本站原创摘 要：针对太极拳教学现状,基于自主学习理论,提出设计基于关键帧提取技术和三维坐标变换技术的太极拳运动考评系统.本文采用运动捕捉技术采集了24式太极运动数据,以关键帧提取技术为基础,设计了运动时间对比模块,解决了运动速度对比问题；以三维坐标平移变换和朝向旋转变换技术为基础,设计了运动空间对比模块,解决了运动位置对比问题；结合运动速度对比与运动位置对比,系统能够自动地对教学运动素材进行对比与评价,满足了学生自主学习需求.
关 键 词：太极拳；运动捕捉数据；自主学习；关键帧提取；三维坐标变换
中图分类号：TP311文献标识码：ADoI:10.3969/j.issn.1003-6970.2012.03.018
Design&ImplementationofTaijiMotionAppraisalSystem
CAIJianping,HUAIZhanxin2
(BeijingUniversityofTechnology(Beijing)SchoolofSoftware,Beijing100124,China)
【Abstract】Thisessaydesignandimplementasimulationstudysystemwhichcouldautomaticlymakeaevaluationonthequalityofstudents,basedonclassic24Taijisportoriginaldataasteachingsourcematerial.Thisessaydesignovementspeedandtimeparisonmodule,whichsolvesteachingsportspeedparisonquestion,basedonKeyframeextractiontechnology.Besides,solvetheinconsistentquestiononpeople’sheight,basedonThethree-dimensionalcoordinatetranormscalingtechnology.Wedesignmovementspacecontrastmoduleandsolvemovementpositioncontrastissue,basedonThe3Dcoordinatesoftranslationalandrotationaltranormtechnology.Therefore,thissystemcouldautomaticlymakeaevaluationonteachingsportsource.Thieetthestudents’requirementofautonomouslearning.
【Keywords】Taiji,motioncapturedata,Self-study,Keyframeextraction,Three-dimensionalcoordinatetranormscaling,
0引言
太极拳是众多种武术分类中最具有中华民族特色、最为独特和最具代表性的武术,长久以来一直被我国视为国粹.它的研究和继承是一项重要的工作.但是,传统的太极拳教学方式多数以书本教学方式和教师课堂讲授为主,过于依赖教师个人的技术和教学经验,同时在教学的广度和深度、可复制性与可传承性上存在很大局限性.市面上也推出了一些用于辅助传统教学方式的电化教学产品,如录像视频教学光盘等,但其存在视角不可调整,学生学习效果无法得到评价,学习兴趣难以维持等一系列固有缺陷.因此,迫切需要引入新的教学工具和手段来改变目前太极拳教学现状.
仿真教学是用计算机来模拟真实自然现象或社会现象,学生模拟扮演某一角色进行技能训练的一种教学方法.它是对传统教学方式的延伸和补充.在高校体育教学中,太极拳仿真教学系统不但可以使教学资源和教学服务得到最大化的共享,而且为学生个性化的学习提供了平台,丰富了教学方式,学生能够从传统“填鸭式”教学模式中解脱出来,进入到新颖、有趣的新形式中,有利于学生进行自主式学习.
本论文以最为经典的24式太极拳运动数据作为教学素材,以运动捕捉技术为基础,设计并实现了可自动化对学员24式太极拳运动质量进行对比评价打分的运动考评系统.
1系统需求分析
1.1教学需求分析
本论文设计的教学软件系统,旨在取代教师在传统教学方式中的作用,学生在有一定太极拳知识和能力基础上,将太极拳习练的运动捕捉数据输入教学软件系统,并通过计算机进行处理和分析得到自己学习结果的评价,而教师只需控制与修改教学系统中教学素材、仿真模型和评价标准几个要素,就可以完成对教学系统的设置；再使用教学系统来对学生进行间接辅导,而无需面对面授课.
本教学软件由以下几个部分组成：教学素材,仿真模型,评价标准.教学素材是学生学习的内容,也是软件系统的输入；仿真模型是对教学素材进行层次化处理,并使用描述模型的数据结构,来对运动数据进行抽象化处理；最后,将运动数据参照教学大纲的要求,进行动作位置、动作规范性、动作意识等一系列
作得分界面.其中展示了用户在24式中某一式时,人体各具体部位的组合得分、位置准确性和旋转准确性得分.对于有经验的用户,可以此作为依据,结合实际情况判断出自己身体某具体部位在运动中可能存在的一些问题,并加以改进和总结.
3.2模型参数管理实现
为简化设计,降低用户使用难度,本系统中的模型参数模块不需要用户手动输入身高,而是给用户提供1.55m、1.60m、1.65m、1.70m、1.75m、1.80m六个档位的身高供用户选择.系统在数据库内预先建立好了6个骨骼长度表,分别对应6种身高模式当用户选择好一个与自己最接近的身高模式并确定后,模块首先在数据库中查找到该模式对应的骨骼长度表单,将其中的数据读入到内存中,并显示在用户界面上.用户看到信息后,可根据自己的实际情况进行修改.确定修改表单信息之后,模块将信息读入内存,并传递给数据库,将该模式对应的骨骼长度数据修改并存储,以备提供给拉伸变换模块作为处理数值依据,如下图所示：
4结束语
本文开发的太极拳运动考评系统能够给出基本合理的太极拳动作得分,基本解决了运动质量考评问题.对于部位旋转得分,系统能够给出比较理想的输出结果；对于部位位置得分,系统采用坐标拉伸变换算法虽然在一定程度上解决了学生与教师身高模式不一致问题,但得出的数据准确度和精度仍不理想,留待日后进一步改进算法.
本系统可以作为传统教学方式的合理补充,提供给有经验的学生进行自我考评,实现了学员自主学习与自主评价,打破了传统太极拳教学方法的局限性,对于太极拳教学的科学化、信息化和系统化,具有重要的现实意义.