一種將人體實際運動變換到虛擬場景中運動的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種將人體實際運動變換到虛擬場景中運動的方法，屬于人體能量消耗測量【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明對人體實際運動消耗的能量進行測量,以運動消耗的能量為媒介,將測量得到的人體實際運動消耗的能量映射為虛擬運動所消耗的能量,得到該虛擬運動在虛擬場景的運動路徑的距離，進而得到該虛擬運動的運動終點。本發(fā)明通過可將人體運動轉(zhuǎn)化到虛擬場景中的地圖上兩點間所做的運動，因此可通過判斷虛擬場景中兩點間的距離判斷人體運動所消耗能量的大小。
【專利說明】一種將人體實際運動變換到虛擬場景中運動的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種通過能量消耗將人體運動映射到虛擬場景中運動的方法，屬于人 體能量消耗測量【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，生活水平的不斷提高，人們越來越關(guān)注自己的健康，為 自己制定各種運動方案來健身，因此出現(xiàn)了各種健身器材以及用于監(jiān)視運動方案的裝置。
[0003] 現(xiàn)有的監(jiān)視運動方案的裝置能夠?qū)崟r檢測出該運動方案能量的消耗，同時檢測出 該運動方案的運動距離，但是，對于不同的運動方案，其運動距離是不同的，因此不能通過 運動距離來判斷運動方案之間到底誰的耗能大。
[0004] 另外，現(xiàn)有技術(shù)只能在現(xiàn)實環(huán)境下監(jiān)測實時的運動能量消耗以及運動的距離，而 不能監(jiān)測在其他地理環(huán)境的路徑下，消耗同等體力所能達到的運動距離。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對上述問題的不足，提出一種將人體實際運動變換到虛擬場景中運動的 方法，該方法能夠通過虛擬場景中終點的位置，判斷不同運動或者同種運動之間的能量消 耗。
[0006] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題提出的技術(shù)方案是：一種將人體實際運動變換到虛擬 場景中運動的方法，對人體實際運動消耗的能量進行測量，以運動消耗的能量為媒介，將 測量得到的人體實際運動消耗的能量映射為虛擬運動所消耗的能量，得到該虛擬運動在 虛擬場景的運動路徑的距離，進而得到該虛擬運動的運動終點。
[0007] 包括以下步驟：
[0008] 步驟一、將運動分為不同的運動模式，通過人體佩戴的三軸加速度傳感器獲得運 動時產(chǎn)生相應(yīng)的加速度信息；
[0009] 步驟二、采樣：針對不同的運動模式，對其運動產(chǎn)生的檢驗加速度信息進行采樣， 確定出其相應(yīng)運動模式的運動模式檢驗區(qū)間，同時得到各運動模式下的虛擬運動速度；
[0010] 步驟三、建立模型：根據(jù)人體身高、體重、年齡、性別、以及采樣的加速度信息、運動 模式，建立各運動模式相應(yīng)的能耗模型；
[0011] 步驟四、人體實際運動時，通過三軸加速度傳感器獲得此時運動產(chǎn)生相應(yīng)的加速 度信息，并將該加速度信息與步驟二中確定的運動模式檢驗區(qū)間進行比較檢驗，從而確定 出其運動模式；
[0012] 步驟五，根據(jù)步驟四中判斷的運動模式，選擇步驟三中相應(yīng)的能耗模型，將步驟四 中人體實際運動測得的加速度信息代入到該能耗模型中進行求解，從而得出其實際運動消 耗的能量；
[0013] 步驟六，在虛擬場景中規(guī)劃虛擬運動的運動路徑，令A(yù)、B為該路徑上的兩點，A為 起始點，B為運動終點，記A點到B點的距離為dAB以及A點到B點的高為hAB,建立距離dAB、 高hAB分別關(guān)于A、B位置信息的模型，其中，A點位置信息已知；
[0014] 步驟七，在步驟六中規(guī)劃的虛擬運動路徑上選擇一種運動模式，建立關(guān)于運動模 式、人體身高、體重、年齡、性別、以及加速度信息、虛擬運動時間、風速、海拔高度，雨的降水 量，降雪量以及溫度的虛擬能量消耗模型；
[0015] 步驟八、根據(jù)步驟五得到的實際運動消耗的能量以及步驟七得到的虛擬能量消耗 模型，由實際運動消耗的能量等于虛擬能量消耗，得到該虛擬運動在虛擬運動路徑上的虛 擬運動時間；
[0016] 步驟九、建立虛擬運動關(guān)于虛擬運動速度、虛擬運動時間、距離dAB的關(guān)系式，根據(jù) 步驟二得到的虛擬運動速度和步驟八得到的虛擬運動時間得出距離dAB，由步驟六中得出的 距離dAB、高hAB分別關(guān)于A、B位置信息的模型,進而得出B點的位置信息,從而確定出B點 的位置。
[0017] 所述步驟二中相應(yīng)運動模式的運動模式檢驗區(qū)間的確定方法，包括以下步驟：
[0018] 步驟二一，采樣，首先在采樣時長內(nèi)給定一種運動模式，獲取三軸加速度傳感器在 采樣時長內(nèi)的加速度信息；
[0019] 步驟二二，確定檢驗區(qū)間；根據(jù)三軸加速度傳感器的加速度信息，并計算三軸加速 度傳感器的加速度信息平均功率，同時確定加速度信息波動區(qū)間，進而確定三軸加速度傳 感器的加速度信息檢驗區(qū)間；
[0020] 步驟二三，換另一種運動模式，重復(fù)步驟二一、二二，得到該運動模式的三軸加速 度傳感器的加速度信息檢驗區(qū)間，該加速度信息檢驗區(qū)間即為運動模式檢驗區(qū)間。
[0021] 所述步驟二中各運動模式下的虛擬運動速度的確定方法，包括以下步驟：
[0022] 步驟二四，采樣，首先在采樣時長內(nèi)給定一種運動模式，獲取三軸加速度傳感器在 采樣時長內(nèi)的加速度信息；
[0023] 步驟二五，根據(jù)三軸加速度傳感器的加速度信息，確定該運動模式的運動速度；并 對該采樣時長內(nèi)得到的運動速度求平均值，將該平均值作為該運動模式的虛擬運動速度；
[0024] 步驟二六，換另一種運動模式，重復(fù)步驟二四、二五，得到該運動模式的虛擬運動 速度。
[0025] 所述運動消耗的能量包括基礎(chǔ)能量消耗和各運動模式相應(yīng)的能耗的總和；所述步 驟一中運動模式包括步行、跑步、以及騎自行車三種運動模式；所述步驟三中的各運動模式 相應(yīng)的能耗模型包括步行、跑步、以及騎自行能耗模型；
[0026] 基礎(chǔ)能量消耗模型：

【權(quán)利要求】
1. 一種將人體實際運動變換到虛擬場景中運動的方法，其特征在于：對人體實際運動 消耗的能量進行測量，以運動消耗的能量為媒介，將測量得到的人體實際運動消耗的能量 映射為虛擬運動所消耗的能量，得到該虛擬運動在虛擬場景的運動路徑的距離，進而得到 該虛擬運動的運動終點。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述將人體實際運動變換到虛擬場景中運動的方法，其特征在于， 包括以下步驟： 步驟一、將運動分為不同的運動模式，通過人體佩戴的三軸加速度傳感器獲得運動時 產(chǎn)生相應(yīng)的加速度信息； 步驟二、采樣：針對不同的運動模式，對其運動產(chǎn)生的檢驗加速度信息進行采樣，確定 出其相應(yīng)運動模式的運動模式檢驗區(qū)間，同時得到各運動模式下的虛擬運動速度； 步驟三、建立模型：根據(jù)人體身高、體重、年齡、性別、以及采樣的加速度信息、運動模 式，建立各運動模式相應(yīng)的能耗模型； 步驟四、人體實際運動時，通過三軸加速度傳感器獲得此時運動產(chǎn)生相應(yīng)的加速度信 息，并將該加速度信息與步驟二中確定的運動模式檢驗區(qū)間進行比較檢驗，從而確定出其 運動模式； 步驟五，根據(jù)步驟四中判斷的運動模式，選擇步驟三中相應(yīng)的能耗模型，將步驟四中人 體實際運動測得的加速度信息代入到該能耗模型中進行求解，從而得出其實際運動消耗的 能量； 步驟六，在虛擬場景中規(guī)劃虛擬運動的運動路徑，令A(yù)、B為該路徑上的兩點，A為起始 點，B為運動終點，記A點到B點的距離為dAB以及A點到B點的高為Iiab,建立距離(I ab、高hAB分別關(guān)于A、B位置信息的模型，其中，A點位置信息已知； 步驟七，在步驟六中規(guī)劃的虛擬運動路徑上選擇一種運動模式，建立關(guān)于運動模式、人 體身高、體重、年齡、性別、以及加速度信息、虛擬運動時間、風速、海拔高度，雨的降水量，降 雪量以及溫度的虛擬能量消耗模型； 步驟八、根據(jù)步驟五得到的實際運動消耗的能量以及步驟七得到的虛擬能量消耗模 型，由實際運動消耗的能量等于虛擬能量消耗，得到該虛擬運動在虛擬運動路徑上的虛擬 運動時間； 步驟九、建立虛擬運動關(guān)于虛擬運動速度、虛擬運動時間、距離CIab的關(guān)系式，根據(jù)步驟 二得到的虛擬運動速度和步驟八得到的虛擬運動時間得出距離dAB，由步驟六中得出的距離 '、高hAB分別關(guān)于A、B位置信息的模型，進而得出B點的位置信息，從而確定出B點的位 置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述將人體實際運動變換到虛擬場景中運動的方法，其特征在于， 所述步驟二中相應(yīng)運動模式的運動模式檢驗區(qū)間的確定方法，包括以下步驟： 步驟二一，采樣，首先在采樣時長內(nèi)給定一種運動模式，獲取三軸加速度傳感器在采樣 時長內(nèi)的加速度信息； 步驟二二，確定檢驗區(qū)間；根據(jù)三軸加速度傳感器的加速度信息，并計算三軸加速度傳 感器的加速度信息平均功率，同時確定加速度信息波動區(qū)間，進而確定三軸加速度傳感器 的加速度信息檢驗區(qū)間； 步驟二三，換另一種運動模式，重復(fù)步驟二一、二二，得到該運動模式的三軸加速度傳 感器的加速度信息檢驗區(qū)間，該加速度信息檢驗區(qū)間即為運動模式檢驗區(qū)間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述將人體實際運動變換到虛擬場景中運動的方法，其特征在于， 所述步驟二中各運動模式下的虛擬運動速度的確定方法，包括以下步驟： 步驟二四，采樣，首先在采樣時長內(nèi)給定一種運動模式，獲取三軸加速度傳感器在采樣 時長內(nèi)的加速度信息； 步驟二五，根據(jù)三軸加速度傳感器的加速度信息，確定該運動模式的運動速度；并對該 采樣時長內(nèi)得到的運動速度求平均值，將該平均值作為該運動模式的虛擬運動速度； 步驟二六，換另一種運動模式，重復(fù)步驟二四、二五，得到該運動模式的虛擬運動速度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述將人體實際運動變換到虛擬場景中運動的方法，其特征在于：所述運動消耗的能量包括基礎(chǔ)能量消耗和各運動模式相應(yīng)的能耗的總和；所述步驟一中運 動模式包括步行、跑步、以及騎自行車三種運動模式；所述步驟三中的各運動模式相應(yīng)的能 耗模型包括步行、跑步、以及騎自行能耗模型； 基礎(chǔ)能量消耗模型： 女：疔=(<// + 戽fF -/fV + < >T; 其中，砟分別為男女基礎(chǔ)能量消耗，H，W，N，T分別為身高，體 重，年齡以及運動時間；44，％2,為2，<，g,2為修正系數(shù)， ale(0.2,0.3),爲1 e(0.5?0.6) , ^€(0.25,0.35) , ^；€(1? 5)； Cr,2 €(0. I, 0. 2), /J13 g(0. 3,0. 4 ) f g(0. 1,0. 2) ^ ^l3GQSi 30>i 運動模式為步行模式時，其運動能量消耗模型為： 男性：￡; = (?$+gr+(V: )?; 女性：￡:2 = (?22//+^，+d) (V2)2G; 其中，砧E22分別為男女步行能量消耗值，H，W，V2, T2分別為身高， 體重，步行速度以及步行時間；cr丨，爲1，$丨，a22，丨，d為修正系數(shù)， G*e(0. 214,0,218)? e(0. 371, 0. 373), de(10,12)? a,2 e(0. 267? 0. 269), /?￡ e (0. 322, 0. 324 ) , e (14,16) ?, 運動模式為跑步時，其運動能量消耗模型為： 男性+ VJ5; 女性：￡s: = (G,2// + 慮☆ VX -- 其中：卻每分別為男女跑步能量消耗值，H，W，V3, T3分別為身高， 體重，跑步速度以及跑步時間；4應(yīng)，4，》丨，感6為修正系數(shù)， a!e(0. 234,0. 236), ^￡(0.666,0.668), ^g(7,9), a； e(0, 18-1, 0. 186), f3: e (0. 551,0, 553)? c； e (15,17)； 運動模式為騎自行車模式時，其運動能量消耗模型為： 男性：v4rJ: 女性：￡4?=(?4://+/_.'+d) 其中：I42分別為男女騎自行車能量消耗值，h，w，v4, T4分別為身高，體 重，轉(zhuǎn)速以及騎行時間；戽d，4戌，d為修正系數(shù)，e(0, 11,0, 13)， /?! e (0. 34, 0, 36), ^! 6 (8,! 0) , a42 e (0. ! 0, 0. 12 ), g e (0. 54, 0. 56 ) ? gl e (7,9) ?
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述將人體實際運動變換到虛擬場景中運動的方法，其特征在于：所述步驟五中實際運動消耗的能量包括實際中基礎(chǔ)能量消耗以及各運動模式相應(yīng)的能耗 的總和；所述實際運動消耗的能量￡；! = + A + ￡, + ;所述鴯，E1, E2, E3, E4分別為實際運 動消耗的能量，實際基礎(chǔ)能量消耗，實際步行運動能量消耗，實際跑步運動能量消耗以及騎 自行車運動能量消耗；所述各運動模式的運動時間為各運動模式的加速度信息在加速度信 息檢驗區(qū)間的時間；所述步行速度、跑步速度由三軸加速度傳感器測得的人體步行的步頻 與步幅計算得到；所述轉(zhuǎn)速由三軸加速度傳感器測得的人體蹬踏步頻參數(shù)計算得到，將上 述得到的實際參數(shù)帶入到所述步驟三中的各模型，即可得到實際基礎(chǔ)能量消耗，實際步行 運動能量消耗，實際跑步運動能量消耗以及騎自行車運動能量消耗。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述將人體實際運動變換到虛擬場景中運動的方法，其特征在于： 所述步驟七中的虛擬能量消耗忠=4+A十盡+4 ;其中，《為虛擬能量消耗，E5為虛擬 基礎(chǔ)能量消耗，E6為選定的虛擬運動模式的能量消耗，E7為重力做功消耗，E8為風能量消 耗，E9為其他環(huán)境因素能量消耗。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述將人體實際運動變換到虛擬場景中運動的方法，其特征在于：所述重力做功消耗模型：E7 = P #1? ; 其中，E7為重力做功消耗，W，Iiab分別為體重和A、B之間的高度為修正系數(shù)， 3 7(2. 5, 5. 3); 所述風消耗模型：fiS = +e>#邏cos#; 其中，P為風阻，P為空氣質(zhì)量密度，V2為風速,C為常量，0為A點運動到B點的方向 與風向之間的夾角； 其他環(huán)境因素消耗模型： ￡9=(iO+/i? + l：Z + ?0(fi9H+爲冒}t+" ；其中，E9為環(huán)境耗能,i, j，k，m, a9,旦9為修 正系數(shù)，0，R，Z，Q分別為海拔高度，雨的降水量，降雪量以及溫度，H，W，t分別為身高、體重 以及虛擬運動時間，& 為常量，i G (〇? 〇〇3, 0? 004)，j G (〇? 38, 0? 42)，k G (〇? 49, 0? 51)， m G (〇? 50, 0? 55)，a 9 G (〇? 05, 0? I)，3 9 G (〇? 8, 1. 12)，* e(55, 60); 所述虛擬基礎(chǔ)能量消SE5是與虛擬運動時間有關(guān)系的基礎(chǔ)能量消耗，選定的虛擬運動 模式的能量消耗E6是與虛擬運動時間有關(guān)系的運動模式的消耗。
【文檔編號】G06F19/00GK104361248SQ201410686154
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月25日
【發(fā)明者】李旋 申請人:李旋