运动学习系统与辅助使用者学习运动的方法
专利汇可以提供运动学习系统与辅助使用者学习运动的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种运动学习系统与辅助使用者学习运动的方法，运动学习系统包括一感测单元及一处理模 块 。感测单元包括至少一 传感器 ，用以配置于一使用者身上。各传感器还用以根据使用者的运动状态输出一感测信息。处理模块则是用以根据此至少一感测信息，产生使用者的至少一关键动作信息。处理模块还将此至少一关键动作信息与对应的至少一预 制动 作信息进行同步与比对。，下面是运动学习系统与辅助使用者学习运动的方法专利的具体信息内容。
1.一种运动学习系统，包括：
一感测单元，包括至少一传感器，用以配置于一使用者身上，各该至少一传感器还用以根据该使用者的运动状态输出至少一感测信息；以及
一处理模块，用以接收该至少一感测信息并根据该至少一感测信息，产生至少一关键动作信息，该处理模块还将此至少一关键动作信息与对应的至少一预制动作信息进行同步与比对。
2.根据权利要求1所述的运动学习系统，还包括一预制动作信息储存单元，用来纪录该预制动作信息，该预制动作信息是与一运动动作影像和一运动感测信息相关。
3.根据权利要求1所述的运动学习系统，其中该至少一传感器包括一重力加速度感应计、角速度计、磁力计至少三者其中之一。
4.根据权利要求1所述的运动学习系统，其中该至少一预制动作信息是与一教练的运动动作影像及该教练的运动感测信息相关。
5.根据权利要求1所述的运动学习系统，其中该预制动作信息是与一学员自己先前的运动动作影像及运动感测信息相关。
6.根据权利要求1所述的运动学习系统，其中该至少一传感器包括多个传感器，该处理模块包括：
一动作分解单元，用以根据该至少一感测信息，产生对应至该使用者的运动状态的一运动轨迹，并分解该运动轨迹，以产生该至少一关键动作信息；
一第一同步运算单元，用以将配置于使用者身上的该些传感器的感测信息进行同步；
以及
一第二同步运算单元，用以将该至少一关键动作的感测信息与对应的该至少一预制动作的感测信息进行同步与比对。
7.根据权利要求1所述的运动学习系统，其中该处理模块还包括：
一第三同步运算单元，用以将该至少一关键动作的感测信息与对应的该至少一预制动作的影像信息进行同步与比对。
8.根据权利要求6所述的运动学习系统，其中该动作分解单元根据关键动作的定义来分解该运动轨迹。
9.根据权利要求6所述的运动学习系统，其中该动作分解单元利用球谐波函数，取出该运动轨迹的特征参数，以对该运动轨迹进行处理。
10.根据权利要求6所述的运动学习系统，其中该至少一预制动作信息对应至一教练的示范动作，该处理模块还包括：
一肢体比例修正单元，用以根据该使用者与该教练的体型差异来修正该至少一关键动作信息及该至少一预制动作信息至少二者之一。
11.根据权利要求6所述的运动学习系统，其中该处理模块还包括：
一动作分段比对单元，用以比对该至少一关键动作信息与对应的该预制动作信息的相似度；以及
一错误动作显示单元，用以于该至少一关键动作信息之一与对应的该预制动作信息的相似度小于一临界值时，重复播放对应至该预制动作信息的一教学影片。
12.根据权利要求1所述的运动学习系统，其中该感测单元通过无线通讯的方式将该至少一感测信息传送至该处理模块，该处理模块设置于一本地端或远程的计算设备。
13.一种辅助使用者学习运动的方法，包括：
提供至少一传感器，该至少一传感器配置于一使用者身上，各传感器用以根据该使用者的运动状态输出一感测信息；
根据该至少一感测信息，产生该使用者的至少一关键动作信息；以及
将该至少一关键动作信息与对应的至少一预制动作信息进行同步与比对。
14.根据权利要求13所述的辅助使用者学习运动的方法，还包括预制一教练或学员的运动动作影像和运动感测信息。
15.根据权利要求13所述的辅助使用者学习运动的方法，其中各该至少一传感器包括一重力加速度感应计、角速度计、磁力计至少三者其中之一。
16.根据权利要求14所述的辅助使用者学习运动的方法，其中该预制的运动动作影像及运动感测信息，是纪录在一个对应表中，此对应表是独立于运动动作影像的一电子文件，或是对应表与运动动作影像同时纪录在一视频影像文件中。
17.根据权利要求13所述的辅助使用者学习运动的方法，其中该至少一传感器包括多个传感器，该方法还包括：
将配置于该使用者身上的该些传感器的感测信息，基于取样时间信息和取样率，进行同步。
18.根据权利要求13所述的辅助使用者学习运动的方法，其中产生该使用者的至少一关键动作信息的步骤包括：
根据该至少一感测信息，产生对应至该使用者的运动状态的一运动轨迹；以及分解该运动轨迹，以产生该至少一关键动作信息。
19.根据权利要求18所述的辅助使用者学习运动的方法，其中于该分解步骤中，是根据关键动作的定义来分解该运动轨迹。
20.根据权利要求18所述的辅助使用者学习运动的方法，其中于分解该运动轨迹的步骤中，是利用球谐波函数，取出该运动轨迹的特征参数，以对该运动轨迹进行处理。
21.根据权利要求13所述的辅助使用者学习运动的方法，其中该至少一预制动作信息是对应至一教练的示范动作，该方法还包括：
根据该使用者与该教练的体型差异来修正该至少一关键动作信息及该至少一预制动作信息至少二者之一。
22.根据权利要求13所述的辅助使用者学习运动的方法，其中该方法还包括：
比对该至少一关键动作信息与对应的该预制动作信息的相似度；以及
于该至少一关键动作信息之一与对应的该预制动作信息的相似度小于一临界值时，重复播放对应至该预制动作信息的一教学影片。
23.根据权利要求13所述的辅助使用者学习运动的方法，其中该感测单元通过无线通讯的方式将该至少一感测信息传送至该处理模块，该处理模块设置于一本地端或远程的计算设备。
运动学习系统与辅助使用者学习运动的方法
技术领域
背景技术
更正确地运动，这样一来，将可以有效地提高使用者运动的意愿，进一步提高国人的身体健
康。因此，如何研发出一套可以帮助使用者学习运动的系统，乃业界所致力的课题之一。
发明内容
用者的运动状态输出一感测信息。处理模块则是用以根据此至少一感测信息，产生使用者
的至少一关键动作信息。处理模块还将此至少一关键动作信息与对应的至少一预制动作信
息进行同步与比对。
状态输出一感测信息。根据此至少一感测信息，产生使用者的至少一关键动作信息。将至
少一关键动作信息与对应的至少一预制动作信息进行同步与比对。
附图说明
具体实施方式
元102包括至少一传感器，用以配置于一使用者身上。各传感器还用以根据使用者的运动
状态输出一感测信息S。处理模块104则是用以根据此至少一感测信息S，产生使用者的至
少一关键动作信息。处理模块104还将此至少一关键动作信息与对应的至少一预制动作信
息进行同步与比对。
学员自己先前的运动动作影像及运动感测信息相关。兹举预制动作信息产生方式的一例
如下。可预先使用摄影机来录制教练对于某项运动的示范动作，以得到记录教练的运动动
作影像的教学影片。于录制的同时，也同时记录对应至教练的身体各部位的运动状态的教
练的运动感测信息(例如使用多个传感器来得之)。教练的运动动作影像及教练的运动感
测信息要先进行同步，并且要预先从教练的运动感测信息判断出教练的关键动作信息。教
练的运动动作影像与教练的运动感测信息的相对应关系可以记录于一个对应表(Mapping
table)中，以记录在哪一个时间点发生了什么关键动作，以及传感器数值与计算得到的速
度和运动轨迹位置。其中，时间点格式为hh:mm:ss:ms(时:分:秒:千分之一秒)；传感
器数值包括重力加速度、角速度、运动方向角等。对应表可以是一个独立的电子文件。教练
的运动动作影像及教练的运动感测信息可以分别用不同文件记录，也可将教练的运动感测
信息同时记录于教练的运动动作影像的视频(Video)文件的信息字段中。针对储存在视频
文件的信息字段中的感测信息，会使用专用的播放机来将感测信息读取出来。
间，例如分别是Tsi和Tci，根据取样率(Sampling rate)的不同，例如分别是Psi和Pci，转
换至同一个时间轴上表示，转换公式例如为：
分别为0和0.016。
当中，使用者身上的多个感应器，将会产生使用者运动时身体的不同部位的感测信息，例如
是身体的各不同部位运动时的加速度值。处理模块104根据这些感测信息S产生使用者的
多个关键动作信息，并将此多个关键动作信息与对应的教练的多个预制动作信息进行同步
与比对之后，即可得知使用者于模仿教练的动作以学习某项运动时，其动作与教练的标准
动作的相似度。
来重复学习此项动作。如此一来，将有助于使用者了解自身哪些动作与教练的标准动作差
异较多，而需重新调整。并通过让使用者重复观看需调整的动作的教学影片，而得以让使用
者更快速地学会此项运动的动作。
113及一错误动作显示单元114。动作分解单元106用以根据此至少一感测信息S，产生对
应至使用者的运动状态的一运动轨迹，并分解此运动轨迹，以产生至少一关键动作信息。动
作分解单元106中，动作分解单元106例如是根据关键动作的定义来分解运动轨迹。
型差异来修正上述的至少一关键动作信息及上述的至少一预制动作信息至少二者之一。动
作分段比对单元112用以比对至少一关键动作信息与对应的预制动作信息的相似度。而错
误动作显示单元114用以于此至少一关键动作信息之一与对应的预制动作信息的相似度
小于一临界值时，重复播放对应至此预制动作信息的教学影片。
标、或无线指向器，告知运动学习系统100使用者的身高。根据使用者的身高信息，运动学
习系统100可依照标准人体肢体比例或是使用者的肢体比例，来知道各肢体的长短比例，
以推算各个运动传感器在空间中的初始位置。参考图2，假设身高160厘米的人，运动传感
器在其肩膀的初始位置为(0，15，130)及(0，-15，130)，在手腕的初始位置为(0，15，80)及(0，-15，80)，在腰部的初始位置为(10，0，100)，在两膝的初始位置为(5，5，40)及(5，-5，
40)。
初始位置。参考图3，假设使用者头顶、肩膀及脚底各穿戴一个传感器，h已知为使用者身
高，c1为头顶到肩膀的距离，c2为肩膀到脚底的距离，h＝c1+c2，d1到d3分别为头顶、肩
膀及脚底的传感器到一固定点S的距离，此距离分别可由红外线或激光测距得到，θ是头
顶及脚底对固定点P的夹角，θ＝θ1+θ2，所以由余弦定理可求得：
2 2 2
器在X、Y、Z每一轴向的位移量，并进一步得到传感器的位置信息，而产生对应至使用者的
运动状态的运动轨迹。其中，a代表加速度值，v代表速度值，s代表位移量。
辨性(针对不同信息，进行球谐波函数的编码后的结果为不相同)、稳定性(编码的结果不
易受到噪声的影响)、和不变性(针对相同的信息，即使取样方式不同，编码结果也是一样
的)。因此利用球谐波函数所求得的特征参数用来描述动作轨迹是相当适合的。兹将通过
球谐波函数求得特征参数的作法简述如下。
(Take away)R1、下杆前期(Forward swing)R2、加速期(Acceleration)R3、跟随前期(Early follow through)R4与跟随后期(Late follow through)R5。请参照图4，其绘示高尔夫球
挥杆的动作中，对应至上杆期R1、下杆前期R2、加速期R3、跟随前期R4与跟随后期R5的分
解动作的轨迹方向图的一例。纵轴以往下为正。p1代表击球点，p2代表上杆顶点，p3代表
击球点，p4代表挥杆完成。兹设定高尔夫球挥杆的动作的关键动作包括上杆期R1、下杆前
期R2、加速期R3、跟随前期R4与跟随后期R5，此些关键动作的定义例如如下：
度的绝对值会由0，增加至v2；重力加速度感应计读取的绝对数值则是由g0，先增加至g2，再递减至g0。
察到Z轴运动速度的绝对值会由0，增加至v3；而重力加速度感应计读取的绝对数值则是由
g0，增加至g3。
多个取样点的多个空间坐标值)。
R4与跟随后期R5等关键动作的起点与终点的作法，也可以是通过将传感器所得到的感测
信息及所得的运动轨迹，参照图4的各关键动作的可能的速度和加速度值来得到。动作分
解单元106例如是根据上述的关键动作的定义来分解运动轨迹，以产生至少一关键动作信
息。于第二同步运算单元108中，如果教练的动作速度与使用者的速度不一致的话，将可能
导致教练的关键动作信息与使用者的关键动作信息取样数不同，而比对不易的问题。为了
将取样数不同的两个关键动作信息的序列进行比对，可以利用内插的方式来使得两者的取
样数一致，而便于比对。
中)，利用最小平方误差法来求得。可将使用者的运动轨迹的坐标(x，y，z)带入上式之后，
可得到修正后的使用者的运动轨迹的坐标(wx(x)，wy(y)，wz(z))，如此，即可达到修正肢体比例以降低比对误差的目的。
告的声音或影像，来通知使用者，并搭配录制好的教练的运动动作影像的教学影片，重现、
标记出错误动作的地方和建议动作修正的方式，如图5A与图5B所示。而第三同步运算单元
113用来将该至少一关动作的感测信息与对应的该至少一预制动作的影像信息进行同步与
比对。做法上可以记录使用者动作发生错误的时间点，找出在教练的教学影片中相对应时
间点的动作来显示对应的影片段落。或者，通过关键动作的判读，例如判断出此为使用者的
「下杆前期」或「加速期」的关键动作，故可重现教练的教学影片中的「下杆前期」的关键动作的影片段落来播放(如图5A所示)，或重现教练的教学影片中的「加速期」的关键动作的
影片段落来播放(如图5B所示)，以供使用者重新观看并再次模仿练习。
远程的计算设备。上述的教练的运动动作影像及教练的运动感测信息可以事先录制或存
盘，并可存放于本地端或远程的计算设备中。
者的运动状态输出一感测信息。于步骤604中，根据此至少一感测信息，产生使用者的至少
一关键动作信息。而于步骤606中，则将至少一关键动作信息与对应的至少一预制动作信
息进行同步与比对。
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