CN106166376A - 简化24式太极拳综合训练系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种简化24式太极拳综合训练系统，包括人机操作模块，视频采集模块，体感控制模块，数据处理模块，动作标准评估模块，动作指导建议输出模块，人工专家指导模块，中央处理器，节奏契合度评估模块，空气投影训练教学模块。本发明实现了太极拳动作的自动判定评估和指导，且在可以在训练学习的过程中的采用三维投放的形式进行教学视频或指导视频的播放，并将理论知识穿插在其中，大大方便了训练者对于各个动作的反复观摩和理解，提高了训练效率，使得动作更加规范，同时也减轻了教师的工作量；还可以营造各种训练的背景，也可以建立一个虚拟的三维模型进行陪练，提高了动作训练过程中的趣味性。
Description
技术领域
本发明涉及太极拳训练领域，具体涉及一种简化24式太极拳综合训练系统。
背景技术
太极拳在我国是民族文化和传统体育的象征，是集气功和武术于一体的强身健体、修身养性、自卫防身等功效的体育项目。在竞争加剧的现代社会生活中，太极拳对人体健康的作用已被各界人士所认识。简化24式太极拳从1956年诞生后，由于简单易学、健身效果突出，随后就成为高校武术教学主要内容之一。经过50多年的推广，目前简化24式太极拳已成为全世界推广最为普及的武术套路。
目前，影响简化24式太极拳普及与推广的因素主要因素
1、任课教师简化24式太极拳的演练水平不高，对太极拳每个动作攻防含义理解不深、不透；
2、普遍采用教师现场进行演示、观察指导的模式，或者采用摄像头进行训练视频的采集，然后在结束训练后，教练进行观察指导，大部分人只能靠自我体会与领悟，这种情况导致了太极拳训练的效率极其低下，造成了大多数人太极拳动作的不规范。
3、理论知识的教学空洞乏味，训练的过程也较为乏味，很容易让学生失去学习的兴趣；
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了简化24式太极拳综合训练系统，实现了太极拳动作的自动判定评估和指导，且可以在训练学习的过程中的采用三维投放的形式进行教学视频或指导视频的播放，并将理论知识穿插在其中，大大方便了训练者对于各个动作的反复观摩和理解，提高了训练效率，使得动作更加规范，同时也减轻了教师的工作量；还可以营造各种训练的背景，也可以建立一个虚拟的三维模型进行陪练，提高了动作训练过程中的趣味性。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
简化24式太极拳综合训练系统，包括
人机操作模块，用于用户登录，输入各种控制命令；
视频采集模块，用于进行整个训练过程视频数据的采集，并将采集到的数据通过北斗模块发送到数据处理模块；
体感控制模块，通过设置在腕带内的加速度计、陀螺仪和磁力计进行体感控制数据的采集，并将采集到的体感控制数据通过北斗模块发送到中央处理器；
数据处理模块，用于通过kinect深度传感器进行骨骼信息获取；还用于消除锁获得骨骼信息的抖动和噪声干扰，并计算获取所有骨骼对的角度旋转移动矩阵信息；还用于进行全景视频的拼接，并将拼接完成的视频数据发送到中央处理器；所述全景视频的拼接包括投影、图形对齐拼接和畸变校正，或者，包括投影和图形对齐拼接，投影包括柱面投影和球面投影；
动作标准评估模块，用于将计算所得的骨骼对的角度旋转移动矩阵信息与标准动作数据库内录制的标准动作信息进行相似度对比，输出各个评估标准的相似度值，将所得的评估结果发送到动作指导建议输出模块和人工专家指导模块，并发送到中央处理器；
动作指导建议输出模块，用于将动作标准判断模块的评估结果与指导意见内的经典指导训练模型进行匹配，并将匹配结果按相似度从高到低排列后发送到显示屏进行显示；
人工专家指导模块，用于通过人工专家对动作标准判断模块的评估结果进行指导性意见的输出，并将输出的指导意见发送到中央处理器；
中央处理器，用于将接收到的数据按用户登录数据进行一一匹配后储存于对应的数据库内；用于将接收到的全景视频数据转换成3D投影仪所能识别的格式发送到3D投影仪；用于根据人机操作模块和体感控制模块输入的各种控制命令，并按照预设的算法发送到指定的模块；还用于用户注册、权限管理以及密码修改；
节奏契合度评估模块，用于根据预设的算法进行太极拳动作以及伴奏的节奏特征数据的提取，根据所得的节奏特征绘制太极拳动作节奏曲线和伴奏音乐节奏曲线，并将两条曲线进行相似度对比，如果差距小于某个门限，则认为契合度高，否则认为契合度低；
空气投影训练教学模块，包括空气屏幕系统、六组3D投影仪、音乐背景播放模块和素材数据库，用于根据中央处理器发送的控制命令从素材数据库内调用相应的数据建立各种动态三维模型和场景；还用于根据中央处理器发送的数据以及控制命令建立各种动态三维模型。
优选地，所述评估标准至少包括手臂与身体之间的角度、手型、手腕与手臂之间的角度、大臂和小臂之间的角度、大腿与小腿之间的角度、下半身与上半身之间的角度。
优选地，所述视频采集模块包括架设在电信杆上的一个球体装置，球体装置上均匀安装有N个鱼眼镜头，N至少为四个，所述鱼眼镜头拍摄的视频数据的水平角度为360°/N的水平角度，所述鱼眼镜头拍摄的视频数据的垂直角度为360°/N的垂直角度。
优选地，鱼眼镜头采用焦距短、前镜片直径小且呈抛物面状凸出的超广角镜头，每个鱼眼镜头内均带有北斗模块。
优选地，所述素材数据库至少包括太极拳标准动作数据库、太极拳理论知识数据库、太极拳背景音乐数据库、场景数据库。
优选地，还包括显示屏，用于显示各种采集到的数据，以及人机操作模块调用的数据。
优选地，所述人机操作模块包括图片输入模块、语音输入模块和文字输入模块。
优选地，所述语音输入模块采用麦克风，文字输入模块采用手写板和键盘，所述图片输入模块采用扫描仪、摄像头或USB接口导入。
本发明具有以下有益效果：
实现了太极拳动作的自动判定评估和指导，且在可以在训练学习的过程中的采用三维投放的形式进行教学视频或指导视频的播放，并将理论知识穿插在其中，大大方便了训练者对于各个动作的反复观摩和理解，提高了训练效率，使得动作更加规范，同时也减轻了教师的工作量；还可以营造各种训练的背景，也可以建立一个虚拟的三维模型进行陪练，提高了动作训练过程中的趣味性。
附图说明
图1为本发明实施例简化24式太极拳综合训练系统的系统框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例提供了简化24式太极拳综合训练系统，包括
人机操作模块，用于用户登录，输入各种控制命令；
视频采集模块，用于进行整个训练过程视频数据的采集，并将采集到的数据通过北斗模块发送到数据处理模块；
体感控制模块，通过设置在腕带内的加速度计、陀螺仪和磁力计进行体感控制数据的采集，并将采集到的体感控制数据通过北斗模块发送到中央处理器；
数据处理模块，用于通过kinect深度传感器进行骨骼信息获取；还用于消除所获得骨骼信息的抖动和噪声干扰，并计算获取所有骨骼对的角度旋转移动矩阵信息；还用于进行全景视频的拼接，并将拼接完成的视频数据发送到中央处理器；所述全景视频的拼接包括投影、图形对齐拼接和畸变校正，或者，包括投影和图形对齐拼接，投影包括柱面投影和球面投影；
动作标准评估模块，用于将计算所得的骨骼对的角度旋转移动矩阵信息与标准动作数据库内录制的标准动作信息进行相似度对比，输出各个评估标准的相似度值，将所得的评估结果发送到动作指导建议输出模块和人工专家指导模块，并发送到中央处理器；
动作指导建议输出模块，用于将动作标准判断模块的评估结果与指导意见内的经典指导训练模型进行匹配，并将匹配结果按相似度从高到低排列后发送到显示屏进行显示；
人工专家指导模块，用于通过人工专家对动作标准判断模块的评估结果进行指导性意见的输出，并将输出的指导意见发送到中央处理器；
中央处理器，用于将接收到的数据按用户登录数据进行一一匹配后储存于对应的数据库内；用于将接收到的全景视频数据转换成3D投影仪所能识别的格式发送到3D投影仪；用于根据人机操作模块和体感控制模块输入的各种控制命令，并按照预设的算法发送到指定的模块；还用于用户注册、权限管理以及密码修改；
节奏契合度评估模块，用于根据预设的算法进行太极拳动作以及伴奏的节奏特征数据的提取，根据所得的节奏特征绘制太极拳动作节奏曲线和伴奏音乐节奏曲线，并将两条曲线进行相似度对比，如果差距小于某个门限，则认为契合度高，否则认为契合度低；
空气投影训练教学模块，包括空气屏幕系统、六组3D投影仪、音乐背景播放模块和素材数据库，用于根据中央处理器发送的控制命令从素材数据库内调用相应的数据建立各种动态三维模型和场景；还用于根据中央处理器发送的数据以及控制命令建立各种动态三维模型。
所述评估标准至少包括手臂与身体之间的角度、手型、手腕与手臂之间的角度、大臂和小臂之间的角度、大腿与小腿之间的角度、下半身与上半身之间的角度。
所述视频采集模块包括架设在电信杆上的一个球体装置，球体装置上均匀安装有N个鱼眼镜头，N至少为四个，所述鱼眼镜头拍摄的视频数据的水平角度为360°/N的水平角度，所述鱼眼镜头拍摄的视频数据的垂直角度为360°/N的垂直角度。
鱼眼镜头采用焦距短、前镜片直径小且呈抛物面状凸出的超广角镜头，每个鱼眼镜头内均在带北斗模块。
所述素材数据库至少包括太极拳标准动作数据库、太极拳理论知识数据库、太极拳背景音乐数据库、场景数据库。
还包括一显示屏，用于显示各种采集到的数据，以及人机操作模块调用的数据。
所述人机操作模块包括图片输入模块、语音输入模块和文字输入模块。
所述语音输入模块采用麦克风，文字输入模块采用手写板和键盘，所述图片输入模块采用扫描仪、摄像头或USB接口导入。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.简化24式太极拳综合训练系统，其特征在于，包括
人机操作模块，用于用户登录，输入各种控制命令；
视频采集模块，用于进行整个训练过程视频数据的采集，并将采集到的数据通过北斗模块发送到数据处理模块；
体感控制模块，通过设置在腕带内的加速度计、陀螺仪和磁力计进行体感控制数据的采集，并将采集到的体感控制数据通过北斗模块发送到中央处理器；
数据处理模块，用于通过kinect深度传感器进行骨骼信息获取；还用于消除锁获得骨骼信息的抖动和噪声干扰，并计算获取所有骨骼对的角度旋转移动矩阵信息；还用于进行全景视频的拼接，并将拼接完成的视频数据发送到中央处理器；
动作标准评估模块，用于将计算所得的骨骼对的角度旋转移动矩阵信息与标准动作数据库内录制的标准动作信息进行相似度对比，输出各个评估标准的相似度值，将所得的评估结果发送到动作指导建议输出模块和人工专家指导模块，并发送到中央处理器；
动作指导建议输出模块，用于将动作标准判断模块的评估结果与指导意见内的经典指导训练模型进行匹配，并将匹配结果按相似度从高到低排列后发送到显示屏进行显示；
人工专家指导模块，用于通过人工专家对动作标准判断模块的评估结果进行指导性意见的输出，并将输出的指导意见发送到中央处理器；
中央处理器，用于将接收到的数据按用户登录数据进行一一匹配后储存于对应的数据库内；用于将接收到的全景视频数据转换成3D投影仪所能识别的格式发送到3D投影仪；用于根据人机操作模块和体感控制模块输入的各种控制命令，并按照预设的算法发送到指定的模块；还用于用户注册、权限管理以及密码修改；
节奏契合度评估模块，用于根据预设的算法进行太极拳动作以及伴奏的节奏特征数据的提取，根据所得的节奏特征绘制太极拳动作节奏曲线和伴奏音乐节奏曲线，并将两条曲线进行相似度对比，如果差距小于某个门限，则认为契合度高，否则认为契合度低；
空气投影训练教学模块，包括空气屏幕系统、六组3D投影仪、音乐背景播放模块和素材数据库，用于根据中央处理器发送的控制命令从素材数据库内调用相应的数据建立各种动态三维模型和场景；还用于根据中央处理器发送的数据以及控制命令建立各种动态三维模型。
2.根据权利要求1所述的太极拳简化24式综合训练系统，其特征在于，所述评估标准至少包括手臂与身体之间的角度、手型、手腕与手臂之间的角度、大臂和小臂之间的角度、大腿与小腿之间的角度、下半身与上半身之间的角度。
3.根据权利要求1所述的太极拳简化24式综合训练系统，其特征在于，所述视频采集模块包括架设在电信杆上的一个球体装置，球体装置上均匀安装有N个鱼眼镜头，N至少为四个，所述鱼眼镜头拍摄的视频数据的水平角度为360°/N的水平角度，所述鱼眼镜头拍摄的视频数据的垂直角度为360°/N的垂直角度。
4.根据权利要求1所述的太极拳简化24式综合训练系统，其特征在于，鱼眼镜头采用焦距短、前镜片直径小且呈抛物面状凸出的超广角镜头，每个鱼眼镜头内均在带北斗模块。
5.根据权利要求1所述的太极拳简化24式综合训练系统，其特征在于，所述素材数据库至少包括太极拳标准动作数据库、太极拳理论知识数据库、太极拳背景音乐数据库、场景数据库。
6.根据权利要求1所述的太极拳简化24式综合训练系统，其特征在于，还包括一显示屏，用于显示各种采集到的数据，以及人机操作模块调用的数据。
7.根据权利要求1所述的太极拳简化24式综合训练系统，其特征在于，所述人机操作模块包括图片输入模块、语音输入模块和文字输入模块。
8.根据权利要求7所述的太极拳简化24式综合训练系统，其特征在于，所述语音输入模块采用麦克风，文字输入模块采用手写板和键盘，所述图片输入模块采用扫描仪、摄像头或USB接口导入。
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