[发明专利]一种跳伞操纵动作量化评估方法及系统

权利要求书

1.一种跳伞操纵动作量化评估方法，其特征在于，所述评估方法包括：

建立虚拟人体模型；

分别获取在整个跳伞过程中跳伞员的头部、躯干和四肢的姿态数据；

根据各姿态数据映射到虚拟人体模型中，确定虚拟人体模型中虚拟人体的动作；

将所述虚拟人体模型的动作与专家数据库中的标准动作进行对比和匹配，根据匹配程度给出量化的评估结果，具体包括：

获取专家数据库中的动作序列模板s(i),i＝1,…,n；

获取实际测量得到的虚拟人体模型动作序列样本t(j),j＝m,…,m+n-1；

计算对应时间点之间的欧氏距离d_m(i,j)＝||r(i)-t(j)||；

计算所述样本和所述模板之间的匹配度因子，具体的，取λ＝1/min[d_m(i,j)]作为所述样本和所述模板之间的匹配度因子；

设所述专家数据库中包含k个模板，每个模板对应的成绩为g_l,l＝1,…,k，则成绩评判为

2.根据权利要求1所述的跳伞操纵动作量化评估方法，其特征在于，所述分别获取在整个跳伞过程中跳伞员的头部、躯干和四肢的姿态数据，具体包括：

跳伞员根据计算机屏幕上的指令做出相应的动作并保持不动，直到屏幕上给出标定结束的指令；

将跳伞员身上的各姿态传感器采集的数据保存并定义为各传感器数据的初始零位；

由各姿态传感器中的加速度计、陀螺仪和磁罗盘的输出积分计算得到跳伞员的头部、躯干和四肢的姿态数据。

3.根据权利要求1所述的跳伞操纵动作量化评估方法，其特征在于，所述根据各姿态数据映射到虚拟人体模型中，确定虚拟人体模型中虚拟人体的动作，具体包括：

根据所述人体姿态数据和所述虚拟人体模型，同步计算虚拟人体模型头部、躯干和四肢的空间矢量坐标和各关节的位置坐标，其中坐标变换关系为式中，Q为人体姿态传感器输出表示的四元数，为变换后的矢量，为变换前的矢量，Q^*为Q的共轭四元数。

4.根据权利要求1所述的跳伞操纵动作量化评估方法，其特征在于，所述评估方法还包括保存虚拟人体模型的动作，将所述姿态数据按时间顺序排成动作序列，按照指令回放的三维动画的形式进行保存。

5.根据权利要求1所述的跳伞操纵动作量化评估方法，其特征在于，所述专家数据库，是以跳伞专家作为跳伞受训人员完成跳伞过程中所规定的动作后，将所述动作数据映射到虚拟人体模型上并保存到数据库形成的动作数据集合。

6.根据权利要求1所述的跳伞操纵动作量化评估方法，其特征在于，所述虚拟人体模型的人体几何尺寸按照训练对象人群的各个参数取平均值，所述参数包括：身高、上臂长、下臂长、手长、大腿长、小腿长、脚长、胸宽、肩宽、头颈长以及附着在其上的肌肉层和服装层。

7.根据权利要求1所述的跳伞操纵动作量化评估方法，其特征在于，所述人体姿态数据包括人体部位的角度和角速度，所述人体部位包括头部、肩关节、肘关节、腕关节、髋关节、膝关节和踝关节。

8.根据权利要求1所述的跳伞操纵动作量化评估方法，其特征在于，所述跳伞过程中的动作包括检查伞衣和伞绳的抬头动作、调整座带的臀部后移动作、调整降落伞的运动方向的手臂上下动作以及着陆手臂上移并向下拉的动作。

9.一种跳伞操纵动作量化评估系统，其特征在于，所述评估系统包括：

虚拟人体模型获取模块，用于建立虚拟人体模型；

姿态数据获取模块，用于分别获取在整个跳伞过程中跳伞员的头部、躯干和四肢的姿态数据；

映射模块，用于根据各姿态数据映射到虚拟人体模型中，确定虚拟人体模型中虚拟人体的动作；

评估模块，用于将所述虚拟人体模型的动作与专家数据库中的标准动作进行对比和匹配，根据匹配程度给出量化的评估结果，具体包括：

获取专家数据库中的动作序列模板s(i),i＝1,…,n；

获取实际测量得到的虚拟人体模型动作序列样本t(j),j＝m,…,m+n-1；

计算对应时间点之间的欧氏距离d_m(i,j)＝||r(i)-t(j)||；

计算所述样本和所述模板之间的匹配度因子，具体的，取λ＝1/min[d_m(i,j)]作为所述样本和所述模板之间的匹配度因子；

设所述专家数据库中包含k个模板，每个模板对应的成绩为g_l,l＝1,…,k，则成绩评判为