一种基于Kinect的通用肢体训练系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于Kinect的通用肢体训练系统及方法，其中系统包括教练端、服务器、训练端和移动终端，所述教练端通过服务器连接训练端，所述教练端用于录制动作并将动作信息转化成数据文本上传至服务器；所述训练端获取训练者的动作并比对自身动作和从服务器下载数据文本并解析成相对应的动作的匹配结果；所述移动终端连接训练端，用于控制训练端动作的播放进度。本发明专利技术通过教练端，灵活处理多种不同领域和种类的动作，当系统内没有训练者想要练习的训练动作时，只需联系教练录制即可，教练录制好动作后上传到服务器供训练者下载使用，无需软件开发人员为其他训练动作做二次开发，极大的简化了拓展流程、缩短了扩展时间，降低了开发成本。

A Kinect-based Universal Limb Training System and Method

The invention discloses a general limb training system and method based on Kinect, which includes a coach end, a server, a training end and a mobile terminal. The coach end connects the training end through a server, and the coach end is used to record braking actions and convert action information into data text to upload to the server. The training end obtains the action of the trainer and compares its own action with that of the server. The data text is downloaded from the server and parsed into the matching result of the corresponding action. The mobile terminal connects the training end to control the playback progress of the action of the training end. Through the coach end, the invention flexibly handles various kinds of actions in different fields. When there is no training action that the trainer wants to practice in the system, it only needs to contact the trainer to record. After the trainer records the action, the trainer uploads it to the server for the trainer to download and use. It does not need the software developer to do secondary development for other training actions, which greatly simplifies the expansion process and shortens the expansion. The exhibition time reduces the development cost.

【技术实现步骤摘要】
一种基于Kinect的通用肢体训练系统及方法
本专利技术涉及医疗康复
，尤其涉及一种基于Kinect的通用肢体训练系统及方法。
技术介绍
Kinect自2010年面市以来，由于其支持导入动态捕捉的骨骼数据，同时支持影像识别、语音识别、语言输入等多种功能而受到众多开发人员的喜爱。官方也提供了内含的运行驱动、程序开发接口、方便的安装文件以及完整的开发手册等工具，开发者使用主流的高级程序设计语言在visualstudio开发平台下可以轻易开发出体感系统和支持自然人机交互的应用。KinectforWindowsSDK还附加了多种的可能性，可应用于完善如医疗与教育等各个领域的各种社会问题。目前，市场上已有很多基于Kinect体感技术开发的应用，比如基于Kinect开发的人体工程学评估系统，可以帮助人们完成人工学的分析；基于Kinect的虚拟装配技术，可以允许工人进行工作情景的模拟操作。普通的训练或康复系统只能针对特定的一种或一系列动作进行训练，软件的作用过于单一，适用范围狭窄，开发过程重复度高等缺点导致此类软件很难进行推广。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于Kinect的通用肢体训练系统及方法，通过新增教练端，灵活处理多种不同领域和种类的动作，且增加其他训练动作无需二次开发，极大的简化了拓展流程。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种基于Kinect的通用肢体训练系统，包括教练端、服务器、训练端和移动终端，所述教练端通过服务器连接训练端，所述教练端用于录制动作并将动作信息转化成数据文本上传至服务器；所述训练端获取训练者的动作并比对自身动作和从服务器下载数据文本并解析成相对应的动作的匹配结果；所述移动终端连接训练端，用于控制训练端动作的播放进度。上述方案中，所述教练端包括第一Kinect传感器、动作数据库、输入模块和第一显示屏，所述第一Kinect传感器和输入模块连接动作数据库，第一显示屏连接第一Kinect传感器，所述第一Kinect传感器用于采集人物的肢体动作并绑定虚拟人物模型，动作数据库用于存储Kinect传感器录制的肢体动作并转换成数据文本，输入模块用于记录与肢体动作相匹配的数据文件名及动作描述，第一显示屏用于显示虚拟人物模型。上述方案中，所述训练端包括数据分析模块、第二Kinect传感器、动作匹配模块和第二显示屏，所述数据分析模块连接服务器，动作匹配模块分别连接数据分析模块和第二Kinect传感器，第二显示屏分别连接数据分析模块、动作匹配模块和第二Kinect传感器，所述数据分析模块用于将从服务器下载的数据文本解析为动作数据再转换成动作并映射在虚拟人物模型A，第二Kinect传感器用于采集训练者的动作信息并映射在虚拟人物模型B上，动作匹配模型用于判定虚拟人物模型A和虚拟人物模型B的匹配程度并在虚拟人物模型A上标注匹配结果，第二显示屏用于切换显示虚拟人物模型A和虚拟人物模型B。上述方案中，所述动作匹配模块通过比较两个虚拟模型相应结点的相对位置来判定是否匹配，按Δ2＝((a-b)-(c-d))2计算误差值，其中，对于任意一个骨骼结点，θ1表示训练者的某个关节点，θ2表示教练的模型上与θ1相对应的结点。向量a表示坐标原点到骨骼结点θ1的向量；向量c表示坐标原点到骨骼结点θ2的向量，b和d分别表示训练者模型和教练员模型的根结点，Δ表示两个结点的相似度。上述方案中，移动终端下载安装APP客户端，所述APP客户端设有播放按钮、暂停按钮和退出按钮，用于发送播放、暂停或退出的指令。一种基于Kinect的通用肢体训练方法，包括如下步骤：S1，教练端录制训练肢体的标准动作并制作成动作文件并传送至服务器；S2，训练端下载动作文件并解析成标准动作播放，同时采集训练者的训练动作，比对训练动作与标准动作的匹配度并输出匹配结果。上述方案中，所述步骤S1具体包括：S11，第一Kinect传感器打开，教练进入捕捉区，第一Kinect传感器识别并对捕捉区内的教练跟踪捕捉并将捕捉到教练的肢体动作绑定到虚拟人物模型；S12，第一显示屏上显示虚拟人物模型，当教练的肢体动作映射到虚拟人物模型且动作保持一致时，教练发送开始录制命令，弹出文件保存框；S13，教练输入文件名保存后开始录制捕捉区内教练演示的训练肢体的标准动作；S14，演示完毕后发送结束录制命令并保存；S15，将录制的标准动作转换成动作文件上传至服务器。上述方案中，所述步骤S2具体包括：S21，第二Kinect传感器打开，训练者进入捕捉区，第二Kinect传感器识别并对捕捉区内的训练者跟踪捕捉并将捕捉到肢体动作绑定到虚拟人物模型B；S22，显示屏上显示虚拟人物模型B，当训练者的肢体动作映射到虚拟人物模型B且动作保持一致时，训练者发送选择动作文件命令，弹出选择文件对话框；S23，文本选择完毕后，训练者发送开始播放指令，第二显示屏播放映射在虚拟人物模型A上的标准动作，同时录制训练者的训练动作；S24，训练者发送暂停播放指令后进入动作匹配环节，虚拟人物模型A的关键节点显示匹配标签，红色表示节点匹配失败，绿色表示匹配成功；S25，训练者发送继续指令，重复步骤S23和S24，当动作播放完毕后，退出播放状态。上述方案中，所述步骤S11中将捕捉到教练的肢体动作绑定到虚拟人物模型，具体为，通过Kinect传感器捕捉人体图像并提取人物的骨骼架构，获取每个骨架结点的坐标并将人物相对于Kinect传感器的坐标转换成虚拟人物相对于屏幕的坐标，完成虚拟人物与真实人物关节点的同步，再通过Unity提供的Avatar骨骼系统根据关节点构建移动骨骼模型，完成虚拟人物根据真实人物的动作运动，并通过对单位时间内不同关节点位置做补间动画完成同步真实人物动作的动画效果。上述方案中，所述步骤S24中动作匹配的具体方法为：通过比较虚拟人物模型A和虚拟人物模型B相应结点的相对位置来判断训练者的姿势与标准姿势是否匹配，采用方程Δ2＝((a-b)-(c-d))2计算误差值，其中，对于任意一个骨骼结点，θ1表示训练者的某个关节点，θ2表示教练员映射的虚拟人物模型上与θ1相对应的结点；向量a表示坐标原点到骨骼结点θ1的向量，向量c表示坐标原点到骨骼结点θ2的向量，b和d分别表示训练者映射的虚拟人物模型和教练员映射的虚拟人物模型的根结点，Δ表示两个结点的相似度，当误差值在设定的阈值范围内，则表示匹配成功。本专利技术的基于Kinect的通用肢体训练系统及方法，通过新增教练端，灵活处理多种不同领域和种类的动作，当系统内没有训练者想要练习的训练动作时，只需联系教练录制即可，教练录制好动作后上传到服务器供训练者下载使用，且不需要通过软件开发人员做为其他训练动作做二次开发，极大的简化了拓展流程、缩短了扩展时间，降低了开发成本。附图说明图1是本专利技术一个实施例中基于基于Kinect的通用肢体训练系统的结构框图；图2是本专利技术一个实施例中基于基于Kinect的通用肢体训练方法的流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明。如图1所示，一种基于Kinect的通用肢体训练系统，包括教练端、服务器、训练端和移动终端，教练端通过服务器连接训练端，教练端用于录制动作并将动作信息转化成数据文本上传至服务器；训练端获取训练本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Kinect的通用肢体训练系统，其特征在于：包括教练端、服务器、训练端和移动终端，所述教练端通过服务器连接训练端，所述教练端用于录制动作并将动作信息转化成数据文本上传至服务器；所述训练端获取训练者的动作并比对自身动作和从服务器下载数据文本并解析成相对应的动作的匹配结果；所述移动终端连接训练端，用于控制训练端动作的播放进度。

【技术特征摘要】
1.一种基于Kinect的通用肢体训练系统，其特征在于：包括教练端、服务器、训练端和移动终端，所述教练端通过服务器连接训练端，所述教练端用于录制动作并将动作信息转化成数据文本上传至服务器；所述训练端获取训练者的动作并比对自身动作和从服务器下载数据文本并解析成相对应的动作的匹配结果；所述移动终端连接训练端，用于控制训练端动作的播放进度。2.根据权利要求1所述的Kinect的通用肢体训练系统，其特征在于：所述教练端包括第一Kinect传感器、动作数据库、输入模块和第一显示屏，所述第一Kinect传感器和输入模块连接动作数据库，第一显示屏连接第一Kinect传感器，所述第一Kinect传感器用于采集人物的肢体动作并绑定虚拟人物模型，动作数据库用于存储Kinect传感器录制的肢体动作并转换成数据文本，输入模块用于记录与肢体动作相匹配的数据文件名及动作描述，第一显示屏用于显示虚拟人物模型。3.根据权利要求1所述的Kinect的通用肢体训练系统，其特征在于：所述训练端包括数据分析模块、第二Kinect传感器、动作匹配模块和第二显示屏，所述数据分析模块连接服务器，动作匹配模块分别连接数据分析模块和第二Kinect传感器，第二显示屏分别连接数据分析模块、动作匹配模块和第二Kinect传感器，所述数据分析模块用于将从服务器下载的数据文本解析为动作数据再转换成动作并映射在虚拟人物模型A，第二Kinect传感器用于采集训练者的动作信息并映射在虚拟人物模型B上，动作匹配模型用于判定虚拟人物模型A和虚拟人物模型B的匹配程度并在虚拟人物模型A上标注匹配结果，第二显示屏用于切换显示虚拟人物模型A和虚拟人物模型B。4.根据权利要求3所述的Kinect的通用肢体训练系统，其特征在于：所述动作匹配模块通过比较两个虚拟模型相应结点的相对位置来判定是否匹配，按Δ2＝((a-b)-(c-d))2计算误差值，其中，对于任意一个骨骼结点，θ1表示训练者的某个关节点，θ2表示教练的模型上与θ1相对应的结点。向量a表示坐标原点到骨骼结点θ1的向量；向量c表示坐标原点到骨骼结点θ2的向量，b和d分别表示训练者模型和教练员模型的根结点，Δ表示两个结点的相似度。5.根据权利要求1所述的Kinect的通用肢体训练系统，其特征在于：所述移动终端下载安装APP客户端，所述APP客户端设有播放按钮、暂停按钮和退出按钮，用于发送播放、暂停或退出的指令。6.一种基于Kinect的通用肢体训练方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，教练端录制训练肢体的标准动作并制作成动作文件并传送至服务器；S2，训练端下载动作文件并解析成标准动作播放，同时采集训练者的训练动作，比对训练动作与标准动作的匹配度并输出匹配结果。7.根据权利要求6所述基于Kin...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲毅，张承凯，燕宪振，
申请(专利权)人：淮海工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32