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Kinovea e bikefitting

Bikelife, Biomeccanica, Salute • di

Abbiamo visto come sfruttare le potenzialità del software Kinovea per misurare angoli e distanze durante un bikefitting approfondito. Per chi non lo conoscesse, Kinovea è un programma open source, disponibile e scaricabile gratuitamente, ideato e sviluppato per compiere analisi video sopratutto in ambito sportivo. Attualmente è presente “solo” nella versione per Windows, ma sul forum di riferimento, lo sviluppatore ha spiegato di essere al lavoro anche per la versione Mac. Forse in un futuro ci sarà anche questa possibilità.

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La peculiarità di Kinovea è quella di permettere analisi video su filmati acquisiti con qualunque mezzo, dallo smartphone alla videocamera professionale. L’analisi prodotta avrà un’affidabilità e una qualità variabili; più il video sarà di buona qualità e registrato rispettando certi criteri, più il risultato sarà migliore e soddisfacente. Iniziamo a vedere quali siano i trucchi per creare un set “cinematografico” che garantisca un utilizzo di Kinovea appropriato ed affidabile.

Indice
Perché effettuare le misure mediante video?
Con che dispositivo registrare il video?
Come posizionare la “videocamera”?
Quali marker usare e come devono essere le luci?

Perché effettuare le misure mediante video?


Da sempre si era abituati ad eseguire misure di distanze ed angoli, usando goniometri analogici e metri a nastro di diverso tipo. Negli ultimi anni sono apparsi numerosi studi in letteratura scientifica che hanno dimostrato, in modo chiaro e incontrovertibile, come la misura, per esempio, dell’angolo del ginocchio in situazione statica e dinamica, differiscano in modo sostanziale. Poichè in bicicletta si pedala, per un bikefitting ottimale, la situazione più aderente alla realtà è certamente quella di misurare il ciclista durante il gesto naturale. L’analisi 3D con apposite telecamere e marker (attivi o passivi) rappresenta ad oggi il gold standard con il limite dei costi, ingombri e semplicità d’uso. L’analisi 2D, con video di tipo tradizionale, può rappresentare un buon compromesso.

Con che dispositivo registrare il video?


Kinovea permette di analizzare la maggior parte dei formati video disponibili sul mercato. Che siano file provenienti da fotocamere compatte, smartphone, tablet e videocamere professionali, il risultato non cambia e il programma riuscirà ad aprire il file che deciderete di studiare. Ci sono comunque dei dispositivi più indicati per il tipo di video che permettono di registrare.

Ipotizziamo, per semplicità, di studiare un ciclista che pedali sui rulli a circa 60 pedalate al minuto (una cadenza di pedalata abbastanza medio-lenta). Impiegherà 1 secondo per compiere un ciclo completo e la velocità di rotazione delle pedivelle sarà quindi di 360 gradi/sec. Ipotizziamo inoltre di filmare il tutto con una fotocamera (o smartphone) che registri un video a 30 fps (frame per secondo), cioè un’immagine ogni 0.033 sec, che è anche il tipico video realizzato dai più comuni dispositivi. Significa che il video ci mostrerà i 360° della pedalata con 30 immagini, vale a dire un’immagine ogni 12° di rotazione: di certo non un gran risultato.

Ciclista in allenamento

Illustrazione SEQ Illustration \* ARABIC 1: Con una fotocamera a 30 fps, si rischia di avere il piede ed il ginocchio non perfettamente definiti

Fortunatamente negli ultimi anni sono stati sviluppati smartphone e fotocamere con la possibilità di effettuare video ad alta velocità, per realizzare filmati in slow motion. Questi dispositivi spingono la velocità di registrazione a 60, 120 o 240 fps (o anche oltre) permettendo uno studio molto più preciso e dettagliato del gesto. Gli iPhone dalla serie 6, i Samsung di ultima generazione (e molti altri si stanno aggiungendo) hanno l’opzione per registrare video con fps elevati.
Con il ciclista precedente e con un video a 120 fps, avremmo i 360° della pedalata mostrati con 120 immagini, vale a dire un’immagine ogni 3°. Un risultato decisamente eccellente.

Bolla di sapone

Illustrazione SEQ Illustration \* ARABIC 2: Registrando con almeno 60 fps, si riescono a cogliere particolari non visibili ad occhio nudo

Ma nel caso in cui non si potessero fare video di questo tipo? La soluzione è più semplice di quanto ci si possa immaginare: si deve chiedere al ciclista di pedalare più lentamente, cercando però di mantenere la dinamica di pedalata più naturale possibile.


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Come posizionare la “videocamera”?


Kinovea consente di realizzare analisi in 2D del movimento. Dobbiamo quindi immaginare che la persona che stiamo osservando venga studiata come se idealmente avesse due sole dimensioni: l’altezza e la larghezza (X e Y) perché viene a mancare la profondità dell’asse Z. Tale limite (insito nella tecnica di analisi video) rende necessario un ottimo posizionamento delle fotocamere per evitare che le misure e gli angoli non siano corrispondenti alla realtà. Dovremo quindi munirci di cavalletto per sistemare in modo appropriato il nostro sistema di ripresa ed essere certi che rimanga stabile per tutta la durata del test.

Il ciclista dovrà essere collocato al centro dell’inquadratura, cercando di mantenere i punti da analizzare il più possibile lontani dai bordi. In fotografia infatti esiste un problema che risiede nella deformazione radiale indotta dalle lenti e che si manifesta in tutti i video o foto scattate. Tale problema è più accentuato nei dispositivi di basso livello o dove sono montate speciali lenti che aumentano le dimensioni dell’inquadratura (lenti fish-eye). Attenzione anche ad usare apparecchiature quali action-cam (GoPro e similari) che sfruttano queste tecnologie per aumentare la scena inquadrata.

Bicicletta

Illustrazione SEQ Illustration \* ARABIC 3: Esempio della deformazione introdotta da una lente di tipo “Fisheye”. Si nota che le linee rette, diventano nettamente curve

Le linee guida, direttamente dal sito di Kinovea, riportano che:
1) Le linee misurate DEVONO essere sullo stesso piano della fotocamera.
2) Il piano della fotocamera DEVE essere parallelo a quello del movimento studiato.
3) Gli angolo e le linee di riferimento DOVREBBERO essere posizionate al centro della scena.
4) Le linee misurate DOVREBBERO stare vicine alle linee di riferimento.

Quali marker usare e come devono essere le luci?


Anche nei programmi professionali di analisi cinematica, la tracciatura delle traiettorie, il calcolo delle distanze, la misura degli angoli, richiedono l’utilizzo di marker specifici posizionati in punti di repere anatomici particolari e Kinovea non può essere da meno. Nei sistemi professionali, le telecamere sfruttano la luce infrarossa per evitare il più possibile la presenza di riflessi ed aumentare la precisione della misura. Filmare e misurare in modo preciso e ripetibile un movimento, senza avere punti di riferimento è operazione pressoché impossibile.

I marker devono quindi permettere al software, che lavora in modo semiautomatico, di distinguere in modo preciso ed univoco, un punto dal resto dello “sfondo”. La scelta del marker potrebbe essere ampia: c’è chi opta per un bollino circolare colorato, chi per dei marker segnati sulla cute con pennarello apposito. Per la nostra esperienza la soluzione migliore è un marker circolare, tipo bersaglio, a cerchi concentrici bianchi e neri, con un pallino nero o bianco al centro. In questo modo il programma riesce, in modo abbastanza sicuro, a distinguere e tracciare traiettorie ed angoli anche in modo automatico, senza esitazioni.

Bersaglio

Illustrazione SEQ Illustration \* ARABIC 4: Esempio di un target ben gestito da Kinovea, da applicare sui punti di repere anatomici

Un ulteriore accorgimento da usare è quello che riguarda le luci ed il modo in cui la scena deve essere illuminata. E’ importante per Kinovea che la luce sia uniforme e che non ci siano ombre ad alterare l’analisi video. La fonte di luce usata dovrebbe essere preferibilmente il sole perché nel caso di luce artificiale capita a volte di notare uno sfarfallio che può risultare fastidioso e che potrebbe rendere complicato il tracking automatico dei marker. Le luci artificiali che più risentono di questo problema sono quelle a neon, sopratutto di vecchia generazione; nel caso di luci incandescenti (ormai però in disuso) e luci a led di nuova generazione lo sfarfallio non dovrebbe essere praticamente visibile nei video.

E nel caso in cui il laboratorio o la stanza dedicata al bikefittig risulti particolarmente buia, senza possibilità di aumentare l’illuminazione? Abbiamo trovato la soluzione anche a questa evenienza. Con una spesa di pochissimi euro e un briciolo di manualità nello svolgere semplici operazioni di elettronica di base, si riescono a realizzare marker luminosi a led, facilmente riconoscibili e “trakkabili” da Kinovea. Ecco di seguito la “ricetta” per la costruzione.

Ingredienti:
• 1 Batteria tipo CR2032
• 1 porta batteria
• 1 resistenza da 22 ohm (codice colore Rosso – Rosso – Nero – Oro)
• 1 led (meglio se non troppo luminoso)
• 1 saldatore a stagno
• 1 pezzettino di stagno
• 1 supporto rigido su cui montare i componenti

Istruzioni:
• Collegare in serie un piedino del porta batteria, la resistenza ed il led, andando a chiudere il circuito sul secondo piedino del porta batteria.
• Inserire la batteria ed il gioco è fatto. Per accendere e spegnere il “marker luminoso” inserire un cartoncino rigido tra batteria e la flangetta metallica (come da immagine).

Penna usb

Illustrazione SEQ Illustration \* ARABIC 5: Marker luminoso per Kinovea, “Mac Gyver Stile”

Concludendo, come in tutte le cose, il consiglio principale è quello di provare, sperimentare, sbagliare e rifare fino ad ottenere un risultato soddisfacente. Scaricate ed installare il software di Kinovea da questo link e provate a registrare il vostro ciclista o voi stessi mentre pedalate. Provate la differenza nella qualità del video usando diversi dispositivi di acquisizione. Sperimentate l’effetto delle luci, della tipologia di marker, della velocità di pedalata sulla capacità di Kinovea di inseguire in modo automatico i marker posizionati sui punti di repere.







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