提高运动指导效率的装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种提高运动指导效率的装置及方法。
【背景技术】
[0002] 长期以来，在与人体运动有关的领域中，如体育、舞蹈、武术、戏曲等，实践中都存 在一些围绕教学双方的共性问题。其中比较突出的有"运动技艺要领细节的失真或失传"、 "人体个体差异引起的技术标准设定障碍"、"教练精力有限性和交通时间占用引起的实践 时间效率低下"等等。
[0003] 为此，现有技术在上述领域也早有各种专门研宄。目前大多采用动作捕捉、表面肌 电检测、力学及其他运动物理量（如速度、加速度、角速度等）测试等方式，尝试对人体运动 进行信息记录、分析和数据挖掘等。
[0004] 现有技术通常将人体外表的运动轨迹、表面肌电获取的数据，进行相互割裂的单 独分析和利用；或者仅在数学意义上的时域、频域等，对上述数据进行各类关联性分析等； 也有些则通过进一步的数据处理，再结合速度、步距、角度、高度等，来尝试记录和评价人体 的运动动作。
[0005] 但诸如此类方案大多整体或局部地存在如下几点问题：
[0006] 1.最终输出的是高度专业化的科研用数据、图表形式的报告，不具有科研领域知 识背景的普通教练和运动员不能快速解读，甚至无法解读，因此对运动的指导效用十分有 限；
[0007] 2.不能解决人体个体身材差异问题，从而使得某些运动指导方法和标准无法进行 大众推广；
[0008] 3.对于"揭示、分析和运用人体狭义运动系统的协作规律"的问题流于表象，使得 最终产品所能提供的运动指导信息对不同人群造成不同的效果，对部分人群而言，可能使 得其运动行为与强身健体的本意相违背，甚至变成有害健康的行为；
[0009] 4.很多不同的人体运动系统工作情况，可能被最终记录为完全一致的运动信息。
【发明内容】
[0010] 本发明要解决的技术问题是提供一种提高运动指导效率的装置及方法，能够利用 人体狭义运动系统内在协作关系，便于用户快速、直观地理解和运用针对运动指导信息，而 且可以克服人体身材差异对运动指导带来的障碍。对于专业运动员，本发明能够通过提高 运动指导效率而达到加快运动员个人技能提高速度的效果；对于推广普及太极拳运动等群 众健身项目，本发明能在一定程度上解决以往此类项目遭遇的"动作标准性"与"个体身材 差异性"之间的矛盾问题。
[0011] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种提高运动指导效率的装置，包括：
[0012] 运动捕捉装置，用于捕捉测试对象的动作以获得骨参数；
[0013] 表面肌电仪，用于捕捉所述测试对象在执行所述动作时的肌电信号；
[0014] 综合处理器，与所述运动捕捉装置和表面肌电仪耦合以接收并时域同步所述测试 对象的骨参数和肌电信号，并将所述测试对象的骨参数和肌电信号与示范员的动作过程信 息进行匹配对比，所述示范员的动作过程信息至少包括所述示范员在执行所述动作时的骨 参数和肌电信号；
[0015] 头戴式多媒体设备，与所述综合处理器耦合以接收所述综合处理器输出的匹配对 比结果，并将所述匹配对比结果呈现给所述测试对象。
[0016] 根据本发明的一个实施例，所述表面肌电仪仅用于检测与所述测试对象执行的动 作相关联的骨骼肌的肌电信号。
[0017] 根据本发明的一个实施例，所述头戴式多媒体设备以声音和/或图形的方式向所 述测试对象呈现所述匹配对比结果。
[0018] 根据本发明的一个实施例，所述综合处理器将所述测试对象的骨参数和肌电信号 上传至远程服务器，以供存储和/或分析。
[0019] 为了解决上述问题，本发明还提供了一种基于上述装置的提高运动指导效率的方 法，包括：
[0020] 所述运动捕捉设备捕捉测试对象的动作，以获得骨参数；
[0021] 所述表面肌电仪捕捉所述测试对象在执行所述动作时的肌电信号；
[0022] 所述综合处理器时域同步所述测试对象的骨参数和肌电信号，并将所述测试对象 的骨参数和肌电信号与示范员的动作过程信息进行匹配对比，所述示范员的动作过程信息 至少包括所述示范员在执行所述动作时的骨参数和肌电信号；
[0023] 所述头戴式多媒体设备接收所述综合处理器输出的匹配对比结果，并将所述匹配 对比结果呈现给所述测试对象。
[0024] 根据本发明的一个实施例，所述综合处理器进行匹配对比包括：
[0025] 依据所述测试对象的骨参数和肌电信号计算得到所述测试对象的骨连接参数，所 述骨连接参数包括关节活动工况和/或纤维结缔组织工况；
[0026] 依据所述测试对象的肌电信号计算确定得到所述测试对象的骨骼肌工况；
[0027] 将所述测试对象的骨参数、骨连接参数、骨骼肌工况与所述示范员的动作过程信 息中的对应数据进行匹配对比。
[0028] 根据本发明的一个实施例，将所述测试对象的骨参数、骨连接参数、骨骼肌工况与 所述示范员的动作过程信息中的对应数据进行匹配对比之前，所述方法还包括：
[0029] 将所述测试对象的骨参数、骨连接参数、骨骼肌工况分别换算为医学标准人体模 型下的对应参数，所述示范员的动作过程信息建立在同一医学标准人体模型下。
[0030] 根据本发明的一个实施例，所述骨参数的换算过程包括：
[0031] 以预设的骨参考点之间的距离推算骨长度；
[0032] 通过对应骨的骨长度实现骨参数的换算。
[0033] 根据本发明的一个实施例，所述骨连接参数中关节活动工况的换算过程包括：
[0034] 基于所述骨参数，利用空间几何原理计算确定关节的当前活动角度；
[0035] 计算该关节的当前活动角度与最大活动角度的比例；
[0036] 将所述比例与所述医学标准人体模型中对应关节的活动范围相乘，得到换算后的 关节活动工况。
[0037] 根据本发明的一个实施例，所述纤维结缔组织工况的计算方法包括：根据医学标 准人体模型确定与纤维结缔组织关联的骨骼肌、起点关节、中间关节和止点关节；
[0038] 根据关联的骨骼肌的骨骼肌工况以及关联的起点关节、中间关节和止点关节的关 节活动工况计算确定所述纤维结缔工况，所述纤维结缔组织工况包括预设的多个基本状态 值。
[0039] 根据本发明的一个实施例，所述综合处理器进行的同步比对过程按照时间划分为 多个动作过程最小分段，所述动作过程最小分段包括一个或多个动作，所述头戴式多媒体 设备仅在同步比对结果为不匹配的动作过程最小分段中进行错误提示。
[0040] 与现有技术相比，本发明具有如下优点：
[0041] 本发明并不单纯地侧重于记录和分析人体动作的肢体高度、长度、角度、速度等 数据，而是相对侧重记录、分析和利用建立在运动解剖分析法基础上的人体狭义运动系统 (骨、骨连接、骨骼肌）协调配合工作情况（也即本文所称的"工况"）的数据信息，并最终落 实到将之转化为输出可被一般正常认知水平的非专业群体人群快速直观解读和利用的运 动指导信息，而非单纯输出需要极高专业知识水平的专家才能解读的数据表、图表报告等。
[0042] 本发明一方面对开展推广普通人民群众的太极拳健身运动等项目有一定积极帮 助作用，同时也将为针对极高水平的专业运动员技术要领重要细节的记录、分析和改进指 导提供一