技術(shù)特征：

1.一種基于Kinect傳感器的老年II型糖尿病患者運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于，主要包括篩選模塊、學(xué)習(xí)模塊、評測模塊、交互模塊，

1)所述篩選模塊需要啟動(dòng)Kinect傳感器，與計(jì)算機(jī)連接，針對BBS的14個(gè)分項(xiàng)，將選擇評分體統(tǒng)、計(jì)時(shí)器、骨骼圖像、彩色流圖像和指示標(biāo)結(jié)合在一起，建立一套連續(xù)評分系統(tǒng)，檢測人員根據(jù)評分系統(tǒng)可以在電腦上對糖尿病患者進(jìn)行評估并篩選可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的患者；

2)所述學(xué)習(xí)模塊提供軌跡訓(xùn)練、跟蹤訓(xùn)練和熟練度評測，其中，

軌跡訓(xùn)練將開脈太極拳套路姿勢設(shè)計(jì)成固定路線，患者根據(jù)數(shù)字顯示，依次進(jìn)行路線軌跡追尋，以熟悉開脈太極拳的基本動(dòng)作；

跟蹤訓(xùn)練提供視頻指導(dǎo)和動(dòng)作提示，患者需要根據(jù)指示完成指定動(dòng)作；

熟練度評測根據(jù)患者的完成速度進(jìn)行打分；

3)所述評測模塊通過建立新的坐標(biāo)系，引入標(biāo)準(zhǔn)向量的概念，對標(biāo)準(zhǔn)姿勢的空間向量進(jìn)行記錄，通過患者相應(yīng)動(dòng)作與標(biāo)準(zhǔn)向量的比較，確定動(dòng)作角度是否達(dá)標(biāo)，減少動(dòng)作誤差，達(dá)到評級效果；標(biāo)準(zhǔn)向量的引入，解決不同人群因?yàn)樯砀弑坶L不同而無法制定標(biāo)準(zhǔn)距離的難點(diǎn)，針對不同患者，計(jì)算出不同的標(biāo)準(zhǔn)距離，通過空間距離和角度的雙重評測，提高評測精度，降低角度因空間旋轉(zhuǎn)出現(xiàn)的誤差；

4)所述交互模塊通過Kinect和Unity 3D技術(shù)的有效結(jié)合，提供一種遠(yuǎn)程互動(dòng)訓(xùn)練平臺，糖尿病患者可以在虛擬環(huán)境中進(jìn)行太極拳的互動(dòng)訓(xùn)練，通過網(wǎng)絡(luò)連接可和其它老年人患者一起進(jìn)行開脈太極拳訓(xùn)練。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于Kinect傳感器的老年II型糖尿病患者運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于：所述篩選模塊中的BBS包涵14個(gè)分項(xiàng)，每個(gè)項(xiàng)目分值在0～4分，根據(jù)患者不同的表現(xiàn)進(jìn)行打分，測試結(jié)果分為三擋，分為0～20分，21～40分，41～56分，三個(gè)階段分別表示摔倒的風(fēng)險(xiǎn)程度，一般總分低于40分就不能作為實(shí)驗(yàn)對象。

3.根據(jù)權(quán)利1所述的一種基于Kinect傳感器的老年II型糖尿病患者運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于：

所述學(xué)習(xí)模塊中的軌跡訓(xùn)練將開脈太極拳的不同動(dòng)作設(shè)定為一定的路線，患者可以通過Kinect控制虛擬雙手移動(dòng)，并完成規(guī)定項(xiàng)目；

跟蹤訓(xùn)練將Kinect各個(gè)動(dòng)作分解成不同模塊，患者通過雙手移動(dòng)到指定位置啟動(dòng)游戲，按照指示燈完成規(guī)定動(dòng)作，其中提供文字指導(dǎo)和視頻指導(dǎo)，患者可以通過語音識別或是點(diǎn)擊方式啟動(dòng)視頻指導(dǎo)，做到居家獨(dú)自訓(xùn)練，完成所有動(dòng)作會(huì)有一個(gè)簡單的評分；

熟練度評測在跟蹤訓(xùn)練基礎(chǔ)上建立，將完成前項(xiàng)動(dòng)作提示后動(dòng)作，改為每一個(gè)動(dòng)作提示后給予不同的完成時(shí)間，根據(jù)不同完成時(shí)間的完成比例進(jìn)行打分，從而對老年人的開脈太極拳熟練度評分。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于Kinect傳感器的老年II型糖尿病患者運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于：所述步驟3中評測模塊中新的坐標(biāo)系是按照如下方法構(gòu)建的：

Kinect感應(yīng)器在探測時(shí)以儀器本身為坐標(biāo)原點(diǎn)，X軸是從Kinect感應(yīng)器角度觀看，左邊為正半軸，右邊為負(fù)半軸，Y軸正軸豎直向上，Z表示縱深程度，Kinect攝像方向?yàn)檎较颍颊咴谶M(jìn)行相關(guān)測試前，需要在Kinect設(shè)備面前豎直站立5s用于坐標(biāo)系的重建，以右踝骨點(diǎn)、左腳點(diǎn)和右腳點(diǎn)建成水平面，憑借脊柱點(diǎn)、左臀點(diǎn)、右臀點(diǎn)建立冠狀面，兩個(gè)平面建立可以確定水平面。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于Kinect傳感器的老年II型糖尿病患者運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練系統(tǒng)，為減少評測誤差，采用一維中值濾波方法剔除異常濾波數(shù)據(jù)，有效提高數(shù)據(jù)精度，使數(shù)據(jù)平穩(wěn)。

6.根據(jù)權(quán)利1所述的一種基于Kinect傳感器的老年II型糖尿病患者運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練系統(tǒng)，所述步驟3的角度評測中每一個(gè)肢體動(dòng)作有兩次角度測評：

第一次角度測評中，針對四肢給出四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)方向向量標(biāo)準(zhǔn)向量是采集已熟練開脈太極人員在不同姿勢下的骨骼向量，通過Kincet采集左手腕點(diǎn)a₁、左肘點(diǎn)b₁和左肩膀點(diǎn)c₁、右手腕點(diǎn)a₂、右肘點(diǎn)b₂和右肩膀點(diǎn)c₂、左踝骨點(diǎn)d₁、左膝蓋點(diǎn)e₁和左臀點(diǎn)f₁、右踝骨點(diǎn)d₂、右膝蓋點(diǎn)e₂和右臀點(diǎn)f₂，在角度組中建立四個(gè)向量分別是采用骨骼點(diǎn)的連接向量與標(biāo)準(zhǔn)向量進(jìn)行向量比較，從而確認(rèn)角度是否達(dá)標(biāo)；

角度計(jì)算公式如下。

組1為：

組2為：

組3為：

組4為：

根據(jù)級別不同進(jìn)行打分，設(shè)定五級標(biāo)準(zhǔn)，骨骼向量與標(biāo)準(zhǔn)方向向量角度范圍在5度之內(nèi)，則給10分，在5度—10度就給8分，10度—15度為6分，15度—20度為4分，在20度之外均為2分；

第二次角度評測中，引入四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)向量，與進(jìn)行比較，從而確認(rèn)角度是否達(dá)標(biāo)。角度計(jì)算公式如下；

組1為：

組2為：

組3為：

組4為：

根據(jù)不同的級別進(jìn)行打分，設(shè)定五級標(biāo)準(zhǔn)，如果骨骼向量與標(biāo)準(zhǔn)方向向量角度范圍在5度之內(nèi)，則給10分，在5度—10度就給8分，10度—15度為6分，15度—20度為4分，在20度之外均為2分。

7.根據(jù)權(quán)利1所述的一種基于Kinect傳感器的老年II型糖尿病患者運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練系統(tǒng)，所述步驟3中的距離評測為：

在進(jìn)行相關(guān)評測之前，需要計(jì)算出不同人的標(biāo)準(zhǔn)距離向量，通過動(dòng)態(tài)向量和標(biāo)準(zhǔn)距離向量的計(jì)算，確認(rèn)距離差，從而衡量動(dòng)作達(dá)標(biāo)程度，引入前文中的標(biāo)準(zhǔn)向量

標(biāo)準(zhǔn)距離向量計(jì)算如下：

(1)左手標(biāo)準(zhǔn)距離向量

左手標(biāo)準(zhǔn)距離向量需要引入左手腕靜態(tài)數(shù)值a₁(x₉,y₉,z₉)、左肘靜態(tài)數(shù)值b₁(x₁₁,y₁₁,z₁₁)、左肩膀靜態(tài)數(shù)值c₁(x₁₃,y₁₃,z₁₃)、脊柱靜態(tài)值k(x₂₁,y₂₁,z₂₁)、左手靜態(tài)數(shù)值g₁(x₂₂,y₂₂,z₂₂)；

左手Y值(在kinect中Y為豎直軸，Y值是左手在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)值)，通過左肩膀靜態(tài)y₁₃與脊柱靜態(tài)值y₂₁做差，加上c₁到b₁的長度在方向上的Y值大小(其中坐標(biāo)軸正向?yàn)檎?，反向?yàn)樨?fù))，再加上b₁到a₁的長度在方向上Y值大小(其中坐標(biāo)軸正向?yàn)檎?，反向?yàn)樨?fù))，最后加上靜態(tài)左手腕y₉減去靜態(tài)左手y₂₂；

$\begin{array}{c}{Y}_1=y_{13}-y_{21}\±\sqrt{{(x_{13}-x_{11})}^2+{(y_{13}-y_{11})}^2+{(z_{13}-z_{11})}^2}\×\frac{y_1}{\sqrt{{\left(x_1\right)}^2+{\left(y_1\right)}^2+{\left(z_1\right)}^2}}\\ \±\sqrt{{(x_{11}-x_9)}^2+{(y_{11}-y_9)}^2+{(z_{11}-z_9)}^2}\×\frac{y_5}{\sqrt{{\left(x_5\right)}^2+{\left(y_5\right)}^2+{\left(z_5\right)}^2}}+y_9-y_{22}\end{array}$

橫軸X的標(biāo)準(zhǔn)距離，左肩膀靜態(tài)x₁₃與脊柱靜態(tài)值x₂₁做差，加上c₁到b₁的長度在方向上的X值大小(其中坐標(biāo)軸正向?yàn)檎?，反向?yàn)樨?fù))，再加上b₁到a₁的長度在方向上X值大小(其中坐標(biāo)軸正向?yàn)檎?，反向?yàn)樨?fù))；

$\begin{array}{c}{X}_1=x_{13}-x_{21}\±\sqrt{{(x_{13}-x_{11})}^2+{(y_{13}-y_{11})}^2+{(z_{13}-z_{11})}^2}\×\frac{x_1}{\sqrt{{\left(x_1\right)}^2+{\left(y_1\right)}^2+{\left(z_1\right)}^2}}\\ \±\sqrt{{(x_{11}-x_9)}^2+{(y_{11}-y_9)}^2+{(z_{11}-z_9)}^2}\×\frac{x_5}{\sqrt{{\left(x_5\right)}^2+{\left(y_5\right)}^2+{\left(z_5\right)}^2}}\end{array}$

縱深軸Z的標(biāo)準(zhǔn)距離，計(jì)算c₁到b₁的長度在方向上的Z值大小(其中坐標(biāo)軸正向?yàn)檎?，反向?yàn)樨?fù))，再加上b₁到a₁的長度在方向上Z值大小(其中坐標(biāo)軸正向?yàn)檎聪驗(yàn)樨?fù))；

$\begin{array}{c}{Z}_1=z_{13}-z_{21}\±\sqrt{{(x_{13}-x_{11})}^2+{(y_{13}-y_{11})}^2+{(z_{13}-z_{11})}^2}\×\frac{z_1}{\sqrt{{\left(x_1\right)}^2+{\left(y_1\right)}^2+{\left(z_1\right)}^2}}\\ \±\sqrt{{(x_{11}-x_9)}^2+{(y_{11}-y_9)}^2+{(z_{11}-z_9)}^2}\×\frac{z_5}{\sqrt{{\left(x_5\right)}^2+{\left(y_5\right)}^2+{\left(z_5\right)}^2}}\end{array}$

從上文可以得到左手的標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)位置G₁(X₁,Y₁,Z₁)，通過計(jì)算可得標(biāo)準(zhǔn)距離向量為

(2)右手標(biāo)準(zhǔn)距離向量

右手標(biāo)準(zhǔn)距離向量，需要引入右手腕靜態(tài)數(shù)值右肘靜態(tài)數(shù)值b₂(x₁₂,y₁₂,z₁₂)、右肩膀靜態(tài)數(shù)值c₂(x₁₄,y₁₄,z₁₄)、脊柱靜態(tài)值k(x₂₁,y₂₁,z₂₁)、右手靜態(tài)數(shù)值g₂(x₂₃,y₂₃,z₂₃)；

按照左手計(jì)算方法可以得到右手的標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)位置G₂(X₂,Y₂,Z₂)，通過計(jì)算可得標(biāo)準(zhǔn)距離向量為

(3)左腳標(biāo)準(zhǔn)距離向量

左腳標(biāo)準(zhǔn)距離向量，需要引入左踝骨靜態(tài)數(shù)值d₁(x₁₅,y₁₅,z₁₅)、左膝蓋靜態(tài)數(shù)值e₁(x₁₇,y₁₇,z₁₇)、左臀靜態(tài)數(shù)值f₁(x₁₉,y₁₉,z₁₉)、脊柱靜態(tài)值k(x₂₁,y₂₁,z₂₁)、左手靜態(tài)數(shù)值g₁(x₂₂,y₂₂,z₂₂)；

左腳的坐標(biāo)Y值(在kinect中Y為豎直軸，Y值是左腳在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)值)，靜態(tài)坐標(biāo)對比點(diǎn)為k(x₂₁,y₂₁,z₂₁)，通過左臀靜態(tài)y₁₉與脊柱靜態(tài)值y₂₁做差，加上f₁到e₁的長度在方向上的Y值大小(其中坐標(biāo)軸正向?yàn)檎聪驗(yàn)樨?fù))，再加上e₁到d₁的長度在方向上Y值大小(其中坐標(biāo)軸正向?yàn)檎聪驗(yàn)樨?fù))；

$\begin{array}{c}{Y}_3=y_{19}-y_{21}\±\sqrt{{(x_{19}-x_{17})}^2+{(y_{19}-y_{17})}^2+{(z_{19}-z_{17})}^2}\×\frac{y_3}{\sqrt{{\left(x_3\right)}^2+{\left(y_3\right)}^2+{\left(z_3\right)}^2}}\\ \±\sqrt{{(x_{17}-x_{15})}^2+{(y_{17}-y_{15})}^2+{(z_{17}-z_{15})}^2}\×\frac{y_7}{\sqrt{{\left(x_7\right)}^2+{\left(y_7\right)}^2+{\left(z_7\right)}^2}}\end{array}$

橫軸X的標(biāo)準(zhǔn)距離，左臀靜態(tài)x₁₉與脊柱靜態(tài)值x₂₁做差，加上f₁到e₁的長度在方向上的X值大小(其中坐標(biāo)軸正向?yàn)檎?，反向?yàn)樨?fù))，再加上e₁到d₁的長度在方向上X值大小(其中坐標(biāo)軸正向?yàn)檎?，反向?yàn)樨?fù))；

$\begin{array}{c}{X}_3=x_{19}-x_{21}\±\sqrt{{(x_{19}-x_{17})}^2+{(y_{19}-y_{17})}^2+{(z_{19}-z_{17})}^2}\×\frac{x_3}{\sqrt{{\left(x_3\right)}^2+{\left(y_3\right)}^2+{\left(z_3\right)}^2}}\\ \±\sqrt{{(x_{17}-x_{15})}^2+{(y_{17}-y_{15})}^2+{(z_{17}-z_{15})}^2}\×\frac{x_7}{\sqrt{{\left(x_7\right)}^2+{\left(y_7\right)}^2+{\left(z_7\right)}^2}}\end{array}$

縱深軸Z的標(biāo)準(zhǔn)距離，計(jì)算f₁到e₁的長度在方向上的Z值大小(其中坐標(biāo)軸正向?yàn)檎聪驗(yàn)樨?fù))，再加上e₁到d₁的長度在方向上Z值大小(其中坐標(biāo)軸正向?yàn)檎?，反向?yàn)樨?fù))，左腳和左腳踝在深度上距離差，計(jì)算左腳靜態(tài)x₂₄與左踝骨靜態(tài)值x₁₅做差；

$\begin{array}{c}{Z}_3=\±\sqrt{{(x_{19}-x_{17})}^2+{(y_{19}-y_{17})}^2+{(z_{19}-z_{17})}^2}\×\frac{z_3}{\sqrt{{\left(x_3\right)}^2+{\left(y_3\right)}^2+{\left(z_3\right)}^2}}\\ \±\sqrt{{(x_{17}-x_{15})}^2+{(y_{17}-y_{15})}^2+{(z_{17}-z_{15})}^2}\×\frac{z_7}{\sqrt{{\left(x_7\right)}^2+{\left(y_7\right)}^2+{\left(z_7\right)}^2}}+z_{24}-x_{15}\end{array}$

從上文可以得到左腳的標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)位置H₁(X₃,Y₃,Z₃)，通過計(jì)算可得標(biāo)準(zhǔn)距離向量為

(4)右腳標(biāo)準(zhǔn)距離向量

右腳標(biāo)準(zhǔn)距離向量，需要引入右踝骨靜態(tài)數(shù)值d₂(x₁₆,y₁₆,z₁₆)右膝蓋靜態(tài)數(shù)值e₂(x₁₈,y₁₈,z₁₈)、右臀靜態(tài)數(shù)值f₂(x₂₀,y₂₀,z₂₀)、脊柱靜態(tài)值k(x₂₁,y₂₁,z₂₁)；

按左腳計(jì)算方法可得右腳的標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)位置H₂(X₄,Y₄,Z₄)，通過計(jì)算可得標(biāo)準(zhǔn)距離向量為

計(jì)算完標(biāo)準(zhǔn)距離向量后，需要得到動(dòng)態(tài)距離向量，通過空間向量的計(jì)算可以進(jìn)行距離評測；

引入左手動(dòng)態(tài)數(shù)值g₁₁(x₂₆,y₂₆,z₂₆)、右手動(dòng)態(tài)數(shù)值左腳動(dòng)態(tài)數(shù)值h₁₁(x₂₈,y₂₈,z₂₈)、右腳動(dòng)態(tài)數(shù)值h₂₁(x₂₉,y₂₉,z₂₉)、脊柱動(dòng)態(tài)數(shù)值k₁(x₃₀,y₃₀,z₃₀)；

求出動(dòng)態(tài)向量值

而距離的計(jì)算公式如下，通過空間平移可以使得動(dòng)態(tài)向量和靜態(tài)向量有共同基點(diǎn)

左手距離向量

右手距離向量

左腳距離向量

右腳距離向量

之后計(jì)算

$l_1=\sqrt{{(X_1-(x_{26}-x_{30}\left)\right)}^2+{(Y_1-(y_{26}-y_{30}\left)\right)}^2+{(Z_1-(z_{26}-z_{30}\left)\right)}^2}$

$l_2=\sqrt{{(X_2-(x_{27}-x_{30}\left)\right)}^2+{(Y_2-(y_{27}-y_{30}\left)\right)}^2+{(Z_2-(z_{27}-z_{30}\left)\right)}^2}$

$l_3=\sqrt{{(X_3-(x_{28}-x_{30}\left)\right)}^2+{(Y_3-(y_{28}-y_{30}\left)\right)}^2+{(Z_3-(z_{28}-z_{30}\left)\right)}^2}$

$l_4=\sqrt{{(X_4-(x_{29}-x_{30}\left)\right)}^2+{(Y_4-(y_{29}-y_{30}\left)\right)}^2+{(Z_4-(z_{29}-z_{30}\left)\right)}^2}$

距離評測方法是通過計(jì)算左右手和左右腳相對標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)點(diǎn)的距離來評估距離達(dá)標(biāo)程度，設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)點(diǎn)與動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)的距離在20cm內(nèi)為優(yōu)秀距離，5分；設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)點(diǎn)與動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)的距離在20cm—30cm為良好距離，4分；設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)點(diǎn)與動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)的距離在30cm—40cm為及格距離，3分；其它距離為1分。

8.根據(jù)權(quán)利1所述的一種基于Kinect傳感器的老年II型糖尿病患者運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練系統(tǒng)，所述交互模塊，需要Kinect和Unity 3D的結(jié)合運(yùn)用，通過人體模型構(gòu)建完成人物模型構(gòu)建，將人物模型導(dǎo)入U(xiǎn)nity 3D，通過骨骼綁定實(shí)現(xiàn)老年人患者帶動(dòng)模型運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)。