人体的运动行为是由大脑思维产生的神经电信号经中枢神经和外周神经系统,传导至肌肉组织,通过肌肉的收缩和舒张来完成的。大脑皮层是人体运动调控的最高级中枢,脑电信号是大脑神经的集群电活动。研究人体复杂任务运动行为与其脑电信号之间的关联,探讨脑电与人体认知行为模式的正向和逆向关系,解码任务运动行为模式与脑电信号的时空模式,对于仿人机器人、脑疾病患者临床诊断和辅助康复治疗等领域的发展具有重要的理论意义和实际应用价值。本文以高尔夫击球行为和驾驶过程为研究对象,实时采集高尔夫选手和驾驶员操作过程中的姿态信息和脑电信号,研究任务运动行为与脑电信号特征之间的相关性。鉴于人体运动捕捉与运动姿态分析技术在运动员模拟训练、医疗康复、仿人机器人和三维决策动画制作等方面发挥着越来越重要的作用,而人体运动的复杂性和多样性又增加了对其姿态捕捉和识别的难度,采用何种运动捕捉方式研究和分析人体运动行为成为迫切需要解决的问题。本文应用无线惯性运动捕捉技术获取人体运动过程中的姿态信息,采集肢体段的运动参数,并构建人体三维运动姿态模型,规划运动关节空间轨迹,再现肢体段运动过程。其次,设计高尔夫击球实验和驾驶行为实验,利用惯性运动捕捉模块、自然体感运动捕捉系统、脑电信号采集系统获得推杆运动参数、手臂运动姿态和脑电信号特征。分析人体任务运动过程和脑电信号之间的相互关系。最后,重点分析高尔夫击球行为和左右转向任务下的手臂关节姿态运动信息与脑电信号特征之间的关联性,提取人体运动行为的事件相关脑电信号特征,建立脑电信号特征与任务运动行为的时空关联模式,并解码任务运动行为下脑神经反馈的电位信号表征活动。本文主要研究的内容如下:1.针对人体运动捕捉的关节点欧拉角姿态解算过程中出现的奇异点问题,提出了对偶四元数（Dual-Quaternions）人体运动姿态解算方法。应用无线惯性技术运动捕捉系统,实时采集人体运动姿态信息,获得不同运动姿态下的人体关节运动参数。通过姿态解算方法描述肢体的动作过程,模拟关节点的运动轨迹,利用OpenGL图像处理方法和ADAMS软件运动仿真,建立人体棒状模型和三维人体运动仿真模型,真实再现人体运动过程,验证了姿态解算方法的有效性。研究结果表明:采用对偶四元数姿态解算方法分析人体运动参数,可获得模拟关节点的运动轨迹,避免了运动关节的奇异点现象,为进一步获得人体运动姿态数据奠定基础。2.为了解决运动捕捉过程中分类精度和效率问题,提出了改进的Adaboost（自适应增强）运动捕捉姿态特征分类算法。基于自然交互体感运动捕捉技术,以高尔夫推球任务运动行为过程为研究对象,联合惯性运动捕捉系统获得右手臂和杆头的运动学参数,采用改进的Adaboost特征分类算法对运动员推球过程中手部关节的运动参数进行分类研究,从动作特征集构成的弱分类器中,自适应地选取识别率较好的弱分类器构成强分类器,从局部最优解,获得全局最优解。分析结果表明:改进的Adaboost特征分类算法可以使运动捕捉分类的识别率提高8%左右,准确率提高10%-15%。同时,统计击球加速度,分析高尔夫推球成功率与姿态的变化差异。击球实验结果表明:职业选手在推球过程中,运动姿态相对平稳,击球力度均匀,加速度变化小,成功率高。3.针对高尔夫击球任务运动行为与脑电信号特征之间的关系,以高尔夫击球运动为研究对象,提出了击球行为过程中脑电信号的相关性统计方差分析方法。基于无线惯性运动捕捉系统和脑电信号采集系统,同步采集运动员击球过程中的运动姿态参数与脑电信号,提取击球过程中脑电信号特征,分析击球事件与脑电信号功率谱的变化规律,并建立相关性模型。利用方差分析方法统计选手在推球过程中的差异变化,分析推球过程脑电信号的变化趋势,同时,将推球成功与失败和脑电信号进行相关性分析。结果表明:推球过程中左前额（AF3）脑电信号Alpha波高于右前额（AF4）电位信号,表明运动员注意力高度集中;在推球成功率与脑电信号的相关性分析中,推球成功情形下脑电Alpha波节律变化较失败情况下增大,表明推球成功后运动员的视觉注意力有所减低,精神活动有所较少。4.针对驾驶过程操作方向盘左右转向行为与脑电信号特征之间的关系,以实际驾驶行为为研究对象,提出了驾驶行为及其脑电信号特征的相关性研究模型,构建相关性分析的脑电关联网络模型。采集驾驶过程中左右转向行为运动参数与驾驶员的脑电信号,分析驾驶员手臂运动姿态变化参数和脑电信号特征的关系,验证实际驾驶过程中操作方向盘左右转向行为所引起大脑皮层运动功能区的事件相关性（ERP）脑电节律变化。通过公共空间模式分析（CSP）与小波包分解（WPD）重构方法提取相关的脑电信号特征,利用皮尔逊相关性分析方法分析脑电信号与加速度之间的相关性。分析结果表明:脑电功能区C3、C4、CP3和CP4与左右转向行为呈显著相关性（相关性系数r,0.5<r<0.8）。由此可以推论,驾驶员在左右转向过程中,大脑皮层的相关运动功能区（C3、C4、CP3和CP4）电位产生了明显的事件相关现象。