运动分析方法、装置、电子设备及计算机存储介质与流程

本技术涉及运动分析，尤其涉及一种运动分析方法、装置、电子设备及计算机存储介质。

背景技术：

1、运动是人类日常生活中重要的组成部分，运动需要人体不同关节相关配合。在运动过程中，人们可能因运动姿势不标准、关节受力过大导致不同程度的运动损伤。

2、目前，可以通过专业的运动捕捉系统和逆动力学分析软件来仿真求解关节受力，进而完成运动指导。但这种方案的算法复杂，设备成本较高，不便于用户日常使用。

3、因此，如何获取一种较为简单的、成本较低的方法来计算关节受力以有效提供损伤风险预警是本领域技术人员需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本技术实施例公开一种运动分析方法、装置、电子设备及计算机存储介质，通过较为简单的方法来计算关节受力情况以提供损伤风险预警。

2、第一方面，本技术实施例提供一种运动分析方法，该方法包括：

3、依据目标对象的身体参数获取所述目标对象的第一数据；所述第一数据包括人体环节的质量、质心、转动惯量；

4、获取所述目标对象的第二数据和足部的离地状态；所述第二数据包括人体环节质心的运动速度、角速度及人体关节位置信息；

5、基于所述离地状态计算所述踝关节的第一数值和第二数值；

6、基于所述目标对象的运动姿势，构建第一坐标系，所述第一坐标系用于构建齐次变换矩阵和获取所述人体关节在所述第一坐标系的第一坐标；

7、基于所述齐次变换矩阵，根据所述第一坐标和所述第一数据计算小腿的角速度；

8、基于所述第一数据、所述第二数据、所述踝关节的第一数值和第二数值及所述小腿的角速度计算所述膝关节的第三数值和第四数值。

9、在本技术中，通过获取目标对象的人体惯性参数和运动姿态数据结合离地状态，依据动量定理、动量矩定理计算目标对象踝关节的关节受力和力矩，结合踝关节的关节力和力矩计算膝关节的关节力和力矩，相比于现有的方案，如需通过专业的运动分析设备检测踝关节的关节力，基于该关节力计算踝关节的力矩，再计算膝关节的力矩。本技术可以基于目标对象的离地状态计算踝关节的关节力和力矩，再计算膝关节的关节力和力矩，计算方法较为简单，使用过程中无需采用专业的运动分析设备以降低成本。

10、结合第一方面，在其中一种可能的实施方式中，所述方法还包括：基于所述齐次变换矩阵，根据所述第一坐标和所述第一数据计算大腿的角速度；基于所述第一数据、所述第二数据、所述踝关节的第一数值和第二数值、所述膝关节的第三数值和第四数值及所述大腿的角速度计算所述髋关节的第五数值和第六数值。

11、本技术在计算出踝关节、膝关节的关节力、力矩的基础上，还可以结合大腿的角速度和人体惯性参数和运动姿态数据可以计算出髋关节的关节力和力矩。

12、结合第一方面，在其中一种可能的实施方式中，基于所述离地状态计算所述踝关节的第一数值和第二数值，包括：当所述离地状态为第一状态的情况下，所述踝关节的第一数值和第二数值均为0；当所述离地状态为第二状态的情况下，根据所述第一数据和所述第二数据计算所述踝关节的第一数值和第二数值；当所述离地状态为第三状态的情况下，根据所述第一数据、所述第二数据计算所述踝关节的第一数值和第二数值；所述第二数据为所述人体关节的位置信息，第二坐标为所述目标对象的重心投影坐标，第三坐标、第四坐标为所述踝关节坐标，所述第二坐标、第三坐标、第四坐标根据所述第二数据获得。

13、本技术将离地状态分为三种情况，包括单脚触地状态、双脚触地状态和双脚腾空状态，基于检测到的不同离地状态，区分情形计算踝关节的关节力和力矩。基于不同的离地状态，使用不同的数据进行计算，能够快速简便的计算出不同离地状态下的踝关节的关节和力矩。

14、结合第一方面，在其中一种实施方式中，所述根据所述第一数据和所述第二数据计算所述踝关节的第一数值和第二数值，包括：通过以下公式计算所述第一数值和第二数值，

15、f1+f2＝σmiδvci+g

16、m1+m2＝σ(jiδωi-ri×mig)

17、其中：f1、f2为所述踝关节的第一数值，m1、m2为所述踝关节的第二数值，mi为所述人体环节的质量，vci为所述人体环节质心的运动速度，g为根据所述身体参数计算的所述用户的重量，ji为所述人体环节的转动惯量，ωi为所述人体环节质心的角速度，ri为依据所述人体环节质心到参考点的矢量，g为重力加速度。

18、本技术基于单脚触地的离地状态，腾空状态的踝关节的关节力和力矩为0，触地状态的踝关节可以结合人体惯性参数的相关信息和人体关节运动数据依据上述公式计算出关节力和力矩。

19、结合第一方面，在其中一种可能的实施方式中，根据所述第一数据、所述第二数据计算所述踝关节的第一数值和第二数值；所述第二数据为所述人体关节的位置信息，第二坐标为所述目标对象的重心投影坐标，第三坐标、第四坐标为所述踝关节坐标，所述第二坐标、第三坐标、第四坐标根据所述第二数据获得，包括：通过以下公式计算所述第一数值和第二数值，

20、f1+f2＝σmiδvci+g

21、m1+m2＝σ(jiδωi-ri×mig)

22、

23、

24、

25、

26、其中：f1、f2为所述踝关节的第一数值，m1、m2为所述踝关节的第二数值，mi为所述人体环节的质量，vci为所述人体环节质心的运动速度，g为根据所述身体参数计算的所述用户的重量，ji为所述人体环节的转动惯量，ωi为所述人体环节质心的角速度，ri为所述人体环节质心到参考点的矢量，pproj为所述第二坐标，p1为所述第三坐标，p2为所述第四坐标。

27、本技术基于双脚触地的离地状态，可以结合人体惯性参数的相关信息、人体关节运动数据及踝关节的关节节点坐标依据上述公式计算出关节力和力矩。

28、结合第一方面，在其中一种可能的实施方式中，基于所述齐次变换矩阵，根据所述第一坐标和所述第一数据计算小腿的角速度，包括：将所述第一坐标对应以下公式计算所述人体关节的转动角，基于所述人体关节的转动角计算所述小腿的角速度，

29、

30、(1≤i≤6，i为正整数)

31、其中，m为系数，p为所述第一坐标，a、d、α为所述第一坐标系中已知距离或角度，θ为初始夹角+所述人体关节的转动角。

32、结合第一方面，在其中一种可能的实施方式中，所述基于所述第一数据、所述第二数据、所述踝关节的第一数值和第二数值及所述小腿的角速度计算所述膝关节的第三数值和第四数值，包括：通过以下公式计算所述第三数值和第四数值，

33、

34、

35、其中，f3为所述第三数值，m4为所述第四数值，mshank为所述第一数据中的小腿质量，为所述第二数据中小腿质心的速度，rshank为依据所述第一数据和所述第二数据得出的小腿质心距离参考点的矢量，rfoot为依据所述第一数据和所述第二数据得出的足部质心距离参考点的矢量，jshank为所述第一数据中小腿的转动惯量，为所述小腿的角速度。

36、结合第一方面，在其中一种可能的实施方式中，所述基于所述齐次变换矩阵，根据所述第一坐标和所述第一数据计算大腿的角速度，包括：将所述第一坐标对应以下公式计算所述人体关节的转动角，基于所述人体关节的转动角计算所述大腿的角速度，

37、

38、(1≤i≤6，i为正整数)

39、其中，m为系数，p为所述第一坐标，a、d、α为所述第一坐标系中已知距离或角度，θ为初始夹角+所述人体关节的转动角。

40、结合第一方面，在其中一种可能的实施方式中，所述基于所述第一数据、所述第二数据、所述踝关节的第一数值和第二数值、所述膝关节的第三数值和第四数值及所述大腿的角速度计算所述髋关节的第五数值和第六数值，包括：通过以下公式计算所述第五数值和第六数值，

41、

42、

43、其中，f5为所述第五数值，m6为所述第六数值，mthigh为所述第一数据中的大腿质量，为所述第二数据中大腿质心的速度，rthigh为依据所述第一数据和所述第二数据得出的大腿质心距离参考点的矢量，rshank为依据所述第一数据和所述第二数据得出的小腿质心距离参考点的矢量，jthigh为所述第一数据中大腿的转动惯量，为所述大腿的角速度。

44、结合第一方面，在其中一种可能的实施方式中，第一坐标系包括：基准子坐标系、第一子坐标系、第二子坐标系；

45、所述齐次变换矩阵基于所述基准子坐标系、第一子坐标系、第二子坐标系之间的关系构建；所述基准子坐标系、第一子坐标系、第二子坐标系之间的关系包括坐标轴之间的距离和角度；

46、所述第一坐标为所述人体关节在所述基准子坐标系中的坐标。

47、结合第一方面，在其中一种可能的实施方式中，获取所述足部的离地状态，包括：显示第一用户界面，所述第一用户界面用于显示离地参考值的设定；所述离地参考值用于判断所述足部的离地状态；接收针对所述离地参考值的设定操作。通过获取离地参考值的设定，可用以判断足部的离地状态。

48、结合第一方面，在其中一种可能的实施方式中，所述方法还包括：显示第二用户界面，所述第二用户界面显示所述目标对象的第一图像，在所述第一图像上叠加第一区域和第一标识；所述第一区域为所述人体关节在所述第一图像上的区域，所述第一标识为所述踝关节的第一数值和第二数值、所述膝关节的第三数值和第四数值及所述髋关节的第五数值和第六数值中的至少一项。在上述方法中，可以在运动图像上显示人体关节的关节力和力矩，能够更为直观地显示目标对象的受力情况。

49、结合第一方面，在其中一种可能的实施方式中，计算所述髋关节的第五数值和第六数值之后，还包括：基于所述踝关节的第一数值和第二数值、所述膝关节的第三数值和第四数值及所述髋关节的第五数值和第六数值中的至少一项，判断是否产生运动风险。

50、在其中一种可能的实施方式中，判断是否产生运动风险，包括：判断所述踝关节的第一数值和第二数值、所述膝关节的第三数值和第四数值及所述髋关节的第五数值和第六数值中的至少一项与第一参考数值的比值与第一阈值的大小；若所述比值大于第一阈值，输出风险提示信息。

51、在一种可能的实现方式中，输出风险提示信息，包括：输出第一提示；或者，输出第一提示，所述第一提示包括第一选项；接收作用于所述第一选项的第二操作，输出第二提示。因此，上述方法可以输出人体关节产生损伤风险的程度，也可以输出针对具有损伤风险的动作或运动课程的指导方案，有助于用户调整自身运动姿势，降低产生损伤风险的可能性。

52、在一种可能的实现方式中，第一参考数值为所述人体关节受力阈值。

53、结合第一方面，在其中一种可能的实施方式中，依据目标对象的身体参数获取所述目标对象的第一数据之前，还包括：对用户进行身体测量评估；所述身体测量评估包括评估身体状态，所述身体状态包括损伤部位和所述损伤部位的损伤程度。通过检测用户的身体状态，可以获知用户是否存在损伤部位以及损伤部位的损伤程度，从而可以调整相应的运动动作或提示用户相应减轻损伤部位的受力，降低用户的运动损伤风险。

54、在一种可能的实现方式中，评估身体状态，包括：检测第一部位放置于所述用户的损伤部位，检测所述第一部位放置于所述损伤部位的时间；所述第一部位为所述用户的身体部位；根据所述时间确定所述损伤程度。通过检测身体部位放置于损伤部位的时间，无需复杂的过程，可以简便的告知损伤情况。

55、在一种可能的实现方式中，第一参考数值为承力参考值，所述承力参考值根据所述身体测量评估调整。通过身体测量评估动态调整承力参考值，可以依据身体测量评估的信息调整承力参考值，还可以根据身体测量评估产生变化后的信息动态调整承力参考值，因此，可以更加依据用户的自身情况调整承力参考值，能够更精准的降低损伤风险。

56、结合第一方面，在其中一种可能的实施方式中，所述目标对象为所述用户或已选定运动课程中的运动图像。通过检测用户的实际运动，可以分析用户的实时分析运动情况。通过检测已选定运动课程中的运动图像，可以通过模拟检测已选定运动课程中的运动图像，分析该运动课程中的运动情况。进一步，可以输出有关该已选定运动课程的风险提示来判断该运动课程中的运动是否适合用户。

57、第二方面，本技术提供一种运动分析装置，包括用于执行上述第一方面所述的方法的单元。

58、第三方面，本技术提供一种电子设备，包括触控屏，存储器，一个或多个处理器，多个应用程序，以及一个或多个程序；其中，所述一个或多个程序被存储在所述存储器中；其特征在于，所述一个或多个处理器在执行所述一个或多个程序时，使得所述电子设备实现上述第一方面所述的方法。

59、第四方面，本技术提供一种计算机存储介质，其特征在于，包括计算机指令，当所述计算机指令在电子设备上运行时，使得所述电子设备执行上述第一方面所述的方法。

60、综上所述，本技术实施例通过区分不同离地状态来计算踝关节受力，再通过在下肢建立坐标系的方式获知膝关节和髋关节受力情况，可以获取一种较为简单的方法来计算关节受力情况以判断运动损伤风险。