一种搏击训练系统的制作方法

本发明涉及体感技术领域，具体地说，涉及一种搏击训练系统。

背景技术：

现代搏击技术是融传统武术、散打、拳击、柔道、摔跤、泰拳、截拳道、空手道等于一体，专门用于制服敌人的综合性格斗武艺。它注重实用，追求实效，强调在最短的时间内，以最少的动作，将敌制服。长期以来，这项技术一直是各国执行特殊任务的军警、宪兵、特种部队等的必训课目，同时也被越来越多的人作为强身健体的选择。

然而搏击训练需要在良好的身体素质及理论学习的基础上还需要进行有规律、循序渐进的体能、力量及技术的训练，只有通过正确科学的长时间刺激和反复练习才能使搏击技术一步步提升。此外，搏击训练技术性强且危险性高，特别是两人配合进行攻防练习时，稍微大意就有可能发生伤害事故。

因此继续一种使得用户能够安全、可靠、高效地进行搏击训练的系统。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种搏击训练系统，所述系统包括：

姿态采集装置，其用于采集用户的用户姿态信息；

搏击头盔，其与所述姿态采集装置连接，用于显示虚拟训练模型，并根据所述用户姿态信息生成用户与所述虚拟训练模型的交互图像。

根据本发明的一个实施例，所述姿态采集装置包括无线惯性三维运动姿态追踪装置。

根据本发明的一个实施例，所述搏击头盔包括：

数据处理模块，其用于根据所述虚拟训练模型以及所述姿态采集装置所传输来的用户姿态信息生成相应的图像信息；

显示模块，其与所述数据处理模块连接，用于对所述图像信息进行可视化显示。

根据本发明的一个实施例，所述搏击头盔还包括：

光学投影模块，其用于对所述显示模块所显示的可视化图像进行光学投影；和/或，

语音模块，其与所述数据处理模块连接，其用于接收所述数据处理模块根据所述虚拟训练模型以及所述姿态采集装置所生成的语音信息，并对所述语音信息进行电-声转换；和/或，

姿态传感器，其与所述数据处理模块连接，用于采集所述用户的当前姿态信息，并将所述用户的当前姿态信息传输至所述数据处理模块。

根据本发明的一个实施例，所述数据处理模块包括：

数据接收单元，其用于访问所述姿态采集装置并获取所述用户姿态信息；

虚拟肢体映射单元，其与所述数据接收单元连接，用于根据所述用户姿态信息在所述虚拟训练模型中的虚拟训练场景中生成所述用户的虚拟肢体映射；

碰撞分析单元，其与所述虚拟肢体映射单元连接，用于检测所述用户的虚拟肢体映射是否与所述虚拟训练模型中的虚拟区域或虚拟训练器材发生接触，并在发生接触时生成相应的响应图像信息。

根据本发明的一个实施例，当用户登录训练系统前，所述碰撞分析单元在检测到所述用户的虚拟肢体映射接触到所述虚拟区域后，会生成登录界面图像信息。

根据本发明的一个实施例，当用户登录训练系统后，所述碰撞分析单元根据所述用户的虚拟肢体映射与所述虚拟训练器材接触时所述用户的虚拟肢体映射的运动状态计算所述虚拟训练器材的响应运动状态，并根据所述虚拟训练器材的响应运动状态生成所述虚拟训练器材的响应图像信息。

根据本发明的一个实施例，所述系统还包括：

管理监测装置，其与所述搏击头盔连接，用于获取所述搏击头盔所生成的交互图像并存储。

根据本发明的一个实施例，所述管理监测装置包括以下所列项中的任一项或几项：

人员管理模块、组织架构管理模块、考核管理模块、日志管理模块以及资源管理模块。

根据本发明的一个实施例，所述系统还包括：

云端服务器，其与所述搏击头盔连接，其用于对所述搏击头盔进行数据库管理。

本发明提供了一种利用虚拟现实技术开发的搏击专项训练系统，与传统的搏击训练相比，该系统能够以计算机生成搏击过程中的搏击场景，并为用户提供听觉和视觉通道反馈，从而给用户提供了搏击的真实感，使得用户能够沉浸到计算机生成的搏击场景中，进而完成搏击任务。

该系统可以在杜绝危险的前提下极大地提升训练频率和效率。此外，该系统的软件集成有多种功能训练模块，其可运行在任意一台终端设备之上，用户只需选择对应的模块即可进入对应的练习之中，无需开发多种终端设备。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其它优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是根据本发明一个实施例的搏击训练系统的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的数据处理模块的结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的数据处理模块的工作流程示意图；

图4是根据本发明一个实施例的搏击训练系统的软件设计原理示意图；

图5是根据本发明一个实施例的技能专项训练模块以及技能综合训练模块的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。

另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

针对现有技术中所存在的上述问题，本发明提供了一种新的搏击训练系统，该系统利用虚拟现实技术以计算机生成搏击过程中的虚拟搏击场景，提供给用户搏击的真实感，使得用户能够沉浸到计算机生成的虚拟搏击场景中，从而完成搏击任务。

图1示出了本实施例所提供的搏击训练系统的结构示意图。

如图1所示，本实施例所提供的搏击训练系统优选地包括：姿态采集装置101、搏击头盔102、管理监测装置103以及云端服务器104。其中，姿态采集装置101用于采集用户的用户姿态信息。

本实施例中，姿态采集装置101采用无线惯性三维运动姿态追踪装置来实现，其能够采集用户头部、手部以及腰部等部位的实时位置以及运动状态，从而得到用户姿态信息。具体地，本实施例中，姿态采集装置优选地为vmsensivm-w无线惯性三维运动姿态追踪测量装置，该装置内置姿态传感器与辅助测量设备，其能够通过高效的imtfusion空间状态数据融合算法来实现实时、高精度的姿态测量。

搏击头盔102与姿态采集装置101连接，其能够显示虚拟训练模型，并根据姿态采集装置101所传输来的用户姿态信息生成用户与上述虚拟训练模型的交互图像。本实施例中，搏击头盔102优选地采用无线连接的方式与姿态采集装置101连接。具体地，搏击头盔102与姿态采集装置101通过wi-fi连接到同一局域网中，搏击头盔102通过tcp协议建立网络虚拟链路，从而实现与姿态采集装置101之间的数据通信。当然，在本发明的其它实施例中，搏击头盔102还可以采用其它合理方式(例如蓝牙、通信线缆等)来与姿态采集装置101进行数据通信，本发明不限于此。

本实施例中，搏击头盔包括数据处理模块、显示模块、光学投影模块、语音模块以及姿态传感器。其中，数据处理处理模块用于根据姿态采集装置101所传输来的用户姿态信息以及自身存储的虚拟训练模型来生成相应的图像信息。

数据处理模块、显示模块、光学投影模块、语音模块以及姿态传感器均设置在头盔壳体中，头盔壳体具有大小可调的特点，以便搏击头盔能够适合不同脸型的用户佩戴。本实施例中，显示模块、光学投影模块所处的显示区域密闭性好，其能够有效隔绝外界的干扰，从而给用户带来更好的沉浸感。

本实施例中，显示模块与数据处理模块连接，其能够对数据处理模块所传输来的图像信息进行可视化显示。其中，本实施例中，显示模块优选地具有两个完全独立的显示屏，这两个显示屏分别用于显示对应于左右眼的图像。具体地，上述两个显示屏从略微不同的角度呈现相同的场景图像或是其它图像给用户的左右眼，模拟双眼的视差，这样显示模块所显示的两幅图像也就可以在用户的大脑中合成一个立体图像。光学投影模块设置在显示模块与用户双眼之间，其包括了自由曲面棱镜等组成的复杂光学系统，用于调整焦距从而实现在近距离对眼睛投射图像。

本实施例中，搏击头盔所设置的姿态传感器优选地包括陀螺仪、加速度计和/或电子罗盘，这样姿态传感器也就可以测量用户头部的俯仰角和翻滚角，从而测量得到用户头部的水平朝向等用户当前姿态数据。数据处理模块与姿态传感器连接，其能够结合上述姿态传感器所得到的用户当前姿态数据以及从姿态采集装置所获取到的用户姿态信息来更加准确地分析出用户的各个肢体部位的当前位置以及当前运动状态。

语音模块同样与数据处理模块连接，为了提高用户的沉浸感，本实施例中，数据处理模块在根据用户姿态信息生成交互状态图像的同时，还可以生成交互语音信息，并将该交互语音信息传输至语音模块，从而由语音模块转换为声波信息，进而使得用户能够在看到相应交互图像的同时，还能够听到相应交互声音。

需要指出的是，在本发明的其它实施例中，根据实际需要，搏击头盔中还可以不设置光学投影模块、语音模块和/或姿态传感器，本发明不限于此。

图2示出了本实施例中数据处理模块的结构示意图，图3则示出了本实施例中数据处理模块的工作流程示意图。

如图2所示，本实施例中，数据处理模块优选地包括：数据接收单元201、虚拟肢体映射单元202以及碰撞分析单元203。其中，数据接收单元201首先在步骤s301中访问姿态采集装置101并从姿态采集装置101获取用户的用户姿态信息。具体地，本实施例中，数据接收单元201中配置有输入脚本，数据接收单元201能够利用输入脚本来通过unity的vmsensivm-w插件访问vmsensivm-w的相关api，从而获取姿态采集装置101所采集到的用户姿态信息。

虚拟肢体映射单元202与数据接收单元201连接，在接收到数据接收单元201所传输来的用户姿态信息后，虚拟肢体映射单元202能够在步骤s302中在虚拟训练模型中的虚拟训练场景中生成用户的虚拟肢体映射。

本实施例中，映射在虚拟训练场景中的用户的虚拟肢体(例如用户的头部、手、腰、脚等)的位置以及方向都是由虚拟肢体映射单元202根据所接收到的用户姿态信息所确定的。当用户移动自己的某一部位时，虚拟训练场景中用户的虚拟肢体的相应部位也会按照相同的方式移动，并将此虚拟训练场景中的映射作为输入信号触发用户与虚拟训练器材之间的交互。

具体地，学员可以通过观察虚拟训练场景中自己的各个部位的虚拟映射与虚拟训练模型的相对位置关系来判断如何进一步控制自身身体的移动。而由于数据接收单元201能够利用输入脚本以固定频率来更新用户姿态信息，因此虚拟肢体映射单元202在虚拟训练场景中所生成的用户的虚拟肢体映射也会按照相同的方式运动。

本实施例中，虚拟训练模型优选地包括虚拟训练场景、虚拟区域以及虚拟训练器材。其中，虚拟训练模型采用3d虚拟形式，具体地，采用3dmax、maya等常见建模工具建模，再通过unity模型导入功能将模型导入到搏击头盔的数据处理模块中。3dmax、maya等建模工具具有强大的角色动画制作能力，并且可堆叠的建模步骤使制作模型有非常大的弹性。综合考虑系统性能和搏击学院的沉浸感、真实感，本系统选用了合适的渲染方法，贴图、纹理等，丰富场景的内容，使场景更加逼真自然。

本系统在建模过程中会删除多余的点、线、面以及重合线、重叠面，并缝合相近或重合的点，保证模型无裂缝。模型以米为单位，不缺面，且将不可见面(包括模型内的面)、重面删除，所有面都带有贴图。模型质量为精细建模，外形、纹理与实际物体相同。模型命名全部为英文或数字，为了不出现重名现象，用下划线(_)来分隔名，命名规则为：项目名称缩写_功能单元_设备名称_序号。

在建模过程中，本系统通过使用贴图的形式来表示物体细节。具体地，该系统对于贴图文件配置为：普通贴图为jpg格式，若带透明通道的则为tga格式，一般都为32位，最大不超过1024；尺寸是2的n次幂(例如8、16、32、64、128、256、512、1024等)，烘培时的贴图为tga格式；贴图命名全部为英文或数字并与材质球模型的名称一致；当使用照片为基础制作素材时，由于照片截取下来的图片过于灰暗，在制作时，会根据图片情况，做一些制作调整，以达到最真实及更好的效果；贴图的透视关系矫正正确，清晰可见。

本实施例中，该系统优选地使用diffuse及opacity两种贴图模式，所有物体的材质都带贴图，不使用任何的程度贴图，一个纯色块物体，单独制作一张相近色的有纹理的贴图。材质使用standard标准材质。

该系统在进行虚拟训练模型建模时优选地基于unity游戏开发引擎、java开发平台、mysql数据库服务器，利用上述建模及渲染方式来搭建需要的虚拟三维训练场景，这些虚拟三维虚拟训练场景以及虚拟训练器材可以包括：建筑、训练场、沙袋、速度球、手靶以及脚靶等。其中训练场是整个场景的承载体，其它建模都依托并合理布局于训练场之上。

当然，在本发明的其它实施例中，该系统所需要的虚拟训练模型还可以采用其它合理方式来进行构建，本发明不限于此。

碰撞分析单元203与虚拟肢体映射单元202连接，其用于在步骤s303中检测虚拟肢体映射单元202所生成的用户的虚拟肢体映射是否与虚拟训练模型中的虚拟区域或者虚拟训练器材发生接触，并在发生接触时在步骤s304中生成相应的响应图像信息。

具体地，本实施例中，用户打开训练系统并佩戴好搏击头盔后，在用户登录训练系统前，搏击头盔会利用显示模块以及光学投影模块来在用户的眼前显示登录界面。碰撞分析单元203在检测到用户的虚拟肢体映射接触到登录界面这一虚拟区域区域后，其生成相应的登录界面图像信息(例如虚拟键盘等)。

具体地，本实施例中，当用户通过移动自身的手部来使得手部的虚拟映射移动到登录界面区域时，碰撞分析单元203通过对碰撞类型进行分析可以控制显示出虚拟键盘。用户可以采用上述同样的方式来点击虚拟键盘从而输入正确的学院名以及密码，在点击登录后便可以进入相应的训练系统。

在登录训练软件后，碰撞分析单元203会根据用户的虚拟肢体映射与虚拟训练器材接触时用户的虚拟肢体映射的运动状态来计算虚拟训练器材的响应运动状态，并根据虚拟训练器材的响应运动状态来生成虚拟训练器材的响应图像信息。

本实施例中，虚拟训练场景以及虚拟训练器材可以由用户根据自身的喜好自由选择。例如，当用户选择的虚拟训练场景为健身房、虚拟训练器材为沙袋时，用户可以根据虚拟训练场景中自身手部的虚拟映射与虚拟沙袋的位置来判断出拳方式和出拳力度，当用户的拳头的虚拟映射与虚拟沙袋碰撞时，碰撞分析单元会检测到碰撞发生并判断有效后，会进一步区分碰撞类型，以根据碰撞时用户的出拳方向与虚拟沙袋的实时位置、拳的加速度等参数来控制虚拟沙袋的移动。其中，对于不同的出拳方式以及力度，碰撞分析单元能够给出不同的、连续的相应，从俄认得到训练的目的。

为了更好地对用户进行搏击训练，如图1所示，本实施例所提供的搏击训练系统优选地还包括管理监测装置103以及云端服务器104。其中，管理监测装置103与搏击头盔连接，其用户获取搏击头盔所生成的交互图像并存储。而云端服务器104则与搏击头盔102和/或管理监测装置103连接，其能够对搏击头盔102和/或管理监测装置103进行数据库管理。本实施例中，管理监测装置103优选地采用带有显示器的pc客户端来实现。

本实施例中，用户(例如学员等)在搏击头盔上的操作会同步到pc客户端并且搏击头盔客户端有较高的优先级。其它用户(例如教练等)登录系统的操作也可以在pc客户端上完成，并同步到搏击头盔客户端。

如图4所示，从软件设计方面来看，本实施例所提供的搏击训练系统优选地包括：系统前台端401、后台管理端402、软件平台403以及数据库管理端404。其中，系统前台端401优选地配置在搏击头盔中。本实施例中，系统前台端401作为用户操作的主要部分，优选地包括：技能专项训练模块401a、技能综合训练模块401b以及学习资源中心401c三个模块。当然，在本发明的其它实施例中，系统前台端401既可以仅包含以上所列项中的任一项或几项，也可以包含其它未列出的合理项，本发明不限于此。

具体地，如图5所示，本实施例中，技能专项训练模块401a、技能综合训练模块401b采用同一种模式，每个训练模块下的训练项目都包括理论学习、仿真训练和仿真考核三个选项，用户可以自主选择虚拟训练项目并进行学习、训练和考核。用户在学习、训练和考核结束后，还可以根据自身掌握状况和意愿选择进行维修学习、维修训练和维修考核。

学习资源中心是对搏击专项训练所有理论资源内容的一个集成，其可以包括各类文档、视频等。而且，每个训练项目在学习完理论知识点后，还配有相应的试题考核。此功能不但可以使学员对自己所掌握的知识点有一个清晰的认识，同时教练也可以对每个学员所掌握的知识点有一个统筹的了解。此外，学习资源中心还支持各类资料的下载功能，方便学员自主学习。

例如，当学员希望进行技能专项训练中的拳法技术训练时，该学员首先会登录系统，技能专项训练模块中优选地包括：拳法技术训练、腿法技术、摔法技术、膝法技术、肘法技术、拿法技术等，该学员在技能专项训练模块中选择拳法技术训练，其中包含三个选项：理论学习、仿真训练、仿真考核。

理论学习中包含拳法的技术训练要点理论知识/视频讲解，学员可自由选择是否进行理论学习。仿真训练模块中的训练场景和训练辅助器材可以根据学员的喜好自由选择，若选择的训练场景为健身房、辅助器材为沙袋，进入训练后学员根据虚拟训练场景中自己手部的虚拟映射与沙袋的位置关系，判断出拳方式和力度。

数据接收单元利用输入脚本以固定频率更新数据，虚拟肢体映射单元在场景中所生成的学员的虚拟映射也按同样的方式运动。当场景中拳的虚拟映射与沙袋碰撞时，碰撞分析单元利用碰撞检测脚本检测到碰撞发生并判断有效后，会调用响应碰撞脚本区分碰撞类型，并根据碰撞时的学员出拳的方向与沙袋的实时位置、拳的加速度等参数控制沙袋的移动，不同的出拳方式、力度给出不同的、连续的响应，以达到训练的目的。

在训练完成后，学员可以自由选择是否进行仿真考核。在考核过程中，学员的考核视频会被记录并存储于pc客户端的存储空间中，教练通过实时观看考核视频或及时观看存储空间中的考核视频对学员的训练做出评价并安排学员进一步的训练计划。训练、考核完成后，学员根据自身掌握情况可以进行维修学习、维修训练和维修考核。

需要指出的是，根据实际需要，本实施例中，管理监测装置103还可以对包含以下所列项中的任一项或几项：人员管理模块、架构管理模块、考核管理模块、日志管理模块以及资源管理模块。

本实施例中，该系统利用后台管理端402来对于系统中的数据进行同一管理。系统管理员(例如教练)可以利用后台管理端402来维护系统与学员分组、维护公共系统以及管理所有账户信息，其具有最高权限。系统管理员还能够负责训练项目的控制(控制、记录、评判)、参数设置等，其还能够管理技能训练模块，对训练结构进行处理，形成过程文件。此外，系统管理员还能够利用后台管理端402来根据学员前期的训练情况，安排其后续的训练计划。这样学院的后续训练计划也就可以在学员下次进入系统时出现在屏幕上，学员也就能够按照计划进行有计划性的学习、训练、考核。学员系统的作用与功能主要包括登陆与认证、查看所在权限信息。

其中，如图4所示，后台管理端402优选地包括：人员管理模块402a、组织架构管理模块402b、考核管理模块402c、日志管理模块402d以及资源管理等模块402e。

人员管理模块402a主要用于进行诸如用户信息管理，包含对学员、教练的基本信息字段的管理，其具有增、删、改、查等基本功能。组织管理模块402b主要用于对学校、班级等可通过组织架构进行管理，以方便保持教师和班级学员的一致性。同时，组织管理模块402b还可以添加社会、企业等组织。

教练可以通过考核管理模块402c来发布考试任务，学员登陆前台就会接收到考试通知，然后进入考试模式。教练还可以通过资源管理模块402d来对系统前台的学习资源库中的资料进行管理，具体地可以包括内容的上传、修改、删除等。日志管理模块则包括用户操作记录日志和报错警告日志等记录，教练通过日志查询能够查找到系统操作中出现的问题。

本实施例中，用户还能够通过系统客户端来实现对软件平台403的设置(包括训练设置、故障设置等)。此外，数据库管理端404可以对搏击头盔和/或管理监测装置进行数据库管理，如图4所示，其具体可以包括：故障信息库404a、维护信息库404b、考核数据库404c、人员信息库404d以及资料信息库404e等。

从上述描述中可以看出，本发明提供了一种利用虚拟现实技术开发的搏击专项训练系统，与传统的搏击训练相比，该系统能够以计算机生成搏击过程中的搏击场景，并为用户提供听觉和视觉通道反馈，从而给用户提供了搏击的真实感，使得用户能够沉浸到计算机生成的搏击场景中，进而完成搏击任务。

该系统可以在杜绝危险的前提下极大地提升训练频率和效率。此外，该系统的软件集成有多种功能训练模块，其可运行在任意一台终端设备之上，用户只需选择对应的模块即可进入对应的练习之中，无需开发多种终端设备。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构或处理步骤，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然上述示例用于说明本发明在一个或多个应用中的原理，但对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的原理和思想的情况下，明显可以在形式上、用法及实施的细节上作各种修改而不用付出创造性劳动。因此，本发明由所附的权利要求书来限定。