一种基于LED显示屏的半沉浸式保龄球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LED显示屏的半沉浸式保龄球训练系统及方法，包括：保龄球实体训练设施、LED显示屏、视觉系统；其中：所述保龄球实体训练设施用于提供使用者完成实际保龄球的投掷动作；所述视觉系统用于采集训练场地的三维空间中的视频图像，并采用计算机视觉算法对视频图像进行运动分析，对使用者投掷保龄球的姿态以及保龄球的运动状态进行三维姿态重建；所述LED显示屏用于显示虚拟保龄球场馆以及在虚拟保龄球场馆显示经过重建的三维姿态。通过本发明专利技术实施例，围绕LED显示屏构建混合现实系统，将虚拟世界和物理环境结合起来，帮助使用者在训练和比赛过程中记录和分析运动数据，帮助使用者精确的制定训练方案，进一步提升运动技能和运动水平。

【技术实现步骤摘要】
一种基于LED显示屏的半沉浸式保龄球训练系统及方法
本专利技术涉及体育运动训练领域，特别涉及一种基于LED显示屏的半沉浸式保龄球训练系统及方法。
技术介绍
进行体育运动项目训练时往往存在场地制约和缺乏有效的工具准确记录和分析运动数据的问题。在显示设备上呈现的虚拟世界是用计算机创造的虚幻世界或者再现的真实环境，使用者借助传感器参与虚拟世界，并与其中的对象相互作用，从而产生沉浸式或半沉浸式体验，这样的混合现实技术可用于解决前述问题。以保龄球运动为例，一方面保龄球起源于100多年前的欧洲，由于场馆占地面积大且设备投入贵，一直没有在国内得到良好的普及，从而催生了模拟保龄球设备。传统的保龄球模拟设备的结构是在球道一端设置投影屏，投影屏上显示虚拟球道和保龄球瓶，真实保龄球通过投影屏后，在投影屏上模拟保龄球的运动轨迹和击球过程。这类传统保龄球模拟设备除在画面显示和状态感知方面都缺乏逼真的效果之外，还需要使用者进行大量的训练和比赛，以不断改进技能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供的一种基于LED显示屏的半沉浸式保龄球训练系统及方法，以LED显示屏为混合现实的呈现载体，围绕LED显示屏构建混合现实系统，将虚拟世界和物理环境结合起来，帮助使用者在训练和比赛过程中记录和分析运动数据，帮助使用者精确的制定训练方案，进一步提升运动技能和运动水平。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案如下：根据本专利技术实施例的一个方面，提供的一种基于LED显示屏的半沉浸式保龄球训练系统，包括：保龄球实体训练设施、LED显示屏、视觉系统；其中：所述保龄球实体训练设施，包括按照标准尺寸设计的实体保龄球台和部分保龄球球道，用于提供使用者完成实际保龄球的投掷动作；所述视觉系统，用于采集训练场地的三维空间中的视频图像，并采用计算机视觉算法对所述视频图像进行运动分析，对使用者投掷保龄球的姿态以及保龄球的运动状态进行三维姿态重建；所述LED显示屏，用于显示虚拟保龄球场馆以及在所述虚拟保龄球场馆显示经过重建的三维姿态。在一个可能的设计中，所述视觉系统包括：RGB-D相机阵列及与连接的GPU服务器；其中：所述RGB-D相机阵列，用于采集训练场地的三维空间中的视频图像，并将所述视频图像传送给所述GPU服务器；所述GPU服务器，用于为所述RGB-D相机阵列的RGB-D相机配置参数，以及采用计算机视觉算法对所述视频图像进行运动分析，对使用者投掷保龄球的姿态以及保龄球的运动状态进行三维姿态重建。在一个可能的设计中，所述RGB-D相机阵列包括多个RGB-D相机，多个所述RGB-D相机分布在训练场地四周构成RGB-D相机阵列，用于从不同的视角采集三维空间中的视频图像，以获取RGB和深度视频信息，并将所述视频图像传送给所述GPU服务器。在一个可能的设计中，所述GPU服务器安装有运动分析服务端UAction，所述运动分析服务端UAction用于为所述RGB-D相机配置参数，以及采用计算机视觉算法对所述视频图像进行运动分析，对使用者投掷保龄球的姿态以及保龄球的运动状态进行三维姿态重建。在一个可能的设计中，所述运动分析服务端UAction采用计算机视觉算法对所述视频图像进行运动分析，对使用者投掷保龄球的姿态以及保龄球的运动状态进行三维姿态重建；包括：获取训练场地中的图像信息，识别使用者运动状态；融合所述RGB-D相机捕捉到的使用者的人体姿态骨架，结合反向动力学重建三维姿态；根据采集的所述视频图像，识别保龄球运动状态；将捕获的所述视频图像与三维姿态重建信息存入数据库中。在一个可能的设计中，所述融合所述RGB-D相机捕捉到的使用者的人体姿态骨架，结合反向动力学重建三维姿态，包括：对采集的所述视频图像进行运动分析，捕获使用者投球的人体姿态骨架，结合反向动力学重建三维姿态骨架，将所述三维姿态骨架映射到三维虚拟人体模型上，重建使用者投掷保龄球的三维姿态，使得虚拟人体模型展示的动作序列与使用者真实的投球动作一致。在一个可能的设计中，所述根据采集的所述视频图像，识别保龄球运动状态，包括：跟踪和识别保龄球在真实球道上运动的二维位置，并融合多个RGB-D相机采集的视频获取保龄球球体位置，确定保龄球的三维坐标位置、保龄球的速度、方向和旋转信息。在一个可能的设计中，所述视觉系统还包括三维扫描仪，所述三维扫描仪用于对使用者进行扫描得到虚拟人体模型，并将所述虚拟人体模型传送给所述GPU服务器，所述GPU服务器将所述虚拟人体模型作为虚拟三维空间中的一个组成部分，并将重建的动作序列映射到虚拟人体模型上。在一个可能的设计中，所述LED显示屏包括三维客户端UBowling，所述三维客户端UBowling用于构建虚拟保龄球场馆，并将所述虚拟保龄球场馆和使用者在所述虚拟保龄球场馆中经过重建的三维姿态显示在所述LED显示屏上。在一个可能的设计中，所述三维客户端UBowling用于构建虚拟保龄球场馆，包括：采用三维游戏引擎构建具有半沉浸式体验的虚拟保龄球场馆在一个可能的设计中，所述三维客户端UBowling用于将所述虚拟保龄球场馆和使用者在所述虚拟保龄球场馆中经过重建的三维姿态显示在所述LED显示屏上，包括：所述三维客户端UBowling与所述运动分析服务端UAction通过网络连接，通过网络接口从运动分析服务端UAction接收实时捕获的经过重建的三维姿态数据，并驱动虚拟保龄球场馆中的人体模型、保龄球模型，完成人体动作序列显示，保龄球轨迹显示；在使用者完成投球动作后，模拟保龄球与球瓶的物理碰撞效果，并在记分屏上显示得分。根据本专利技术实施例的一个方面，提供的一种基于LED显示屏的半沉浸式保龄球训练方法，应用于如本专利技术任一项实施例所述的一种基于LED显示屏的半沉浸式保龄球训练系统，所述方法包括：S1、所述保龄球实体训练设施提供使用者完成实际保龄球的投掷动作，所述保龄球实体训练设施包括按照标准尺寸设计的实体保龄球台和部分保龄球球道；S2、所述视觉系统采集训练场地的三维空间中的视频图像，并采用计算机视觉算法对所述视频图像进行运动分析，对使用者投掷保龄球的姿态以及保龄球的运动状态进行三维姿态重建；S3、所述LED显示屏显示虚拟保龄球场馆以及在所述虚拟保龄球场馆显示经过重建的三维姿态。与相关技术相比，本专利技术实施例提供的一种基于LED显示屏的半沉浸式保龄球训练系统及方法，包括：保龄球实体训练设施、LED显示屏、视觉系统；其中：所述保龄球实体训练设施，包括按照标准尺寸设计的实体保龄球台和部分保龄球球道，用于提供使用者完成实际保龄球的投掷动作；所述视觉系统，用于采集训练场地的三维空间中的视频图像，并采用计算机视觉算法对所述视频图像进行运动分析，对使用者投掷保龄球的姿态以及保龄球的运动状态进行三维姿态重建；所述LED显示屏，用于显示虚拟保龄球场馆以及在所述虚拟保龄球场馆显示经过重建的三维姿态。通过本专利技术实施例，以LED显示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于LED显示屏的半沉浸式保龄球训练系统，其特征在于，所述半沉浸式保龄球训练系统包括：保龄球实体训练设施、LED显示屏、视觉系统；其中：/n所述保龄球实体训练设施，包括按照标准尺寸设计的实体保龄球台和部分保龄球球道，用于提供使用者完成实际保龄球的投掷动作；/n所述视觉系统，用于采集训练场地的三维空间中的视频图像，并采用计算机视觉算法对所述视频图像进行运动分析，对使用者投掷保龄球的姿态以及保龄球的运动状态进行三维姿态重建；/n所述LED显示屏，用于显示虚拟保龄球场馆以及在所述虚拟保龄球场馆显示经过重建的三维姿态。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于LED显示屏的半沉浸式保龄球训练系统，其特征在于，所述半沉浸式保龄球训练系统包括：保龄球实体训练设施、LED显示屏、视觉系统；其中：
所述保龄球实体训练设施，包括按照标准尺寸设计的实体保龄球台和部分保龄球球道，用于提供使用者完成实际保龄球的投掷动作；
所述视觉系统，用于采集训练场地的三维空间中的视频图像，并采用计算机视觉算法对所述视频图像进行运动分析，对使用者投掷保龄球的姿态以及保龄球的运动状态进行三维姿态重建；
所述LED显示屏，用于显示虚拟保龄球场馆以及在所述虚拟保龄球场馆显示经过重建的三维姿态。


2.根据权利要求1所述的半沉浸式保龄球训练系统，其特征在于，所述视觉系统包括：RGB-D相机阵列及与连接的GPU服务器；其中：
所述RGB-D相机阵列，用于采集训练场地的三维空间中的视频图像，并将所述视频图像传送给所述GPU服务器；
所述GPU服务器，用于为所述RGB-D相机阵列的RGB-D相机配置参数，以及采用计算机视觉算法对所述视频图像进行运动分析，对使用者投掷保龄球的姿态以及保龄球的运动状态进行三维姿态重建。


3.根据权利要求2所述的半沉浸式保龄球训练系统，其特征在于，所述RGB-D相机阵列包括多个RGB-D相机，多个所述RGB-D相机分布在训练场地四周构成RGB-D相机阵列，用于从不同的视角采集三维空间中的视频图像，以获取RGB和深度视频信息，并将所述视频图像传送给所述GPU服务器。


4.根据权利要求3所述的半沉浸式保龄球训练系统，其特征在于，所述GPU服务器安装有运动分析服务端UAction，所述运动分析服务端UAction用于为所述RGB-D相机配置参数，以及采用计算机视觉算法对所述视频图像进行运动分析，对使用者投掷保龄球的姿态以及保龄球的运动状态进行三维姿态重建。


5.根据权利要求4所述的半沉浸式保龄球训练系统，其特征在于，所述运动分析服务端UAction采用计算机视觉算法对所述视频图像进行运动分析，对使用者投掷保龄球的姿态以及保龄球的运动状态进行三维姿态重建；包括：
获取训练场地中的图像信息，识别使用者运动状态；
融合所述RGB-D相机捕捉到的使用者的人体姿态骨架，结合反向动力学重建三维姿态；
根据采集的所述视频图像，识别保龄球运动状态；
将捕获的所述视频图像与三维姿态重建信息存入数据库中。


6.根据权利要求5所述的半沉浸式保龄球训练系统，其特征在于，所述融合所述RGB-D相机捕捉到的使用者的人体姿态骨架，结合反向动力学重建三维姿态，包括：
对采集的所述视频图像进行运动分析，捕获使用者投球的人体姿态骨架，结合反向动力学重建三维姿态骨架，将所...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱又海，赵平林，
申请(专利权)人：深圳市洲明科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44