CN116665841B - 一种定向射击运动员反应训练装置与实时评估系统 - Google Patents
一种定向射击运动员反应训练装置与实时评估系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及射击训练技术领域。本发明涉及一种定向射击运动员反应训练装置与实时评估系统。其包括模型建立单元、数据检测单元、数据监测单元、运动反馈单元、方案更新单元、头戴式VR眼镜以及握把；本发明通过网络采集射击模拟数据使运动员可以在虚拟环境中进行训练，应用使训练更加真实、直观，并且可以模拟各种复杂的场景和情况，提供更多样化的训练体验，通过传感器获取运动员动作相关的数据，这些数据的全面记录和分析，能够为运动员提供准确的反馈和个性化的训练建议，从而提高训练效果，通过对运动员的动作数据和图像数据结合射击模拟训练方案进行分析，能够提供准确的评估结果和个性化的反馈建议，从而帮助运动员改善训练成绩。
Description
技术领域
本发明涉及射击训练技术领域，具体地说，涉及一种定向射击运动员反应训练装置与实时评估系统。
背景技术
定向射击运动员在训练过程中面临着许多挑战，包括反应速度、准确性和实时评估等方面，现有的训练装置和评估系统由于无法根据运动员的训练状态进行训练计划调整，导致需要运动员结合自身调节训练方案，影响运动员的训练效果，鉴于此，提出一种定向射击运动员反应训练装置与实时评估系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种定向射击运动员反应训练装置与实时评估系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，提供了一种定向射击运动员反应训练装置与实时评估系统，包括模型建立单元、数据检测单元、数据监测单元、运动反馈单元、方案更新单元、头戴式VR眼镜以及握把；
所述模型建立单元用于建立射击模拟模型，并根据对射击计分方式进行评估；
所述数据检测单元用于采集用户训练需求信息，制定训练计划；
所述数据监测单元用于对用户使用训练装置的动作状态数据进行采集，并将需求信息结合数据检测单元采集的动作状态数据进行分析，所述运动反馈单元用于将分析数据结合需求信息进行运动规划；
所述方案更新单元用于采集用户反馈数据，并根据反馈数据将用户数据进行更新；
所述头戴式VR眼镜用于引导用户的眼睛获取射击模拟模型，所述握把用于用户在射击模拟模型内进行射击操作，所述握把表面设有振动传感器，用于向用户进行震动反馈，在射中目标后头戴式VR眼镜向振动传感器发送信息，在用户手心内进行震动。
作为本技术方案的进一步改进，所述模型建立单元包括数据输入模块和规则更新模块；
所述数据输入模块用于通过网络采集射击模拟数据，并其进行结合建立为一个射击模拟模型；
所述规则更新模块用于根据年份在网络上实时寻找对应的射击模拟数据，并输送至数据输入模块建立的射击模拟模型内进行数据更新，同时并实时采集射击规则，输送至射击模拟模型更新计分方式。
作为本技术方案的进一步改进，所述数据检测单元包括需求采集模块和训练规划模块；
所述需求采集模块用于采集用户数据和用户需要训练需求信息；
所述训练规划模块用于根据需求采集模块采集的训练需求信息结合用户数据在数据输入模块建立的射击模拟模型内寻找对应的射击模拟数据，将寻找的数据进行结合生成射击模拟训练计划。
作为本技术方案的进一步改进，所述训练规划模块生成射击模拟训练计划的步骤如下：
通过用户的需求、身体状态、射击历史记录信息，结合训练侧重点，寻找合适的射击模拟数据，从现有的训练库中筛选相应的数据；
将找到的适合用户的射击模拟数据进行和整合，得到一个符合用户需求的训练计划。
作为本技术方案的进一步改进，所述数据监测单元包括动感采集模块和运动分析模块；
所述动感采集模块用于根据握把采集用户训练过程中的动作状态数据，并采集用户站立区域的图像数据，将图像数据结合采集的动作状态数据进行标记上传至云端；
所述运动分析模块用于根据动感采集模块上传的数据结合训练规划模块生成的射击模拟训练计划进行分析。
作为本技术方案的进一步改进，所述运动分析模块进行分析的步骤如下：
将分析得到的训练状态数据与指定的训练计划进行舒适度对比和分析，评估用户的训练状态判断符合计划要求，判断存在改进的方向。
作为本技术方案的进一步改进，所述运动反馈单元包括报告制定模块和运动建议模块；
所述报告制定模块用于根据运动分析模块的分析结果进行数据可视化表格显示；
所述运动建议模块用于根据报告制定模块显示的数据结合该用户的射击模拟训练计划进行评估，为用户推送修改方案建议。
作为本技术方案的进一步改进，所述运动建议模块为用户推送修改方案建议的步骤如下：
监控并记录用户对训练计划的表现，包括完成时间、步数、准确率等信息，并将这些数据与用户的身体状况信息进行相关性分析；
根据分析结果，将用户分为不同的群体，如高强度训练群体、中强度训练群体、低强度训练群体等等，并将用户的表现数据与这些群体的历史数据进行比较；
对于数据超出历史数据平均值的用户，判断其训练计划被匹配到了正确的强度群体，如果不匹配，调整用户的训练计划以更加贴合其能力水平，并在下一训练计划中测试匹配结果的准确性。
作为本技术方案的进一步改进，所述方案更新单元包括反馈采集模块和用户更新模块；
所述反馈采集模块用于采集用户对修改方案建议的评估；
所述用户更新模块用于根据反馈采集模块采集的评估结果对射击模拟训练计划进行更新，获取新的射击模拟训练计划。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
该一种定向射击运动员反应训练装置与实时评估系统中，通过网络采集射击模拟数据使运动员可以在虚拟环境中进行训练，应用使训练更加真实、直观，并且可以模拟各种复杂的场景和情况，提供更多样化的训练体验，通过传感器获取运动员动作相关的数据，这些数据的全面记录和分析，能够为运动员提供准确的反馈和个性化的训练建议，从而提高训练效果，通过对运动员的动作数据和图像数据结合射击模拟训练方案进行分析，能够提供准确的评估结果和个性化的反馈建议，从而帮助运动员改善训练成绩。
附图说明
图1为本发明的整体结构原理图；
图2为本发明的模型建立单元的结构原理图；
图3为本发明的数据检测单元的结构原理图；
图4为本发明的数据监测单元的结构原理图；
图5为本发明的运动反馈单元的结构原理图；
图6为本发明的方案更新单元的结构原理图；
图7为本发明的头戴式VR眼镜的结构图。
图中各个标号意义为：
10、模型建立单元；11、数据输入模块；12、规则更新模块；
20、数据检测单元；21、需求采集模块；22、训练规划模块；
30、数据监测单元；31、动感采集模块；32、运动分析模块；
40、运动反馈单元；41、报告制定模块；42、运动建议模块；
50、方案更新单元；51、反馈采集模块；52、用户更新模块；
61、头戴式VR眼镜；62、握把；63、振动传感器。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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做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
请参阅图1-图7所示，本实施例目的在于，提供了一种定向射击运动员反应训练装置与实时评估系统，包括模型建立单元10、数据检测单元20、数据监测单元30、运动反馈单元40、方案更新单元50、头戴式VR眼镜61以及握把62；
模型建立单元10用于建立射击模拟模型，并根据对射击计分方式进行评估；
模型建立单元10包括数据输入模块11和规则更新模块12；
数据输入模块11用于通过网络采集射击模拟数据，并其进行结合建立为一个射击模拟模型，通过网络爬虫在网络中寻找射击模拟场景数据，将其进行复制，并发送至云端进行存储，供后续用户使用；
规则更新模块12用于根据年份在网络上实时寻找对应的射击模拟数据，并输送至数据输入模块11建立的射击模拟模型内进行数据更新，采集网络中最新时间发布的射击模拟场景数据，并将其上传云端，将之前同场景的数据进行覆盖，同时并实时采集射击规则，同为网络爬虫采集方式，输送至射击模拟模型更新计分方式，提高本模型的训练效果，和得分的精准效果。
数据检测单元20用于采集用户训练需求信息，制定训练计划；
数据检测单元20包括需求采集模块21和训练规划模块22；
需求采集模块21用于采集用户数据和用户需要训练需求信息；
需要收集用户的身体状态、射击历史记录、学习目的等信息，同时了解用户的训练侧重点和需求，可以通过问卷调查方式来获取这些数据。
训练规划模块22用于根据需求采集模块21采集的训练需求信息结合用户数据在数据输入模块11建立的射击模拟模型内寻找对应的射击模拟数据，将寻找的数据进行结合生成射击模拟训练计划。
训练规划模块22生成射击模拟训练计划的步骤如下：
通过用户的需求、身体状态、射击历史记录信息，结合训练侧重点，寻找合适的射击模拟数据，从现有的训练库中筛选相应的数据；
将找到的适合用户的射击模拟数据进行和整合，得到一个符合用户需求的训练计划，表达式如下：
；
其中，为用户需要射击训练需求信息，/>为用户数据，/>为射击模拟模型，/>为寻找得到的射击模拟数据，/>为符合用户需求的射击模拟训练计划，/>为模拟退火算法，通过对进行整合，得出符合用户需求的训练计划T。
要使用模拟退火算法在设计模拟数据库中寻找符合用户需求的数据。设用户需求为，设计模拟数据库中的数据集为/>，模拟数据生成模型为M，希望找到的合适数据为/>，表达式如下：
随机初始化当前数据集为设计模拟数据库中的任意子集，根据/>模型生成对应的/>数据集；
计算当前数据集的表现度/>，根据U需求计算S数据集的评价指标/>；
在P的邻域中随机选择一个新的数据集，根据/>生成对应的/>数据集；
计算新数据集的表现度和评价指标/>，并计算接受新解的概率，
；
判断是否接受新解，如果接受则将当前数据集更新为/>，同时将/>更新为/>；否则保持不变；
降低当前，并检查是否到达停止Tf。
数据监测单元30用于对用户使用训练装置的动作状态数据进行采集，并将需求信息结合数据检测单元20采集的动作状态数据进行分析；
数据监测单元30包括动感采集模块31和运动分析模块32；
动感采集模块31用于根据握把62采集用户训练过程中的动作状态数据，并采集用户站立区域的图像数据，将图像数据结合采集的动作状态数据进行标记上传至云端，使用高速摄像设备记录运动员的眼动、手部动作和反应时间等数据，并通过传感器获取与运动员动作相关的数据，例如身体姿势、运动轨迹等。这些数据提供了对运动员训练过程中各个方面的全面记录和分析依据；通过结合数据采集的时间对数据进行标记上传至云端，将数据名称标注时间；
运动分析模块32用于根据动感采集模块31上传的数据结合训练规划模块22生成的射击模拟训练计划进行分析。
运动分析模块32进行分析的步骤如下：
将分析得到的训练状态数据与指定的训练计划进行舒适度对比和分析，评估用户的训练状态判断符合计划要求，判断存在改进的方向。表达式如下：
设有图像数据和动作状态为、/>个特征的训练集/>，以及对应的评估指标/>，通过机器学习技术构建一个模型/>，利用训练集/>中的特征，预测每个样本所对应的/>值；
对于原始的训练集，可以通过各种方法进行特征提取，得到新的特征矩阵/>，其中每一行代表一个样本，每一列代表一个特征，即/>，其中/>为第/>个样本的新特征向量；
对于得到的新特征矩阵X'和评估指标y，可以使用线性回归进行模型训练；其公式为：
；
其中是模型的参数，需要根据训练集/>和评估指标/>，使用最小二乘法来进行求解；
训练好模型后，需要使用一定的测试集来评估模型的性能，其公式为：
；
其中，测试集为，对应的评估指标为/>，计算模型的均方误差/>和决定系数/>，分别表示模型预测值与真实值之间的平均误差和匹配度，/>为测试集大小，/>是测试集中第i个样本的特征向量，/>为模型对该样本的预测值，其中/>越接近1，用户运动越贴合射击模拟训练计划。
运动反馈单元40用于将分析数据结合需求信息进行运动规划；
运动反馈单元40包括报告制定模块41和运动建议模块42；
报告制定模块41用于根据运动分析模块32的分析结果进行数据可视化表格显示；步骤如下：
确定可视化表格需求和展示方式，以及进行数据预处理，整合、筛选和归一化等操作，使数据适合可视化展示。
选择合适的数据可视化工具和软件，例如Microsoft Excel、Tableau和PowerBI等。
根据表格需求设计数据可视化表格，包括定义表格标题、列名和行名等。
输入用户运动分析结果数据，并进行数据可视化表格的展示，将结果可视化为表格。
运动建议模块42用于根据报告制定模块41显示的数据结合该用户的射击模拟训练计划进行评估，为用户推送修改方案建议。
运动建议模块42为用户推送修改方案建议的步骤如下：
监控并记录用户对训练计划的表现，包括完成时间、步数、准确率等信息，并将这些数据与用户的身体状况信息进行相关性分析；
根据分析结果，将用户分为不同的群体，如高强度训练群体、中强度训练群体、低强度训练群体等等，并将用户的表现数据与这些群体的历史数据进行比较；
对于数据超出历史数据平均值的用户，判断其训练计划被匹配到了正确的强度群体，如果不匹配，调整用户的训练计划以更加贴合其能力水平，并在下一训练计划中测试匹配结果的准确性。表达式如下：
设原始射击训练计划为，根据用户表现记录数据和身体状况信息，得到评估指标G(P)，通过分析得到适当的用户群体，如高强度训练群体、中强度训练群体、低强度训练群体等等，针对某个用户/>，其表现记录数据为/>，身体状况为/>，使用以下公式进行修改方案推荐：
；
其中，为推荐的修改方案，/>为训练计划P和修改方案P'之间的距离如欧几里得距离、曼哈顿距离等，/>为控制距离惩罚和评估指标之间平衡的超参数，/>为用户/>匹配到的强度群体，/>表示求得推荐方案的最小值；
该公式的含义是：对于一个给定的用户和初始训练计划/>，我们从匹配的强度群体/>中获取一组与初始训练计划/>质量相近的训练计划/>，并计算出/>的评估指标/>和/>与/>之间的距离/>。通过加权求和，找到最小化该公式的训练计划/>作为修改方案；
方案更新单元50用于采集用户反馈数据，并根据反馈数据将用户数据进行更新；
方案更新单元50包括反馈采集模块51和用户更新模块52；
反馈采集模块51用于采集用户对修改方案建议的评估；选择问卷调查作为调查工具，设计调查问卷的模板，包括阐述修改方案、列举不同选项和后果等；
用户更新模块52用于根据反馈采集模块51采集的评估结果对射击模拟训练计划进行更新，获取新的射击模拟训练计划。步骤如下：
对用户的方案建议进行分类整理。将用户的方案建议按照类别、实施难度等因素进行分类整理，以便于后续分析和处理。
根据用户的方案建议对射击模拟训练计划进行更新。可以根据用户反馈和建议，修改训练内容，增加必要的训练动作，并修订训练方法和流程等。
设计新的射击模拟训练计划。根据修改后的训练内容、流程和目标，重新设计射击模拟训练计划，包括相应的训练指南、规则和建议等。
头戴式VR眼镜61用于引导用户的眼睛获取射击模拟模型，头戴式VR眼镜61为头戴式显示器适用虚拟现实技术，提供逼真的射击场景。运动员通过虚拟现实设备观察和参与训练场景，增强训练的真实感和效果，握把62用于用户在射击模拟模型内进行射击操作，握把62表面设有振动传感器63，用于向用户进行震动反馈，在射中目标后头戴式VR眼镜61向振动传感器63发送信息，在用户手心内进行震动，用于通过震动感知运动员的射击准确度。当运动员射击准确时，震动反馈装置会发出强而短暂的震动信号，以提供积极的反馈。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (4)
1.一种定向射击运动员反应训练装置与实时评估系统，其特征在于：包括模型建立单元（10）、数据检测单元（20）、数据监测单元（30）、运动反馈单元（40）、方案更新单元（50）、头戴式VR眼镜（61）以及握把（62）；
所述模型建立单元（10）用于建立射击模拟模型，并根据对射击计分方式进行评估；
所述数据检测单元（20）用于采集用户训练需求信息，制定训练计划；
所述数据监测单元（30）用于对用户使用训练装置的动作状态数据进行采集，并将需求信息结合数据检测单元（20）采集的动作状态数据进行分析，所述运动反馈单元（40）用于将分析数据结合需求信息进行运动规划；
所述方案更新单元（50）用于采集用户反馈数据，并根据反馈数据将用户数据进行更新；
所述头戴式VR眼镜（61）用于引导用户的眼睛获取射击模拟模型，所述握把（62）用于用户在射击模拟模型内进行射击操作，所述握把（62）表面设有振动传感器（63），用于向用户进行震动反馈，在射中目标后头戴式VR眼镜（61）向振动传感器（63）发送信息，在用户手心内进行震动；
所述模型建立单元（10）包括数据输入模块（11）和规则更新模块（12）；
所述数据输入模块（11）用于通过网络采集射击模拟数据，并其进行结合建立为一个射击模拟模型；
所述规则更新模块（12）用于根据年份在网络上实时寻找对应的射击模拟数据，并输送至数据输入模块（11）建立的射击模拟模型内进行数据更新，同时并实时采集射击规则，输送至射击模拟模型更新计分方式；
所述数据检测单元（20）包括需求采集模块（21）和训练规划模块（22）；
所述需求采集模块（21）用于采集用户数据和用户需要训练需求信息；
所述训练规划模块（22）用于根据需求采集模块（21）采集的训练需求信息结合用户数据在数据输入模块（11）建立的射击模拟模型内寻找对应的射击模拟数据，将寻找的数据进行结合生成射击模拟训练计划；
所述训练规划模块（22）生成射击模拟训练计划的步骤如下：
通过用户的需求、身体状态、射击历史记录信息，结合训练侧重点，寻找合适的射击模拟数据，从现有的训练库中筛选相应的数据；
将找到的适合用户的射击模拟数据进行和整合，得到一个符合用户需求的训练计划；
所述数据监测单元（30）包括动感采集模块（31）和运动分析模块（32）；
所述动感采集模块（31）用于根据握把（62）采集用户训练过程中的动作状态数据，并采集用户站立区域的图像数据，将图像数据结合采集的动作状态数据进行标记上传至云端；
所述运动分析模块（32）用于根据动感采集模块（31）上传的数据结合训练规划模块（22）生成的射击模拟训练计划进行分析；
所述运动反馈单元（40）包括报告制定模块（41）和运动建议模块（42）；
所述报告制定模块（41）用于根据运动分析模块（32）的分析结果进行数据可视化表格显示；
所述运动建议模块（42）用于根据报告制定模块（41）显示的数据结合该用户的射击模拟训练计划进行评估，为用户推送修改方案建议。
2.根据权利要求1所述的一种定向射击运动员反应训练装置与实时评估系统，其特征在于：所述运动分析模块（32）进行分析的步骤如下：
将分析得到的训练状态数据与指定的训练计划进行舒适度对比和分析，评估用户的训练状态判断符合计划要求，判断存在改进的方向。
3.根据权利要求1所述的一种定向射击运动员反应训练装置与实时评估系统，其特征在于：所述运动建议模块（42）为用户推送修改方案建议的步骤如下：
监控并记录用户对训练计划的表现，包括完成时间、步数、准确率等信息，并将这些数据与用户的身体状况信息进行相关性分析；
根据分析结果，将用户分为不同的群体，如高强度训练群体、中强度训练群体、低强度训练群体等等，并将用户的表现数据与这些群体的历史数据进行比较；
对于数据超出历史数据平均值的用户，判断其训练计划被匹配到了正确的强度群体，如果不匹配，调整用户的训练计划以更加贴合其能力水平，并在下一训练计划中测试匹配结果的准确性。
4.根据权利要求1所述的一种定向射击运动员反应训练装置与实时评估系统，其特征在于：所述方案更新单元（50）包括反馈采集模块（51）和用户更新模块（52）；
所述反馈采集模块（51）用于采集用户对修改方案建议的评估；
所述用户更新模块（52）用于根据反馈采集模块（51）采集的评估结果对射击模拟训练计划进行更新，获取新的射击模拟训练计划。
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