CN112494897A - 一种基于八段锦的智能养老康复游戏系统和游戏方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能养老康复技术领域，其公开了一种基于八段锦的智能养老康复游戏系统，其包括运动体征数据采集设备、基于八段棉动作的交互式游戏模块和智能分析模块；所述基于八段棉动作的交互式游戏模块包括八段棉动作任务目标部、动作映射部、受理部、判定部、输出部和奖励控制部；本发明还公开了一种基于八段锦的智能养老康复游戏方法，本发明从数据的层面去解析八段锦运动，并将八段锦动作转换到虚拟的游戏场景，只要用户按照游戏进程完成预定八段锦动作，就能够在虚拟的游戏场景得到回馈，可增强用户的满足感和成就感，激发用户锻炼的热情，本发明能很好地解决现有健身运动枯燥无聊的问题，使得老年人更愿意坚持运动，从而达到养老康复的目的。

Description

一种基于八段锦的智能养老康复游戏系统和游戏方法

技术领域

本发明涉及智能养老康复技术领域，特别是涉及一种基于八段锦的智能养老康复游戏系统和游戏方法。

背景技术

在全球老龄化的大趋势下，人们对健康养老的需求日益增大，尤其是智能健康的养老方式。传统的健康养老方法主要关注的方向是居家生活或护理方面，但是这类方式存在着空间限制、成本高昂、侵入感强、对老年人精神层面的诉求不足和不能推动老年人主动健身康复等问题。经研究证明，适当的运动可以使老年人更健康和快乐，可以达到健身康复的目的，但健身运动往往都很枯燥，导致许多人不能长期坚持锻炼，达不到最佳健身效果。八段锦功法是一套独立而完整的中华传统健身功法，此功法分为八段，每段一个动作，故名为“八段锦”，练习无需器械，不受场地局限，简单易学，节省时间，作用极其显著。

现有基于八段锦运动信息化的技术，多采用智能手环的方式，采集手腕处的三轴加速度和三轴角速度信息来描述手腕处的运动轨迹，进而对用户的动作是否符合标准的八段锦动作进行分析与评估，从而可以指导入门用户学习八段锦功法的动作，但此类方案只能用于学习八段锦功法动作，并不能激发用户锻炼的热情。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提供了一种基于八段锦的智能养老康复游戏系统和游戏方法，其通过智能化来分析智能养老系统，为老年人提供一种科学、有趣的养老康复方式。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于八段锦的智能养老康复游戏系统，包括运动体征数据采集设备、基于八段棉动作的交互式游戏模块和智能分析模块；所述运动体征数据采集设备用于实时采集用户的上肢和下肢的运动体征数据，并将该数据信息以有线或无线的方式发送到基于八段棉动作的交互式游戏模块；所述基于八段棉动作的交互式游戏模块包括八段棉动作任务目标部、动作映射部、受理部、判定部、输出部和奖励控制部；所述八段棉动作任务目标部用于将八段棉的每一段式的主要动作信息提取出来并发送到受理部；所述动作映射部接收来自运动体征数据采集设备的运动体征数据并将该运动体征数据进行运动分解；所述受理部提取八段棉动作任务目标部内的主要动作信息并利用动作映射部对该主要动作信息进行运动分解；所述判定部用于对用户的运动体征数据的运动分解信息与所述受理部中的主要标准动作的运动分解信息进行分析，并输出判定结果；所述奖励控制部利用所述判定部的判定结果来对用户进行相应的奖励；所述输出部用于输出所述基于八段棉动作的交互式游戏模块中采集和产生的数据信息；所述智能分析模块包括存储部和可视化面板部；所述存储部用于存储来自运动体征数据采集设备的运动体征数据信息以及来自基于八段棉动作的交互式游戏模块中的输出部所输出的数据信息；所述可视化面板部用于将各种数据展现给用户。

优选的，所述判定部包括幅度判定部和运动轨迹判定部；所述幅度判定部用于对用户运动体征的幅度进行判定，所述运动轨迹判定部用于对用户的运动轨迹进行判定。

优选的，所述智能分析模块还包括用于深层次地分析和挖掘出有价值的衍生数据的数据挖掘部。

优选的，所述动作映射部的映射规则如下：

以人体中心为轴心构建空间直角坐标系：人身为Z轴、面向的方向为Y轴、右肩指向方向为X轴；将手部或腿部运动进行轴向分解并划分为：向上运动、向下运动、向左运动、向右运动、向前运动和向后运动六种轴向基运动；所述向上运动为运动终点与Z轴正半轴夹角小于45°，所述向下运动为运动终点与Z轴负半轴夹角小于45°，所述向左运动为运动终点与X轴负半轴夹角小于45°，所述向右运动为运动终点与X轴正半轴夹角小于45°，所述向前运动为运动终点与Y轴正半轴夹角小于45°，所述向后运动为运动终点与Y轴负半轴夹角小于45°。

优选的，所述八段棉的每一段式的主要动作如下：

(1)双手托天理三焦：开腿、下蹲、手部上托、手部下落、起身、闭腿；

(2)左右开工似射雕：开腿、下蹲、手部交叉、手部拉弓、手部下落、起身、闭腿；

(3)调理脾胃须单举：开腿、下蹲、手部上托、手部下落、起身、闭腿；

(4)五劳七伤往后瞧：开腿、下蹲、手部展翅、手部下落、起身、闭腿；

(5)摇头摆尾去心火：开腿、下蹲、手部高举、手部下落、肩部画圆、起身、闭腿；

(6)两手攀足固肾腰：开腿、手部高举、手部下落、手部上伸、闭腿；

(7)攒拳怒目增气力：开腿下蹲、手部出拳、手部收拳、起身、闭腿；

(8)背后七颠百病消：闭腿、腿部颠起、腿部下落。

优选的，所述受理部提取八段棉动作任务目标部内的主要动作信息并利用动作映射部对该主要动作信息进行运动分解，此处的运动分解的逻辑为如下：

(1)开腿：左腿向左运动，右腿向右运动；

(2)下蹲：腿部向后运动；

(3)闭腿：左腿向右运动，右腿向左运动；

(4)起身：腿部向前运动；

(5)手部上托：手部向上运动；

(6)手部下落：手部向下运动；

(7)手部交叉：右手向左运动，左手向右运动；

(8)手部拉弓：左手向左运动，右手向右运动；

(9)手部高举：手部向上运动；

(10)手部展翅：左手向左运动，右手向右运动，双手向后运动；

(11)肩部画圆：手部向前运动，手部向左运动，手部向后运动，部向右运动；

(12)手部出拳：手部向前运动；

(13)手部收拳：手部向后运动；

(14)腿部颠起：腿部向上运动；

(15)腿部下落：腿部向下运动。

与现有技术相比，本发明提供的一种基于八段锦的智能养老康复游戏系统的有益效果在于：

1、实现了现实世界与虚拟世界交互的八段锦健身运动游戏系统的设计方案，该系统可以让用户在玩游戏的同时，完成八段锦健身运动，本专利具有高扩展性，高参与感和低侵入的优点，可使用户完全沉浸在一个虚拟游戏环境中八段锦健身运动，可大大激发用户长期健身锻炼的热情与兴趣；

2、八段锦主要运动的提取和分解可以降低识别的难度，能够更好的引导用户熟悉和练习八段锦；

3、量化的反馈信息为用户提供了一种了解进行八段锦运动时状况的方式，有益于康复和锻炼。

本发明还提供了一种基于八段锦的智能养老康复游戏方法，包括如下步骤：

S1、使用运动体征数据采集设备采集用户的上肢和下肢的运动体征数据；

S2、将步骤S1中所述的运动体征数据进行运动分解；

S3、将步骤S2中分解后的运动体征数据与八段棉的每一段式的主要动作的运动分解数据相比较，并输出判定结果；

S4、根据步骤S3中的判定结果对用户进行相应的奖励；

S5、将用户游戏数据信息进行存储并将游戏数据信息展现给用户。

优选的，步骤S1中所述的运动体征数据为三维姿态角、三轴角速度和三轴加速度数据。

与现有技术相比，本发明提供的一种基于八段锦的智能养老康复游戏方法的有益效果在于：

本发明从数据的层面去解析八段锦运动，并将八段锦动作转换到虚拟的游戏场景，只要用户按照游戏进程完成预定八段锦动作，就能够在虚拟的游戏场景得到回馈，可增强用户的满足感和成就感，激发用户锻炼的热情。本发明能够很好地解决现有健身运动枯燥无聊的问题，使得老年人更愿意坚持运动，从而达到养老康复的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的一种基于八段锦的智能养老康复游戏系统的原理框图；

图2是本发明提供的一种基于八段锦的智能养老康复游戏系统的原理细化框图；

图3是本发明提供的一种基于八段锦的智能养老康复游戏系统的游戏画面的一个例子示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1和图2所示，本发明提供了一种基于八段锦的智能养老康复游戏系统，游戏系统100是供用户玩游戏的所有设施，图中的箭头表示主要的信息的流动，其包括无线智能穿戴设备、智能手机等移动电话终端、服务器、PC或平板电脑或可以接入网络具有显示功能的装置。游戏系统100包括运动体征数据采集设备101、基于八段棉动作的交互式游戏模块102和智能分析模块103。

所述运动体征数据采集设备101用于实时采集用户的上肢和下肢的运动体征数据，并将该数据信息以有线或无线的方式发送到基于八段棉动作的交互式游戏模块102；所述基于八段棉动作的交互式游戏模块102包括八段棉动作任务目标部124、动作映射部120、受理部122、判定部125、输出部129和奖励控制部126。

所述八段棉动作任务目标部124用于将八段棉的每一段式的主要动作信息提取出来并发送到受理部122；所述动作映射部120接收来自运动体征数据采集设备101的运动体征数据并将该运动体征数据进行运动分解；所述受理部122提取八段棉动作任务目标部内的主要动作信息并利用动作映射部120对该主要动作信息进行运动分解；所述判定部125用于对用户的运动体征数据的运动分解信息与所述受理部122中的主要标准动作的运动分解信息进行分析，并输出判定结果；所述奖励控制部126利用所述判定部125的判定结果来对用户进行相应的奖励；所述输出部129用于输出所述基于八段棉动作的交互式游戏模块102中采集和产生的数据信息；所述智能分析模块103包括存储部130和可视化面板部132；所述存储部130用于存储来自运动体征数据采集设备101的运动体征数据信息以及来自基于八段棉动作的交互式游戏模块102中的输出部129所输出的数据信息；所述可视化面板部132用于将各种数据展现给用户。

所述判定部125包括幅度判定部127和运动轨迹判定部128，幅度判定部127用于对用户运动体征的幅度进行判定，运动轨迹判定部128用于对用户的运动轨迹进行判定。

所述智能分析模块还包括用于深层次地分析和挖掘出有价值的衍生数据的数据挖掘部。

具体的，本实施例中运动体征数据采集设备101为无线智能穿戴设备，无线智能穿戴设备是装有九轴传感器模块110、微处理器单元111和蓝牙无线数据传输模块112的轻便小巧的微机系统，在用户的上臂和大腿上各佩戴一个，共四个无线智能穿戴设备，之间通过ZigBee协议传输数据，其中有一个设备作为coordinator通过蓝牙协议将采集的运动体征数据传输至移动智能终端，该运动体征数据信息包括三维姿态角、三轴角速度和三轴加速度数据信息。

基于八段锦动作的交互式游戏模块102运行在智能终端上，其内的运动映射部120接收到手部和腿部共四个节点的九轴数据后，将手部和腿部运动进行轴向分解并划分为：向上运动、向下运动、向左运动、向右运动、向前运动和向后运动六种轴向基运动。

所述动作映射部的映射规则具体为如下：

以人体中心为轴心构建空间直角坐标系：人身为Z轴、面向的方向为Y轴、右肩指向方向为X轴；将手部或腿部运动进行轴向分解并划分为：向上运动、向下运动、向左运动、向右运动、向前运动和向后运动六种轴向基运动；所述向上运动为运动终点与Z轴正半轴夹角小于45°，所述向下运动为运动终点与Z轴负半轴夹角小于45°，所述向左运动为运动终点与X轴负半轴夹角小于45°，所述向右运动为运动终点与X轴正半轴夹角小于45°，所述向前运动为运动终点与Y轴正半轴夹角小于45°，所述向后运动为运动终点与Y轴负半轴夹角小于45°。

所述八段棉的每一段式的主要动作如下：

(1)双手托天理三焦：开腿、下蹲、手部上托、手部下落、起身、闭腿；

(2)左右开工似射雕：开腿、下蹲、手部交叉、手部拉弓、手部下落、起身、闭腿；

(3)调理脾胃须单举：开腿、下蹲、手部上托、手部下落、起身、闭腿；

(4)五劳七伤往后瞧：开腿、下蹲、手部展翅、手部下落、起身、闭腿；

(5)摇头摆尾去心火：开腿、下蹲、手部高举、手部下落、肩部画圆、起身、闭腿；

(6)两手攀足固肾腰：开腿、手部高举、手部下落、手部上伸、闭腿；

(7)攒拳怒目增气力：开腿下蹲、手部出拳、手部收拳、起身、闭腿；

(8)背后七颠百病消：闭腿、腿部颠起、腿部下落。

所述受理部提取八段棉动作任务目标部内的主要动作信息并利用动作映射部对该主要动作信息进行运动分解，此处的运动分解的逻辑为如下：

(1)开腿：左腿向左运动，右腿向右运动；

(2)下蹲：腿部向后运动；

(3)闭腿：左腿向右运动，右腿向左运动；

(4)起身：腿部向前运动；

(5)手部上托：手部向上运动；

(6)手部下落：手部向下运动；

(7)手部交叉：右手向左运动，左手向右运动；

(8)手部拉弓：左手向左运动，右手向右运动；

(9)手部高举：手部向上运动；

(10)手部展翅：左手向左运动，右手向右运动，双手向后运动；

(11)肩部画圆：手部向前运动，手部向左运动，手部向后运动，部向右运动；

(12)手部出拳：手部向前运动；

(13)手部收拳：手部向后运动；

(14)腿部颠起：腿部向上运动；

(15)腿部下落：腿部向下运动。

经过受理部122的处理后，玩家需要按照受理部122的要求，四肢进行相应的轴向基运动，如附图3，在进行八段锦的第一式“双手托天理三焦”时，001为八段锦第一式的动画，002为需要完成的运动任务目标，003为左手需要完成的轴向运动序列，004为左手向左运动指示图，用户需要在设定时间内使用对应的肢体按照运动任务目标的需求和指示图做运动，当剩余时间为0时，对应的八段锦主要动作动画就会播放，并输出用户的得分情况。

然后经由判定部125判定并输出用户运动的准确率、完成度和标准情况等，奖励控制部126依据判定结果进行相应的奖惩。

最后智能分析模块103将用户的各个八段锦动作任务目标下采集的九轴数据和游戏产生的数据通过存储部130存储起来以便于数据挖掘部131深层次的分析和挖掘出有价值的衍生数据，最后将分析结果通过可视化数据面板132可视化的展现给用户，用户可以在具有显示功能的设备上查看并了解自身进行八段锦动作的状况和一些描述生命体征的数据指标，如姿态震颤情况、手腿灵活度、耐力等，通过反馈信息用户可以清晰了解自身进行八段锦运动的有益效果，并能更科学、高效和愉快的进行健身和康复运动。

综上所述，首先，本系统实现了现实世界与虚拟世界交互的八段锦健身运动游戏系统的设计方案，该系统可以让用户在玩游戏的同时，完成八段锦健身运动，本专利具有高扩展性，高参与感和低侵入的优点，可使用户完全沉浸在一个虚拟游戏环境中八段锦健身运动，可大大激发用户长期健身锻炼的热情与兴趣；其次，八段锦主要运动的提取和分解可以降低识别的难度，能够更好的引导用户熟悉和练习八段锦；另外，量化的反馈信息为用户提供了一种了解进行八段锦运动时状况的方式，有益于康复和锻炼。

实施例二

由实施例一的具体内容可归纳出一种基于八段锦的智能养老康复游戏方法，其包括如下步骤：

S1、使用运动体征数据采集设备采集用户的上肢和下肢的运动体征数据；

S2、将步骤S1中所述的运动体征数据进行运动分解；

S3、将步骤S2中分解后的运动体征数据与八段棉的每一段式的主要动作的运动分解数据相比较，并输出判定结果；

S4、根据步骤S3中的判定结果对用户进行相应的奖励；

S5、将用户游戏数据信息进行存储并将游戏数据信息展现给用户。

具体的，其中步骤S1中所述的运动体征数据为三维姿态角、三轴角速度和三轴加速度数据。步骤S2中所述的运动分解的规则如下：

以人体中心为轴心构建空间直角坐标系：人身为Z轴、面向的方向为Y轴、右肩指向方向为X轴；将手部或腿部运动进行轴向分解并划分为：向上运动、向下运动、向左运动、向右运动、向前运动和向后运动六种轴向基运动；所述向上运动为运动终点与Z轴正半轴夹角小于45°，所述向下运动为运动终点与Z轴负半轴夹角小于45°，所述向左运动为运动终点与X轴负半轴夹角小于45°，所述向右运动为运动终点与X轴正半轴夹角小于45°，所述向前运动为运动终点与Y轴正半轴夹角小于45°，所述向后运动为运动终点与Y轴负半轴夹角小于45°。

本发明从数据的层面去解析八段锦运动，并将八段锦动作转换到虚拟的游戏场景，只要用户按照游戏进程完成预定八段锦动作，就能够在虚拟的游戏场景得到回馈，可增强用户的满足感和成就感，激发用户锻炼的热情。本发明能够很好地解决现有健身运动枯燥无聊的问题，使得老年人更愿意坚持运动，从而达到养老康复的目的。

本发明未尽事宜为公知技术。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于八段锦的智能养老康复游戏系统，其特征在于，包括运动体征数据采集设备、基于八段棉动作的交互式游戏模块和智能分析模块；

所述运动体征数据采集设备用于实时采集用户的上肢和下肢的运动体征数据，并将该数据信息以有线或无线的方式发送到基于八段棉动作的交互式游戏模块；

所述基于八段棉动作的交互式游戏模块包括八段棉动作任务目标部、动作映射部、受理部、判定部、输出部和奖励控制部；

所述八段棉动作任务目标部用于将八段棉的每一段式的主要动作信息提取出来并发送到受理部；

所述动作映射部接收来自运动体征数据采集设备的运动体征数据并将该运动体征数据进行运动分解；

所述受理部提取八段棉动作任务目标部内的主要动作信息并利用动作映射部对该主要动作信息进行运动分解；

所述判定部用于对用户的运动体征数据的运动分解信息与所述受理部中的主要标准动作的运动分解信息进行分析，并输出判定结果；

所述奖励控制部利用所述判定部的判定结果来对用户进行相应的奖励；

所述输出部用于输出所述基于八段棉动作的交互式游戏模块中采集和产生的数据信息；

所述智能分析模块包括存储部和可视化面板部；所述存储部用于存储来自运动体征数据采集设备的运动体征数据信息以及来自基于八段棉动作的交互式游戏模块中的输出部所输出的数据信息；所述可视化面板部用于将各种数据展现给用户。

2.根据权利要求1所述的一种基于八段锦的智能养老康复游戏系统，其特征在于，所述判定部包括幅度判定部和运动轨迹判定部；

所述幅度判定部用于对用户运动体征的幅度进行判定，所述运动轨迹判定部用于对用户的运动轨迹进行判定。

3.根据权利要求1所述的一种基于八段锦的智能养老康复游戏系统，其特征在于，所述智能分析模块用于深层次地分析和挖掘出有价值的衍生数据。

4.根据权利要求1所述的一种基于八段锦的智能养老康复游戏系统，其特征在于，所述动作映射部的映射规则如下：

以人体中心为轴心构建空间直角坐标系：人身为Z轴、面向的方向为Y轴、右肩指向方向为X轴；将手部或腿部运动进行轴向分解并划分为：向上运动、向下运动、向左运动、向右运动、向前运动和向后运动六种轴向基运动；所述向上运动为运动终点与Z轴正半轴夹角小于45°，所述向下运动为运动终点与Z轴负半轴夹角小于45°，所述向左运动为运动终点与X轴负半轴夹角小于45°，所述向右运动为运动终点与X轴正半轴夹角小于45°，所述向前运动为运动终点与Y轴正半轴夹角小于45°，所述向后运动为运动终点与Y轴负半轴夹角小于45°。

5.根据权利要求1所述的一种基于八段锦的智能养老康复游戏系统，其特征在于，所述八段棉的每一段式的主要动作如下：

(1)双手托天理三焦：开腿、下蹲、手部上托、手部下落、起身、闭腿；

(2)左右开工似射雕：开腿、下蹲、手部交叉、手部拉弓、手部下落、起身、闭腿；

(3)调理脾胃须单举：开腿、下蹲、手部上托、手部下落、起身、闭腿；

(4)五劳七伤往后瞧：开腿、下蹲、手部展翅、手部下落、起身、闭腿；

(5)摇头摆尾去心火：开腿、下蹲、手部高举、手部下落、肩部画圆、起身、闭腿；

(6)两手攀足固肾腰：开腿、手部高举、手部下落、手部上伸、闭腿；

(7)攒拳怒目增气力：开腿下蹲、手部出拳、手部收拳、起身、闭腿；

(8)背后七颠百病消：闭腿、腿部颠起、腿部下落。

6.根据权利要求1所述的一种基于八段锦的智能养老康复游戏系统，其特征在于，所述受理部提取八段棉动作任务目标部内的主要动作信息并利用动作映射部对该主要动作信息进行运动分解，此处的运动分解的逻辑如下：

(1)开腿：左腿向左运动，右腿向右运动；

(2)下蹲：腿部向后运动；

(3)闭腿：左腿向右运动，右腿向左运动；

(4)起身：腿部向前运动；

(5)手部上托：手部向上运动；

(6)手部下落：手部向下运动；

(7)手部交叉：右手向左运动，左手向右运动；

(8)手部拉弓：左手向左运动，右手向右运动；

(9)手部高举：手部向上运动；

(10)手部展翅：左手向左运动，右手向右运动，双手向后运动；

(11)肩部画圆：手部向前运动，手部向左运动，手部向后运动，部向右运动；

(12)手部出拳：手部向前运动；

(13)手部收拳：手部向后运动；

(14)腿部颠起：腿部向上运动；

(15)腿部下落：腿部向下运动。

7.一种基于八段锦的智能养老康复游戏方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、使用运动体征数据采集设备采集用户的上肢和下肢的运动体征数据；

S2、将步骤S1中所述的运动体征数据进行运动分解；

S3、将步骤S2中分解后的运动体征数据与八段棉的每一段式的主要动作的运动分解数据相比较，并输出判定结果；

S4、根据步骤S3中的判定结果对用户进行相应的奖励；

S5、将用户游戏数据信息进行存储并将游戏数据信息展现给用户。

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