CN109821243A - 一种模拟重现投篮过程的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟重现投篮过程的方法，涉及人机交互技术领域，其中包括：采用数据采集设备持续记录投篮者投篮过程中的手腕以及肩膀的节点数据，还包括：步骤S1，根据节点数据判断得到投篮者的第一姿势，并将此时的手腕位置记录；步骤S2，根据节点数据判断得到投篮者的第二姿势，并将此时的手腕位置记录；步骤S3，根据节点数据判断得到投篮者的第三姿势，并将此时的手腕位置记录；步骤S4，根据记录的位置和肩膀位置处理得到篮球的方向数据和运动数据；步骤S5，根据运动数据和方向数据模拟投篮过程。上述技术方案的有益效果是：模拟重现出投篮者包括投篮角度、投篮力度以及判断是否在投篮的整个投篮过程。
Description
技术领域
本发明涉及人机交互技术领域，尤其涉及一种模拟重现投篮过程的方法。
背景技术
随着人机交互技术的不断发展，体感游戏成为一种越发深受广大玩家喜爱的创新型人机交互式游戏。体感游戏是利用视频动作捕捉技术，通过摄像头数据分析出玩家的身体动作或手势动作，实现直接的人机互动效果。因此在开发体感游戏时就难免会遇上游戏设计与制作当中的人体骨骼控制问题，现有技术中，体感设备突破了传统的鼠标和键盘交互方式，直接通过人体骨骼的追踪完成交互，为3D人体骨骼控制提供了可能。然而在现有技术中，能够模拟出使用者运动中的动作，却无法模拟出使用者运动过程中的速度和力度，比如，在现有技术中能够重现出投篮者的投篮动作，却不能模拟重现出投篮者投篮时的角度和力度，以及判断出该动作是否是投篮动作。
发明内容
根据现有技术中存在的上述问题，现提供一种模拟重现投篮过程的方法，旨在实现模拟重现包括：投篮动作、投篮角度、投篮力度以及判断是否在投篮的整个投篮过程。
上述技术方案具体包括：
一种模拟重现投篮过程的方法，其中，采用数据采集设备持续记录投篮者执行投篮动作过程中的手腕以及肩膀的节点数据，还包括：
步骤S1，根据所述节点数据判断得到投篮者准备投篮的第一姿势，并将所述投篮者处于所述第一姿势时的手腕位置记录为第一记录点位置；
步骤S2，根据所述节点数据判断得到投篮者在投篮过程中的第二姿势，并将所述投篮者处于所述第二姿势时的手腕位置记录为第二记录点位置；
步骤S3，根据所述节点数据判断得到投篮者完成投篮动作后的第三姿势，并将所述投篮者处于所述第三姿势时的手腕位置记录为第三记录点位置；
步骤S4，根据所述第三记录点位置和所述投篮者的肩膀位置处理得到用于模拟篮球运动的方向数据，以及根据所述第一记录点位置和所述第三记录点位置处理得到用于模拟篮球运动的运动数据；
步骤S5，根据所述运动数据和所述方向数据模拟所述投篮者本次投篮的投篮过程。
优选地，其中，所述节点数据还包括所述手腕到肘关节与所述肩膀到所述肘关节连线之间形成的夹角；
所述步骤S1中，判断得到所述第一姿势的方式具体包括：
步骤S11，判断所述夹角是否小于第一预设角度，并在所述夹角小于所述第一预设角度时判断得到所述第一姿势。
优选地，其中，所述步骤S2中，判断得到所述第二姿势的方式具体包括：
步骤S21，判断所述夹角是否在第一预设时间内变更为第二预设角度，并在所述夹角在所述第一预设时间内变更为所述第二预设角度时判断得到所述第二姿势，若无法判断得到所述第二姿势，则返回步骤S1。
优选地，其中，所述步骤S3中，判断得到所述第三姿势的方式具体包括：
步骤S31，判断所述夹角是否在第二预设时间内变更为大于第三预设角度，且所述肩膀位置到所述第三记录点位置的长度大于第一预设长度：
若是，则判断得到所述第三姿势；
若否，则返回所述步骤S1；
其中，所述第三预设角度大于所述第二预设角度，所述第二预设角度大于所述第一预设角度。
优选地，其中，所述步骤S4中，通过将所述肩膀位置与所述第三记录点位置进行向量相减的方式得到所述方向数据。
优选地，其中，所述步骤S4中，根据以下公式计算得到所述运动数据：
其中，
v用于表示所述运动数据；
s用于表示所述第一记录点位置至所述第三记录点位置之间的距离；
t用于表示所述投篮者的手腕从所述第一记录点位置运动到所述第三记录点位置的时间。
优选地，其中，所述数据采集设备是Kinect设备。
优选地，其中，所述步骤S5中，通过Unity模拟工具模拟所述投篮者本次投篮的投篮过程。
优选地，其中，预先根据所述投篮者的身高，设置对应的所述第一预设长度。
上述技术方案的有益效果是：提供一种模拟重现投篮过程的方法，在Kinect设备与Unity模拟工具的基础之上，通过算法与实际结合，实现模拟重现出投篮者包括投篮角度、投篮力度以及判断是否在投篮的整个投篮过程。
附图说明
图1是本发明的较佳实施例中，模拟投篮过程的流程示意图；
图2是本发明的较佳实施例中，第一姿势的示意图；
图3是本发明的较佳实施例中，第二姿势的示意图；
图4是本发明的较佳实施例中，第三姿势的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
在本发明的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种模拟重现投篮过程的方法，其中包括：
如图2所示，采用数据采集设备持续记录投篮者执行投篮动作过程中的手腕1以及肩膀2的节点数据，还包括以下步骤，如图1所示：
步骤S1，根据节点数据判断得到投篮者准备投篮的第一姿势，并将投篮者处于第一姿势时的手腕1位置记录为第一记录点位置；
步骤S2，如图2所示，根据节点数据判断得到投篮者在投篮过程中的第二姿势，并将投篮者处于第二姿势时的手腕1位置记录为第二记录点位置；
步骤S3，如图3所示，根据节点数据判断得到投篮者完成投篮动作后的第三姿势，并将投篮者处于第三姿势时的手腕1位置记录为第三记录点位置；
步骤S4，根据第三记录点位置和投篮者的肩膀2位置处理得到用于模拟篮球运动的方向数据，以及根据第一记录点位置和第三记录点位置处理得到用于模拟篮球运动的运动数据；
步骤S5，根据运动数据和方向数据模拟投篮者本次投篮的投篮过程。
在本发明的一个具体实施例中，我们称第一姿势为准备投篮姿势，称第二姿势为正在投篮姿势，称第三姿势为投篮完成姿势。
在该具体实施例中，对第二记录点位置，我们只做记录不做任何处理，其目的在于通过记录第二记录点位置来避免将投篮者修正投篮的姿势等非投篮动作错误的识别为投篮动作，以增加对投篮动作的识别精度，提高判断是否在投篮的准确性。
在本发明的较佳的实施例中，节点数据还包括手腕1到肘关节与肩膀2到肘关节连线之间形成的夹角3。
步骤S1中，判断得到第一姿势的方式具体包括：
步骤S11，判断夹角3是否小于第一预设角度，并在夹角3小于第一预设角度时判断得到第一姿势。
在本发明的一个具体的实施例中，第一预设角度的角度值为45度，第一预设角度的角度值是在对篮球运动员投篮姿势进行大数据统计后，并结合现实中，体验者的实际投篮情况得出的统计值上限。
在本发明的较佳的实施例中，步骤S2中，判断得到第二姿势的方式具体包括：
步骤S21，判断夹角3是否在第一预设时间内变更为第二预设角度，并在夹角3在第一预设时间内变更为第二预设角度时判断得到第二姿势，若无法判断得到第二姿势，则返回步骤S1。
在一个具体的实施例中，第一预设时间与第二预设角度的具体数值也是在对篮球运动员投篮姿势进行大数据统计后，并结合现实中，体验者的实际投篮情况得出的统计值。
在该具体实施例中，第二预设角度的具体数值为90度。
在本发明的较佳的实施例中，步骤S3中，判断得到第三姿势的方式具体包括：
步骤S31，判断夹角3是否在第二预设时间内变更为大于第三预设角度，且肩膀2位置到第三记录点位置的长度大于第一预设长度：
若是，则判断得到第三姿势；
若否，则返回步骤S1；
其中，所述第三预设角度大于所述第二预设角度，所述第二预设角度大于所述第一预设角度。
在一个具体的实施例中，第二预设时间和第三预设角度仍然通过对篮球运动员投篮姿势进行大数据统计后，并结合现实中，体验者的实际投篮情况得出的统计值。
在该具体实施例中，第三预设角度为160度。
在该具体实施例中，通过设置第一预设长度的判断条件，进一步提高了判断是否是在投篮的准确性，避免将投篮者修正投篮的姿势等非投篮动作错误的识别为投篮动作。
在本发明的较佳的实施例中，步骤S4中，通过将肩膀2位置与第三记录点位置进行向量相减的方式得到方向数据。
在一个具体实施例中，通过数据采集设备Kinect的人体坐标捕捉技术，捕捉到肩膀2的空间坐标和第三记录点的空间坐标，利用空间坐标向量相减的方法，可以得到篮球在出手时的运动方向数据。
在本发明的较佳的实施例中，步骤S4中，根据以下公式计算得到运动数据：
其中，
v用于表示运动数据；
在一个具体的实施例中，v代表了投篮者将篮球投出手时，篮球的瞬时速度。
进一步的，因为投篮者投篮时使用的力度越大，篮球出手时的瞬时速度v就越大，因此该篮球出手时的瞬时速度v也可视为投篮者在投篮过程中的投篮力度。
s用于表示第一记录点位置至第三记录点位置之间的距离，在一个具体的实施例中，该距离s由数据采集设备Kinect采集记录到的第一记录点位置坐标值和第三记录点位置坐标值计算得出；
t用于表示投篮者的手腕从第一记录点位置运动到第三记录点位置的时间，在一个具体的实施例中，该运动时间由数据采集设备Kinect获得。
在一个具体的实施例中，我们此处假设了手腕从第一记录点运动到第三记录点的过程为一个初速度为零的匀加速直线运动，简化了现实的投篮过程中手腕复杂的运动轨迹，方便模拟计算，通过简化我们可以利用速度与位移公式，计算得出篮球在离开投篮者手掌时的瞬时速度v，此数据即为篮球的运动数据。
在本发明的较佳的实施例中，数据采集设备是Kinect设备。
在该实施例中，Kinect设备是一种强大的3D体感摄像机，它内置了即时动态捕捉，影像辨识等功能，可以迅速识别人体骨架，Kinect设备通过每帧记录投篮者的两条手臂的空间坐标，再根据反馈回来的数值结合其内部算法即可得到投篮者的手腕、肩膀以及手腕到肘关节与肩膀到肘关节连线之间形成的夹角等节点数据的数值。
在本发明的较佳实施例中，步骤S5中，通过Unity模拟工具模拟投篮者本次投篮的投篮过程。
在该实施例中，Unity是一个全面整合的专业游戏引擎，它不仅可以模拟出由Kinect设备捕捉到的投篮者在投篮过程中的整套投篮动作，还可以通过其内置的强大物理引擎模拟出在篮球出手后，运动过程中所受到的地心引力，进一步的，结合上述技术方案所得到的篮球的方向数据和运动数据，模拟出篮球出手后的运动轨迹，从而完整的模拟出了包括投篮动作、投篮角度、投篮力度以及判断是否在投篮的整个投篮过程。
在本发明的较佳的实施例中，预先根据投篮者的身高，设置对应的第一预设长度。
在一个具体的实施例中，不同身高的投篮者可以根据自身高度选择对应的预设长度值。
在该具体实施例中，第一预设长度的对应数值是由对不同身高的篮球运动员在投篮过程中肩膀2位置到第三记录点位置的长度进行大数据统计后，并结合现实中，相应身高体验者在实际投篮过程中的实际数值得出的统计值下限。
综上所述，本技术方案的有益效果是：提供一种模拟重现投篮过程的方法，在Kinect设备与Unity模拟工具的基础之上，通过算法与实际结合，实现模拟重现出投篮者包括投篮角度、投篮力度以及判断是否在投篮的整个投篮过程。
对于结合Kinect设备与Unity模拟工具来模拟重现速度与力度的方法，它可能会再度掀起体感游戏的热潮，并进一步的扩大体感设备的应用领域，比如，我们可以不用出门，在家里通过互联网联机的方式跟自己的朋友来一场令人热血的篮球比赛，又或者来一场争分夺秒的田径运动，结合体感游戏的全沉浸式体验，再加上通过上述技术方案模拟出使用者的运动速度和动作力度，将能够大大提升用户的使用体验。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种模拟重现投篮过程的方法，其特征在于，采用数据采集设备持续记录投篮者执行投篮动作过程中的手腕以及肩膀的节点数据，还包括：
步骤S1，根据所述节点数据判断得到投篮者准备投篮的第一姿势，并将所述投篮者处于所述第一姿势时的手腕位置记录为第一记录点位置；
步骤S2，根据所述节点数据判断得到投篮者在投篮过程中的第二姿势，并将所述投篮者处于所述第二姿势时的手腕位置记录为第二记录点位置；
步骤S3，根据所述节点数据判断得到投篮者完成投篮动作后的第三姿势，并将所述投篮者处于所述第三姿势时的手腕位置记录为第三记录点位置；
步骤S4，根据所述第三记录点位置和所述投篮者的肩膀位置处理得到用于模拟篮球运动的方向数据，以及根据所述第一记录点位置和所述第三记录点位置处理得到用于模拟篮球运动的运动数据；
步骤S5，根据所述运动数据和所述方向数据模拟所述投篮者本次投篮的投篮过程。
2.根据权利要求1所述的一种模拟重现投篮过程的方法，其特征在于，所述节点数据还包括所述手腕到肘关节与所述肩膀到所述肘关节连线之间形成的夹角；
所述步骤S1中，判断得到所述第一姿势的方式具体包括：
步骤S11，判断所述夹角是否小于第一预设角度，并在所述夹角小于所述第一预设角度时判断得到所述第一姿势。
3.根据权利要求2所述的一种模拟重现投篮过程的方法，其特征在于，所述步骤S2中，判断得到所述第二姿势的方式具体包括：
步骤S21，判断所述夹角是否在第一预设时间内变更为第二预设角度，并在所述夹角在所述第一预设时间内变更为所述第二预设角度时判断得到所述第二姿势，若无法判断得到所述第二姿势，则返回步骤S1。
4.根据权利要求3所述的一种模拟重现投篮过程的方法，其特征在于，所述步骤S3中，判断得到所述第三姿势的方式具体包括：
步骤S31，判断所述夹角是否在第二预设时间内变更为大于第三预设角度，且所述肩膀位置到所述第三记录点位置的长度大于第一预设长度：
若是，则判断得到所述第三姿势；
若否，则返回所述步骤S1；
其中，所述第三预设角度大于所述第二预设角度，所述第二预设角度大于所述第一预设角度。
5.根据权利要求1所述的一种模拟重现投篮过程的方法，其特征在于，所述步骤S4中，通过将所述肩膀位置与所述第三记录点位置进行向量相减的方式得到所述方向数据。
6.根据权利要求1所述的一种模拟重现投篮过程的方法，其特征在于，
所述步骤S4中，根据以下公式计算得到所述运动数据：
其中，
v用于表示所述运动数据；
s用于表示所述第一记录点位置至所述第三记录点位置之间的距离；
t用于表示所述投篮者的手腕从所述第一记录点位置运动到所述第三记录点位置的时间。
7.根据权利要求1所述的一种模拟重现投篮过程的方法，其特征在于，所述数据采集设备是Kinect设备。
8.根据权利要求1所述的一种模拟重现投篮过程的方法，其特征在于，所述步骤S5中，通过Unity模拟工具模拟所述投篮者本次投篮的投篮过程。
9.根据权利要求4所述的一种模拟重现投篮过程的方法，其特征在于，预先根据所述投篮者的身高，设置对应的所述第一预设长度。
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