Körpervermessung und Berechnung der Sitzposition

Körpermodell und fotografische Vermessung

Das bisherige Verfahren bildet den Körper als zweidimensionalen Polygonzug ab. Die anatomisch beziehungsweise ergonomisch relevanten Gelenk- und Kontaktpunkte werden in einer Seitenansicht markiert. Aus ihren Koordinaten werden Körpersegmentlängen und Gelenkwinkel abgeleitet.

1.1 Ziel und Grundidee

Die ursprüngliche Ausarbeitung „Körpervermessung anhand einer fotografischen Aufnahme“ beschreibt die Grundidee, die Ursachen von Ungenauigkeiten und erste Ergebnisse mit einer Testsoftware. Das Foto dient als Messfläche. Zwei bekannte Kalibrierpunkte legen den Maßstab fest; anschließend werden Messpunkte an den Gelenken positioniert.

1.2 Bezeichnungen und Körpermaße

1.3 Gelenke, Kontaktstellen und Winkel

Das Modell unterscheidet anatomische Gelenkpunkte von Kontaktstellen am Fahrrad. Gelenkpunkte sind Hüfte, Schulter, Ellenbogen, Knie, Ferse und Zehengelenk. Kontaktstellen sind Sitzknochen, Hand und Fuß. Die Lage des „magischen“ beziehungsweise ergonomischen Dreiecks wird aus den Kontaktstellen gebildet.

1.4 Becken, Hüftpunkt und Sitzknochen

Der Hüftpunkt ist nicht mit dem Sitzpunkt identisch. Für die Sitzpositionsberechnung wird die Lage des Hüftgelenks beziehungsweise der Hüftpfanne als Rotationspunkt benötigt. Der tastbare große Rollhügel ist nur eine äußere Referenz. Der Sitzknochen liegt unterhalb und – abhängig von Beckenform und Rotation – horizontal versetzt.

Der Hüftknick ist eine vereinfachte Zusammenfassung der beim Vorbeugen auftretenden Becken- und Wirbelsäulenbewegung. Er verändert die Lage des Sitzknochens relativ zur Hüfte und darf daher nicht durch einen einzigen festen vertikalen Offset ersetzt werden.

1.5 Messfehler in der fotografischen Aufnahme

Die historische Dokumentation weist ausdrücklich darauf hin, dass die Gelenke praktisch nicht alle in einer idealen Messebene liegen. Besonders Schulter, Hüfte und Ellenbogen weichen aus der Ebene ab. Bei kurzen Kamerabrennweiten und geringem Kameraabstand führt dies zu deutlich unterschiedlichen Abbildungsmaßstäben.

Das frühe Testprogramm zeigte, dass ein Objekt in der Kalibrierebene bereits recht genau vermessen werden konnte. Die eigentliche Schwierigkeit war und bleibt die Lage der Körperpunkte außerhalb dieser Ebene.

Berechnung der Sitzposition und des ergonomischen Dreiecks

Die ermittelten Körpersegmentlängen werden mit einem Winkelsatz kombiniert. Aus den aufeinanderfolgenden Segmenten entstehen zwei Polygonzüge. Deren Endpunkte bestimmen Sitz-, Kurbel- und Lenkerposition.

2.1 Polygonzugberechnung

Ein Polygonzug ist durch Segmentlängen und Anschlusswinkel eindeutig definiert. Jeder Vektor wird in kartesische Koordinaten zerlegt und zum Endpunkt des vorangehenden Vektors addiert.

2.2 Zwei zusammenhängende Polygonzüge

Das Körpermodell besteht aus einem Beinzug und einem Oberkörperzug. Beide treffen sich im Hüftbereich; der Sitzknochen liegt als eigener Kontaktpunkt außerhalb des reinen Gelenkzuges.

• Beinzug: Pedalkontakt/Fuß → Knie → Hüfte → Sitzknochen.
• Oberkörperzug: Sitzknochen/Hüfte → Schulter → Ellenbogen → Hand.

2.3 Winkelsätze und Fahrpositionen

Die Gelenkwinkel sind nicht ausschließlich aus Körpermaßen ableitbar. Sie repräsentieren die gewünschte Haltung. Historisch wurden dafür Winkelsätze wie „aufrecht“, „leicht gebeugt“, „moderat“, „gestreckt“ und „Triathlon“ verwendet.

Die Dokumentation beschreibt eine Bewertungsmatrix, in der die Eignung eines Winkelsatzes für Verwendung und Fahrstil prozentual angegeben wird. Die Gewichte werden gemittelt; daraus entsteht eine Zwischenposition zwischen den definierten Winkelsätzen.

2.4 Erweiterung um Sitzrohrwinkel und Fahrradgeometrie

Die Körpergeometrie wird in das Koordinatensystem des Fahrrads überführt. Dabei werden Sitzrohrwinkel, Kurbellänge, Sitzrohrversatz, Sattelaufbau und Lenkergeometrie berücksichtigt. Der virtuelle Sitzpunkt wird auf die reale Sitzrohr- und Sattelgeometrie abgebildet.

2.5 Ergebnisgrößen

Das Ergebnis ist kein einzelnes starres Rahmendreieck, sondern eine Kombination aus Zielpunkten und zulässigen Bereichen:

• Sitzbereich: mögliche Position des Sattelkontakts unter Berücksichtigung von Sitzrohrwinkel, Sattelstütze und Sattelversatz.
• Lenkerbereich: erreichbare Griffposition unter Berücksichtigung von Steuerrohr, Vorbau, Lenkerform sowie Up- und Backsweep.
• Kurbelpunkt: Tretlager- beziehungsweise Kurbelwellenposition als unterer Bezugspunkt.

2.6 Historische Implementierung

Die vorhandenen Quelltexte implementieren die Vektoren zunächst in Tcl und später in C. Ein Vektor trägt Länge, Winkel, aufsummierten Richtungswinkel sowie kartesische Koordinaten. Die Polygonzugfunktion addiert die Vektoren nacheinander und gibt Zwischen- und Endpunkte zurück.

struct YVECTOR {
    double laenge;
    double rad;
    double s_rad;
    double x;
    double y;
};

void YVECTOR_append(struct YVECTOR *s,
                    const struct YVECTOR *v,
                    double laenge,
                    double deg);

Neue Herausforderung: optische, markerlose Körpervermessung

Die bestehende Berechnungslogik soll erhalten bleiben. Neu ist die automatische Gewinnung ihrer Eingangsgrößen. Die bislang manuell gesetzten Gelenkpunkte werden durch ein markerloses optisches Verfahren erkannt, skaliert, geprüft und in Velometrik-Messpunkte übersetzt.

3.1 Zielstellung

Gesucht ist eine vollautomatische, berührungslose Messung in einer kontrollierten Sitz- oder Radfahrhaltung. Das System soll die relevanten Gelenk- und Referenzpunkte ohne aufgeklebte Marker bestimmen und daraus dieselben Körpersegmentlängen erzeugen, die das bestehende Polygonzugmodell erwartet.

3.2 Messaufbau

Als Referenz dient ein genormter Hocker oder ein anderer bekannter Messkörper. ArUco- oder ChArUco-Marker am Messkörper bestimmen Maßstab, Perspektive und Lage der Sitzebene. Die Person sitzt seitlich zur Kamera in einer vorgegebenen Haltung.

3.3 Von KI-Landmarks zu Velometrik-Punkten

Ein Pose-Modell liefert statistisch geschätzte Landmarken. Diese sind nicht automatisch identisch mit den bisher manuell gesetzten anatomischen Punkten. Deshalb wird eine fachliche Übersetzungsschicht benötigt.

3.4 Das besondere Beckenproblem

Der Sitzknochen ist optisch nicht sichtbar. Auch die Hüftpfanne ist nur indirekt schätzbar. Die markerlose Vermessung kann daher nicht einfach „Hüfte minus vertikaler Offset“ rechnen. Sie muss die vorhandenen Größen Beckenhöhe, Sitzknochenversatz, Sitzbeinlänge, Hüftknick und Beckenrotation abbilden.

3.5 2D-Kamera oder Tiefenkamera

3.6 Messablauf

1. Kamera intrinisch kalibrieren und Linsenverzerrung korrigieren.
2. Hocker und Marker erkennen; Sitzebene und Millimetermaßstab bestimmen.
3. Person in definierte Sitzhaltung führen.
4. Pose in einer kurzen Videosequenz erfassen.
5. Frames nach Sichtbarkeit, Bewegung und Landmark-Konfidenz filtern.
6. Gelenkpunkte zeitlich mitteln und auf das Hockerkoordinatensystem transformieren.
7. KI-Punkte in Velometrik-Punkte korrigieren.
8. Segmentlängen ok, oa, ua, os und usf berechnen.
9. Becken- und Sitzknochenmodell anwenden.
10. Messwerte mit Konfidenzen an das bestehende Polygonzugmodell übergeben.

3.7 Qualitätskontrolle

Jede Messung muss nicht nur Werte, sondern auch eine Messqualität liefern. Ungeeignete Aufnahmen dürfen nicht stillschweigend weiterverarbeitet werden.

• Landmark-Konfidenz je Punkt
• Streuung über die ausgewählten Frames
• Abweichung linker und rechter Körperseite
• Winkel der Person zur Kamera
• Verdeckung durch Kleidung oder Körperteile
• Plausibilität der Segmentlängen und Winkel
• Tiefenabweichung von der vorgesehenen Messebene

3.8 Validierung

Der neue Messweg muss gegen die bisherige manuelle Punktsetzung und gegen reale Vergleichsmessungen geprüft werden. Für jedes Körpersegment sind Bias, Streuung und Wiederholbarkeit zu ermitteln. Entscheidend ist nicht nur die Pixelgenauigkeit der Landmarken, sondern die Auswirkung auf Sitz-, Kurbel- und Lenkerposition.

3.9 Übergabeformat

{
  "measurement": {
    "ok_mm": 502,
    "oa_mm": 338,
    "ua_mm": 340,
    "os_mm": 440,
    "usf_mm": 548,
    "pelvis": {
      "hip_point": {"x_mm": 0, "y_mm": 0},
      "seat_bone_offset_mm": null,
      "model_status": "requires_estimation"
    }
  },
  "quality": {
    "overall": 0.91,
    "out_of_plane_warning": false,
    "manual_review_required": false
  }
}

Quellenlage und redaktionelle Behandlung

Die Inhalte dieser Website wurden aus den hochgeladenen Arbeitsblättern, Diagrammen, Quelltextausdrucken und historischen Konzeptpapieren zusammengeführt. Wiederholungen, leere Scanflächen und rein drucktechnische Seitenelemente wurden entfernt. Grafiken wurden aus den Seiten herausgeschnitten und als eigenständige Abbildungen eingebunden. Handschriftliche Ergänzungen wurden nur übernommen, soweit sie eindeutig lesbar und inhaltlich relevant waren.

Stand der Webfassung: 5. August 2026 · Velometrik GmbH