TW201621755A - 運動軌跡感測系統及其運動模型建立方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種運動軌跡感測系統，用於具有複數個感測點之待測物。感測系統包括複數個感測器與主機。複數個感測器用於分別感測複數個感測點之動作以產生並傳送出複數個對應的多維座標值。主機包含偵測單元、測計資料庫、選取單元、模型建構單元、計算單元、運動模型資料庫。計算單元根據待測物專屬的第二靜態模型與至少一部分感測點相應的多維座標訊息，計算出在至少一參考運動運動模型下每一複數感測點的運動軌跡，進而建立對應該待測物的專屬運動模型。

Description

運動軌跡感測系統及其運動模型建立方法

本發明關於一種運動軌跡感測系統及其運動模型建立方法，特別是應用於感測具有複數個感測點之待測物的運動軌跡感測系統及其運動模型建立方法。

現有技術中，通常只能透過照相的方式將物體(人、動物等…)的運動狀態記錄下來，再藉由影像分析軟體對多張照片，以得到物體的運動軌跡。惟，運動軌跡所代表的力量與加速度等物理數據卻無法獲得。

再者，無法將物體的運動軌跡與標準的運動軌跡做比較。舉例來說，當你想糾正自己的自由式的姿勢時，雖然你知道奧運選手的姿勢一定是更好的，你與奧運選手的姿勢之間的力量與加速度的差異卻無法顯示，進而使你無法進一步改善本身的姿勢。

為了解決上述問題，本發明的目的在於提出一種運動軌跡感測系統，用於具有複數個感測點之待測物，以解決 上述問題。

為達到上述發明目的，架構包括複數個感測器與主機。主機包含偵測單元、測計資料庫、選取單元、模型建構單元、計算單元、運動模型資料庫。

複數個感測器用於分別感測複數個感測點之動作以產生並傳送出複數個對應的多維座標值。偵測單元用於分別接收複數個感測器傳送的複數個多維座標值並產生相應的複數個多維座標訊息。選取單元根據待測物從測計資料庫中選取第一靜態模型。模型建構單元根據複數個多維座標訊息修正第一靜態模型資料以作為待測物專屬的第二靜態模型。運動模型資料庫用於存放至少一參考運動模型，至少一參考運動模型界定至少一部分上述感測點處於運動中。計算單元根據待測物專屬的第二靜態模型與至少一部分上述感測點相應的多維座標訊息，計算出在至少一參考運動模型下每一複數感測點的運動軌跡，進而建立對應待測物的專屬運動模型。

在一較佳實施例中，計算單元進一步根據待測物專屬的第二靜態模型資料計算出複數感測點的相應質量。

在一較佳實施例中，計算單元根據每一上述感測點的運動軌跡與上述感測點的相應質量計算出在至少一參考運動模型下複數感測點的速度、加速度與力量。

在一較佳實施例中，主機更包括比對單元，比對單元用於比較待測物的專屬運動模型與預設物的專屬運動模 型。

在一較佳實施例中，主機更包括顯示單元，顯示單元用於顯示待測物的專屬運動模型與預設物的專屬運動模型。

為了解決上述問題，本發明的目的在於提出一種運動軌跡感測系統的運動模型建立方法，用於具有複數個感測點之待測物，以解決上述問題。

為達到上述發明目的，運動模型建立方法包括：

首先，利用複數個感測器分別感測複數個感測點之動作，進而產生並傳送複數個對應的多維座標值；接著，利用偵測單元分別接收複數個感測器所傳送的複數個多維座標值，進而產生相應的複數個多維座標訊息；接著，利用選取單元根據待測物從測計資料庫中選擇第一靜態模型感測器；接著，利用模型建構單元根據複數個多維座標訊息修正第一靜態模型以作為待測物專屬的第二靜態模型；接著，利用運動模型資料庫存放至少一參考運動模型，至少一參考運動模型界定至少一部分上述感測點處於運動中；接著，利用計算單元根據待測物專屬的第二靜態模型與至少一部分上述感測點相應的複數個多維座標訊息，計算出在至少一參考運動模型下每一複數感測點的運動軌跡；最後，利用計算單元建立對應待測物的專屬運動模型。

在一較佳實施例中，利用計算單元根據待測物專屬的第二靜態模型計算出複數感測點的質量。

在一較佳實施例中，通過該計算單元根據每一該感測點 的運動軌跡與該感測點的相應質量計算出在該至少一參考運動模型下該複數感測點的速度、加速度與力量。

在一較佳實施例中，利用比對單元比較待測物的專屬運動模型與預設物的專屬運動模型。

在一較佳實施例中，利用顯示單元顯示待測物的專屬運動模型與預設物的專屬運動模型。

本發明藉由待測物專屬的第二靜態模型與複數感測器記錄待測物的複數個感測點的複數個多維座標訊息，計算出在至少一參考運動模型下每一複數感測點的運動軌跡，進而建立對應待測物的專屬運動模型。因此可以獲得待測物的複數感測點的相關物理訊息(速度、加速度及力量等訊息)。同時，本發明藉由比對單元將兩個待測物的運動模型相互比較，便可以清楚的判斷出兩待測物之間的差異。舉例而言，當待測物是一般人而別的待測物是專業運動員時，一般人可以藉由與專業運動員的專屬運動模型的差異，改善自身的動作，以達到更佳的運動效果。

100‧‧‧運動軌跡感測系統

110‧‧‧主機

111‧‧‧偵測單元

112‧‧‧測計資料庫

113‧‧‧選取單元

114‧‧‧模型建構單元

115‧‧‧計算單元

116‧‧‧運動模型資料庫

117‧‧‧比對單元

118‧‧‧顯示單元

120‧‧‧待測物

121‧‧‧感測點

130‧‧‧感測器

141‧‧‧判斷單元

142‧‧‧定位單元

S01-S10‧‧‧步驟

第1圖，繪示一種根據本發明之一較佳實施例的運動軌跡感測系統的方塊圖。

第2圖，繪示一種根據本發明之一較佳實施例的運動軌跡感測系統的運動模型建立方法流程圖。

以下各實施例的說明是參考圖式，用以說明本發明可用以實施的特定實施例。

參考第1圖，繪示一種根據本發明之一較佳實施例的運動軌跡感測系統100的方塊圖。運動軌跡感測系統100用於具有複數個感測點121(如第1感測點到第n感測點)之待測物120。運動軌跡感測系統100包含複數個感測器130(如第1感測器到第n感測器)與主機110，複數個感測器130用於分別感測複數個感測點121之動作以產生並傳送出複數個對應的多維座標值(如3D座標值)。在應用上，感測器130可藉由黏貼式、穿戴式或者是嵌入式等多種方法設置在複數個感測點121上，並且主機110可藉由穿戴式的方式配置於待測物120上。

主機110包含偵測單元111、測計資料庫112、選取單元113、模型建構單元114、計算單元115、運動模型資料庫116、比對單元117與顯示單元118。

偵測單元111用於分別接收複數個感測器130傳送的複數個多維座標值並產生相應的複數個多維座標訊息，所謂多維座標訊息實際上包括感測器在立體空間的XYZ座標以及旋轉角度搭配時間的所有資訊。

選取單元113根據待測物120從測計資料庫112中選取第一靜態模型。測計資料庫112包括人或動物的基本模型，比如說以人類為例子，東方人、西方人等不同的人種有基本的差 異，東方人較矮小、四肢較細等差異。舉例來說，假設待測物120是人，當使用者輸入人種、地區、國籍、性別、年齡、身高、體重後，搭配模型建構單元114根據複數個多維座標訊息修正第一靜態模型資料以作為待測物120專屬的第二靜態模型。

運動模型資料庫116用於存放至少一參考運動模型。比如說游泳與跑步所需要偵測的感測器130不相同，可以藉由選擇正確的運動模型加速運算以及得到更正確的結果。至少一參考運動模型界定至少一部分上述感測點121處於運動中。在不同的運動模型中，影響運動的主要感測點不盡相同，例如有的運動是手的擺動比較重要，有的運動是腰的擺動比較重要，因此根據不同的運動模型去偵測不同的感測點121的運動可以使計算結果更佳。

計算單元115根據待測物120專屬的第二靜態模型與至少一部分上述感測點121相應的多維座標訊息，計算出在至少一運動模型下每一複數感測點121的運動軌跡，進而建立待測物120的專屬運動模型，以及進一步根據待測物120專屬的第二靜態模型資料計算出複數感測點121的相應質量，以及根據每一上述感測點121的運動軌跡與上述感測點121的相應質量計算出在至少一參考運動模型下複數感測點121的速度、加速度與力量。

比對單元117用於比較待測物120的專屬運動模型與預設物的專屬運動模型。延續前面的例子，當人想要檢測本 身的運動姿勢是否有改善的空間時，可以藉由與專業運動員的運動姿勢相比較得到解答。因此預設物可以是專業運動員，藉由本身的專屬運動模型與專業運動員的專屬運動模型進行比較，可以有效的改善自身運動的姿勢。同時可以產生當前感測點121的運動軌跡與專業運動員的專屬運動軌跡之間的誤差值。

顯示單元118用於顯示待測物120的專屬運動模型與預設物的專屬運動模型。在比對單元117對本身的專屬運動模型與專業運動員的專屬運動模型進行比較後，藉由顯示單元118將兩運動模型同時顯示，使用者可以輕易的了解兩者的差異。

運動軌跡感測系統100進一步可具有判斷單元141，利用判斷單元141判斷比對單元117所獲取之誤差值是否大於預設值，其中所述預設值可為使用者所預先輸入之一個特定數值範圍或數值。如果比對後的誤差值大於預設值，判斷單元141則會判斷至少一感測點121當前的運動軌跡錯誤而發出錯誤訊號。使用者可藉由發出的錯誤訊號立即修正此感測點121當前的運動軌跡，例如轉動的角度或移動的距離。

更明確地說，在本發明之運動軌跡感測系統100啟動前，係先將複數個感測器130和主機110放置在一個特定的位置，再將主機110啟動，並且藉由主機110的一定位單元142獲取主機當前的數值化的絕對位置資訊，例如，絕對座標和高度資訊。在此特定的位置上，每一感測器130與主機110之間的相對距離為已知，因此定位單元142除了可獲取每一感測器130與主 機110之間的初始相對座標值以外，也可根據主機110的絕對位置資訊與感測器130之間的初始相對座標值進而獲取每一感測器130的初始絕對座標值。接著，啟動複數個感測器130並將感測器130配置於待測物120之各個感測點121上以進行多維座標值的收集。主機110的偵測單元111根據每一感測器130之初始相對座標值和複數個收集到的多維座標值相應產生上述之多維座標訊號。應當注意的是，本發明之定位單元142可為一種室內定位系統，使得本發明之運動軌跡感測系統在使用上不會因為待測物120運動的定點而受到限制。

較佳地，主機110的測計資料庫112、選取單元113、計算單元115、運動模型資料庫116、比對單元117、判斷單元141也可以設置在另外的電子裝置中，藉以降低主機110的工作負荷，同時，電子裝置亦可與雲端服務平台相連接，進行更多的利用。

第2圖，繪示一種根據本發明之一較佳實施例的運動軌跡感測系統100的運動模型建立方法流程圖。本方法中所使用的元件請參考第1圖所示，不再贅述。輸入待測物120的資料。舉例來說，當待測物120是人，需要輸入人種、地區、國籍、性別、年齡、身高、體重等盡可能詳細的資料。在待測物120的運動過程中，複數個感測器130持續的紀錄複數個感測點121的複數個座標訊息。

首先，執行步驟S01，利用複數個感測器130分別 感測複數個感測點121之動作，進而產生並傳送複數個對應的多維座標值。

接著，執行步驟S02，利用偵測單元111分別接收複數個感測器130所傳送的複數個多維座標值，進而產生相應的複數個多維座標訊息。

接著，執行步驟S03，利用選取單元113根據待測物120從測計資料庫112中選擇第一靜態模型感測器。當待測物120的資料越多，對應待測物120的第一靜態模型會更符合待測物120的實際狀態。與傳統影像擷取技術的區別在於，根據複數個多維座標訊息可以快速地計算出複數個感測器130相關的所有物理訊息(如速度、加速度、角速度與角加速度等)。

接著，執行步驟S04，利用模型建構單元114根據複數個多維座標訊息修正第一靜態模型以作為待測物120專屬的第二靜態模型。因為第一靜態模型通常為平均值所建構而成，因此需要再藉由複數個多維座標訊息修正後，才能產生符合待測物120專屬的第二靜態模型。

感測器接著，執行步驟S05，利用運動模型資料庫116存放至少一參考運動模型，至少一參考運動模型界定至少一部分上述感測點121處於運動中。

接著，執行步驟S06，利用計算單元115根據待測物120專屬的第二靜態模型與至少一部分上述感測點121相應的複數個多維座標訊息，計算出在至少一參考運動模型下每一複 數感測點121的運動軌跡。

接著，執行步驟S07，利用計算單元115進一步建立對應待測物120的專屬運動模型。

接著，執行步驟S08，利用計算單元115根據待測物120專屬的第二靜態模型計算出複數感測點121的質量。舉例來說，兩個身高與體重相同的人，手臂的長度與重量很可能會不同。因此需要經過計算後才能得到專屬待測物120的複數個感測點121的相應質量。

接著，執行步驟S09，利用比對單元117比較待測物120的專屬運動模型與預設物的專屬運動模型。

接著，執行步驟S10，利用顯示單元118顯示待測物120的專屬運動模型與預設物的專屬運動模型及/或兩者的比較結果。

以上僅是本發明的較佳實施方式，應當指出，對於熟悉本技術領域的技術人員，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。

S01-S10‧‧‧步驟

Claims (10)

1. 一種運動軌跡感測系統，用於一具有複數個感測點之待測物，該架構包含：複數個感測器，用於分別感測該複數個感測點以產生並傳送出複數個對應的多維座標值；一主機，與該些感測器連接，其包含一偵測單元、一測計資料庫、一選取單元、一模型建構單元、一計算單元及一運動模型資料庫，該偵測單元用於分別接收該複數個感測器傳送的該複數個多維座標值並產生相應的複數個多維座標訊息，該選取單元根據該待測物從該測計資料庫中選取一第一靜態模型，該模型建構單元根據該複數個多維座標訊息修正該第一靜態模型資料以作為該待測物專屬的第二靜態模型，該運動模型資料庫用於存放至少一參考運動模型，該至少一參考運動模型界定至少一部分上述感測點處於運動中，該計算單元根據該待測物專屬的該第二靜態模型與至少一部分上述感測點相應的多維座標訊息，計算出在該至少一參考運動模型下每一該複數感測點的運動軌跡，進而建立一對應該待測物的專屬運動模型。
2. 如申請專利範圍第1項所述之運動軌跡感測系統，其中該計算單元進一步根據該待測物專屬的第二靜態模型資料計算出該複數感測點的相應質量。
3. 如申請專利範圍第2項所述之運動軌跡感測系統，其中該計算單元根據每一上述感測點的運動軌跡與上述感測點的相應質量計算出在該至少一參考運動模型下該複數感測點的速度、加速度與力量。
4. 如申請專利範圍第1項所述之運動軌跡感測系統，其中該主機更包括一比對單元，該比對單元用於比較該待測物的專屬運動模型與一預設物的專屬運動模型。
5. 如申請專利範圍第1項所述之運動軌跡感測系統，其中該主機更包括一顯示單元，該顯示單元用於顯示該待測物的專屬運動模型與一預設物的專屬運動模型。
6. 一種運動模型建立方法，用於一具有複數個感測點之待測物，包括：利用複數個感測器分別感測該複數個感測點之動作，進而產生並傳送複數個對應的多維座標值；利用一偵測單元分別接收該複數個感測器所傳送的該複數個多維座標值，進而產生相應的複數個多維座標訊息；利用一選取單元根據該待測物從一測計資料庫中選擇一第一靜態模型；利用一模型建構單元根據該複數個多維座標訊息修正該第一靜態模型以作為該待測物專屬的第二靜態模型；利用一運動模型資料庫存放至少一參考運動模型，該至少一參考運動模型界定至少一部分上述感測點處於運動中；利用一計算單元根據該待測物專屬的該第二靜態模型與該至少一部分上述感測點相應的該複數個多維座標訊息，計算出在該至少一參考運動模型下每一該複數感測點的運動軌跡；以及利用一計算單元建立一對應該待測物的專屬運動模型。
7. 如申請專利範圍第6項所述之方法，進一步包括：利用該計算單元根據該待測物專屬的該第二靜態模型計算出該複數感測點的質量。
8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，進一步包括：通過該計算單元根據每一該感測點的運動軌跡與該感測點的相應質量計算出在該至少一參考運動模型下該複數感測點的速度、加速度與力量。
9. 如申請專利範圍第6項所述之方法，進一步包括：利用一比對單元比較該待測物的專屬運動模型與一預設物的專屬運動模型。
10. 如申請專利範圍第6項所述之方法，進一步包括：利用一顯示單元顯示該待測物的專屬運動模型與一預設物的專屬運動模型。