一种基于激光式动作捕捉系统的传统功法评估系统
技术领域
本发明涉及智能识别评估技术领域，尤其涉及一种基于激光式动作捕捉系统的传统功法评估系统。
背景技术
国内工业化和城镇化推进，催生老年化社会的负担，表现为基层老年人群的基数庞大。对于老年人而言，跌倒风险是一个显著公共卫生问题；对于健康老年人，跌倒有可能引起骨折，继发感染，致残致死率风险增加。本研究中，老年房颤人群的跌倒风险合并口服抗凝药物后出血风险的增加，明显增加跌倒事件风险。多项随机对照试验结果证明，中国传统运动气功（比如太极拳，八段锦，五禽戏等）可以明显减少跌倒频率和风险。传统功法讲究动作和呼吸的配合，不是单一的动作而已。老年人练习传统养生功法过程中的动作及生理信息的量化，能对患者的康复指导、当前康复效果以及后续康复规划提供数据支撑。目前缺乏相应的检测评估装置对锻炼过程中康复情况以及康复效果进行检验，导致现有诊断大部分采用经验，缺乏理论依据的支撑。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于激光式动作捕捉系统的传统功法评估系统，能够对被测人员在传统功法的实时练习和实时评估，提高被测人员功法练习效果，节省康复师为被测人员提示错误动作的工作量。
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种基于激光式动作捕捉系统的传统功法评估系统，包括可穿戴式练功装备、动作捕捉单元以及智能评估单元，由所述可穿戴式练功装备采集到的体征信息进行计算，获得个人传统功法的运动生理信息，结合所述动作捕捉单元的数据进行机体功能评估；
所述可穿戴练功装备为生理信息采集贴片，所述生理信息采集贴片贴敷在被测人员胸部位置；
所述动作捕捉单元包括搭建的信号采集场地，在采集场地全方位布设激光空间发射器以及在被测人员肢体佩戴的激光标准定位器，由所述激光标准定位器将采集信号传输至所述智能评估单元；
所述智能评估单元通过采集的心肺功能以及个人传统功法在运动中的心率曲线图，心电图本身图形的改变，以及动作捕捉系统采集的运动数据，用来评估心脏功能评价被测者的功法练习是否有效。
前述的基于激光式动作捕捉系统的传统功法评估系统，所述生理信息采集贴片包括心电采集贴片，皮温监测贴片以及呼吸运动监测贴片。所述生理信息采集贴片采用无线通信方式与所述智能评估单元相连。所述激光标准定位器采用无线传输方式与所述智能评估单元相连。
前述的基于激光式动作捕捉系统的传统功法评估系统，所述激光空间发射器会被安置在信号采集场地四周，形成一个矩形激光发射区域，每个激光发射器内设计有两个扫描模块，分别在水平和垂直方向轮流对定位空间发射横竖激光扫描定位空间；被测人员肢体上安装激光标准定位器，通过激光标准定位器接收到激光的时间计算出标准定位器的准确位置。
一种基于激光式动作捕捉系统的传统功法评估方法，包括以下步骤：
（1）建立激光式动作捕捉场景搭建，将可穿戴式练功装备、动作捕捉单元与智能评估单元建立通信；
（2）被测人员佩戴穿戴式练功装备，肢体设置激光标准定位器；
（3）被测人员在激光式动作捕捉场景内进行功法练习，将采集的信号数据传输至智能评估单元；
（4）智能评估单元判断被测人员在与标准动作无明显差异情况下，机体心肺功能和储备功能，通过心电图本身图形的改变，用来评估心脏功能，同时曲线形态的改变有可能预警心肺功能的变化；功法练习过程中峰值心率，皮温曲线变化等可作为练习功法质量评估指标，监测功法练习中的动作幅度、心率、皮温变化作为功法练习是否有效的质控指标。
前述的基于激光式动作捕捉系统的传统功法评估方法，所述动作捕捉单元通过无线或有线数据高效传输，快速精准捕捉动作轨迹，将被测人员运动过程中的动作节点与标准模型库中的动作节点利用人工智能算法形成对应关系，精准化指导及评估传统功法的练习。
进一步的，前述的基于激光式动作捕捉系统的传统功法评估方法，所述动作捕捉单元通过激光发射单元发射波段激光信号，通过佩戴者身上的激光标准定位器来接收激光信号，计算出佩戴者准确的位置信息。
本发明的有益效果：本发明通过动作捕捉和激光定位技术，实现对被测对象锻炼的传统功法进行判定，判断机体心肺功能，尤其是被测对象的储备功能，属于心肺耐力评估；利于练习功法中的心率曲线图和被测对象心电图本身图形的改变，用来评估心脏功能，同时曲线形态的改变有可能预警心肺功能的变化，而练习过程中峰值心率，皮温曲线变化等可作为练习功法质量评估指标，监测功法练习中的心率，皮温变化，作为功法练习是否有效的质控指标。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明激光定位检测示意图。
图2是本发明动作捕捉定位器安装示意图。
图3是本实施例中功法练习时心肺功能下降练习者心率曲线图。
图4是功法练习时心肺功能正常练习者心率曲线图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明技术方案作进一步详细的说明，这是本发明的较佳实施例。应当理解，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了更好的理解上述的技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
实施例一
本实施例提供了一种基于激光式动作捕捉系统的传统功法评估系统，包括可穿戴式练功装备、动作捕捉单元以及智能评估单元，由可穿戴式练功装备采集到的的体征信息进行计算，获得个人传统功法的运动生理信息，结合动作捕捉单元的数据进行机体功能评估；可穿戴练功装备为生理信息采集贴片，生理信息采集贴片贴敷在被测人员胸部位置；动作捕捉单元包括搭建的信号采集场地，在采集场地全方位布设激光空间发射器以及在被测人员肢体佩戴的激光标准定位器，由激光标准定位器将采集信号传输至智能评估单元； 智能评估单元通过采集的心肺功能以及个人传统功法在运动中的心率曲线图，心电图本身图形的改变，用来评估心脏功能评价被测者的功法练习是否有效。
可穿戴式练功装备主要通过胸腹部贴片式传感器，可以准确采集心电图数据，皮温变化数据，呼吸运动数据，可以计算运动前和运动后平均心率，峰值心率，练功开始后峰值心率达峰时间，练功结束后的峰值心率下降至运动后平均心率的时间，心率变化曲线的达峰前上升及达峰后下降的斜率，不同阶段皮温的变化曲线，呼吸曲线图。贴片式心电采集准确性明显优于手环等光感式设备，尤其在运动时候采集心电信号，手环等受运动所限，采集的脉搏信号干扰很大，不足以判断真是心率变化情况，而胸腹部贴片式采集完全可以避免信号干扰，比较适合传统功法练习。皮温变化和呼吸曲线是传统功法训练区别于常规运动训练的一个特点，特别强调呼气和吸气配合，同时皮温变化可以评估传统功法训练效果。
动作捕捉单元的激光式动作捕捉系统，通过简单的场地搭建，配合可穿戴式激光传感器，所述动作捕捉单元通过无线或有线数据传输，快速精准捕捉动作轨迹，将被测人员运动过程中的动作节点与标准模型库中的动作节点利用人工智能算法形成对应关系，精准化指导及评估传统功法的练习。配合第一部分采集到的运动曲线图，实现动作和呼吸的配合，精准化指导传统功法的练习。标准模型库中动作和呼吸匹配度作为重要的考评指标，方便指导功法的练习。
本实施例的激光式动作捕捉系统是由激光空间发射器，激光标准定位器，IK算法软件三部分组成，工作原理是激光空间发射器发射激光信号，由绑定在人身上六个标准定位器接收并获得位置信息，加上IK算法计算，统一获得动捕数据和精确的位置信息。
IK是Inverse Kinematics的缩写，即反向运动学。在人体分层结构中，关节和骨骼实际构成了运动链，比如肩关节、肘关节、腕关节及其子骨骼就是一条运动链，是整个人体运动链上的一条分支，身体即是利用运动链对运动进行控制。运动分为正向运动和反向运动。已知链上各个关节旋转角，求各关节的位置信息和激光标准定位器的位置信息，这是正向运动学的问题；而己知激光标准定位器的位置信息，反求其祖先关节的旋转角和位置，这是就是反向运动学。反向运动学根据决定运动的几个主关节最终角度确定整个骨架的运动，通常用于环节物体，由不同运动约束的关节连接成环节构成的分级结构骨架。分级结构骨架由许多采用分级方式组的环节链构成，包括分级结构关节或链，运动约束和效应器，由效应器带动所有部分同时运动。但必须遵循特定的等级关系，以便在变换时阻止各个部件向不同方向散开。如：投球动作，只规定出球的起始位置、终了位置和路径，手臂等即跟随关节的转动可按反向运动学自动算出。反向运动学方法在一定程度上减轻了正向运动学方法的繁琐工作，是生成逼真关节运动的最好方法之一。
激光空间定位是通过激光发射单元发射波段激光信号，通过佩戴者身上的激光标准定位器来接收激光信号，计算出准确的位置信息。
激光空间定位具有以下优势特性：1.多目标标定，交互的特性，可以实现多人，多目标的数据标定。2.抗遮挡，稳定，由于没有过多的复杂运算，激光定位技术几乎没有延迟，不怕遮挡，只要周围任何一个激光发射塔的信号覆盖，就可以精准识别位置信息。3.精度高延时小，激光空间定位精度可以做到1mm以下，延迟20ms以下。
己知末端效应器的位置信息，就可以得到祖先关节的旋转角和位置，这是就是反向运动学。也就是我们通过室内定位技术，获取标准定位器的位置信息，然后利用IK算法推算出祖先关节的旋转角和位置，从而知道运动者的运动信息，再利用运动信息实现实时动作跟踪显示。
室内激光定位技术，通过激光发射器扫描佩戴者佩戴的机身上的标准定位器，即IK算法中的末端效应器，从而获得位置和方向信息。具体来说，该室内定位技术是靠激光和标准定位器来确定运动物体的位置。若干个激光发射器会被安置在四周，形成一个矩形区域，这个区域可以根据实际空间大小进行调整。每个激光发射器内设计有两个扫描模块，分别在水平和垂直方向轮流对定位空间发射横竖激光扫描定位空间。运动者身上有标准定位器，通过标准定位器接收到激光的时间计算出标准定位器的准确位置。
通过激光室内定位技术获取定位传感器的精确位置后，即可利用IK算法反向推算出祖先关节的旋转角和位置，从而获得运动者的运动信息。
用于判断机体心肺功能，尤其储备功能，属于心肺耐力评估，首先练习功法中的心率曲线图，心电图本身图形的改变，用来评估心脏功能，同时曲线形态的改变有可能预警心肺功能的变化，正常机体心率曲线上升斜率小，下降斜率大，反之预警储备功能的下降，如图3和图4所示，而练习过程中峰值心率，皮温曲线变化等可作为练习功法质量评估指标，监测功法练习中的心率，皮温变化，作为功法练习是否有效的质控指标。整体架构上，可实现实时练习和实时评估，同时评估数据可实现电脑客户端及手机客户端的同时反馈。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
