人体三维运动数据测量在临床康复医疗、动画制作等领域有广泛的应用。在临床医学领域中,这种技术被广泛地应用于人体关键部位运动程度的测量。颈椎是人体脊柱中结构最为复杂,运动频率最高,负重最大的部分。由于现代人生活方式的改变,颈椎病成为了中老年人的常见病,发病率大概在3.8%-17.6%之间。随着颈椎病患者人数逐年增加,颈椎病手术的数量也在逐年增加。而在颈椎病诊断方面,下颈椎是颈椎中承受压力最大也最容易出现病变的部位,因此下颈椎各个关节的运动情况以及下颈椎关键部位的受力情况是医生对颈椎病进行诊断的重要依据。本文通过机器视觉的方法实现对颈椎运动情况的测量,研究了颈椎运动过程中椎间盘的受力特点。主要内容包括以下几个方面:针对于颈椎的结构特点,本文搭建了颈椎三维运动测量系统。在每个颈椎椎骨的棘突和横突对应位置上贴三个标记点。通过四台环形布置的摄像机利用立体视觉原理和三维数字图像相关(3D-DIC)方法无死角地跟踪记录标志点的空间位置。通过精度分析,该系统的测量精度可以达到0.2mm。然后根据建立好的颈椎椎骨坐标系,测量出复杂的颈椎运动中,前屈、后伸、左旋、右旋及侧屈的具体角度和颈椎运动中的耦合关系。单纯地使用图像的方法进行颈椎运动参数的测量会有比较明显的局限性。例如颈椎表皮以及肌肉的变形可能会使得标记点的位置变得不准确,本系统针对这些问题进行了改进,提出了一种基于下颈椎运动约束关系的参数测量方法。该方法通过测量标记点的位置得到颈椎各关节进行运动时的运动角度。在对颈椎瞬时运动中心测量和颈椎耦合运动规律分析的基础上,根据下颈椎的运动学特征,提出了下颈椎运动学模型。根据参数化模型对测得的颈椎运动曲线进行修正,减少外界干扰因素的影响,提高了测量的精度。最后,本文从大量的相关医学文献及书籍中得到了颈椎各组成部分的生物力学参数。仔细地研究了颈椎各个部分的力学特性,建立了颈椎椎骨,椎间盘以及韧带的力学简化模型,并将其应用于颈椎的总体力学模型中。使用第二类拉格朗日方程对颈椎模型进行力学分析。通过颈椎运动测量系统的运动学数据和颈椎动力学模型,计算不同的颈椎运动模式下椎间盘的受力,分析颈椎运动过程中椎间盘的受力特点。