一種推進(jìn)太極拳運(yùn)動(dòng)的人機(jī)交互系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于推進(jìn)太極拳的人機(jī)交互系統(tǒng)。本發(fā)明包括：影像獲取設(shè)備，用于獲取用戶的影像數(shù)據(jù)；人機(jī)交互處理設(shè)備，用于從影像數(shù)據(jù)檢測(cè)用戶的姿態(tài)來確定顯示影像的效果；顯示設(shè)備，顯示標(biāo)準(zhǔn)太極拳的視頻和用戶打太極拳的特效影像。本發(fā)明可以利用多種運(yùn)動(dòng)檢測(cè)方式的組合來進(jìn)行太極拳的人機(jī)交互運(yùn)動(dòng)，具有易學(xué)性、教學(xué)性和趣味性，從而吸引不了解太極拳并每天忙于工作的人來進(jìn)行此運(yùn)動(dòng)，有利于中國(guó)傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)太極拳的傳承發(fā)展，也為促進(jìn)人們加強(qiáng)運(yùn)動(dòng)鍛煉提供了一種新的方法。
【專利說明】一種推進(jìn)太極拳運(yùn)動(dòng)的人機(jī)交互系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及交互設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域，更具體地，涉及一種用于推進(jìn)太極拳的交 互裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 作為國(guó)家非物質(zhì)文化遺產(chǎn)之一的太極拳是中國(guó)歷史上一種極為重要的體育運(yùn)動(dòng)， 修習(xí)太極拳能夠修身、養(yǎng)性、強(qiáng)身健體，對(duì)人類個(gè)體身心健康以及人類群體的和諧共處，有 著極為重要的促進(jìn)作用。然而，在現(xiàn)代中國(guó)，參與此運(yùn)動(dòng)的大部分是老年人。年輕人由于快 節(jié)奏的現(xiàn)代生活，日益增長(zhǎng)的工作壓力而無暇顧及運(yùn)動(dòng)健身，更不愿去選擇此類傳統(tǒng)的體 育運(yùn)動(dòng)。這即有礙于太極拳的繼承和發(fā)展，也不利于年輕人的身心健康。
[0003] 體感交互是一項(xiàng)直接運(yùn)用肢體動(dòng)作與數(shù)字設(shè)備和環(huán)境進(jìn)行沉浸式互動(dòng)體驗(yàn)的智 能技術(shù)。該技術(shù)的核心在于讓計(jì)算機(jī)模擬和解析人的自然行為和意識(shí)，并根據(jù)人的動(dòng)作完 成各種指令。這是更加智能、便捷、人性、自然的人機(jī)交互設(shè)計(jì)。
[0004] 因此，本發(fā)明提供了一種在公共空間吸引各年齡層的人主動(dòng)式參與太極拳活動(dòng)的 交互裝置，同時(shí)該交互裝置可以為用戶提供跨空間的交互操作。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種操作簡(jiǎn)單，具有不同時(shí)空交互性，同時(shí)具有教學(xué)性和 趣味性，可以吸引更多人參與太極拳活動(dòng)的交互裝置。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種用于推進(jìn)太極拳的交互裝置，其由影像獲 取設(shè)備，人機(jī)交互處理設(shè)備和顯示設(shè)備三部分組成；影像獲取設(shè)備用于獲取用戶的影像數(shù) 據(jù)，并傳給人機(jī)交互處理設(shè)備；人機(jī)交互處理設(shè)備從影像數(shù)據(jù)來分析檢測(cè)用戶的姿態(tài)以確 定顯示影像的效果，并將處理得到的特效影像傳給顯示設(shè)備。顯示設(shè)備顯示標(biāo)準(zhǔn)太極拳的 視頻和用戶打太極拳的特效影像；其中，人機(jī)交互處理設(shè)備是本發(fā)明的核心部分。
[0007] 影像獲取設(shè)備，用于獲取在影像獲取設(shè)備所有拍攝范圍內(nèi)的用戶的影像數(shù)據(jù)。
[0008] 人機(jī)交互處理設(shè)備包括用戶影像識(shí)別模塊，用于從影像數(shù)據(jù)中識(shí)別分割出每個(gè)用 戶的影像數(shù)據(jù)，并動(dòng)態(tài)判別用戶開始和結(jié)束打太極拳活動(dòng)的時(shí)間信息；用戶姿態(tài)識(shí)別模塊， 用于識(shí)別每個(gè)用戶的姿態(tài)；用戶姿態(tài)特效處理模塊，用于為每個(gè)用戶的不同姿態(tài)添加特效； 顯示控制模塊，用于將顯示屏分割為多個(gè)顯示區(qū)域，并在不同的顯示區(qū)域顯示標(biāo)準(zhǔn)太極拳 的視頻和不同用戶打太極拳的特效影像。
[0009] 用戶影像識(shí)別模塊包括用戶標(biāo)定模塊，用于為每個(gè)進(jìn)入影像獲取設(shè)備拍攝范圍的 用戶進(jìn)行ID標(biāo)號(hào)；用戶交互起訖確定模塊，用于確定每個(gè)用戶開始和結(jié)束打太極拳活動(dòng)的 時(shí)間信息；用戶影像分割模塊，根據(jù)每個(gè)用戶的ID從影像數(shù)據(jù)中識(shí)別并分割出每個(gè)用戶獨(dú) 立的影像數(shù)據(jù)。
[0010] 用戶交互起訖確定模塊將影像獲取設(shè)備識(shí)別到用戶影像的時(shí)間確定為用戶開始 打太極拳活動(dòng)的時(shí)間。將用戶離開影像獲取設(shè)備拍攝范圍，并且影像獲取設(shè)備在一定時(shí)間 后仍不能檢測(cè)到該用戶的影像數(shù)據(jù)確定為用戶結(jié)束打太極拳活動(dòng)的時(shí)間。
[0011] 用戶姿態(tài)識(shí)別模塊根據(jù)每個(gè)用戶的影像數(shù)據(jù)，分析其兩手骨骼節(jié)點(diǎn)以確定用戶兩 手的姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)速度。
[0012] 用戶姿態(tài)特效處理模塊根據(jù)用戶兩手的姿態(tài)、運(yùn)動(dòng)速度和用戶駐留時(shí)間判斷所加 特效；其中，所述用戶姿態(tài)特效為一個(gè)在用戶開始太極拳活動(dòng)后自動(dòng)生成的，可以根據(jù)用戶 兩手不同姿態(tài)以及速度來變化位置，以配合用戶太極拳動(dòng)作的虛擬3D球；同時(shí)，該虛擬3D 球隨著用戶駐留時(shí)間的增長(zhǎng)而半徑增大，當(dāng)用戶結(jié)束太極拳活動(dòng)后，該球繼續(xù)顯示在屏幕 上，可作為后來用戶的虛擬3D球；其中所述用戶手的姿勢(shì)為根據(jù)每一幀影像中用戶兩手間 的距離計(jì)算得到，所述用戶手的速度為根據(jù)當(dāng)前以及當(dāng)前時(shí)刻之前總共10幀內(nèi)用戶手的 位置變化情況計(jì)算所得；其中所述用戶駐留時(shí)間為用戶結(jié)束打太極拳活動(dòng)的時(shí)間與用戶開 始打太極拳活動(dòng)的時(shí)間之差；其中所述前面用戶留在屏幕上的虛擬3D球遺留在屏幕上，可 作為后來用戶的虛擬3D球?yàn)楹髞碛脩艨梢愿鶕?jù)個(gè)人愛好選擇使用為其自動(dòng)生成的虛擬3D 球或者前面用戶遺留的虛擬3D球作為自己的特效。
[0013] 顯示控制模塊包括顯示區(qū)域分割模塊和顯示模塊。其中，顯示區(qū)域分割模塊用于 將顯示屏分割成多個(gè)顯示區(qū)域，每個(gè)顯示區(qū)域可以獨(dú)立顯示不同的影像內(nèi)容；顯示模塊， 用于在每個(gè)獨(dú)立地顯示區(qū)域分別顯示標(biāo)準(zhǔn)太極拳的視頻和不同用戶的打太極拳的特效影 像； 顯示設(shè)備包括顯示載體和顯示裝置。其中，顯示載體為在公共空間經(jīng)常看到的標(biāo)志性 建筑或者雕塑，用于承載顯示裝置顯示的用戶特效影像；顯示裝置，用于顯示從人機(jī)交互處 理設(shè)備傳輸來的用戶特效影像。
[0014] 本發(fā)明可以利用多種運(yùn)動(dòng)檢測(cè)方式的組合來進(jìn)行太極拳的人機(jī)交互運(yùn)動(dòng)，具有易 學(xué)性、教學(xué)性和趣味性，從而吸引不了解太極拳并每天忙于工作的人來進(jìn)行此運(yùn)動(dòng)，有利于 中國(guó)傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)太極拳的傳承發(fā)展，也為促進(jìn)人們加強(qiáng)運(yùn)動(dòng)鍛煉提供了一種新的方式。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1是交互裝置和用戶進(jìn)行打太極拳活動(dòng)的示意圖； 圖2是人機(jī)交互處理設(shè)備的模塊示意圖； 圖3是一種可能的用戶開始和結(jié)束打太極拳活動(dòng)的示意圖； 圖4是用戶雙手骨骼點(diǎn)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016] 現(xiàn)將詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中，相同的標(biāo) 號(hào)始終指的是相同的部件。以下將通過參照附圖來說明所述實(shí)施例，以便解釋本發(fā)明。
[0017] 圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的交互裝置和用戶進(jìn)行打太極拳活動(dòng)的示意圖。
[0018] 如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的交互裝置包括影像獲取設(shè)備100、人機(jī)交互處理 設(shè)備200和顯示設(shè)備300。圖像獲取設(shè)備100用于獲取用戶打太極拳時(shí)的影像數(shù)據(jù)，影像獲 取設(shè)備100可以是體感交互設(shè)備，例如，xb 〇X360。人機(jī)交互處理設(shè)備200用于接收從影像 獲取設(shè)備100傳來的影像數(shù)據(jù)并檢測(cè)用戶的姿態(tài)來確定顯示影像的效果；然后，人機(jī)交互 處理設(shè)備200將處理得到的用戶打太極拳的特效影像傳給顯示設(shè)備300。顯示設(shè)備300包 括顯示載體310和顯示裝置320 ;其中顯示載體310可以是公共空間的建筑物或者標(biāo)志性 建筑，用于承載特效影像；顯示裝置320可以是投影儀。
[0019] 下面將參照?qǐng)D2來對(duì)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的交互裝置中的人機(jī)交互處理設(shè)備200的 結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0020] 如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的人機(jī)交互處理設(shè)備200包括用戶影像識(shí)別模塊 210、用戶姿態(tài)識(shí)別模塊220、用戶姿態(tài)特效處理模塊230、顯示控制模塊240。
[0021] 用戶影像識(shí)別模塊210用于從影像數(shù)據(jù)中識(shí)別分割出每個(gè)用戶的影像數(shù)據(jù)，并動(dòng) 態(tài)判別用戶開始和結(jié)束打太極拳活動(dòng)的時(shí)間信息。用戶姿態(tài)識(shí)別模塊220將根據(jù)用戶影像 識(shí)別模塊210分割得到的每個(gè)用戶影像數(shù)據(jù)確定每個(gè)用戶的姿態(tài)。用戶姿態(tài)特效處理模塊 230將根據(jù)用戶影像識(shí)別模塊210得到的用戶開始和結(jié)束打太極拳活動(dòng)的時(shí)間信息，以及 用戶姿態(tài)識(shí)別模塊220識(shí)別的用戶姿態(tài)信息確定特效影像的效果。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，用戶影像識(shí)別模塊210可包括用戶標(biāo)定模塊211，用戶 交互起訖確定模塊212,用戶影像分割模塊213。
[0023] 其中，用戶標(biāo)定模塊211用于為每個(gè)進(jìn)入影像獲取設(shè)備拍攝范圍的用戶進(jìn)行ID標(biāo) 號(hào)。
[0024] 用戶交互起訖確定模塊212將影像獲取設(shè)備識(shí)別到用戶影像的時(shí)間確定為用戶 開始打太極拳活動(dòng)的時(shí)間。將用戶離開影像獲取設(shè)備拍攝范圍，并且影像獲取設(shè)備在一定 時(shí)間后仍不能檢測(cè)到該用戶的影像數(shù)據(jù)確定為用戶結(jié)束打太極拳活動(dòng)的時(shí)間；應(yīng)理解，以 上僅是根據(jù)影像獲取設(shè)備檢測(cè)到的用戶影像情況來確定用戶開始和結(jié)束打太極拳活動(dòng)的 時(shí)間。還可根據(jù)其它預(yù)設(shè)的方式來確定用戶開始和結(jié)束打太極拳活動(dòng)的時(shí)間。例如，可通 過識(shí)別用戶的特定手勢(shì)來記錄起訖時(shí)間。如圖3所示，當(dāng)影像獲取設(shè)備獲取到某個(gè)用戶的 影像后，不立即將其判別用戶開始打太極拳活動(dòng)的時(shí)間，而是先標(biāo)定用戶的ID，再由用戶交 互起訖確定模塊追蹤識(shí)別用戶的特定手勢(shì)。當(dāng)確定用戶的手勢(shì)為雙手合十時(shí)，確定其為用 戶開始打太極拳活動(dòng)的時(shí)間。當(dāng)確定用戶的手勢(shì)為雙手握拳并舉過頭頂，則確定其為用戶 結(jié)束打太極拳活動(dòng)的時(shí)間。
[0025] 用戶影像分割模塊213根據(jù)每個(gè)用戶的ID從影像數(shù)據(jù)中識(shí)別并分割出每個(gè)用戶 獨(dú)立的影像數(shù)據(jù)。
[0026] 用戶姿態(tài)識(shí)別模塊220根據(jù)用戶影像識(shí)別模塊210分割得到的每個(gè)用戶的獨(dú)立影 像，分析其兩手骨骼節(jié)點(diǎn)以確定用戶兩手的姿態(tài)，以及用戶手的運(yùn)動(dòng)速度；具體地，包括識(shí) 別用戶兩手之間的距離關(guān)系和速度關(guān)系。如圖4所示，通過用戶左右手上骨骼點(diǎn)的坐標(biāo)信 息確定用戶兩手間的距離關(guān)系。再根據(jù)用戶當(dāng)前影像幀中兩手的坐標(biāo)以及當(dāng)前時(shí)刻之前總 共10幀內(nèi)用戶兩手的坐標(biāo)，以及這10幀影像播放的時(shí)間，計(jì)算用戶兩手在這10幀內(nèi)的速 度大小和方向。
[0027] 用戶姿態(tài)特效處理模塊230用于為每個(gè)用戶的不同姿態(tài)添加特效；具體地，特效 為一個(gè)在用戶進(jìn)入影像獲取設(shè)備拍攝范圍后自動(dòng)生成的，可以根據(jù)用戶兩手不同姿態(tài)以及 速度來變化位置，以配合用戶太極拳動(dòng)作的虛擬3D球；根據(jù)用戶姿態(tài)識(shí)別模塊220識(shí)別得 到的用戶兩手間的距離和速度信息，判斷虛擬3D球所加位置。表1為識(shí)別的特定姿勢(shì)以及 根據(jù)這些特定姿勢(shì)判斷虛擬3D球的位置。應(yīng)理解，表1只列出了部分姿態(tài)，具體實(shí)際應(yīng)用 中可以使用更多有效的姿態(tài)。
[0028] 表 I

【權(quán)利要求】
1. 一種推進(jìn)太極拳運(yùn)動(dòng)的人機(jī)交互系統(tǒng)，其特征在于，包括： 影像獲取設(shè)備，用于獲取用戶的影像數(shù)據(jù)； 人機(jī)交互處理設(shè)備，用于從影像數(shù)據(jù)檢測(cè)用戶的姿態(tài)來確定顯示影像的效果； 顯示設(shè)備，用于顯示標(biāo)準(zhǔn)太極的視頻和用戶打太極拳的特效影像； 所述人機(jī)交互處理設(shè)備包括： 用戶影像識(shí)別模塊，用于從影像數(shù)據(jù)中識(shí)別分割出每個(gè)用戶的影像數(shù)據(jù)，并動(dòng)態(tài)判別 用戶開始和結(jié)束打太極拳活動(dòng)的時(shí)間信息； 用戶姿態(tài)識(shí)別模塊，用于識(shí)別每個(gè)用戶的姿態(tài)； 用戶姿態(tài)特效處理模塊，用于為每個(gè)用戶的不同姿態(tài)添加特效； 顯示控制模塊，用于將顯示屏分割為多個(gè)顯示區(qū)域，并在不同的顯示區(qū)域分別顯示標(biāo) 準(zhǔn)太極拳的視頻和不同用戶打太極拳的特效影像。
2. 如權(quán)利要求1所述交互系統(tǒng)，其特征在于：影像獲取設(shè)備，用于獲取在影像獲取設(shè)備 所有拍攝范圍內(nèi)的用戶的影像數(shù)據(jù)。
3. 如權(quán)利要求1所述交互系統(tǒng)，其特征在于：用戶影像識(shí)別模塊包括： 用戶標(biāo)定模塊，用于為每個(gè)進(jìn)入影像獲取設(shè)備拍攝范圍的用戶進(jìn)行ID標(biāo)號(hào)； 用戶活動(dòng)起訖確定模塊，用于確定每個(gè)用戶開始和結(jié)束打太極拳活動(dòng)的時(shí)間信息； 用戶影像分割模塊，根據(jù)每個(gè)用戶的ID從影像數(shù)據(jù)中識(shí)別并分割出每個(gè)用戶獨(dú)立的 影像數(shù)據(jù)。
4. 如權(quán)利要求3所述交互系統(tǒng)，其特征在于：用戶活動(dòng)起訖確定模塊將影像獲取設(shè)備 識(shí)別到用戶影像的時(shí)間確定為用戶開始打太極拳活動(dòng)的時(shí)間，將用戶離開影像獲取設(shè)備拍 攝范圍，并且影像獲取設(shè)備在一定時(shí)間后仍不能檢測(cè)到該用戶的影像數(shù)據(jù)確定為用戶結(jié)束 打太極拳活動(dòng)的時(shí)間。
5. 如權(quán)利要求1所述交互系統(tǒng)，其特征在于：用戶姿態(tài)識(shí)別模塊根據(jù)每個(gè)用戶的影像 數(shù)據(jù)，分析其兩手骨骼節(jié)點(diǎn)以確定用戶的兩手的姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)速度。
6. 如權(quán)利要求1所述交互系統(tǒng)，其特征在于：用戶姿態(tài)特效處理模塊根據(jù)用戶兩手的 姿態(tài)、運(yùn)動(dòng)速度和用戶駐留時(shí)間判斷所加特效。
7. 如權(quán)利要求6所述交互系統(tǒng)，其特征在于：用戶姿態(tài)特效處理模塊所述用戶姿態(tài)特 效為一個(gè)在用戶開始打太極拳活動(dòng)后自動(dòng)生成的，可以根據(jù)用戶兩手不同姿態(tài)以及速度來 變化位置，以配合用戶太極拳動(dòng)作的虛擬3D球，同時(shí)，該虛擬3D球隨著用戶駐留時(shí)間的增 長(zhǎng)而半徑增大，當(dāng)用戶結(jié)束打太極拳活動(dòng)后，該球繼續(xù)顯示在屏幕上，可作為后來用戶的虛 擬3D球； 所述用戶手的姿態(tài)根據(jù)每一幀影像中用戶兩手間的距離計(jì)算得到，速度變化根據(jù)當(dāng)前 以及當(dāng)前時(shí)刻之前總共10幀內(nèi)用戶手的位置變化情況計(jì)算所得； 所述用戶駐留時(shí)間為用戶結(jié)束打太極拳活動(dòng)的時(shí)間與用戶開始打太極拳活動(dòng)的時(shí)間 之差。
8. 如權(quán)利要求1所述交互系統(tǒng)，其特征在于：顯示控制模塊包括： 顯示區(qū)域分割模塊，用于將顯示屏分割成多個(gè)顯示區(qū)域，每個(gè)顯示區(qū)域可以獨(dú)立顯示 不同的影像內(nèi)容； 顯示模塊，用于在每個(gè)獨(dú)立地顯示區(qū)域分別顯示標(biāo)準(zhǔn)太極拳的視頻和不同用戶的打太 極拳的特效影像。
9.如權(quán)利要求1所述交互系統(tǒng)，其特征在于：顯示設(shè)備包括： 顯示載體，為在公共空間經(jīng)?？吹降臉?biāo)志性建筑或者雕塑，用于承載顯示裝置顯示的 用戶特效影像； 顯示裝置，用于顯示從人機(jī)交互處理設(shè)備傳輸來的用戶特效影像。
【文檔編號(hào)】A63B71/00GK104474701SQ201410667206
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月20日
【發(fā)明者】施妍, 許筱燕, 王強(qiáng) 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)