[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

说明书

一种基于Kinect的人体下肢肌肉训练系统的设计方法,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：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；第二步：建立人机交互界面；第三步：建立动作训练评判系统；第四步：建立动作再现系统；第五步：建立训练效果分析系统。本设计不仅无需穿戴传感装备即可采集下肢的动作数据，同时利用人机互动界面增强训练效果，而且根据年龄和性别设定评价体系，判定结果可靠性高。

技术领域

本发明涉及一种基于Kinect的人体下肢肌肉训练系统的设计方法，具体适用于利用骨骼追踪技术实现下肢肌肉的互动训练。

背景技术

在体育健身中，很多人忽视了对下肢的锻炼，因为上体肌肉的锻炼更容易展示美感。殊不知，下肢锻炼尤其腿部锻炼对身体健康的保持更加重要。传统的下肢肌肉健身训练主要通过健身教练的陪同与监视，以达到动作的训练要求。

随着科学技术的发展，对人体姿态、动作的判断主要有接触式和非接触式两类，非接触式的主要是基于视觉的图像识别技术，接触式常见的有基于可穿戴式的识别技术。基于计算机视觉的图像识别可避免穿戴产品给人带来的束缚性。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的穿戴不便、训练缺乏交互的问题，提供了一种无需穿戴、便于交互训练的基于Kinect的人体下肢肌肉训练系统的设计方法。

为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：

一种基于Kinect的人体下肢肌肉训练系统的设计方法,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；