一种具有辅助训练系统的VR滑雪机的制作方法

本实用新型涉及室内训练用的滑雪机以及其辅助系统技术领域，特别是涉及一种具有辅助训练系统的VR滑雪机。

背景技术：

随着北京冬奥会的申办成功，滑雪成为了一种时尚的运动。而由于气候及场地的因素，在真实的滑雪场上训练成为了初学者比较遥不可及的梦想。因此，室内的滑雪训练场应运而生，给广大滑雪爱好者提供了很好的机会，特别是初学者，可以在轻松、安全的环境下进行训练。

虽然室内训练场能够提供基础的训练环境，然而必竟是模拟的环境，各种环境都不太一样，有些项目还无法体验和训练。

由于室内滑雪设备的普及度还不太广，因此针对此方面的应用系统并不多见。而基于体感技术有关运动方面的发明有越来越多的趋势。

中国专利“CN201420523600一种陪跑机器人”所述的也是结合体感技术，发明一个陪跑机器人，从而增强运动者在运动过程中的乐趣。这也是在特定的运动场合下进行的辅助训练应用；

国外有一些在训练机器前加大屏，显示相关场景视频，让滑雪训练者跟着按视频所示的轨道进行滑行的应用，然而由于人的动作并不能影响视野角度，而且场景是固定不变的，不能随着训练者的角度和速度进行变化，因此效果一般。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了基于体感和抠像的技术，通过加入三维虚拟场景的方式，实时将人体动作、人像与三维模型动态结合起来的具有辅助训练系统的滑雪机，从而达到增强训练者体验感、现场参与感，增强训练效果的目的。

本实用新型所采用的技术方案是：一种具有辅助训练系统的VR滑雪机，包括滑雪模拟机、显示器、PLC控制器、若干个摄像机和一个Kinect2.0传感器，其中PLC控制器和显示器固定在滑雪训练机的前方；

PLC控制器，内设有控制模块和图像处理模块，外部连接滑雪模拟机、显示器、若干个摄像机、Kinect2.0传感器、存储器和视频播放模块，PLC控制器通过摄像机和Kinect2.0传感器获取用户的骨骼及图像数据，然后通过显示器和视频播放模块播放用户的滑雪视频，构成了对用户的室内辅助训练，进而实现对用户室内模拟训练的数据量化分析和直观视频分析，提高了室内滑雪机的用户体验；此外，滑雪模拟机上还配置有VR眼镜，VR眼镜通过蓝牙、红外或者WiFi中的一种或者数种连接在PLC控制器上。

进一步地，控制模块包括滑雪场景模块、3D视角模块和3D视角显示模块，其中：

滑雪场景模块，用于加载指定的滑雪场景模型，从而辅助训练实现用户在该滑雪场景内滑雪的各种动作姿势以及动作要领；

3D视角模块和3D视角显示模块，用于教学人员或者用户从各个视角观察每一个动力姿势以及动作要领是否符合滑雪要求。

进一步地，摄像机的至少包括分别设于滑雪模拟机正前方、正后方以及侧方位的一个摄像机，这三个方位的摄像机将其获得的图像传输给PLC控制器。

进一步地，滑雪模拟机距离显示器的距离为2-3.5m，摄像机的数量为四个，并且这四个摄像机分别位于滑雪模拟机东南方向45度位置、西南方向45度位置、西北方向45度位置和东北方向45度位置。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型的辅助训练系统的滑雪机，基于体感和抠像的技术，通过加入三维虚拟场景的方式，实时将人体动作、人像与三维模型动态结合起来的具有辅助训练系统，从而达到增强训练者体验感、现场参与感，增强训练效果的目的。

此外，本实用新型的辅助训练系统的滑雪机通过对室内滑雪辅助训练显示系统以及滑雪模拟机的进行整体结构设计、软硬件设计，通过体感数据的动态分析和人体抠像技术的解决方案，研发了增强滑雪体验感、方便滑雪辅导训练、实现训练过程回放的室内滑雪辅助训练显示系统。

附图说明

图1为一种具有辅助训练系统的VR滑雪机的结构图；

图2为一种具有辅助训练系统的VR滑雪机的一个实施例的原理框图；

图3为图2的实施例的PLC控制器的控制模块的原理框图；

其中：1-滑雪模拟机，2-显示器，3- PLC控制器，4-摄像机，5-Kinect2.0传感器，6-控制模块，61-滑雪场景模块，62-3D视角模块，63-3D视角显示模块；7-图像处理模块，8-存储器，9-视频播放模块，10-VR眼镜。

具体实施方式

为了加深对本实用新型的理解，下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明，该实施例仅用于解释本实用新型，并不对本实用新型的保护范围构成限定。

如图1和图2所示，一种具有辅助训练系统的VR滑雪机，包括滑雪模拟机1、显示器2、PLC控制器3、若干个摄像机4和一个Kinect2.0传感器5，其中PLC控制器3和显示器2固定在滑雪训练机的前方；PLC控制器3，内设有控制模块6和图像处理模块7，外部连接滑雪模拟机1、显示器2、若干个摄像机4、Kinect2.0传感器5、存储器8和视频播放模块9，PLC控制器3通过摄像机4和Kinect2.0传感器5获取用户的骨骼及图像数据，然后通过显示器2和视频播放模块9播放用户的滑雪视频，构成了对用户的室内辅助训练，进而实现对用户室内模拟训练的数据量化分析和直观视频分析，提高了室内滑雪机的用户体验；此外，滑雪模拟机1上还配置有VR眼镜10，VR眼镜10通过蓝牙、红外或者WiFi中的一种或者数种连接在PLC控制器3上。

本实用新型的滑雪机采用Kinect2.0传感器5来捕获用户的骨骼及图像数据。相对第一代Kinect1.0产品，本产品可以同时追踪6个人的25个关节，在得到人体的25个主要关节点后，对动作的识别就可以理解为对这些关节点相对位置的分析。如滑雪过程中的向右滑动的动作则为左右膝盖的水平坐标位置同时在相应脚踝关节的位置的右边，膝盖与脚踝这两个关节会形成一个90度范围的角度，左滑则相反。同时，一个动作可以由多种判断方式来实现，如左右滑动的动作，也可以由脊椎在水平坐标的位置变化趋势来进行判断识别。同时为了防止抖动的发生，需要加入必要的阀值范围。

使用Kinect2.0深度数据图来进行抠像，主要避免现场光线亮度不一致、训练者来回运动造成的亮度变化、现场背景复杂因素。使用抠像功能强调质量和效率的平衡，我们采用了基于Prewitt算子的分块自适应阈值边缘检测算法对图像进行边缘检测和分类，在获得的分类图像中，在图像边缘采用单向多级中值滤波算法，以保护边缘细节，在非边缘区采取双向多级中值滤波算法以达到最好的降噪效果。从而较好的解决了人体与背景分离的锯齿边缘问题，获得到较高质量的人像效果，同时也提高运算的速度。

因此，为了实现姿势判断，将每一个姿势的相关关节点取出，每次取两个关节点进行一次角度上的判断，如果同时满足需要的条件，即每两个关节点的角度都在阈值范围内，判断为有效姿势。

参见图3，控制模块6包括滑雪场景模块61、3D视角模块62和3D视角显示模块63，其中：滑雪场景模块61，用于加载指定的滑雪场景模型，从而辅助训练实现用户在该滑雪场景内滑雪的各种动作姿势以及动作要领；3D视角模块62和3D视角显示模块63，用于教学人员或者用户从各个视角观察每一个动力姿势以及动作要领是否符合滑雪要求。也就是说模型控制主要包括根据用户指令，加载指定的场景模型。同时实现对模型的控制。对3D模型的控制，主要是以摄像机的视野进行模拟和控制，包括远近、角度等，从而达到根据系统识别的用户动作，进行相应的控制，如用户左右滑动，上跳下蹲，需要改变场景的视野角度等。系统支持随机或选择制作好的场景内容，与实时抠像系统得到的人像进行合成，以达到身临其境的感觉，增强用户体验感。同时，在场景制作时，考虑加入一些必要的训练要素，如弯道，障碍物等，以引导训练者在练习过程中加以练习，提高实战水平；根据需要，还可以叠加骨骼坐标等其它信息，供训练者进行查看。

在上述实施例中，摄像机4的至少包括分别设于滑雪模拟机1正前方、正后方以及侧方位的一个摄像机4，这三个方位的摄像机将其获得的图像传输给PLC控制器3。

在上述实施例中，滑雪模拟机1距离显示器2的距离为2-3.5m，摄像机4的数量为四个，并且这四个摄像机分别位于滑雪模拟机1东南方向45度位置、西南方向45度位置、西北方向45度位置和东北方向45度位置,具有更好的训练效果。

本实用新型的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本实用新型的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本实用新型的精神，都在本实用新型的保护范围内。