面向单板滑雪模拟的数据测量处理方法及测量互动设备转让专利
申请号 : CN202110470506.9
文献号 : CN112870670B
文献日 : 2021-07-20
发明人 : 余军涛
申请人 : 乐动天下(北京)体育科技有限公司 , 北京高派高新技术有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种面向单板滑雪模拟的数据测量处理方法,其特征在于包括如下步骤:S1,使用者改变滑雪动作,滑雪板面随着使用者的动作发生角度变化;
S2,结合S1中的角度变化,测量滑雪板面的角度数据;所述角度数据包括滑雪板面的方位角、仰俯角、翻滚角、方位角速度、仰俯角速度、翻滚角速度、方位角加速度、仰俯角加速度、翻滚角加速度中的至少一种;
S3,当测量到方位角在-5~5度之间或175~185度之间变化时,判断滑雪板面呈纵向;
同时,如果滑雪板面的翻滚角没有发生角度变化时,判断使用者在直降滑雪,通过如下公式计算出直降滑雪的滑行速度:
V= .
其中,V是直降滑雪的滑行速度,M是滑雪者的质量,m是滑板的质量,g为重力加速度,α为下滑雪道的倾角,μ为滑板在雪道上的滑动阻力系数,c是空气黏度,ρ为空气密度,s为滑雪者的迎风面积,S为滑雪者的位移。
2.一种面向单板滑雪模拟的数据测量处理方法,其特征在于包括如下步骤:S1,使用者改变滑雪动作,滑雪板面随着使用者的动作发生角度变化;
S2,结合S1中的角度变化,测量滑雪板面的角度数据;所述角度数据包括滑雪板面的方位角、仰俯角、翻滚角、方位角速度、仰俯角速度、翻滚角速度、方位角加速度、仰俯角加速度、翻滚角加速度中的至少一种;
S3,当测量到方位角在85~95度之间变化时,判断滑雪板面呈后刃推坡状态,通过如下公式计算出后刃推坡的滑行速度:
V= ,
K=(M+m)g(sin(α‑θ)‑µcos(α‑θ)‑cos(α‑θ)sins);
其中,V是后刃推坡的滑雪速度,M是滑雪者的质量,m是滑板的质量,g为重力加速度,α为下滑雪道的倾角,θ为滑雪板与雪道间的夹角,μ为滑板在雪道上的滑动阻力系数,c是空气黏度,ρ为空气密度,s为滑雪者的迎风面积,S为滑雪者的位移。
3.一种面向单板滑雪模拟的测量互动设备,用于实施权利要求1或2所述的数据测量处理方法,其特征在于包括角度检测单元、控制单元、数据处理单元和图像输出单元,其中:所述角度检测单元,用于检测滑雪板面的方位角、仰俯角、翻滚角、方位角速度、仰俯角速度、翻滚角速度、方位角加速度、仰俯角加速度、翻滚角加速度中的至少一种;
所述控制单元,与所述角度检测单元连接,并通过有线或无线的方式与所述数据处理单元进行数据交互;所述控制单元实时将所述角度检测单元所检测到的角度数据传送到所述数据处理单元;
所述数据处理单元,用于根据预定的程序生成单板滑雪模拟场景,并根据接收到的角度数据判断使用者的动作,计算出虚拟人物的滑行速度、方向和轨迹,并更新单板滑雪模拟场景中的虚拟人物的动作和轨迹;
所述图像输出单元,与所述数据处理单元相连接,用于对外输出单板滑雪模拟场景的画面。
4.如权利要求3所述的测量互动设备,其特征在于:所述测量互动设备还包括动作执行单元;所述动作执行单元包括用于实现滑雪板面的角度变化和/或上下移动的液压缸、气缸或电动缸,用于根据单板滑雪模拟场景中雪地的倾斜角度和/或颠簸情况改变所述滑雪板面的角度和/或颠簸,模拟虚拟雪地的倾斜角度和/或颠簸状态。
5.如权利要求3所述的测量互动设备,其特征在于还包括多个动作执行单元和连接件;
滑雪模拟台的支撑框架固定设置在水平面上,多个所述动作执行单元的一端分别固定到所述支撑框架上,另一端连接到所述连接件上;所述滑雪模拟台的第一支撑件和所述连接件通过支撑弹簧连接;
所述角度检测单元和所述控制单元固定到所述滑雪模拟台的第二支撑件上;
在所述连接件的四周设置有多个所述动作执行单元的控制器,所述控制器通过有线或无线的方式与所述控制单元连接。
说明书 :
面向单板滑雪模拟的数据测量处理方法及测量互动设备
技术领域
背景技术
冲浪的自由洒脱和流畅优美,又有滑板的驰骋雪海的刺激震撼。单板滑雪作为象征着自由
与创新的新潮运动,在世界上掀起了一场单板运动浪潮。
滑板。因此,要想学会单板滑雪,并且成为高水平的滑雪者,必须经过长期的实践和训练,不
断提升平衡能力和身体姿态控制能力,才有可能达到目的。
201720554454.2的中国实用新型中,公开了一种模拟单板滑雪训练器,底支架组焊件通过
地脚螺栓设置在连接支板上,底支架组焊件的一侧上方设有左立柱组件和右立柱组件,在
左立柱组件和右立柱组件之间设有塑木扶手组件;在底支架组焊件的一侧设有踏板组件,
另一侧设有转盘组件,踏板组件可沿模拟滑雪道起伏不平的弧形轨道滑动,进而带动转盘
支架焊件转动,护罩罩设在转盘支架焊件和转盘组件上,通过螺钉固定在底支架组焊件上。
该实用新型便于业余爱好者或专业运动员进行单板滑雪模拟,使用者可以根据自身的身体
状况,合理调控运动强度,可有效提高锻炼的科学性,安全性。但是,此类现有技术往往不能
掌握模拟单板滑雪所需要的准确数据,所实现的模拟效果良莠不齐。
发送给服务器,服务器对原始数据进行分析计算,提取滑雪参数并利用提取出的滑雪参数
形成滑雪数据和/或计算得到滑雪得分,并将滑雪数据和/或滑雪得分发送给与滑雪板关联
的移动终端,从而能从专业的技术与数据分析的角度有效帮助滑雪者进行滑雪指导与姿态
校准。
发明内容
速度、翻滚角加速度中的至少一种;
雪,计算出虚拟人物的滑行速度和滑行轨迹。
为滑雪者的迎风面积,S为滑雪者的位移。
算出虚拟人物的当前滑行速度及滑行轨迹;其中,当滑行速度减小到0时,实现刹车。
是空气黏度,ρ为空气密度,s为滑雪者的迎风面积,S为滑雪者的位移。
他参数计算出转弯方向、转弯半径、转弯角度和滑行轨迹。
弯,根据方位角的数值计算出转弯方向、转弯半径、转弯角度和滑行轨迹。
单元和图像输出单元,其中:
到所述数据处理单元;
模拟场景中的虚拟人物的动作和轨迹;
拟场景中雪地的倾斜角度和/或颠簸情况改变所述滑雪板面的角度和/或颠簸,模拟虚拟雪
地的倾斜角度和/或颠簸状态。
述连接件通过支撑弹簧连接;
现在单板滑雪模拟场景中,从而对滑雪训练效果进行即时反馈,有利于滑雪模拟训练。并
且,当使用包含液压缸、气缸或电动缸等动作执行单元的滑雪模拟台时,动作执行单元还可
以根据单板滑雪模拟场景中雪地的倾斜角度及颠簸情况使滑雪板面发生角度改变或颠簸,
更增强了虚拟滑雪运动的互动性和逼真性。
附图说明
具体实施方式
速度、翻滚角加速度中的至少一种;
使用者对应的虚拟人物,从而将使用者的动作实时重现在单板滑雪模拟场景中,对滑雪训
练效果进行即时反馈,有利于滑雪模拟训练。
体说明如下:
滑的单板滑雪技术,是单板初学者必须扎实掌握的技术之一,也是调节速度的滑行方法之
一。后刃推坡时,脚尖和单板慢慢放下,向下滑下;单板向下角度加大,速度加快;脚尖和单
板慢慢抬起,速度减慢或停止。同时,后刃推坡也是减速和刹车的方法。在板头朝下滑行过
程中,把滑板打横并后刃推坡下行,可以实现减速或刹车。滑板与坡面角度越大,减速效果
越好,直至刹车停止。在实际滑雪中,还有前刃推坡这个动作。考虑到这个动作背向滑行方
向,在单板滑雪模拟场景中采用这个姿势无法看到显示屏幕中的虚拟雪景,故在单板滑雪
模拟场景中不考虑这个动作。
一般采用立刃转弯的方式,立刃转弯方式适用于边刃弯曲的单板。边刃是弯曲的单板能够
更好的转弯。现在的立刃转弯,肩膀跟板头保持一致,通过移动身体重心让边刃与雪地产生
一个角度并切入雪地中,并且边刃形成一个曲线,边刃带着人转弯,人是被动转弯。
可以让单板有更好的通过性,减少雪面不平的卡顿感。从图2b所示的俯视图可以看出,单板
的两侧是两条曲线而并不是直线。这是为了让单板更容易转弯,转的弯更圆滑。
圆弧。边刃形成的这个圆弧就是单板滑行转弯形成的圆弧,相应的转弯半径为r。
的方向为轴旋转的角度称为翻滚角,以与这两个方向都垂直的方向为轴旋转的角度称为仰
俯角。如图4所示。以滑雪板面处于水平面并呈纵向,板头正对单板滑雪模拟场景的显示屏
幕时为初始状态,此时,方位角、仰俯角和翻滚角分别为0度。当单板在水平面内由纵向旋转
到横向时,方位角旋转约±90度(后刃推坡时方位角约90度,前刃推坡时方位角约-90度,
因为前刃推坡不适合滑雪模拟系统,下文中不再考虑前刃推坡的情况),仰俯角和翻滚角约
为0度。当单板呈纵向时,单板左倾或右倾,方位角和仰俯角约为0度,翻滚角产生变化;单板
前头或尾端下压,方位角和翻滚角约为0度,此时,可以测量到仰俯角变化。当单板呈横向后
刃推坡时,单板下压或抬起,可以测量到翻滚角发生变化,方位角约为90度,仰俯角约为0
度。当单板搓雪转弯时,单板在水平面内发生转动,方位角发生变化(一般在±90度之间或
90度至270度之间变化),仰俯角和翻滚角约为0度;当单板立刃转弯时,翻滚角发生变化,方
位角随着圆周运动发生改变,仰俯角约为0度。可以理解,在滑雪过程中,由于滑雪者的滑雪
动作存在一定偏差,滑雪板面的方位角变化仅能进行近似估计,因此,当判断滑雪者的滑雪
动作时,可以预设一定角度偏差。例如,可以将方位角在89度~91度之间的变化近似处理为
90度,从而判断板面朝向为横向,此时可以认为滑雪者在进行后刃退坡动作。在本发明所涉
及到的角度描述中所使用的“约”可以认为相对于标准角度允许存在至多±5度的偏差。
后刃推坡减速 约90度 基本不变 适当增大
后刃推坡刹车 约90度 基本不变 增大到一定角度
立刃转弯中的右转或左转 随圆周运动变化 基本不变 变化
搓雪转弯的左转或右转 变化 基本不变 基本不变
直降滑雪 约0度或180度 约0度 约0度
拟下坡场景,控制显示屏幕中的虚拟人物向下滑行。
角约0度,此时可以计算出虚拟人物进行直降滑雪时的滑行速度。
速度,g为重力加速度,α为下滑雪道的倾角,μ为滑板在雪道上的滑动阻力系数,ƒ1为滑动
摩擦阻力,ƒ2为空气阻力,β为空气阻力系数,c是空气黏度,ρ为空气密度,s为滑雪者迎风
面积,a为滑雪者直降滑雪的加速度,S为滑雪者的位移。在S=0时,v=0。
或刹车。此时,在步骤S3中,传感器测量板面的方位角由约0度旋转到约90度,通过传感器可
以测量到滑雪板面翻滚角的变化,通过测量滑雪板面向前或向后的翻滚角,可以计算出虚
拟人物进行后刃推坡时的滑行速度,当滑行速度减小到0时,实现刹车。
速度,g为重力加速度,α为下滑雪道的倾角,θ为滑雪板与雪道间的夹角,μ为滑板在雪道上
的滑动阻力系数,ƒ1为滑动摩擦阻力,ƒ2为空气阻力,ƒ3为后刃推坡时额外增加的推雪
阻力,β为空气阻力系数,c是空气黏度,ρ为空气密度,s为滑雪者迎风面积,a为滑雪者直降
滑雪的加速度,S为滑雪者的位移。在S=0时,v=0。
身体前方或向身体后方移动身体重心,使板面向雪坡下落线右边或左边翻滚一定角度,用
于模拟单板滑雪中立刃转弯的右转或左转;或者,使右肩朝向单板滑雪模拟场景中的虚拟
下坡场景,通过向身前或向身后移动身体重心,使板面向雪坡下落线左边或右边翻滚一定
角度,用于模拟单板滑雪中立刃转弯的左转或右转。通过改变滑雪板面向身体前方或向身
体后方转动的翻滚角,可用于控制虚拟人物的转弯方向、转弯半径和转弯速度。此时,在步
骤S3中,通过传感器可以测量到滑雪板面翻滚角的变化,通过测量滑雪板面面向身体前方
或向身体后方转动的翻滚角,可以计算出单板滑雪模拟所需的转弯方向、转弯半径r和转弯
速度v。
始转弯,滑雪速度v从上文中的直降滑雪或后刃推坡速度公式中计算得出。
运动的向心力,M是滑雪者的质量,m是滑板的质量,v是滑雪速度,r是转弯时所走圆弧的半
径,即转弯半径,g为重力加速度,α为下滑雪面与水平面间的倾角,γ为滑板平面的翻滚角。
物左转或右转。此时,通过传感器测量滑雪板面向左或向右偏转的方位角,可以获得虚拟人
物的转弯方向和转弯角度,单板滑雪模拟场景中虚拟人物的转弯角度和滑雪板面的方位角
相同。
单板滑雪模拟所需的转弯方向、转弯半径、转弯速度、滑行速度等参数,然后控制虚拟人物
加速或减速、向左或向右的转弯,同时,可以根据虚拟人物的滑行速度计算滑雪轨迹,并在
单板滑雪模拟场景中对虚拟人物的滑雪轨迹进行更新。
使用者在直降滑雪,计算出虚拟人物的滑行速度和滑行轨迹,并对虚拟人物的滑行状态进
行更新;
值计算出虚拟人物的当前滑行速度及滑行轨迹,并对虚拟人物的滑行状态进行更新;其中,
当滑行速度减小到0时,实现刹车;
出转弯方向、转弯半径、转弯角度和滑行轨迹,并对虚拟人物的滑行状态进行更新;
位角的数值计算出转弯方向、转弯半径、转弯角度和滑行轨迹,并对虚拟人物的滑行状态进
行更新。虚拟人物的转弯角度和滑雪板面的方位角相同。
图像输出单元22和声音输出单元23。
使用者的动作发生改变;角度检测单元12用于测量滑雪板面10的方位角、仰俯角、翻滚角、
方位角速度、仰俯角速度、翻滚角速度、方位角加速度、仰俯角加速度、翻滚角加速度等参数
中的至少一种;控制单元11通过有线或无线的方式与数据处理单元21进行数据交互,控制
单元11实时将角度检测单元12所测量到的角度数据传送到数据处理单元21。
场景中的虚拟人物的动作和轨迹。
景的声音。
含一个滑雪板面10,滑雪板面10可采用现有的平衡板、平衡球、智能滑雪板或滑雪模拟器。
使用者站立在滑雪板面10上进行各种动作,滑雪板面可以随着使用者的动作发生不同方向
的转动,即,发生角度变化。控制单元11和角度检测单元12内置于滑雪模拟台1中,角度检测
单元12可测量滑雪模拟台1中滑雪板面10的方位角、仰俯角、翻滚角、方位角速度、仰俯角速
度、翻滚角速度、方位角加速度、仰俯角加速度、翻滚角加速度等参数中至少一种,并将上述
角度数据发送到控制单元11。控制单元11通过有线或无线的方式实时将角度数据传送到数
据处理单元21,并与数据处理单元21进行数据互动。
示在图像输出单元22,单板滑雪模拟场景的声音通过声音输出单元23对外输出;并且数据
处理单元21根据接收到的角度数据,判断使用者的动作,计算出虚拟人物的滑行速度、方向
和轨迹,并更新单板滑雪模拟场景中虚拟人物的动作和轨迹。在上述单板滑雪模拟场景中
使用的单板可以为边刃弯曲的单板,也可以为滑雪运动早期使用的边刃为直边的单板。
和/或颠簸,从而模拟虚拟雪地的倾斜角度和/或颠簸状态,增强模拟滑雪的真实性。
前,控制单元11可以通过动作执行单元13改变滑雪板面10的初始角度,模拟滑雪起点位置
的雪地的倾斜角度;在滑雪过程中,控制单元11可以根据数据处理单元21计算出的颠簸参
数使滑雪板面10产生上下移动,改变滑雪板面10的颠簸,模拟滑雪过程中的颠簸情况,从而
更加增加滑雪运动的真实性,达到训练的目的。
和连接件107,测量互动设备包括检测单元和控制单元105、多个电动缸101(图示为4个)和
多个电动缸的控制器108。
件107提供支撑力,通过不同的电动缸101,可以改变连接件107的倾斜角度。
转。优选地,第一支撑件103和第二支撑件104是支撑盘。
翻滚角、方位角速度、仰俯角速度、翻滚角速度、方位角加速度、仰俯角加速度、翻滚角加速
度等参数中至少一种。控制单元11通过有线或无线的方式与数据处理单元21进行数据交
互,控制单元11实时将角度检测单元12所测量到的角度数据传送到数据处理单元21。
改变滑雪板面102的角度,从而模拟滑雪起点位置的雪地的倾斜角度,以及模拟滑雪过程中
的颠簸情况。
单板滑雪模拟场景;使用者根据单板滑雪模拟场景的画面改变滑雪动作,滑雪板面随着使
用者的动作发生角度变化;角度检测单元测量滑雪板面的角度数据,并通过控制单元发送
给数据处理单元;角度数据包括滑雪板面的方位角、仰俯角、翻滚角、方位角速度、仰俯角速
度、翻滚角速度、方位角加速度、仰俯角加速度、翻滚角加速度等参数中至少一种;数据处理
单元根据接收到的滑雪板面的角度数据,判断使用者的滑雪动作,计算出虚拟人物的滑行
速度、方向和轨迹,并更新单板滑雪模拟场景中的虚拟人物的滑雪动作和滑雪轨迹,滑雪动
作包括匀速下滑、加速、减速、左转、右转和刹车。
测量互动设备中包含用于改变角度的气缸等,则数据处理单元将初始滑雪位置的虚拟雪地
的角度(即虚拟滑板的初始角度)等数据回传给控制单元,控制单元控制行动执行单元使滑
雪板面发生角度变化,模拟模拟雪坡初始位置的倾斜角度。若滑雪模拟台的测量互动设备
中不包含用于改变角度的气缸等,则无此步骤。
颠簸状态。具体来说,若滑雪模拟台的测量互动设备中包含用于产生颠簸的气缸,则数据处
理单元根据当前的单板滑雪模拟场景的雪地角度、滑板角度和滑行速度方向等参数,计算
出虚拟滑板在当前虚拟雪地的颠簸参数,并将其回传给控制单元,控制单元控制行动执行
单元使滑雪板面发生颠簸(上下移动),增强模拟滑雪的真实性。若测量互动设备中不包含
用于产生颠簸的气缸等,则无此步骤。
出虚拟人物的滑行速度、转弯方向、转弯角度、转弯半径和滑行轨迹,并更新单板滑雪模拟
场景中虚拟人物的动作和轨迹。上述测量互动设备,可以将使用者的动作实时重现在单板
滑雪模拟场景中,从而对滑雪训练效果进行即时反馈,有利于滑雪模拟训练。并且,当使用
包含液压缸、气缸或电动缸等动作执行单元的滑雪模拟台时,动作执行单元还可以根据单
板滑雪模拟场景中雪地的倾斜角度及颠簸情况使滑雪板面发生角度改变或颠簸,更增强了
虚拟滑雪运动的互动性和逼真性,更具有趣味性,有利于滑雪模拟训练。
对它所做的任何显而易见的改动,都将构成对本发明专利权的侵犯,将承担相应的法律责
任。