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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810626815.9 (22)申请日 2018.06.11 (71)申请人 兰州理工大学 地址 730050 甘肃省兰州市七里河区兰工 坪路287号 (72)发明人 姚剑文 张磊 朱红燕 (51)Int.Cl. A63B 69/00(2006.01) A63B 71/06(2006.01) (54)发明名称 一种互动式太极拳训练系统 (57)摘要 本发明公开了一种互动式太极拳训练系统， 包括图像采集模块、 三维图像重构模块、 全息投 影模块、 运动状态采集模块、 动作标准。
2、判断模块、 动作指导建议输出模块和评估结果反馈模块。 本 发明实现了太极拳训练动作的自动判定和指导， 使得动作更加规范， 减轻了教练的工作量； 使用 系统自带的三维投放功能， 可进行训练者图像、 教学视频以及太极拳标准动作数据等的三维投 放， 从而使得训练者可以进行反复的观摩和理 解， 提高了训练效率。 权利要求书2页 说明书4页 附图1页 CN 108854000 A 2018.11.23 CN 108854000 A 1.一种互动式太极拳训练系统， 其特征在于， 包括： 图像采集模块， 用于进行训练图像数据的采集， 并将获取到的图像数据发送到三维图 像重构模块； 三维图像重构模块， 用于通。
3、过kinect深度传感器进行图像深度数据的获取， 并将所获 得的图像深度数据进行三角化， 然后在尺度空间中融合所有三角化的深度图像构建分层有 向距离场， 对距离场中所有的体素应用整体三角剖分算法产生一个涵盖所有体素的凸包， 并利用Marching Tetrahedra算法构造等值面， 完成三维图像的重构， 并将重构后所得的数 据发送到全息投影模块； 全息投影模块， 用于根据中央处理器进行目标数据的全息投影； 运动状态采集模块， 通过设置在训练场地内的红外线光幕进行动作状态数据的采集； 动作标准判断模块， 用于将红外线光幕所采集到的运动员状态数据与标准动作数据库 内录制的标准动作状态数据进行比较。
4、， 如果差距小于某个门限， 则认为标准， 否则认为不标 准； 动作指导建议输出模块， 通过人为专家根据动作标准判断模块的评估结果输出对应的 指导意见； 评估结果反馈模块， 用于将每一个训练图像用其对应的标准图像、 动作标准判断结果 以及动作指导意见进行标记后， 反馈给对应的APP终端； 中央处理器， 用于协调上述模块工作。 2.根据权利要求1所述的一种互动式太极拳训练系统， 其特征在于， 所述全息投影模块 包括一空气屏幕生成系统、 两3D投影仪和一素材数据库， 该素材数据库内储存有各种太极 拳训练标准动作数据、 太极拳动作教学数据以及太极拳训练背景数据。 3.根据权利要求1所述的一种互动式太极。
5、拳训练系统， 其特征在于， 还包括一常态播放 模块， 用于太极拳动作教学数据的播放。 4.根据权利要求1所述的一种互动式太极拳训练系统， 其特征在于， 还包括APP客户端， 用于训练者注册生成各自的账号， 进行各训练者训练数据的汇总储存以及课后训练情况的 评估。 5.根据权利要求4所述的一种互动式太极拳训练系统， 其特征在于， 所述APP客户端内 设有： 个人训练空间， 用于接收并储存评估结果反馈模块所发送的数据； 教学资料查看模块， 用于太极拳动作教学资料的查看； 训练图像上传模块， 用于进行训练图像数据的上传； 训练动作评估模块， 用于通过kinect深度传感器进行所上传的训练图像数据的骨。
6、骼信 息获取， 消除所获得骨骼信息的抖动和噪声干扰， 计算获取所有骨骼对的角度旋转移动SO3 矩阵信息， 并将计算所得的骨骼对的角度旋转移动SO3矩阵信息与标准动作数据库内录制 的标准动作信息进行比较， 如果差距小于某个门限， 则认为标准， 否则认为不标准； 标准图像输出模块， 用于根据训练动作评估模块的评估结果输出对应的标准动作图 像。 6.根据权利要求5所述的一种互动式太极拳训练系统， 其特征在于， 所述个人训练空间 内设自定义模块， 可以根据需要进行其他训练数据的上传。 权 利 要 求 书 1/2 页 2 CN 108854000 A 2 7.根据权利要求4所述的一种互动式太极拳训练系统。
7、， 其特征在于， 所述APP客户端内 还设有： 教学咨询模块， 用于通过语音/视频通讯的方式进行太极拳学习问题的咨询， 在进行咨 询前需先发送通话请求到对应的账户， 在该账户返回确认信息后方可进行该模块的启用。 8.根据权利要求1所述的一种互动式太极拳训练系统， 其特征在于， 所述常态播放模块 采用带播放器的电子显示屏。 9.根据权利要求1所述的一种互动式太极拳训练系统， 其特征在于， 还包括： 人机交互模块， 用于各种控制命令的输入； 音乐背景播放模块， 用于根据中央处理器的发出的命令进行对应的背景音乐的播放。 权 利 要 求 书 2/2 页 3 CN 108854000 A 3 一种互动式。
8、太极拳训练系统 技术领域 0001 本发明涉及太极拳训练领域， 具体涉及一种互动式太极拳训练系统。 背景技术 0002 太极拳在我国是民族文化和传统体育的象征， 是集气功和武术于一体的强身健 体、 修身养性、 自卫防身等功效的体育项目。 在竞争加剧的现代社会生活中， 太极拳对人体 健康的作用已被各界人士所认识。 0003 目前， 市面上的太极拳训练系统， 大多采用教练当场进行观察指导的模式， 或者采 用摄像头进行训练视频的采集， 然后在结束训练后， 教练进行观察与事后的指导， 大部分训 练者只能靠自我体会与领悟， 教学效果较差， 同时训练动作的不规范， 将会影响到太极拳训 练效果的发挥， 甚至。
9、于伤害到训练者。 发明内容 0004 为解决上述问题， 本发明提供了一种互动式太极拳训练系统， 实现了太极拳训练 动作的自动判定和指导， 使得动作更加规范， 减轻了教练的工作量； 使用系统自带的三维投 放功能， 可进行训练者图像、 教学视频以及太极拳标准动作数据等的三维投放， 从而使得训 练者可以进行反复的观摩和理解， 提高了训练效率。 0005 为实现上述目的， 本发明采取的技术方案为： 0006 一种互动式太极拳训练系统， 包括： 0007 图像采集模块， 用于进行训练图像数据的采集， 并将获取到的图像数据发送到三 维图像重构模块； 0008 三维图像重构模块， 用于通过kinect深度传。
10、感器进行图像深度数据的获取， 并将 所获得的图像深度数据进行三角化， 然后在尺度空间中融合所有三角化的深度图像构建分 层有向距离场， 对距离场中所有的体素应用整体三角剖分算法产生一个涵盖所有体素的凸 包， 并利用Marching Tetrahedra算法构造等值面， 完成三维图像的重构， 并将重构后所得 的数据发送到全息投影模块； 0009 全息投影模块， 用于根据中央处理器进行目标数据的全息投影； 0010 运动状态采集模块， 通过设置在训练场地内的红外线光幕进行动作状态数据的采 集； 0011 动作标准判断模块， 用于将红外线光幕所采集到的运动员状态数据与标准动作数 据库内录制的标准动作状。
11、态数据进行比较， 如果差距小于某个门限， 则认为标准， 否则认为 不标准； 0012 动作指导建议输出模块， 通过人为专家根据动作标准判断模块的评估结果输出对 应的指导意见； 0013 评估结果反馈模块， 用于将每一个训练图像用其对应的标准图像、 动作标准判断 结果以及动作指导意见进行标记后， 反馈给对应的APP终端； 说 明 书 1/4 页 4 CN 108854000 A 4 0014 中央处理器， 用于协调上述模块工作。 0015 进一步地， 所述全息投影模块包括一空气屏幕生成系统、 两3D投影仪和一素材数 据库， 该素材数据库内储存有各种太极拳训练标准动作数据、 太极拳动作教学数据以及。
12、太 极拳训练背景数据。 0016 进一步地， 还包括一常态播放模块， 用于太极拳动作教学数据的播放。 0017 进一步地， 还包括APP客户端， 用于训练者注册生成各自的账号， 进行各训练者训 练数据的汇总储存以及课后训练情况的评估。 0018 进一步地， 所述APP客户端内设有： 0019 个人训练空间， 用于接收并储存评估结果反馈模块所发送的数据； 0020 教学资料查看模块， 用于太极拳动作教学资料的查看； 0021 训练图像上传模块， 用于进行训练图像数据的上传； 0022 训练动作评估模块， 用于通过kinect深度传感器进行所上传的训练图像数据的骨 骼信息获取， 消除所获得骨骼信息。
13、的抖动和噪声干扰， 计算获取所有骨骼对的角度旋转移 动SO3矩阵信息， 并将计算所得的骨骼对的角度旋转移动SO3矩阵信息与标准动作数据库内 录制的标准动作信息进行比较， 如果差距小于某个门限， 则认为标准， 否则认为不标准； 0023 标准图像输出模块， 用于根据训练动作评估模块的评估结果输出对应的标准动作 图像。 0024 进一步地， 所述个人训练空间内设自定义模块， 可以根据需要进行其他训练数据 的上传。 0025 进一步地， 所述APP客户端内还设有： 0026 教学咨询模块， 用于通过语音/视频通讯的方式进行太极拳学习问题的咨询， 在进 行咨询前需先发送通话请求到对应的账户， 在该账户。
14、返回确认信息后方可进行该模块的启 用。 0027 进一步地， 所述常态播放模块采用带播放器的电子显示屏。 0028 进一步地， 还包括： 0029 人机交互模块， 用于各种控制命令的输入； 0030 音乐背景播放模块， 用于根据中央处理器的发出的命令进行对应的背景音乐的播 放。 0031 本发明具有以下有益效果： 0032 实现了太极拳训练动作的自动判定和指导， 使得动作更加规范， 减轻了教练的工 作量； 使用系统自带的三维投放功能， 可进行训练者图像、 教学视频以及太极拳标准动作数 据等的三维投放， 从而使得训练者可以进行反复的观摩和理解， 提高了训练效率； 以APP客 户端的形式实现了训练。
15、者课堂数据的汇总储存， 便于训练者对自己训练情况的了解， 同时 APP客户端自带训练动作标准评估功能， 方便了训练者在课后的训练。 附图说明 0033 图1为本发明实施案例一种互动式太极拳训练系统的系统框图。 具体实施方式 说 明 书 2/4 页 5 CN 108854000 A 5 0034 为了使本发明的目的及优点阐述得更加清晰， 以下结合实例对此进行更深一步的 详细说明。 应当理解， 此处所描述的具体实例仅用以解释本发明， 并不用于限定本发明。 0035 如图1所示， 本发明实例提供了一种互动式太极拳训练系统， 包括： 0036 人机交互模块， 用于各种控制命令的输入； 0037 音乐背。
16、景播放模块， 用于根据中央处理器的发出的命令进行对应的背景音乐的播 放； 0038 图像采集模块， 用于进行训练图像数据的采集， 并将获取到的图像数据发送到三 维图像重构模块； 0039 三维图像重构模块， 用于通过kinect深度传感器进行图像深度数据的获取， 并将 所获得的图像深度数据进行三角化， 然后在尺度空间中融合所有三角化的深度图像构建分 层有向距离场， 对距离场中所有的体素应用整体三角剖分算法产生一个涵盖所有体素的凸 包， 并利用Marching Tetrahedra算法构造等值面， 完成三维图像的重构， 并将重构后所得 的数据发送到全息投影模块； 0040 全息投影模块， 用于根。
17、据中央处理器进行目标数据的全息投影； 所述全息投影模 块包括一空气屏幕生成系统、 两3D投影仪和一素材数据库， 该素材数据库内储存有各种太 极拳训练标准动作数据、 太极拳动作教学数据以及太极拳训练背景数据； 0041 运动状态采集模块， 通过设置在训练场地内的红外线光幕进行动作状态数据的采 集； 0042 动作标准判断模块， 用于将红外线光幕所采集到的运动员状态数据与标准动作数 据库内录制的标准动作状态数据进行比较， 如果差距小于某个门限， 则认为标准， 否则认为 不标准； 0043 动作指导建议输出模块， 通过人为专家根据动作标准判断模块的评估结果输出对 应的指导意见； 0044 评估结果反。
18、馈模块， 用于将每一个训练图像用其对应的标准图像、 动作标准判断 结果以及动作指导意见进行标记后， 反馈给对应的APP终端； 0045 常态播放模块， 采用带播放器的电子显示屏用于太极拳动作教学数据的播放； 0046 中央处理器， 用于协调上述模块工作。 0047 还包括APP客户端， 用于训练者注册生成各自的账号， 进行各训练者训练数据的汇 总储存以及课后训练情况的评估； 所述APP客户端内设有： 0048 个人训练空间， 用于接收并储存评估结果反馈模块所发送的数据； 内设自定义模 块， 可以根据需要进行其他训练数据的上传； 0049 教学资料查看模块， 用于太极拳动作教学资料的查看； 00。
19、50 训练图像上传模块， 用于进行训练图像数据的上传； 0051 训练动作评估模块， 用于通过kinect深度传感器进行所上传的训练图像数据的骨 骼信息获取， 消除所获得骨骼信息的抖动和噪声干扰， 计算获取所有骨骼对的角度旋转移 动SO3矩阵信息， 并将计算所得的骨骼对的角度旋转移动SO3矩阵信息与标准动作数据库内 录制的标准动作信息进行比较， 如果差距小于某个门限， 则认为标准， 否则认为不标准； 0052 标准图像输出模块， 用于根据训练动作评估模块的评估结果输出对应的标准动作 图像。 说 明 书 3/4 页 6 CN 108854000 A 6 0053 教学咨询模块， 用于通过语音/视频通讯的方式进行太极拳学习问题的咨询， 在进 行咨询前需先发送通话请求到对应的账户， 在该账户返回确认信息后方可进行该模块的启 用。 0054 以上所述仅是本发明的优选实施方式， 应当指出， 对于本技术领域的普通技术人 员来说， 在不脱离本发明原理的前提下， 还可以作出若干改进和润饰， 这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。 说 明 书 4/4 页 7 CN 108854000 A 7 图1 说 明 书 附 图 1/1 页 8 CN 108854000 A 8 。