CN111672089B - 一种针对多人对抗类项目的电子计分***及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对多人对抗类项目的电子计分***及实现方法，该***包括用于对参赛者各个身体部位的动作捕捉装置进行定位的动作捕捉***，接收定位信息、建立3D虚拟人体模型、判断是否发生碰撞并计分的计分机器；该实现方法包括参赛者佩戴动作捕捉装置、建立参赛者的3D虚拟人体模型、获取动作捕捉装置得到的定位信息、实时判定碰撞事件以及实时计算得分等步骤。本发明能够适用于多种比赛规则，减少了可穿戴设备的成本，增加佩戴舒适度，同时计分***和计分方法能够充分还原比赛情况，能够增加比赛评分的准确性，减少误判的情况发生。

Description

一种针对多人对抗类项目的电子计分***及实现方法

技术领域

本发明涉及格斗类竞技比赛的计分***，具体的说，是涉及一种针对多人对抗类项目的电子计分***及实现方法。

背景技术

在格斗类武术竞技中，比赛现场采用真人裁判通过肉眼评判进行打分，或者通过参赛者丧失能力而做出的。例如中国武术协会短兵计分***使用的是数个真人裁判手握无线积分器进行实时打分，最后通过分数对照得出最终结果。这种评分方式消耗了大量的人力成本，同时由于肉眼观察袭击困难，对于攻击的速度、位置、是否做出真实的撞击和损伤都难以得到非常准确的结果，容易发生裁判员有意或无意的误判。

另外一些竞技比赛（例如击剑项目、跆拳道比赛项目）中采用的穿戴传感类的可穿戴设备，这些基于撞击、光敏、力感测装置以及压力等传感器装置的可穿戴式设备，利用安装在身体各个部位的传感器进行打击感应，进而进行打击判断，最终进行裁判评分的计分***方案。

但是这类评分设备和方法是基于不同的比赛规则的，针对不同的比赛需要穿戴不同的传感器设备，无法对不同比赛的计分***进行统一。另外，根据不同比赛的规则，需要将穿戴设备固定在参赛者的肢体上，就需要将传感器的形状特征考虑到比赛服装设计中，并且由于传感器需要直接感受攻击方的打击，穿戴设备也需要考虑对传感器的保护进而增加了对于服装的材质以及结构限制。这无疑也就增加了穿戴设备的复杂程度以及高昂的成本，其难以推广。

上述缺陷，值得解决。

发明内容

为了克服现有的技术的不足，本发明提供一种针对多人对抗类项目的电子计分***及实现方法。

本发明技术方案如下所述：

一方面，一种针对多人对抗类项目的电子计分***，其特征在于，包括：

动作捕捉***，用于对参赛者各个身体部位的动作捕捉装置进行定位；

及计分机器，所述计分机器实时接收所述动作捕捉***发送的定位信息，并通过定位信息获取对应参赛者的3D虚拟人体模型，通过3D虚拟人体模型判断是否发生有效碰撞，所述计分机器根据有效碰撞的类型及预定义的计分规则进行计分。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述动作捕捉***包括动作捕捉感应器和所述动作捕捉装置，所述动作捕捉感应器与所述动作捕捉装置有线/无线连接，所述动作捕捉装置佩戴于参赛者的不同部位。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述动作捕捉装置内设有震动感应器。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述动作捕捉装置佩戴于人体的头部、胸部、胳膊、手部、大腿部、膝关节、脚部、佩戴武器中的一个或多个部位或武器上。

根据上述方案的本发明，其特征在于，佩戴所述动作捕捉装置的各个肢体部位或武器分别配置一个或多个属性。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述动作捕捉***用于检测六自由度、或九自由度、或十自由度的方位及坐标数据。

进一步的，所述动作捕捉***包括基于主动式或被动式光学捕捉的动作感测***、基于惯性动捕的惯性传感器***、基于机械式动捕的结构性感应***、基于电磁式动捕的电磁感应***、发热和/或热感测***、加速度计中的一个或多个。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述动作捕捉装置通过穿戴设备固定于参赛者的肢体或武器上。

进一步的，所述穿戴设备包括捆绑式固定设备、黏贴式固定设备、机械式和/或结构性固定设备、磁性固定设备中的一种或多种。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述计分机器包括：

通信装置，用于实时接收所述动作捕捉***发送的定位信息；

及计算装置，所述计算装置根据所述通信装置接收到的定位信息得到对应参赛者的3D虚拟人体模型，通过判断相对两个参赛者的3D虚拟人体模型的体积交叉判断发生疑似碰撞，并通过判断疑似碰撞事件的力度及比赛规则得到计分结果。

进一步的，所述通信装置与所述动作捕捉***无线连接。

进一步的，所述计算装置包括：

操作界面，用于通过界面操作控制所述计算装置的运行；

动作捕捉***校准模块，用于按照人体结构校准与所述计分机器连接的各个所述动作捕捉装置，形成参赛者的3D虚拟人体模型，并对每个所述动作捕捉装置的属性进行定义；

原始参数与计分规则设定模块，用于对碰撞事件判定过程中的判断参数进行设定，并设定碰撞结果积分的规则；

计分运算模块，用于根据原始参数判定是否发生碰撞，并对真实碰撞事件进行计分；

数据连接建立模块，用于建立所述通信装置与所述动作捕捉***的连接关系。

更进一步的，所述动作捕捉***校准模块生成的3D虚拟人体模型的体积大于实际参赛者的体积。

更进一步的，所述计分运算模块包括：

碰撞事件判定单元，用于根据参赛者的3D虚拟人体模型得到参赛者的肢体实时方位、姿势及运动轨迹，判断并得到虚拟碰撞事件；

碰撞力度判定单元，根据虚拟碰撞事件发生时的力度指数判断碰撞是否达到设定阈值，达到不同设定阈值的虚拟碰撞事件得到不同得分。

更进一步的，所述碰撞事件判定单元在得到参赛者的肢体实时方位、姿势及运动轨迹后，判断参赛者佩戴的动作捕捉装置是否发生震动，若发生震动则判定为真实碰撞事件。

进一步的，所述计分机器还包括输出装置，所述输出装置包括显示输出，所述显示输出与显示器连接，所述计分机器通过所述显示输出将计分结果及计分数据显示在显示器上。

更进一步的，所述计算装置还包括信息导出设定模块，用于将所述计分运算模块统计的计分结果及计分数据导出，并发送至所述输出装置。

更进一步的，所述输出装置还包括音频输出，所述音频输出与扬声器连接，所述计分机器通过所述音频输出将采集到的音频数据播放至所述扬声器上。

进一步的，所述计分机器还包括拾音装置，所述拾音装置接收拾音器的音频信息，并将其发送至所述计算装置内，所述计算装置通过所述通信装置将音频信息发送至参赛者的可播放音频的动作捕捉装置中。

另一方面，一种如上述的针对多人对抗类项目的电子计分***的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100、参赛者根据每个动作捕捉装置的不同属性佩戴于不同的肢***置；

S200、计分机器与动作捕捉***建立连接，并建立参赛者的3D虚拟人体模型；

S300、所述计分机器实时获取所述动作捕捉装置得到的定位信息；

S400、所述计分机器根据不同参赛者的3D虚拟人体模型和初始设定的原始参数，实时判定碰撞事件；

S500、所述计分机器根据计分规则实时计算参赛者的得分情况。

根据上述方案的本发明，其特征在于，步骤S400具体包括：根据不同参赛者的3D虚拟人体模型的体积交叉判断是否发生疑似碰撞，在判定发生疑似碰撞的基础上，判断该碰撞力度是否超过预定阈值，若超过预定阈值则判定为真实碰撞事件。

根据上述方案的本发明，其特征在于，在步骤S500中，实时计分的过程包括：

（1）根据碰撞前参赛者的肢体运动速度和轨迹，得到碰撞力度参数；

（2）识别参赛者发生碰撞的具体肢体部位，得出攻击部位和受攻击部位；

（3）通过真实碰撞事件的判定，基于计分规则进行实时计分。

根据上述方案的本发明，其有益效果在于，本发明基于动作捕捉***对参赛者进行动态碰撞检测，并结合不同的比赛规则进行计分，整个***能够适用于多种比赛规则，减少对参赛者服装的改动，减少了可穿戴设备的相应成本；另外本发明的计分***和计分方法能够充分还原比赛情况，能够增加比赛评分的准确性，减少误判的情况发生。

附图说明

图1为针对多人对抗类项目的电子计分***的***框图。

图2为针对多人对抗类项目的电子计分***的示意图。

图3为参赛者佩戴动作捕捉装置的示意图。

图4为计算装置的结构示意图。

图5为3D虚拟人体模型的示意图。

图6为3D虚拟人体模型中头部与头部动作捕捉装置关系的示意图。

图7为参赛者实际动作与3D虚拟人体模型的对比示意图。

图8为本发明的实现流程图。

在图中，1、动作捕捉装置；11、头部动作捕捉装置；12、胳膊动作捕捉装置；13、手部动作捕捉装置；14、胸部动作捕捉装置；15、腿部动作捕捉装置；16、膝关节动作捕捉装置；17、脚部动作捕捉装置；

2、动作捕捉感应器；

3、计分机器；31、头部几何标签；32、胳膊几何标签；33、手部几何标签；34、胸部几何标签；35、腿部几何标签；36、膝关节几何标签；37、脚部几何标签；

4、显示器；

5、参赛者；

6、比赛场地；

7、几何数据坐标系。

具体实施方式

下面结合附图以及实施方式对本发明进行进一步的描述：

如图1至图7所示，一种针对多人对抗类项目的电子计分***，包括：动作捕捉***和计分机器。动作捕捉***用于对参赛者各个身体部位的动作捕捉装置进行定位；计分机器实时接收动作捕捉***发送的定位信息，并通过定位信息获取对应参赛者的3D虚拟人体模型，通过3D虚拟人体模型判断是否发生有效碰撞，计分机器根据有效碰撞的类型及预定义的计分规则进行计分。

一、动作捕捉***

如图1、图2、图3所示，动作捕捉***用于检测3自由度（3轴加速计以及3轴陀螺仪）、或9自由度、或10自由度的方位及坐标数据。其包括基于主动式或被动式光学捕捉的动作感测***、基于惯性动捕的惯性传感器***、基于机械式动捕的结构性感应***、基于电磁式动捕的电磁感应***、发热和/或热感测***、加速度计中的一个或多个。

动作捕捉***包括动作捕捉感应器1和动作捕捉装置2。

1、动作捕捉感应器

动作捕捉感应器2位于比赛场地6外（或边缘位置），其与动作捕捉装置1有线/无线连接。动作捕捉感应器2将参赛者5安置于身上各个部位的一定数量的动作捕捉装置1进行动作捕捉。

2、动作捕捉装置

（1）动作捕捉装置1佩戴于参赛者5的不同身体部位或武器，通过记录不同身体部位是否受到攻击和/或发出攻击，作为有效计分的基础。

（2）动作捕捉装置通过穿戴设备固定于参赛者的肢体或武器上。穿戴设备包括捆绑式固定设备、黏贴式固定设备、机械式和/或结构性固定设备、磁性固定设备中的一种或多种。

在本实施例中，佩戴动作捕捉装置1的各个肢体部位或武器分别配置一个或多个属性，包括攻击属性、防御属性、脆弱属性，以便计分机器能够根据详细的计分规则进行计分。例如：手部可以定义为攻击属性和防守属性，头部可以定义为脆弱属性等。本发明不以上述属性定义为限，例如在另一实施例中，各个肢体部位可不配置对应属性，仅定义有效部位即可，（胸部定义为有效部位，手腕定义为无效部位或减分部位，在比赛过程中，攻击胸部记录正分，攻击手腕记录零分或负分）。在其他实施例中还可进行其他定义，此处不做详述。

以人体的各个肢体部位或武器分别配置一个或多个属性为例：

动作捕捉装置佩戴于人体的攻击部位和/或受攻击部位，具体包括头部、胸部、胳膊、手部、大腿部、膝关节、脚部、佩戴武器中的一个或多个部位，进而形成头部动作捕捉装置11、胳膊动作捕捉装置12、手部动作捕捉装置13、胸部动作捕捉装置14、腿部动作捕捉装置15、膝关节动作捕捉装置16、脚部动作捕捉装置17。

优选的，在满足进行运动测量打分位置的前提下，动作捕捉装置佩戴于参赛者不直接面对攻击的部位，降低了穿戴设备的复杂性和降低了对装置的保护需求，既能满足各类武术比赛的竞赛服装穿戴，又排除了参赛者在着装方面的限制，降低整体方案成本的同时提高了设定打分标准的灵活性。

参赛者不同身体部位佩戴的不同动作捕捉装置与计分机器定义的初始参数相吻合。例如，计分机器中设定的动作捕捉装置默认为脑部，则参赛者将次动作捕捉装置佩戴于后脑勺部位。

优选的，在本实施例中，动作捕捉装置内设有震动感应器，通过震动感应器判断动作捕捉装置的位置是否发生碰撞，以及判断碰撞的类型。在其他实施例中，参赛者的武器或肢体部位还佩戴有撞击、光敏、力感测装置以及压力等传感器装置，使得计分机器额外获得传感器的力参数数据，并用于增加判断碰撞事件的准确性（力参数数据可替代计分装置所计算出的估算数据，如撞击判断以及力度判断）使得计分装置所得出的计分更加的准确以及可靠。

优选的，参赛者还佩戴有盔甲等撞击保护装置，利用其抗刺穿和抗撕裂特性，以保护穿戴者免受因撞击而导致的伤害。这些伤害来源于击打、抛掷或者施加至参赛者的其他力，包括来自参赛者落至或相对于一个接触表面(例如地面、围绕竞技场的护壁、藩篱或笼子)的力、刺穿(例如武器)或撕裂力、和/或武器、身体部位或任何其他物体(例如地面) 击打参赛者的撞击。

二、计分机器

如图4至图7所示，计分机器与动作捕捉***连接（优选为无线通信连接），实时地接收动作捕捉***发送的定位信息，并进行实时计分运算（包括核对、处理、分析和报告力参数数据、计算一个或多个结果(例如分数)），并将生成结果输出显示。

计分机器为台式电脑、笔记本电脑、智能手机、平板电脑、虚拟现实一体机等电子设备中的一种或多种。其包括计算机***或网络(包括LAN、WAN、因特网或云)或具有处理容量和向视觉显示器发送数据(包括但不限于实时或接近实时地发送数据)的能力的任何其他装置(例如嵌入式硬件)。

1、计分机器包括通信装置。

通信装置用于实时接收动作捕捉***发送的定位信息，用于与每一个参赛者身上佩戴的动作捕捉装置通信，使得能够将6自由度数据从每个参赛者通信至计分机器。

在一个实施例中，通信装置为单向通信装置，使得动作捕捉***将检测到的动作捕捉装置的位置信息发送至计分机器。在另一个实施例中，通信装置为多向通信装置，不仅可以使得计分机器接收动作捕捉***发送来的位置信息，还能将计分机器得到的数据（包括累积分数、或者来自教练的语音数据）返回至参赛者的动作捕捉装置。优选的，通信装置是单信道或多信道的，多信道通信使得能够同时发送通信和/或同时接收通信。

在一个优选实施例中，穿戴设备还包括参赛者头部的耳机和麦克风，从而使得参赛者能够在一个信道上接收教练的指示，在另一个信道上通过麦克风向教练会话。如果比赛中有多个参赛者参与(即团队比赛)，则可包括额外的信道，以使得竞技场上的团队参赛者可相互通信。

优选的，通信装置采用无线通讯方法，包括任何一合适的无线通讯手段，例如蓝牙、局域网络、网络云等。

2、计分机器包括计算装置。

计算装置与动作捕捉***的方位数据建立链接，进而进行原始参数设定；以及根据通信装置接收到的定位信息得到对应参赛者的3D虚拟人体模型，通过判断相对两个参赛者的3D虚拟人体模型的体积交叉判断发生疑似碰撞，并通过判断疑似碰撞事件的力度及比赛规则得到计分结果。

计算装置内的软件***为可在计分机器上运行的软件模组，其运行环境可为任意合适的操作***（例如Windows OS、Linux OS、Mac OS、Android OS等），其运行方式可为任何运行方式，例如本地安装运行或者云端运算等。根据不同运行环境的不同，该软件***可以基于不同的编程语言（包括C、C++、C#、PHP、Java等）。

计算装置与动作捕捉***建立连接后，能实时地输送方位（不少于6自由度的方位）数据，计算装置内的计分软件获取计分机器处理器以及数据库的访问权限，进而获取动作捕捉***提供的实时方位数据，储存至内存数据库。

如图4所示，计算装置包括操作界面、动作捕捉***校准模块、原始参数与计分规则设定模块、计分运算模块、数据连接建立模块等。

（1）操作界面

操作界面用于通过界面操作控制计算装置的运行。

计算装置通过计算机运行计分软件后开启的软件用户操作界面，通常是使用鼠标以及键盘作为输入手段进行针对软件各类参数的修改、建立、增加、删减以及各项指令下达的虚拟操作界面。

优选的，用户通过操作界面进行动作捕捉***的校准、设定原始参数与计分规则、以及设定信息导出的相关操作。

（2）动作捕捉***校准模块

动作捕捉***校准模块用于按照人体结构校准与计分机器连接的各个动作捕捉装置，形成参赛者的3D虚拟人体模型，并对每个动作捕捉装置的属性进行定义。具体的：

如图3、图5所示，计算装置按照人体结构校准所有连接中的动作捕捉装置，允许给每个动作捕捉装置赋予标签，该标签的性质可为不同项目规则服务。优选的，计算装置辨别每个动作捕捉装置所对应的参赛者肢体部位，并设定对应的肢体部位标签及相应属性。

在本实施例中，肢体部位标签包括但不限于：头部几何标签31、胳膊几何标签32、手部几何标签33、胸部几何标签34、腿部几何标签35、膝关节几何标签36、脚部几何标签37、及武器标签等。根据肢体标签部位的不同，肢体部位标签的属性包括可用于攻击的部位（属性）、可受到攻击的部位（属性）、脆弱的部位（属性）等。

计算装置与动作捕捉***连接并校准后，得到每一个动作捕捉装置对应的肢体部位的几何数据，并运用三维模型构造原理进行结构生成对应的几何数据坐标系7，进而形成参赛者的3D虚拟人体模型。肢体部位的几何数据具体包括，头部体积几何数据（形状及尺寸）（如图6所示）、胸部体积几何数据（形状及尺寸）、胳膊体积几何数据（形状及尺寸）、手部体积几何数据（形状及尺寸）、大腿体积几何数据（形状及尺寸）、小腿体积几何数据（形状及尺寸）、脚部体积几何数据（形状及尺寸）、武器体积几何数据（形状及尺寸）。

由于参赛者肢体与其穿戴的动作捕捉装置的相对位置需要被采集，然后提供给计算装置，使得3D虚拟人体模型中的位置与动作捕捉装置所提供的方位坐标处于相同的相对位置。

优选的，动作捕捉***校准模块可以通过***调试着的设定建立对应的几何数据坐标系，也可以引用相关世界平均值数据作为默认值。在一个实施例中，相对位置在软件中为默认值，参赛者需要在穿戴动作捕捉装置时按照这个默认值去校准穿戴位置，例如计算装置默认头部动作捕捉装置的位置是坐标在人的后脑勺中央位置，因此参赛者需按照此默认值进行穿戴；在另一实施例中，这个相对位置可在软件操作界面中进行调试，按照现实中参赛者的穿戴位置进行校准。

如图7所示，按照人体结构组合所有校准后的几何数据，生成代表着参赛者身体结构体积形状以及尺寸的3D虚拟人体模型（参赛者的盔甲以及特殊着装的形状体积也对应在3D虚拟人体模型中模拟重现），并以空间数据结构储存管理于计分机器，允许计分软件实时调用并运算基于此数据的各种信息，例如击打判定、得分判定、犯规判定等。其结果导致此虚拟人体模型的体积和形状与参赛者的真实人体完全或接近一致。

根据动作捕捉装置提供的实时方位数据更新3D虚拟人体模型的各个肢体部位的方位与坐标，使得参赛者的实际肢体动作通过动作捕捉装置传递给计分软件并通过3D虚拟人体模型进行实时模拟。例如当参赛者穿戴在手部的动作捕捉装置实时传递给计分机器其方位数据，此数据被计分软件读取并实时更新至虚拟人体手部的方位，以此来达成让虚拟人体的手部姿势与参赛者真实的手部姿势一致或接近一致，并以此类推至所有部位，直至虚拟人体的肢体动作能够实时或者接近实时的模拟参赛者的实时肢体动作。根据上述模拟方法得到每一个参赛者的3D虚拟人体模型。

相同的，动作捕捉装置提供的方位数据会将所有3D虚拟人体模型按照参赛者的真实相对位置进行校准。例如在某一实施例中，参赛者A与参赛者B在比赛现场中站立，两者之间距离为1米，高度一致，则生成的3D虚拟人体模型也同样的拥有1米的距离以及高度一致，参赛者的虚拟人物之间的距离将会真实地反应参赛者在真实世界中的实际距离。

在另一种实施例中，参赛者使用此计分***进行了比赛后，计分装置可利用储存的空间结构数据将整个比赛通过CGI的方式进行播放，并允许暂定、快进、倒退等操作。

（3）原始参数与计分规则设定模块

原始参数与计分规则设定模块用于对碰撞事件判定过程中的判断参数进行设定，并设定碰撞结果积分的规则。根据需要的不同，在一个实施例中，用户可通过操作界面对原始参数与计分规则的设定参数进行修改、增加以及删除；在另一个实施例中，所有原始参数与计分规则的设定默认值在计分装置中设定，并无法在软件操作界面中修改、删除以及增加。

原始参数与计分规则是一系列计分装置中预设和/或可设定的变量值或常数变数，其用于提供计分装置在运算碰撞事件（判定参赛者打到另一个参赛者）以及实时计分时所引用的参数。原始参数与计分规则包括但不限于：

A. 可用于攻击的部位标签。

在一个实施例中，可以对部位类型进行限定，包括钝器、尖锐、柔软等。在另一个实施例中，此类标签也可为一种数值，例如用来形容尖锐程度的数值或硬度的数值。

B. 不可用于攻击的部位标签。

C. 可攻击的部位标签。

在一个实施例中，可以对部位类型进行限定，包括普通、脆弱、强硬等。在另一个实施例中，此类标签也可为一种数值，例如用来形容强度程度的数值或脆弱程度的数值。

D. 不可攻击的部位标签。

E. 疑似碰撞阈值（距离单位）。

F. 有效速度阈值（速度单位）。

G. 碰撞判断敏感度阈值。

H. 震动判断阈值（基于震动感应装置）。

I. 计分规则设定。

（4）计分运算模块

计分运算模块用于根据原始参数判定是否发生碰撞，并对真实碰撞事件进行计分。其包括了碰撞事件判定单元和碰撞力度判定单元，还可以包括计分判定以及信息导出单元。

A、碰撞事件判定单元

碰撞事件判定单元用于根据参赛者的3D虚拟人体模型得到参赛者的肢体实时方位、姿势及运动轨迹，判断并得到虚拟碰撞事件。

在本实施例中，计算装置通过每一次从动作捕捉***处所接收到的定位信息来进行一次运算（每一次的定位信息运算称为“一帧”），每一帧读取最新的动作捕捉装置的定位参数并更新至所有参赛者的3D虚拟人体模型来反映真实肢体的实时的方位、姿势以及运动轨迹，进而生成的所有虚拟肢体与真实世界中所有参赛者的肢体处于接近于同样的方位、运动轨迹与姿势。

基于上述设定，当参赛者A的真实肢体在现实世界中与另一个参赛者B的真实肢体发生了撞击时，计算装置中的参赛者A的虚拟肢体也应与参赛者B的虚拟肢体发生了同样或接近于同样的撞击，判断得到虚拟碰撞事件。通过得到的虚拟碰撞事件与动作捕捉装置所传递的动作轨迹、速度进行相关力量判读，并达到辅助比赛打分的目的。

现有的动作捕捉装置的定位刷新频率并不一定完全满足具有高速肢体动作特征的竞技项目，当真实碰撞的发生点时间出现在了定位设备刷新频率的缺口中时，则此次真实发生的碰撞会无法被虚拟肢体所模拟。在一个具体实施例中，动作捕捉装置的定位刷新频率为0.02秒一帧，某一次参赛者之间所产生的真实碰撞发生在了动作捕捉装置刷新后0.02秒的过程中，并且在下一次定位刷新时双方真实肢体已经脱离了碰撞状态时，参赛者的虚拟肢体就无法反应此次撞击并导致计分出现了误差。为了降低这种误差出现率，本发明的计算装置引入相关的误差控制机制以及手段。

在一个优选实施例中，动作捕捉装置内设有震动感应器，震动感应器作为动作捕捉***的一部分实时的传递震动参数与定位参数至计分机器。同时碰撞事件判定单元对当前的每一帧进行实时碰撞判定：

（a）所有参赛者的3D虚拟人体模型被赋予相应的碰撞体（Collider），此碰撞体全面覆盖参赛者的3D虚拟人体模型，保证计算装置能监测参赛者的3D虚拟人体模型之间的接触或交叉。

在此基础上，碰撞体的体积通过参数调整得到比参赛者的实际体积大，此参数可在初始参数设定环节中让***调试者设定。

例如，在一种情况中，参赛者A的实际腰围为68cm，其对应半径为10.82cm。当初始参数设定值为2cm时，其腰围半径设定为10.82+2=12.82cm，虚拟肢体的碰撞体的腰围将会被设定为80.51cm，并以此类推至全身。上述示例将参赛者的腰围视为圆形，当肢体形状为其他形状时，采取不同的数学公式进行计算，最终实现碰撞体的体积大于实际参赛者的体积。

现实世界中参赛者A的实际肢体在靠近至参赛者B的实际肢体2cm或更近时，其3D虚拟人体模型就已经接触到了参赛者B的虚拟肢体碰撞体，进而就已经得出虚拟肢体接触的信号。

（b）在虚拟肢体接触的信号被判定出现后，进一步的监测相应肢体标签上的震动感应器是否传递了有效的震动参数。

如出现有效震动参数，则判定碰撞出现；如无有效震动参数，则不会判定碰撞出现。

在另一个优选实施例中，***调试者可规定肢体能够主动撞击其他物体的有效速度阈值。当“可用于攻击的部位”速度达到阈值，即开始记录其在此状态下的运动距离，并开始于每帧进行射线投射。

（a）两次采样之间的差值运算

运动捕捉装置的定位刷新频率有限，当运动速度极快时，碰撞可能会出现在两次运动捕捉采样之间，在这种情况下，无法通过模型体积接触的方式来判定碰撞。

为避免因定位频率有限而遗漏碰撞，计算装置在每一帧都基于达到运动阈值的物体，自其上一帧的位置，向当前位置发射射线，检验是否与其他物理刚体产生碰撞。如产生碰撞，则判定撞击出现。

（b）预判

动作捕捉装置的检测频率同样会造成检测的滞后性。

针对该问题，计算装置基于物体当前位置，向检测到的最新速度方向发射射线，如检测到该射线与刚体的碰撞，且距离小于阈值，则判定撞击出现。

需要注意的是，如果所选定位设备的精准度和刷新率达到项目标准，上述两种误差控制可选机制可不被开启。

B、碰撞力度判定单元

碰撞力度判定单元根据虚拟碰撞事件发生时的力度指数判断碰撞是否达到设定阈值，达到不同设定阈值的虚拟碰撞事件得到不同得分。在上述第一种误差控制可选机制中，碰撞事件判定单元在得到参赛者的肢体实时方位、姿势及运动轨迹后，判断参赛者佩戴的动作捕捉装置是否发生震动，若发生震动则判定为真实碰撞事件。

在一个具体实施例中，碰撞过程中的所有相互碰撞的肢体均会受到牵扯。例如，手部肢体与头部肢体的撞击，使得手部和头部都会承受到撞击。

（a）使用碰撞参数进行力度指数的判定

碰撞参数包括：碰撞发生前的肢体相对行驶速度（碰撞肢体的距离的缩小速度）、碰撞发生前N秒的肢体行驶距离。

在本实施例中，绝对的瞬时速度将不会产生撞击；而另一方面，运动也不会因距离而无限积累能量。因此设定碰撞前的运动距离阈值（如0.5米）。在到达此阈值前，撞击力度随运动距离增大；到达阈值后，运动距离的增大不会继续增加撞击力度。

（b）使用辅助碰撞参数进行力度指数的辅助判定

第一类为经受力度计算的肢体的类型标签（或数值），其包括脆弱部位（或代表脆弱程度的数值）、强硬部位（或待变强硬程度的数值）及普通部位（或形容部位各类状态的数值）。

第二类为撞击到的肢体的类型标签（或数值），其包括钝器（代表物体钝力的数值）、尖锐（代表物体尖锐的数值）及柔软（待变物体柔软的数值）。

在另一个具体实施例中，计算机器辨别“攻击方”、“防御方”或同为“格挡方”，参与辨别地因素包括参与碰撞部位的肢体类型标签、参与碰撞部位的当前绝对速度（即，相对世界的速度）。

（a）当“可用于攻击的部位”碰撞“可攻击的部位”时判定：可用于攻击的部位为攻击方，可攻击的部位为防御方。

（b）当“可用于攻击的部位”碰撞“可用于攻击的部位时”：如参赛者 A 绝对速度达到阈值，参赛者B 绝对速度不达到阈值，则判定为参赛者A 进攻、参赛者B 防御；如果双方绝对速度都不达到阈值，则判定为“无碰撞”；如果双方绝对速度都打到阈值，则双方都判定为格挡。

在判定出攻击方，防御方，或者格挡后，计算防御方所承受的力度指数。

C、计分判定单元

碰撞事件触发并计算得出力度参数后，计算装置进一步的按照预设计分规则进行打分或犯规惩罚。计分过程可能但不必要的引用相关初始参数设定，计分规则设定以及触碰和力度判定结果进行实时运算，得出参赛者双方实时得分情况。

（5）数据连接建立模块

数据连接建立模块用于建立通信装置与动作捕捉***的连接关系。

在一个优选实施例中，计分机器内还设有安装装置，一来用于保障来自穿戴设备的通信，以使得各个不同的动作捕捉装置的数据检测以及到计分机器的通信是安全的(例如保护免遭第三方篡改)；二来用于保障通信(包括观看比赛和相关CGI、访问相关联的音频数据，包括解说、教练和参赛者的通信、宣告、音乐、广播稿等)。

（6）信息导出设定模块

信息导出设定模块用于将计分运算模块统计的计分结果及计分数据导出，并发送至输出装置。

3、计分机器还包括输出装置。

（1）显示输出

输出装置包括显示输出，显示输出与视觉显示器连接，计分机器通过显示输出将计分结果及计分数据以CGI影像的方式显示在视觉显示器上，使得参赛者、教练或领队、观众中的一个或多个所看到(不管是位于本地竞技场内，还是在远处观看比赛)。

计分装置根据比赛规则导出相关信息及参数，具体包括：有效得分、竞赛选手累计得分、犯规事件、扣分信息、胜出信息导出、比赛流程信息显示以时间排序的虚拟人体方位参数。

CGI影像包括了将所有参赛者得分情况以及每次有效击打的力度指数进行数据可视化处理并显示。进一步的，视觉显示器还示出参赛者的解剖学的CGI呈现图，示出了力被施加在何处。例如，参赛者的呈现图示出了击打发生在哪里(例如棍、武器或其他物体(例如击打下颌的棒球棒)的印记)，添加对击打的力和力量的多维表示。

击打的“损伤值(damage value)”还能够表示为送出击打的参赛者的得分、接受击打的参赛者的一个或多个扣分，或者二者的组合。在一个实施方案中，损伤值还被表示为击打的视觉呈现图，比方说例如棍或棒球棒击打下颌的艺术印记，使用一个对应的压力图示出接受者下颌上的力的相关分布。损伤值可进一步被表示为击打的视觉呈现图，又比方说表示为艺术印记，但是被重新校准以模拟边缘的武器击打(例如视觉上以剑或矛替代棍)。

计分机器包括用于处理计算机图形(包括视频)的能力。在一个布置中，可实时或近乎实时地观看搏斗，通过击打数据覆盖图或者击打数据的其他显示、动作回放以及计算机生成的图形显示击打“损伤”指示参赛者在何处被击中以及每次击中或者累积的袭击对参赛者的损伤值。CGI装置(例如软件)可额外包括图像字符以能够情景显示、搏斗目标和其他视觉显示元素，用于搏斗回放、建模或游戏玩法。

在一个实施方案中，计分装置包括CGI装置(例如软件)，以图形化显示力参数数据和用于多维(例如2D、3D、4D)呈现与比赛相关的计算机生成影像，其表现为在参赛者的视频记录上的图形覆盖图，或作为参赛者的CGI呈现图。这对于真实比赛和模拟比赛、以及对于真实和模拟比赛的组合是有用的，增强了观看比赛时的观者体验，包括以互动方式和出于训练和/或娱乐(例如游戏)目的，观看者可以实时、近乎实时或延伸到未来、或者在动作回放期间。

优选的，计分机器还可解释击打的结果。例如：其被尖锐的武器(例如剑或矛)所致，而不是实际使用的具体武器，并使用CGI将结果呈现为艺术印记；使用CGI装置可提供损伤的模拟，从而使得观众或观看者可看到参赛者(例如在实战状态)的表现，或者使用带刃的武器而非无刃的武器原本会承受的损伤程度；多次的击打或力(包括同时的击打或力)可被记录和同时观看、或者选择性地在视觉显示器上观看。

优选的，CGI装置可以是计分机器的一个集成部分，或者通过任何合适的通信装置并使用任何合适的通信协议连接至计分机器。

（2）音频输出

输出装置还包括音频输出，音频输出与扬声器连接，计分机器通过音频输出将采集到的音频数据播放至扬声器上。使得能够通过一个或多个扬声器接收(例如从计分机器或从外部连接源接收)音频数据和/或通过计分及其导出的音频信息(例如计分指令或语音)，这样音频数据能够被参赛者、教练或领队、观众中的一个或多个所听到(包括本地竞技场内和远处视频观看比赛者)。

4、计分机器还包括拾音装置。

拾音装置接收拾音器的音频信息，并将其发送至计算装置内，计算装置通过通信装置将音频信息发送至参赛者的可播放音频的动作捕捉装置中。

拾音装置使得能够通过一个或多个扬声器接收(例如从计分机器或从外部连接源接收)音频数据(例如语音)，这样音频数据能够被参赛者、教练或领队、观众中的一个或多个所听到。

在一个优选实施例中，计分机器还包括超慢运动视频回放装置，使得能够在视觉显示器上观看，例如将每秒100帧的记录减慢至每秒1帧。

如图8所示，一种针对多人对抗类项目的电子计分***的实现方法，包括以下步骤：

S100、参赛者根据每个动作捕捉装置的不同属性佩戴于不同的肢***置。

参赛者需把定位设备固定在身体各个部位，固定的具体方式需根据计分装置初始设置的参数所吻合。如计分装置初始设定中定位设备被默认为处于参赛者的后脑勺部位，则参赛者需按照此设定将定位设备固定于后脑勺部位。以此推类。

S200、计分机器与动作捕捉***建立连接（包括有线或无线连接），并建立参赛者的3D虚拟人体模型。

通过初设设定所形成的参赛者全身或部分肢体或使用器械的定位识别，通过已知信息进行参赛者的身体构造模拟。具体方法为：根据定位设备所在的位置，对应初始设定所匹配的参赛者以及参赛者的身体部分，进行身体构造模拟。

如通过计分机器初始设定所识别的头部***，根据其所在方位以及朝向在其位置生成一个局域范围来代表参赛者真实的头部尺寸和方位，此区域范围参数可通过人为设置或可使用世界平均值，参数为人体头部长度、宽度、厚度等。以此类推，计分机器将会继续根据胸部定位设备位置（可选的包括手部，腿部，足部，器械定位等），生成一个局域范围，此区域范围参数可通过人为设置或可使用世界平均值，参数为人体的三围数据等。最终在评分***软件内通过定位设备的识别，实时模拟所有参赛者的肢体形状、位置和取向。

优选的，虚拟环境下物体的尺寸应略大于对应物体的实际尺寸（如头部的圆形虚拟碰撞体在虚拟环境中应大于使用者头部的实际尺寸）。这是为了在所有疑似碰撞的情况下都去触发***打分机制，以免漏判出现的碰撞。

计分机器与动作捕捉***建立连接后，还需对参赛者佩戴的动作捕捉装置进行校准和识别。校准和识别的方法可使用手动识别和/或智能识别，：

在一种实施例中，操作者将会通过计分机器的操作界面手动辨别每一个动作捕捉装置所对应的参赛者肢体部位；在另一种实施例中，计分机器通过每一个动作捕捉装置所处的位置进行智能识别以及标志肢体部位的标签，具体的依照人体结构的分布识别各个动作捕捉装置的标签。如位于最高方位的装置给与头部标签，低于头部标签装置的装置给与胸部标签，位于胸部标签装置两侧的装置给与手部标签，以此类推直至所有装置都赋予标签。

在另一种实施例中，计分机器首先通过智能识别进行标签赋予，之后仍允许用户动过操作界面进行修改。

S300、计分机器实时获取动作捕捉装置得到的定位信息。

S400、计分机器根据不同参赛者的3D虚拟人体模型和初始设定的原始参数，实时判定碰撞事件。

为了补充大部分民用定位设备的性能不足问题（特指定位设备的定位频率的不足所导致的参赛者肢体动作运动轨迹数据采集的不完整性），计分机器根据定位***所成功采集的参赛者肢体运动数据进一步的使用轨迹判断机制进行肢体运动轨迹的提前量预测，并且使用此提前量预测为所依据的数据点进行撞击事件的检测。

（1）根据不同参赛者的3D虚拟人体模型的体积交叉判断是否发生疑似碰撞。

（2）在判定发生疑似碰撞的基础上，对碰撞进行评估打分，判断该碰撞力度是否超过预定阈值，若超过预定阈值则判定为真实碰撞事件；若没超过则判定为非碰撞。评估打分取决于：

A、疑似碰撞时，双方参赛者交叉物体间的最小距离。

B、疑似碰撞时，物体的相对运动状态：距离缩小为正分，且分数随距离缩小的速度递增；如距离增大，则离开判定，直接判定为非碰撞。

C、震荡：振幅越大分数越高。

S500、计分机器根据计分规则实时计算参赛者的得分情况。

实时计分的过程包括：

（1）根据碰撞前参赛者的肢体运动速度和轨迹，得到碰撞力度参数；

（2）识别参赛者发生碰撞的具体肢体部位，得出攻击部位和受攻击部位；

（3）通过真实碰撞事件的判定，基于计分规则进行实时计分。

根据具体比赛规则，通过调整软件参数，设置得分标准。该实现方法可适用于短兵比赛、跆拳道比赛、剑道比赛、西洋剑比赛等赛制，根据不同的碰撞部位，碰撞力度等参数决定比赛胜出方与败北方。

A、判断攻击方与被击中方

体积交叉部位为身体或头部等非攻击类部位的一方成为被击中方；

体积交叉部位为手部/器械、足部等攻击性部位的一方成为攻击方；

理论上可以允许双方皆为攻击方或被击中方。

B、计算碰撞力度

力度根据碰撞发生前，攻击方的肢体移动速度，移动距离，以及被击打方的被击打部位的相对移动速度计算得出。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

上面结合附图对本发明专利进行了示例性的描述，显然本发明专利的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明专利的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种针对多人对抗类项目的电子计分***，其特征在于，包括：

动作捕捉***，用于对参赛者各个身体部位的动作捕捉装置进行定位；

及计分机器，所述计分机器实时接收所述动作捕捉***发送的定位信息，并通过定位信息获取对应参赛者的3D虚拟人体模型，通过3D虚拟人体模型判断是否发生有效碰撞，所述计分机器根据有效碰撞的类型及预定义的计分规则进行计分，所述计分机器包括：

通信装置，用于实时接收所述动作捕捉***发送的定位信息；

及计算装置，所述计算装置根据所述通信装置接收到的定位信息得到对应参赛者的3D虚拟人体模型，通过判断两个参赛者的3D虚拟人体模型的体积交叉判断发生疑似碰撞，并通过判断疑似碰撞事件的力度及比赛规则得到计分结果，所述计算装置包括：

操作界面，用于通过界面操作控制所述计算装置的运行；

动作捕捉***校准模块，用于按照人体结构校准与所述计分机器连接的各个所述动作捕捉装置，形成参赛者的3D虚拟人体模型，并对每个所述动作捕捉装置的属性进行定义；

原始参数与计分规则设定模块，用于对碰撞事件判定过程中的判断参数进行设定，并设定碰撞结果积分的规则；

计分运算模块，用于根据原始参数判定是否发生碰撞，并对真实碰撞事件进行计分，所述计分运算模块包括：

碰撞事件判定单元，用于根据参赛者的3D虚拟人体模型得到参赛者的肢体实时方位、姿势及运动轨迹，判断并得到虚拟碰撞事件，所述碰撞事件判定单元在得到参赛者的肢体实时方位、姿势及运动轨迹后，判断参赛者佩戴的动作捕捉装置是否发生震动，若发生震动则判定为真实碰撞事件；

碰撞力度判定单元，根据虚拟碰撞事件发生时的力度指数判断碰撞是否达到设定阈值，达到不同设定阈值的虚拟碰撞事件得到不同得分；数据连接建立模块，用于建立所述通信装置与所述动作捕捉***的连接关系。

2.根据权利要求1所述的针对多人对抗类项目的电子计分***，其特征在于，所述动作捕捉***包括动作捕捉感应器和所述动作捕捉装置，所述动作捕捉感应器与所述动作捕捉装置有线/无线连接，所述动作捕捉装置佩戴于参赛者的不同部位或武器上。

3.根据权利要求1所述的针对多人对抗类项目的电子计分***，其特征在于，佩戴所述动作捕捉装置的各个肢体部位或武器分别配置一个或多个属性。

4.一种如权利要求1至3任一项所述的针对多人对抗类项目的电子计分***的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100、参赛者根据每个动作捕捉装置的不同属性佩戴于不同的肢***置；

S200、计分机器与动作捕捉***建立连接，并建立参赛者的3D虚拟人体模型；

S300、所述计分机器实时获取所述动作捕捉装置得到的定位信息；

S400、所述计分机器根据不同参赛者的3D虚拟人体模型和初始设定的原始参数，实时判定碰撞事件；

S500、所述计分机器根据计分规则实时计算参赛者的得分情况。

5.根据权利要求4所述的针对多人对抗类项目的电子计分***的实现方法，其特征在于，步骤S400具体包括：根据不同参赛者的3D虚拟人体模型的体积交叉判断是否发生疑似碰撞，在判定发生疑似碰撞的基础上，判断该碰撞力度是否超过预定阈值，若超过预定阈值则判定为真实碰撞事件。

6.根据权利要求4所述的针对多人对抗类项目的电子计分***的实现方法，其特征在于，在步骤S500中，实时计分的过程包括：

(1)根据碰撞前参赛者的肢体运动速度和轨迹，得到碰撞力度参数；

(2)识别参赛者发生碰撞的具体肢体部位，得出攻击部位和受攻击部位；

(3)通过真实碰撞事件的判定，基于计分规则进行实时计分。

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