本发明涉及运动数据处理技术领域，具体为一种基于真实环境的实景3D运动系统。
背景技术：
随着科学技术的发展与人类对身体健康重视程度的增加，以跑步、游泳、骑车等为基础的健康运动方式越来越受到人们的喜爱与推崇。在电子产业高速发展的同时，以传感器为单元的小型化和集成电路的小型化得到很大的提高，生产出来的电子产品可以进行不同需求的定制化操作；在互联网高速发展的同时，在基本网络中完全能满足低数据量的实时同步要求；在图像拍摄方面，高清摄影技术可以将景观拍摄非常逼真；在3D技术方面，人物的建模、动作已经完全能够模拟人物常规的动作。当前基于跑步的运动产品，基本只是通过智能穿戴设备，将数据通过蓝牙等方式传送到手机APP，再通过手机APP与运动平台进行网络同步。
人类在跑步运动方面，主要分为室内运动与室外运动两种情况，室内跑步主要在健身房、家庭跑步机、小区健身室、企事业单位健身房等，室外跑步在公园、野外、公路、运动场等。经过研究，人们跑步的原因主要有健身、减肥、塑形、锻炼耐力等，期望的环境都是空气流动、自然、景色优美等场所，基于现在的社会发展，人类生活环境中自然景观越来越少、适用于跑步的路线比较匮乏，是人们在跑步时的一大难点。而且大多数跑步过程中，均为1-2人跑，过程比较无趣、单一，这也是制约了人们在跑步这一运动上的快速发展。
人类在骑行方面，主要分为室内骑行与室外骑行两种情况，室内骑行主要为动感单车类型的运动设备；室外骑行主要为普通自行车、山地自行车、公路自行车等几种；骑行的过程一般耗时较长，体力消耗很大，而且过程非常枯燥。而且由于人类生活场所的限制，一般不会远离居住地太远的地方去锻炼，去国外的可能性就更小了；而且目前城市发展过程中，适合室外骑行的路段已经越来越少，这几方面的因素造成目前国内骑行运动没有快速的发展起来。
技术实现要素：
为了克服上述所指出的现有技术的缺陷，本发明人对此进行了深入研究，在付出了大量创造性劳动后，从而完成了本发明。
具体而言，本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于真实环境的实景3D运动系统，以解决上述现有技术提供的运动系统结构简单，功能单一，未能为用户提供智能化、富有运动乐趣的体验的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种基于真实环境的实景3D运动系统，所述基于真实环境的实景3D运动系统包括云平台、与所述云平台通讯的若干个客户端和与所述客户端通讯连接的数据采集系统；
所述数据采集系统，用于对客户端用户的运动数据进行采集，并将采集到的运动数据转化为包括跑步速度、心率控制、呼吸、血氧以及身体姿势数据在内的数据，并通过有线或无线的方式将转化后的数据传输至所述客户端，所述客户端用户的运动数据包括心率数据、身体姿势数据、速度数据、呼吸数据、血氧数据和温度数据；
所述客户端，用于通过有线或无线的方式与所述云平台进行交互动作，获取并显示与用户请求相匹配的实景3D场景数据，并在所述实景3D场景内显示预先生成的虚拟3D人物，同时，接收所述数据采集系统采集到的运动数据，对所述运动数据进行分类处理，一部分处理后的运动数据在客户端显示屏幕上进行动态提醒显示，以及用于调整虚拟3D人物的动作，另一部分处理后的运动数据传输至所述云平台；
所述云平台，用于建立包含若干个所述客户端的实景3D运动网络，并存储若干个预先生成的实景3D场景数据，接收所述客户端的用户请求，向所述客户端发送与所述用户请求相匹配的实景3D场景数据，同时将客户端发送的运动数据同步到实景3D运动网络中的各个客户端中，各个客户端根据接收到的运动数据调整对应的虚拟3D人物的动作。
作为一种改进的方案，所述数据采集系统包括手机、智能穿戴设备、跑步机、椭圆机、台阶机、划船机、健身机、智能手表、智能手环以及智能鞋子；
所述客户端包括手机以及具有处理功能的跑步机、椭圆机、台阶机、划船机和健身机。
作为一种改进的方案，所述有线或无线的传输方式包括2/3/4/5G移动通讯传输方式、Wifi通讯传输方式、有线网络通讯传输方式、蓝牙通讯传输方式、BLE通讯传输方式、Ant+通讯传输方式、Zigbee通讯传输方式、Nb-iot通讯传输方式和Uart通讯传输方式。
作为一种改进的方案，所述客户端显示屏幕上显示的运动数据包括呼吸数据、血氧数据、温度数据、GPS数据、心率数据以及海拔数据。
作为一种改进的方案，所述客户端还用于对心率数据进行处理，即：将采集到的心率数据与科学运动心率区间进行比较判断；当采集到的心率数据在所述科学运动心率区间内时，将采集到的心率数据显示在所述客户端显示屏幕上；当采集到的心率数据未在所述科学运动心率区间内时，执行语音报警提示的动作。
作为一种改进的方案，所述基于真实环境的实景3D运动系统还包括实景3D场景数据生成系统；
所述实景3D场景数据生成系统用于利用拍摄工具对各种实景进行数据采集，将采集到的实景数据进行调整处理，提取得到3D轨迹，并对生成3D轨迹进行包括轨迹平滑处理、经纬度距离计算以及遮挡处理在内的轨迹处理，生成若干个实景3D场景数据，并将生成的若干个实景3D场景数据保存到所述云平台；
其中，实景数据的采集方式包括实景图像采集、现场视频采集和在线视频获取三维空间数据。
作为一种改进的方案，所述基于真实环境的实景3D运动系统还包括虚拟3D人物生成系统；
所述虚拟3D人物生成系统用于应用3D制作软件，制作虚拟3D人物形象，所述虚拟3D人物形象包括着装参数和人物参数，所述着装参数包括短袖、短裤、跑鞋以及运动背心，所述人物参数包括走路、慢跑以及快跑参数。
作为一种改进的方案，所述云平台还用于根据客户端用户的多人在线竞技请求信息，将当前在线的若干竞技者模拟到共用的实景3D场景上，以及对同一实景3D场景上的若干名在线竞技者进行运动竞技排名，生成排名数据，并将所述实景3D场景和排名数据发送给所述客户端。
作为一种改进的方案，所述客户端还用于向云平台发送多人在线竞技请求信息，接收所述云平台发送的实景3D场景和排名数据，控制实景3D场景以及若干名模拟到实景3D场景中的在线竞技者进行显示，并最终显示排名数据；
其中，所述多人在线竞技类型包括普通竞技、官方比赛以及线上马拉松比赛，所述竞技显示的内容包括虚拟物品、虚拟天气、实景3D图像、行走路径、运动数据、个人成绩、排名成绩、通讯信息、比赛信息以及小地图信息。
作为一种改进的方案，所述客户端还用于根据用户对实景3D场景中在线竞技者所对应的虚拟3D人物的点击动作，查询被点击的虚拟3D人物的运动数据，并显示。
采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：
基于真实环境的实景3D运动系统包括云平台、与所述云平台通讯的若干个客户端和与所述客户端通讯连接的数据采集系统，数据采集系统用于对运动数据进行采集，客户端用于获取并显示包含有虚拟3D人物的实景3D场景数据，并对运动数据进行分类处理，和显示，云平台用于组建实景3D运动网络，为各个客户端提供实景3D场景，并在实景3D运动网络中同步各个客户端用户的运动数据，从而实现实景3D场景和虚拟3D人物的结合，给客户端用户以智能化的体验，提升用户运动兴趣。
由于客户端包括手机以及具有处理功能的跑步机、椭圆机、台阶机、划船机和健身机，从而在具有处理功能的跑步机、椭圆机、台阶机、划船机和健身机上实现实景3D场景的显示，给锻炼的客户端用户提供智能化的体验，实现在家、俱乐部、健身房以及办公室等地点体验各地优美实景场景中跑步的感觉。
由于客户端还用于对心率数据进行处理，实现对客户端用户心率数据的监测和提醒，给客户端用户带来便利。
由于基于真实环境的实景3D运动系统还包括实景3D场景数据生成系统，该实景3D场景数据生成系统实现对各地优美实景数据的拍摄和生成，为客户端用户提供的优美的跑步或在线竞技场景，提升用户的体验。
由于基于真实环境的实景3D运动系统还包括虚拟3D人物生成系统，在客户端显示逼真的人物形象，提升客户端用户的体验。
由于客户端和云平台的交互，实现多人在线竞技，并且可在实景3D场景中查看用户自身和其他用户的运动数据，以及实现在实景3D场景中跑步的先后排名顺序，给用户以智能化的体验。
附图说明
图1是本发明的基于真实环境的实景3D运动系统的示意图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明进一步说明。但这些例举性实施方式的用途和目的仅用来例举本发明，并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定，更非将本发明的保护范围局限于此。
如图1所示，基于真实环境的实景3D运动系统包括云平台、与云平台通讯的若干个客户端和与客户端通讯连接的数据采集系统；
数据采集系统，用于对客户端用户的运动数据进行采集，并将采集到的运动数据转化为包括跑步速度、心率控制、呼吸、血氧以及身体姿势数据在内的数据，并通过有线或无线的方式将转化后的数据传输至客户端，客户端用户的运动数据包括心率数据、身体姿势数据、速度数据、呼吸数据、血氧数据和温度数据；
客户端，用于通过有线或无线的方式与云平台进行交互动作，获取并显示与用户请求相匹配的实景3D场景数据，并在实景3D场景内显示预先生成的虚拟3D人物，同时，接收数据采集系统采集到的运动数据，对运动数据进行分类处理，一部分处理后的运动数据在客户端显示屏幕上进行动态提醒显示，以及用于调整虚拟3D人物的动作，另一部分处理后的运动数据传输至云平台；
云平台，用于建立包含若干个客户端的实景3D运动网络，并存储若干个预先生成的实景3D场景数据，接收客户端的用户请求，向客户端发送与用户请求相匹配的实景3D场景数据，同时将客户端发送的运动数据同步到实景3D运动网络中的各个客户端中，各个客户端根据接收到的运动数据调整对应的虚拟3D人物的动作。
其中，客户端、云平台和运动数据采集系统之间建立互联通信是实现实景3D运动竞技的关键，在此之前还需要进行下述内容：
客户端主要用于前端显示，解决客户端用户的跑步需求，展示多人信息、实景显示、跑步数据、语音提醒、3D虚拟形象、实时竞技、比赛举办等；
客户端运行环境主要有：iOS系统、Android系统、windows系统、windows phone系统和Linux系统等；
云平台主要由服务器主机与网络硬件构成，解决实时数据的存储、同步、分发、计算、分析等功能；
运动数据采集系统主要完成运动数据的采集，其中，数据采集设备包括智能穿戴设备、健身器材、运动器材以及手持终端设备，具体包括但不限于手机、智能穿戴、跑步机、椭圆机、台阶机、划船机、健身机、智能手表、智能手环、智能鞋子等运动数据产生和采集设备；运动数据采集系统主要功能是对运动数据进行采集，并转化为跑步速度、心率控制、呼吸、血氧、身体姿势，然后将运动的数据采集、处理、存储后运动数据，通过有线、无线等方式传输至客户端或者云平台。
在该实施例中，其中，该有线或无线的传输方式包括但不限于2/3/4/5G移动通讯传输方式、Wifi通讯传输方式、有线网络通讯传输方式、蓝牙通讯传输方式、BLE通讯传输方式、Ant+通讯传输方式、Zigbee通讯传输方式、Nb-iot通讯传输方式和Uart通讯传输方式。
在该实施例中，客户端显示屏幕上显示的运动数据包括呼吸数据、血氧数据、温度数据、GPS数据、心率数据以及海拔数据。
其中，客户端还用于对心率数据进行处理，即：将采集到的心率数据与科学运动心率区间进行比较判断；当采集到的心率数据在科学运动心率区间内时，将采集到的心率数据显示在客户端显示屏幕上；当采集到的心率数据未在科学运动心率区间内时，执行语音报警提示的动作，即：
客户端自身需要对运动数据采集设备采集到的运动数据进行解析处理，获取相应的需要在客户端屏幕上进行显示的内容数据，例如上述呼吸数据、血氧数据、温度数据、GPS数据、海拔数据以及其他数据；
云平台主要对实景3D数据和心率监测数据进行处理，具体包括附带有3D实景的3D虚拟人物状态数据，即服务器端根据客户端用户的信息，调用相应的3D虚拟人物状态数据进行显示，例如当前客户端用户的性别、着装、运动姿势、步伐频率等信息。
在本发明实施例中，基于真实环境的实景3D运动系统还包括实景3D场景数据生成系统；
实景3D场景数据生成系统用于利用拍摄工具对各种实景进行数据采集，将采集到的实景数据进行调整处理，提取得到3D轨迹，并对生成3D轨迹进行包括轨迹平滑处理、经纬度距离计算以及遮挡处理在内的轨迹处理，生成若干个实景3D场景数据，并将生成的若干个实景3D场景数据保存到云平台；
其中，实景数据的采集方式包括实景图像采集、现场视频采集和在线视频获取三维空间数据。
在该实施例中，上述实景3D场景数据生成系统的具体实现为：
(1)户外跑道图像拍摄工作
工具：高清高速摄影机、GPS/北斗定位仪、智能手机、存储卡、智能水平垂直相机控制仪器、大容量电池、汽车、电动车、自行车等；
拍摄方法：
使用车辆安装摄影器材；
使用车辆安装GPS/北斗定位仪器；
使用车辆安装智能水平垂直控制仪器；
沿跑道拍摄正前方景观景色；
沿跑道记录经纬度、高度等地形数据；
将拍摄数据与经度纬度数据存储至存储卡；
(2)跑道图像数据处理工作
色彩平衡处理工作，将色彩处理为鲜艳模式；
去除鱼眼效果，模拟人类眼睛看到的景象；
调整图像帧率，达到60fps/s的效果；
调整图像分辨率，达到1080P效果；
调整图像文件存储格式，适用于windows、Android、iOS、Linux等系统同时使用；
(3)跑道3D轨迹处理工作
轨迹提取方案1：
通过经纬度数据、高度数据，以起点出发，生成3D轨迹；
轨迹提取方案2：
通过视频图像提取拍摄路径的3D地理坐标轨迹；
使用贝塞尔曲线算法，将轨迹平滑处理；
使用经纬度计算算法，处理距离位置数据；
通过图像还原技术，分析转弯、上坡、下坡、路径障碍物等遮挡管理，生成遮挡物3D形状。
在本发明实施例中，基于真实环境的实景3D运动系统还包括虚拟3D人物生成系统；
虚拟3D人物生成系统用于应用3D制作软件，制作虚拟3D人物形象，虚拟3D人物形象包括着装参数和人物参数，着装参数包括短袖、短裤、跑鞋以及运动背心，人物参数包括走路、慢跑以及快跑参数。
在本发明实施例中，云平台还用于根据客户端用户的多人在线竞技请求信息，将当前在线的若干竞技者模拟到共用的实景3D场景上，以及对同一实景3D场景上的若干名在线竞技者进行运动竞技排名，生成排名数据，并将实景3D场景和排名数据发送给客户端；
客户端还用于向云平台发送多人在线竞技请求信息，接收云平台发送的实景3D场景和排名数据，控制实景3D场景以及若干名模拟到实景3D场景中的在线竞技者进行显示，并最终显示排名数据；
其中，多人在线竞技类型包括普通竞技、官方比赛以及线上马拉松比赛，竞技显示的内容包括虚拟物品、虚拟天气、实景3D图像、行走路径、运动数据、个人成绩、排名成绩、通讯信息、比赛信息以及小地图信息。
其中，客户端还用于根据用户对实景3D场景中在线竞技者所对应的虚拟3D人物的点击动作，查询被点击的虚拟3D人物的运动数据，并显示。
在本发明实施例中，基于真实环境的实景3D运动系统包括云平台、与云平台通讯的若干个客户端和与客户端通讯连接的数据采集系统，数据采集系统用于对运动数据进行采集，客户端用于获取并显示包含有虚拟3D人物的实景3D场景数据，并对运动数据进行分类处理，和显示，云平台用于组建实景3D运动网络，为各个客户端提供实景3D场景，并在实景3D运动网络中同步各个客户端用户的运动数据，从而实现实景3D场景和虚拟3D人物的结合，其具有如下技术效果：
(1)结合了各种数据采集设备、服务器端、客户端，实现线上多人实景实时运动竞技系统；
(2)通过实景拍摄处理，实现在家庭、俱乐部、健身房、企事业健身房等地点享受到全世界美丽跑道技术；
(3)通关3D技术，实现将虚拟人物与实景图像想结合，通关实时3D建模技术，实现多人跑步时的遮挡关系、转弯时的遮挡关系、道路旁的突出物的遮挡关系；
(4)结合心率监控技术与科学跑步规范技术，进行实时心率状态监控，如遇到身体危险时会自动报警提醒；
(5)通过多人在线模式，设定了跑步过程中的娱乐与设计活动，将多名分散在全国各地的跑者模拟到一条跑道上，且可以相互聊天社交等；
(6)实现了模拟实时马拉松类型的运动比赛，用户可以在非马拉松比赛赛道享受真正的比赛；
(7)解决了用户运动过程中无聊的情况，以游戏等方式促使用户享受比赛。
应当理解，这些实施例的用途仅用于说明本发明而非意欲限制本发明的保护范围。此外，也应理解，在阅读了本发明的技术内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动、修改和/或变型，所有的这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的保护范围之内。