CN111462576A - 一种书法练习方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

发明公开了一种书法练习方法、装置及系统，包括笔机构和字帖，书写者通过笔机构在字帖上进行书法练习，所述书法练习方法包括：获取书写者的书法轨迹特征，与预设的书法轨迹特征基准进行匹配，得到轨迹特征差异参数，书法轨迹特征响应于笔机构的姿态解算；根据轨迹特征差异参数生成量化评估方案，所述量化评估方案用于指导书写者的书法轨迹特征。进一步地，所述在与预设的书法轨迹特征基准进行匹配之前，在笔机构中对所述书写者的书法轨迹特征进行姿态解算；书写者在书写时可以实时调整当前书写动作，提高了用户书法练习的质量和效率。

Description

一种书法练习方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及书法练习技术领域，尤其涉及一种书法练习方法、装置及系统。

背景技术

书法在中国有着两千多年的悠久历史，几乎伴随了整个中国历史，也对周边国家和民族产生了巨大的影响。作为一门传统艺术，书法承载了悠久的中国文化。毛笔书法作为中国文化的象征符号，加强毛笔书法的教育同时也有助于提升青少年的传统文化素养；但是由于学校中缺乏相应的专业教育，专业书法老师数量有限以及练习者的时间碎片化都给书法练习造成了一定的困难。

因此用户在进行书法练习时，往往是根据主观意识来判断练习字体书写的效果，没有较为稳定和专业的衡量标准去检测用户的练习字体的书写效果，用户在练习过程中根据自身喜爱去练习某些汉字，导致书法练习的针对性较差，不仅会浪费时间与笔墨，而且长期练习还将养成不良的书写习惯，后期改正也非常困难，从而影响了用户书法练习的效果和效率。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种书法练习方法、装置及系统，书写者在书写时可以实时调整当前书写动作，提高了用户书法练习的质量和效率。

本发明提出的一种书法练习方法，包括笔机构和字帖，书写者通过笔机构在字帖上进行书法练习，书法练习方法包括：

获取笔机构上传的书写者的书法轨迹特征，与预设的书法轨迹特征基准进行匹配，得到轨迹特征差异参数，所述书法轨迹特征响应于笔机构的姿态解算。

根据轨迹特征差异参数生成量化评估方案，所述量化评估方案用于指导书写者的书法轨迹特征。

进一步地，在获取笔机构上传的书写者的书法轨迹特征，与预设的书法轨迹特征基准进行匹配，得到轨迹特征差异参数中，其中获取笔机构上传的书写者的书法轨迹特征，具体包括：

获取笔机构上传的书法轨迹曲线，所述书法轨迹曲线响应于笔机构的惯性传感器采集书写者书写时的空间坐标轨迹所生成的曲线；

对所述书法轨迹曲线进行微分运算，得到书写者书写时的特征点速度和特征点加速度；

根据书法轨迹曲线、特征点速度、特征点加速度，得到书写者的书法轨迹特征。

进一步地，在获取笔机构上传的书法轨迹曲线，所述书法轨迹曲线响应于笔机构的惯性传感器采集书写者书写时的空间坐标信息所生成的曲线中，获取笔机构上传的书法轨迹曲线具体包括：

获取滤波后的书法轨迹曲线，所述滤波后的书法轨迹曲线是笔机构对所采集的曲线进行噪声和干扰信号的卡尔曼滤波处理。

进一步地，在获取笔机构上传的书写者的书法轨迹特征，与预设的书法轨迹特征基准进行匹配，得到轨迹特征差异参数中，其中与预设的书法轨迹特征基准进行匹配具体包括：

根据滤波后的书法轨迹曲线、特征点速度和特征点加速度，构建书法轨迹特征的书写信息函数F（x,y,z），F用于表示书写者书写时笔机构在笛卡尔坐标系中三个方向的力值，所述书法信息包含空间坐标轨迹、特征点速度和加速度参数，其中空间坐标轨迹、特征点速度和加速度参数分别对应书写信息函数F在三个方向的力值；

将书写信息函数F与预设的书法轨迹特征基准进行匹配，得到书写信息函数F偏离预设的书法轨迹特征基准的偏移量，所述偏移量作为轨迹特征差异参数。

进一步地，在根据轨迹特征差异参数生成量化评估方案中，包括：

预设轨迹特征差异参数的基准值；

判断计算得到的轨迹特征差异参数是否偏离基准值；

若是，则书写者按照当前书法轨迹特征进行书写；

若否，则根据轨迹特征差异参数生成量化评估方案，重构书写信息函数F。

一种书法练习装置，包括轨迹采集装置、笔机构和上位机，轨迹采集装置固定于笔机构上，轨迹采集装置的输出端与上位机的输入端连接、输入端与笔机构的书写端连接；

轨迹采集装置用于获取书写者的书法轨迹特征，与预设的书法轨迹特征基准进行匹配，得到轨迹特征差异参数，并将轨迹特征差异参数上传到上位机上；

上位机用于根据轨迹特征差异参数生成量化评估方案，所述量化评估方案用于指导书写者的书法轨迹特征。

进一步地，所述轨迹采集装置包括惯性传感器、无线传输器和微控制器（2）， 所述笔机构包括笔头和笔杆，笔头在远离书写端的一端与笔杆的轴向一端连接，笔杆的轴向另一端自由伸长；

轨迹采集装置固设于笔头与笔杆的连接处，惯性传感器的输入端与笔头的书写端连接、输出端与微控制器的输入端连接，微控制器的输出端与无线传输器的输入端连接，无线传输器的输出端与上位机的输入端连接。

一种书法练习系统，包括获取匹配模块、匹配模块和生成模块；

获取匹配模块用于获取笔机构上传的书写者的书法轨迹特征，与预设的书法轨迹特征基准进行匹配，得到轨迹特征差异参数，进入生成模块；

生成模块用于根据轨迹特征差异参数生成量化评估方案，所述量化评估方案用于指导书写者的书法轨迹特征。

一种计算机可读储存介质，所述计算机可读存储介质上存储有若干获取分类程序，所述若干获取分类程序用于被处理器调用并执行以上书法练习方法。

本发明提供的一种书法练习方法、装置及系统的优点在于：本发明结构中提供的一种书法练习方法、装置及系统，书写者可以根据书法大师的范字，及时调整书写状态，实现在书写过程中及时纠正的效果，节省了传统临摹中，书写者在书写完成后需要自己去比对，且只能根据肉眼去判断书写的质量，既浪费时间，又达不到有效练习效果的缺陷；构建书写信息函数和根据三个方向的力值重构笔杆的运动轨迹的操作，可以通过量化评估方案给出专家系统指导提示意见，提醒书写者在接下来书写时应注意的书写笔画的运笔动作，而且便于书法家远程教学，学习者离线学习，可广泛适合家庭及学校使用。

附图说明

图1为本发明一种书法练习方法的流程示意图；

图2为本发明一种书法练习装置的示意图；

图3为轨迹采集装置的示意图；

其中，1-惯性传感器，2-微控制器，3-无线传输器，4-上位机。

具体实施方式

下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

参照图1，本发明提出的一种书法练习方法，包括：

S100：获取笔机构上传的书写者的书法轨迹特征，与预设的书法轨迹特征基准进行匹配，得到轨迹特征差异参数，所述书法轨迹特征响应于笔机构的姿态解算；

在服务器端获取笔机构上传的书写者的书法轨迹特征中，所述书法轨迹特征包括滤波后的书法轨迹曲线、特征点速度和特征点加速度，根据书法轨迹特征构建书写信息函数F（x,y,z），以得到书写者的书法信息，通过书写者的书法信息得到书写者的书法轨迹特征。

在获取书写者的书法轨迹特征时，在笔机构中对所述书写者的书法轨迹特征进行姿态解算和卡尔曼滤波的预处理，将预处理后的书法轨迹特征上传并与预设的书法轨迹特征基准进行匹配，预设的书法轨迹特征基准是书写大师执笔书写的范字，上位机4获取该范字，并储存作为书法轨迹的基准。

在进行匹配时，以书写大师书写汉字时每个笔画上运笔动作视为书法轨迹特征基准，在每次书写时，获取轨迹特征差异参数，书写者（学习者）在书写笔画上的运笔动作处于基准值±0.3-1mm（优选0.5mm）范围内为合格，不处于基准值中的，则重构生成量化评估方案。

S200：根据轨迹特征差异参数生成量化评估方案，所述量化评估方案用于指导书写者的书法轨迹特征。

所述量化评估方案即为根据轨迹特征差异参数对书写者书写时的姿态等进行调整的方案，最终实现指导书写者的书法轨迹特征。

轨迹特征差异参数包括：坐标差值、速度差值、加速度差值参数，坐标差值表征书写者书法笔迹与预设书法笔迹的不匹配度，速度差值表征书写者书法时间与预设建议书法时间的不匹配度，加速度差值表征书写者书法力度与预设标准力度的不匹配度，服务器端根据轨迹特征差异参数中生成针对各个不匹配度的量化评估方案，根据量化评估方案，来指导书写者的书书法轨迹特征。

根据步骤S100至S200中，直接根据笔机构上传的书法轨迹特征，得到当前书写者的书法轨迹特征偏离预设的书法轨迹特征基准的轨迹特征差异参数，根据轨迹特征差异参数可以重构书写者的书写姿态和运笔姿态，同时也可以在笔机构上设置语音播报机构，以提醒使用者的运笔方向和当前运笔的正确性，实时修正书写者的书写姿态，提高了书写者的书法练习质量。

通过步骤S100至S200，书写者可以根据书法大师的范字，及时调整书写状态，实现在书写过程中及时纠正的效果，节省了传统临摹中，书写者在书写完成后需要自己去比对，且只能根据肉眼去判断书写的质量，既浪费时间，又达不到有效练习的效果。

优选地，作为书法练习方法的一具体实施例，包括S101至S107：

S101：服务器端获取笔机构上传的书法轨迹曲线，所述书法轨迹曲线响应于笔机构的惯性传感器采集书写者书写时的空间坐标轨迹所生成的曲线；

笔机构在上传书法轨迹曲线之前，对该书法轨迹曲线进行噪声和干扰信号的卡尔曼滤波处理，将滤波处理后的书法轨迹曲线上传到服务器端上。

S102：服务器端对所述书法轨迹曲线进行微分运算，得到书写者书写时的特征点速度和特征点加速度；

S103：根据滤波后的书法轨迹曲线、特征点速度和特征点加速度，构建书法轨迹特征的书写信息函数F（x,y,z），F用于表示书写者书写时笔机构在笛卡尔坐标系中三个方向的力值，所述书法信息包含空间坐标轨迹、特征点速度和加速度参数，其中空间坐标轨迹、特征点速度和加速度参数分别对应书写信息函数F在三个方向的力。

书法轨迹曲线表征书法者书写汉字时的书写轨迹，特征点速度表示书写者在书写过程中的运笔速度，特征点加速度（惯性力）表征书写者在书写过程的用力大小，因此，由此书法轨迹曲线、特征点速度、特征点加速度可以重构书写者书写过程笔机构的运动轨迹，进而指导书写者的书法轨迹特征。。

S104：将书写信息函数F与预设的书法轨迹特征基准进行匹配，得到书写信息函数F偏离预设的书法轨迹特征基准的偏移量，所述偏移量作为轨迹特征差异参数。

S105：预设轨迹特征差异参数的基准值，判断计算得到的轨迹特征差异参数是否偏离基准值，若是，则进入步骤106，若否，则进入步骤S107；

S106：书写者按照当前书法轨迹特征进行书写；

S107：根据轨迹特征差异参数生成量化评估方案，重构书写信息函数F，，所述量化评估方案用于指导书写者的书法轨迹特征。

在步骤S101至S107中，服务器端可以稳定获取笔机构上传的书写者的书法轨迹特征，并通过服务器端的比较处理，生成量化评估方案，以实时指导书写者的书法练习。以上S101至S103中对书法轨迹曲线的一系列获取和处理，即为笔机构对书法轨迹曲线的姿态解算，以得到书法轨迹特征。

如图2和3所示，一种书法练习装置，包括轨迹采集装置、笔机构和上位机4，轨迹采集装置固定于笔机构上，轨迹采集装置的输出端与上位机4的输入端连接、输入端与笔机构的书写端连接；轨迹采集装置用于获取书写者的书法轨迹特征，与预设的书法轨迹特征基准进行匹配，得到轨迹特征差异参数，并将轨迹特征差异参数上传到上位机4上；上位机4用于根据轨迹特征差异参数生成量化评估方案，所述量化评估方案用于指导书写者的书法轨迹特征。

进一步地，所述轨迹采集装置包括惯性传感器1、无线传输器3和微控制器2， 所述笔机构包括笔头和笔杆，笔头在远离书写端的一端与笔杆的轴向一端连接，笔杆的轴向另一端自由伸长。

轨迹采集装置固设于笔头与笔杆的连接处，惯性传感器1的输入端与笔头的书写端连接、输出端与微控制器2的输入端连接，微控制器2的输出端与无线传输器3的输入端连接，无线传输器3的输出端与上位机4的输入端连接。

轨迹采集装置通过驱动电源进行供电驱动，驱动电源的输出端分别与惯性传感器1的输入端、微控制器2的输入端、无线传输器3的输入端连接，以实现轨迹采集装置的稳定运行。

微控制器2的主控芯片采用STM32F207ZET6单片机，实现惯性传感器1信号的采集以及传输功能。无线传输器3主要用于单片机与上位机4之间的数据通信，将惯性传感器1采集的信息上传至上位机4。

上位机4是由用于存储书法大师和学习者的书写信息的动态信息库组成，上位机4包括书写者基础数据库、书法大师知识库、轨迹对比推理机和专家指导提示系统，用于存储书写者帐号、密码、性别和年龄等的基本信息；书法大师知识库，用于储存书法大师的书法轨迹特征；书写者书法数据库，用于储存学习者的书法轨迹特征；轨迹对比推理机，用于书法大师和书写者书法轨迹特征的匹配对比，给出轨迹特征差异；专家指导提示系统，根据轨迹对比差异特征，通过大数据生成量化评估方案，给出专家系统指导提示意见。

一种书法练习系统，包括获取匹配模块、匹配模块和生成模块；

获取匹配模块用于获取笔机构上传的书写者的书法轨迹特征，与预设的书法轨迹特征基准进行匹配，得到轨迹特征差异参数，进入生成模块；

生成模块用于根据轨迹特征差异参数生成量化评估方案，所述量化评估方案用于指导书写者的书法轨迹特征。

一种计算机可读储存介质，所述计算机可读存储介质上存储有若干获取分类程序，所述若干获取分类程序用于被处理器调用并执行以上书法练习方法。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种书法练习方法，包括笔机构和字帖，书写者通过笔机构在字帖上进行书法练习，其特征在于，所述书法练习方法包括：

获取笔机构上传的书写者的书法轨迹特征，与预设的书法轨迹特征基准进行匹配，得到轨迹特征差异参数，所述书法轨迹特征响应于笔机构的姿态解算;

根据轨迹特征差异参数生成量化评估方案，所述量化评估方案用于指导书写者的书法轨迹特征。

2.根据权利要求1所述的书法练习方法，其特征在于，在获取笔机构上传的书写者的书法轨迹特征，与预设的书法轨迹特征基准进行匹配，得到轨迹特征差异参数中，其中获取笔机构上传的书写者的书法轨迹特征，具体包括：

获取笔机构上传的书法轨迹曲线，所述书法轨迹曲线响应于笔机构的惯性传感器采集书写者书写时的空间坐标轨迹所生成的曲线；

对所述书法轨迹曲线进行微分运算，得到书写者书写时的特征点速度和特征点加速度；

根据书法轨迹曲线、特征点速度、特征点加速度，得到书写者的书法轨迹特征。

3.根据权利要求2所述的书法练习方法，其特征在于，在获取笔机构上传的书法轨迹曲线，所述书法轨迹曲线响应于笔机构的惯性传感器采集书写者书写时的空间坐标信息所生成的曲线中，获取笔机构上传的书法轨迹曲线具体包括：

获取滤波后的书法轨迹曲线，所述滤波后的书法轨迹曲线是笔机构对所采集的曲线进行噪声和干扰信号的卡尔曼滤波处理。

4.根据权利要求3所述的书法练习方法，其特征在于，在获取笔机构上传的书写者的书法轨迹特征，与预设的书法轨迹特征基准进行匹配，得到轨迹特征差异参数中，其中与预设的书法轨迹特征基准进行匹配具体包括：

根据滤波后的书法轨迹曲线、特征点速度和特征点加速度，构建书法轨迹特征的书写信息函数F（x,y,z），F用于表示书写者书写时笔机构在笛卡尔坐标系中三个方向的力值，所述书法信息包含空间坐标轨迹、特征点速度和加速度参数，其中空间坐标轨迹、特征点速度和加速度参数分别对应书写信息函数F在三个方向的力值；

将书写信息函数F与预设的书法轨迹特征基准进行匹配，得到书写信息函数F偏离预设的书法轨迹特征基准的偏移量，所述偏移量作为轨迹特征差异参数。

5.根据权利要求4所述的书法练习方法，其特征在于，在根据轨迹特征差异参数生成量化评估方案中，包括：

预设轨迹特征差异参数的基准值；

判断计算得到的轨迹特征差异参数是否偏离基准值；

若是，则书写者按照当前书法轨迹特征进行书写；

若否，则根据轨迹特征差异参数生成量化评估方案，重构书写信息函数F。

6.一种书法练习装置，其特征在于，包括轨迹采集装置、笔机构和上位机（4），轨迹采集装置固定于笔机构上，轨迹采集装置的输出端与上位机（4）的输入端连接、输入端与笔机构的书写端连接；

轨迹采集装置用于获取书写者的书法轨迹特征，与预设的书法轨迹特征基准进行匹配，得到轨迹特征差异参数，并将轨迹特征差异参数上传到上位机（4）上；

上位机（4）用于根据轨迹特征差异参数生成量化评估方案，所述量化评估方案用于指导书写者的书法轨迹特征。

7.根据权利要求6所述的书法练习装置，其特征在于，所述轨迹采集装置包括惯性传感器（1）、无线传输器（3）和微控制器（2）， 所述笔机构包括笔头和笔杆，笔头在远离书写端的一端与笔杆的轴向一端连接，笔杆的轴向另一端自由伸长；

轨迹采集装置固设于笔头与笔杆的连接处，惯性传感器（1）的输入端与笔头的书写端连接、输出端与微控制器（2）的输入端连接，微控制器（2）的输出端与无线传输器（3）的输入端连接，无线传输器（3）的输出端与上位机（4）的输入端连接。

8.一种书法练习系统，其特征在于，包括获取匹配模块、匹配模块和生成模块；

获取匹配模块用于获取笔机构上传的书写者的书法轨迹特征，与预设的书法轨迹特征基准进行匹配，得到轨迹特征差异参数，进入生成模块；

生成模块用于根据轨迹特征差异参数生成量化评估方案，所述量化评估方案用于指导书写者的书法轨迹特征。

9.一种计算机可读储存介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有若干获取分类程序，所述若干获取分类程序用于被处理器调用并执行如权利要求1至5所述的方法。

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