[发明专利]可穿戴式惯性体感乒乓运动训练系统及其工作方法

说明书

可穿戴式惯性体感乒乓运动训练系统及其工作方法，利用动作采集模块采集人体的运动数据；利用动作预测模块训练动作预测模型，并将动作采集模块采集的运动数据输入到训练好的动作预测模型中产生对应的动作预测结果；利用动作识别评价模块训练动作评价模型，并根据动作采集模块采集的运动数据作出动作评价结果；利用乒乓球轨迹预测模块建立乒乓球运动轨迹模型；通过显示模块将动作预测模块、动作识别评价模块和乒乓球轨迹预测模块的输出转换为可视化图像，控制虚拟人物跟随使用者做出相应的动作和控制虚拟乒乓球根据计算得到的空间坐标运动，同时还给出使用者动作评价，提高运动体感过程的交互性与游戏的体验感。

技术领域

本发明属于体感互动系统和计算机技术领域，涉及一种可穿戴式惯性体感乒乓运动训练系统及其工作方法。

背景技术

在人类社会精神文明的进步和物质文明的飞速发展下，人们的生活方式发生了翻天覆地的变化，但在享受高效、便捷生活同时也面临着严重的个人健康问题。现代人缺乏体育运动是影响健康的重要原因之一，采用有效方法进行运动进而促进身体健康将成为现代生活重要组成部分。

乒乓球运动强度适用面广且技巧和趣味性高，老少皆宜、爱好者众多。但也正因为乒乓球的灵活性大、技巧性高，普通爱好者掌握起来比较困难，长期错误动作会对身体造成累积损伤；并且不同水平爱好者对弈无法满足运动和情感需求，而同水平爱好者博弈会受到时间和场地限制。因此亟需提出一种体感乒乓运动训练系统，帮助人们科学进行乒乓球训练，并且不会受到时间和场地的限制，随时都可进行乒乓球运动。

由于乒乓球运动的复杂性，现有的乒乓球动作识别评价系统上存在许多缺陷，如：目前的全身复杂运动动作捕获系统需要全身设置穿戴节点，使用体验较差，同时多节点带来的大量数据也会影响识别速度；乒乓球运动动作速度快、频率高，在动作识别时易出现延迟，因此实时性、连贯性、准确性较差，很难有效提取连续动态数据；乒乓球运动属于全身性复杂运动，目前的乒乓球训练系统缺少相应的动作评估方案；受多种因素影响，乒乓球在飞行过程中受力情况复杂，飞行轨迹复杂难以预判，需要设计一种高精度的乒乓球运动轨迹模型。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种可穿戴式惯性体感乒乓运动训练系统，只需要选取少量节点设置动作捕获设备就可实现高准确度的动作预测；增加动作评估功能，帮助使用者校正错误姿势，并且能够实现准确高效地提取动作关键帧。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种可穿戴式惯性体感乒乓运动训练系统，包括：

动作采集模块，用于采集人体的运动数据；

动作预测模块，用于训练动作预测模型，并将所述动作采集模块采集的运动数据输入到训练好的动作预测模型中产生对应的动作预测结果；

动作识别评价模块，用于训练动作评价模型，并根据所述动作采集模块采集的运动数据作出动作评价结果；

乒乓球轨迹预测模块，用于建立乒乓球运动轨迹模型；

显示模块，用于将所述动作预测模块、动作识别评价模块和乒乓球轨迹预测模块的输出转换为可视化图像；

所述动作识别评价模块包括动作关键帧提取单元和模型建立单元，所述动作采集模块采集的运动数据通过先进先出的方式存储到所述动作关键帧提取单元的第一层滑动窗口中；所述第一层滑动窗口的尾部设置第二层探测窗口，所述动作关键帧提取单元用于在检测到所述第二层探测窗口内的数据发生突变时产生第三层动作窗口，所述第三层动作窗口的起点为突变发生点；所述动作关键帧提取单元从所述第三层动作窗口中获取动作关键帧输出到所述模型建立单元中构成所述动作评估模型的训练样本。