CN106267734A - 一种数字化健身系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数字化健身系统，包括视频采集模块、运动状态采集模块、生命体征采集模块、数据处理模块、动作标准判断模块、动作指导建议输出模块、动作命令识别模块、中央处理器、三维教学模块、人机操作模块、健身结果统计模块、物理模型建立模块、虚拟作动器、虚拟传感器和仿真分析模块。本发明实现了健身动作的自动判定和指导，使用系统自带的三维教学视频的投放功能，可进行教学视频或指导视频的反复播放与学习，大大方便了健身者对于各个动作的反复观摩和理解，提高了健身效率，使得动作更加规范，也减轻了教练的工作量；同时还可以根据每个人的情况通过物理模型和仿真分析结合的方式实现人体情况的综合分析以及针对性的健身计划的规划。
Description
技术领域
本发明涉及健身系统领域，具体涉及一种数字化健身系统。
背景技术
目前，市场上的健身器械大部分没有任何数据系统或者只有简单的单机数据系统，单机的无记忆数据记录难以进行健身数据分析，无法记录全面的健身信息，无法实现专业化的健身建议与指导，无法满足现代人的健身需求，同时在整个健身过程中，人体的情况也无法及时进行监测，也无法根据不同的人体的身体情况制定合理的健身规划。大多采用教练当场进行观察指导的模式，或者采用摄像头进行健身视频的采集，然后在结束健身后，教练进行观察与事后的指导，大部分健身者只能靠自我体会与领悟，健身的效率极其低下，同时健身动作的不规范，一方面会对人体造成影响甚至于伤害，另一方面也容易导致健身效果大打折扣，从而使得健身的积极性下降。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种数字化健身系统，实现了健身动作的自动判定和指导，使用系统自带的三维教学视频的投放功能，可进行教学视频或指导视频的反复播放与学习，大大方便了健身者对于各个动作的反复观摩和理解，提高了健身效率，使得动作更加规范，也减轻了教练的工作量；同时还可以根据每个人的情况通过物理模型和仿真分析结合的方式实现人体情况的综合分析以及针对性的健身计划的规划，且实现了健身数据的分享，使得每个健身人员都可以清楚的了解自身的情况。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种数字化健身系统，包括
视频采集模块，用于进行整个健身过程视频数据以及正在进行教学的教师或交互学习的学生的动作视频的采集，并将获取到的数据通过数据传输模块发送到数据处理模块；
运动状态采集模块，通过设置在腰带壳内的加速度计、陀螺仪和磁力计采集人体在健身时的运动状态数据，通过北斗模块发送到动作标准判断模块，再存储到数据库中；
生命体征采集模块，包括套在大拇指所处位置的指套式光电传感器、佩戴在手腕上的温度传感器，用于进行健身过程中人体生命体征数据的采集，并将采集到的数据通过北斗模块发送到中央处理器；
数据处理模块，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S03矩阵信息；还用于对接收到的视频数据进行全景视频的拼接，将拼接完成的视频数据储存于数据库内；
动作标准判断模块，用于将计算所得的骨骼对的角度旋转移动S03矩阵信息与标准动作数据库内录制的标准动作信息进行比较，如果差距小于某个门限，则认为标准，否则认为不标准；用于将接收到的运动状态采集数据与标准动作数据库内的标准运动状态特征数据进行相似度对比后，输出相似度值，小于90％视为不标准；
动作指导建议输出模块，根据动作标准判断模块的评估结果进行指导，用于指导意见的输出，同时将指导意见储存在相应的数据库内，并通过短信编辑模块发送到对应的健身者的移动终端；
动作命令识别模块，用于将所获取的的骨骼信息与动作控制命令数据库内的骨骼信息进行比较，并将相似度最高的控制命令输出至中央处理器；
中央处理器，用于接收人机操作模块以及动作命令识别模块输入的控制命令，并按照预设的算法将这些控制命令发送到指定的模块；用于根据人机操作模块输入的数据调用命令在数据库内调用相应的数据发送到显示屏或指定的移动终端进行显示；用于将视频采集模块、运动状态采集模块、生命体征数据所采集到的数据转换成物理模型建立模块所能识别的格式发送到物理模型建立模块；用于根据接收到的生命体征数据进行报警模块控制命令的发送；还用于用户注册、权限管理以及密码修改；还用于协调各模块工作；
三维教学模块，包括空气屏幕生成系统、若干组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场景、动态三维模型、互动三维模型；
人机操作模块，用于用户登录，输入各种控制命令以及待储存数据；
健身结果统计模块，用于按月按季度的健身结果统计数据的汇总，方便健身者查询运动情况，包含每个动作健身的次数、匹配值、动作纠正指导意见；
物理模型建立模块，用于根据中央处理器发送的数据和命令生成健身物理模型；
虚拟作动器，用于驱动参数变化的，与物理模型建立模块中的各元素建立关系后，可以在指定的范围内对参数进行变动，从而可以驱动仿真分析方法针对不同的参数进行计算求解；
虚拟传感器，为在健身物理模型中插入的能直接获取相应的结果或信息的目标的逻辑单元；
仿真分析模块，内设有各种仿真分析方法和仿真分析算法；
虚拟作动器通过循环执行仿真分析模块，将结果反馈给仿真分析模块，仿真分析模块自动提取结果发送给虚拟传感器，所述虚拟传感器接收结果并自动显示数据。
优选地，所述视频采集模块包括底座以及安装在底座上的电动伸缩杆，电动伸缩上架设有一个球体装置，球体装置上均匀安装有N个鱼眼镜头，N至少为四个，鱼眼镜头拍摄的视频数据的水平角度为360°/N的水平角度，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，所述全景视频的拼接包括投影(含柱面投影和球面投影)、图形对齐拼接和畸变校正。
优选地，还包括一数据共享模块，用于通过下载或打印的方式实现数据的共享。
优选地，还包括一个显示屏，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，所述素材数据库内储存有各种健身动作视频、动作图片、动作模型。
本发明具有以下特点与优势：
实现了健身动作的自动判定和指导，使用系统自带的三维教学视频的投放功能，可进行教学视频或指导视频的反复播放与学习，大大方便了健身者对于各个动作的反复观摩和理解，提高了健身效率，使得动作更加规范，也减轻了教练的工作量；同时还可以根据每个人的情况通过物理模型和仿真分析结合的方式实现人体情况的综合分析以及针对性的健身计划的规划，且实现了健身数据的分享，使得每个健身人员都可以清楚的了解自身的情况。
附图说明
图1为本发明实施例一种数字化健身系统的系统框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点阐述得更加清晰，以下结合实例对此进行更深一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实例提供了一种数字化健身系统，包括
视频采集模块，用于进行整个健身过程视频数据以及正在进行教学的教师或交互学习的学生的动作视频的采集，并将获取到的数据通过数据传输模块发送到数据处理模块；
运动状态采集模块，通过设置在腰带壳内的加速度计、陀螺仪和磁力计采集人体在健身时的运动状态数据，通过北斗模块发送到动作标准判断模块，再存储到数据库中；
生命体征采集模块，包括套在大拇指所处位置的指套式光电传感器、佩戴在手腕上的温度传感器，用于进行健身过程中人体生命体征数据的采集，并将采集到的数据通过北斗模块发送到中央处理器；
数据处理模块，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S03矩阵信息；还用于对接收到的视频数据进行全景视频的拼接，将拼接完成的视频数据储存于数据库内；
动作标准判断模块，用于将计算所得的骨骼对的角度旋转移动S03矩阵信息与标准动作数据库内录制的标准动作信息进行比较，如果差距小于某个门限，则认为标准，否则认为不标准；用于将接收到的运动状态采集数据与标准动作数据库内的标准运动状态特征数据进行相似度对比后，输出相似度值，小于90％视为不标准；
动作指导建议输出模块，根据动作标准判断模块的评估结果进行指导，用于指导意见的输出，同时将指导意见储存在相应的数据库内，并通过短信编辑模块发送到对应的健身者的移动终端；
动作命令识别模块，用于将所获取的的骨骼信息与动作控制命令数据库内的骨骼信息进行比较，并将相似度最高的控制命令输出至中央处理器；
中央处理器，用于接收人机操作模块以及动作命令识别模块输入的控制命令，并按照预设的算法将这些控制命令发送到指定的模块；用于根据人机操作模块输入的数据调用命令在数据库内调用相应的数据发送到显示屏或指定的移动终端进行显示；用于将视频采集模块、运动状态采集模块、生命体征数据所采集到的数据转换成物理模型建立模块所能识别的格式发送到物理模型建立模块；用于根据接收到的生命体征数据进行报警模块控制命令的发送；还用于用户注册、权限管理以及密码修改；还用于协调各模块工作；
三维教学模块，包括空气屏幕生成系统、若干组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场景、动态三维模型、互动三维模型；
人机操作模块，用于用户登录，输入各种控制命令以及待储存数据；
健身结果统计模块，用于按月按季度的健身结果统计数据的汇总，方便健身者查询运动情况，包含每个动作健身的次数、匹配值、动作纠正指导意见；
物理模型建立模块，用于根据中央处理器发送的数据和命令生成健身物理模型；
虚拟作动器，用于驱动参数变化的，与物理模型建立模块中的各元素建立关系后，可以在指定的范围内对参数进行变动，从而可以驱动仿真分析方法针对不同的参数进行计算求解；
虚拟传感器，为在健身物理模型中插入的能直接获取相应的结果或信息的目标的逻辑单元；比如虚拟温度传感器、虚拟光电传感器、虚拟加速度计、虚拟陀螺仪和虚拟磁力计；
仿真分析模块，内设有各种仿真分析方法和仿真分析算法；
虚拟作动器通过循环执行仿真分析模块，将结果反馈给仿真分析模块，仿真分析模块自动提取结果发送给虚拟传感器，所述虚拟传感器接收结果并自动显示数据。
所述视频采集模块包括底座以及安装在底座上的电动伸缩杆，电动伸缩上架设有一个球体装置，球体装置上均匀安装有N个鱼眼镜头，N至少为四个，鱼眼镜头拍摄的视频数据的水平角度为360°/N的水平角度，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，每个鱼眼镜头内均带有北斗模块。
所述全景视频的拼接包括投影(含柱面投影和球面投影)、图形对齐拼接和畸变校正。
还包括一数据共享模块，用于通过下载或打印的方式实现数据的共享。
还包括一个显示屏，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。
所述素材数据库内储存有各种健身动作视频、动作图片、动作模型。
本具体实施实现了健身动作的自动判定和指导，使用系统自带的三维教学视频的投放功能，可进行教学视频或指导视频的反复播放与学习，大大方便了健身者对于各个动作的反复观摩和理解，提高了健身效率，使得动作更加规范，也减轻了教练的工作量；通过仿真分析模块、虚拟作动器和虚拟传感器的自定义，系统物理模型的建立，实现了人体情况的综合分析以及针对性的健身计划的规划；通过数据共享模块的设计实现了健身数据的分享，使得每个健身人员都可以清楚的了解自身的情况。
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 (7)
1.一种数字化健身系统，其特征在于，包括
视频采集模块，用于进行整个健身过程视频数据以及正在进行教学的教师或交互学习的学生的动作视频的采集，并将获取到的数据通过数据传输模块发送到数据处理模块；
运动状态采集模块，通过设置在腰带壳内的加速度计、陀螺仪和磁力计采集人体在健身时的运动状态数据，通过北斗模块发送到动作标准判断模块，再存储到数据库中；
生命体征采集模块，包括套在大拇指所处位置的指套式光电传感器、佩戴在手腕上的温度传感器，用于进行健身过程中人体生命体征数据的采集，并将采集到的数据通过北斗模块发送到中央处理器；
数据处理模块，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S03矩阵信息；还用于对接收到的视频数据进行全景视频的拼接，将拼接完成的视频数据储存于数据库内；
动作标准判断模块，用于将计算所得的骨骼对的角度旋转移动S03矩阵信息与标准动作数据库内录制的标准动作信息进行比较，如果差距小于某个门限，则认为标准，否则认为不标准；用于将接收到的运动状态采集数据与标准动作数据库内的标准运动状态特征数据进行相似度对比后，输出相似度值，小于90％视为不标准；
动作指导建议输出模块，根据动作标准判断模块的评估结果进行指导，用于指导意见的输出，同时将指导意见储存在相应的数据库内，并通过短信编辑模块发送到对应的健身者的移动终端；
动作命令识别模块，用于将所获取的的骨骼信息与动作控制命令数据库内的骨骼信息进行比较，并将相似度最高的控制命令输出至中央处理器；
中央处理器，用于接收人机操作模块以及动作命令识别模块输入的控制命令，并按照预设的算法将这些控制命令发送到指定的模块；用于根据人机操作模块输入的数据调用命令在数据库内调用相应的数据发送到显示屏或指定的移动终端进行显示；用于将视频采集模块、运动状态采集模块、生命体征数据所采集到的数据转换成物理模型建立模块所能识别的格式发送到物理模型建立模块；用于根据接收到的生命体征数据进行报警模块控制命令的发送；还用于用户注册、权限管理以及密码修改；还用于协调各模块工作；
三维教学模块，包括空气屏幕生成系统、若干组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场景、动态三维模型、互动三维模型；
人机操作模块，用于用户登录，输入各种控制命令以及待储存数据；
健身结果统计模块，用于按月按季度的健身结果统计数据的汇总，方便健身者查询运动情况，包含每个动作健身的次数、匹配值、动作纠正指导意见；
物理模型建立模块，用于根据中央处理器发送的数据和命令生成健身物理模型；
虚拟作动器，用于驱动参数变化的，与物理模型建立模块中的各元素建立关系后，可以在指定的范围内对参数进行变动，从而可以驱动仿真分析方法针对不同的参数进行计算求解；
虚拟传感器，为在健身物理模型中插入的能直接获取相应的结果或信息的目标的逻辑单元；
仿真分析模块，内设有各种仿真分析方法和仿真分析算法；
虚拟作动器通过循环执行仿真分析模块，将结果反馈给仿真分析模块，仿真分析模块自动提取结果发送给虚拟传感器，所述虚拟传感器接收结果并自动显示数据。
2.根据权利要求1所述的一种数字化健身系统，其特征在于，所述视频采集模块包括底座以及安装在底座上的电动伸缩杆，电动伸缩上架设有一个球体装置，球体装置上均匀安装有N个鱼眼镜头，N至少为四个，鱼眼镜头拍摄的视频数据的水平角度为360°/N的水平角度，鱼眼镜头拍摄的视频数据的垂直角度为360°/N的垂直角度。
3.根据权利要求2所述的一种数字化健身系统，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，每个鱼眼镜头内均带有北斗模块。
4.根据权利要求1所述的一种数字化健身系统，其特征在于，所述全景视频的拼接包括投影、图形对齐拼接和畸变校正。
5.根据权利要求1所述的一种数字化健身系统，其特征在于，还包括一数据共享模块，用于通过下载或打印的方式实现数据的共享。
6.根据权利要求1所述的一种数字化健身系统，其特征在于，还包括一个显示屏，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所述的一种数字化健身系统，其特征在于，所述素材数据库内储存有各种健身动作视频、动作图片、动作模型。
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