一種工間操評分方法與流程
2023-05-03 14:29:56
本發明涉及體育健身領域，具體涉及一種工間操評分方法。
背景技術：
辦公室人員平均每天坐著的時間高達9.3小時，比睡覺的時間還長，久坐會導致亞健康症狀，例如，背痛、脖子酸痛、腰椎間盤突出、易疲勞、慢性病和體能不足等現狀。辦公室人員可以在休息時間做工間操來進行調節，工間操是微運動，而且不受場地限制，由於其緩解疲勞、調節情緒和鍛鍊身體的優點而日益受到人們的重視，工間操既時卸載身體的負荷，保持健康的體魄，高效的工作。傳統的做法是，辦公室人員模仿圖片或視頻裡的工間操活動，但是無法知道姿勢是否標準，如果姿勢不標準，則達不到良好的運動效果。
技術實現要素：
針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在於提供一種工間操評分方法，能夠根據用戶手部的實際運動軌跡與目標運動軌跡之間的匹配誤差對用戶進行評分，使用戶了解工間操的姿勢是否標準。
為達到以上目的，本發明採取的技術方案是：
一種工間操評分方法，基於穿戴於手部的智能設備，所述智能設備設有多個加速度傳感器，智能設備裝有根據加速度傳感器數據進行工間操評分的應用，包括以下步驟：
S1.在應用中創建多個關鍵幀，每一個所述關鍵幀包括工間操中人體手部的一個目標位置坐標，基於所述目標位置坐標構建手部的目標運動軌跡；
S2.加速度傳感器檢測用戶手部按照所述目標運動軌跡運動時的三維加速度；
S3.應用根據加速度傳感器檢測到的三維加速度計算用戶手部的實際位置坐標；
S4.應用計算所述實際位置坐標與所述目標運動軌跡之間的匹配誤差以及用戶手部運動的完美度得分，並根據所述用戶手部運動的完美度得分對用戶進行評分。
在上述技術方案的基礎上，步驟S1中，所述關鍵幀的總數為4，4個所述關鍵幀中依次存放工間操中人體手部的位置坐標d1,d2,d3和d4。
在上述技術方案的基礎上，步驟S1中，基於所述目標位置坐標，通過貝塞爾曲線方法構建手部的目標運動軌跡。
在上述技術方案的基礎上，基於所述目標位置坐標，通過貝塞爾曲線方法構建手部的目標運動軌跡包括：
對於4個關鍵幀中人體手部的位置坐標d1,d2,d3,d4，根據貝塞爾曲線定義貝塞爾三角多項式曲線段作為所述目標運動軌跡:
其中，p(t)為所述目標運動軌跡，n＝1,2,3,4，t為角度，
由上式可知，0≤xn(t)≤1，且三角多項式曲線段具有幾何不變性，即在平移和旋轉下不變形，則
在上述技術方案的基礎上，步驟S3中，應用根據檢測到的三維加速度，通過卡爾曼濾波方法計算用戶手部的實際位置坐標。
在上述技術方案的基礎上，步驟S3中，所述加速度傳感器檢測s時刻的用戶手部運動的三維加速度為慣性坐標X、Y和Z軸的asx、asy和asz，s＝1,2,…,m，m為正整數；
應用根據檢測到的三維加速度，通過卡爾曼濾波方法計算用戶手部的實際位置坐標包括：
用戶手部在s時刻的非線性過程和測量方程分別為：
Xs＝f(Xs-1,Us-1)+μs-1，
Zs＝h(Xs)+νs，
其中，Xs＝[Qsx Qsy Qsz Vsx Vsy Vsz]T是慣性坐標系下用戶手部在s時刻的狀態向量，[Qsx Qsy Qsz]T為用戶手部的三維位置向量，[Vsx Vsy Vsz]T為用戶手部的三維速度向量，Xs-1是慣性坐標系下用戶手部在s-1時刻的狀態向量，Us-1＝[a(s-1)x a(s-1)y a(s-1)z]T是用戶手部s-1時刻的三維加速度向量，f(Xs-1,Us-1)為Xs-1和Us-1的函數，Zs是用戶手部在s時刻的位置的觀測向量，h(Xs)為Xs的函數，μs-1和νs分別為s-1時刻過程激勵噪聲和s時刻觀測噪聲，假設過程激勵噪聲和觀測噪聲是相互獨立的，且均為零均值白噪聲向量。
在上述技術方案的基礎上，應用分別計算所述實際位置坐標在X、Y和Z軸上與所述目標運動軌跡之間的匹配誤差，將計算得到的所述目標運動軌跡與所述匹配誤差的差值作為用戶手部的X、Y和Z軸完美度得分，X、Y和Z軸完美度得分的均值即為用戶手部運動的完美度得分Pw，並根據所述用戶手部運動的完美度得分對用戶進行評分。
在上述技術方案的基礎上，所述實際位置坐標與所述目標運動軌跡之間的匹配誤差εr的計算依據公式：
其中，Q(s)表示用戶手部的三維位置向量，Q(s)＝[Qsx Qsy Qsz]T，s＝1,2,…,m，m為正整數，Qsx，Qsy和Qsz分別為s時刻用戶手部在X、Y和Z軸的實際位置坐標，從所述目標運動軌跡中選取m個點，P(s)表示第s個點的三維位置向量，P(s)＝[Psx Psy Psz]T，Psx，Psy和Psz分別為所述目標運動軌跡上第s個點在X、Y和Z軸的坐標。
在上述技術方案的基礎上，所述完美度得分Pw計算公式為：
其中，εrx，εry和εrz分別為所述實際位置坐標與所述目標運動軌跡之間在X、Y和Z軸的匹配誤差。
本發明的有益效果在於：
1、本發明根據用戶手部的實際位置坐標與目標運動軌跡之間的匹配誤差對用戶進行評分，使用戶了解工間操的姿勢是否標準。
2、本發明在智能手環或者手機客戶端實現，具有智能、直觀、使用方便和適用範圍廣的特點。
3、本發明根據用戶手部的實際位置坐標與目標運動軌跡之間的匹配誤差對用戶進行評分，增加了工間操的趣味性和娛樂性。
附圖說明
圖1為本發明實施例工間操評分方法流程圖。
具體實施方式
以下結合附圖及實施例對本發明作進一步詳細說明。
如圖1所示，本發明提供一種工間操評分方法，基於穿戴於手部的智能設備，智能設備設有多個加速度傳感器，且智能設備裝有根據加速度傳感器數據進行工間操評分的應用。
智能設備為智能手環或者智慧型手機，通過設於智能手環或智慧型手機中的三軸加速度傳感器捕捉人體手部運動加速度。智能設備可以基於安卓或者ios，因此，本發明的適用範圍廣泛。
本工間操評分方法包括以下步驟：
S1.在應用中創建多個關鍵幀，每一個關鍵幀包括工間操中人體手部的一個目標位置坐標，基於目標位置坐標構建手部的目標運動軌跡。
步驟S1中，關鍵幀的總數為4，4個關鍵幀中依次存放工間操中人體手部的位置坐標d1,d2,d3和d4。
步驟S1中，基於目標位置坐標，通過貝塞爾曲線方法構建手部的目標運動軌跡。
基於目標位置坐標，通過貝塞爾曲線方法構建手部的目標運動軌跡包括：
對於4個關鍵幀中人體手部的位置坐標d1,d2,d3,d4，根據貝塞爾曲線定義貝塞爾三角多項式曲線段作為目標運動軌跡:
其中，p(t)為目標運動軌跡，n＝1,2,3,4，t為角度，
由上式可知，0≤xn(t)≤1，且三角多項式曲線段具有幾何不變性，即在平移和旋轉下不變形，則
S2.加速度傳感器檢測用戶手部按照目標運動軌跡運動時的三維加速度。
S3.應用根據加速度傳感器檢測到的三維加速度計算用戶手部的實際位置坐標。
步驟S3中，應用根據檢測到的三維加速度，通過卡爾曼濾波方法計算用戶手部的實際位置坐標。
步驟S3中，加速度傳感器檢測s時刻的用戶手部運動的三維加速度為慣性坐標X、Y和Z軸的asx、asy和asz，s＝1,2,…,m，m為正整數；
應用根據檢測到的三維加速度，通過卡爾曼濾波方法計算用戶手部的實際位置坐標包括：
用戶手部在s時刻的非線性過程和測量方程分別為：
Xs＝f(Xs-1,Us-1)+μs-1，
Zs＝h(Xs)+νs，
其中，Xs＝[Qsx Qsy Qsz Vsx Vsy Vsz]T是慣性坐標系下用戶手部在s時刻的狀態向量，[Qsx Qsy Qsz]T為用戶手部的三維位置向量，[Vsx Vsy Vsz]T為用戶手部的三維速度向量，Xs-1是慣性坐標系下用戶手部在s-1時刻的狀態向量，Us-1＝[a(s-1)x a(s-1)y a(s-1)z]T是用戶手部s-1時刻的三維加速度向量，f(Xs-1,Us-1)為Xs-1和Us-1的函數，Zs是用戶手部在s時刻的位置的觀測向量，h(Xs)為Xs的函數，μs-1和νs分別為s-1時刻過程激勵噪聲和s時刻觀測噪聲，假設過程激勵噪聲和觀測噪聲是相互獨立的，且均為零均值白噪聲向量。
由於不同智能設備的硬體不同，本發明針對不同智能設備中不同類型的加速度傳感器，可以進行微調整，例如，計數間隔時間，保證加速度傳感器測量的準確性，從而使本發明適用於不同的智能設備。
S4.應用計算實際位置坐標與目標運動軌跡之間的匹配誤差以及用戶手部運動的完美度得分，並根據用戶手部運動的完美度得分對用戶進行評分。
應用分別計算實際位置坐標在X、Y和Z軸上與目標運動軌跡之間的匹配誤差，將計算得到的目標運動軌跡與匹配誤差的差值作為用戶手部的X、Y和Z軸完美度得分，X、Y和Z軸完美度得分的均值即為用戶手部運動的完美度得分Pw，並根據用戶手部運動的完美度得分對用戶進行評分。
實際位置坐標與目標運動軌跡之間的匹配誤差εr的計算依據公式：
其中，Q(s)表示用戶手部的三維位置向量，Q(s)＝[Qsx Qsy Qsz]T，s＝1,2,…,m，m為正整數，Qsx，Qsy和Qsz分別為s時刻用戶手部在X、Y和Z軸的實際位置坐標，從所述目標運動軌跡中選取m個點，P(s)表示第s個點的三維位置向量，P(s)＝[Psx Psy Psz]T，Psx，Psy和Psz分別為所述目標運動軌跡上第s個點在X、Y和Z軸的坐標。
完美度得分Pw計算公式為：
其中，εrx，εry和εrz分別為實際位置坐標與目標運動軌跡之間在X、Y和Z軸的匹配誤差。
得到評分後，智慧型手機或手環可以語音播報對用戶的評分。
本發明根據用戶手部的實際位置坐標與目標運動軌跡之間的匹配誤差對用戶進行評分，使用戶了解工間操的姿勢是否標準。
本發明在智能手環或者手機客戶端實現，具有智能、直觀和使用方便的特點。
本發明根據用戶手部的實際位置坐標與目標運動軌跡之間的匹配誤差對用戶進行評分，增加了工間操的趣味性和娛樂性。
本發明不局限於上述實施方式，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護範圍之內。本說明書中未作詳細描述的內容屬於本領域專業技術人員公知的現有技術。