CN105898241A - 一种运动视觉呈现系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种运动视觉呈现系统，包括信息采集装置、处理器和投影设备，所述处理器分别与信息采集装置及投影设备通讯相连，所述信息采集装置将所采集人体姿态、球杆球拍朝向等实时信息传送给处理器，所述处理器接收上述信息后计算得出人体姿态等数据并定义线或并计算出线的角度，再根据线的角度计算出控制信息或投影信息并发送给投影设备，所述投影设备以线条等简单几何形状显示相应图像。本发明用于辅助运动员观察自身姿态或球杆球拍朝向，通过安装于人体外部的投影设备，避免了人体对于投影装置的干扰；通过线条等简单几何形状描述人体姿态或球杆球拍朝向，直观清晰；本发明可同时显示实时姿态及预设姿态或历史姿态，用户可进行对比训练。

Description

一种运动视觉呈现系统及方法
技术领域
本发明属于体育训练和娱乐设备技术领域，特别是涉及一种运动视觉呈现系统及方法。
背景技术
在高尔夫、棒球、网球等运动中，都需要完成一定的技术动作，如高尔夫球运动中的挥杆、高尔夫球运动中的推杆、棒球运动中的挥杆及网球运动中的发球。在完成技术动作的过程中，需注意调整身体的姿势及球的运动参数，但一些信息是无法被人体直观感受或精确感受，例如身体的转动角度、高尔夫球推杆过程中的高尔夫球朝向、网球发球过程中的网球高度。因此，有必要在运动员视觉范围内展现一些简单的图案和数字来提示运动员的动作变化和球的运动变化。
专利文献201210045955.X公开了一种客户端视觉呈现的实现方法和系统，其中的实现方法包括：云服务器根据终端设备中的客户端的用户当前信息确定该用户当前可见的画面，所述云服务器对所述画面进行渲染处理，并将渲染处理后的画面以图片形式的信息向所述客户端所在的终端设备发送；所述客户端根据所述终端设备接收到的图片形式的信息显示相应的画面，该发明充分利用了云端的数据处理能力，简化了客户端，提高了用户的客户端体验，该方案主要应用于三维网络游戏的推广。
现有技术中的运动视觉呈现方法包括以下几种：第一种是采用显屏显示传感器设备采集的信息，通过显示屏实时显示采集到的数据来实现，此方法实时显示的数据未经过处理，无法直观体现人体的运动；第二种是采用显示屏在运动完成后显示计算得到人体运动过程的人体参数，此方法不具备实时性，无法提供成为运动员实时的参考；第三种是通过固定于人身上的激光灯来表现人身体各部位的位置和角度，该方法受到安装方式和精度的限制，且在人体运动过程中易被破坏。
发明内容
本发明的目的就在于克服现有技术的不足，提供一种运动视觉呈现系统及方法。
为了实现上述目的，本发明提供了一种运动视觉呈现系统，包括信息采集装置、处理器和投影设备，所述处理器与信息采集装置通讯相连，所述投影设备与处理器通讯相连，所述信息采集装置将所采集人体姿态信息和/或球杆运动信息或球拍运动信息传送给处理器，所述处理器接收上述信息后计算得出人体姿态数据和/或球杆朝向数据或球拍朝向数据，然后再根据上述数据定义线或并计算出线的角度，并根据线的角度计算出控制信息或投影信息，将控制信息或投影信息发送给投影设备，所述投影设备根据控制信息或投影信息以线条或箭头或平面或圆等简单几何形状显示相应图像。
所述处理器集成于信息采集装置或者集成于投影设备中或者为一PC；
所述信息采集装置为惯性传感器，所述惯性传感器包括加速度计、陀螺仪、磁力计中的一种或多种，分别测量加速度、角速度和地磁场数据，所述惯性传感器还包括天线用于向处理器无线传输数据。所述惯性传感器放置在人体身上和/或球杆或球拍上，采集人体姿态信息和/或球杆或球拍运动信息；
所述惯性传感器放置于人体身上时，可放置于人体肩部、背部、髋部、手腕、膝盖、头部或其他部位；
所述信息采集装置为摄像机，所述摄像机捕捉人体的姿态影像和/或球杆或球拍的运动影像，所述摄像机优选采用3D深度摄像机(Kinect)；
所述投影设备为激光发射装置、投影仪、VR设备中的一种或多种；
所述激光发射装置包括激光灯、传动装置、电机和电路板，所述激光灯可向正对的平面投影激光线等简单几何形状，所述传动装置设于激光灯和电机之间，所述电机优选采用步进电机，所述电路板包括天线、微处理器和电机接口，所述电路板接收上述处理器发送的控制信息，控制信息即激光灯应旋转角度，所述电路板的微处理器根据控制信息计算电机的控制脉冲信号，控制电机旋转工作，电机再通过传送装置带动激光灯旋转，如此实现由激光线呈现人体运动过程中的姿态角度变化，和/或呈现球杆、球拍朝向角度变化。
所述激光发射装置所包括的激光灯、传动装置和电机为两组或两组以上，所述激光灯朝不同方向，可在不同平面上同时显示人体肩部角度、人体髋部角度、人体背部弯曲角度、人体手腕角度、人体膝盖角度、人体手头部角度、球杆或球拍朝向角度等；
所述激光发射装置包括第一电机、第二电机、第一激光灯、第二激光灯、第一传动装置、第二传动装置，其中第一电机通过第一传动装置带动第一激光灯转动，第二电机通过第二传动装置带动第二激光灯转动，所述激光灯每两组朝向同一个方向，可在同一平面上同时提供两条激光线，所述运动视觉呈现系统还包括与处理器连接的信息输入装置和/或存储装置，所述输入装置用于输入预设参考数据，所述存储装置用于存储预设参考数据或历史数据，上述两组激光灯中，第一激光灯用于呈现实时图像，第二激光灯用于呈现预设数据的图像或历史数据的图像，供使用者训练时对比；
所述投影设备为投影仪，所述投影仪向其正对的平面投影图像，所述图像为线条或箭头或平面或圆的几何图案，所述图像由处理器计算得到并动态变化，并可增加额外的人体图像显示和角度数字显示，以加强表现效果。
所述投影设备为VR设备，所述VR为Virtual Reality System虚拟现实系统的简称，所述VR设备在人体视觉范围投影图像，所述图像为线条或箭头或平面或圆的几何图案，所述图像由处理器计算得到并动态变化。
所述投影设备为投影仪或VR设备时，由处理器同时计算人体肩部角度、人体髋部角度、人体背部弯曲角度、人体手腕角度、人体膝盖角度、人体手头部角度、球杆或球拍朝向角度等数据，并传送给多台投影仪或VR设备同时显示；
所述投影设备为投影仪或VR设备时，所述运动视觉呈现系统还包括与处理器连接的信息输入装置和/或存储装置，所述输入装置用于输入预设参考数据，所述存储装置用于存储预设参考数据或历史数据，所述处理器同时将实时数据和参考数据或历史数据同时传送给投影仪或VR设备同时显示。
所述运动视觉呈现系统还包括一红外传感器放置于地面用于检测球杆杆头或球拍拍头是否到达指定位置，所述红外传感器与处理器通讯连接。
本发明还提供一种运动视觉呈现方法，包括如下步骤：
(1)信息采集装置采集人体姿态信息和/或球杆运动信息或球拍运动信息；
(2)信息采集装置将采集到的信息传输给处理器；
(3)处理器将上述信息计算出人体姿态数据和/或球杆朝向数据或球拍朝向数据；
(4)处理器根据上述数据定义线并计算出线的角度；
(5)处理器根据上述线的角度计算激光发射装置的控制信息或者投影仪显示的图像或者VR设备显示的图像；
(6)处理器控制激光发射装置进行转动或者控制投影仪进行图像显示或者控制VR设备进行图像显示。
所述步骤(1)中，所述数据采集方法包括：
a.所述信息采集装置为惯性传感器时，将惯性传感器固定于人体身上和/或球杆或球拍上，采集人体的惯性信息；
b.所述信息采集装置为摄影机时，使用摄像机捕捉人体的姿态影像和/或球杆或球拍的运动影像。
当信息采集装置采用惯性传感器时，所述步骤(3)中其人体姿态数据计算步骤为：
a.对角速度进行积分计算四元数；
b.根据加速度和地磁场计算欧拉角；
c.对四元数进行低通滤波，对欧拉角进行高通滤波，两者通过互补滤波法进行姿态计算。
所述步骤(3)中，当信息采集装置采用摄像机时，其通过图像处理算法计算人体姿态数据和/或球杆或球拍朝向数据。所述摄像机采用3D深度摄像机时，通过3D深度摄像机提供的骨骼捕捉获得人体的姿态数据。
所述步骤(4)中，处理器计算内容包括以下一种或多种：
a.计算投影在地面上的线的角度，所述线与人体肩部在地面上的投影平行；
b.计算投影在地面上的线的角度，所述线与人体髋部在地面上的投影平行；
c.计算投影在垂直于地面的平面上的线的角度，所述线与人体背部在该平面上的投影平行；
d.计算投影在地面上的线的角度，所述线与球杆杆面或球拍拍面朝向一致。
所述步骤(5)中，当投影设备采用激光发射装置时，其控制信息计算步骤为：
a.根据线的实时角度与上一时刻的角度差计算激光灯应旋转的角度；
b.根据激光灯应旋转的角度与转动比计算步进电机的旋转角度；
c.根据步进电机的旋转角度计算步进电机的脉冲控制信号。
本发明的有益效果：
本发明提供一种运动视觉呈现系统和方法用于辅助运动员观察自身姿态或球杆球拍朝向，通过安装于人体外部的投影设备，避免了人体对于投影装置的干扰；通过线条或箭头或平面或圆等简单几何形状描述人体姿态或球杆球拍朝向，如通过和人体身体平行的线描述人体身体朝向，通过与球杆或球拍平行的箭头描述球杆或球拍的朝向，几何图案随人体运动实时变化，直观清晰；本发明可同时显示实时姿态及预设姿态或历史姿态，用户可进行对比训练。
附图说明
图1为本发明的运动视觉呈现系统示意图；
图2a为本发明惯性传感器的示意图；
图2b为本发明惯性传感器的结构方框示意图；
图3a为本发明惯性传感器固定方式及示意图；
图3b为kinect捕捉的人体骨骼模型示意图；
图4为本发明激光发射装置的结构示意图；
图5为本发明视觉呈现方法的流程示意图；
图6a为本发明实施例2的示意图；
图6b为本发明实施例2中额外的图像显示和数字显示的示意图；
图7为本发明实施例3的示意图；
图8为本发明实施例4的示意图；
图9为本发明通过惯性传感器采集得数据计算人体姿态的流程图；
图10为本发明实施例5的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例及附图对发明进一步说明，但不用来限制本发明的范围。
本发明提供了一种运动视觉呈现系统，如图1所示，包括信息采集装置101、处理器102和投影设备103，所述处理器102与信息采集装置101通讯相连，所述投影设备103与处理器102通讯相连，所述信息采集装置101将所采集人体姿态信息和/或球杆运动信息或球拍运动信息传送给处理器102，所述处理器102接收上述信息后计算得出人体姿态数据和/或球杆朝向数据或球拍朝向数据，然后再根据上述数据定义线并计算出线的角度，并根据线的角度计算出控制信息或投影信息，将控制信息或投影信息发送给投影设备103，所述投影设备103根据控制信息或投影信息以线条或箭头或平面或圆等简单几何图案的形式显示相应图像104。
所述处理器102可集成于信息采集装置101或者集成于投影设备103中或者为一PC；
所述信息采集装置101采用惯性传感器，如图2a、图2b所示，所述惯性传感器包括加速度计、陀螺仪、磁力计中的一种或多种，分别测量加速度、角速度和地磁场数据，所述惯性传感器还包括天线用于向处理器102无线传输数据。所述惯性传感器放置在人体身上和/或球杆或球拍上，采集人体姿态信息和/或球杆或球拍运动信息；
所述惯性传感器放置于人体身上时，可放置于人体肩部和/或背部和/或髋部；
所述惯性传感器与人体部位以特定角度相连，并将惯性传感器的某方向定义为所求人体部位的姿态。通过地磁场、加速度和角速度信息计算所述惯性传感器于地磁场中的姿态角，并通过所述惯性传感器和人体的姿态关系和所述惯性传感器于地磁场中的姿态角计算所求人体部位于地磁场中的姿态角；当所述惯性传感器用于测量人体肩部姿态时，所述惯性传感器固定于靠近人体两肩的正中间的位置，并认为通过惯性传感器且与人体两肩相连直线平行的直线的姿态角为人体肩部姿态角。当所述惯性传感器用于测量人体髋部姿态时，所述惯性传感器固定于靠近人体髋部的中间位置，并认为通过惯性传感器且与髋部平行的直线的姿态角为人体髋部姿态角。当所述惯性传感器用于测量人体背部姿态时，所述惯性传感器固定于靠近人体脊柱中间的位置，并认为通过惯性传感器且与脊柱平行的直线的姿态角为人体背部姿态角。如图3a所示，惯性传感器一301用于测量人体肩部、背部姿态角的信息，惯性传感器二302用于测量人体髋部的信息，在图示的安装方式中，认为惯性传感器一301的y轴即为肩部姿态，惯性传感器一301的x轴即为背部姿态，惯性传感器二302的y轴即为髋部姿态。因此，惯性传感器一301的y轴在投影平面上的投影即为肩部在投影平面上的投影，惯性传感器一301的x轴在投影平面上的投影即为背部在投影平面上的投影，惯性传感器二302的y轴在投影平面上的投影即为髋部在投影平面上的投影。
所述信息采集装置101还可以采用摄像机，所述摄像机捕捉人体的姿态影像和/或球杆或球拍的运动影像，所述摄像机优选采用3D深度摄像机(Kinect)；通过3D深度摄像机获得描述人体的点相对于摄像机镜头的空间位置，并将通过描述肩部的两个点的直线的姿态视为人体肩部姿态，将通过描述髋部的两个点的直线的姿态视为人体髋部姿态，将通过描述脊柱的两个点的直线的姿态视为人体背部姿态。如图3b所示，其为kinect捕捉得的人体骨骼模型图示，通过连接肩部两点的线201描述人体肩部，线201在投影平面上的投影即为人体肩部在投影平面上的投影。通过连接髋部两点的线202描述人体髋部，线202在投影平面上的投影即为人体髋部在投影平面上的投影。通过连接背部两点的线203描述人体背部，线203在投影平面上的投影即为人体背部在投影平面上的投影。
所述投影设备103为激光发射装置、投影仪、VR设备中的一种或多种；
所述激光发射装置包括激光灯、传动装置、电机和电路板，所述激光灯可向正对的平面投影激光线或箭头等简单几何图案，所述传动装置设于激光灯和电机之间，所述电机优选采用步进电机，所述电路板包括天线、微处理器和电机接口，所述电路板接收上述处理器发送的控制信息(激光灯应旋转角度)，所述电路板的微处理器根据控制信息(激光灯应旋转角度)计算电机的控制脉冲信号，控制电机旋转工作，电机再通过传送装置带动激光灯旋转，如此实现由激光线呈现人体运动过程中的姿态角度变化，和/或呈现球杆、球拍朝向角度变化。
所述激光发射装置所包括的激光灯、传动装置和电机为两组或两组以上，所述激光灯朝不同方向，可在不同平面上同时显示人体肩部角度、人体髋部角度、人体背部弯曲角度、人体手腕角度、人体膝盖角度、人体手头部角度、球杆或球拍朝向角度等；
所述激光发射装置所包括的激光灯、传动装置和电机为两组或两组以上，如图4所示，所述激光发射装置包括第一电机401、第二电机402、第一激光灯403、第二激光灯404、第一传动装置405、第二传动装置406，其中第一电机401通过第一传动装置405带动第一激光灯403转动，第二电机402通过第二传动装置406带动第二激光灯404转动，所述激光灯每两组朝向同一个方向，可在同一平面上同时提供两条激光线，所述运动视觉呈现系统还包括与处理器连接的信息输入装置和/或存储装置，所述输入装置用于输入预设参考数据，所述存储装置用于存储预设参考数据或历史数据，上述两组激光灯中，第一激光灯403用于呈现实时图像，第二激光灯404用于呈现预设数据的图像或历史数据的图像，供使用者训练时对比；
所述投影仪可向其正对的平面投影图像，所述图像为线条或箭头等几何图案，所述图像由处理器计算得到并动态变化，并可增加额外的人体图像显示和角度数字显示，以加强表现效果。
所述VR为Virtual Reality System虚拟现实系统的简称，所述VR设备在人体视觉范围投影图像，所述图像为线条或箭头等几何图案，所述图像由处理器计算得到并动态变化。
所述投影设备为投影仪或VR设备时，由处理器同时计算人体肩部角度、人体髋部角度、人体背部弯曲角度、人体手腕角度、人体膝盖角度、人体手头部角度、球杆或球拍朝向角度等数据，并传送给多台投影仪或VR设备同时显示；
所述投影设备为投影仪或VR设备时，所述运动视觉呈现系统还包括与处理器连接的信息输入装置和/或存储装置，所述输入装置用于输入预设参考数据，所述存储装置用于存储预设参考数据或历史数据，所述处理器同时将实时数据和参考数据或历史数据同时传送给投影仪或VR设备同时显示。
所述运动视觉呈现系统还包括一红外传感器放置于地面用于检测球杆杆头或球拍拍头是否到达指定位置，所述红外传感器与处理器通讯连接。
本发明还提供一种运动视觉呈现方法，如图5所示，包括如下步骤：
(1)信息采集装置采集人体姿态信息和/或球杆运动信息或球拍运动信息；
(2)信息采集装置将采集到的信息传输给处理器；
(3)处理器将上述信息计算出人体姿态数据和/或球杆朝向数据或球拍朝向数据；
(4)处理器根据上述数据定义线并计算出线的角度；
(5)处理器根据上述线的角度计算激光发射装置的控制信息或者投影仪显示的图像或者VR设备显示的图像；
(6)处理器控制激光发射装置进行转动或者控制投影仪进行实时图像显示或者控制VR设备进行图像显示。
所述步骤(1)中，所述数据采集方法包括：
a.所述信息采集装置为惯性传感器时，将惯性传感器固定于人体身上和/或球杆或球拍上，采集人体的惯性信息；
b.所述信息采集装置为摄影机时，使用摄像机捕捉人体的姿态影像和/或球杆或球拍的运动影像。
所述步骤(3)中，当信息采集装置采用惯性传感器时，其人体姿态数据计算步骤为：
a.对角速度进行积分计算四元数；
b.根据加速度和地磁场计算欧拉角；
c.对四元数进行低通滤波，对欧拉角进行高通滤波，两者通过互补滤波法进行姿态计算。
所述步骤(3)中，当信息采集装置采用摄像机时，其通过图像处理算法计算人体姿态数据和/或球杆或球拍朝向数据。所述摄像机采用3D深度摄像机时，通过3D深度摄像机提供的骨骼捕捉获得人体的姿态数据。
所述步骤(4)中，处理器计算内容包括以下一种或多种：
a.计算投影在地面上的线的角度，所述线与人体肩部在地面上的投影平行；
b.计算投影在地面上的线的角度，所述线与人体髋部在地面上的投影平行；
c.计算投影在垂直于地面的平面上的线的角度，所述线与人体背部在该平面上的投影平行；
d.计算投影在地面上的线的角度，所述线与球杆杆面或球拍拍面朝向一致。
所述步骤(5)中，当投影设备采用激光发射装置时，如图9所示，其控制信息计算步骤为：
a.根据线的实时角度与上一时刻的角度差计算激光灯应旋转的角度；
b.根据激光灯应旋转的角度与转动比计算步进电机的旋转角度；
c.根据步进电机的旋转角度计算步进电机的脉冲控制信号。
实施例1：
如图1所示，本发明实施例1用于人体肩部旋转角的显示，在用户前投影一条与人体肩部实时保持平行的线以描述肩部的转动角度，信息采集装置101采用惯性传感器，处理器102采用外部单独的PC(personal computer的简称)，投影设备103采用激光发射装置，惯性传感器包括加速度计、陀螺仪和磁力计，惯性传感器连接于人体的背部靠近肩部的位置以测定人体肩部的姿态信息：加速度、角速度和地磁场数据，惯性传感器还包括天线用于将信息无线传输至PC，PC包括天线从惯性传感器处接收加速度、角速度和地磁场数据，并根据其计算出人体的肩部转动角度，其肩部转动角度计算方法可采用四元数法进行计算，PC再根据人体的肩部转动角度定义线及计算线的角度，然后根据线的角度计算出控制信息(激光灯应旋转的角度)，然后将控制信息发送至激光发射装置，由激光发射装置生成与人体肩部相平行的激光线104。
激光发射装置安装于人体正上方，并向地面投影激光线，本实施例中激光发射装置包括两组激光灯，可分别产生一条和肩部实时保持平行的激光线以及根据预设数据转动角度的激光线，用户可将实时身体姿态和预设姿态进行对比。
实施例2：
如图6a所示，本发明实施例2用于人体背部倾斜角的显示，通过一条与人体背部相平行的线表示人背部倾斜的角度，信息采集装置101采用惯性传感器，所述处理器(图中未标示)采用外部单独的PC，投影设备103采用投影仪，投影仪安装于人体一侧，并向人体另一侧的平面投影图像，图像中的直线和人体的背部实时保持平行以描述人体背部倾斜角度，惯性传感器连接于人体的背部以测定人体背部的数据，PC根据采集到的加速度、角速度和地磁场数据计算人体的背部倾斜角度，PC根据人体的背部倾斜角度定义线并计算线的角度，再根据线的角度计算投影仪应显示的图像，显示图像为表现人体背部倾斜角度的直线601，如图6b所示，本发明实施例2额外的图像显示和数字显示，显示图像包括一个人体图像602和倾斜角度的数值603以加强直线的表现效果。
实施例3：
如图7所示，本发明实施例3用于人体肩部旋转角的显示，在用户前投影一条与人体肩部实时保持平行的线以描述肩部的转动角度，信息采集装置101采用3D深度摄像机，处理器(图中未标示)采用外部单独的PC，投影设备103采用VR设备，3D深度摄像机捕捉人体图像并生成人体骨骼模型，PC提取人体骨骼模型中的肩部信息以生成肩部的转动角度，PC根据肩部转动角度定义线并计算线的角度，再根据线的角度计算VR设备的显示图像701，本实施例中VR设备为3D眼镜，所述VR设备在人体视野范围内投影和人体肩部相平行的平面。
实施例4：
如图8所示，本发明实施例4高尔夫推杆过程中球可能运动轨迹的显示，通过一条和高尔夫杆面相垂直的直线来表示推杆准备时高尔夫球的运动方向，信息采集装置101采用摄像机，处理器(图中未标示)采用外部单独的PC，投影设备103采用激光发射装置，摄像机用于捕捉高尔夫球杆杆面图像并向PC发送图像，PC根据高尔夫球杆杆面图像计算高尔夫球杆杆面朝向，高尔夫球杆杆面朝向计算方法可参照US20130190098所述采用在杆面上放置标志物的方法进行，PC根据高尔夫球杆杆面的朝向计算高尔夫球的运动角度，PC根据高尔夫球的运动角度定义线并计算线的角度，再根据线的角度计算控制信息(激光灯应旋转的角度)，PC将控制信息发送至激光发射装置，激光发射装置安装于人体正上方，并向地面投影激光线801，激光线801通过球放置位置且实时表示高尔夫球的运动方向。
实施例5：
如图10所示，本发明实施例5用于人体在高尔夫挥杆过程中肩部旋转角的显示，在用户前投影一条与人体肩部实时保持平行的线以描述肩部的转动角度。所述信息采集装置101采用惯性传感器，惯性传感器包括加速度计、陀螺仪和磁力计，本实施例设有两个惯性传感器，其中一个惯性传感器1011设置于人体的背部靠近肩部的位置以测定人体肩部的姿态信息，另一个惯性传感器1012设置于高尔夫球杆杆头位置用于测定高尔夫球杆杆头的运动信息，所述处理器102采用外部单独的PC(personal computer的简称)，所述投影设备103采用激光发射装置，本实施例还包括一红外传感器被设置于地面用于检测高尔夫球杆杆头是否到达于指定位置。本实施例中PC除了计算实施例1所述的人体角度数据及实施例4所述的球杆朝向数据之外，还计算球杆杆头的位置，高尔夫球杆杆头的位置可采用加速度和速度的积分计算，通过高尔夫杆头的位置变化可计算得到高尔夫挥杆过程中完整的运动曲线。
当球员进行高尔夫挥杆练习之前，需作出高尔夫挥杆准备动作，并将高尔夫球杆杆头静止于红外传感器之上，PC接受到红外传感器信息后指示挥杆开始，记录球杆杆头的初始位置，并开始生成预先保存的激光线和实时随肩部运动转动的激光线。球员将预先保存的激光线作为参考并进行挥杆，训练目标为使实时指示肩部转动角度的激光线和预先保存的激光线一致。PC根据高尔夫球杆杆头的运动曲线判断挥杆过程是否完成，并在挥杆完成后再次控制激光发射装置显示球员于本次挥杆过程中的肩部变化的激光线，或者显示在高尔夫球杆杆头运行到某一点时(例如高尔夫球杆杆头运行到杆头运动曲线的最高点)指示肩部角度的激光线。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (17)

1.一种运动视觉呈现系统，其特征在于，包括信息采集装置、处理器和投影设备，所述处理器与信息采集装置通讯相连，所述投影设备与处理器通讯相连，所述信息采集装置将所采集人体姿态信息和/或球杆运动信息或球拍运动信息传送给处理器，所述处理器接收上述信息后计算得出人体姿态数据和/或球杆朝向数据或球拍朝向数据，然后再根据上述数据定义线并计算出线的角度，并根据线的角度计算出控制信息或投影信息，将控制信息或投影信息发送给投影设备，所述投影设备根据控制信息或投影信息以线条或箭头或平面或圆的简单几何图案显示相应图像。
2.根据权利要求1所述的一种运动视觉呈现系统，其特征在于，所述处理器集成于信息采集装置或者集成于投影设备中或者为一PC。
3.根据权利要求1所述的一种运动视觉呈现系统，其特征在于，所述信息采集装置为惯性传感器，所述惯性传感器包括加速度计、陀螺仪、磁力计中的一种或多种，分别测量加速度、角速度和地磁场数据，所述惯性传感器还包括天线用于向处理器无线传输数据，所述惯性传感器放置在人体身上和/或球杆或球拍上，采集人体姿态的信息和/或球杆或球拍运动信息。
4.根据权利要求3所述的一种运动视觉呈现系统，其特征在于，所述惯性传感器放置于人体身上时，放置于人体肩部、背部、髋部、手腕、膝盖或头部。
5.根据权利要求1所述的一种运动视觉呈现系统，其特征在于，所述信息采集装置为摄像机，所述摄像机捕捉人体的姿态影像和/或球杆或球拍的运动影像。
6.根据权利要求5所述的一种运动视觉呈现系统，其特征在于，所述摄像机采用3D深度摄像机。
7.根据权利要求1所述的一种运动视觉呈现系统，其特征在于，所述投影设备为激光发射装置、投影仪、VR设备中的一种或多种。
8.根据权利要求7所述的一种运动视觉呈现系统，其特征在于，所述激光发射装置包括激光灯、传动装置、电机和电路板，所述激光灯可向正对的平面投影激光线，所述传动装置设于激光灯和电机之间，所述电机采用步进电机，所述电路板包括天线、微处理器和电机接口，所述电路板接收上述处理器发送的控制信息，控制信息即激光灯应旋转角度，所述电路板的微处理器根据控制信息计算电机的控制脉冲信号，控制电机旋转工作，电机再通过传送装置带动激光灯旋转，如此实现由激光线呈现人体运动过程中的姿态角度变化，和/或呈现球杆、球拍朝向角度变化。
9.根据权利要求8所述的一种运动视觉呈现系统，其特征在于，所述激光发射装置所包括的激光灯、传动装置和电机为两组或两组以上，所述激光灯朝不同方向，可在不同平面上同时显示人体肩部角度、人体髋部角度、人体背部弯曲角度、人体手腕角度、人体膝盖角度、人体手头部角度、球杆或球拍朝向角度。
10.根据权利要求8所述的一种运动视觉呈现系统，其特征在于，所述激光发射装置包括第一电机、第二电机、第一激光灯、第二激光灯、第一传动装置、第二传动装置，其中第一电机通过第一传动装置带动第一激光灯转动，第二电机通过第二传动装置带动第二激光灯转动，所述激光灯每两组朝向同一个方向，可在同一平面上同时提供两条激光线，所述运动视觉呈现系统还包括与处理器连接的信息输入装置和/或存储装置，所述输入装置用于输入预设参考数据，所述存储装置用于存储预设参考数据或历史数据，上述两组激光灯中，第一激光灯用于呈现实时图像，第二激光灯用于呈现预设数据的图像或历史数据的图像，供使用者训练时对比。
11.根据权利要求7所述的一种运动视觉呈现系统，其特征在于，所述投影设备为投影仪或VR设备时，所述运动视觉呈现系统还包括与处理器连接的信息输入装置和/或存储装置，所述输入装置用于输入预设参考数据，所述存储装置用于存储预设参考数据或历史数据，所述处理器同时将实时数据和参考数据或历史数据同时传送给投影仪或VR设备同时显示。
12.根据权利要求1所述的一种运动视觉呈现系统，其特征在于，所述运动视觉呈现系统还包括一红外传感器放置于地面用于检测球杆杆头或球拍拍头是否到达指定位置，所述红外传感器与处理器通讯连接。
13.一种运动视觉呈现方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)信息采集装置采集人体姿态信息和/或球杆运动信息或球拍运动信息；
(2)信息采集装置将采集到的信息传输给处理器；
(3)处理器将上述信息计算得出人体姿态数据和/或球杆朝向数据或球拍朝向数据；
(4)处理器根据上述数据定义线并计算出线的角度；
(5)处理器根据上述线的角度计算激光发射装置的控制信息或者投影仪显示的图像或者VR设备显示的图像；
(6)处理器控制激光发射装置进行转动或者控制投影仪进行图像显示或者控制VR设备进行图像显示。
14.根据权利要求13所述的一种运动视觉呈现方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述数据采集方法包括：
a.所述信息采集装置为惯性传感器时，将惯性传感器固定于人体身上和/或球杆或球拍上，采集人体的惯性信息；
b.所述信息采集装置为摄影机时，使用摄像机捕捉人体的姿态影像和/或球杆或球拍的运动影像。
15.根据权利要求13所述的一种运动视觉呈现方法，其特征在于，当信息采集装置采用惯性传感器时，所述步骤(3)中其人体姿态数据计算步骤为：
a.对角速度进行积分计算四元数；
b.根据加速度和地磁场计算欧拉角；
c.对四元数进行低通滤波，对欧拉角进行高通滤波，两者通过互补滤波法进行姿态计算。
16.根据权利要求13所述的一种运动视觉呈现方法，其特征在于，所述步骤(4)中，处理器计算内容包括以下一种或多种：
a.计算投影在地面上的线的角度，所述线与人体肩部在地面上的投影平行；
b.计算投影在地面上的线的角度，所述线与人体髋部在地面上的投影平行；
c.计算投影在垂直于地面的平面上的线的角度，所述线与人体背部在该平面上的投影平行；
d.计算投影在地面上的线的角度，所述线与球杆杆面或球拍拍面朝向一致。
17.根据权利要求13所述的一种运动视觉呈现方法，其特征在于，所述步骤(5)中，当投影设备采用激光发射装置时，其控制信息计算步骤为：
a.根据线的实时角度与上一时刻的角度差计算激光灯应旋转的角度；
b.根据激光灯应旋转的角度与转动比计算步进电机的旋转角度；
c.根据步进电机的旋转角度计算步进电机的脉冲控制信号。
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