一种中医养生虚拟练习空间中可穿戴关节动作捕捉设备

1.本实用新型涉及虚虚拟现实应用中动作捕捉设备技术领域，特别涉及一种中医养生虚拟练习空间中可穿戴关节动作捕捉设备。


背景技术：

2.虚拟现实技术是综合利用计算机图形系统和各种现实及控制等接口设备，在计算机上生成的、可交互的三维环境中提供沉浸感觉的技术，它通过给用户同时提供视、触等直观、自然的实时感知交互感，让用户全方位立体化进行沉浸式体验，具有多感知性、存在性、交互性、自主性等重要特征，我们一般把完整的vr系统分为四部分，头戴或关节环等现实设备，主机系统，追踪系统，控制器，动作捕捉技术是利用外部设备来对人体结构的位移进行数据记录和姿态还原的技术，从技术的角度来说，运动捕捉的实质就是要测量、跟踪、记录物体在三维空间中的运动轨迹，典型的运动捕捉设备一般由传感器、信号捕捉设备、数据传输设备和数据处理设备组成，动捕技术分类比较繁杂，从原理上追溯有机械式、声学式、电磁式、主动光学式和被动光学式，现有的主流动捕技术主要包含两大类，一类是光学捕捉，另一类是惯性捕捉。惯性式动作捕捉系统即是将惯性传感器应用到数据采集端，数据处理单元通过惯性导航原理对采集到的数据进行处理，从而完成运动目标的姿态角度测量，基于惯性传感器系统的动作捕捉技术是一项融合了传感器技术、无线传输、人体动力学、计算机图形学等多学科的综合性技术，它应用无线动作姿态传感器采集身体部位的姿态、方位，利用人体运动学原理演算、恢复人体运动模型，采用无线传输的方式将数据同步呈现在电脑软件里，中医养生功法以上工治未病为理论基础，以天人合一观为哲学基础，以打通经络为锻炼宗旨，以身心合一为最终目的，集肢体、呼吸和意念运动于一体，收健身养性之功效，流传上千年而不衰，最终可以提高机体免疫力，达到正气存内，邪不可干的效果，除日常养生健身外，在现代医学中的康复治疗和运动处方治疗方面具有显著医疗效果。
3.传统的中医理疗养生在进行时存在以下弊端1、传统的中医理疗养生通常通过一系列的养生动作进行，在做养生动作时，人员无法直观的了解到自己动作是否标准到位，无法做出相应的改进，为此，我们提出一种中医养生虚拟练习空间中可穿戴关节动作捕捉设备。


技术实现要素：

4.本实用新型的主要目的在于提供一种中医养生虚拟练习空间中可穿戴关节动作捕捉设备，可以有效解决背景技术中的问题。
5.为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：
6.一种中医养生虚拟练习空间中可穿戴关节动作捕捉设备，包括捕捉机构，还包括数据线，所述捕捉机构由惯性动捕头环、惯性动捕手环、惯性动捕臂环、惯性动捕背带、惯性动捕股环、惯性动捕膝环和惯性动捕脚环，所述惯性动捕头环通过数据线与惯性动捕背带相连接，所述惯性动捕背带通过数据线与惯性动捕臂环相连接，所述惯性动捕臂环通过数
据线与惯性动捕手环相连接，所述惯性动捕背带通过数据线与惯性动捕股环相连接，所述惯性动捕股环通过数据线与惯性动捕膝环相连接，所述惯性动捕膝环通过数据线与惯性动捕脚环相连接。
7.进一步地，还包括传感机构，所述传感机构由mems三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴磁力计组成，所述惯性动捕头环、惯性动捕手环、惯性动捕臂环、惯性动捕背带、惯性动捕股环、惯性动捕膝环和惯性动捕脚环内部均安装有mems三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴磁力计；通过mems三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴磁力计，用来实时采集人体动作，位置，速度，关节角度，扭矩等信息，用于人体运动的捕捉。
8.与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：捕捉机构用来佩戴在人体表面不同位置，对人体不同部位进行捕捉，通过mems三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴磁力计，用来实时采集人体动作，位置，速度，关节角度，扭矩等信息，用于人体运动的捕捉，在使用时，捕捉机构与传感机构配合对人体各部位的运动数据进行收集，将中医养生功法平台可视化、自主化，使用可穿戴的关节动作捕捉设备完成相应功法动作的模拟与输入，帮助用户了解和改善自己的动作不足，将用户的非隐私数据上传，进行系统大数据分析，形成康养细分生态，并可以根据使用者的运动数据提供私人定制的养生运动方案。
附图说明
9.图1为本实用新型一种中医养生虚拟练习空间中可穿戴关节动作捕捉设备的整体结构示意图。
10.图中：1、捕捉机构；101、惯性动捕头环；102、惯性动捕手环；103、惯性动捕臂环；104、惯性动捕背带；105、惯性动捕股环；106、惯性动捕膝环；107、惯性动捕脚环；2、传感机构；201、mems三轴陀螺仪；202、三轴加速度计；203、三轴磁力计；3、数据线。
具体实施方式
11.为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。
12.如图1所示，一种中医养生虚拟练习空间中可穿戴关节动作捕捉设备，包括捕捉机构1，还包括数据线3，所述捕捉机构1由惯性动捕头环101、惯性动捕手环102、惯性动捕臂环103、惯性动捕背带104、惯性动捕股环105、惯性动捕膝环106和惯性动捕脚环107，所述惯性动捕头环101通过数据线3与惯性动捕背带104相连接，所述惯性动捕背带104通过数据线3与惯性动捕臂环103相连接，所述惯性动捕臂环103通过数据线3与惯性动捕手环102相连接，所述惯性动捕背带104通过数据线3与惯性动捕股环105相连接，所述惯性动捕股环105通过数据线3与惯性动捕膝环106相连接，所述惯性动捕膝环106通过数据线3与惯性动捕脚环107相连接。
13.其中，还包括传感机构2，所述传感机构2由mems三轴陀螺仪201、三轴加速度计202和三轴磁力计203组成，所述惯性动捕头环101、惯性动捕手环102、惯性动捕臂环103、惯性动捕背带104、惯性动捕股环105、惯性动捕膝环106和惯性动捕脚环107内部均安装有mems三轴陀螺仪201、三轴加速度计202和三轴磁力计203；通过mems三轴陀螺仪201、三轴加速度计202和三轴磁力计203，用来实时采集人体动作，位置，速度，关节角度，扭矩等信息，用于
人体运动的捕捉。
14.需要说明的是，本实用新型为一种中医养生虚拟练习空间中可穿戴关节动作捕捉设备，工作时，将惯性动捕头环101、惯性动捕手环102、惯性动捕臂环103、惯性动捕背带104、惯性动捕股环105、惯性动捕膝环106和惯性动捕脚环107分别套接至人体不同部位，通过mems三轴陀螺仪201、三轴加速度计202和三轴磁力计203，用来实时采集人体动作，位置，速度，关节角度，扭矩等信息，用于人体运动的捕捉，每个传感器中包括一个6轴惯性测量单元，与动作捕捉和头戴式显示设备相结合，使用者穿戴好惯性传感器等动作捕捉设备，由传感器设备捕捉目标物体的运动数据，包括身体部位的姿态、方位等信息，采用ik+室内定位技术做为主动作捕捉算法，使用惯性式动作捕捉做辅助算法，这套方案中利用室内定位技术对惯性式动作捕捉技术做实时校准，避免不断校准的麻烦，经过数据修正、处理后，最终建立起三维模型，并使得三维模型随着运动物体自主、自然地运动起来，使用者全身四肢关节的活动带动惯性穿戴设备，设备从而检测到传感器受到的加速度的大小和方向，它通过测量组件在某个轴向的受力情况来得到结果，表现形式为轴向的加速度大小和方向，精确度不高，但该缺陷可以通过设备内置的陀螺仪得到补偿，本设备的陀螺仪的工作原理是通过测量三维坐标系内陀螺转子的垂直轴与设备之间的夹角，并计算角速度，通过夹角和角速度来判别物体在三维空间的运动状态，它可以测量设备自身的旋转运动，但不能确定设备的方位，而又刚好磁力计可以弥补这一缺陷，它定位设备的方位，可以测量出当前设备与东南西北四个方向上的夹角，采集到基本数据后，本实用新型的设备系统对所测得的传感器运动数据做预处理，滤掉原始惯性数据中掺杂的噪声干扰；然后不断地进行标定和校准，即不断地对各惯性器件进行相应的补偿以解决mems器件的零偏和漂移，提高其数据的精确度和可靠程度，接下来在进行姿态解算，并利用姿态参考系统验证姿态角度数据的精确度，最终实现整个精确地惯性式动作捕捉，精确数据通过无线传输，将动作实时、同步到3d养生功法软件里。将通过专业评分系统、纠错系统，并对比国际水平的养生功法老师的标准化动作，对使用者的练习动作进行全面的反馈与指导，系统得出数据也将与关联vr软件或ios或android设备、云平台同步，帮助用户了解和改善自己的功法动作，分享运动心得，。
15.以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。