一种基于感应台面和球拍面采集兵乓球击打轨迹的方法、装置、计算机设备及存储介质

1.本发明属于体育器材技术领域，具体地涉及一种基于感应台面和球拍面采集兵乓球击打轨迹的方法、装置、计算机设备及存储介质。


背景技术：

2.乒乓球运动在我国广为普及，作为专业运动员，精湛的技术必须经过高强度和高效的训练，因此在训练或比赛中需观察乒乓球飞行轨迹，进而分析了解对手打球习惯与套路，对于了解对手是一个绝佳的途径，使得在训练或比赛中有必要采集获取乒乓球击打轨迹，以便进行还原再现或指导乒乓球机器人进行接球。
3.目前采集获取乒乓球击打轨迹的主要手段是应用基于高速摄像机的图像识别及追踪系统来完成，但是由于乒乓球非常小，乒乓球表面和乒乓球台表面因都很光滑容易反光，而且乒乓球行程很短，在高速运动(3
‑
5m/s)时整个有效行程仅持续0.5s左右，使得准确检测、识别和追踪乒乓球的任务非常困难，这对图像识别及追踪系统提出了极高的硬件成本需求，难以普遍推广和实现。


技术实现要素：

4.为了解决现有乒乓球击打轨迹采集方式所存在的系统硬件成本需求高的问题，本发明目的在于提供一种基于感应台面和球拍面采集兵乓球击打轨迹的方法、装置、计算机设备及存储介质，可以应用到布置有乒乓球感应台面和球拍面的乒乓球训练或比赛场所中，并通过在乒乓球击打时由感应台面或球拍面采集的球体碰撞空间位置/和已知碰撞面姿态数据，确定出乒乓球在碰撞后的出射空间位置、出射速度和出射自转角速度，最后基于这些数据可进一步确定出乒乓球在下一次碰撞前的击打轨迹，从而无需全程高速地成像、识别和追踪乒乓球，大大降低了对乒乓球击打轨迹采集系统的硬件成本需求，便于实际推广和应用。
5.第一方面，本发明提供了一种基于感应台面和球拍面采集兵乓球击打轨迹的方法，包括：
6.获取乒乓球在球体碰撞事件发生时由乒乓球碰撞对象触发记录的球体碰撞空间位置，其中，所述乒乓球碰撞对象为乒乓球台或乒乓球拍，所述乒乓球台具有用于感知是否发生所述球体碰撞事件的和用于定位所述球体碰撞空间位置的感应台面，所述乒乓球拍具有用于感知是否发生所述球体碰撞事件的、用于定位所述球体碰撞空间位置的和用于动态记录碰撞面姿态数据的球拍面；
7.根据所述球体碰撞空间位置、所述乒乓球的直径和所述乒乓球碰撞对象的已知碰撞面姿态数据，确定出所述乒乓球在所述球体碰撞事件发生后的出射空间位置；
8.根据所述已知碰撞面姿态数据以及所述乒乓球在所述球体碰撞事件发生前的已知入射速度和已知入射自转角速度，确定出所述乒乓球在所述球体碰撞事件发生后的出射
速度和出射自转角速度，其中，所述已知入射速度包含有所述乒乓球在入射时的已知速度值和已知速度方向，所述已知入射自转角速度包含有所述乒乓球在入射时的已知角速度值、已知自转方向和已知自转轴姿态数据，所述出射速度包含有所述乒乓球在出射时的速度值和速度方向，所述出射自转角速度包含有所述乒乓球在出射时的角速度值、自转方向和自转轴姿态数据；
9.根据所述出射空间位置、所述出射速度和所述出射自转角速度，确定出所述乒乓球在下一次球体碰撞事件发生前的击打轨迹。
10.基于上述发明内容，可提供一种基于乒乓球感应台面和球拍面采集乒乓球击打轨迹的全新方法，即在应用到布置有乒乓球感应台面和球拍面的乒乓球训练或比赛场所中时，可通过在乒乓球击打时由感应台面或球拍面采集的球体碰撞空间位置/和已知碰撞面姿态数据，确定出乒乓球在碰撞后的出射空间位置、出射速度和出射自转角速度，最后基于这些数据可进一步确定出乒乓球在下一次碰撞前的击打轨迹，从而无需全程高速地成像、识别和追踪乒乓球，大大降低了对乒乓球击打轨迹采集系统的硬件成本需求，便于实际推广和应用。
11.在一个可能的设计中，所述感应台面包括有球台碰撞面、第一压电式传感器、第一处理模块和通信模块，其中，所述第一压电式传感器的数目为若干且以平铺方式布置在所述球台碰撞面的正下方；
12.所述第一处理模块的输入端分别通信连接各个所述第一压电式传感器的输出端，用于监测在线的第一压电式传感器是否触发输出因球体碰撞而产生的脉冲信号，若收到来自某个第一压电式传感器的脉冲信号，则判定发生了一次球体碰撞事件，并将与该第一压电式传感器对应的正上方碰撞面空间位置作为所述球体碰撞空间位置；
13.所述通信模块通信连接所述第一处理模块，用于对外传送所述球体碰撞空间位置。
14.在一个可能的设计中，所述球拍面包括有球拍碰撞面、第二压电式传感器、第二处理模块、姿态传感器和无线模块，其中，所述第二压电式传感器的数目为若干且以平铺方式布置在所述球拍碰撞面的正下方，所述姿态传感器与所述球拍碰撞面的位置关系固定；
15.所述第二处理模块的输入端分别通信连接各个所述第二压电式传感器的输出端和所述姿态传感器的输出端，用于监测在线的第二压电式传感器是否触发输出因球体碰撞而产生的脉冲信号，若收到来自某个第二压电式传感器的脉冲信号，则判定发生了一次球体碰撞事件，并将根据所述球拍碰撞面在脉冲信号上边沿时的空间位置确定出的且与该第一压电式传感器对应的正上方碰撞面空间位置作为所述球体碰撞空间位置，以及根据所述球拍碰撞面在所述脉冲信号上边沿时输出的姿态数据和所述姿态传感器与所述球拍碰撞面的位置关系，确定出所述乒乓球拍的已知碰撞面姿态数据，其中，所述球拍碰撞面在所述脉冲信号上边沿时的空间位置是根据所述球拍碰撞面的已知初始空间位置及已知初始速度和由所述姿态传感器在初始时刻至所述脉冲信号上边沿之间输出的所有加速度数据确定的，所述已知初始速度包含有所述球拍碰撞面在所述初始时刻的已知速度值和已知速度方向；
16.所述无线模块通信连接所述第二处理模块，用于对外传送所述球体碰撞空间位置和所述已知碰撞面姿态数据。
17.在一个可能的设计中，当所述乒乓球碰撞对象为乒乓球拍时，根据所述已知碰撞面姿态数据以及所述乒乓球在所述球体碰撞事件发生前的已知入射速度和已知入射自转角速度，确定出所述乒乓球在所述球体碰撞事件发生后的出射速度和出射自转角速度，包括：
18.根据所述球拍碰撞面的所述已知初始速度和由所述姿态传感器在初始时刻至所述脉冲信号上边沿之间输出的所有加速度数据，确定出所述球拍碰撞面在所述脉冲信号上边沿时的运动速度；
19.将所述已知碰撞面姿态数据、所述已知入射速度、所述已知入射自转角速度和所述球拍碰撞面在所述脉冲信号上边沿时的运动速度，导入已知的乒乓球与球拍反弹模型中，得到所述乒乓球在所述球体碰撞事件发生后的出射速度和出射自转角速度，其中，所述乒乓球与球拍反弹模型为通过物理分析得到的反弹模型或通过学习和多变量线性拟合方式得到的线性反弹模型。
20.在一个可能的设计中，当所述乒乓球碰撞对象为乒乓球台时，根据所述已知碰撞面姿态数据以及所述乒乓球在所述球体碰撞事件发生前的已知入射速度和已知入射自转角速度，确定出所述乒乓球在所述球体碰撞事件发生后的出射速度和出射自转角速度，包括：
21.将所述已知碰撞面姿态数据、所述已知入射速度和所述已知入射自转角速度，导入已知的乒乓球与球台反弹模型中，得到所述乒乓球在所述球体碰撞事件发生后的出射速度和出射自转角速度，其中，所述乒乓球与球台反弹模型为通过物理分析得到的相对滑动反弹模型和/或相对滚动反弹模型，或者所述乒乓球与球台反弹模型为通过学习和多变量线性拟合方式得到的线性反弹模型。
22.在一个可能的设计中，所述乒乓球在所述球体碰撞事件发生前的已知入射速度和已知入射自转角速度是根据所述乒乓球在所述球体碰撞事件发生前的已知飞行轨迹来确定的。
23.在一个可能的设计中，根据所述出射空间位置、所述出射速度和所述出射自转角速度，确定出所述乒乓球在下一次球体碰撞事件发生前的击打轨迹，包括：
24.设空间坐标系为用xz面表示水平面且用y轴正方向表示竖直朝上方向的xyz直角坐标系；
25.按照如下表达式得到所述乒乓球在下一次球体碰撞事件发生前所受到的重力g：
26.g＝mg
27.式中，m表示所述乒乓球的重量，g表示重力加速度；
28.按照如下表达式得到所述乒乓球在下一次球体碰撞事件发生前所受到的空气阻力f
r
：
[0029][0030]
式中，ρ表示空气密度，a表示所述乒乓球的横截面积，v表示乒乓球速度，c
d
表示阻力系数，并可按照如下公式进行计算：
[0031][0032]
式中，r
e
表示雷诺数，并可按照如下公式进行计算：
[0033][0034]
式中，ρ
′
表示空气密度在单位为千克/立方米上的数值，d
′
表示乒乓球直径在单位为米上的数值，v
′
表示乒乓球速度在单位为米/秒上的数值，η表示空气粘滞系数；
[0035]
按照如下表达式得到所述乒乓球在下一次球体碰撞事件发生前所受到的马格努斯力f
m
：
[0036][0037]
式中，π表示圆周率，ρ表示空气密度，ω表示所述乒乓球的自转角速度，d表示所述乒乓球的直径，v表示所述乒乓球速度；
[0038]
在忽略所述乒乓球在下一次球体碰撞事件发生前所受到的空气浮力和空气摩擦力时，根据牛顿第二定律得到所述乒乓球在下一次球体碰撞事件发生前的乒乓球速度v＝(v
x
,v
y
,v
z
)：
[0039][0040]
式中，t0表示所述乒乓球的出射时刻，t表示在下一次球体碰撞事件发生前至出射时刻t0的时长，v
x
表示所述乒乓球速度v在x轴上的分量，v
y
表示所述乒乓球速度v在y轴上的分量，v
z
表示所述乒乓球速度v在z轴上的分量，v
x0
表示在出射时刻t0的且所述乒乓球速度v在x轴上的分量，v
y0
表示在出射时刻t0的且所述乒乓球速度v在y轴上的分量，v
z0
表示在出射时刻t0的且所述乒乓球速度v在z轴上的分量，(v
x0
,v
y0
,v
z0
)表示所述出射速度，在出射时刻t0的空气阻力f
r
根据所述出射速度确定，在出射时刻t0的马格努斯力f
m
根据所述出射速度和所述出射自转角速度确定，θ表示所述乒乓球的速度方向与xz平面的夹角，表示所述乒乓球的速度方向在xz平面上的投影与z轴正方向的夹角，α表示马格努斯力f
m
与xz平面的夹角；
[0041]
按照如下公式得到所述乒乓球在下一次球体碰撞事件发生前的击打轨迹(x
t
,y
t
,
z
t
)：
[0042][0043]
式中，(x0,y0,z0)表示所述出射空间位置在所述xyz直角坐标系中的坐标。
[0044]
第二方面，本发明提供了一种基于感应台面和球拍面采集兵乓球击打轨迹的装置，包括有依次通信连接的碰撞位置获取单元、出射位置确定单元、出射参数确定单元和击打轨迹确定单元；
[0045]
所述碰撞位置获取单元，用于获取乒乓球在球体碰撞事件发生时由乒乓球碰撞对象触发记录的球体碰撞空间位置，其中，所述乒乓球碰撞对象为乒乓球台或乒乓球拍，所述乒乓球台具有用于感知是否发生所述球体碰撞事件的和用于定位所述球体碰撞空间位置的感应台面，所述乒乓球拍具有用于感知是否发生所述球体碰撞事件的、用于定位所述球体碰撞空间位置的和用于动态记录碰撞面姿态数据的球拍面；
[0046]
所述出射位置确定单元，用于根据所述球体碰撞空间位置、所述乒乓球的直径和所述乒乓球碰撞对象的已知碰撞面姿态数据，确定出所述乒乓球在所述球体碰撞事件发生后的出射空间位置；
[0047]
所述出射参数确定单元，用于根据所述已知碰撞面姿态数据以及所述乒乓球在所述球体碰撞事件发生前的已知入射速度和已知入射自转角速度，确定出所述乒乓球在所述球体碰撞事件发生后的出射速度和出射自转角速度，其中，所述已知入射速度包含有所述乒乓球在入射时的已知速度值和已知速度方向，所述已知入射自转角速度包含有所述乒乓球在入射时的已知角速度值、已知自转方向和已知自转轴姿态数据，所述出射速度包含有所述乒乓球在出射时的速度值和速度方向，所述出射自转角速度包含有所述乒乓球在出射时的角速度值、自转方向和自转轴姿态数据；
[0048]
所述击打轨迹确定单元，用于根据所述出射空间位置、所述出射速度和所述出射自转角速度，确定出所述乒乓球在下一次球体碰撞事件发生前的击打轨迹。
[0049]
第三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括依次通信相连的存储器、处理器和收发器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述收发器用于收发数据，所述处理器用于读取所述计算机程序，执行如第一方面或第一方面中任意一种可能设计所述的方法。
[0050]
第四方面，本发明提供了一种存储介质，所述存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，执行如上第一方面或第一方面中任意一种可能设计的所述的方法。
[0051]
第五方面，本发明提供了一种包含指令的计算机程序产品，当所述指令在计算机上运行时，使所述计算机执行如上第一方面或第一方面中任意一种可能设计的所述的方法。
附图说明
[0052]
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使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0053]
图1是本发明提供的基于感应台面和球拍面采集兵乓球击打轨迹的方法流程示意图。
[0054]
图2是本发明提供的感应台面与乒乓球在碰撞时的剖视结构示意图。
[0055]
图3是本发明提供的球拍面与乒乓球在碰撞时的剖视结构示意图。
[0056]
图4是本发明提供的乒乓球在击打后空气中的受力分析示意图。
[0057]
图5是本发明提供的基于感应台面和球拍面采集兵乓球击打轨迹的装置结构示意图。
[0058]
图6是本发明提供的计算机设备的结构示意图。
[0059]
上述附图中：11
‑
球台碰撞面；12
‑
第一压电式传感器；13
‑
第一处理模块；14
‑
通信模块；21
‑
球拍碰撞面；22
‑
第二压电式传感器；23
‑
第二处理模块；24
‑
姿态传感器；25
‑
无线模块；100
‑
乒乓球。
具体实施方式
[0060]
下面结合附图及具体实施例来对本发明作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明虽然是用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明示例的实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。
[0061]
应当理解，尽管本文可能使用术语第一、第二等等来描述各种单元，但是这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元,并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本发明示例的实施例的范围。
[0062]
应当理解，对于本文中可能出现的术语“和/或”，其仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，单独存在b，同时存在a和b三种情况；对于本文中可能出现的术语“/和”，其是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，a/和b，可以表示：单独存在a，单独存在a和b两种情况；另外，对于本文中可能出现的字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
[0063]
应当理解，在本文中若将单元称作与另一个单元“连接”、“相连”或“耦合”时，它可以与另一个单元直相连接或耦合，或中间单元可以存在。相対地，在本文中若将单元称作与另一个单元“直接相连”或“直接耦合”时，表示不存在中间单元。另外，应当以类似方式来解释用于描述单元之间的关系的其他单词(例如，“在
……
之间”对“直接在
……
之间”,“相邻”对“直接相邻”等等)。
[0064]
应当理解，本文使用的术语仅用于描述特定实施例，并不意在限制本发明示例的实施例。若本文所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”意在包括复数形式，除非上下文明确指示相反意思。还应当理解，若术语“包括”、“包括了”、“包含”和/或“包含了”在本文中被使用时,指定所声明的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在性,并且不排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、单元、组件和/或他们的组合存在性或增加。
[0065]
应当理解，还应当注意到在一些备选可能设计中，所出现的功能/动作可能与附图
出现的顺序不同。例如,取决于所涉及的功能/动作,实际上可以实质上并发地执行,或者有时可以以相反的顺序来执行连续示出的两个图。
[0066]
应当理解，在下面的描述中提供了特定的细节,以便于对示例实施例的完全理解。然而,本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。例如可以在框图中示出系统，以避免用不必要的细节来使得示例不清楚。在其他实例中，可以不以非必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术，以避免使得示例实施例不清楚。
[0067]
如图1～4所示，本实施例第一方面提供的所述基于感应台面和球拍面采集兵乓球击打轨迹的方法，可以但不限于应用在布置有乒乓球击打轨迹采集系统(其包括有位于乒乓球台上的感应台面、乒乓球拍上的球拍面和计算机设备等)的乒乓球训练或比赛场所中，并由该乒乓球击打轨迹采集系统中的计算机设备执行，以便在碰撞后得到乒乓球在下一次碰撞前的击打轨迹。所述基于感应台面和球拍面采集兵乓球击打轨迹的方法，可以但不限于包括有如下步骤s101～s104。
[0068]
s101.获取乒乓球在球体碰撞事件发生时由乒乓球碰撞对象触发记录的球体碰撞空间位置，其中，所述乒乓球碰撞对象为乒乓球台或乒乓球拍，所述乒乓球台具有用于感知是否发生所述球体碰撞事件的和用于定位所述球体碰撞空间位置的感应台面，所述乒乓球拍具有用于感知是否发生所述球体碰撞事件的、用于定位所述球体碰撞空间位置的和用于动态记录碰撞面姿态数据的球拍面。
[0069]
在所述步骤s101中，所述球体碰撞空间位置是指所述乒乓球与所述乒乓球碰撞对象的碰撞点在空间坐标系中的空间坐标，如图2中所示的点l
c1
和如图3中所示的点l
c2
。所述球体碰撞空间位置在由所述感应台面或所述球拍面采集后，可实时传送至计算机设备本地，以便实现实时获取，也可以先传送至数据库中，然后由计算机设备在需要还原乒乓球击打轨迹时，从所述数据库中读取。
[0070]
在所述步骤s101中，如图2所示，所述感应台面包括有球台碰撞面11、第一压电式传感器12、第一处理模块13和通信模块14，其中，所述第一压电式传感器12的数目为若干且以平铺方式布置在所述球台碰撞面11的正下方；所述第一处理模块13的输入端分别通信连接各个所述第一压电式传感器12的输出端，用于监测在线的第一压电式传感器12是否触发输出因球体碰撞而产生的脉冲信号，若收到来自某个第一压电式传感器12的脉冲信号，则判定发生了一次球体碰撞事件，并将与该第一压电式传感器12对应的正上方碰撞面空间位置作为所述球体碰撞空间位置；所述通信模块14通信连接所述第一处理模块13，用于对外传送所述球体碰撞空间位置。所述第一压电式传感器12用于在所述乒乓球碰撞所述球台碰撞面11时，基于通过机械波震动产生的压电效应来触发输出所述因球体碰撞而产生的脉冲信号，其可以采用具有微型/超微型尺寸的现有压电式传感器件来实现(尺寸越小，确定的球体碰撞空间位置越精确)，同时其布置位置与所述球台碰撞面11的间距需在不影响球体碰撞效果的基础上尽可能的小，以便确保传感器触发所述因球体碰撞而产生脉冲信号的灵敏度。由于所述第一压电式传感器12的布置位置与所述球台碰撞面11的位置关系是固定的，因此可以在锁定第一压电式传感器12后，直接确定与该第一压电式传感器12对应的正上方碰撞面空间位置，例如图2所示，当锁定布置在点l
s1
的第一压电式传感器12后，可以将对应的正上方碰撞面空间位置l
c1
作为所述球体碰撞空间位置。此外，所述第一处理模块13和所述通信模块14可以内嵌在所述乒乓球台的内部腔体中，其中，所述第一处理模块13可
以但不限于采用现有的微处理器芯片及其外围电路实现，所述通信模块可以是有线通信模块，例如rs232接口或rs485接口等，也可以是无线通信模块，例如蓝牙通信模块等。
[0071]
在所述步骤s101中，如图3所示，所述球拍面包括有球拍碰撞面21、第二压电式传感器22、第二处理模块23、姿态传感器24和无线模块25，其中，所述第二压电式传感器22的数目为若干且以平铺方式布置在所述球拍碰撞面21的正下方，所述姿态传感器24与所述球拍碰撞面21的位置关系固定；所述第二处理模块23的输入端分别通信连接各个所述第二压电式传感器22的输出端和所述姿态传感器24的输出端，用于监测在线的第二压电式传感器22是否触发输出因球体碰撞而产生的脉冲信号，若收到来自某个第二压电式传感器22的脉冲信号，则判定发生了一次球体碰撞事件，并将根据所述球拍碰撞面21在脉冲信号上边沿时的空间位置确定出的且与该第一压电式传感器12对应的正上方碰撞面空间位置作为所述球体碰撞空间位置，以及根据所述球拍碰撞面21在所述脉冲信号上边沿时输出的姿态数据和所述姿态传感器24与所述球拍碰撞面21的位置关系，确定出所述乒乓球拍的已知碰撞面姿态数据，其中，所述球拍碰撞面21在所述脉冲信号上边沿时的空间位置是根据所述球拍碰撞面21的已知初始空间位置及已知初始速度和由所述姿态传感器24在初始时刻至所述脉冲信号上边沿之间输出的所有加速度数据确定的，所述已知初始速度包含有所述球拍碰撞面21在所述初始时刻的已知速度值和已知速度方向；所述无线模块25通信连接所述第二处理模块23，用于对外传送所述球体碰撞空间位置和所述已知碰撞面姿态数据。
[0072]
所述球拍碰撞面21在所述乒乓球拍上可以是单面布置，也可以是如图3所示的双面布置。所述第二压电式传感器22同样用于在所述乒乓球碰撞所述球拍碰撞面21时，基于通过机械波震动产生的压电效应来触发输出所述因球体碰撞而产生的脉冲信号，其可以采用具有微型/超微型尺寸的现有压电式传感器件来实现(尺寸越小，确定的球体碰撞空间位置越精确)，同时其布置位置与所述球拍碰撞面21的间距需在不影响球体碰撞效果的基础上尽可能的小，以便确保传感器触发所述因球体碰撞而产生脉冲信号的灵敏度。由于所述第二压电式传感器22的布置位置与所述球拍碰撞面21的位置关系是固定的，因此可以在锁定第二压电式传感器22和计算得到所述球拍碰撞面21在所述脉冲信号上边沿时的空间位置后，基于几何知识确定出与该第二压电式传感器22对应的正上方碰撞面空间位置，并作为所述球体碰撞空间位置，例如图3所示，当锁定布置在点l
s2
的第二压电式传感器22后，可以将对应的且基于几何知识确定出的正上方碰撞面空间位置l
c2
作为所述球体碰撞空间位置。所述姿态传感器24是一种基于mems(micro
‑
electro
‑
mechanical system，微电子机械系统)技术的高性能三维运动姿态测量模块，包含有三轴陀螺仪、三轴加速度计，三轴电子罗盘等子运动传感器，通过内嵌的低功耗处理器可输出校准过的角速度、加速度和磁数据等，并通过基于四元数的传感器数据算法进行运动姿态测量，实时输出以四元数和欧拉角等表示的零漂移三维姿态数据，其可以但不限于采用博世bosch/德州仪器原厂生产的姿态传感器，例如型号为bm250的姿态传感器。
[0073]
所述第二处理模块23、所述姿态传感器24和所述无线模块25可以内嵌在所述乒乓球拍的内部腔体中，其中，所述第二处理模块23可以但不限于采用现有的微处理器芯片及其外围电路实现，所述无线模块可以但不限于采用蓝牙通信模块等。此外，所述球拍碰撞面21的已知初始空间位置及已知初始速度可以但不限于分别为在拿起所述乒乓球拍时的球拍存放空间位置和为0的速度；根据所述球拍碰撞面21的已知初始空间位置及已知初始速
度和由所述姿态传感器24在初始时刻至所述脉冲信号上边沿之间输出的所有加速度数据，确定所述球拍碰撞面21在所述脉冲信号上边沿时的空间位置的具体方式，可以基于现有常规的加速度运动模型得到；根据所述球拍碰撞面21在所述脉冲信号上边沿时输出的姿态数据和所述姿态传感器24与所述球拍碰撞面21的位置关系，确定出所述已知碰撞面姿态数据的具体方式，可以基于几何知识得到。
[0074]
s102.根据所述球体碰撞空间位置、所述乒乓球的直径和所述乒乓球碰撞对象的已知碰撞面姿态数据，确定出所述乒乓球在所述球体碰撞事件发生后的出射空间位置。
[0075]
在所述步骤s102中，当所述乒乓球碰撞对象为乒乓球台时，由于所述乒乓球台是固定的，因此可以通过常规测量方式得到对应的已知碰撞面姿态数据；而当所述乒乓球碰撞对象为乒乓球拍时，由于所述乒乓球拍是可运动的，因此需由所述乒乓球拍将在所述脉冲信号上边沿时确定出的已知碰撞面姿态数据传送给计算机设备，以便顺利执行本步骤s102。此外，根据所述球体碰撞空间位置、所述乒乓球的直径和所述乒乓球碰撞对象的已知碰撞面姿态数据，确定出所述出射空间位置的具体方式，可以基于几何知识得到；如图2所示，可以基于几何知识，根据所述球台碰撞面11的已知碰撞面姿态数据、所述球体碰撞空间位置(即点l
c1
)和所述乒乓球的直径(即点l
c1
至点l
b1
的2倍距离)，确定出所述出射空间位置为点l
b1
；又如图3所示，可以基于几何知识，根据所述球拍碰撞面21的已知碰撞面姿态数据、所述球体碰撞空间位置(即点l
c2
)和所述乒乓球的直径(即点l
c2
至点l
b2
的2倍距离)，确定出所述出射空间位置为点l
b2
。
[0076]
s103.根据所述已知碰撞面姿态数据以及所述乒乓球在所述球体碰撞事件发生前的已知入射速度和已知入射自转角速度，确定出所述乒乓球在所述球体碰撞事件发生后的出射速度和出射自转角速度，其中，所述已知入射速度包含有所述乒乓球在入射时的已知速度值和已知速度方向，所述已知入射自转角速度包含有所述乒乓球在入射时的已知角速度值、已知自转方向和已知自转轴姿态数据，所述出射速度包含有所述乒乓球在出射时的速度值和速度方向，所述出射自转角速度包含有所述乒乓球在出射时的角速度值、自转方向和自转轴姿态数据。
[0077]
在所述步骤s103中，所述乒乓球在所述球体碰撞事件发生前的已知入射速度和已知入射自转角速度是根据所述乒乓球在所述球体碰撞事件发生前的已知飞行轨迹来确定的，例如根据在前一次球体碰撞事件发生后至本次球体碰撞事件发生时的且执行后续步骤s104获知的已知飞行轨迹来确定，特别地，在人工发球触发所述乒乓球与所述乒乓球拍碰撞时，可默认所述已知入射速度和所述已知入射自转角速度分别为0。
[0078]
在所述步骤s103中，当所述乒乓球碰撞对象为乒乓球台时，根据所述已知碰撞面姿态数据以及所述乒乓球在所述球体碰撞事件发生前的已知入射速度和已知入射自转角速度，确定出所述乒乓球在所述球体碰撞事件发生后的出射速度和出射自转角速度，包括：将所述已知碰撞面姿态数据、所述已知入射速度和所述已知入射自转角速度，导入已知的乒乓球与球台反弹模型中，得到所述乒乓球在所述球体碰撞事件发生后的出射速度和出射自转角速度，其中，所述乒乓球与球台反弹模型为通过物理分析得到的相对滑动反弹模型和/或相对滚动反弹模型，或者所述乒乓球与球台反弹模型为通过学习和多变量线性拟合方式得到的线性反弹模型。前述乒乓球与球台的相对滑动反弹模型、相对滚动反弹模型和线性反弹模型均可通过现有常规方式得到，例如具体可参见论文《旋转球与乒乓球台/球拍
的反弹模型》(控制理论与应用，第29卷第11期，2012年11月)或其它相关论文。
[0079]
在所述步骤s103中，当所述乒乓球碰撞对象为乒乓球拍时，根据所述已知碰撞面姿态数据以及所述乒乓球在所述球体碰撞事件发生前的已知入射速度和已知入射自转角速度，确定出所述乒乓球在所述球体碰撞事件发生后的出射速度和出射自转角速度，包括：根据所述球拍碰撞面21的所述已知初始速度和由所述姿态传感器24在初始时刻至所述脉冲信号上边沿之间输出的所有加速度数据，确定出所述球拍碰撞面21在所述脉冲信号上边沿时的运动速度；将所述已知碰撞面姿态数据、所述已知入射速度、所述已知入射自转角速度和所述球拍碰撞面21在所述脉冲信号上边沿时的运动速度，导入已知的乒乓球与球拍反弹模型中，得到所述乒乓球在所述球体碰撞事件发生后的出射速度和出射自转角速度，其中，所述乒乓球与球拍反弹模型为通过物理分析得到的反弹模型或通过学习和多变量线性拟合方式得到的线性反弹模型。根据所述球拍碰撞面21的所述已知初始速度和由所述姿态传感器24在初始时刻至所述脉冲信号上边沿之间输出的所有加速度数据，确定出所述运动速度的具体方式，可以基于现有常规的加速度运动模型得到；前述乒乓球与球拍的反弹模型和线性反弹模型均可通过现有常规方式得到，例如具体可参见论文《旋转球与乒乓球台/球拍的反弹模型》(控制理论与应用，第29卷第11期，2012年11月)或其它相关论文。
[0080]
s104.根据所述出射空间位置、所述出射速度和所述出射自转角速度，确定出所述乒乓球在下一次球体碰撞事件发生前的击打轨迹。
[0081]
在所述步骤s104中，如图4所示，可通过基于乒乓球在击打后空气中的受力分析结果而得到的乒乓球飞行模型，确定出所述乒乓球在下一次球体碰撞事件发生前的击打轨迹，具体的，可以但不限于包括有如下步骤s1041～s1046。
[0082]
s1041.设空间坐标系为用xz面表示水平面且用y轴正方向表示竖直朝上方向的xyz直角坐标系。
[0083]
s1042.按照如下表达式得到所述乒乓球在下一次球体碰撞事件发生前所受到的重力g：
[0084]
g＝mg
[0085]
式中，m表示所述乒乓球的重量，g表示重力加速度。
[0086]
在所述步骤s1042中，重力g的方向为竖直向下，如图4所示。
[0087]
s1043.按照如下表达式得到所述乒乓球在下一次球体碰撞事件发生前所受到的空气阻力f
r
：
[0088][0089]
式中，ρ表示空气密度，a表示所述乒乓球的横截面积，v表示乒乓球速度，c
d
表示阻力系数，并可按照如下公式进行计算：
[0090][0091]
式中，r
e
表示雷诺数，并可按照如下公式进行计算：
[0092][0093]
式中，ρ
′
表示空气密度在单位为千克/立方米上的数值，d
′
表示乒乓球直径在单位为米上的数值，v
′
表示乒乓球速度在单位为米/秒上的数值，η表示空气粘滞系数。
[0094]
在所述步骤s1043中，根据所述空气阻力f
r
的表达式可知，其数值大小主要由雷诺数r
e
和乒乓球速度v决定，其中，所述雷诺数r
e
是流体中惯性力与粘滞力比值的量度，若两个几何相似流场的雷诺数相等，则对应微团的惯性力与粘滞力之比相等；雷诺数越小意味着粘滞力影响越显著，而越大意味着惯性力影响越显著；雷诺数很小的流动(如润滑膜内的流动)，其粘滞性影响遍及全流场；而雷诺数很大的流动(如一般飞行器的绕流)，其粘滞性影响仅在物面附近的边界层或尾迹中。由于所述乒乓球速度v在受力后会随着时间而动态改变，因此所述空气阻力f
r
也会随着时间而动态改变，其数值大小是一个关于变量包含有时间的函数，同时所述空气阻力f
r
的方向与所述乒乓球速度v的方向始终截然相反，如图4所示。此外，由于在不同环境温度下空气密度和空气粘滞系数均会不同，因此在计算时需要基于环境温度进行对应取值，例如当环境温度为10摄氏度时，可取空气密度为1.205千克/立方米，空气粘滞系数为17.8
×
10
‑6。
[0095]
s1044.按照如下表达式得到所述乒乓球在下一次球体碰撞事件发生前所受到的马格努斯力f
m
：
[0096][0097]
式中，π表示圆周率，ρ表示空气密度，ω表示所述乒乓球的自转角速度，d表示所述乒乓球的直径，v表示所述乒乓球速度。
[0098]
在所述步骤s1044中，马格努斯效应是一种粘性效应，它是由于旋转物体在粘性流体中运动时产生的，乒乓球在空气中的运动过程，可以看做是均匀分布的球体在流体中的运动过程，一般来说，在流体中运动的物体主要受到升力、阻力和侧压力的作用，即乒乓球在旋转时，在它周围的附面层产生了环流，前方回流和环流的共同作用结果就是：若回流与环流方向相同，则流速加快，相反则流速减慢；而根据伯努利原理，流速加快的一侧压力小，流速减慢的一侧压力大，两侧的压力差对乒乓球产生的作用成为马格努斯力，并由如可夫斯基环流理论，可以得到上述马格努斯力的表达式。由于所述乒乓球速度v在受力后会随着时间而动态改变，以及所述乒乓球的自转角速度ω也会因存在空气摩擦力矩而随着时间而变慢，因此所述马格努斯力f
m
也会随着时间而动态改变，其数值大小是一个关于变量包含
有时间的函数，同时所述马格努斯力f
m
的方向可通过右手定则来确定：当右手拇指、食指和中指两两垂直时，拇指指向自转角速度方向，食指指向运动速度方向，那么中指指向就是马格努斯力方向，如图4所示。
[0099]
s1045.在忽略所述乒乓球在下一次球体碰撞事件发生前所受到的空气浮力和空气摩擦力时，根据牛顿第二定律得到所述乒乓球在下一次球体碰撞事件发生前的乒乓球速度v＝(v
x
,v
y
,v
z
)：
[0100][0101]
式中，t0表示所述乒乓球的出射时刻，t表示在下一次球体碰撞事件发生前至出射时刻t0的时长，v
x
表示所述乒乓球速度v在x轴上的分量，v
y
表示所述乒乓球速度v在y轴上的分量，v
z
表示所述乒乓球速度v在z轴上的分量，v
x0
表示在出射时刻t0的且所述乒乓球速度v在x轴上的分量，v
y0
表示在出射时刻t0的且所述乒乓球速度v在y轴上的分量，v
z0
表示在出射时刻t0的且所述乒乓球速度v在z轴上的分量，(v
x0
,v
y0
,v
z0
)表示所述出射速度，在出射时刻t0的空气阻力f
r
根据所述出射速度确定，在出射时刻t0的马格努斯力f
m
根据所述出射速度和所述出射自转角速度确定，θ表示所述乒乓球的速度方向与xz平面的夹角，表示所述乒乓球的速度方向在xz平面上的投影与z轴正方向的夹角，α表示马格努斯力f
m
与xz平面的夹角。
[0102]
在所述步骤s1045中，由于所述乒乓球的体积较小，其所受到的空气浮力相对于重力甚小，因此忽略不计；同时由于所述乒乓球的体积、速度和角速度都相对较小，因此其所受到的空气摩擦力也忽略不计，默认所述乒乓球的自转角速度ω的数值无变化。
[0103]
s1046.按照如下公式得到所述乒乓球在下一次球体碰撞事件发生前的击打轨迹(x
t
,y
t
,z
t
)：
[0104][0105]
式中，(x0,y0,z0)表示所述出射空间位置在所述xyz直角坐标系中的坐标。
[0106]
由此通过上述步骤s101～s104所详细描述的乒乓球击打轨迹采集方案，可提供一种基于乒乓球感应台面和球拍面采集乒乓球击打轨迹的全新方法，即在应用到布置有乒乓球感应台面和球拍面的乒乓球训练或比赛场所中时，可通过在乒乓球击打时由感应台面或球拍面采集的球体碰撞空间位置/和已知碰撞面姿态数据，确定出乒乓球在碰撞后的出射空间位置、出射速度和出射自转角速度，最后基于这些数据可进一步确定出乒乓球在下一
stick)等，所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。
[0116]
本实施例第四方面提供的前述存储介质的工作过程、工作细节和技术效果，可以参见第一方面或第一方面中任意一种可能设计所述的方法，于此不再赘述。
[0117]
本实施例第五方面提供了一种包含指令的计算机程序产品，当所述指令在计算机上运行时，使所述计算机执行如第一方面或第一方面中任意一种可能设计所述的方法。其中，所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。
[0118]
以上所描述的实施例仅仅是示意性的，若涉及到作为分离部件说明的单元，其可以是或者也可以不是物理上分开的；若涉及到作为单元显示的部件，其可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0119]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
[0120]
最后应说明的是，本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。