CN111309154A - 一种基于5g远程人体动作互动教育系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于5G远程人体动作互动教育系统，包括：包括，教练端、学员端、信息交互模块、云端处理器；教练端包括若干个教练传感器；教练传感器捕捉教练动作；信息交互模块将教练传感器捕捉教练动作信息传输给云端处理器；云端处理器包括信息获取模块、后台模块、输出模块；接收模块接收惯性教练传感器捕捉教练动作信息；后台模块根据教练动作信息建立教练三维模型，形成动作学习套件；输出信息将动作学习套件通过信息交互模块输出给显示模块；显示模块接收动作学习套件，并在客户端进行显示。其优点在于精确获取教练的动作数据，3D动作模式，并且可以实现自我评估和远程对战等多种武术教学模式。

Description

一种基于5G远程人体动作互动教育系统
技术领域
本发明属于互动教育领域。
背景技术
现在互动教育系统均是通过摄像机做人体捕捉，包含互动舞蹈这些，都是画面上有教练在做动作，学员根据教程做动作，然后摄像机捕捉后经过计算机视觉捕捉图像后判断与矫正动作。该类型类动作捕捉与采集只适合用作娱乐型的软件对于入体育武术这类动作精确度要求高的场景就无法满足要求。由于通常的教育系统只能演示性质的教学，起不到应有的作用，很多用户采购了后反应很不好，因为如武术这类动作要求是人体要经过长期锻炼后形成肌肉记忆，这个本身是一个三维空间的自由运动，要进行走，跑，跳跃等诸多动作，期间肢体要求来回转动，要进行长时间学习和动作矫正。需要教练学员长时间的进行教学，但教育资源总归有限，所以能够得到专业培训的人很少，不利于比如武术这一类高难度的体育运动推广。
现有动作视频教育最大问题是场景捕捉一般需要连接外部设备,而Kinect捕获人体深度图像及骨骼信息，但这种设备只能看到学员动作，但对于在指导的时候只能是2D图像指导，而动作是在三维空间自由的运动，无法有效指导。
发明内容
本发明要解决的问题在于提供一种基于5G远程人体动作互动教育系统，精确获取教练的动作数据，3D动作模式，并且可以实现自我评估和远程对战等多种武术教学模式；克服现有技术的缺陷。
本发明提供一种基于5G远程人体动作互动教育系统，包括：包括，教练端、学员端、信息交互模块、云端处理器；教练端包括若干个教练传感器；教练传感器捕捉教练动作；信息交互模块将教练传感器捕捉教练动作信息传输给云端处理器；云端处理器包括信息获取模块、后台模块、输出模块；接收模块接收惯性教练传感器捕捉教练动作信息；后台模块根据教练动作信息建立教练三维模型，形成动作学习套件；输出信息将动作学习套件通过信息交互模块输出给显示模块；显示模块接收动作学习套件，并在客户端进行显示。
进一步，本发明提供一种基于5G远程人体动作互动教育系统，还可以具有这样的特征：学员端包括若干个学员传感器；学员传感器捕捉学员动作；信息交互模块将学员传感器捕捉学员动作信息传输给云端处理器；云端处理器还包括学习评价模块；学习评价模块对比教练动作信息和学员动作信息；输出信息将学习评价模块对比结果在教练端、学员端显示。
进一步，本发明提供一种基于5G远程人体动作互动教育系统，还可以具有这样的特征：学习评价模块还将各个学员的对比结果进行汇总、分类；输出信息将汇总分类的信息通过信息交互模块传输给教练端和学员端。
进一步，本发明提供一种基于5G远程人体动作互动教育系统，还可以具有这样的特征：学员端包括若干个驱动器；驱动器绑在学员身体相应的位置；驱动器获取云端处理器中教练动作信息；当学员动作与教练动作信息不一致时，驱动器给出驱动指向。
进一步，本发明提供一种基于5G远程人体动作互动教育系统，还可以具有这样的特征：云端处理器还包括体格转换模块；教练端还采集教练的体格信息，教练的体格信息通过信息交互模块传输给云端处理器；学员端还采集学员的体格信息；学员的体格信息通过信息交互模块传输给云端处理器；体格转换模块根据教练的体格信息和学员的体格信息，将教练动作信息转化为与当前学员体格相匹配的动作信息。
进一步，本发明提供一种基于5G远程人体动作互动教育系统，还可以具有这样的特征：云端处理器还包括同步画面处理；后台模块根据教练动作信息建立教练三维模型，后台模块根据学员动作信息建立学员三维模型，远端处理器将教练三维模型和学员三维模型进行同步画面处理；并将获得的同步画面。输出模块将同步画面通过信息交互模块传输给教练端和学员端显示。
进一步，本发明提供一种基于5G远程人体动作互动教育系统，还可以具有这样的特征：教练端和学员端显示为基于Matlab可视化显示模块。
进一步，本发明提供一种基于5G远程人体动作互动教育系统，还可以具有这样的特征：传感器包括Sense HAT集成传感器、陀螺仪、加速计、惯性传感器。
进一步，本发明提供一种基于5G远程人体动作互动教育系统，还可以具有这样的特征：信息交互模块为5G传输模块。
附图说明
图1为基于5G远程人体动作互动教育系统的结构图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明做进一步说明。
图1为基于5G远程人体动作互动教育系统的结构图。
如图1所示，基于5G远程人体动作互动教育系统，包括：教练端、学员端、信息交互模块、云端处理器。
本实施例中，教练端包括8个教练传感器、采集模块和显示模块。8个教练传感器可以绑在教练关节等重要的身体位置，捕捉教练动作信息。传感器包括Sense HAT集成传感器、陀螺仪、加速计、惯性传感器。采集模块采集教练体格信息，如身高、体重、臂长、大腿长度、小腿长度等；还可以采集年龄等其他相关信息。显示模块为基于Matlab可视化显示模块。
本实施例中，信息交互模块采用5G传输模块，将教练端采集到的教练动作信息和体格信息传输给云端处理器。
云端处理器包括信息获取模块、后台模块、输出模块。端处理器是基于树莓派开发的，树莓派由注册于英国的慈善组织“Raspberry Pi基金会”开发，它是一款基于ARM的微型电脑主板，以SD/MicroSD卡为内存硬盘，卡片主板周围有1/2/4个USB接口和一个10/100以太网接口(A型没有网口)，可连接键盘、鼠标和网线，同时拥有视频模拟信号的电视输出接口和HDMI高清视频输出接口，以上部件全部整合在一张仅比信用卡稍大的主板上，具备所有PC的基本功能只需接通电视机和键盘，就能执行如电子表格、文字处理、玩游戏、播放高清视频等诸多功能。Raspberry Pi B款只提供电脑板，无内存、电源、键盘、机箱或连线。用Python为主要开发语言。
接收模块接收惯性教练传感器捕捉教练动作信息；后台模块根据教练动作信息建立教练三维模型，形成动作学习套件；输出信息将动作学习套件通过信息交互模块输出给显示模块；显示模块接收动作学习套件，并在客户端进行显示，供学员学习，教练可以在线指导，也可以让学员离线训练。
不仅如此，基于5G远程人体动作互动教育系统的学员端也包括8个学员传感器、采集模块和显示模块。8个教练传感器可以绑在学生相应的关节位置，捕捉学员动作信息。采集模块采集教练体格信息，如身高、体重、臂长、大腿长度、小腿长度等；还可以采集年龄、学习时间等其他相关信息。
信息交互模块将学员端采集到的学员动作信息和体格信息传输给云端处理器。
云端处理器还包括学习评价模块。学习评价模块对比教练动作信息和学员动作信息；输出信息将学习评价模块对比结果在教练端、学员端显示。这样不仅仅通过教练的目测评估，通过精准的数据评估更准确，学员也可以自己进行动作矫正。
由于教练和学员存在体格差异，为了更精确的进行数据对比，云端处理器还包括体格转换模块。体格转换模块根据教练的体格信息和学员的体格信息，如身高比例，将教练动作信息按比例转化为与当前学员体格相匹配的动作信息，在进行数据对比，这样更精确。
云端处理器还包括同步画面处理。后台模块根据教练动作信息建立教练三维模型，后台模块根据学员动作信息建立学员三维模型。远端处理器将教练三维模型和学员三维模型进行同步画面处理；并将获得的同步画面。输出模块将同步画面通过信息交互模块传输给教练端和学员端显示，从而实现远程对战模式，避免了只是重复教练动作的训练模式。
当然，教练端和学员端并不是只有一个，可以多对多的模式进行，当然也可以锁定一对一模式。云端处理器可以处理多个教练端和学员端的需求。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种基于5G远程人体动作互动教育系统，其特征在于：包括，教练端、学员端、信息交互模块、云端处理器；
其中，所述教练端包括若干个教练传感器；所述教练传感器捕捉教练动作；
所述信息交互模块将所述教练传感器捕捉教练动作信息传输给所述云端处理器；
所述云端处理器包括信息获取模块、后台模块、输出模块；
所述接收模块接收所述惯性教练传感器捕捉教练动作信息；
所述后台模块根据教练动作信息建立教练三维模型，形成动作学习套件；
所述输出信息将所述动作学习套件通过所述信息交互模块输出给所述显示模块；
所述显示模块接收所述动作学习套件，并在客户端进行显示。
2.如权利要求1所述的基于5G远程人体动作互动教育系统，其特征在于：
其中，所述学员端包括若干个学员传感器；所述学员传感器捕捉学员动作；
所述信息交互模块将所述学员传感器捕捉学员动作信息传输给所述云端处理器；
所述云端处理器还包括学习评价模块；
所述学习评价模块对比教练动作信息和学员动作信息；
所述输出信息将所述学习评价模块对比结果在所述教练端、所述学员端显示。
3.如权利要求2所述的基于5G远程人体动作互动教育系统，其特征在于：
其中，所述学习评价模块还将各个学员的对比结果进行汇总、分类；所述输出信息将汇总分类的信息通过信息交互模块传输给教练端和学员端。
4.如权利要求1所述的基于5G远程人体动作互动教育系统，其特征在于：
其中，所述学员端包括若干个驱动器；所述驱动器绑在学员身体相应的位置；
所述驱动器获取所述云端处理器中教练动作信息；
当学员动作与教练动作信息不一致时，所述驱动器给出驱动指向。
5.如权利要求2所述的基于5G远程人体动作互动教育系统，其特征在于：
其中，所述云端处理器还包括体格转换模块；
所述教练端还采集教练的体格信息，教练的体格信息通过信息交互模块传输给云端处理器；
所述学员端还采集学员的体格信息；学员的体格信息通过信息交互模块传输给云端处理器；
所述体格转换模块根据教练的体格信息和学员的体格信息，将教练动作信息转化为与当前学员体格相匹配的动作信息。
6.如权利要求2所述的基于5G远程人体动作互动教育系统，其特征在于：
其中，所述云端处理器还包括同步画面处理；
所述后台模块根据教练动作信息建立教练三维模型，所述后台模块根据学员动作信息建立学员三维模型，
所述远端处理器将所述教练三维模型和所述学员三维模型进行同步画面处理；并将获得的同步画面。
输出模块将同步画面通过信息交互模块传输给教练端和学员端显示。
7.如权利要求1所述的基于5G远程人体动作互动教育系统，其特征在于：
其中，教练端和学员端显示为基于Matlab可视化显示模块。
8.如权利要求1所述的基于5G远程人体动作互动教育系统，其特征在于：
其中，所述传感器包括Sense HAT集成传感器、陀螺仪、加速计、惯性传感器。
9.如权利要求1所述的基于5G远程人体动作互动教育系统，其特征在于：
其中，所述信息交互模块为5G传输模块。
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