基于Kinect运动捕捉的乒乓球基本技术动作测评系统的设计研究

发布时间：2020-05-07 10:58

【摘要】：依据国务院办公厅关于强化学校体育促进学生身心健康全面发展的意见。对于深化教学改革,强化体育锻炼,广泛开展乒乓球体育优势项目等已成为学校体育发展的重点内容。本研究为提高乒乓球教学质量,完善传统教学模式的不足,实现科学化、智能化的教学要求,提出基于Kinect运动捕捉技术设计开发乒乓球基本技术动作测评系统。同时,针对目前大众健身中缺乏专业的技术指导等问题,本系统的设计研究能够在一定程度上实现对乒乓球初学者或业余爱好者技术动作指导、评价的功能,满足初学者或业余爱好者自主学习和乒乓球技术动作测评的使用需求。首先,通过对用户需求调查分析,确定系统开发功能,硬件设备使用微软公司开发的Kinect2.0运动捕捉技术,结合Kinect SDK v2.0开发工具包,通过调用彩色数据流、深度信息数据流、骨骼数据流等相关数据接口,获取Kinect2.0捕捉的原始深度数据信息,作为系统的输入数据,进行测试评价模块的程序设计开发。选用Kinect2.0运动捕捉设备在深度信息采集方面大幅度的降低了系统成本,且数据处理较为简单、实时性好,便于面向大众推广应用。其次,对Kinect2.0捕捉的骨骼关节点坐标在数据传输过程中及骨骼跟踪期间,产生的原始坐标数据突变、抖动等系统误差进行了平滑处理。运用二次指数平滑算法、降低关节点抖动算法对原始数据滤波降噪处理,对于平滑算法造成的滞后误差,使用预测值来减小滤波延迟,并通过最大偏离半径调整预测值点,缓解了由于预测值参数过高造成的运动敏感、过冲等问题。经过实验数据测试,本研究所使用的平滑算法提高了Kinect获取骨骼关节点数据的稳定性和准确性,具有较好的使用效果,能够达到数据测试分析的使用要求。然后,提取优秀运动员乒乓球技术动作特征。通过对乒乓球技术动作分析,在本研究中将一个完整的乒乓球技术动作周期分为引拍阶段、挥拍击球阶段和还原阶段三个动作阶段,根据欧拉距离计算各个动作阶段的人体各骨骼关节点在整体动作过程中的参与度,提取优秀运动员技术动作过程中参与度较高的三组骨骼关节点信息,作为动作识别判断的评价依据。最后,在动作评价分析模块,使用动态时间规整(Dynamic Time Warping)算法将两个长度不相等的时间序列对齐,并计算两序列的相似程度,来评价测试对象整体技术动作结构的完整性和准确度。运用皮尔逊相关系数(Pearson correlation coefficien)分别计算三个动作阶段的初始动作姿态和结束动作姿态的关联程度,根据相关计算结果,可对测试者的一个完整动作周期中的具体技术动作姿态存在的问题进行详细分析,并以图表的形式在系统界面显示。通过编写计算机程序实现乒乓球技术动作的评价分析功能,智能化的反馈量化评价分析结果,以便用户及时了解、纠正自身技术动作存在的问题,达到教学辅助和智能化技术动作测评的系统功能。
【图文】：

乒乓球技术动作,测评系统,功能需求

具体功能需求分析如下：）无需穿戴设备即可较精确捕捉人体运动信息功能捕捉技术在体育运动领域的应用，尤其要关注系统设备是否会影响运据采集，由于穿戴设备的身体束缚，限制运动员的动作范围，造成运试的局限性和测试结果的准确性。根据前文对运动捕捉系统的介绍分系统或多或少都需要使用者穿戴相应的传感设备，以完成对目标人体由于本系统设计目标是要面向大众乒乓球运动爱好者或在乒乓球教学用，要求系统设备应简单且使用方便，不易过于繁琐复杂。因此，本.0 运动捕捉技术，，实现无需穿戴传感器获取技术动作数据信息，并且设计数据处理模块，可有效降低设备的系统内部误差，提高数据精确户体验的同时能够对技术动作进行专业、准确的评判指导。）提供乒乓球技术动作评价分析标准

用例图,乒乓球,用例图

（3）测试信息管理功能由于乒乓球技术动作的形成需要一个时间过程，对于不同阶段的练习，可能会出同的技术动作问题，因此，用户有记录、查看测试信息的需求，以方便用户在学习中了解查询自身技术动作问题而进行针对性练习，且能够比较阶段性练习效果，提习效率。根据设计目标，本系统也可作为教师或教练员的教学辅助系统使用，测试管理功能的实现，能够为教师或教练员提供学生技术动作学习掌握情况，对阶段教果和集中存在的问题进行分析，以便针对性的讲解示范，提高教学质量和教学效到辅助乒乓球教学的目的。（4）系统信息管理功能由于注册用户、游客、教师或教练员使用权限不同，因此为满足不同使用需求及要求，便于维护，设计系统管理平台实现不同用户的分级权限管理。2.2.3 系统用例分析乒乓球技术动作测评系统
【学位授予单位】：河北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP391.41;G846

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