用户健身运动完成度评估系统的制作方法

本发明涉及电子数据处理领域，具体涉及一种用户健身运动完成度评估系统。

背景技术：

健康的身体是人们工作和生活的基础，而拥有并保持健康的身体则需要人们进行合适且有效的身体锻炼，即我们常说健身。健身是一门系统且专业的学问，只有按照正确的训练方法完成正确的各种动作才能达到健身的目的，反之则有可能会危害身体健康。

但是，因为普通人对于健身知识缺乏系统性地学习，往往在健身锻炼的时候，需要健身教练从旁指导。然而，健身教练毕竟数量有限且价格昂贵，并不是所有用户都能够让健身教练进行一对一的指导和纠正。

为此，一些健身场所推出了用来代替教练，评价用户运动完成度的评估系统。现有的运动完成度评估系统，一般包括用来拍摄用户动作并形成拍摄图像的摄像头，用来将拍摄图像和标准图像进行对比的中央处理器，以及用来播放标准图像使用户按照标准图像进行动作的显示器，其中，显示器在用户完成对应的动作后，还会将中央处理器的评估结果显示出来，以便引导用户进行动作改进。通过评估系统，可以使用户根据评估结果，自动调整做得不好的动作，进而提高整个运动的完成度，达到健身锻炼的目的。

但是，现在的评估系统的评估结果存在很大的误差，最主要的原因在于，所有用户的拍摄图像都是与同一个标准图像进行对比，而不同用户，其身高、体重等形体差异较大，其呈现出来的拍摄图像和标准图像本身就很难完全相同，因此通过这样对比产生的评估结果本身就存在误差。其次，标准图像作为引导用户按照此进行动作的引导图像，一般来讲是一段完整的视频，用户完成的每个动作也并不方便分解后直接与标准图像进行对比。最后，直接将用户拍摄图像和标准图像进行对比，无论是拍摄图像还是标准图像中，都有很多背景物，在对比的时候需要先分别提取出拍摄视频和标准视频中的运动轨迹，才能够进行对比，数据处理过程十分麻烦，且准确度较低。

技术实现要素：

本发明意在提供一种用户健身运动完成度评估系统，以解决现有的评估系统评估结果不准确的问题。

本发明中的用户健身运动完成度评估系统，包括中央处理器以及分别与中央处理器电连接的存储器、投影装置和显示装置；

所述投影装置，用来在用户运动时产生用户的虚拟化身，并将用户的虚拟化身投射到显示装置上；

所述存储器，预设有用来引导用户完成运动动作的标准图像以及与每个标准图像一一对应设置的动作轨迹图像；

所述显示装置，用来显示标准图像，用来接收虚拟化身并将接收信号发送给中央处理器；

所述中央处理器，将虚拟化身按照动作轨迹图像合成虚拟对比图像，所述动作轨迹图像与显示装置上所显示的标准图像对应；中央处理器将虚拟对比图像发送并投射到显示装置上；所述中央处理器将虚拟对比图像和虚拟化身投射到显示装置的相同位置上，中央处理器计算虚拟化身和虚拟对比图像的重合面积；中央处理器按照虚拟化身和虚拟对比图像的重合面积按照等级划分评估结果，中央处理器将评估结果发送给显示装置显示。

本发明的优点在于：

与现有技术不同，本发明并没有直接拍摄用户动作的图像形成拍摄图像，而是通过投影装置形成用户的虚拟化身与虚拟对比图像进行对比，有效去掉了背景之类会影响评估结果的因素，只保留了能够反应用户动作的虚拟化身，使数据的处理量更少且评估结果更加准确。

同时，相比于现有技术，所有用户都是对照同一个标准图像进行比较评估，本发明通过动作轨迹图像和虚拟化身合成的虚拟对比图像，个性化地针对每一个用户提供了该用户应该进行对比评估的对象，使在满足每个用户差异化的同时，又能通过共同的动作轨迹图像而达到标准图像需要用户完成的锻炼目的。本发明既充分考虑到了个体差异性，又兼顾了健身锻炼的目的要求，而且使评估结果更加地准确，更具有指导意义。

此外，显示装置同时显示标准图像和虚拟对比图像，既不耽误用户按照标准图像进行相应动作，又不影响中央处理器对比虚拟化身和虚拟对比图像进而得到准确的评估结果。本发明有效解决了现有评估系统评估结果不准确的问题。

进一步，所述动作轨迹图像，包括身体所有关键部位的运动轨迹；所述关键部位至少包括四肢和头部。

四肢和头部是在进行锻炼动作时，主要的活动部位，关键部位至少包括四肢和头部，能够将动作中各个主要活动部位的动作轨迹记录下来形成动作轨迹图像，以方便通过这个动作轨迹图像针对每个用户生成对应的虚拟对比图像。

每个人因为其体形不同，其按照同一标准图像形成的拍摄图像不同，但是对于一个标准图像真正能够使用户达到锻炼目的是用户需要按照每个活动部位的动作轨迹来进行相应部位的锻炼。因此，将动作轨迹图像提取出来，能够使对比对象更加准确的同时，结合用户自身的虚拟化身生成用户理论上可达到虚拟对比图像，还能起到激励用户按要求完成相应动作的作用。

进一步，所述动作轨迹图像，包括从对应标准图像中提取出来的与标准图像同步的关键部位角度和位移的变化轨迹。

动作轨迹图像，重点在于对关键部位的动作情况的记录，而关键部位的角度变化和位移变化是最直观最易提取和比较的轨迹变化。

进一步，所述投影装置和所述显示装置相对设置；所述投影装置经过站在投影装置和显示装置之间的用户，向显示装置投射无线信号。

用户站在投影装置和显示装置之间，使用户能够看到显示装置上播放的标准图像，并按照标准图像进行动作，同时使投影装置能够将用户动作的情况通过虚拟化身投影到显示装置上。通过无线信号进行虚拟化身的投影，方便投影装置和显示装置的安装以及两者之间的距离调节，避免各种线路的牵扯阻碍。

进一步，所述无线信号包括红外线、雷达或声波中的一种或几种。

红外线、雷达和声波都是能够进行无线传输的信号，且利用这些信号在经过用户身体的时候，能够因为身体的阻挡而勾勒出用户在做各种动作时的轮廓，生成随着动作变化而变化的虚拟化身。

进一步，所述显示装置包括层叠设置的显示层和透明的接收层；所述接收层靠近所述投影装置，且所述接收层用来接收投影装置投射过来的无线信号。

通过显示层使显示装置具有显示功能，通过接收层使投影装置发射过来的无线信号能够被显示装置接收，使投影装置投射过来的虚拟化身能够被显示装置接收，进而使中央处理器能够对比并计算虚拟对比图像和虚拟化身之间的重合面积。

进一步，所述中央处理器在合成虚拟对比图像时，从虚拟化身中提取用户包括三围、四肢长度以及身高在内的身体数据；中央处理器按照身体数据建立人体三维模型，中央处理器将人体三维模型按照动作轨迹图像动作形成虚拟对比图像。

虚拟化身直观地反应了用户的三围、四肢长度以及身高等身体数据，中央处理器通过这些身体数据建立人体三维模型，使这个人体三维模型在外形上与用户无比接近。中央处理器用这个人体三维模型按照动作轨迹图像形成的虚拟对比图像，就是用户在按照动作要求完成相应动作后最理想的动作情况。相比于现有技术通过标准图像，这种用户永远无法达到的对象，通过形成的虚拟对比图像，不仅使评估结果更加准确，还能通过显示装置让用户直观地看到自己完成动作的最好情况，给用户锻炼以激励。

进一步，所述虚拟化身通过连接用户的关节点形成。

虚拟化身是根据摄像头捕捉的真实用户的动作决定的，摄像头捕捉个人影像后，通过现有的人工智能自动标注人体关节点，关节点之间有连接线，由此形成虚拟动态化身。

附图说明

图1为本发明实施例一的逻辑框图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

实施例一

实施例基本如附图1所示：本实施例中的用户健身运动完成度评估系统，包括中央处理器以及分别与中央处理器电连接的存储器、投影装置和显示装置。

其中，投影装置和显示装置相对设置，投影装置和显示装置之间留有供用户活动的用户区域。投影装置和显示装置都具有彼此平行的扁平界面。用户站在两个扁平界面之间，使投影装置能够将用户所有动作都投影到显示装置。

投影装置，包括用来向显示装置均匀发射无线信号的发射部；发射部发射的无线信号在经过用户的时候被阻挡，勾勒出用户在运动时的各种轮廓形状，形成随着运动动作变化而变化的虚拟化身，并将用户的虚拟化身投射到显示装置上。

存储器，预先存储有多个用来引导用户完成运动动作的标准图像，每个标准图像都一一对应存储有从该标准图像中提取出来的动作轨迹图像。标准图像其实就是完成标准动作的教学视频。从标准图像中，将至少包括四肢和头部在内的身体所有关键部位，将其角度和位移的变化轨迹提取出来，形成动作轨迹图像。

显示装置，包括层叠设置的显示层和透明的接收层；接收层靠近投影装置，用来接收投影装置投射过来的无线信号。接收层为透明的，不阻挡显示层上的图像显示。显示层和接收层按照现有技术划分相同的坐标区域，并分别通过构成接收层和显示层上的元器件，利用现有技术，将每个坐标与对应的元器件联系起来，这样当显示层在显示图像和接收层在接收虚拟化身的时候，能够将两者的位置进行比较，进而能够通过坐标计算各自的面积进而计算出两者的重合面积。具体重合面积的计算，可以参考申请公布号为cn103282907a的专利申请文件中公布的重合面积的计算方式。

显示装置的显示层，用来显示标准图像和虚拟对比图像；接收层，用来接收虚拟化身并将接收信号发送给中央处理器。

其中，无线信号可以是红外线、雷达或声波中的一种或几种，相应的投影装置的发射部就是能够发射出红外线、雷达或声波的发射器。而为了使发射的无线信号均匀分布，整个投影装置上均匀分布了多个这样的发射器，且所有发射器的发射端正对显示装置。显示装置的接收层为对应发射器安装的，用来接收红外线、雷达或声波的接收器。同样的，这些接收器按照发射器的排布方式均匀安装在显示装置上。而显示装置的显示层，本实施例中采用液晶显示屏。

中央处理器，从接收层接收用户的虚拟化身，并随着虚拟化身的动作，从不同角度的虚拟化身中提取出用户包括三围、四肢长度以及身高在内的身体数据；中央处理器按照身体数据利用现有技术建立人体三维模型，中央处理器将人体三维模型按照动作轨迹图像动作形成虚拟对比图像。虚拟对比图像其实就是人体三维模型形成的教学视频。相比于标准图像，如果用户动作完全按照要求完成，则其虚拟化身能够和虚拟对比图像完全重合。

将虚拟化身按照动作轨迹图像合成虚拟对比图像，动作轨迹图像与显示装置上所显示的标准图像对应，用户在看着标准图像做动作的时候，用户产生的虚拟化身与虚拟对比图像重合对比。中央处理器将虚拟对比图像投射的位置与虚拟化身投射到显示装置的相同位置上，中央处理器计算虚拟化身和虚拟对比图像的重合面积；中央处理器按照虚拟化身和虚拟对比图像的重合面积按照等级划分评估结果，中央处理器将评估结果发送给显示装置的显示层进行显示。评估结果的等级划分，可以根据不同的设置进行具体划分。本实施例中，将重合面积达到100％划分为第一等级，重合面积达到80％为第二等级，重合面积达到70％为第三等级，重合面积达到60％为第四等级，而当重合面积在60％以下的时候，中央处理器会将用户重合面积最低的那些图片从标准图像中截取出来发送给显示装置的显示层播放，使用户能够找到整个动作中自己薄弱的几个环节进行重点练习。有利于使用户及时发现自己的薄弱处，并针对性地被引导补足。

与现有技术不同，本实施例充分利用用户自身动作形成的类似投影的虚拟化身，提取用户身体数据，并根据用户身体数据按照用户的身体结构，按照动作轨迹图像形成用户理论上能够达到的虚拟对比图像。用虚拟化身和虚拟对比图像进行对比，从源头上解决了评估结果误差大的问题。同时，通过显示装置中显示层和接收层的设置，使显示装置既能够有显示作用，又具有接收作用，使中央处理器能够通过对比虚拟对比图像和虚拟化身来评估用户是否按照标准图像的要求完成所有动作。因为虚拟化身和虚拟对比图像都是按照标准图像的动作顺序和节奏来完成动作的，所以整个图像对比是同步的，而且虚拟化身和虚拟对比图像都只保留了能够反应用户动作的身体轮廓，有效去掉了其他一切能够干扰评估的因素，使数据的处理量更少且评估结果更加准确。

本实施例中的所有电子元器件都根据需要采用现售产品即可，例如，中央处理器可以采用amd锐龙ryzen51600处理器、英特尔intel酷睿i78700k处理器或者深圳市研川科技有限公司的aimb-9454，显示层可以采用金硕富仕佳fosshing的透明液晶显示屏等。

实施例二

与实施例一相比，本实施例的中央处理器内身体极限判断模型，在存储器内对应存储有身体极限参数判断表；身体极限参数判断表，从一些权威机构发布的数据中整理并按照现有手段实时更新针对不同性别不同年龄的人在做不同运动时的身体极限参数，如马拉松训练的标准正常人50分钟以内都可以跑10公里，而具体在不同年龄阶段的男性和女性的50分钟内完成的距离会不一样，身体极限参数判断表针对每一个年龄段的男性和女性进行了区分；又如同样的抬手动作，有些人能够抬高一百八十度，有些人只能抬高一百六十度，尤其是对那些某个身体部位有残疾的人而言，这些人在做某些动作时的极限参数低于正常人的平均参数值。中央处理器的身体极限判断模型，将获取到的用户身体数据和用户做每个动作的历史动作轨迹图像，中央处理器的身体极限判断模型按照身体极限参数判断表对比该用户所在年龄段相同性别的人在完成该动作时的极限参数，身体极限判断模型针对该用户产生个性极限参数，并通过个性极限参数调整教学视频中标准动作的难度。例如，与用户相同年龄段相同性别的正常人，在做一个动作的时候应该抬高一百八十度，这个动作的极限参数就是一百八十度，教学视频中显示的标准动作也为抬手一百八十度，但是中央处理器根据获取到的用户身体数据和用户在做相关动作的历史轨迹图像时，根据身体极限判断模型发现用户身体存在残疾无法做到一百八十度，则身体极限判断模型根据用户身体数据、历史轨迹图像和对应的标准极限参数(即身体极限参数判断表中对应的参数)，下调针对用户而言的极限参数产生个性极限参数。中央处理器根据个性极限参数调整教学视频中的标准动作，使形成的每个标准动作都是用户能够达到的，起到真正帮助用户锻炼身体的作用。避免使用户身体某些残疾或缺陷，而出现永远无法完成的动作，影响整体的用户健身运动完成度评估的准确性，使本系统评估的结果更加准确可靠。其中，身体极限判断模型可以按照本实施例中描述的模型，采用表格对应的方式进行一一比较，也可以按照现有技术采用其它能够进行比较判断的模型即可。

以上说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。