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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 3D運(yùn)動(dòng)體感系統(tǒng)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本作品借助于當(dāng)下最流行的三軸加速度傳感器，將這種全新的人機(jī)交互方式與運(yùn)動(dòng)理念相結(jié)合。通過內(nèi)嵌在智能手機(jī)中的三軸加速度傳感器采集用戶實(shí)時(shí)的運(yùn)動(dòng)加速度信號(hào)。接收端程序記錄這些加速度信號(hào)并對(duì)于使用者靜止、走、跑、跳躍等動(dòng)作進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別，同時(shí)制作了精美的卡通動(dòng)畫來模仿使用者的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，帶給使用者一種全新的用戶體驗(yàn)。
- 詳細(xì)介紹：
- 整個(gè)作品集微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)(MEMS)、信號(hào)處理、模式識(shí)別和機(jī)器學(xué)習(xí)于一體。帶給使用者一種全新的人機(jī)交互形式，并對(duì)于人體健康監(jiān)測(cè)和人體運(yùn)動(dòng)能量消耗評(píng)估起到一定指到作用。 整個(gè)作品分為手持設(shè)備端和PC端兩部分。在手持設(shè)備端，加速度信號(hào)來源于搭載windows phone 7智能手機(jī)中內(nèi)嵌的加速度傳感器。在PC端，加速度信號(hào)來源于放在使用者褲袋中的加速度傳感器。 借助于3G網(wǎng)絡(luò)和云計(jì)算平臺(tái)，隨時(shí)隨地上傳運(yùn)動(dòng)信息，通過云服務(wù)器強(qiáng)大的計(jì)算能力，分析使用者運(yùn)動(dòng)狀況，給予科學(xué)而全面的指導(dǎo)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的： 我們利用手持電子設(shè)備加速度傳感器所采集到的人體運(yùn)動(dòng)信號(hào)，通過一系列算法來進(jìn)行動(dòng)作識(shí)別。并制作卡通造型人物來模仿使用者的各種運(yùn)動(dòng)動(dòng)作，以此達(dá)到吸引用戶參加運(yùn)動(dòng)的目的，引導(dǎo)他們減輕或消除“亞健康”。 基本思路： 在采集到由加速度傳感器傳來的加速度信號(hào)后會(huì)先進(jìn)行信號(hào)的預(yù)處理，主要目的是去除噪聲，以及根據(jù)使用目的將信號(hào)分離。 特征提取時(shí)我們提出了基于小波變換AR模型的特征提取，平均識(shí)別率達(dá)到91.26%。 在識(shí)別分類時(shí)，分類器通過一定算法進(jìn)行匹配計(jì)算，選出相似度最高的參考模板的類別作為識(shí)別結(jié)果。 創(chuàng)新點(diǎn)： 1.本作品利用加速度傳感器體積小、重量輕,時(shí)間分辨率高,其輸出更能反映人體的真實(shí)運(yùn)動(dòng)狀況等特點(diǎn)，將加速度傳感器與人體運(yùn)動(dòng)相結(jié)合。 2. 本作品，手持設(shè)備端程序基于微軟最新開發(fā)的windows phone 7手機(jī)操作。 3. 本作品可以不受場(chǎng)地天氣的限制，可以隨時(shí)隨地的進(jìn)行運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與上傳，給予科學(xué)而全面的指導(dǎo)，使得使用者達(dá)到科學(xué)鍛煉的目的。 技術(shù)關(guān)鍵： 1. 信號(hào)預(yù)處理 2. 信號(hào)分析 3. 失重檢測(cè) 4. 特征選擇 5. 動(dòng)作識(shí)別 技術(shù)指標(biāo)： 1. 基于失重特征，傳感器位置在褲袋中的平均識(shí)別率為97.52%；手持的平均識(shí)別率為97.02%。 2. 基于失重特征，傳感器位置在褲袋中對(duì)于靜止、走、跑、跳的識(shí)別率分別為98.25%、98.54%、97.38%、95.93%。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 1.通過云計(jì)算平臺(tái)，建立個(gè)人動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)信息數(shù)據(jù)庫。 而本作品提出一種云計(jì)算體系結(jié)構(gòu)，通過手機(jī)終端或與傳感器相連的電腦終端，上傳經(jīng)過壓縮的用戶運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)到云平臺(tái)。在云平臺(tái)上建立用戶個(gè)人的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)庫，通過對(duì)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的分析，可以得到用戶的健康狀況、運(yùn)動(dòng)狀況等信息。 2.使用Windows phone 7系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)完美的界面和觸控效果。 本作品采用Windows phone 7系統(tǒng)作為手機(jī)軟件開發(fā)的平臺(tái)。其全新的界面，全新的觸控體驗(yàn)使得本作品具有完美界面和觸控效果。 3.兩種移動(dòng)端傳感器方式。 為適用更廣泛的人群，本作品的傳感器可以有兩種載體。可以使用手機(jī)內(nèi)的傳感器載體，也可以專門制作傳感器載體，使之容易佩戴。 4.卡通動(dòng)畫人物造型，實(shí)時(shí)模擬用戶的行走、蹦跳等動(dòng)作 本作品實(shí)現(xiàn)了使用卡通人物造型，實(shí)時(shí)模擬傳感器攜帶者的行走、蹦跳等動(dòng)作，動(dòng)畫制作具有趣味性。虛擬人物與傳感器攜帶者同步地運(yùn)動(dòng)，給用戶帶來了極佳的用戶體驗(yàn)。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 作品2011年3月24日至25日在華南理工大學(xué)“賽萊拉”第十二屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽上獲得校內(nèi)賽二等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 應(yīng)用測(cè)試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品、現(xiàn)場(chǎng)演示、錄像
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 技術(shù)特點(diǎn)： 1.采用WP7平臺(tái)，可通過微軟Web Sensor技術(shù)完成信息的采集和復(fù)雜的云端計(jì)算； 2.通過現(xiàn)有的傳感器實(shí)現(xiàn)了手持終端體感檢測(cè)和運(yùn)算功能； 本作品的優(yōu)勢(shì)在于： 1.采用一種全新的失重特征方法檢測(cè)使用者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；利用重力矯正算法避免了手機(jī)方向角度的改變對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。 2.軟件可以通過文字和實(shí)時(shí)的卡通動(dòng)畫顯示使用者當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，例如靜止、走、跑或者跳； 3.可以根據(jù)您向軟件設(shè)定的性別、身高、體重信息，計(jì)算和顯示運(yùn)動(dòng)的步數(shù)、行走距離、實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)速度和累計(jì)消耗的能量。 推廣前景： 它可以不受場(chǎng)地天氣的限制，可以隨時(shí)隨地的進(jìn)行運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與上傳，借助于3G網(wǎng)絡(luò)的全面發(fā)展和云計(jì)算平臺(tái)的推廣，就可以輕易的建立一個(gè)個(gè)人的運(yùn)動(dòng)狀況檔案,使得使用者可以達(dá)到一個(gè)科學(xué)鍛煉的目的。 市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)： 相信隨著云計(jì)算的普及，使用者可以隨時(shí)隨地得到自己當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)狀況和相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)參考。在健康越來越被重視的今天，我們的應(yīng)用一定會(huì)擁有一個(gè)美好的前景。
同類課題研究水平概述
- 越來越多的研究表明，人體運(yùn)動(dòng)加速度信息能反映人體運(yùn)動(dòng)時(shí)的重要運(yùn)動(dòng)學(xué)特征和步態(tài)特征,人體運(yùn)動(dòng)加速度信息對(duì)于運(yùn)動(dòng)健康、醫(yī)療康復(fù)和特殊疾病的診斷具有重要意義。因此，很多研究機(jī)構(gòu)和研究人員開始對(duì)人體運(yùn)動(dòng)加速度信息進(jìn)行獲取，并進(jìn)行相關(guān)的應(yīng)用研究。隨著人體運(yùn)動(dòng)加速度信息近來被越來越多的研究人員關(guān)注，也出現(xiàn)了越來越多的基于人體運(yùn)動(dòng)加速度信息的研究成果。 Jani Manty jarvi等人采用ADI公司的雙軸加速度傳感器ADXL202,將相互垂直的雙軸加速度傳感器安裝在測(cè)試對(duì)象的腰部，從而獲取人體運(yùn)動(dòng)時(shí)腰部的加速度信息,他們只考慮了兩個(gè)方向的加速度信號(hào)，并采用相關(guān)性方法、FFT方法和兩變分的數(shù)據(jù)分布統(tǒng)計(jì)方法對(duì)便攜式裝置的主人進(jìn)行識(shí)別，取得的最佳相等錯(cuò)誤率分別為7%、10%、18%和19%。 Davrondzhon Gafurov等人也采用ADI公司的雙軸加速度傳感器ADXL202,利用相互垂直的雙軸加速度傳感器測(cè)量三維的運(yùn)動(dòng)加速度，不同的是，他們將加速度傳感器安裝在測(cè)試對(duì)象的腳踝處，并在信息處理時(shí)，考慮了三個(gè)方向的加速度信息，采用累計(jì)柱狀圖相似性和周期長度兩種方法進(jìn)行識(shí)別，取得的相等錯(cuò)誤率分別為5%和9%。 S.H.Shin,C.G.Park和J.W.Kim,H.S.Hong等人將加速度傳感器安置于人體上，來獲取步行或跑步時(shí)腰部的加速度信息。通過對(duì)獲得的加速度信息進(jìn)行分析和處理，并通過一定的算法，分析出目前正在進(jìn)行的人體運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，并通過建立經(jīng)驗(yàn)公式等算法，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)過程中步頻、步長以及運(yùn)動(dòng)總路程的估算。 Jee Hyun Choi,Jeongwhan Lee,Hyun Tai Hwang等人將三維加速度傳感器安置在人體的腰部，獲取人體運(yùn)動(dòng)時(shí)腰部的加速度信息，然后通過信號(hào)處理和算法分析，估算整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中的能量消耗等各種研究。 上海交通大學(xué)的陳雷，楊杰，沈紅斌等，選用KXM52-1050三維加速度傳感器裝置在人體胯部，利用計(jì)算機(jī)對(duì)傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立分析，從而進(jìn)行人體動(dòng)作識(shí)別。他們提出了一種基于加速度信號(hào)幾何特征的層次識(shí)別算法以識(shí)別多種人體運(yùn)動(dòng)行為，所選取的特征對(duì)個(gè)人依賴較小。識(shí)別的過程采用了分層識(shí)別算法。該算法識(shí)別速度快，準(zhǔn)確率高，在實(shí)際應(yīng)用中取得了較好的效果。通過大量的實(shí)驗(yàn)，表明該算法對(duì)動(dòng)作的識(shí)別正確率在80%以上。
