HAS-Motion Visual3D สำหรับการประมวลผลและวิเคราะห์ข้อมูล Motion Capture

จากการที่ระบบ Motion Capture (MoCap) ไม่ว่าจะเป็นแบบ Optical ที่ใช้มาร์กเกอร์, แบบ Markerless ที่คำนวณจากภาพวิดีโอ หรือแบบ IMU ที่ใช้เซ็นเซอร์ติดบนร่างกาย จะให้ผลลัพธ์เป็นข้อมูลดิบ เช่น พิกัดมาร์กเกอร์ในแกน X, Y, Z หรือข้อมูลการหมุนและมุมของเซ็นเซอร์ ซึ่งข้อมูลดิบเพียงอย่างเดียวไม่สามารถตอบคำถามเชิงลึกทางชีวกลศาสตร์ที่ผู้ใช้ต้องการได้ เช่น มุมข้อต่อ (joint angles), กำลังและโมเมนต์ (kinetics), ตำแหน่งจุดศูนย์ถ่วง (center of gravity) หรือความเสถียรของการเคลื่อนไหว จึงจำเป็นต้องมีซอฟต์แวร์วิเคราะห์ชีวกลศาสตร์ที่สามารถสร้างแบบจำลองร่างกาย (biomechanical model) และคำนวณตามหลักการที่เป็นมาตรฐานทางวิชาการ

ผู้ใช้บางท่านเลือกเขียนโค้ดขึ้นเองด้วย MATLAB หรือ Python เพื่อควบคุมขั้นตอนการวิเคราะห์ทั้งหมด โดยวิธีนี้ให้ความยืดหยุ่นสูง แต่ต้องใช้เวลาและทักษะการเขียนโปรแกรมเป็นอย่างมาก รวมถึงต้องมีการตรวจสอบความถูกต้องของกระบวนการทั้งหมด บางท่านใช้ซอฟต์แวร์เฉพาะทางแต่ก็จะมีข้อจำกัดเรื่อง marker set หรือถูกจำกัดด้วยวิธีการวิเคราะห์ที่ผู้ผลิตกำหนดมาแล้ว

Visual3D จึงถูกพัฒนาขึ้นเพื่อให้เป็นแพลตฟอร์มวิเคราะห์ที่ครอบคลุม รองรับข้อมูลจากฮาร์ดแวร์หลากหลาย และมีเครื่องมือที่จำเป็นครบถ้วน ผู้ใช้สามารถสร้างแบบจำลองและทำการวิเคราะห์ได้โดยไม่ต้องเขียนโค้ดเอง

แนวคิดจากห้องแล็บสู่การเป็นซอฟต์แวร์มาตรฐาน

จุดเริ่มต้นของ Visual3D มาจากงานวิจัยด้านชีวกลศาสตร์ในช่วงปลายทศวรรษ 1990 เมื่อ Dr. Scott Selbie และทีมงานต้องจัดการข้อมูลจากระบบ MoCap และ force plates ปริมาณมากในแต่ละโครงการ การวิเคราะห์ในเวลานั้นต้องเขียนโค้ด MATLAB จำนวนมาก และเมื่อเปลี่ยนระบบฮาร์ดแวร์ก็ต้องปรับกระบวนการใหม่ทั้งหมด
เพื่อลดภาระและความซับซ้อน Dr. Selbie จึงตั้งเป้าสร้างซอฟต์แวร์ที่เชื่อมต่อกับฮาร์ดแวร์ได้หลายชนิด จัดการข้อมูลเชิงชีวกลศาสตร์ได้รวดเร็ว และคงความโปร่งใสของกระบวนการ Visual3D รุ่นแรกเปิดตัวในต้นทศวรรษ 2000 ในสองเวอร์ชันคือ Basic/RT (รองรับการแสดงผลแบบ real-time) และ Professional (สำหรับการประมวลผลขั้นสูง)

การเติบโตและการเปลี่ยนผ่านของ Visual3D

ตลอดเวลากว่า 20 ปีของการพัฒนา Visual3D ได้ขยายจากการรองรับเฉพาะระบบ Marker-based Motion Capture ไปสู่การทำงานร่วมกับเทคโนโลยี Markerless Motion Capture และ Inertial Measurement Units (IMU) รวมถึงเพิ่มความสามารถประมวลผลแบบ Real-time เพื่อใช้เป็น Biofeedback ระหว่างการทดสอบและฟื้นฟูสมรรถภาพ ทำให้ Visual3D สามารถประยุกต์ใช้ได้ทั้งในห้องปฏิบัติการและภาคสนาม
Visual3D ถูกอ้างอิงในงานวิจัย peer-reviewed หลายพันฉบับ ครอบคลุมสาขา เช่น วิทยาศาสตร์การกีฬา กายภาพบำบัด การฟื้นฟูหลังบาดเจ็บ การยศาสตร์ และสัตววิทยา ความนิยมอย่างแพร่หลายนี้สะท้อนถึงความน่าเชื่อถือและความสามารถในการตอบโจทย์ของซอฟต์แวร์ในงานวิชาการ
ต้นปี 2024 HAS-Motion ซึ่งก่อตั้งโดย Dr. Selbie ในแคนาดา ได้เข้าซื้อสิทธิ์ซอฟต์แวร์ทั้งหมดของ C-Motion Inc. รวมถึง Visual3D กลับสู่ทีมพัฒนาเดิม พร้อมแจ้งว่าเป็นการ “พา Visual3D กลับบ้าน” เพื่อพัฒนาต่อและไม่ถูกจำกัดด้วยกรอบธุรกิจจากองค์กรอื่น หลังการเปลี่ยนผ่าน ระบบสนับสนุนผู้ใช้และการออกอัปเดตได้รับการปรับปรุง และเปิดช่องทางสื่อสารโดยตรงระหว่างนักพัฒนาและผู้ใช้ทั่วโลก

ปรัชญาการพัฒนาของ HAS-Motion

HAS-Motion ยังคงหลักการสำคัญตั้งแต่แรกเริ่มไว้ ได้แก่ การเก็บและประมวลผลข้อมูลบนเครื่องของผู้ใช้เอง (local) การไม่เขียนทับไฟล์ดิบต้นฉบับ และการบันทึกทุกขั้นตอนใน Processing History เพื่อตรวจสอบย้อนหลังได้เต็มรูปแบบ พร้อมอัปเดตให้รองรับเทคโนโลยีใหม่ เช่น markerless, IMU และการรวมข้อมูลจากหลายแหล่งพร้อมกัน เพื่อให้ผู้ใช้สามารถเชื่อมต่อและวิเคราะห์ข้อมูลจากอุปกรณ์ที่มีอยู่แล้วได้อย่างไร้รอยต่อ

คุณสมบัติหลักของ Visual3D

Visual3D ถูกออกแบบให้เป็นแพลตฟอร์มวิเคราะห์การเคลื่อนไหวที่ครอบคลุมทุกขั้นตอน ตั้งแต่การนำเข้าข้อมูล การสร้างแบบจำลอง ไปจนถึงการวิเคราะห์และรายงานผล ความโดดเด่นของซอฟต์แวร์นี้อยู่ที่ความยืดหยุ่น ความเป็นกลางต่อฮาร์ดแวร์ และการรองรับการทำงานวิจัยในระยะยาว โดยคุณสมบัติหลักประกอบด้วย

1. ความเป็นแพลตฟอร์มแบบเปิดและยืดหยุ่น
Visual3D ไม่ผูกติดกับฮาร์ดแวร์ยี่ห้อใดยี่ห้อหนึ่ง รองรับทั้งระบบ Marker-based, Markerless, IMU, Force Plate, Plantar Pressure, EMG และระบบบันทึกสัญญาณอนาล็อกอื่น ๆ ผ่านฟอร์แมตไฟล์มาตรฐาน เช่น C3D, CSV รวมถึงไฟล์เฉพาะของผู้ผลิต ทำให้สามารถใช้เป็นศูนย์กลางการประมวลผลของห้องปฏิบัติการได้โดยไม่ต้องพึ่งซอฟต์แวร์จากผู้ผลิตเพียงอย่างเดียว

• Marker-based: รองรับไฟล์ C3D จากผู้ผลิตกล้องชั้นนำ เช่น OptiTrack, Qualisys, Vicon, Motion Analysis, Codamotion

• Markerless: รองรับข้อมูล ROTATION Data Type (Transformation Matrix 4×4) เพื่ออธิบายท่าทางแบบ 6-DOF พร้อมระบบ Automatic Model Building สำหรับข้อมูลจาก KinaTrax, Theia3D, Captury

• IMU: รองรับไฟล์ MVNX จาก Xsens IMUs และไฟล์ ASCII/CSV จาก IMU ยี่ห้ออื่นที่สามารถ export ค่ามุมข้อต่อหรือ orientation ได้

• Force Plate / Plantar Pressure: รองรับข้อมูลจาก AMTI, Bertec, Kistler, Novel, Zebris, Moticon, Tekscan, RSscan

• EMG / Analog: รองรับการนำเข้าข้อมูลจาก Delsys, Noraxon, Biometrics และระบบบันทึกสัญญาณอนาล็อกอื่น ๆ ผ่าน C3D หรือ ASCII/CSV

• Additional Sensors: สามารถซิงก์ข้อมูลจากระบบอื่น ๆ เช่น goniometer, accelerometer, load cell, หรือ sensor เฉพาะงานวิจัย ผ่านช่องสัญญาณอนาล็อก

2. การสร้างและปรับแต่งแบบจำลองร่างกาย (Modeling)

Visual3D ให้เครื่องมือสร้าง Skeletal Model ที่ละเอียดตั้งแต่โครงสร้างกระดูก จุดหมุนข้อต่อ และระบบพิกัดของแต่ละ Segment สามารถปรับให้เข้ากับความต้องการเฉพาะของงานวิจัย เช่น การเพิ่มจุดวัดหรือการปรับตั้งตัวแปรของข้อต่อให้เหมาะกับประชากรเฉพาะกลุ่ม

• รองรับการสร้างโมเดลทั้งแบบ Six Degree of Freedom (6DoF) และ Inverse Kinematics (IK) Chain

• ฟีเจอร์ Shadow Segments สำหรับการสร้าง Segment เสมือนที่เคลื่อนตาม Segment จริง เพื่อใช้ในงานวิเคราะห์เฉพาะด้าน

3. การวิเคราะห์ Kinematics และ Kinetics

Visual3D คำนวณข้อมูลเชิงจลน์ศาสตร์ (Kinematics) เช่น มุมข้อต่อ อัตราการหมุน ความเร็ว ความเร่ง และเชิงพลศาสตร์ (Kinetics) เช่น Ground Reaction Force แรง และโมเมนต์ข้อต่อ พลังงานกล ด้วยสมการมาตรฐานทางชีวกลศาสตร์ที่ได้รับการยอมรับในวงวิชาการ

• ใช้ Inverse Dynamics เป็นหลักในการคำนวณ

• เพิ่มฟังก์ชันวิเคราะห์ขั้นสูง เช่น Compute_Margin_of_Stability สำหรับงานวิจัยด้านการทรงตัว

4. การวิเคราะห์ที่โปร่งใสและทำซ้ำได้ (Transparent & Reproducible Analysis)

Visual3D ถูกออกแบบให้ไม่เป็น “Black Box”

• ข้อมูลดิบถูกเก็บในโฟลเดอร์ ORIGINAL และไม่สามารถถูกเขียนทับได้

• ทุกขั้นตอนการประมวลผลถูกบันทึกเป็น Processing History เพื่อให้ตรวจสอบและทำซ้ำได้แม่นยำ ซึ่งเป็นเหตุผลสำคัญที่ Visual3D ได้รับความนิยมในงานวิจัย peer-reviewed นับพันฉบับ

5. การวิเคราะห์แบบ Real-time และ Biofeedback

รองรับการประมวลผลแบบ Real-time เพื่อใช้เป็น Biofeedback ในการฝึกซ้อมหรือฟื้นฟู รวมถึงการทำ Offline สำหรับการวิเคราะห์เชิงลึกหลังการเก็บข้อมูล

• Real-time: เหมาะสำหรับการฝึกท่าทาง การฟื้นฟูสมรรถภาพ และการควบคุมการเคลื่อนไหว

• Offline: เหมาะสำหรับการทำวิจัยที่ต้องการความละเอียดและการตีพิมพ์

6. การรายงานและการทำเอกสารผลการวิเคราะห์

สามารถสร้างรายงานพร้อมกราฟ ตาราง และภาพประกอบที่ปรับแต่งได้ ส่งออกเป็น PDF หรือรูปภาพความละเอียดสูง เพื่อใช้ในงานวิจัยหรือสื่อสารกับผู้มีส่วนเกี่ยวข้อง

7. การผนวกรวมกับระบบอื่น (Integration)

Visual3D สามารถเชื่อมต่อกับ MATLAB, Python, LabVIEW เพื่อทำการวิเคราะห์เชิงลึกหรือพัฒนา Workflow เฉพาะ และสามารถทำงานร่วมกับซอฟต์แวร์จำลองการเคลื่อนไหว เช่น AnyBody เพื่อขยายความสามารถในการสร้างแบบจำลองเชิงกลของร่างกายมนุษย์

8. การยืนยันความน่าเชื่อถือและการใช้งานในวงวิชาการ (Validation & Academic Use)

Visual3D เป็นซอฟต์แวร์ที่ถูกพัฒนาและปรับปรุงอย่างต่อเนื่องมากว่า 20 ปี โดยมีรากฐานจากงานวิจัยและการใช้งานจริงในห้องปฏิบัติการชั้นนำทั่วโลก การที่ซอฟต์แวร์นี้ถูกอ้างอิงในงานวิจัย peer-reviewed นับพันฉบับ เป็นหลักฐานถึงความถูกต้องและความน่าเชื่อถือของเครื่องมือวิเคราะห์นี้

• ผู้พัฒนาและผู้นำทางวิชาการ: Dr. Scott Selbie ผู้ก่อตั้ง HAS-Motion และผู้พัฒนา Visual3D เป็นผู้เชี่ยวชาญด้าน biomechanics ระดับนานาชาติ มีผลงานตีพิมพ์และบรรยายในงานประชุมวิชาการอยู่เป็นประจำ

• Validation Studies: การศึกษาหลายชิ้นได้เปรียบเทียบผลจาก Visual3D กับระบบ reference gold standard พบว่าค่าที่ได้มีความสอดคล้องสูง ทั้งในงานวิเคราะห์การเคลื่อนไหวด้วย marker-based และ markerless

• การยอมรับในวงวิชาการ: Visual3D ถูกใช้โดยมหาวิทยาลัยและสถาบันวิจัยกว่า 1,000 แห่ง รวมถึงหน่วยงานวิจัยด้านกีฬา การฟื้นฟู และการแพทย์

• ความโปร่งใส: เนื่องจากทุกขั้นตอนการประมวลผลถูกบันทึกไว้ ทำให้ง่ายต่อการทำซ้ำ (reproducibility) และการตรวจสอบย้อนกลับ (auditability) ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญในงานวิจัย

สรุป

Visual3D เป็นซอฟต์แวร์วิเคราะห์การเคลื่อนไหวที่รองรับฮาร์ดแวร์หลากหลายประเภท ใช้ได้ทั้งงานวิจัยและงานประยุกต์ทางคลินิก มีระบบบันทึกขั้นตอนการวิเคราะห์ครบถ้วน โปร่งใส และตรวจสอบได้ เหมาะสำหรับการประมวลผลข้อมูลจากกล้องจับการเคลื่อนไหว Force Plate เซ็นเซอร์ IMU EMG และอุปกรณ์วัดอื่นในห้องปฏิบัติการเดียวกัน สามารถทำงานร่วมกับซอฟต์แวร์วิเคราะห์หรือจำลองการเคลื่อนไหวอื่นได้ต่อเนื่อง รองรับการใช้งานระยะยาวในมาตรฐานวิจัยสากล