一种基于肢体识别技术的太极互动系统

摘要

本发明提供一种基于肢体识别技术的太极互动系统，涉及互动系统技术领域。该基于肢体识别技术的太极互动系统，其构架包括应用层、算法层和硬件层。本发明，算法层用于定义太极动作的数字化标准，通过对太极老师的太极动作的肢体识别计算，定义每个太极动作中的肩部关节、肘部关节、胯骨关节、膝盖关节的身体夹角数据，并形成一个动作八个数据，并组成不同太极动作的不同整套动作数据集，同时识别用户肢体，实时计算用户每个太极动作的各肢体关节形成的夹角数据，通过对比太极老师每个动作的数据和用户体验时的每个数据差异，计算每个用户的动作得分，使计算的分数更加的精准。

说明书

技术领域

本发明涉及互动系统技术领域，特别的为一种基于肢体识别技术的太极互动系统。

背景技术

统的运作原理首先是通过捕捉设备（感应器）对目标影像（如参与者）进行捕捉拍摄，然后由影像分析系统分析，从而产生被捕捉物体的动作，该动作数据结合实时影像互动系统，使参与者与屏幕之间产生紧密结合的互动效果，目前虚拟互动技术已完成人机交互部分，并有多种与自然或虚拟世界的仿真模拟。互动的反应延时在0.05秒内，在国内属于领先地位。

现有的互动系统在使用的时候，可以很好使用户具有参与感，融入进去，但是现有的互动系统在进行打分的时候，都是根据用户动作的流畅度和力度进行感应，不能将动作进行计算出来，与系统内部的动作进行对比打分，而且误差非常的发，使用户在学习的时候，很难进行学习到精准的动作。

发明内容

本发明提供的发明目的在于提供一种基于肢体识别技术的太极互动系统，解决上述背景技术中的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于肢体识别技术的太极互动系统，其构架包括应用层、算法层和硬件层；

所述应用层用于用户通过屏幕中引导，用户通过高举右手进入，选择功夫种类及拳法后，即可开始正式体验，界面中显示太极老师的太极动作，玩家分数、游戏倒计时条及时间、正确太极动作的动画效果，玩家通过边观看屏幕中太极老师的太极动作，边做出一样的太极动作来获取得分，于此同时系统也在实时计算玩家的动作与太极老师动作的相似度，相似度高则可以得分，相似度低则无法得分；

所述算法层用于定义太极动作的数字化标准，通过对太极老师的太极动作的肢体识别计算，定义每个太极动作中的肩部关节、肘部关节、胯骨关节、膝盖关节的身体夹角数据，并形成一个动作八个数据，并组成不同太极动作的不同整套动作数据集，同时识别用户肢体，实时计算用户每个太极动作的各肢体关节形成的夹角数据，通过对比太极老师每个动作的数据和用户体验时的每个数据差异，计算每个用户的动作得分；

所述控硬件层用于采集人体动作和显示系统的页面，并且可以全智能化进行操作。

进一步的，所述应用层包括肢体交互引导模块、城市排行模块、全国武术体验模块、体验人数检测模块、用户体验数据统计模块、无接触肢体选择武术模块、武术影像特效模拟模块、武术大师视频模块、互动合影分享模块、姿势动态识别打分模块、合影互动特效模块和武术互动能耗统计模块。

进一步的，所述肢体交互引导模块用于引导用户进入到系统中，所述全国武术体验模块用于用户选择功夫种类及拳法，所述城市排行模块用于用户在做完动作后系统评判的分数，进行在系统所在的城市进行排名登记，所述体验人数检测模块用于检测选择选择该武术的体验用户的体验感，所述用户体验数据统计模块用于统计体验不同武术种类的用户和总体验用户，所述无接触肢体选择武术模块用于用户通过高举右手进入系统，无需肢体接触系统，所述武术影像特效模拟模块用于增加视屏武术动作的特效，所述武术大师视频模块用于播放和存储武术大师的动作视频，所述互动合影分享模块用于在做完动作后，可以进行互动聊天、合影以及分享，所述姿势动态识别打分模块用于识别用户做出的武术姿势，并且根据武术大师的动作与用户做出的姿势打出分数，重合度越高分数越高，重合度越低，分数越低，所述合影互动特效模块用于用户在合影完成后，用户可以在合影的照片上增加特效，所述武术互动能耗统计模块用于计算用户在做完动作后所消耗的能量。

进一步的，所述算法层包括肢体识别算法模块、姿势识别算法模块、数据训练算法模块、特征抽取算法模块、公布式数据处理模块和数据可视化计算模块。

进一步的，所述肢体识别算法模块用于识别用户的肢体动作，并将数据使用数字化标准计算出来，将数据传送至应用层，所述姿势识别算法模块用于识别用户的动作姿势，实时计算用户每个太极动作的各肢体关节形成的夹角数据，通过对比太极老师每个动作的数据和用户体验时的每个数据差异，所述数据训练算法模块用于统计用户的训练，将用户训练使得各肢体关节形成的夹角数据进行计算，所述特征抽取算法模块用于将用户的动作特征进行抽取，抽取出肩部关节、肘部关节、胯骨关节、膝盖关节的身体夹角数据，所述公布式数据处理模块用于将各种数据进行处理，所述数据可视化计算模块用于将动作、分数以数字展示给用户。

进一步的，所述硬件层包括74寸4KLCD显示屏、高清RGB摄像头、智能感光系统、智能温控系统、智能定时开关、高性能算法主机和边缘计算本地算法板。

进一步的，所述74寸4KLCD显示屏用于系统的显示，与用户在操作时可以观看屏幕，所述高清RGB摄像头用于采集用户的肢体动作，所述智能感光系统用于感应使用环境周围的光度，进行调整74寸4KLCD显示屏的亮度，所述智能温控系统用于感应感应使用环境周围的温度，所述智能定时开关用于用户可以根据自己的使用时间进行定时的开关机，所述高性能算法主机用于承载算法层的模块，可以进行高速处理，所述边缘计算本地算法板用于存储算法层的算法。

进一步的，所述算法层搭建在高性能算法主机的内部，所述应用层与算法层电信号连接。

本发明提供了一种基于肢体识别技术的太极互动系统。具备以下有益效果：

1、本发明，算法层用于定义太极动作的数字化标准，通过对太极老师的太极动作的肢体识别计算，定义每个太极动作中的肩部关节、肘部关节、胯骨关节、膝盖关节的身体夹角数据，并形成一个动作八个数据，并组成不同太极动作的不同整套动作数据集，同时识别用户肢体，实时计算用户每个太极动作的各肢体关节形成的夹角数据，通过对比太极老师每个动作的数据和用户体验时的每个数据差异，计算每个用户的动作得分，使计算的分数更加的精准。

2、通过高清RGB摄像头拍摄用户动作，肢体识别算法模块将会对传输进来的用户动作视频进行逐帧的肢体角度识别，视频流识别方式相交与红外线识别虽然都是基于高清RGB摄像头设备进行计算机视觉识别，但是本质上技术方式与路线并不一样，Kinect采用的是红外线光的方法对用户肢体动作形成数据进行计算，高清RGB摄像头传输配合肢体识别算法模块则采用的是视频流分析，对当前视频的人物肢体动作图像进行分析，视频流方式避免了光线由于现场光照条件造成的干扰及不可用情况。

3、游戏界面中显示太极老师的太极动作，玩家分数、游戏倒计时条及时间、正确太极动作的动画效果等信息，玩家通过边观看屏幕中太极老师的太极动作，边做出一样的太极动作来获取得分，于此同时系统也在实时计算玩家的动作与太极老师动作的相似度，相似度高则可以得分，相似度低则无法得分，在双人模式中，于太极老师的动作结束之前，获得得分高者获胜，整套太极动作完成后，游戏主要流程结束，系统会展示玩家的得分，并进行倒计时拍照合影，玩家可离场立即退出，或可等拍照完成后扫描二维码获取图片和运动数据及相应积分，使用户的参与感更加的强烈。

附图说明：

图1为本发明的系统图。

图例说明：

1、应用层；101、肢体交互引导模块；102、城市排行模块；103、全国武术体验模块；104、体验人数检测模块；105、用户体验数据统计模块；106、无接触肢体选择武术模块；107、武术影像特效模拟模块；108、武术大师视频模块；109、互动合影分享模块；110、姿势动态识别打分模块；111、合影互动特效模块；112、武术互动能耗统计模块；2、算法层；201、肢体识别算法模块；202、姿势识别算法模块；203、数据训练算法模块；204、特征抽取算法模块；205、公布式数据处理模块；206、数据可视化计算模块；3、硬件层；301、74寸4KLCD显示屏；302、高清RGB摄像头；303、智能感光系统；304、智能温控系统；305、智能定时开关；306、高性能算法主机；307、边缘计算本地算法板。

具体实施方式

如图1所示：一种基于肢体识别技术的太极互动系统，其构架包括应用层1、算法层2和硬件层3；

应用层1用于用户通过屏幕中引导，用户通过高举右手进入，选择功夫种类及拳法后，即可开始正式体验，界面中显示太极老师的太极动作，玩家分数、游戏倒计时条及时间、正确太极动作的动画效果，玩家通过边观看屏幕中太极老师的太极动作，边做出一样的太极动作来获取得分，于此同时系统也在实时计算玩家的动作与太极老师动作的相似度，相似度高则可以得分，相似度低则无法得分，应用层1包括肢体交互引导模块101、城市排行模块102、全国武术体验模块103、体验人数检测模块104、用户体验数据统计模块105、无接触肢体选择武术模块106、武术影像特效模拟模块107、武术大师视频模块108、互动合影分享模块109、姿势动态识别打分模块110、合影互动特效模块111和武术互动能耗统计模块112，肢体交互引导模块101用于引导用户进入到系统中，全国武术体验模块103用于用户选择功夫种类及拳法，城市排行模块102用于用户在做完动作后系统评判的分数，进行在系统所在的城市进行排名登记，体验人数检测模块104用于检测选择选择该武术的体验用户的体验感，用户体验数据统计模块105用于统计体验不同武术种类的用户和总体验用户，无接触肢体选择武术模块106用于用户通过高举右手进入系统，无需肢体接触系统，武术影像特效模拟模块107用于增加视屏武术动作的特效，武术大师视频模块108用于播放和存储武术大师的动作视频，互动合影分享模块109用于在做完动作后，可以进行互动聊天、合影以及分享，姿势动态识别打分模块110用于识别用户做出的武术姿势，并且根据武术大师的动作与用户做出的姿势打出分数，重合度越高分数越高，重合度越低，分数越低，合影互动特效模块111用于用户在合影完成后，用户可以在合影的照片上增加特效，武术互动能耗统计模块112用于计算用户在做完动作后所消耗的能量；

算法层2用于定义太极动作的数字化标准，通过对太极老师的太极动作的肢体识别计算，定义每个太极动作中的肩部关节、肘部关节、胯骨关节、膝盖关节的身体夹角数据，并形成一个动作八个数据，并组成不同太极动作的不同整套动作数据集，同时识别用户肢体，实时计算用户每个太极动作的各肢体关节形成的夹角数据，通过对比太极老师每个动作的数据和用户体验时的每个数据差异，计算每个用户的动作得分，算法层2包括肢体识别算法模块201、姿势识别算法模块202、数据训练算法模块203、特征抽取算法模块204、公布式数据处理模块205和数据可视化计算模块206，肢体识别算法模块201用于识别用户的肢体动作，并将数据使用数字化标准计算出来，将数据传送至应用层1，姿势识别算法模块202用于识别用户的动作姿势，实时计算用户每个太极动作的各肢体关节形成的夹角数据，通过对比太极老师每个动作的数据和用户体验时的每个数据差异，数据训练算法模块203用于统计用户的训练，将用户训练使得各肢体关节形成的夹角数据进行计算，特征抽取算法模块204用于将用户的动作特征进行抽取，抽取出肩部关节、肘部关节、胯骨关节、膝盖关节的身体夹角数据，公布式数据处理模块205用于将各种数据进行处理，数据可视化计算模块206用于将动作、分数以数字展示给用户；

控硬件层3用于采集人体动作和显示系统的页面，并且可以全智能化进行操作，硬件层3包括74寸4KLCD显示屏301、高清RGB摄像头302、智能感光系统303、智能温控系统304、智能定时开关305、高性能算法主机306和边缘计算本地算法板307，述74寸4KLCD显示屏301用于系统的显示，与用户在操作时可以观看屏幕，高清RGB摄像头302用于采集用户的肢体动作，智能感光系统303用于感应使用环境周围的光度，进行调整74寸4KLCD显示屏301的亮度，智能温控系统304用于感应感应使用环境周围的温度，智能定时开关305用于用户可以根据自己的使用时间进行定时的开关机，高性能算法主机306用于承载算法层2的模块，可以进行高速处理，边缘计算本地算法板307用于存储算法层2的算法。

算法层2搭建在高性能算法主机306的内部，应用层1与算法层2电信号连接。

工作原理：在使用的时候，指令发送模块读取数据保存模块内部储存的原始数据和在设定的时间段内在预报模块预报的天气情况，数据分析模块将数据进行分析，将数据存储到数据保存模块中，进行更新保存，根据指令发送模块发送相对应的指令，将指令发送到指令层，喷灌模块、喷洒模块、修剪模块、清扫模块和保温模块进行读取相对应的指令，读取指令后的模块传输到网络层，无线区域网和网络基站为传送指令提供数据，接收设备在接收到指令后，驱动设备进行工作；

在需要变更指令的时候，管理员在登陆模块上进行登陆，通过登陆模块进入到设置模块，通过设置模块进入到更改模块中，进行更改指令，确定模块让管理员进行指令的确认，可以使管理员进行检查指令，防止下发的指令不能进行执行，确定完成后，将指令传输到更新模块中，更新模块将质量更新到指令层中的数据保存模块中，同时将操作的管理员信息进行保存，发生意外情况的，如果是指令下发的错误，可以追究到管理员。

用户通过屏幕中引导，用户通过高举右手进入游戏，选择功夫种类及拳法后，即可开始正式体验。

游戏界面中显示太极老师的太极动作，玩家分数、游戏倒计时条及时间、正确太极动作的动画效果等信息，玩家通过边观看屏幕中太极老师的太极动作，边做出一样的太极动作来获取得分，于此同时系统也在实时计算玩家的动作与太极老师动作的相似度，相似度高则可以得分，相似度低则无法得分，在双人模式中，于太极老师的动作结束之前，获得得分高者获胜，整套太极动作完成后，游戏主要流程结束，系统会展示玩家的得分，并进行倒计时拍照合影，玩家可离场立即退出，或可等拍照完成后扫描二维码获取图片和运动数据及相应积分。

通过高清RGB摄像头302拍摄用户动作，肢体识别算法模块202将会对传输进来的用户动作视频进行逐帧的肢体角度识别，视频流识别方式相交与红外线识别虽然都是基于高清RGB摄像头302设备进行计算机视觉识别，但是本质上技术方式与路线并不一样，Kinect采用的是红外线光的方法对用户肢体动作形成数据进行计算，高清RGB摄像头302传输配合肢体识别算法模块202则采用的是视频流分析，对当前视频的人物肢体动作图像进行分析，视频流方式避免了光线由于现场光照条件造成的干扰及不可用情况。

算法层2用于定义太极动作的数字化标准，通过对太极老师的太极动作的肢体识别计算，定义每个太极动作中的肩部关节、肘部关节、胯骨关节、膝盖关节的身体夹角数据，并形成一个动作八个数据，并组成不同太极动作的不同整套动作数据集，同时识别用户肢体，实时计算用户每个太极动作的各肢体关节形成的夹角数据，通过对比太极老师每个动作的数据和用户体验时的每个数据差异，计算每个用户的动作得分，使计算的分数更加的精准。

本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或他们的组合来实现，在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现，例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。

以上的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。