[发明专利]人体动作轨迹教学系统及其教授方法

说明书

本发明的背景技术

在目前的动作学习系统中，学生通过观看和模仿教师的动作获得运动技能。学生和教师的动作序列通常被摄像机录制下来存储在录像带上。某些系统将视频图像数字化并将动作序列储存在计算机的存储器中。学生观看录象或计算机动画，从而将自己的动作和教师的相比较。

SELSPOT和Optotrack之类的系统是比较受欢迎的人体动作分析系统。多个发光二极管标记器被固定在试验对象上在解剖学上被认为有必要注意的地方。当录像机录制试验者动作的时候，计算机以预先确定的顺页序激活标记器。信号处理软件编辑试验对象的动作序列。试验者的动作序列可以在监视器上以两种方式被看到，其一是动画式的人体，其二是棍状人形。

另一套流行的系统使用的不是发光二极管，而是折射式标记器(Elite)。装载于摄像机上的光源每隔一段时间照亮标记器。计算机软件处理视频图像，从而产生试验对象的动作序列。

在上述每一种系统中，都需要使用多台摄像机供三维运动分析之用。包括两台以上摄像机的系统都需要复杂的同步硬件和更有力的信号处理软件。这些系统的另一个缺点是每个标记器必须同时为两个摄像机所见，用以确定标记器的立体定位。当试验对象运动的时候，大多数标记器隐藏在至少数个框架中，从而降低了系统准确性。

美国专利第3,408,750是这类系统的实例之一，用一台摄像机对正站在某一平台上挥动高尔夫球杆的进行录像。该平台有一面墙和一块带有协调格栅的地板。在使用者挥动高尔夫球杆时，有两架摄像机分别从侧面和正面录像，第三架摄像机拍摄高尔夫球的运动轨迹。这种系统就具有上述的各种缺陷。

本发明的技术方案

本发明提供了动作学习的一套设备和一种方法。本发明的设备包括一个用于传感动作的传感设备，响应动作传感设备的电子设备，计算机存储器，和一个显示屏幕。电子设备根据学生的运动在显示屏幕上产生相应的图像序列。同时，与教师的运动相对应的图像序列也显示在显示器上。学生能通过这种方法模仿和学习教师的动作。

动作感知设备附着在球拍之类的器具上，为计算机提供关于器具的位置和定向方面的信息。电子设备产生该器具的图像，并随着学生移动器具实时更新图像。

本设备的目的在于帮助学生学习运动的方式。学生对于新动作的学习遵循下列三个步骤进行：第一，运动感知设备被连接到教师的手或者球拍上，使得教师的动作能存储在计算机的存储器中。第二，学生将运动感知设备固定在手上或球拍上。第三，与学生的动作相对应的图像序列被显示在屏幕上，并与已存储的教师动作相比较。学生的目的是模仿教师的动作轨迹轨迹。教师的动作可根据学生的需要从储存的教师动作库中选择提取。当学生能熟练跟上教师的动作时，电子设备可以逐步提高教师动作图像序列的速度，直至达到实时。

动作感知设备还可以在自己的固定部件和运动部件之间建立一个定向电磁场。本发明的目的和优点

本发明的新颖性在于教师和学生之间动作的精确吻合。它为学生提供了实时的可视化反馈，使其无需依赖对教师动作的记忆和可视化解释。另外，本发明相对于现有技术的运动分析系统在体积，复杂性和费用方面都有降低。

本发明采用与学生动作相同的参照框架，创造出教师的动作图像，从而提供一种较以前的系统更为有效的学习方法。本发明从空间和时间两方面提供教师和学生的动作轨迹轨迹的实时而直接的比较。本发明不需要录像机，因此无论传感器放在何处，它都能不间断地记录数据。也就是说，传感器不必象其他系统一样放在摄像机可见的区域里。

附图的简要说明

以上所述和本发明的其他目的、特性、和优点可以从结合附图的具体描述得到更明确的体现。附图的比例并非重点，重点在于描述本发明的主要原理。

图1示出了根据本发明的动作教学系统的基本组成部分。

图2是根据本发明教学生用球拍击球时的运动显示图像。

图3示出了Polhemus发射器的参考轴与装载在球拍上的Polhemus传感器的轴之间的关系。

图4是根据本发明的练习模式的图形说明。

图5是根据本发明的训练模式的图形说明。

图6是根据本发明的反馈模式的图形说明。

图7用图形方式表示训练前后测试结果，从而表现取得了进步的学生的情况。

图8用图形方式表示训练前后测试结果，从而表现未取得进步的学生的情况。

图9是试验系统的流程图，展示了根据本发明的系统的闭合回路性质。

图10A与10B是试验系统软件的流程图。

本发明的最佳实施例