[发明专利]一种马术骑手姿态信息采集分析系统

说明书

本发明公开了一种马术骑手姿态信息采集分析系统，该系统包括安置在骑手各特征部位的传感节点运动信息采集模块，处理各个节点运动信息的汇聚节点模块，实现与上位机通信的无线数传模块以及对骑手姿态进行重构的3D人体运动跟踪PC界面。该系统通过传感节点能够实现对骑手三维姿态信息的实时捕捉计算，并通过无线通讯方式实现对三维人体模型的实时数据驱动，达到模型对骑手马术过程中的运动姿态进行重构。该系统具有较高的跟踪精度和较强的实时性，可以实现对马术过程中骑手姿态的信息捕捉和重构，从而为专业教练和骑手提供优质的运动学数据，分析出骑手存在的不足，最终达到提高骑手骑术水平的目的。

技术领域

本发明涉及信息处理领域，特别涉及一种马术骑手姿态信息采集分析系统。

技术背景

动作捕捉技术，是指通过对实验者的肢体运动数据甚至是丰富的面部表情数据进行采集和处理，并利用这些肢体动作或者面部表情数据驱动虚拟的三维人体模型，实现对人体运动的仿真模拟。动作捕捉技术主要是指借助计算机的辅助，综合计算机图形学、电子学、人体工效学、光学、机械学等技术，采用测量、跟踪、计算等方法把被捕获对象的各个关键部位的动作数据采集出来，然后对初始数据进行滤波、融合等一系列处理，并通过传输协议将姿态信息用于驱动虚拟的三维计算机模型，还原出被捕获对象的一种数据动作采集、处理、仿真、存储的新型人机交互技术。这是一种能够通过虚拟的三维计算机模型准确、迅速的把现实生活中人或者各种物体的实时运动状态还原出来的新型技术方法。

目前，常用的动作捕捉技术根据操作和所使用的传感器的类型不同，大致可以分为两类，一类主要使用摄像机阵列，使用摄像机的运动捕捉系统利用多个高精度高采样率的摄像头捕捉运动者关节上的反射标志，这类系统一般造价昂贵，数据处理量大，且易受外界环境的影响。另一类是使用穿戴在身体上的传感器组，通过在使用者身上穿戴各类传感器，对其肢体运动进行捕获，此类系统一般不受外界环境干扰。而随着微电子机械系统(MEMS)，微型传感器和无线通信技术的发展，这类运动捕获系统体积越来越小，单个芯片体积为3mm×3mm×1mm，功耗越来越低，以达到待机电流小于2uA，非常适合做成穿戴式结构。

在运动捕捉的模型选择上，不同的模型其所表现的意义和方式也存在较大的区别，目前，常见的人体模型主要分为棒状模型、实体模型、表面模型和多层次模型。棒状模型选取有限的刚体片段和关节链接而成，缺乏逼真度；实体模型通过简单的实体图形模拟人体的结构，计算量大，且稳定性差；多层次模型包括骨架层、肌肉层和皮肤层，复杂度高、计算量相对较大；表面模型由骨架层和皮肤层构成，易于实现，计算量较小。

传统的运动捕捉技术大都是在光学的基础上扩展出来的，其通过多重的高分辨率相机在专门的工作室进行拍摄和处理后，用于驱动虚拟人物模型，达到对动作重构的目的。常见的光学系统主要有Vicon和Optitrack等，这类系统一般能提供非常高的准确度，但其对于普通大众来说，价格比较昂贵。一般用于科研院所和大型实验室等机构。随着微型传感技术和导航技术的发展，使得基于运动传感的动作捕捉技术逐渐成为可能，目前由穿戴在人身体不同部位，集数据采集，处理和通信为一体的多传感节点构成的运动捕捉系统逐渐普及。相比基于光学的系统，它具有设备简单，成本较低和容错性强等特点。

在国外，大约于20世纪70年代，心理学家Johansson MLD首次提出了动作捕捉的概念；20世纪80年代，西蒙·弗雷泽大学(Simon Fraser University)的教授Calvert等人和理工学院(MIT)的Carol等人以及学者Robertson和Walter对运动捕捉技术进行了深入的研究，推动了动作捕捉技术的进步；20世纪90年代，以Tardif等人为代表的学者利用计算机技术、传感器技术、网络通信技术的进步，加速了动作捕捉技术的发展，使得该技术日趋成熟。