TWI775202B - 動作姿勢的指導系統及方法 - Google Patents

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Abstract

一種動作姿勢的指導系統及方法。指導系統包括一第一骨架辨識模型、一編輯器及一儲存裝置。第一骨架辨識模型用以根據一標準動作影片產生一標準骨架影片。標準骨架影片包含有一人員之一標準特定動作，且標準骨架影片包含有複數個標準特定動作骨架圖片以對應該標準特定動作。編輯器用以接收一編輯者之一指令產生對應該些標準特定動作骨架圖片之一個以上動作指導資訊。儲存裝置用以儲存些標準特定動作骨架圖片及其對應的動作指導資訊。

Description

動作姿勢的指導系統及方法
本發明是有關於一種指導系統及方法，且特別是有關於一種動作姿勢的指導系統及方法。
近年來，由於運動人口增加，人們對於運動教練的需求漸漸增加。此外，由於科技的發展，市面上也出現很多與運動相關的數位影音內容及應用程式，以供使用者可以在家運動及訓練。
然而，運動及訓練最重要的是動作姿勢是否正確。而目前市面上與運動相關的數位影音內容及應用程式僅能提供學習的影片內容給使用者觀看，並沒有針對使用者的動作姿勢進行回饋，使用者只能自行觀看和學習，無法判斷自己的動作是否正確，或者該如何改進。
另外，雖有些應用程式能夠辨識使用者的動作姿勢，然而必須要先針對許多的動作姿勢進行建模和訓練，建置成本頗高。對於一般運動教練或是在網路上播放數位運動影音內容的人員來說，要自行建立辨識動作模型的成本及難度太高。此外，不同的數位運動影音內容可能都需要分別建立各自的辨識動作模型，而運動教練或播放數位影音內容的人員卻需要經常變化運動的內容以吸引使用者，經常 產生大量的數位影音內容，要對每一個數位影音內容來製作辨識動作模型，實務上是極難達成。。
因此，非常需要一個便利的系統和工具，讓運動教練或播放數位影音內容的人員，可以依據標準運動的影片，針對使用者經常需要指導的動作，來編輯動作指導資訊。在使用者依據標準運動影片來進行運動及訓練的過程中，當判斷使用者的動作姿勢不正確時，可提供對應的動作指導資訊，以提升使用者達到運動及訓練的效果，也可讓使用者避免因為動作姿勢不正確而造成運動傷害。
本發明係有關於一種動作姿勢的指導系統及方法，能夠於使用者在運動或訓練過程中，根據動作姿勢的位置、角度及速度，判斷動作姿勢是否正確，並提供動作指導資訊給使用者，可避免使用者在運動或訓練過程中因為動作姿勢不正確而未達到運動及訓練的效果，或造成運動傷害。
根據本發明之一實施例，提出一種動作姿勢的指導系統。指導系統包括一第一骨架辨識模型、一編輯器及一儲存裝置。第一骨架辨識模型用以根據一標準動作影片產生一標準骨架影片。標準骨架影片包含有一人員之一標準特定動作，且標準骨架影片包含有複數個標準特定動作骨架圖片以對應該標準特定動作。編輯器用以接收一編輯者之一指令產生對應該些標準特定動作骨架圖片之一個以上動作指導資訊。儲存裝置用以儲存該些標準特定動作骨架圖片及其對應的動作指導資訊。
根據本發明之另一實施例，提出一種動作姿勢的指導方法。指導方法包括以下步驟。根據一標準動作影片產生一標準骨架影片。標準骨架影片包含有一人員之一標準特定動作，且標準骨架影片包含有複數個標準特定動作骨架圖片以對應該標準特定動作。接收一編輯者之一指令產生對應該些標準特定動作骨架圖片之一個以上動作指導資訊。儲存該些標準特定動作骨架圖片及其對應的動作指導資訊。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：
100:動作姿勢的指導系統
110:第一骨架辨識模型
120:編輯器
130:儲存裝置
131:指導知識庫
140:影像擷取裝置
150:第二骨架辨識模型
160:骨架比對模組
170:動作指導模組
180:顯示器
190:運動次數計算模組
CMD:指令
CR:比對結果
GI:動作指導資訊
OI:操作介面
P:人員
SK,USK:骨架
U:使用者
SV:標準動作影片
SSV:標準骨架影片
SSP,SSP1,SSP2,SSP3,SSPn-2,SSPn-1,SSPn:標準特定動作骨架圖片
UV:使用者動作即時影像串流
USV:使用者動作骨架影片
USP,USP1,USP2,USP3,USP4,USP5,USP10,USP11,USPn-1,USPn:使用者特定動作骨架圖片
S110,S120,S130,S210,S220,S230,S240,S250:步驟
SP1,SP2,SP3,SPn-2,SPn-1,SPn,UP1,UP2,UP3,UPn-1,UPn:圖片
第1圖繪示根據本發明一實施例之動作姿勢的指導系統的方塊圖；第2圖繪示根據本發明一實施例之建立指導知識庫的流程圖；第3圖繪示根據本發明一實施例之標準動作影片的示意圖；第4圖繪示根據本發明一實施例之標準骨架影片的示意圖；第5圖繪示根據本發明一實施例之編輯器的示意圖；第6圖繪示根據本發明一實施例之動作姿勢的指導方法的流程圖；第7圖繪示根據本發明一實施例之使用者動作即時影像串流的示意圖；第8圖繪示根據本發明一實施例之使用者動作骨架影片的示意圖；第9圖繪示根據本發明一實施例之比對使用者特定動作骨架圖片與標準特定動作骨架圖片以產生一比對結果之示意圖；及第10圖繪示根據本發明另一實施例之使用者動作骨架影片之示意圖。
請同時參照第1及2圖。第1圖繪示根據本發明一實施例之動作姿勢的指導系統100的方塊圖。第2圖繪示根據本發明一實施例之動作姿勢的指導方法的流程圖。動作姿勢的指導系統100包括一第一骨架辨識模型110、一編輯器120及一儲存裝置130。第一骨架辨識模型110例如是一深度學習模型。編輯器120例如是一編輯軟體。儲存裝置130例如是一傳統硬碟(HDD)或一固態硬碟(SSD)。儲存裝置130包括一指導知識庫131。
步驟S110，第一骨架辨識模型110根據一標準動作影片SV產生一標準骨架影片SSV。標準動作影片SV包含有一人員之一標準特定動作，且標準骨架影片SSV包含有複數個標準特定動作骨架圖片SSP以對應該標準特定動作。請參照第3圖，其繪示根據本發明一實施例之標準動作影片SV的示意圖。標準動作影片SV例如為一人員P在運動或訓練時之一標準特定動作的影片。標準動作影片SV包含多張圖片SP1、SP2、SP3，...，SPn-2、SPn-1、SPn。請參照第4圖，其繪示根據本發明一實施例之標準骨架影片SSV的示意圖。標準骨架影片SSV為一已標示骨架SK之影片。標準骨架影片SSV包含多張標準特定動作骨架圖片SSP1、SSP2、SSP3，...，SSPn-2、SSPn-1、SSPn。標準特定動作骨架圖片SSP1、SSP2、SSP3，...，SSPn-2、SSPn-1、SSPn對應標準特定動作。在一實施例中，動作姿勢的指導系統100更包括一通訊模組(未繪示)，用以接收標準動作影片SV。通訊模組例如為有線或無線通訊介面。
步驟S120，編輯器120接收一編輯者之一指令CMD產生對應標準特定動作骨架圖片SSP之一個以上動作指導資訊GI。每一動作指導資訊GI包括一位置指導資訊、一角度指導資訊、一時間指導資訊及一速度指導資訊之至少一者，也可以是上述指導資訊的任意組合。請參照第5圖，其繪示根據本發明一實施例之編輯器120的示意圖。編輯器120提供一操作介面OI，用以顯示標準骨架影片SSV，提供編輯者從標準骨架影片SSV中選擇一標準特定動作骨架圖片SSP，並於所選擇的標準特定動作骨架圖片SSP中進行資訊標記。標準特定動作骨架圖片SSP中的骨架SK包含有複數個肢體和複數個關節，資訊標記可為在該些肢體之任一肢體上之一位置標記或一時間標記、或在該些關節之任一關節及其相連之肢體上之一角度標記。舉例來說，編輯器120的操作介面OI顯示如第4圖之標準骨架影片SSV，編輯者從標準骨架影片SSV中選擇一標準特定動作骨架圖片SSP3，並於標準特定動作骨架圖片SSP3中進行資訊標記。由於標準特定動作骨架圖片SSP3中的動作重點為手臂的位置、手臂動作保持的時間以及肩關節與軀幹的角度，因此編輯者所做的資訊標記例如包含手臂的位置標記及手臂的時間標記，以及肩關節與軀幹的角度標記。接著，操作介面OI更包括用以提供編輯者依據資訊標記來編輯動作指導資訊GI。舉例來說，編輯者依據資訊標記來編輯動作指導資訊GI之位置指導資訊為「手臂應與地面保持平行」、動作指導資訊GI之角度指導資訊為「肩關節角度需與軀幹保持90度」及動作指導資訊GI之時間指導資訊為「手臂維 持平行的動作保持在2秒」。在另一些實施例中，也可以包含速度指導資訊，例如「手臂從垂直到平行的速度為每秒0.5公尺」。
步驟S130，儲存裝置130儲存標準特定動作骨架圖片SSP及其對應的動作指導資訊GI。儲存裝置130包括一指導知識庫131以儲存標準特定動作骨架圖片SSP及其對應的動作指導資訊GI。舉例來說，指導知識庫131儲存標準特定動作骨架圖片SSP3，及標準特定動作骨架圖片SSP3對應的動作指導資訊GI。在一實施例中，指導知識庫131可儲存多個標準特定動作骨架圖片(如SSP1、SSP2及SSP3)，及其個別對應的動作指導資訊GI。
請參照第1及6圖。第6圖繪示根據本發明一實施例之動作姿勢的指導方法的流程圖。動作姿勢的指導系統100更包括一影像擷取裝置140、一第二骨架辨識模型150、一骨架比對模組160、一動作指導模組170、一顯示器180。影像擷取裝置140例如為一行動裝置之網路攝影機(Webcam)、一電腦之內建鏡頭或一健身鏡之鏡頭。第二骨架辨識模型150，可與第一骨架辨識模型110相同或類似。第二骨架辨識模型150例如是深度學習模型。骨架比對模組160及動作指導模組170例如是一處理電路或一處理晶片。顯示器180例如為一行動裝置之螢幕、一電腦之液晶螢幕或一健身鏡之顯示器。
步驟S210，一影像擷取裝置140拍攝一使用者U之一使用者動作以產生一使用者動作即時影像串流UV。
步驟S220，第二骨架辨識模型150根據使用者動作即時影像串流UV產生一使用者動作骨架影片USV。使用者即時影像串流 UV包含有使用者U之一使用者特定動作，使用者動作骨架影片USV包含有複數張使用者特定動作骨架圖片USP以對應使用者特定動作。請參照第7圖，其繪示根據本發明一實施例之使用者動作即時影像串流UV的示意圖。使用者動作即時影像串流UV例如為使用者U在依據前述標準動作影片所進行運動或訓練時之一使用者特定動作的影片。使用者動作即時影像串流UV包含多張圖片UP1、UP2、UP3，...，UPn-1、UPn。請參照第8圖，其繪示根據本發明一實施例之使用者動作骨架影片USV的示意圖。使用者動作骨架影片USV為一已標示骨架USK之影片。使用者動作骨架影片USV包含多張使用者特定動作骨架圖片USP1、USP2、USP3，...，USPn-1、USPn。使用者特定動作骨架圖片USP1、USP2、USP3，...，USPn-1、USPn對應標準特定動作。
步驟S230，骨架比對模組160比對使用者特定動作骨架圖片USP與標準特定動作骨架圖片SSP以產生一比對結果CR。比對結果CR包括一位置比對結果、一角度比對結果、一時間比對結果或是一速度比對結果，比對結果CR也可以是上述各項比對結果的任意組合。更進一步來說，骨架比對模組160係比對使用者特定動作骨架圖片USP中之骨架USK與標準特定動作骨架圖片SSP中之骨架SK之間的位置及角度，以分別得到位置比對結果及角度比對結果。骨架比對模組160也可以在多張使用者特定動作骨架圖片中，取得使用者在進行該使用者特定動作的起始和終止時的骨架圖片，例如該使用者特定動作為手垂直握啞鈴後，平舉到手臂與地面平行。USP1即為起始的骨架圖片，USPn為終止的骨架圖片，依據使用者的影像串流UV，可計算出使用者在進行該使用者特定動作的時間，依據USP1和USPn的骨架中手掌的位置可計算手掌移動的距離，因此可以計算出使用者的速度，將使 用者的時間、速度，與時間指導資訊、速度指導資訊比對，就可以得到時間比對結果及速度比對結果。
請參照第9圖，其繪示根據本發明一實施例之比對使用者特定動作骨架圖片USP3與標準特定動作骨架圖片SSP3以產生一比對結果CR之示意圖。為方便說明，以空心圓○表示標準特定動作骨架圖片SSP3之骨架SK的各關節位置，以實心圓●表示使用者特定動作骨架圖片USP3中之骨架USK的各關節位置。本實施例在標準特定動作骨架圖片SSP3中的動作重點為手臂的位置、以及肩關節與軀幹的角度。因此，骨架比對模組160比對使用者特定動作骨架圖片USP3中之骨架USK的手臂的位置與標準特定動作骨架圖片SSP3中之骨架SK的手臂的位置之間的差異，得到位置比對結果在兩個骨架圖片中手臂位置的距離差為60像素，圖片上的像素可以換算成圖片中的距離(例如公分)，可由編輯者事先設定其位置閥值(例如50像素)，以供骨架比對模組160判斷此一距離差是否為可容許。骨架比對模組160比對使用者特定動作骨架圖片USP3中之骨架USK的肩關節與軀幹的角度(60度)與標準特定動作骨架圖片SSP3中之骨架SK的肩關節與軀幹的角度(90度)之間的差異，得到角度比對結果為30度。同樣的，可由編輯者事先設定其角度閥值，例如10度，以供骨架比對模組160判斷此一角度誤差是否為可容許。
請參考第10圖，其繪示根據本發明另一實施例之使用者動作骨架影片之示意圖。第10圖中，使用者動作骨架影片USV為一已標示骨架USK之影片。使用者動作骨架影片USV包含多張使用者特定動作骨架圖片USP3、USP4，...，USP10、USP11。使用者特定動作骨架圖片USP3、USP4，...，USP10、USP11對應標準特定動作圖片。首 先，骨架比對模組160比對在使用者特定動作骨架圖片USP3中之骨架USK的手臂的位置是否與標準特定動作骨架圖片SSP3中之骨架SK的手臂的位置相同。若是，則骨架比對模組160計算使用者動作骨架影片USV中之骨架USK的手臂於進行使用者特定動作的起始和終止時的骨架圖片的時間間隔，以計算出使用者在進行該使用者特定動作的時間。如第10圖所示，骨架比對模組160在多張使用者特定動作骨架圖片USP3、USP4，...，USP10、USP11中取得使用者在進行手臂維持平行的動作之起始的骨架圖片USP3和終止的骨架圖片USP10，並據以計算出使用者在進行手臂維持平行的動作之時間為1秒。骨架比對模組160進而將使用者在進行手臂維持平行的動作之時間與時間指導資訊「手臂維持平行的動作保持在2秒」進行比對，以產生時間比對結果為1秒。
步驟S240，動作指導模組170根據比對結果CR從指導知識庫131中選擇多個動作指導資訊GI之一。當動作指導模組170判斷位置比對結果(60像素)超過位置閥值(例如50像素)，則動作指導模組170從指導知識庫131中選擇對應標準特定動作骨架圖片SSP3之位置指導資訊「手臂應與地面保持平行」。當動作指導模組170判斷角度比對結果(30度)超過角度閥值(例如5度)，則動作指導模組170從指導知識庫131中選擇對應標準特定動作骨架圖片SSP3之角度指導資訊「肩關節角度需與軀幹保持90度」。當動作指導模組170判斷時間比對結果(例如1秒)超過時間閥值(例如0.5秒)，則動作指導模組170從指導知識庫131中選擇對應標準特定動作骨架圖片SSP3之時間指導資訊「手臂維持平行的動作保持在2秒」。當動作指導模組170判斷速度比對結果(例如每秒0.5公尺)超過速度閥值(例如每 秒0.4公尺之間)，則動作指導模組170從指導知識庫131中選擇對應標準特定動作骨架圖片SSP3之速度指導資訊「手臂動作需控制在每秒0.4公尺秒」，更進一步時，可以依據速度過快或過慢，建立對應的回饋資訊為「請放慢速度」或「請加快速度」。當動作指導模組170判斷位置比對結果未超過位置閥值、角度比對結果未超過角度閥值、時間比對結果未超過時間閥值、且速度比對結果未超過速度閥值，則動作指導模組170不選擇動作指導資訊GI。須注意的是，本發明之位置閥值、角度閥值、時間閥值及速度閥值不以上述的數值為限制，可依照不同的動作姿勢做不同的設置。
在一實施例中，動作姿勢的指導系統100更包括一運動次數計算模組190。運動次數計算模組190例如是一處理電路或一處理晶片。運動次數計算模組190當位置比對結果未超過位置閥值及角度比對結果未超過角度閥值，則記錄一運動次數。
步驟S250，顯示器180顯示選擇的動作指導資訊GI。若於步驟S240中，動作指導模組170從指導知識庫131中選擇的動作指導資訊GI為位置指導資訊「手臂應與地面保持平行」，則顯示器180顯示「手臂應與地面保持平行」。若動作指導模組170從指導知識庫131中選擇的動作指導資訊GI為角度指導資訊「肩關節角度需與軀幹保持90度」，則顯示器180顯示「肩關節角度需與軀幹保持90度」。若動作指導模組170從指導知識庫131中選擇的動作指導資訊GI為速度指導資訊「手臂動作需控制在2秒」，則顯示器180顯示「手臂動作需控制在2秒」。若動作指導模組170未選擇動作指導資訊GI，則顯示器180顯示一提示資訊「動作完美」，以提示使用者的動作姿勢正確。
如此一來，根據本發明所提出之動作姿勢的指導系統及方法，能夠於使用者在運動或訓練過程中，根據動作姿勢的位置、角度及速度，判斷動作姿勢是否正確，並提供動作指導資訊給使用者，可避免使用者在運動或訓練過程中因為動作姿勢不正確而未達到運動及訓練的效果，或造成運動傷害。
綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
S110,S120,S130:步驟

Claims (20)

  1. 一種動作姿勢的指導系統，包括：一第一骨架辨識模型，用以根據一標準動作影片產生一標準骨架影片，其中該標準動作影片包含有一人員之一標準特定動作，且該標準骨架影片包含有複數個標準特定動作骨架圖片以對應該標準特定動作；一編輯器，用以接收一編輯者對該標準骨架影片進行資訊標記之一指令，產生對應該些標準特定動作骨架圖片之一個以上動作指導資訊；以及一儲存裝置，用以儲存該些標準特定動作骨架圖片及其對應的該一個以上動作指導資訊。
  2. 如請求項1所述之指導系統，其中更包括：一通訊模組，用以接收該標準動作影片。
  3. 如請求項1所述之指導系統，其中該儲存裝置更包括一指導知識庫以儲存該些標準特定動作骨架圖片及其對應的該一個以上動作指導資訊。
  4. 如請求項3所述之指導系統，其中更包括：一影像擷取裝置，用以拍攝一使用者之一使用者動作以產生一使用者動作即時影像串流；一第二骨架辨識模型，用以根據該使用者動作即時影像串流產生一使用者動作骨架影片，其中該使用者即時影像串流包含有該 使用者之一使用者特定動作，該使用者動作骨架影片包含有複數個使用者特定動作骨架圖片以對應該使用者特定動作；一骨架比對模組，用以比對該使用者特定動作骨架圖片與該標準特定動作骨架圖片以產生一比對結果；一動作指導模組，用以根據該比對結果從該指導知識庫中選擇該些動作指導資訊之一；以及一顯示器，用以顯示選擇的該動作指導資訊。
  5. 如請求項4所述之指導系統，其中每一該些動作指導資訊包括一位置指導資訊、一角度指導資訊、時間指導資訊及一速度指導資訊之至少一者。
  6. 如請求項4所述之指導系統，其中該比對結果包括一位置比對結果、一角度比對結果、時間比對結果及一速度比對結果之至少一者。
  7. 如請求項6所述之指導系統，其中當該位置比對結果未超過一位置閥值、該角度比對結果未超過一角度閥值、該時間比對結果未超過一時間閥值及該速度比對結果未超過一速度閥值，則該動作指導模組更用以不選擇該些動作指導資訊之一，以及該顯示器更用以顯示一提示資訊，以提示該使用者的動作姿勢正確。
  8. 如請求項6所述之指導系統，更包括：一運動次數計算模組，用以當每一該位置比對結果未超過一位置閥值及該角度比對結果未超過一角度閥值，則記錄一運動次數。
  9. 如請求項1所述之指導系統，其中該編輯器更包括提供一操作介面，用以顯示該標準骨架影片，提供該編輯者從該標準骨架影片中選擇該些標準特定動作骨架圖片之一，並於所選擇的標準特定動作骨架圖片中進行資訊標記，其中該標準特定動作骨架圖片中的骨架包含有複數個肢體和複數個關節，該資訊標記包含在該些肢體之任一肢體上之一位置標記或一時間標記、或在該些關節之任一關節及其相連之肢體上之一角度標記。
  10. 如請求項9所述之指導系統，其中該操作介面更包括用以提供該編輯者依據該資訊標記來編輯該動作指導資訊。
  11. 一種動作姿勢的指導方法，包括：根據一標準動作影片產生一標準骨架影片，其中該標準動作影片包含有一人員之一標準特定動作，且該標準骨架影片包含有複數個標準特定動作骨架圖片以對應該標準特定動作；接收一編輯者對該標準骨架影片進行資訊標記之一指令，產生對應該些標準特定動作骨架圖片之一個以上動作指導資訊；以及儲存該些標準特定動作骨架圖片及其對應的該一個以上動作指導資訊。
  12. 如請求項11所述之指導方法，其中更包括：透過一通訊模組接收該標準動作影片。
  13. 如請求項11所述之指導方法，其中更包括： 透過一指導知識庫以儲存該些標準特定動作骨架圖片及其對應的該一個以上動作指導資訊。
  14. 如請求項13所述之指導方法，其中更包括：拍攝一使用者之一使用者動作以產生一使用者動作即時影像串流；根據該使用者動作即時影像串流產生一使用者動作骨架影片，其中該使用者即時影像串流包含有該使用者之一使用者特定動作，該使用者動作骨架影片包含有複數個使用者特定動作骨架圖片以對應該使用者特定動作；比對該使用者特定動作骨架圖片與該標準特定動作骨架圖片以產生一比對結果；根據該比對結果從該指導知識庫中選擇該些動作指導資訊之一；以及顯示選擇的該動作指導資訊。
  15. 如請求項14所述之指導方法，其中每一該些動作指導資訊包括一位置指導資訊、一角度指導資訊、時間指導資訊及一速度指導資訊之至少一者。
  16. 如請求項14所述之指導方法，其中該比對結果包括一位置比對結果、一角度比對結果、時間比對結果及一速度比對結果之至少一者。
  17. 如請求項16所述之指導方法，其中當該位置比對結果未超過一位置閥值、該角度比對結果未超過一角度閥值、 該時間比對結果未超過一時間閥值及該速度比對結果未超過一速度閥值，則不選擇該些動作指導資訊之一，以及顯示一提示資訊以提示該使用者的動作姿勢正確。
  18. 如請求項16所述之指導方法，其中更包括：當每一該位置比對結果未超過一位置閥值及該角度比對結果未超過一角度閥值，則記錄一運動次數。
  19. 如請求項11所述之指導方法，其中更包括：透過一操作介面顯示該標準骨架影片，提供該編輯者從該標準骨架影片中選擇該些標準特定動作骨架圖片之一，並於所選擇的標準特定動作骨架圖片中進行資訊標記；其中該標準特定動作骨架圖片中的骨架包含有複數個肢體和複數個關節，該資訊標記包含在該些肢體之任一肢體上之一位置標記或一時間標記、或在該些關節之任一關節及其相連之肢體上之一角度標記。
  20. 如請求項19所述之指導方法，其中該操作介面更包括用以提供該編輯者依據該資訊標記來編輯該動作指導資訊。
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