSV (separate Datei für die 6DoF Daten).

Das Referenz-Koordinatensystem

Standardmäßig dient das globale Koordinatensystem als Referenz für das lokale Koordinatensystem. Dieses wird durch die Kalibration Ihres Kamerasystems definiert. Es ist jedoch möglich, das Referenzsystem zu ändern, damit Ihre Daten leichter zu verstehen sind. Gelingt es Ihnen, Ihr Referenzsystem so zu wählen, dass es mit Ihrem lokalen Koordinatensystem zu einem bekannten Zeitpunkt übereinstimmt, können Sie die absolute Bewegung Ihres Rigid Body tracken.

Es gibt zwei Möglichkeiten das Referenzsystem in QTM zu ändern:

Ein anderes Rigid Body als Referenz

Dieser Ansatz lohnt sich, wenn Sie die Lage Ihres Rigid Body in Bezug zu einem statischen Rigid Body benötigen.

1. Öffnen Sie die Project Options (strg+W) und wählen 6DOF Tracking auf der linken Seite.
2. Wählen Sie Ihr Rigid Body und klicken Coordinate System auf der rechten Seite.
   
3. Es öffnet sich ein Fenster. Dort klicken Sie Use the coordinate System of this rigid body und wählen das Referenzobjekt aus.
   
4. Schließen Sie beide Fenster durch Klick auf OK.

Die vorgenommenen Änderungen betreffen Ihr Projekt und werden zukünftige Aufnahmen beeinflussen. Möchten Sie die Änderungen auf bereits bestehende Aufnahmen übertragen, müssen Sie diese reprozessen:

1. Klicken Sie auf das entsprechende Icon in der oberen Leiste (strg+shift+R).
2. Stellen Sie sicher, dass die Checkbox bei Calculate 6DOF angewählt ist und wählen im Dropdown Menü rechts daneben project anstelle von measurement
   
   
3. Bestätigen Sie die Änderung mit OK.

Setzen eines alternativen fixen Koordinatensystems

Diese Option ermöglicht es Ihnen, manuell ein Koordinatensystem einzutragen oder die aktuelle Ausrichtung und Position Ihres Rigid Body zu verändern.

1. Während Sie im Live Modus sind (strg+N), öffnen Sie die Project Options und wählen 6DOF Tracking.
2. Wie zuvor, wählen Sie Ihr Rigid Body und klicken Coordinate System.
3. Wählen Sie Use this coordinate system (relative the global coordinate system). Nun können Sie neue Koordinaten und Rotationen eingeben.
4. Durch Klick auf Get position/ Get orientation setzen Sie den Wert auf die aktuelle Position/Orientierung Ihres Rigid Body.
   
5. Bestätigen Sie mit OK.

Echtzeit Streaming von Rigid Bodys

QTM ermöglicht es Ihnen, Ihre Rigid Body Daten in Echtzeit in andere Programme oder Anwendungen zu streamen. Gestreamt werden die Position, Euler-Winkel, Rotationsmatrizen und Residuen.

Es werden Echtzeit-Plugins für MATLAB und LabVIEW angeboten. Es ist außerdem möglich, über Open Sound Control (OSC) oder das Unity SDK zu streamen.

Der Beitrag Berechnungen mit Rigid Bodies erschien zuerst auf Velamed Medizintechnik.

Ihr Qualisys System ermöglicht es Ihnen Rigid Bodys mit sechs Freiheitsgraden zu tracken (6DoF). Als Daten erhalten Sie die Position im Raum, die Translation/Rotation sowie die aktuelle Ausrichtung des Körpers.

Im Folgenden erfahren Sie, wie Sie Marker auf einem Körper platzieren und ihn als 6DoF Modell in QTM anlegen.

Überblick

Der Vorteil beim Tracking von sechs Freiheitsgraden im Vergleich zu drei Freiheitsgraden liegt darin, dass neben der Position die Ausrichtung eines Körpers bestimmt werden kann.

Beim Rigid Body Tracking mit Qualisys ist es außerdem möglich virtuelle Punkte zu tracken, die nicht als physischer Marker auf dem Körper vorhanden sein müssen (z. B. Mittelpunkt zwischen zwei Markern).

Platzierung von Markern auf einem Rigid Body

Die folgenden Punkte sollten stets beachtet werden, wenn Sie Marker auf einem Rigid Body platzieren:

• Mindestens drei Marker werden benötigt, um einen Körper als 6DoF Modell zu tracken. Es ist jedoch empfohlen vier oder mehr Marker zu verwenden, damit keine Lücken in den Daten entstehen, wenn ein Marker verdeckt wird. Solange drei Marker Ihres Modells sichtbar sind, kann es getrackt werden.
• Die verwendeten Marker sollten möglichst nicht in einer Reihe liegen, sondern über die Oberfläche des Körpers verteilt werden.
• Die Marker sollten asymmetrisch platziert werden, sodass die Ausrichtung des Objektes stets klar ist.
• Sie können viele Rigid Bodys auf einmal tracken, solange jeder Körper eine einzigartige Anordnung von Markern hat.
• Körperteile von Lebewesen können nicht als simple Rigid Bodys betrachtet werden, da Weichteilartefakte und komplexe Bewegungen auftreten können.

Erstellen eines 6DoF Modells in QTM

1. Starten Sie Ihr Qualisys System (strg+N). Die Kameras sollten bereits kalibriert und Ihr Rigid Body mit Markern bestückt sein.
2. Überprüfen Sie in der 3D-Ansicht, ob alle Marker zu sehen sind (rot).
   
3. Starten Sie eine Aufnahme (strg+M).
4. Setzen Sie die Messdauer (Caputre Period) auf eine Sekunde und klicken Sie auf Start, damit QTM die Position der Marker aufzeichnet.
5. Die Messung stoppt von alleine und öffnet sich automatisch in der Ansicht.

Als nächstes können Sie den Rigid Body definieren:

1. Wählen Sie alle Marker aus, die zu Ihrem Rigid Body gehören. Nutzen Sie dafür strg+Linksklick oder ziehen mit shift+Linksklick eine Box um die Marker in der 3D-Ansicht.
2. Rechtsklicken Sie einen der Marker und wählen „Define rigid body“ (6DOF).
   
3. Tragen Sie einen Namen für den Rigid Body ein und klicken OK.
4. QTM bearbeitet die Daten und speichert die Definition des neuen Rigid Bodys ab. Klicken Sie OK.

Sie werden feststellen, dass die Marker auf dem Bildschirm nun Verbindungen aufweisen und ein eigenes Koordinatensystem besitzen. Der Rigid Body ist nun automatisch in Ihrem QTM Projekt hinterlegt. Wenn Sie zurück in den Live-Modus schalten (strg+N) sehen Sie, dass der Rigid Body auch in Echtzeit erkannt wird.

Sollte die Darstellung der Marker sich nicht verändert haben und kein eigenes Koordinatensystem sichtbar sein, müssen Sie die Einstellungen in QTM anpassen:

1. Öffnen Sie die Optionen über das Zahnrad in der oberen Leiste oder durch strg+W.
2. Klicken Sie auf Processing in der linken Leiste.
3. In der Zeile Real time actions, muss die Checkbox neben Calculate 6DOF angewählt sein.
   

Anpassung der Berechnung von Rigid Bodys in QTM

In den Optionen (strg+W) finden sich diverse Einstellmöglichkeiten zu Rigid Bodys: Processing → 6DOF Tracking.

Über Edit Color können Sie die Farbe, in der Ihr Körper in der 3D-Ansicht angezeigt wird, anpassen.
Wenn Sie alle Einstellungen nach Ihren Wünschen angepasst haben, bestätigen Sie mit OK. Weitere Informationen zu den Einstellmöglichkeiten folgen in den nächsten Kapiteln.

Betrachtung der 6DoF Daten

Wenn sich Ihr System im Live-Modus befindet (strg+N), können Sie die 6DoF Daten Ihres Rigid Bodys streamen:

1. Klicken Sie auf View in der oberen Leiste und öffnen ein Datenfenster (Data info 1) oder drücken strg+D auf der Tastatur.
2. Rechtsklicken Sie auf eine leere Stelle innerhalb des Datenfensters und wählen Display 6DoF data.
   
3. Es werden nun im Datenfenster die Koordinaten und Rotationen Ihres Körpers angezeigt:
   
4. Die Spalte Residual zeigt die durchschnittliche Abweichung der getrackten Marker Ihres Körpers im Vergleich zu der im Modell definierten Position (in mm). Es gibt keine guten oder schlechten Werte; akzeptable Werte hängen von Ihrer Anwendung ab und wie hoch die Genauigkeit ist, die Sie benötigen.

Der Beitrag Tracking von Rigid Bodies (Kapitel 1) erschien zuerst auf Velamed Medizintechnik.

Was ist ein Rigid Body?

Bei einem Rigid Body handelt es sich aus mechanischer Sicht um einen starren Körper. Das bedeutet, zwei beliebige Punkte des Körpers besitzen unabhängig von äußeren Kräften immer den gleichen Abstand zueinander.
In der Realität gibt es keine starren Körper → jeder Körper verformt sich unter Einwirkung von äußeren Kräften. Diese Verformung ist für viele Körper jedoch minimal und kann für Modellannahmen und Simulationen vernachlässigt werden.
Ein Rigid Body kann somit alles sein: eine Tasse, eine Bowlingkugel, ein Dachziegel oder ein Stuhl. Zusammengesetzte Körper können aus mehreren Rigid Bodys bestehen, die separat oder in Verbindung betrachtet werden können.
Die Hauptanwendungsgebiete von Rigid Bodies finden sich im Bereich der technischen Mechanik, Robotik und Mehrkörpersimulation.

Was ist 6DoF-Tracking?

6DoF = 6 Degrees of Freedom und bedeutet Sechs Freiheitsgrade. Es handelt sich um die Bewegungsmöglichkeiten eines Rigid Bodies im dreidimensionalen Raum.

Ein 6DoF-Körper kann sich entlang der drei Achsen (X, Y und Z) translatorisch im Raum bewegen. Zusätzlich kann er um jede der drei Achsen rotieren. Die Bewegung kann jeweils in beide Richtungen ablaufen und es können Mischbewegungen auftreten. Ohne weitere Limitationen kann ein Rigid Body somit jeden Punkt und jede Lage im dreidimensionalen Raum erreichen.

Warum sollte ich Rigid Bodies tracken wollen?

Sie interessieren sich für die Bewegung des Menschen und wie diese Bewegung von äußeren Einflüssen abhängt? Sie analysieren die Ergonomie von Sitzpositionen und Zwangshaltungen im Arbeitsalltag und wollen verstehen, wie diese von genutzten Werkzeugen verändert wird? Sie interessieren sich für die Kinematik eines Tennisschlägers in verschiedenen Spielsituationen? Sie haben eine VR-Anwendung für die Sie neben der Bewegung des Nutzers, die Bewegung eines Gegenstandes benötigen?

Für all diese Fragestellungen kann Ihnen das Rigid Body Tracking mit Qualisys helfen.

Freuen Sie sich auf drei Kapitel zum allgemeinen Tracking von Rigid Bodies, zur Definition lokaler Koordinatensysteme und zum Setup von Berechnungen mit Rigid Bodys in QTM.

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