一种具备运动捕捉功能的舞蹈动作评测系统技术方案

本发明专利技术提供一种具备运动捕捉功能的舞蹈动作评测系统，包括：空间定位部件、运动关节传感器部件、传感器信号汇总部件、传感器信号处理部件、关节参数处理部件、舞蹈动作处理部件、舞蹈标准膜板、人机交互部件。本发明专利技术结构简单，操作便捷，第一时间将舞者的舞蹈动作进行采集，并将其中的与舞蹈标准膜板所收纳的动作进行匹配打分，可以直观的反映舞者动作和标准动作之间的差异并提供舞者数字化建议的显示终端，不仅可以让舞者直观的了解自身动作的缺陷，也可以作为标准的舞蹈考级设备对舞蹈标准动作进行打分评级，具有很好的教育意义和商业前景。

【技术实现步骤摘要】
一种具备运动捕捉功能的舞蹈动作评测系统
本专利技术涉及舞蹈教育
，具体地，涉及一种具备运动捕捉功能的舞蹈动作评测系统。
技术介绍
目前舞蹈动作教学是以任课老师言传身教的方式，直观的和被施教者进行语言和肢体的交互，以动作讲解和知识传递为主，技巧的运用和掌握强烈依赖教师的个人经验和综合素质，尚欠缺一种标准化、数字化的舞蹈教学评估系统，无法实现舞动动作教学以及评估打分的标准化。目前没有发现同本专利技术类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述不足，本专利技术的目的是提供一种具备运动捕捉功能的舞蹈动作评测系统，该系统能够提供一种一种标准化、数字化的舞蹈教学方式，实现舞蹈动作教学以及评估打分的标准化。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案。一种具备运动捕捉功能的舞蹈动作评测系统，包括：空间定位部件、运动关节传感器部件、传感器信号汇总部件、传感器信号处理部件、关节参数处理部件、舞蹈动作处理部件、舞蹈标准膜板、人机交互部件；其中：所述空间定位部件捕捉舞者的当前空间坐标和方位，并发送至关节参数处理部件；所述运动关节传感器部件采集每个关节轴运动原始数据并传递给传感器信号汇总部件；所述传感器信号汇总部件将若干运动关节传感器部件采集的关节轴运动原始数据进行汇总，并按照一定编码形式发送给传感器信号处理部件；所述传感器信号处理部件将采集的关节轴运动原始数据进行处理，然后解算出舞者四肢的空间位姿，并将当前空间位姿参数传递给关节参数处理部件；所述关节参数处理部件将采集的当前空间坐标和方位以及当前空间位姿参数进行整合，形成当前舞者运动过程参数，并发送给舞蹈动作处理部件；所述舞蹈动作处理部件将获取的当前舞者运动过程参数中的某一个动作片段和舞蹈标准膜板进行数字化匹配，当整个当前舞者运动过程参数中的不同动作片段和舞蹈标准膜板逐一匹配后，给出当前舞者运动过程参数和舞蹈标准膜板之间的动作差异，并发送至人机交互部件；所述舞蹈标准膜板包含了舞蹈动作中的若干标准舞蹈动作参数；所述人机交互部件设定当前所适用的舞蹈标准膜板数据库，显示当前舞者运动过程参数中的动作片段和舞蹈标准膜板之间的动作差异，并将动作差异向舞者指明。优选地，所述空间定位部件采用如下任意一种结构：-采用激光追踪的方式捕捉舞者的当前空间坐标和方位，包括激光发射器和光传感器，利用固定的激光发射器产生空间内的非可见光，通过非可见光扫描舞者身体上安装的光传感器，探测激光发射器发射的激光源，并解算出舞者的位置和动作变化从而反映舞者当前的空间坐标和方位；-采用主动式红外激光定位的方式捕捉舞者的当前空间坐标和方位，包括至少两台红外摄像机、处理器以及红外光谱标记点，通过舞者身体上的红外光谱标记点向外发射红外光，并利用固定的红外摄像机实时拍摄，再将红外摄像机拍摄的不同角度图像信息传递给处理器，从而获得红外光谱标记点的位置，最终拟合出舞者的身体位置和动作变化进而反映舞者当前的空间坐标和方位；-采用主动式光学定位的方法捕捉舞者的当前空间坐标和方位，包括发光球体、相同参数的双目摄像头和双目摄像机，通过舞者身上的发光球体和固定的双目摄像头完成舞者的空间定位，得到舞者的当前方位；通过固定的双目摄像机拍摄同一时刻同一发光球体的视频，并通过如下公式，对发光球体的空间坐标进行实时解算：摄像机的透视投影关系：ku＝αuf,kv＝αvf(2)Min为摄像机内参数矩阵，Mout为摄像机外参数矩阵，ku和kv是X轴和Y轴方向的放大系数，au和av是成像平面到图像平面在X轴和Y轴方向的放大系数，f是摄像机焦距，S是影像坐标的非正交性，(u0,v0)为光轴中心线和成像平面的交点，(Xc,Yc,Zc)为成像点坐标，(u,v)是成像平面图像点。采用CCD或CMOS摄像机，像素为正方形，S接近于0(S大于0小于0.1)，且光轴在成像平面中心，u0和v0等于0，类似于标准的针孔成像模型，式(1)中的内参数模型Min为：摄像机的外部参数模型是世界坐标系在摄像机坐标系中的描述，将成像坐标系转换成世界坐标系，要将现在的坐标系进行旋转和平移变换，即摄像机的外部参数矩阵Mout：式中，n＝[nx,ny,nz]T、o＝[ox,oy,oz]T和a＝[ax,ay,az]T分别是Xw轴、Yw轴和Zw轴在摄像机坐标系OcXcYcZc中的方向向量，P＝[Px,Py,Pz]T是坐标原点Ow在摄像机坐标系OcXcYcZc中的位置坐标。摄像机和摄像头内参数一样，根据式(1)，得到摄像机透视投影公式：将式(1)和(4)带入式(5)，得到被测发光球体通过双目立体视觉下的三维空间坐标；求出摄像机的旋转矩阵和平移矩阵，找到相应的匹配点，得到空间点的三维坐标：优选地，所述运动关节传感器部件固定在舞者的肢体上，至少包括重力加速度计、陀螺仪和地磁传感器，提供9轴惯性参数；通过重力加速度计、陀螺仪和地磁传感器解算出舞者肢体的关节角度、速度、加速度、角加速度原始数据，所述原始数据至少覆盖人体的肩关节、肘关节、腕关节、髋关节、膝关节和踝关节的运动参数，形成每个关节轴运动原始数据。优选地，每一个运动关节传感器部件均包含一个信号处理器，所述信号处理器将采集的关节轴运动原始数据数字化后传递给传感器信号汇总部件。优选地，所述传感器信号汇总部件通过有线或无线的形式获取关节轴运动原始数据并进行汇总，然后将汇总的关节轴运动原始数据进行编码后传递给传感器信号处理部件。优选地，所述传感器信号处理部件对关节轴运动原始数据进行处理的方式包括：数字信号滤波、数字信号放大以及关节参数归一化，并将处理后的数据按照时间序列的方式进行存储。优选地，所述舞蹈动作处理部件包括：舞蹈标准膜板数据库接口、舞蹈动作训练算法模块、舞蹈动作匹配算法模块和舞蹈动作评估算法模块，其中：所述舞蹈标准膜板数据库接口采用检索引擎，实时调取舞蹈标准膜板数据库中所收录的标准舞蹈动作参数并与舞者当前动作片段进行匹配并给出置信值和置信区间；所述舞蹈动作训练算法模块通过海量的同一动作的标准舞蹈动作参数进行卷积神经网络训练，训练出数学模型，并以此作为某一特定动作的匹配膜板；所述舞蹈动作匹配算法模块将一连串的舞者动作片段进行分段，并将分段后的动作片段通过舞蹈动作训练算法模块训练出的数学模型与舞蹈标准膜板数据库接口检索的标准舞蹈动作进行匹配，匹配方法包括但不限于关节角度参数匹配、运动末端参数匹配、关节运动参数匹配、影像匹配等；所述舞蹈动作评估算法模块对舞者某一动作片段中的舞蹈动作和舞蹈标准膜板数据库中的标准舞蹈动作参数的匹配结果进行加权打分，通过分值来指出舞者动作片段的达标程度，并指出舞者动作片段中各肢体关节与标准动作之间的差异，即动作片段和舞蹈标准膜板之间的动作差异；所述舞蹈动作评估算法模块通过图像、语音和/或文字的方式将动作差异向舞者指明。优选地，所述人机交互部件采用如下任意一种显示结构：-采用电阻式触摸屏、电容式触摸屏、电感式触摸屏中的任一种显示屏进行显示；-采用LCD、CRT、LED、OLED、投影中的任一种显示终端进行显示。优选地，每一个标准舞蹈动作参数包括如下任意一项信息：-各关节轴按照时间基准的运动速度、位置、加速度和角加速度的数据流信息；-各关节轴按照时间基准的运动速度、位置、加速度和角本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具备运动捕捉功能的舞蹈动作评测系统，其特征在于，包括：空间定位部件、运动关节传感器部件、传感器信号汇总部件、传感器信号处理部件、关节参数处理部件、舞蹈动作处理部件、舞蹈标准膜板、人机交互部件；其中：所述空间定位部件捕捉舞者的当前空间坐标和方位，并发送至关节参数处理部件；所述运动关节传感器部件采集每个关节轴运动原始数据并传递给传感器信号汇总部件；所述传感器信号汇总部件将若干运动关节传感器部件采集的关节轴运动原始数据进行汇总，并按照一定编码形式发送给传感器信号处理部件；所述传感器信号处理部件将采集的关节轴运动原始数据进行处理，然后解算出舞者四肢的空间位姿，并将当前空间位姿参数传递给关节参数处理部件；所述关节参数处理部件将采集的当前空间坐标和方位以及当前空间位姿参数进行整合，形成当前舞者运动过程参数，并发送给舞蹈动作处理部件；所述舞蹈动作处理部件将获取的当前舞者运动过程参数中的某一个动作片段和舞蹈标准膜板进行数字化匹配，当整个当前舞者运动过程参数中的不同动作片段和舞蹈标准膜板逐一匹配后，给出当前舞者运动过程参数和舞蹈标准膜板之间的动作差异，并发送至人机交互部件；所述舞蹈标准膜板包含了舞蹈动作中的若干标准舞蹈动作参数；所述人机交互部件设定当前所适用的舞蹈标准膜板数据库，显示当前舞者运动过程参数中的动作片段和舞蹈标准膜板之间的动作差异，并将动作差异向舞者指明。...

【技术特征摘要】
1.一种具备运动捕捉功能的舞蹈动作评测系统，其特征在于，包括：空间定位部件、运动关节传感器部件、传感器信号汇总部件、传感器信号处理部件、关节参数处理部件、舞蹈动作处理部件、舞蹈标准膜板、人机交互部件；其中：所述空间定位部件捕捉舞者的当前空间坐标和方位，并发送至关节参数处理部件；所述运动关节传感器部件采集每个关节轴运动原始数据并传递给传感器信号汇总部件；所述传感器信号汇总部件将若干运动关节传感器部件采集的关节轴运动原始数据进行汇总，并按照一定编码形式发送给传感器信号处理部件；所述传感器信号处理部件将采集的关节轴运动原始数据进行处理，然后解算出舞者四肢的空间位姿，并将当前空间位姿参数传递给关节参数处理部件；所述关节参数处理部件将采集的当前空间坐标和方位以及当前空间位姿参数进行整合，形成当前舞者运动过程参数，并发送给舞蹈动作处理部件；所述舞蹈动作处理部件将获取的当前舞者运动过程参数中的某一个动作片段和舞蹈标准膜板进行数字化匹配，当整个当前舞者运动过程参数中的不同动作片段和舞蹈标准膜板逐一匹配后，给出当前舞者运动过程参数和舞蹈标准膜板之间的动作差异，并发送至人机交互部件；所述舞蹈标准膜板包含了舞蹈动作中的若干标准舞蹈动作参数；所述人机交互部件设定当前所适用的舞蹈标准膜板数据库，显示当前舞者运动过程参数中的动作片段和舞蹈标准膜板之间的动作差异，并将动作差异向舞者指明。2.根据权利要求1所述的一种具备运动捕捉功能的舞蹈动作评测系统，其特征在于，所述空间定位部件采用如下任意一种结构：-采用激光追踪的方式捕捉舞者的当前空间坐标和方位，包括激光发射器和光传感器，利用固定的激光发射器产生空间内的非可见光，通过非可见光扫描舞者身体上安装的光传感器，探测激光发射器发射的激光源，并解算出舞者的位置和动作变化从而反映舞者当前的空间坐标和方位；-采用主动式红外激光定位的方式捕捉舞者的当前空间坐标和方位，包括至少两台红外摄像机、处理器以及红外光谱标记点，通过舞者身体上的红外光谱标记点向外发射红外光，并利用固定的红外摄像机实时拍摄，再将红外摄像机拍摄的不同角度图像信息传递给处理器，从而获得红外光谱标记点的位置，最终拟合出舞者的身体位置和动作变化进而反映舞者当前的空间坐标和方位；-采用主动式光学定位的方法捕捉舞者的当前空间坐标和方位，包括发光球体、相同参数的双目摄像头和双目摄像机，通过舞者身上的发光球体和固定的双目摄像头完成舞者的空间定位，得到舞者的当前方位；通过固定的双目摄像机拍摄同一时刻同一发光球体的视频，并通过如下公式，对发光球体的空间坐标进行实时解算：摄像机的透视投影关系：ku＝αuf,kv＝αvf(2)Min为摄像机内参数矩阵，Mout为摄像机外参数矩阵，ku和kv是X轴和Y轴方向的放大系数，au和av是成像平面到图像平面在X轴和Y轴方向的放大系数，f是摄像机焦距，S是影像坐标的非正交性，(u0,v0)为光轴中心线和成像平面的交点，(Xc,Yc,Zc)为成像点坐标，(u,v)是成像平面图像点；采用CCD或CMOS摄像机，像素为正方形，S大于0小于0.1，且光轴在成像平面中心，u0和v0等于0，式(1)中的内参数模型Min为：摄像机的外部参数模型是世界坐标系在摄像机坐标系中的描述，将成像坐标系转换成世界坐标系，要将现在的坐标系进行旋转和平移变换，即摄像机的外部参数矩阵Mout：式中，n＝[nx,ny,nz]T、o＝[ox,oy,oz]T和a＝[ax,ay,az]T分别是Xw轴、Yw轴和Zw轴在摄像机坐标系OcXcYcZc中的方向向量，P＝[Px,Py,Pz]T是坐标原点Ow在摄像机坐标系OcXcYcZc中的位置坐标；根据式(1)，得到摄像机透视投影...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫维新，赵佳，左坤，赵言正，
申请(专利权)人：闫维新，
类型：发明
国别省市：上海,31