本發(fā)明屬于體育訓(xùn)練，具體涉及一種基于虛擬現(xiàn)實的體育訓(xùn)練系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著科技的飛速發(fā)展，體育訓(xùn)練領(lǐng)域也迎來了技術(shù)革新，近年來，虛擬現(xiàn)實技術(shù)以其獨特的沉浸式體驗，在體育訓(xùn)練領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力，通過vr技術(shù)，訓(xùn)練者可以置身于逼真的虛擬環(huán)境中，模擬真實的比賽或訓(xùn)練場景，從而提升訓(xùn)練效果，這一技術(shù)不僅極大地豐富了訓(xùn)練手段，還為個性化訓(xùn)練計劃的制定提供了可能。

2、然而，盡管現(xiàn)有的基于虛擬現(xiàn)實的體育訓(xùn)練系統(tǒng)在一定程度上提高了訓(xùn)練的趣味性和互動性，但現(xiàn)有系統(tǒng)在生物力學(xué)分析方面尚顯粗糙，無法精準(zhǔn)捕捉和分析訓(xùn)練者在虛擬環(huán)境中的運(yùn)動姿態(tài)數(shù)據(jù)，進(jìn)而無法全面評估訓(xùn)練者的肌肉激活模式、運(yùn)動效率以及潛在受傷風(fēng)險，這一缺陷限制了訓(xùn)練效果的進(jìn)一步提升，也使得個性化訓(xùn)練計劃的制定缺乏科學(xué)依據(jù)，例如，在田徑訓(xùn)練中，步頻、步長、起跳角度和落地姿勢等關(guān)鍵指標(biāo)對于訓(xùn)練效果至關(guān)重要，但現(xiàn)有系統(tǒng)往往無法對這些指標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確測量和分析，導(dǎo)致訓(xùn)練者難以發(fā)現(xiàn)自己的技術(shù)動作缺陷，也無法得到針對性的改進(jìn)建議，因此需要工作人員對其改進(jìn)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于虛擬現(xiàn)實的體育訓(xùn)練系統(tǒng)，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種基于虛擬現(xiàn)實的體育訓(xùn)練系統(tǒng)，包括：

4、虛擬現(xiàn)實環(huán)境生成模塊，用于創(chuàng)建和呈現(xiàn)虛擬體育訓(xùn)練場景；

5、高精度動作捕捉裝置，用于實時捕捉用戶在所述虛擬現(xiàn)實環(huán)境中的運(yùn)動姿態(tài)數(shù)據(jù)；

6、生物力學(xué)分析軟件模塊，與高精度動作捕捉裝置連接，用于接收并分析所述運(yùn)動姿態(tài)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步分析用戶的肌肉激活模式，以及評估用戶的運(yùn)動效率和潛在受傷風(fēng)險；

7、實時反饋模塊，與生物力學(xué)分析軟件模塊連接，用于根據(jù)分析結(jié)果，通過虛擬現(xiàn)實界面直觀展示給用戶，并提供即時調(diào)整建議，以優(yōu)化用戶的技術(shù)動作并減少受傷風(fēng)險。

8、優(yōu)選的，所述高精度動作捕捉裝置包括至少一個可穿戴傳感器，所述傳感器配置于用戶的身體關(guān)鍵部位，用于捕捉精細(xì)的運(yùn)動細(xì)節(jié)。

9、優(yōu)選的，所述生物力學(xué)分析軟件模塊包括：

10、數(shù)據(jù)預(yù)處理單元，用于執(zhí)行以下公式對所述運(yùn)動姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗和校準(zhǔn)，以提高分析的準(zhǔn)確性：

11、

12、其中，pclean(t)為預(yù)處理后的運(yùn)動姿態(tài)數(shù)據(jù)，di(t)為第i個傳感器的原始數(shù)據(jù)，wi為權(quán)重系數(shù)，ffilter(·)為信息過濾函數(shù)，μi為均值，gnormalize(t)為歸一化函數(shù)；

13、運(yùn)動模式識別單元，用于識別用戶的運(yùn)動模式，并與標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動模式庫進(jìn)行對比，以評估用戶的動作規(guī)范性，識別過程采用以下公式計算匹配度：

14、

15、其中，smatch(t)為匹配度，m(t)為用戶運(yùn)動模式特征向量，mstandard(t)為標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動模式特征向量，t為訓(xùn)練時長，λ為調(diào)節(jié)系數(shù)，mse為均方誤差；

16、肌肉激活模式分析單元，基于運(yùn)動姿態(tài)數(shù)據(jù)，采用以下公式分析用戶肌肉的活動強(qiáng)度和協(xié)調(diào)性：

17、

18、其中，aactivation(t)為肌肉激活度，aj(t)為第j塊肌肉的激活強(qiáng)度，hexp(·)為指數(shù)函數(shù)，bj(t)為第j塊肌肉的激活閾值，cj為常數(shù)。

19、優(yōu)選的，所述實時反饋模塊包括：

20、可視化反饋單元，用于在虛擬現(xiàn)實界面中疊加顯示分析結(jié)果和建議，如運(yùn)動姿態(tài)的糾正圖示、肌肉激活的熱點圖；

21、語音提示單元，用于通過語音指令向用戶提供即時調(diào)整建議，增強(qiáng)用戶體驗的互動性。

22、優(yōu)選的，所述系統(tǒng)還包括個性化訓(xùn)練計劃生成模塊，該模塊基于用戶的生物力學(xué)數(shù)據(jù)、訓(xùn)練歷史及目標(biāo)，自動生成個性化的訓(xùn)練計劃，并與實時反饋模塊協(xié)同工作，動態(tài)調(diào)整訓(xùn)練難度和重點。在生成個性化訓(xùn)練計劃時，考慮用戶的潛在受傷風(fēng)險，該風(fēng)險通過以下公式評估：

23、

24、其中，rinjury(t)為受傷風(fēng)險，pstress(s)為應(yīng)力水平，aasym(s)為非對稱性，precovery(s)為恢復(fù)水平，α、β、γ為權(quán)重系數(shù)。

25、優(yōu)選的，所述系統(tǒng)還包括遠(yuǎn)程教練指導(dǎo)模塊，允許遠(yuǎn)程教練通過虛擬現(xiàn)實界面實時觀察用戶的訓(xùn)練情況，并提供遠(yuǎn)程指導(dǎo)和反饋。遠(yuǎn)程教練可基于用戶的綜合訓(xùn)練效果提供反饋，該效果通過以下公式評估：

26、

27、其中，etraining(t)為訓(xùn)練效果，ptarget(s)為目標(biāo)訓(xùn)練表現(xiàn)，pactual(s)為實際訓(xùn)練表現(xiàn)。

28、優(yōu)選的，所述系統(tǒng)支持多用戶同時訓(xùn)練，允許用戶在虛擬環(huán)境中進(jìn)行團(tuán)隊訓(xùn)練與競技比賽，同時各自接收個性化的生物力學(xué)分析和反饋。

29、優(yōu)選的，所述系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)同步與存儲模塊，用于將用戶的訓(xùn)練數(shù)據(jù)和分析結(jié)果同步至云端服務(wù)器，實現(xiàn)跨設(shè)備訪問和歷史數(shù)據(jù)分析。

30、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

31、(1)通過虛擬現(xiàn)實環(huán)境生成模塊，實現(xiàn)訓(xùn)練環(huán)境的多樣化與逼真化，該模塊能夠根據(jù)用戶的訓(xùn)練需求，快速構(gòu)建出符合要求的虛擬場景，使用戶仿佛置身于真實的比賽或訓(xùn)練環(huán)境中，沉浸式的訓(xùn)練體驗?zāi)軌驑O大地提升用戶的參與度和訓(xùn)練熱情，同時也有助于提高訓(xùn)練效果，此外，虛擬現(xiàn)實環(huán)境還能夠模擬出不同的天氣、光照等條件，進(jìn)一步豐富訓(xùn)練場景，增強(qiáng)訓(xùn)練的實用性和針對性。

32、(2)通過高精度動作捕捉裝置，實現(xiàn)了對用戶運(yùn)動姿態(tài)的精確捕捉，精確性有助于確保后續(xù)分析的準(zhǔn)確性和可靠性，同時，該裝置還能夠捕捉到用戶運(yùn)動過程中的細(xì)微變化，為訓(xùn)練調(diào)整提供更為精細(xì)的依據(jù)，結(jié)合高精度動作捕捉裝置提供的數(shù)據(jù)，生物力學(xué)分析軟件模塊能夠深入分析用戶的肌肉激活模式、運(yùn)動效率等關(guān)鍵指標(biāo)，分析能力有助于及時發(fā)現(xiàn)并糾正用戶運(yùn)動過程中的不當(dāng)之處，從而降低受傷風(fēng)險，同時，該模塊還能夠根據(jù)用戶的生物力學(xué)特征，為其量身定制訓(xùn)練計劃，進(jìn)一步提高訓(xùn)練效果。

33、(3)通過實時反饋模塊，用戶能夠即時了解自己的訓(xùn)練狀況，包括運(yùn)動姿態(tài)的正確性、肌肉激活的均衡性等，即時反饋有助于用戶及時調(diào)整訓(xùn)練策略，優(yōu)化技術(shù)動作，從而提高訓(xùn)練效果，同時，直觀的反饋形式也有助于增強(qiáng)用戶體驗的互動性，結(jié)合用戶的生物力學(xué)數(shù)據(jù)和訓(xùn)練歷史，個性化訓(xùn)練計劃生成模塊能夠為其量身定制訓(xùn)練計劃，個性化的訓(xùn)練計劃更符合用戶的實際情況和需求，有助于提高訓(xùn)練的針對性和有效性，同時，該模塊還能夠根據(jù)用戶的訓(xùn)練進(jìn)展和反饋，動態(tài)調(diào)整訓(xùn)練難度和重點，確保訓(xùn)練效果的持續(xù)提升，通過遠(yuǎn)程教練指導(dǎo)模塊，用戶能夠享受到專業(yè)的遠(yuǎn)程指導(dǎo)和反饋，遠(yuǎn)程指導(dǎo)方式不受時間和空間的限制，有助于用戶隨時隨地獲取專業(yè)的訓(xùn)練建議，同時，遠(yuǎn)程教練還可以根據(jù)用戶的綜合訓(xùn)練效果提供個性化的訓(xùn)練建議，幫助用戶更好地提高技能水平。

技術(shù)特征：

1.一種基于虛擬現(xiàn)實的體育訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于虛擬現(xiàn)實的體育訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于：所述高精度動作捕捉裝置包括至少一個可穿戴傳感器，所述傳感器配置于用戶的身體關(guān)鍵部位，用于捕捉精細(xì)的運(yùn)動細(xì)節(jié)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于虛擬現(xiàn)實的體育訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于：所述生物力學(xué)分析軟件模塊包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于虛擬現(xiàn)實的體育訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于：所述實時反饋模塊包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于虛擬現(xiàn)實的體育訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于：所述系統(tǒng)還包括個性化訓(xùn)練計劃生成模塊，該模塊基于用戶的生物力學(xué)數(shù)據(jù)、訓(xùn)練歷史及目標(biāo)，自動生成個性化的訓(xùn)練計劃，并與實時反饋模塊協(xié)同工作，動態(tài)調(diào)整訓(xùn)練難度和重點。在生成個性化訓(xùn)練計劃時，考慮用戶的潛在受傷風(fēng)險，該風(fēng)險通過以下公式評估：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于虛擬現(xiàn)實的體育訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于：所述系統(tǒng)還包括遠(yuǎn)程教練指導(dǎo)模塊，允許遠(yuǎn)程教練通過虛擬現(xiàn)實界面實時觀察用戶的訓(xùn)練情況，并提供遠(yuǎn)程指導(dǎo)和反饋。遠(yuǎn)程教練可基于用戶的綜合訓(xùn)練效果提供反饋，該效果通過以下公式評估：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于虛擬現(xiàn)實的體育訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于：所述系統(tǒng)支持多用戶同時訓(xùn)練，允許用戶在虛擬環(huán)境中進(jìn)行團(tuán)隊訓(xùn)練與競技比賽，同時各自接收個性化的生物力學(xué)分析和反饋。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于虛擬現(xiàn)實的體育訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于：所述系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)同步與存儲模塊，用于將用戶的訓(xùn)練數(shù)據(jù)和分析結(jié)果同步至云端服務(wù)器，實現(xiàn)跨設(shè)備訪問和歷史數(shù)據(jù)分析。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及體育訓(xùn)練技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種基于虛擬現(xiàn)實的體育訓(xùn)練系統(tǒng)，包括：虛擬現(xiàn)實環(huán)境生成模塊，用于創(chuàng)建和呈現(xiàn)虛擬體育訓(xùn)練場景；高精度動作捕捉裝置，用于實時捕捉用戶在所述虛擬現(xiàn)實環(huán)境中的運(yùn)動姿態(tài)數(shù)據(jù)；生物力學(xué)分析軟件模塊，用于接收并分析所述運(yùn)動姿態(tài)數(shù)據(jù)；本發(fā)明通過虛擬現(xiàn)實環(huán)境生成模塊，實現(xiàn)訓(xùn)練環(huán)境的多樣化與逼真化，該模塊能夠根據(jù)用戶的訓(xùn)練需求，快速構(gòu)建出符合要求的虛擬場景，使用戶仿佛置身于真實的比賽或訓(xùn)練環(huán)境中，沉浸式的訓(xùn)練體驗?zāi)軌驑O大地提升用戶的參與度和訓(xùn)練熱情，同時也有助于提高訓(xùn)練效果，此外，虛擬現(xiàn)實環(huán)境還能夠模擬出不同的天氣、光照等條件，進(jìn)一步豐富訓(xùn)練場景，增強(qiáng)訓(xùn)練的實用性和針對性。

技術(shù)研發(fā)人員：張錦榮,張錦雨
受保護(hù)的技術(shù)使用者：張錦榮
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15