TWI780878B

TWI780878B - 運動姿態的校正方法及裝置

Info

Publication number: TWI780878B
Application number: TW110131721A
Authority: TW
Inventors: 李嘉緯; 許志宏; 陳奇宏
Original assignee: 晶翔機電股份有限公司
Priority date: 2021-08-26
Filing date: 2021-08-26
Publication date: 2022-10-11
Also published as: TW202309712A

Abstract

本發明為一種運動姿態的校正方法及裝置，該校正方法包括取得一身體部位的一即時姿態的一方位角；依據兩相異該方位角以求得其間之一個別的相對空間角度；利用該個別的相對空間角度產生一運動外觀數據；以及下列兩步驟其中之一：(A)利用一動態時間彎扭運算法將該運動外觀數據與一標準運動數據進行比對，俾獲致一運動外觀比對結果；及(B)利用該運動外觀數據以對應地產生一運動發力順序數據，及利用一差值運算法將該運動發力順序數據與一標準發力順序數據比對以獲得一發力順序比對值。

Description

運動姿態的校正方法及裝置

本發明為一種運動姿態的校正方法及裝置，尤指一種利用動態時間彎扭(Dynamic Time Warping)運算法將運動外觀數據與標準外觀數據進行比對之運動姿態的校正方法及裝置。

在人體的運動表現評量方面，諸如復健或運動員/選手的動作訓練等，就一個短暫時間中(例如：1秒內或100毫秒內)所完成的多個連續動作而言，往往其中一個很細微的動作差異，就是決定成敗或良窳的關鍵。而對於人體動作的捕捉，通常可以透過穿戴多個感測裝置(Sensor，亦稱為感測器)於人體身上，每個感測器上皆有一個附體之參考的直角座標系(Body Frame)，在此附體座標，感測器輸出此座標系上之三軸加速度訊號、三軸陀螺儀訊號或是三軸地磁儀/計訊號，然後透過訊號融合的計算方法進行分析，得到各別感測器於導航(Navigation)的北東地座標系(NED Frame)上之感測器姿態，因此，可藉穿戴在人體身上的感測器來進行姿態之外觀幅度的比較。

職是之故，如何解決操作者的動作與標準動作彼此之間的姿態差異比較問題，以針對整個運動過程中的關鍵部位/時序作出最有效的評量，本發明申請鑑於習知技術中的不足，經過悉心試驗與研究，並一本鍥而不捨之精神，終構思出本發明，藉由提出動態時間彎扭運算法將運動外觀數據與標準外觀數據進行比對以克服先前技術的不足，以下為本發明之簡要說明。

本發明揭露一種運動姿態的校正方法，包括提供複數個感測裝置，並分別依附於使用者的軀幹及複數個肢體；讀取該複數個感測裝置之複數個感測數據；利用第一運算法依據該複數個感測數據產生該複數個感測裝置之複數個方位角；利用第二運算法依據該複數個方位角以求得該軀幹及複數個肢體彼此間之複數個個別的相對空間角度；利用該複數個個別的相對空間角度產生運動外觀數據；以及下列兩步驟其中之一：利用動態時間彎扭(Dynamic Time Warping,DTW)運算法將該運動外觀數據與標準外觀數據進行比對，俾獲致運動外觀比對值；及利用第三運算法處理該運動外觀數據以對應地產生運動發力順序數據；及利用差值運算法將該運動發力順序數據與標準發力順序數據比對以獲得發力順序比對值。

如按照其他可採行的觀點，本發明還揭露一種姿態校正方法，包括讀取複數個身體部位的複數個姿態的複數個感測數據；利用第一運算法依據該複數個感測數據產生複數個方位角；利用第二運算法依據該複數個方位角以求得該複數個身體部位間之複數個個別的相對空間角度；利用該複數個個別的相對空間角度產生運動外觀數據；以及下列兩步驟其中之一：(A)利用動態時間彎扭運算法將該運動外觀數據與標準外觀數據進行比對，俾獲致運動外觀比對結果；及(B)利用第三運算法處理該運動外觀數據以對應地產生運動發力順序數據；及利用差值運算法將該運動發力順序數據與標準發力順序數據比對以獲得發力順序比對值。

本發明亦可以為一種姿態校正方法，包括取得身體部位的即時姿態的方位角；依據兩相異該方位角以求得其間之個別的相對空間角度；利用該個別的相對空間角度產生運動外觀數據；以及下列兩步驟其中之一：(A)利用動態時間彎扭運算法將該運動外觀數據與標準運動數據進行比對，俾獲致運動外觀比對結果；及(B)利用該運動外觀數據以對應地產生運動發力順序數據；及利用差值運算法將該運動發力順序數據與標準發力順序數據比對以獲得一發力順序比對值。

本發明為一種運動姿態的校正裝置，包含運動感測單元、附著單元以及處理單元。該運動感測單元包括複數個感測裝置；附著單元，用以將該複數個感測裝置分別依附在使用者的複數個身體部位上，其中該複數個感測裝置用以讀取該複數個身體部位的複數個姿態之複數個感測數據；以及處理單元，與該運動感測單元耦接，且具有第一運算法，用以依據該複數個感測數據產生相對於該複數個感測裝置之複數個方位角；第二運算法，用以依據該複數個方位角以求得該複數個身體部位間之複數個個別的相對空間角度，且利用該複數個個別的相對空間角度產生運動外觀數據；以及下列二運算法其中之一：(A)動態時間彎扭運算法，用以將該運動外觀數據與標準外觀數據進行比對，俾獲致運動外觀比對值；及(B)第三運算法，用以處理該運動外觀數據以對應地產生運動發力順序數據；及利用差值運算法將該運動發力順序數據與標準發力順序數據比對以獲得發力順序比對值。

本發明為一種姿態校正裝置，包含感測單元，用以讀取複數個姿態之複數個感測數據；以及處理單元，與該感測單元耦接，且用以處理該複數個感測數據而產生複數個方位角；依據該複數個方位角以求得該複數個身體部位間之複數個個別的相對空間角度；利用該複數個個別的相對空間角度產生運動外觀數據；處理該運動外觀數據以對應地產生運動發力順序數據；以及執行下列兩步驟其中之一：(A)利用動態時間彎扭運算法將該運動外觀數據與標準外觀數據進行比對，俾獲致運動外觀比對值；及(B)處理該運動外觀數據以對應地產生運動發力順序數據；及利用差值運算法將該運動發力順序數據與標準發力順序數據比對以獲得發力順序比對值。

10~17:運動姿態的校正方法之步驟

S1~S10:感測裝置

20:使用者

201:軀幹

202:上軀幹體

203:下軀幹體

21:右前臂

211:關節

22:右上臂

24:右大腿

25:右小腿

26:左前臂

90:膝蓋

110:運動姿態的校正裝置

111:運動感測單元

112:附著單元

113:處理單元

114:感測裝置

115:動態時間彎扭運算法

116:差值運算法

121:第一運算法

122:第二運算法

123:第三運算法

第一圖：是本發明較佳實施例之運動姿態的校正裝置之示意圖。

第二圖：是本發明較佳實施例之運動姿態的校正方法之流程圖；

第三圖：是複數個感測裝置分別依附於使用者的軀幹及複數個肢體之示意圖；

第四圖：是時間對單一關節角度之運動姿勢的分析示意圖；

第五圖：是時間對單一角度之運動時序的分析示意圖；

第六圖：是時間對單一角度之姿勢與時序的分析示意圖；

第七圖：是時間對多重關節角度之姿勢的分析示意圖；

第八圖：是時間對多重角度之發力順序的分析示意圖；

第九圖：是時間對多重角度之姿勢與發力順序的分析示意圖；

第十圖：是使用者在舉重時的一個運動順序之示意圖；以及

第十一圖：是使用者在投球時的一個運動順序之示意圖。

為了提升關於動作訓練方面的效果、避免可能造成的身體物理性傷害，本發明提出的運動姿態之校正方法及裝置可以評量運動的表現，透過多顆穿戴在人體上之感測器進行人體動作的捕捉，計算人體主軀幹與四肢彼此間的關節角度，並以此角度計算結果進行運動之動作的姿勢分析與運動序列(Kinematic sequence)中動作發力順序的分析，此分析方式可與標準運動的動作進行比對，並給出一個運動數據化分析的結果。

請參閱第一圖，其為本發明的運動姿態的校正裝置110，包含運動感測單元111、附著單元112以及處理單元113。運動感測單元111包括複數個感測裝置114。附著單元112用以將複數個感測裝置114分別依附在使用者的身體部位上。處理單元113會與運動感測單元111耦接，可以有線連接或無線連接，且處理單元113具有第一運算法121、第二運算法122、動態時間彎扭運算法115、第三運算法123及差值運算法116等。

請合併參閱第二~三圖，其顯示出本發明之運動姿態的校正方法。本發明之運動姿態的校正方法包括提供如第一圖所示的複數個感測裝置114，並分別依附於使用者20的軀幹201及複數個肢體(步驟10)；讀取該複數個感測裝置之複數個感測數據(步驟11)；利用第一運算法依據該複數個感測數據產生該複數個感測裝置之複數個方位角(步驟12)；利用第二運算法依據該複數個方位角以求得該軀幹及該複數個肢體彼此間之複數個個別的相對空間角度(即「關節角度」或「轉動角」)(步驟13)；利用該複數個個別的相對空間角度產生運動外觀數據(步驟14)；以及如下兩種之一：利用動態時間彎扭運算法將該運動外觀數據與標準外觀數據進行比對，俾獲致運動外觀比對值(步驟15)；及利用第三運算法處理該運動外觀數據以對應地產生運動發力順序數據(步驟16)；及利用一差值運算法將該運動發力順序數據與一標準發力順序數據比對以獲得一發力順序比對值(步驟17)。

在步驟10中，複數個感測裝置114的各感測裝置S1~S10的配置位置如第三圖所示，其分別利用附著單元112而依附於使用者20的上軀幹體202、右前臂21、右上臂22、下軀幹體203、右大腿24、右小腿25及左前臂26等等的上面。依人體骨骼結構進行感測裝置之穿戴配置(在感測裝置S1~S10所標示的點)。第三圖中的感測裝置的數量及位置僅為示例，不限定為10個，可以更多或更少，且位置可以依使用者需要而改變。假想軀幹201與四肢各部位為一種剛體(rigid body)結構，而各關節211則為可三維旋轉之球關節(如第三圖中所標示的九個雙圓圈處)。在本發明實施例中，感測裝置S1~S10為關節感測器(joint-sensor)，且該複數個感測裝置S1~S10皆包括三軸加速度感測器、三軸陀螺儀及三軸地磁儀。

在步驟10中，假定感測器為依附在人體肢體上，則在步驟11中，各感測器所測得的數據即為人體各肢體在導航座標上之姿態。感測器所測得的數據(即代表肢體姿態的方位角)可以四元數(Quaternion)、尤拉(Euler)角或偏擺-翻滾-俯仰(Yaw-Roll-Pitch)的角度表示。在步驟12中，透過連續訊號之擷取，得到隨時間變化之運動的動作下，可以代表人體姿態的方位角資訊函式Q(t)。第一運算法121具有關節感測模型，且第一運算法121即利用四元數、尤拉角或偏擺-翻滾-俯仰角度以變換推算而獲得該方位角，而該四元數及該尤拉角均依據感測數據而產生。在經過前述人體動作的捕捉方法，即可以記錄在不同時刻、操作者的動作之隨時間變化的代表人體姿態的方位角資訊函式Q(t)即如下所示：

Q(t)={Q1(t),Q2(t),.........}

步驟13是關於各個關節的角度其相關的二個相對的感測器之間所量得的三維夾角。經由選取兩兩不同之肢體部位，且利用處理單元113中的第二運算法122計算兩肢體在空間中之相對角度關係，其角度關係可以是以下形式：

I.關節角度可以是兩肢體在空間中之餘弦角。例如，S2(姿態函式為Q2(t))被穿戴於左上臂、S3(姿態函式為Q3(t))被穿戴於左前臂，左上臂與左前臂可以假想為連桿(link)，而肘關節為關節211，則此關節角度可以是兩連桿於空間中之餘弦角，其函式為θ(t)。

θ(t)=JointAngle(Q2(t),Q3(t))

此處函式JointAngle()為計算Q2(t)至Q3(t)的旋轉角，θ(t)為多個關節角度之集合。

II.因每顆感測器皆有一個附體的座標系，關節角度也可以是感測器間附體座標的三維夾角。例如，S1與S3附體座標間的三維夾角…等。先定義S1_xyz為S1之附體座標，S1_x為S1附體座標之x軸，S1_y為S1附體座標之y軸，S1_z為S1附體座標之z軸，S1_xy為S1附體座標之xy平面，S1_yz為S1附體座標之yz平面，S1_xz為S1附體座標之xz平面；S3_xyz為S3之附體座標，S3_x為S3附體座標之x軸，S3_y為S3附體座標之y軸，S3_z為S3附體座標之z軸，S3_xy為S3附體座標之xy平面，S3_yz為S3附體座標之yz平面，S3_xz為S3附體座標之xz平面。

此時的三維夾角既可以是：S1_x分別旋轉至S3_xy、 S3_yz、S3_xz之旋轉角；S1_y分別旋轉至S3_xy、S3_yz、S3_xz之旋轉角；S1_z分別旋轉至S3_xy、S3_yz、S3_xz之旋轉角。也可以是：S3_x分別旋轉至S1_xy、S1_yz、S1_xz之旋轉角；S3_y分別旋轉至S1_xy、S1_yz、S1_xz之旋轉角；S3_z分別旋轉至S1_xy、S1_yz、S1_xz之旋轉角。在動作分析的過程中，透過對人體動作的捕捉，並計算得到之角度，此角度可以是兩肢體於空間中之餘弦角或兩附體座標間之三維夾角。上述角度之紀錄為隨時間變化之訊號函式θ(t)。在本發明實施例中，第二運算法為減法。

在步驟14中，其根據步驟13中對某肢體(例如右前臂21)依時間所產生的多個相對空間角度，描繪出第四圖的時間對單一關節角度之運動姿勢的分析，其中單一關節角度的動作如實線所示，其為實際操作者的運動外觀數據，以及標準動作之運動角度如虛線所示。

前述各實施例中，該步驟15及步驟16即分別利用該運動外觀數據以呈現軀幹201或該肢體之運動姿勢、運動時序或姿勢及時序的組合，或同時呈現軀幹201及該複數個肢體之複數個運動姿勢。

在步驟15中，利用處理單元113中的動態時間彎扭運算法115進行第四圖中實際操作者的運動角度(如實線所示)與標準動作之運動角度(如虛線所示)的比對分析，二者的動作皆在1秒(1000毫秒(ms))完成，但其中標準動作最大運動角度為100度(deg)(例如：將右前臂21平放在桌面上再旋轉到靠近頭的位置)，而實際操作者(即使用者20)的動作運動角度卻是為90度，顯然其動作並沒有到位。在各相同時間點之角度差值，可以視此運動的動作過程與標準的動作姿勢之差別而言，當差值愈大，則使用者20的動作與標準動作相較即是越不一致。

在步驟16中，利用處理單元113中的第三運算法123對步驟13中某肢體(例如右前臂21)所產生的運動外觀數據進行處理，產生如第五圖的時間對單一角度之運動時序的分析，並對應地產生運動發力的順序數據。在步驟17中，利用處理單元113中的差值運算法116進行與標準動作之運動角度的比對分析，雖然標準動作與操作者的動作皆有達到100度，表示其有做到姿勢之一致性，然而標準動作在第500毫秒時達到100度，而操作動作卻於約在第400毫秒時即達到100度，顯然可依此發力順序比對值而得知使用者的動作是太快了。從各相同姿勢(即旋轉的角度)到達點之時間差值，可以視此運動的動作過程與標準動作節奏之差別，當差值愈大，則使用者20的動作與標準動作節奏相較越不一致。

在另一實施例中，請參閱第六圖，顯示出時間對單一角度之姿勢與時序的分析，當選取某肢體(例如右前臂21)之單一關節角度，進行與標準動作之運動角度的比對分析，可見標準動作與操作動作在時間與姿勢(角度)，皆不相同。在運動過程中，其動作之差值同時沿著時序與姿勢進行累加。當差值愈大，則表示使用者20與標準動作之姿勢/節奏越不一致。

請參閱第七圖，顯示出時間對多重關節角度之姿勢的分析，除了前述對單一關節角度之姿勢分析之外，亦可以同時分析多個部分之關節角度(例如：上軀幹體轉動角(即感測裝置S1相對於中心點的旋轉及關節角度)、左膝角度(即左大腿與左小腿的夾角)與右膝角度(即右大腿24與右小腿25的夾角))進行差值運算，第七圖之上方為標準動作之三個不同部位之隨時間變化之關節角度“角度_1”(如實線所示者)、“角度_2”(如虛線所示者)、“角度_3”(如鏈線所示者)，而第七圖下方為實際操作者的動作之關節角度圖，可以看出第七圖下方的角度_1與角度_2之最大角度皆未達到如第七圖上方所示的標準動作之角度值(100度)，而角度_3則超出最大角度，顯見此實際操作的動作與標準動作有著不同的姿勢。至於此一差值(

)的運算，則是一種以在相同的運動時間點進行3個部位角度差值運算的統計結果，使用者20可透過此數據化之結果，進行動作姿勢調整。

前述各實施例中，利用步驟16中產生的運動發力順序數據呈現軀幹201及該肢體之發力順序或姿勢及發力順序的組合，如第八圖所示。

請參閱第八圖，顯示出時間對多重角度之發力順序的分析，除前述單一關節角度之順序分析，亦可以同時分析多個部分之關節角度(例如：上軀幹體旋轉及關節角(即胸口處相對於中心點的轉動角度)、左膝角度(即左大腿與左小腿的夾角)與右膝角度(即右大腿24與右小腿25的夾角))進行差值運算，第八圖之上方為標準動作之三個不同部位之隨時間變化之關節角度：角度_1(如實線所示者)、角度_2(如虛線所示者)、角度_3(如鏈線所示者)，而第八圖下方為實際操作者的動作之關節角度圖。可以看出實際操作者的動作中角度_1、角度_2與角度_3皆於不同之時間點達到最大運動角度，標準動作到達順序為角度_3→角度_2→角度_1，而實際操作動作順序則為角度_2→角度_3→角度_1。此發力順序對最終運動的動作表現有著顯著的影響，除部位姿勢基本上已到達指定位置外，如操作之發力順序與標準發力順序有著不同，則可能造成身體物理性傷害及動作表現不佳之情形發生。此一差值(

)的運算，則是一種以在相同姿勢(角度)到達點進行3個部位之時間差值運算的統計結果，使用者20可藉由此數據化之結果，進行動作之操作順序調整。

再者，此處發力順序之意義，即等同於運動序列，藉由導入多個不同部位之隨時間變化之關節角度，則可以透過觀察時間-關節角度圖，推論出在進行一次運動的動作之身體各部位的啟動順序。優良的部位啟動順序，可以有效率地將動能傳遞至最末端身體部位之動作，進而產生最有效的運動表現成果。除此之外，藉由標準動作之建立，並將施作者之時間-關節角度圖與標準動作之時間-關節角度圖進行上述所提之差值運算，則可以得到施作者與標準之差異性，且此差異性是數據化之結果，可提供施作者動作發力順序修正之參考。

請參閱第九圖，顯示出時間對多重角度之姿勢與發力順序的分析，除前述單一關節角度之姿勢與時序分析，亦可以同時分析多個部分之關節角度(例如：上軀幹體旋轉及關節角(即胸口處相對於中心點的轉動角度)、左膝角度(即左大腿與左小腿的夾角)與右膝角度(即右大腿24與右小腿25的夾角))進行差值運算，第九圖之上方為標準動作之三個不同部位之隨時間變化之關節角度：角度_1(如實線所示者)、角度_2(如虛線所示者)、角度_3(如鏈線所示者)，而第九圖下方為實際操作者的動作之關節角度圖。可視實際操作者的動作中角度_1、角度_2與角度_3皆不同之時間點到達最大運動角度，標準動作到達順序為角度_3→角度_2→角度_1，而實際操作動作順序則為角度_2→角度_3→角度_1，且各關節角度之最大運動角度皆與標準動作不同。此姿勢與發力順序之差異，則可能因姿勢不當造成身體物理性傷害、因發力順序不正確造成動作表現不佳之情形發生。此一差值(

)的運算則是沿著時序與姿勢進行3個部位之差值運算的統計結果，使用者20可藉由此數據化之結果，進行動作之姿勢與動作之操作順序調整。藉以矯正不正確之姿勢、不正確之動作順序，有效遠離運動傷害，並能提升訓練之成效。

本發明除前項動作發力順序所述，一個優良的動作發力順序，可以有效率的將動能傳遞至最末端之身體部位，並透過上述所提之差值運算方法，可以得到一個數據化之結果，藉此推論出施作者動作順序與標準之差異性。而如何在此傳遞順序中，產生最大的動能，則仰賴各被傳遞到之身體部位是否達到正確之姿勢，即是否達到正確的關節角度值。透過姿勢與發力順序分析方法，將施作者運動動作之時間-關節角度圖與標準動作之時間-關節角度圖進行差值運算，則可以得到動作發力順序之差異與各身體部位動作姿勢之差異，並得出一個數據化之結果，提供給施作者進行動作發力順序與各身體部位動作姿勢之修正參考。

前述各實施例中，該校正方法的軀幹201或各該複數個肢體分別為身體部位，該運動發力順序數據用以呈現複數個該身體部位到達最大運動角度時之運動序列。

前述各實施例中，該校正方法中個別的相對空間角度位於軀幹201與該肢體或二肢體之間，用以同時分析軀幹201與該肢體或二肢體之間的關節角度。

本發明所涵蓋的運動範圍，可涵蓋到復健及運動等方面。請參閱第十圖，顯示出使用者20在舉重時的一個運動順序，要先將在兩側裝有槓鈴的橫桿從地面上硬舉(Deadlift)到腰際，此時即可從右臀部角度(即上半身的軀幹201與右大腿24的夾角)及右膝蓋角度(即右大腿24與右小腿25的夾角)等肢體上的運動感測器讀數，加上各感測器之參考座標系的計算，得知在每個時間點軀幹201與大腿24的夾角θ及大腿24與小腿25的夾角α(在膝蓋90的關節處)。到最後拉到腰際時，軀幹201與大腿24的夾角及大腿24與小腿25的夾角是均為0°。在訓練過程中如以標準動作的時間7.8s~10.5s為例，良好的動作時間約在7.25s~11s間完成，而不良的動作時間則為6.8s~9.5s(動作太快了)。

關於硬舉的角度部位，除了右臀部及右膝蓋的關節角度之外，尚可評量上軀幹體、左肩、左肘、右肩、右肘、下軀幹體、左臀及左膝等八個部位的關節角度，標準與良好二者之上軀幹體角度利用DTW的距離時間可達到1859.94(*10(msec)，即18.5994秒)，左膝角度利用DTW的距離時間達到385.34(*10(msec))，右膝角度利用DTW的距離時間達到460.17(*10(msec))；而標準與不良二者之上軀幹體角度利用DTW的距離時間達到574.70(*10(msec))，左膝角度利用DTW的距離時間達到518.10(*10(msec))，右膝角度利用DTW的距離時間達到701.79(*10(msec))。

至於硬舉的聚焦角度-多重角度，即可同時考量到上軀幹體、左膝及右膝等三個部位的角度，標準與良好二者之動作DTW距離時間可達到5297.68(*10(msec))；而標準與不良二者之動作DTW距離時間達到6089.00(*10(msec))。而對於硬舉的聚焦角度-單一角度，當考量上軀幹體時，標準與良好二者之動作DTW距離時間可達到1859.94(*10(msec))；而標準與不良二者之動作DTW距離時間達到574.70(*10(msec))。

請參閱第十一圖，顯示出使用者20在投球時的一個運動順序，從準備期、初期揮臂期之肘角肩角臀角、舉臂晚期之下軀幹體角、加速期時之上軀幹體角、減速期到隨勢期時之膝角等六個動作過程，在訓練過程中如以標準動作的時間6.4s~9.9s為例，良好的動作時間約在6.0s~9.6s間完成，而不良的動作時間則為4.3s~8.4s(動作太快了)。當然，此時亦可如同硬舉一樣考量十個身體部位的角度，至於投球的聚焦角度-多重角度，則可同時考量到上軀幹體、右肩、右肘、下軀幹體、左臀及左膝等六個部位的角度。

如按照其他可採行的觀點，本發明還揭露一種姿態校正方法，包括讀取複數個身體部位的複數個姿態的複數個感測數據11；利用第一運算法依據該複數個感測數據產生複數個方位角12；利用第二運算法依據該複數個方位角以求得該複數個身體部位間之複數個個別的相對空間角度13；利用該複數個個別的相對空間角度產生運動外觀數據14；以及如下兩種之一：利用動態時間彎扭運算法將該運動外觀數據與標準外觀數據進行比對，俾獲致運動外觀比對結果15；及利用第三運算法處理該運動外觀數據以對應地產生運動發力順序數據16；及利用差值運算法將該運動發力順序數據與標準發力順序數據比對以獲得發力順序比對值17。

本發明亦可以為一種姿態校正方法，包括取得身體部位的即時姿態的方位角(相當於步驟12)；依據兩相異該方位角以求得其間之個別的相對空間角度(相當於步驟13)；利用該個別的相對空間角度產生運動外觀數據14；以及如下兩種之一：利用動態時間彎扭運算法將該運動外觀數據與標準運動數據進行比對，俾獲致運動外觀比對結果15；及利用該運動外觀數據以對應地產生運動發力順序數據16；及利用差值運算法將該運動發力順序數據與標準發力順序數據比對以獲得一發力順序比對值17。

綜上所述，本發明確能藉由新穎的校正方法而獲得一種利用動態時間彎扭運算法將運動外觀數據與標準外觀數據進行比對以針對關鍵部位/時序作出最有效的評量，並且所運用之差值運算法，果能獲致將運動發力順序數據與標準發力順序數據比對以獲得發力順序比對值之功效。故凡熟習本技藝之人士，得任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

10~17:運動姿態的校正方法之步驟

Claims

一種運動姿態的校正方法，包括：提供複數個感測裝置，並分別依附於一使用者的一軀幹及複數個肢體；讀取該複數個感測裝置之複數個感測數據；利用一第一運算法依據該複數個感測數據產生該複數個感測裝置之複數個方位(orientation)角；利用一第二運算法依據該複數個方位角以求得該軀幹及該複數個肢體彼此間之複數個個別的相對空間角度；利用該複數個個別的相對空間角度產生一運動外觀數據；以及下列兩步驟其中之一：(A)利用一動態時間彎扭(Dynamic Time Warping)運算法將該運動外觀數據與一標準外觀數據進行比對，俾獲致一運動外觀比對值；及(B)利用一第三運算法處理該運動外觀數據以對應地產生一運動發力順序數據，其中該軀幹或各該肢體分別為一身體部位，該運動發力順序數據用以呈現複數個該身體部位到達一最大運動角度時之一運動序列(Kinematic sequence)；及利用一差值運算法將該最大運動角度時之該運動序列之該運動發力順序數據與一標準發力順序數據比對以獲得一發力順序比對值。
如請求項1所述之校正方法，其中該感測裝置為一關節感測器(joint-sensor)，該第一運算法具有一關節感測模型，該方位角係利用一四元數(Quaternion)、一尤拉(Euler) 角或一偏擺-翻滾-俯仰(Yaw-Roll-Pitch)角度以變換推算而獲得，而該四元數及該尤拉角均依據該感測數據以產生，該複數個感測裝置皆包括一三軸加速度感測器、一三軸陀螺儀及一三軸地磁儀，且該第二運算法為一減法。
如請求項1所述之校正方法，更包括利用該運動外觀數據以呈現該軀幹或各該肢體之一運動姿勢、一運動時序或一姿勢及時序的組合，或同時呈現該軀幹及該複數個肢體之複數個運動姿勢。
如請求項1所述之校正方法，更包括利用該運動發力順序數據以呈現該軀幹及各該肢體之一發力順序或一運動姿勢及該發力順序的組合。
如請求項1所述之校正方法，其中該個別的相對空間角度位於該軀幹與該肢體或二肢體之間，用以同時分析該軀幹與該肢體或二肢體之間的關節角度。
一種姿態校正方法，包括：讀取複數個身體部位的複數個姿態的複數個感測數據；利用一第一運算法依據該複數個感測數據產生複數個方位角；利用一第二運算法依據該複數個方位角以求得該複數個身體部位間之複數個個別的相對空間角度；利用該複數個個別的相對空間角度產生一運動外觀數據；以及下列兩步驟其中之一：(A)利用一動態時間彎扭運算法將該運動外觀數據與一標準外觀數據進行比對，俾獲致一運動外觀比對結果；及 (B)利用一第三運算法處理該運動外觀數據以對應地產生一運動發力順序數據與一運動時序；及利用一差值運算法將該運動發力順序數據對應該運動時序與一標準發力順序數據比對以獲得一發力順序比對值。
一種姿態校正方法，包括：取得一身體部位的一即時姿態的一方位角；依據兩相異該方位角以求得其間之一個別的相對空間角度；利用該個別的相對空間角度產生一運動外觀數據；以及下列兩步驟其中之一：(A)利用一動態時間彎扭運算法將該運動外觀數據與一標準外觀數據進行比對，俾獲致一運動外觀比對結果；及(B)利用該運動外觀數據以對應地產生一運動發力順序數據，用以呈現複數個該身體部位到達一最大相對空間角度時之一運動序列(Kinematic sequence)；及利用一差值運算法將該最大相對空間角度時之該運動序列之該運動發力順序數據與一標準發力順序數據比對以獲得一發力順序比對值。
一種運動姿態的校正裝置，包含：一運動感測單元，包括複數個感測裝置；一附著單元，用以將該複數個感測裝置分別依附在一使用者的複數個身體部位上，其中該複數個感測裝置用以讀取該複數個身體部位的複數個姿態之複數個感測數據；以及一處理單元，與該運動感測單元耦接，且具有：一第一運算法，用以依據該複數個感測數據產生相對於該複數個感測裝置之複數個方位角；一第二運算法，用以依據該複數個方位角以求得該複數個身體部位間之複數個個別的相對空間角度，且利用該複數個個別的相對空間角度產生一運動外觀數據；以及下列二運算法其中之一：(A)一動態時間彎扭運算法，用以將該運動外觀數據與一標準外觀數據進行比對，俾獲致一運動外觀比對值；及(B)一第三運算法，用以處理該運動外觀數據以對應地產生一運動發力順序數據，其中該運動發力順序數據用以呈現複數個運動姿勢時，該複數個身體部位的一啟動順序；及利用一差值運算法將該運動發力順序數據對應該啟動順序與一標準發力順序數據比對以獲得一發力順序比對值。
一種姿態校正裝置，包含：一感測單元，用以讀取複數個姿態之複數個感測數據；以及一處理單元，與該感測單元耦接，且用以：處理該複數個感測數據而產生複數個方位角；依據該複數個方位角以求得該複數個身體部位間之複數個個別的相對空間角度；利用該複數個個別的相對空間角度產生一運動外觀數據；以及執行下列兩步驟其中之一：(A)利用一動態時間彎扭運算法將該運動外觀數據與一標準外觀數據進行比對，俾獲致一運動外觀比對值；及 (B)處理該運動外觀數據以對應地產生一運動發力順序數據與一運動時序；及利用一差值運算法將該運動發力順序數據對應該運動時序與一標準發力順序數據比對以獲得一發力順序比對值。