[发明专利]一种基于Kinect的人体下肢肌肉训练系统的设计方法

权利要求书

1.一种基于Kinect的人体下肢肌肉训练系统的设计方法,其特征在于：

所述下肢肌肉训练系统设计及效果评判方法基于如下设备：包括：电脑、Kinect体感摄像头，电脑与Kinect体感摄像头信号连接，电脑内装载有Kinect程序、动作仿真软件以及适配Kinect和动作仿真软件的格式转换程序；

所述下肢肌肉锻炼方法包括如下步骤：

第一步：建立标准动作数据库，选择身体无残障、下肢功能正常的人群，从解剖学角度，按照性别、年龄分组完成标准人体下肢训练动作的确定，根据不同下肢训练动作的下肢伸缩变化情况将确定的下肢动作进行分类，建立标准人体下肢动作数据库，将标准人体下肢训练动作的影像存储到标准人体下肢动作数据库；

利用Kinect体感摄像头采集每个分类的标准人体下肢训练动作的下肢骨骼数据流信息，对数据流信息进行分析处理，记录标准人体下肢训练动作对应的相关角度特征；提取出下肢肌肉关节坐标和相关角度特征，导入动作仿真软件中，建立标准动作人体下肢骨骼肌肉仿真模型，提取出下肢肌肉关节坐标和相关角度特征数据转换为动作仿真软件可识别的数据格式，然后利用动作仿真软件进行逆动力学仿真得出动作过程中的标准肌肉肌腱长度和标准肌肉收缩量；

将得到各肌肉的准肌肉肌腱长度和标准肌肉收缩量对应到标准动作人体下肢骨骼肌肉仿真模型的对应肌肉上生成标准动作的再现影像；

将标准动作相关角度特征、标准肌肉肌腱长度、标准肌肉收缩量和标准动作人体下肢骨骼仿真模型和标准动作的再现影像存储到标准人体下肢动作数据库中作为对应标准人体下肢训练动作数据库信息；

第二步：建立人机交互界面，建立可视化人机互动界面，实现人体下肢肌肉训练时的人机互动，所述人机互动界面包括：功能选择界面、训练动作指导界面、数据分析评价界面和动作再现对比界面；

第三步：建立动作训练评判系统，建立人体下肢肌肉训练评判标准，量化训练效果：

建立达标动作评判标准，将每一个标准动作的相关角度特征数据根据不同的年龄段设定达标范围值；

所述动作训练评判系统在进行下肢训练时，将Kinect体感摄像头采集到的下肢骨骼数据流信息进行分析处理，并将处理得到的对应的相关角度特征数据与对应年龄的达标动作标准数据库利用算法比较，若比较后得到的值在达标范围值内则判定动作达标，反之则不达标；

在训练完成时，计算训练动作的达标百分比，将每一次训练动作的达标情况和训练动作的达标百分比输出到数据分析评价界面中；

第四步：建立动作再现系统，建立人体下肢动作再现仿真，进一步评判动作训练效果：

建立动作再现系统，将采集到的每一个完成的动作过程在动作仿真软件中再现，便于关注训练者的动作细节；

当动作再现系统接收到一组训练动作的数据流信息时，将该组Kinect体感摄像头采集的下肢骨骼数据流信息进行分析处理，提取出下肢肌肉关节坐标、角度，导入动作仿真软件中，修改人体下肢骨骼肌肉仿真模型的参数，得到下肢动作再现模型，再现训练者完成的动作；

第五步：建立训练效果分析系统，对人体下肢肌肉训练效果进行分析，量化分析效果：

建立下肢肌肉训练效果评判标准，将每一个标准动作的标准肌肉肌腱长度和标准肌肉收缩量数据根据不同的年龄段设定不同的评判范围值；

建立训练效果分析系统，提取出下肢肌肉关节坐标和相关角度特征数据转换成动作仿真软件可识别 的数据格式，然后利用动作仿真软件进行逆动力学仿真，计算下肢运动中每块肌肉所需的力和力矩，进而计算出下肢肌肉肌腱长度和肌肉收缩量数据，将得到的下肢肌肉肌腱长度和肌肉收缩量数据与对应年龄的训练效果评判标准的评判范围值进行比较，得出训练效果评判结果，进而量化训练效果的评判；

将得到各肌肉的评判效果对应到第四步中得到的下肢动作再现模型的对应肌肉上生成用户训练动作的再现影像，并将用户训练动作的再现影像和对应的标准动作的再现影像输出到动作再现对比界面中予以显示。