KI-gestützte Systeme zur dreidimensionalen Bewegungsanalyse kommen ohne aufwendige Markersysteme aus – und liefern Ergebnisse, die klassischen Motion-Capture-Verfahren zunehmend nahekommen. Eine aktuelle technische Anleitung zeigt, wie sich die Open-Source-Werkzeuge Pose2Sim, RTMPose und OpenSim zu einer vollständigen Analyse-Pipeline kombinieren lassen – mit potenziell breitem Einsatzspektrum in Industrie, Sport und Medizin.
Bewegungsanalyse ohne Körpermarker: Open-Source-Pipeline für industrielle und medizinische Anwendungen
Markerbasierte Systeme stoßen an praktische Grenzen
Konventionelle Kinematik-Analysen setzen auf reflektierende Marker, die am Körper befestigt werden und von Infrarotkameras erfasst werden. Diese Methode gilt als Goldstandard in der Biomechanik, ist jedoch kostspielig, aufwendig in der Vorbereitung und auf Laborbedingungen angewiesen. Für Einsatzszenarien außerhalb des Labors – etwa in der Arbeitsplatzergonomie, im Reha-Bereich oder bei Feldtests im Spitzensport – scheidet sie häufig aus praktischen oder wirtschaftlichen Gründen aus.
Markerlose Systeme setzen dagegen auf Computer-Vision-Methoden: Reguläre Videokameras aus verschiedenen Perspektiven genügen als Eingabe. Die Herausforderung liegt in der präzisen 3D-Rekonstruktion aus 2D-Bildsequenzen sowie der anschließenden biomechanischen Modellierung.
Drei Komponenten, eine Pipeline
Die beschriebene Methodik verbindet drei spezialisierte Tools zu einer durchgängigen Analyse-Kette:
RTMPose ist ein echtzeitfähiges Pose-Estimation-Modell, das auf Basis von Videodaten Körperschlüsselpunkte in 2D erkennt. Das Modell wurde auf großen Datensätzen trainiert und erreicht eine für praktische Anwendungen ausreichende Erkennungsgenauigkeit – auch bei wechselnden Lichtverhältnissen oder teilweisen Verdeckungen.
Pose2Sim übernimmt die Triangulation: Aus synchronisierten Kameraaufnahmen und den erkannten 2D-Schlüsselpunkten berechnet das System dreidimensionale Körperpositionen. Das Tool berücksichtigt dabei Kamerakalibrierung und filtert Ausreißer heraus, um stabile 3D-Trajektorien zu erzeugen.
OpenSim schließlich ist eine etablierte biomechanische Simulationsplattform, die in Forschung und Klinik bereits weit verbreitet ist. Die 3D-Marker-Daten aus Pose2Sim werden in OpenSim als virtuelle Marker eingespeist, woraus sich Gelenkwinkel, Kräfte und Muskelaktivierungsmuster ableiten lassen – ohne dass ein einziger physischer Marker am Körper angebracht wurde.
Kernaussage: Die Kombination aus RTMPose, Pose2Sim und OpenSim schließt erstmals die Lücke zwischen alltagstauglicher Videoaufnahme und professioneller biomechanischer Auswertung – vollständig auf Open-Source-Basis.
Praxisrelevanz in drei Sektoren
In der industriellen Ergonomie erlaubt das System eine kontinuierliche oder stichprobenartige Analyse von Arbeitsabläufen direkt am Produktionsstandort. Belastungsprofile für Gelenke und Wirbelsäule lassen sich auf dieser Basis objektiv dokumentieren – relevant für Gefährdungsbeurteilungen und die Planung von Arbeitsplatzkorrekturen.
Im Sportbereich können Trainingsanalysen unter realen Wettkampfbedingungen durchgeführt werden, ohne Sportler mit Messequipment zu versehen. Laufökonomie, Wurfmechanik oder Sprungbelastungen sind typische Analyseobjekte.
In der Rehabilitation und Medizin eröffnet der Ansatz die Möglichkeit, Bewegungsqualität von Patienten auch außerhalb klinischer Labors zu erfassen – etwa in der Langzeitbeobachtung nach Gelenkoperationen oder bei neurologischen Erkrankungen, die das Gangbild beeinflussen.
Limitierungen bleiben bestehen
Die Methode ist nicht ohne Einschränkungen:
- Die Genauigkeit hängt stark von Kameraqualität, Synchronisation und Lichtverhältnissen ab
- Bei stark verdeckten Körpersegmenten oder sehr schnellen Bewegungen nimmt die Präzision ab
- Die Kamerakalibrierung erfordert nach wie vor einen methodisch sorgfältigen Aufbau
- Die Ergebnisse erreichen noch nicht die Messgenauigkeit professioneller markerbasierter Systeme
Die Lücke zu klassischen Marker-Systemen schließt sich jedoch mit jeder neuen Modellgeneration spürbar.
Einordnung für deutsche Unternehmen
Für Unternehmen im deutschen Mittelstand, die Ergonomieanalysen bisher aus Kostengründen nur sporadisch durchgeführt haben, senkt dieser Ansatz die Einstiegshürde erheblich. Da alle drei Kernkomponenten als Open-Source-Software verfügbar sind, fallen keine Lizenzkosten an; der Aufwand liegt vor allem in Einrichtung, Kalibrierung und Datenauswertung.
Für Betriebe mit betrieblicher Gesundheitsförderung, Arbeitsschutzabteilungen oder F&E-Kapazitäten in der Produktentwicklung könnte die Pipeline mittelfristig eine wirtschaftlich darstellbare Alternative zu externen Bewegungsanalyse-Dienstleistern darstellen.
Quelle: MarkTechPost – A Coding Guide to Markerless 3D Human Kinematics with Pose2Sim, RTMPose and OpenSim