一种基于体感交互的人体健康状态监测与分析方法与流程

本发明涉及体感交互，尤其涉及一种基于体感交互的人体健康状态监测与分析方法。

背景技术：

1、人体健康状态监测方法通常借助体感设备采集人体位置、关节角度及任务完成信息，并通过动作幅度、动作轨迹、完成时间和交互目标触发情况，对监测对象的运动能力进行评估。部分方法还能够识别躯干、肩部或健侧肢体参与任务动作的代偿现象，从而辅助判断动作规范性。

2、然而，多以任务是否完成或单一身体部位的运动数据作为主要判断依据，难以量化目标身体部位与非目标身体部位对任务完成过程的实际贡献，也难以识别动作贡献在不同身体部位之间的迁移过程。当非目标身体部位通过连续代偿维持任务完成时，目标身体部位的局部运动能力下降容易被掩盖，导致人体健康状态分析结果准确性不足。

3、因此，如何提供一种基于体感交互的人体健康状态监测与分析方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提出一种基于体感交互的人体健康状态监测与分析方法，本发明利用体感动作贡献及代偿迁移分析，识别隐蔽性局部运动能力下降，提高监测准确性。

2、根据本发明实施例的一种基于体感交互的人体健康状态监测与分析方法，包括如下步骤：

3、采集监测对象执行初始体感交互任务期间的体感交互原始数据，对体感交互原始数据进行时间同步、坐标统一和身体部位关联，生成标准体感交互数据；

4、基于标准体感交互数据，按照目标身体部位和非目标身体部位划分人体动作过程，生成体感任务动作数据；

5、基于体感任务动作数据和初始体感交互任务对应的任务目标轨迹，分别计算目标身体部位和非目标身体部位对任务完成过程的动作贡献，生成身体部位动作贡献序列；

6、基于身体部位动作贡献序列和体感任务动作数据，识别目标身体部位动作贡献下降、非目标身体部位动作贡献上升且任务完成状态保持完成的动作过程，生成动作代偿事件；

7、基于动作代偿事件生成动作代偿迁移路径，并计算各非目标身体部位的额外运动量、代偿持续时间和重复参与次数，生成动作代偿负荷数据；

8、基于动作代偿迁移路径改变初始体感交互任务的任务结构，生成代偿失效体感交互任务，采集期间的动作响应生成代偿失效响应数据；

9、基于动作代偿事件、动作代偿迁移路径、动作代偿负荷数据和代偿失效响应数据，识别被动作代偿掩盖的局部运动能力下降，生成人体健康状态监测与分析结果。

10、可选的，所述体感交互原始数据包括人体动作数据和任务执行数据；

11、对体感交互原始数据进行时间同步、坐标统一和身体部位关联，生成标准体感交互数据。

12、可选的，所述体感任务动作数据的生成包括：

13、从标准体感交互数据中获取各采样时刻对应的身体部位标识、位置数据、关节角度数据和任务执行状态；

14、将初始体感交互任务中被指定执行任务动作的身体部位确定为目标身体部位，将人体动作过程中除目标身体部位之外产生位置变化或关节角度变化的身体部位确定为非目标身体部位；

15、按照采样时刻连接目标身体部位对应的位置数据和关节角度数据，生成目标身体部位动作序列，并按照身体部位标识分别连接各非目标身体部位对应的位置数据和关节角度数据，生成非目标身体部位动作序列；

16、按照采样时刻连接任务执行状态，生成任务完成序列，将目标身体部位动作序列、非目标身体部位动作序列和任务完成序列按照采样时刻进行关联，生成体感任务动作数据。

17、可选的，所述身体部位动作贡献序列的生成包括：

18、将目标身体部位动作序列和非目标身体部位动作序列与任务目标轨迹进行时间对齐，划分连续动作区间，并确定各连续动作区间的目标运动方向和目标推进量；

19、获取各身体部位在每个连续动作区间内的位置变化量和关节角度变化量，将位置变化量投影至目标运动方向，并结合关节角度变化量生成目标方向动作量；

20、按照身体部位之间的连接关系，将各目标方向动作量传递至目标身体部位，生成基准任务推进量，依次移除各身体部位对应的目标方向动作量，并采用其余目标方向动作量生成剔除任务推进量；

21、计算基准任务推进量与剔除任务推进量之间的推进量差值，将推进量差值与目标推进量进行比对，生成各身体部位对应的动作贡献值，并按照连续动作区间的时间顺序连接所述动作贡献值，生成身体部位动作贡献序列。

22、可选的，所述动作代偿事件的生成包括：

23、将任务完成序列中的任务完成状态与身体部位动作贡献序列中的连续动作区间进行对应，计算各身体部位在相邻连续动作区间之间的动作贡献变化量，生成身体部位动作贡献变化序列；

24、在任务完成状态保持完成的连续动作区间内，识别目标身体部位动作贡献连续减少且至少一个非目标身体部位动作贡献连续增加的连续动作区间，并连接时间相邻的连续动作区间，生成候选动作代偿片段；

25、按照连续动作区间的时间顺序，将目标身体部位的动作贡献减少量与各非目标身体部位的动作贡献增加量依次对应，生成各非目标身体部位的动作贡献承接量，并关联非目标身体部位标识和连续动作区间，生成动作贡献承接数据；

26、基于动作贡献承接数据，确定动作贡献承接量连续产生的非目标身体部位，将目标身体部位、非目标身体部位、候选动作代偿片段和动作贡献承接数据进行关联，生成动作代偿事件。

27、可选的，所述动作代偿负荷数据的生成包括：

28、从动作代偿事件中获取目标身体部位、非目标身体部位和动作贡献承接数据，按照各非目标身体部位首次产生动作贡献承接量的先后顺序，生成动作代偿时序；

29、以目标身体部位作为迁移起点，将首个非目标身体部位与目标身体部位连接，并在前一非目标身体部位的动作贡献承接量减少、后一非目标身体部位的动作贡献承接量增加且二者对应连续动作区间相互衔接时，连接前一非目标身体部位和后一非目标身体部位，生成动作代偿迁移对；

30、按照动作代偿时序连接目标身体部位和各动作代偿迁移对，生成动作代偿迁移路径；

31、针对动作代偿迁移路径中的各非目标身体部位，计算动作贡献承接期间的实际运动量和同一任务阶段内的基准运动量，将二者的差值确定为额外运动量，并结合动作贡献承接量的产生时刻、归零时刻及各动作代偿事件中的出现次数，生成代偿持续时间和重复参与次数，将额外运动量、代偿持续时间和重复参与次数与对应非目标身体部位关联，生成动作代偿负荷数据。

32、可选的，所述代偿失效响应数据的生成包括：

33、获取初始体感交互任务中各交互目标对应的触发身体部位、动作触发时段、动作触发顺序和任务完成关系，按照交互目标进行关联，生成初始任务结构数据；

34、按照动作代偿迁移路径中目标身体部位至各非目标身体部位的连接次序，将各非目标身体部位对应的动作贡献承接期间与初始任务结构数据中各交互目标的动作触发时段进行时间对应，确定各非目标身体部位参与动作代偿时对应的交互目标及动作触发时段，生成代偿路径对应数据；

35、沿动作代偿迁移路径依次处理代偿路径对应数据，按照各非目标身体部位参与动作代偿的连接次序，获取相邻非目标身体部位对应的交互目标，将后一非目标身体部位对应交互目标的动作触发时段前移至前一非目标身体部位对应交互目标尚未完成的动作触发时段，使相邻交互目标的动作触发时段相互重叠，并将对应交互目标由依次触发调整为同时触发，按照调整后的动作触发时段重新生成动作触发顺序，生成任务结构调整数据；

36、采用任务结构调整数据替换初始任务结构数据中对应交互目标的触发身体部位、动作触发时段和动作触发顺序，保持其余交互目标及任务完成关系不变，生成代偿失效体感交互任务；

37、采集监测对象执行代偿失效体感交互任务期间目标身体部位和各非目标身体部位的位置数据、关节角度数据、交互目标触发状态及任务完成状态，按照采样时刻和身体部位标识进行连接，生成代偿失效目标身体部位动作序列、代偿失效非目标身体部位动作序列、代偿失效交互目标触发序列和代偿失效任务完成序列，并将上述序列进行关联，生成代偿失效响应数据。

38、可选的，所述人体健康状态监测与分析结果的生成包括：

39、按照目标身体部位，将动作代偿事件、动作代偿迁移路径和动作代偿负荷数据进行对应，统计动作代偿事件发生次数、动作代偿迁移路径数量、非目标身体部位数量及各非目标身体部位的额外运动量、代偿持续时间和重复参与次数，生成动作代偿特征数据；

40、从代偿失效响应数据中获取各动作序列、交互目标触发序列和任务完成序列，统计目标身体部位完成的动作数量、触发的交互目标数量及任务完成状态，生成代偿失效特征数据；

41、基于动作代偿特征数据识别动作代偿持续状态，基于代偿失效特征数据识别代偿失效状态；

42、按照目标身体部位对应动作代偿持续状态和代偿失效状态，将同时具有所述两种状态的目标身体部位确定为发生被动作代偿掩盖的局部运动能力下降，并关联对应的动作代偿特征数据和代偿失效特征数据，生成人体健康状态监测与分析结果。

43、本发明的有益效果是：

44、本发明通过采集监测对象执行初始体感交互任务期间的人体动作数据和任务执行数据，并对其进行时间同步、坐标统一和身体部位关联，能够将目标身体部位、非目标身体部位及任务完成过程置于统一的时间和空间基准下进行分析。相较于仅依据动作幅度、任务完成时间或交互目标触发结果进行评估的现有方法，本发明能够同时反映不同身体部位在同一任务动作中的参与情况，减少因数据时间错位、坐标差异及身体部位对应不准确而产生的分析偏差，提高人体动作过程描述的完整性和一致性。

45、本发明通过将各身体部位的位置变化量和关节角度变化量映射至任务目标轨迹对应的目标运动方向，分别计算目标身体部位和非目标身体部位对任务推进过程的动作贡献，并通过逐一移除待分析身体部位对应的目标方向动作量，获得各身体部位对应的动作贡献值。由此，不再仅以某一身体部位是否发生运动判断其是否参与任务，而是能够量化该身体部位对任务完成过程产生的实际推进作用，从而区分正常协同动作与用于补偿目标身体部位运动不足的附加动作。

46、本发明进一步将目标身体部位的动作贡献减少量与各非目标身体部位的动作贡献增加量进行逐区间对应，生成动作贡献承接数据，并依据不同非目标身体部位产生动作贡献承接量的先后次序和时间衔接关系，形成动作代偿迁移路径。通过计算各非目标身体部位的额外运动量、代偿持续时间和重复参与次数，能够同时表征动作代偿的参与部位、迁移方向、持续过程及运动负荷，避免现有技术仅识别单一代偿姿态或统计代偿次数而难以反映连续代偿过程的问题。

47、本发明还按照动作代偿迁移路径调整初始体感交互任务中相邻交互目标的动作触发时段和动作触发顺序，使原本依次触发的交互目标形成同时触发过程，压缩不同非目标身体部位依次承接动作贡献的时间衔接过程，生成代偿失效体感交互任务。通过将初始任务中的动作代偿持续状态与代偿失效体感交互任务中的动作完成数量、交互目标触发数量及任务完成状态相结合，能够识别在常规任务完成结果下被动作代偿掩盖的局部运动能力下降，提高人体健康状态监测与分析结果的准确性和针对性；