一种二十四式太极拳三维互动展示方法技术

本发明专利技术公开了体育教学技术领域的一种二十四式太极拳三维互动展示方法，该二十四式太极拳三维互动展示方法的具体步骤如下：S1：图像采集；S2：特征提取；S3：特征点匹配；S4：计算空间坐标值；S5：进行三维互动展示，本发明专利技术将二十四式太极拳的技术要点通过展示者现场演示后，利用基于传感器的动态捕捉装置对其技术动作要领进行捕捉，经过特征提取后通过三维互动向学习者展示，本发明专利技术为体育项目和运动训练提出一种全新的教学方式，显著提高学习者对太极拳的学习效率。

A three-dimensional interactive display method of twenty-four Style Taijiquan

The invention discloses a Taijiquan three-dimensional interactive display technology field of physical education, the specific steps of the Taijiquan display method of three-dimensional interactive as follows: S1: S2: image acquisition; feature extraction; feature matching; S3: S4: S5: Calculation of spatial coordinates; 3D interactive display. This The technical points of twenty-four Style Taijiquan by showing a live demo, using motion capture sensor to capture the technical essentials after feature extraction based on the 3D interactive presentation to the learner, the invention for sports training and put forward a new way of teaching,. To improve learners' learning efficiency of shadowboxing.

【技术实现步骤摘要】
一种二十四式太极拳三维互动展示方法
本专利技术涉及体育教学
，具体为一种二十四式太极拳三维互动展示方法。
技术介绍
太极拳，国家级非物质文化遗产，是以中国传统儒、道哲学中的太极、阴阳辩证理念为核心思想，集颐养性情、强身健体、技击对抗等多种功能为一体，结合易学的阴阳五行之变化，中医经络学，古代的导引术和吐纳术形成的一种内外兼修、柔和、缓慢、轻灵、刚柔相济的中国传统拳术。简化太极拳是新中国成立后推行的简易太极拳套路，为了便于在广大群众中推广太极拳，在杨氏太极拳的基础上，删去繁难和重负的动作，选取24式，编成简化太极拳。传统的太极拳教学通常采用面授、图片录制视频等方式加以展示，由于学习者感官局限性或作品视角的局限性，使学习者不能够掌握全方位的技术动作和要领，且不具备较好的观赏性。为此，我们提出了一种二十四式太极拳三维互动展示方法投入使用，以解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种二十四式太极拳三维互动展示方法，以解决上述
技术介绍
中提出的传统的太极拳教学通常采用面授、图片录制视频等方式加以展示，由于学习者感官局限性或作品视角的局限性，使学习者不能够掌握全方位的技术动作和要领，且不具备较好的观赏性的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种二十四式太极拳三维互动展示方法，该二十四式太极拳三维互动展示方法的具体步骤如下：S1：展示者利用基于传感器的动态姿势信号采集装置对人体的动态姿势进行人体追踪；S2：动态姿势图像数据采集后将待跟踪的身体部位从复杂的背景中通过HMM方法进行特征提取；S3：对相邻的两幅图像的特征点匹配，利用RANSAC算法得到基础矩阵F，并根据公式F＝K-TEK-1得出本质矩阵E，其中K为摄像机的内参矩阵，T为平移矩阵；S4：根据本质矩阵正确估算出摄像机的外参数R和T，在得到摄像机内外参数K，R，T以及匹配点的坐标后，计算每个匹配点所对应的物体空间点的具体坐标Xi；S5：根据计算出的具体坐标Xi在三维立体坐标系中进行三维展示。优选的，所述步骤S1中，动态姿势信号采集装置由数据手套、位置追踪器和数据头盔组成，其中数据手套通过手指上的弯曲、扭曲传感器和手掌上的弯度、弧度传感器，确定手及关节的位置和方向来实现环境中的虚拟手的运动轨迹。优选的，所述步骤S2中，在进行特征提取时细分为区域分割和区域跟踪，其中区域分割将图像中属于动态活动区域的像素点和非动态区域的像素点用不同的像素值标出。优选的，所述步骤S4中，对于投影矩阵P1，令P11，P12，P13为对应P1的行向量，(ui，vi，l)T对应P1图像上第i个匹配点的齐次坐标，对于投影矩阵P2，令P21，P22，P23为对应的P2的行向量，点(ui，vi，l)T对应图像点的像素坐标为(uiT，viT，l)T，则通过最小二乘法求解出Xi的值。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术将二十四式太极拳的技术要点通过展示者现场演示后，利用基于传感器的动态捕捉装置对其技术动作要领进行捕捉，经过特征提取后通过三维互动向学习者展示，本专利技术为体育项目和运动训练提出一种全新的教学方式，显著提高学习者对太极拳的学习效率。附图说明图1为本专利技术工作流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1，本专利技术提供一种技术方案：一种二十四式太极拳三维互动展示方法，该二十四式太极拳三维互动展示方法的具体步骤如下：S1：展示者利用基于传感器的动态姿势信号采集装置对人体的动态姿势进行人体追踪，动态姿势信号采集装置由数据手套、位置追踪器和数据头盔组成，其中数据手套通过手指上的弯曲、扭曲传感器和手掌上的弯度、弧度传感器，确定手及关节的位置和方向来实现环境中的虚拟手的运动轨迹；S2：动态姿势图像数据采集后将待跟踪的身体部位从复杂的背景中通过HMM方法进行特征提取，在进行特征提取时细分为区域分割和区域跟踪，其中区域分割将图像中属于动态活动区域的像素点和非动态区域的像素点用不同的像素值标出；S3：对相邻的两幅图像的特征点匹配，利用RANSAC算法得到基础矩阵F，并根据公式F＝K-TEK-1得出本质矩阵E，其中K为摄像机的内参矩阵，T为平移矩阵；S4：根据本质矩阵正确估算出摄像机的外参数R和T，在得到摄像机内外参数K，R，T以及匹配点的坐标后，计算每个匹配点所对应的物体空间点的具体坐标Xi，对于投影矩阵P1，令P11，P12，P13为对应P1的行向量，(ui，vi，l)T对应P1图像上第i个匹配点的齐次坐标，对于投影矩阵P2，令P21，P22，P23为对应的P2的行向量，点(ui，vi，l)T对应图像点的像素坐标为(uiT，viT，l)T，则通过最小二乘法求解出Xi的值；S5：根据计算出的具体坐标Xi在三维立体坐标系中进行三维展示。本专利技术中，动作姿势HMM的基本问题包括估计、评估和解码三个方面，对于基于HMM的动作识别，需解决如何建立动作姿势HMM，即估计问题，以及如何对手人体动作观测序列进行识别，即评估问题。在估计问题中，对于模型λ＝(A，B，π)，将观测的样本作为训练输入，不断调整模型参数，使得观测样本的似然函数取值最大，也就是模型的训练问题，通常一个动态姿势数据完成特征提取后，动态姿势被表示为E，如果E由高维列向量构成，对E中各列向量进行向量量化，可得该动作姿势的观测序列O＝{b1，b2，…，bT}，其中T为序列长度，在本专利技术中，按八方向Freeman链码对二位动作姿势轨迹进行编码，码值为0到7，故bT∈[0，7]，对于一个特定的姿势，多个不同的观测序列构成其训练样本集{O1，O2，…，OS}，其中s为样本个数，对于l个不同动态姿势的训练样本集，分别进行训练，即可建立姿势的HMM库{λ1，λ2，…，λl}，其中l为动作姿势的个数；在评估问题中，给定观测员序列O＝O1O2...OT和模型λ＝(A，B，π)，计算P(O|λ)，对于基于HMM的动态姿势识别，其任务就是对于给定的测试值序列O和所有动态姿势HMM，计算由各模型产生O的概率，并取其中最大概率对应的模型为识别结果，在本专利技术中采用前向-后向的算法计算P(O|λ)，且为避免数值太过密集，输出概率过小，对计算结果的概率值按P′ln(P(O|λ))取自然对数后进行比较，在本专利技术中，动作姿势识别的具体流程如下：①对输入的动态姿势I包含的轨迹按八方向Freeman链码进行量化处理，得到其观测序列O＝{b1，b2，…，bm}；②计算动态姿势HMM库中各模型(λi，i∈[1，l])产生O的概率：Pi′，i∈[1，l]；③取{P1′，P2′，...，Pl′}中最大值Pj′＝max{P1′，P2′，...，Pl′}，若Pj′＞T(T为一确定阈值)，j即为识别出的动态姿势编号。尽管已经示出和描述了本专利技术的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本专利技术的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本专利技术的范围由所附权利要求及其等同物限定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二十四式太极拳三维互动展示方法，其特征在于：该二十四式太极拳三维互动展示方法的具体步骤如下：S1：展示者利用基于传感器的动态姿势信号采集装置对人体的动态姿势进行人体追踪；S2：动态姿势图像数据采集后将待跟踪的身体部位从复杂的背景中通过HMM方法进行特征提取；S3：对相邻的两幅图像的特征点匹配，利用RANSAC算法得到基础矩阵F，并根据公式F＝K‑TEK‑1得出本质矩阵E，其中K为摄像机的内参矩阵，T为平移矩阵；S4：根据本质矩阵正确估算出摄像机的外参数R和T，在得到摄像机内外参数K，R，T以及匹配点的坐标后，计算每个匹配点所对应的物体空间点的具体坐标Xi；S5：根据计算出的具体坐标Xi在三维立体坐标系中进行三维展示。

【技术特征摘要】
1.一种二十四式太极拳三维互动展示方法，其特征在于：该二十四式太极拳三维互动展示方法的具体步骤如下：S1：展示者利用基于传感器的动态姿势信号采集装置对人体的动态姿势进行人体追踪；S2：动态姿势图像数据采集后将待跟踪的身体部位从复杂的背景中通过HMM方法进行特征提取；S3：对相邻的两幅图像的特征点匹配，利用RANSAC算法得到基础矩阵F，并根据公式F＝K-TEK-1得出本质矩阵E，其中K为摄像机的内参矩阵，T为平移矩阵；S4：根据本质矩阵正确估算出摄像机的外参数R和T，在得到摄像机内外参数K，R，T以及匹配点的坐标后，计算每个匹配点所对应的物体空间点的具体坐标Xi；S5：根据计算出的具体坐标Xi在三维立体坐标系中进行三维展示。2.根据权利要求1所述的一种二十四式太极拳三维互动展示方法，其特征在于：所述步骤S1中，动态姿势信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨玉霞，
申请(专利权)人：周口师范学院，
类型：发明
国别省市：河南,41