CN113610010B - 一种基于沉浸式的羽毛球战术可视分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于沉浸式的羽毛球战术的可视分析系统，包括：战术概览模块，用于通过虚拟现实技术为用户展现羽毛球战术的相应统计数据以及战术中连续的拍序列之间的关系；战术定制模块，用于通过交互的形式为筛选符合用户定制的筛选条件的战术数据并展示；战术解释模块，用于为用户展示并解释定制的战术数据，包括战术的执行过程、战术的运动学特征以及战术执行结果。将单个战术中的连续拍序列视为一个单元，按照拍顺序将它们分开并以其真实形态放置在连续的球场上，在保留拍与拍之间的关联性的同时减少了视觉混乱，为体育可视化分析和相关的轨迹沉浸式可视化做出贡献。

Description

一种基于沉浸式的羽毛球战术可视分析系统

技术领域

本发明属于可视化分析技术领域，具体涉及一种基于沉浸式的羽毛球战术可视分析系统。

背景技术

战术分析是体育数据研究的一个核心问题。它通过从事件序列中识别关键属性来帮助教练员制定有效的获胜策略，并通过可视化比赛动作序列来探索运动员的特点。在持拍隔网类项目中，双方选手交替进行直到一方获胜的连续击球序列隐含着重要的战术见解，三拍连续的击球经常被放在一起进行研究，因为它们表明了最基本的球员的战术行为，专家也会选择其他多拍(大于等于三拍)战术进行分析。近年来，从网球、乒乓球和羽毛球的研究中可以看出，持拍隔网对抗类项目的可视化收到了相当大的关注。序列模式挖掘的发展表明了使用统计学或机器学习算法寻找有价值的子序列的巨大潜力。这些方法试图提取具有高频率的子序列，或者在这些子序列和其结果之间有强烈的关系。通过展示序列模式，如每一拍的关键属性(比如球的位置和击球位置)的序列，可视化方法(如小倍数图，流程图，散点图)可以进一步支持专家评估球员的战术。有关乒乓球战术分析的研究中利用可视化展示了不同战术的使用率和得分率，以帮助分析人员评估运动员的表现，还有研究提出了一个二阶马尔科夫链模型来模拟战术的关联性。此外，还有研究提出了一个持拍类运动中事件序列数据的可视分析框架。

然而，这些应用字符和统计图表的二维可视化来探索和分析的方法抛弃了运动轨迹的三维属性，缺乏对击球属性的三维感知，从而使得击球序列战术的有效评估受到阻碍。例如，专家们对观察相邻击球之间不同属性的相关性(如高度和离网距离)来估计战术的有效性。这些属性本质上是三维的。引入抽象的视觉字符或统计图表来揭示模式会失去上下文信息，这对认知球场上的情况造成困难。因此，专家们必须多次重放视频，并在视频之间反复比较，以论证所识别模式的正确性，这是很费力和费时的。

沉浸式技术(尤其是虚拟现实)的发展为羽毛球战术的三维呈现提供了可能性。沉浸式可视化利用临场感和具身交互提高用户在物理数据和抽象数据之间的表现。体育数据中有许多空间数据，比如运动员的运动轨迹和关键事件的位置分布。已有的沉浸式工具包能够在沉浸式环境中使用简洁的编程语法和图形用户界面来快速建立原型和探索这些常见数据。然而，一般的沉浸式技术在为体育专家提供的情境决策和对复杂的异质数据的直观分析方面存在不足。现有研究将篮球战术的执行沉浸在多视角的虚拟现实中，以直观地表达复杂的进攻战术，近期一个沉浸式可视化工作为篮球自由投篮训练设计了一个具有即时视觉反馈的情境时增强现实投篮轨迹可视化。

然而这些工作倾向于以简洁的可视化方式呈现少数案例，而不是从大规模的数据中分析和发现模式。

已有的面向羽毛球轨迹分析的工作利用虚拟现实技术建立可视化分析系统探索了三维羽毛球轨迹的规律，它将轨迹分为多个类别，并应用周边视觉和击球隐喻，从第一人称视角直观地探索轨迹，这个工作也表明将三维轨迹以其实际形态可视化，并设计过滤互动，可以帮助用户感知轨迹特征并有效地找到有趣的子集。

然而，这个研究是独立考虑轨迹数据的，未能揭示连续拍序列之间关联性。此外，考虑到相邻拍的轨迹运行方向相反，将它们放在同一背景下很容易导致关键特征的重叠和交织。

发明内容

鉴于上述，本发明的目的是提供一种基于沉浸式的羽毛球战术的可视分析系统，以协助专家对羽毛球战术进行高效评估。

本发明的技术方案为：

一种基于沉浸式的羽毛球战术的可视分析系统，包括：

战术概览模块，用于通过虚拟现实技术为用户展现羽毛球战术的相应统计数据以及战术中连续的拍序列之间的关系；

战术定制模块，用于通过交互的形式筛选符合用户定制的筛选条件的战术数据并展示；

战术解释模块，用于为用户展示并解释定制的战术数据，包括战术的执行过程、战术的运动学特征以及战术执行结果。

优选地，所述战术概览模块中，筛选连续拍数大于等于三拍的排序列作为一个战术，并将相似战术组成战术组合进行展示，每个战术组合中，每个战术对应的每一拍以及对手的回应拍均在虚拟球场上进行展示。

优选地，所述战术概览模块中，每个战术的布局通过球场组合来展示，战术每一拍的运动轨迹均单独显示在一个虚拟球场上，且按照拍顺序对显示每一拍运动轨迹的虚拟球场进行排布，排布规则优选为为由里到外、由上到下、或由左到右。

优选地，所述战术概览模块中，依据每个战术的使用率和/或得分率，统计每个战术的统计得分，并依据统计得分对战术进行排序展示；每个战术组合中的每个战术的统计得分以华夫饼图展示。

优选地，所述战术概览模块中，每一拍的羽毛球轨迹的半径编码相应战术的使用率，颜色编码相应战术的得分率。

优选地，所述战术定制模块中，筛选条件包括：用户选择的前一拍对手采用的击球技术，前一拍在虚拟球场上的击球点和落点。

优选地，所述战术定制模块接收用户通过虚拟现实设备中的虚拟手柄选择的击球技术、击球点和落点。

优选地，所述战术解释模块中，依据选择单个战术中单次击球的执行过程、运动学特征以及执行结果。

与现有技术相比，具有的有益效果至少包括：

将单个战术中的连续拍序列视为一个单元，按照拍顺序将它们分开并以其真实形态放置在连续的球场上，在保留拍与拍之间的关联性的同时减少了视觉混乱，为体育可视化分析和相关的轨迹沉浸式可视化做出贡献。

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做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1是一实施例提供的基于沉浸式的羽毛球战术的可视分析系统的结构示意图；

图2是一实施例提供的多个展示多类战术的球场布局示意图；

图3是一实施例提供的同一战术的展开和合并示意图；

图4是一实施例提供的战术定制对击球点和落点进行区域设定的示意图；

图5是一实施例提供的解释单个战术提供的三种可视化；

图6是一实施例提供的战术概览模块的效果图；

图7是一实施例提供的战术定制模块的效果图；

图8是一实施例提供的战术解释模块的效果图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

图1是一实施例提供的基于沉浸式的羽毛球战术的可视分析系统的结构示意图。如图1所示，实施例提供的可视分析系统，包括：战术概览模块、战术定制模块以及战术解释模块。其中，战术概览模块用于通过虚拟现实技术为用户展现羽毛球战术的相应统计数据以及战术中连续的拍序列之间的关系；战术定制模块用于通过交互的形式筛选符合用户定制的筛选条件的战术数据并展示；战术解释模块用于为用户展示并解释定制的战术数据，包括战术的执行过程、战术的运动学特征以及战术执行结果。该系统通过对战术进行三维可视化，减轻专家认知负担，提供的不同的可视化视图与交互方式，以协助专家完成不同的分析任务。

在战术概览模块中，筛选连续拍数大于等于三拍的排序列作为一个战术，展示了战术的连续拍序列之间的关系以及相应的统计信息，包括战术的使用率和得分率。用户能够从第三人称视角以飞行导航的模式探索系统。考虑到虚拟现实环境中小倍数图的呈现有效性，一个多球场的布局被用来直观的呈现战术，避免了由于战术数量增加时出现视觉混乱的问题。

羽毛球战术数据包含多拍序列(大于等于连续三拍)。因此，需要分析的战术的数量可能很大，在VR环境中很难呈现所有的战术。为了解决这个问题，在战术概览模块中，将相似战术组成战术组合进行展示，以减少视觉项目的数量。如果两个战术有相同的技术序列，它们将被聚集到一个组中。具体在多球场布局中的每一列代表一个由多个相似战术组成的战术组合，一组中的每一行用一个虚拟球场来显示该组战术的特定序号的拍。即每个战术组合中，每个战术对应的每一拍以及对手的回应拍均在虚拟球场上进行展示。

在战术概览模块中，每个战术的布局通过球场组合来展示，战术每一拍的运动轨迹均单独显示在一个虚拟球场上，且按照拍顺序对显示每一拍运动轨迹的虚拟球场进行排布，排布规则优选为为由里到外、由上到下、或由左到右。图3为本发明实施例中同一战术的展开和合并示意图，以两拍的战术为例，为了保证战术分析的完整性，一个战术实例需要包括选中运动员的两拍以及中间对手的一拍，从而组成了连续的三拍序列。图3中的(a)表示按照拍顺序将每一拍的轨迹依次展示在并列的球场上；图3中的(b)表示按照相邻拍落点和击球点为同一个的特征进行首尾相连的多拍合并。如图3中(a)所示，战术的第一拍是放在最里面的球场，最后一拍放在最外面的球场。每个球场作为一个三维的小倍数图的一部分，在一个战术中以相同的拍顺序显示羽毛球的轨迹。

在战术概览模块中，依据每个战术的使用率和/或得分率，统计每个战术的统计得分，并依据统计得分对战术进行排序展示，如图6所示；每个战术组合中的每个战术的统计得分以华夫饼图展示。具体而言，当同时考虑战术的使用率和得分率时，依照使用率和得分率的加权平均值得到战术的统计得分，并将该统计得分对战术进行排序并从左到右排列，如图2所示。

在战术概览模块中，每一拍的羽毛球轨迹的半径编码相应战术的使用率，颜色编码相应战术的得分率。每个战术组合的使用率和得分率依据属于该战术组合里的所有数据进行统计，并在每个战术组合的后方使用华夫饼图来编码这两个指标。

所述战术定制模块中，筛选条件包括：用户选择的前一拍对手采用的击球技术，前一拍在虚拟球场上的击球点和落点，依据该筛选条件将符合筛选条件的战术将被提取出来，以概览的形式呈现。具体而言，用户可以在一个额外的按比例缩小的虚拟球场上，定制基于真实场景的战术，在确定了前一拍所使用的击球技术后，可以根据自己的分析兴趣，使用VR手柄在缩小的虚拟球场上选择击球点和落点，前一拍符合设定条件的战术数据将被提取出来，战术概览视图将被更新以显示更新数据后的战术组合，如图7所示。

图4为实施例中战术定制对击球点和落点进行区域设定的示意图，如图4所示，用户可以使用VR手柄在虚拟球场上选择一个或多个区域以筛选出符合条件的战术。

在战术解释模块中，用户可以对所选择的感兴趣的战术进行分析，以第一人称视角来感知该战术。通过第一人称视角，用户可以观看所选战术的动画以还原真实场景，看到战术的详细的运动学理解，理解运动员的表现，了解战术的实时目的。具体来说，一个战术可以通过许多出现在真实比赛中的用例来总结和演示。用户可以选择三种形式的战术的可视化来解释该战术的实用性。图5为实施例中为了解释单个战术提供的三种可视化。图5中的(a)所选战术的原始连续击球序列；图5中的(b)战术中的单拍击球轨迹；图5中的(c)该拍所有原始轨迹数据，包括球员和对手的运动，以及羽毛球的飞行轨迹。

如图8中的(a)所示的展示在单个球场上的战术，即多拍序列。相邻的击球点通过落点连接起来，这一落点同样也是下一拍的击球点，以还原实际情况，即羽毛球在同一球场上来回飞行。拍与拍之间的关联性得到体现。考虑到所选战术的拍数量增加会造成视觉上的混乱，专家可以选择该战术中的单次击球，并将其他拍设置为不可见，如图8中(b)所示。另外考虑到一个战术原始数据的多样性，简单地显示如图8中(a)所示的拍序列将失去战术在实际使用中的多样性。如图8中(c)所示显示该战术的所有原始轨迹可以帮助用户观察每个使用案例的执行情况来增加对战术的理解。

同一个战术在实际比赛中会有许多使用案例，通过提供对多个使用案例的轨迹合并，原始使用案例的展示，可以解释该战术的实用性。

上述实施例提供的基于沉浸式的羽毛球战术的可视分析系统，基于小倍数图设计了连续拍序列的展示方法。本发明将单个战术中的连续拍序列视为一个单元，按照拍顺序将它们分开并以其真实形态放置在连续的球场上，此方法在保留拍与拍之间的关联性的同时减少了视觉混乱，为体育可视化分析和相关的轨迹沉浸式可视化做出贡献。

以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于沉浸式的羽毛球战术的可视分析系统，其特征在于，包括：

战术概览模块，用于通过虚拟现实技术为用户展现羽毛球战术的相应统计数据以及战术中连续的拍序列之间的关系，具体地，筛选连续拍数大于等于三拍的排序列作为一个战术，并将相似战术组成战术组合进行展示，每个战术组合中，每个战术对应的每一拍以及对手的回应拍均在虚拟球场上进行展示，每个战术的布局通过球场组合来展示，战术每一拍的运动轨迹均单独显示在一个虚拟球场上，且按照拍顺序对显示每一拍运动轨迹的虚拟球场进行排布，排布规则为由里到外、由上到下、或由左到右；

战术定制模块，用于通过交互的形式筛选符合用户定制的筛选条件的战术数据并展示，具体地，接收用户通过虚拟现实设备中的虚拟手柄选择的击球技术、击球点和落点，筛选条件包括用户选择的前一拍对手采用的击球技术，前一拍在虚拟球场上的击球点和落点；

战术解释模块，用于为用户展示并解释定制的战术数据，包括战术的执行过程、战术的运动学特征以及战术执行结果。

2.根据权利要求1所述的基于沉浸式的羽毛球战术的可视分析系统，其特征在于，所述战术概览模块中，依据每个战术的使用率和/或得分率，统计每个战术的统计得分，并依据统计得分对战术进行排序展示；每个战术组合中的每个战术的统计得分以华夫饼图展示。

3.根据权利要求1所述的基于沉浸式的羽毛球战术的可视分析系统，其特征在于，所述战术概览模块中，每一拍的羽毛球轨迹的半径编码相应战术的使用率，颜色编码相应战术的得分率。

4.根据权利要求1所述的基于沉浸式的羽毛球战术的可视分析系统，其特征在于，所述战术解释模块中，依据用户的选择展示并解释单个战术中单次击球的执行过程、运动学特征以及执行结果。