一种击剑动作评分与战术评估方法与流程

本发明涉及视频数据分析，具体的，涉及一种击剑动作评分与战术评估方法。

背景技术：

1、击剑运动作为一项对动作精度、反应速度和战术策略要求极高的竞技体育项目，其技术动作的评估长期以来高度依赖教练的肉眼观察与主观经验判断。传统的训练方法中，教练通过录像回放对运动员的弓步幅度、重心转移、剑尖轨迹等关键技术指标进行定性评价，存在以下显著不足：

2、主观性强：不同教练对同一动作的评判标准存在差异，缺乏统一的量化评估基准；战术评估缺失：现有技术难以对运动员的战术选择（如进攻时机、距离控制、假动作识别）进行系统性量化分析；

3、而现有的量化评估方法，通常是以国际级别或者冠军级别运动员的动作为基础进行对比分析，一方面需要运动员穿上带有大量传感器的特制服装，特制服装与比赛服装显然会有一定区别，用于训练时难以表现运动员的真实状态，另一方面不同运动员身高体型不同面对的对手也不同，采用同质化的对比分析方法只能对某一动作进行评估而难以起到足够的战术分析效果。

4、鉴于此，本发明提出一种击剑动作评分与战术评估方法，基于纯视觉方案，在动作规范性维度和动作效率维度进行击剑动作评分与战术评估。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种击剑动作评分与战术评估方法，解决以下技术问题：

2、如何基于纯视觉方案，在动作规范性维度和动作效率维度进行击剑动作评分与战术评估。

3、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

4、一种击剑动作评分与战术评估方法，包括如下步骤：

5、s1：通过部署于击剑赛道四周及上方的多目rgb相机阵列，同步采集运动员的rgb视频图像，运动员包括训练者和陪训者；

6、s2：以赛道俯视图中心点为原点建立击剑赛道的三维空间坐标系，并从多视角rgb视频图像中获取运动员的关节坐标和剑尖坐标；

7、s3：以关节坐标计算运动员的重心坐标，并进行重心分析判断训练者是否处于防守状态；

8、s4：在防守状态下获取训练者的动作指数，并依据动作指数输出防守状态下的进行反击的时间起点和时间终点。

9、作为本发明的进一步技术方案：以关节坐标计算运动员的重心坐标的过程包括：

10、基于三维骨骼模型，将运动员划分为若干环节，每个环节的端点坐标即为运动员的关节坐标；

11、依据标准化人体惯性参数表获取每个环节占总体质量的百分比，并依据关节坐标计算每个环节的质心坐标，需要说明的是，为了减少计算重心和实际重心的误差，标准化人体惯性参数表可以选择同人种、同性别、年龄差在10岁以内击剑运动员身体数据整合获取的表格；

12、根据标准环节法计算运动员的重心坐标。

13、作为本发明的进一步技术方案：进行重心分析的过程包括：

14、获取训练者和陪训者的重心坐标并分别计算训练者和陪训者的重心位移速度，同时获取训练者和陪训者的重心协同距离，重心协同距离是重心在水平面上投影的直线距离；

15、设置临界距离，若重心协调距离发生临界变化，临界变化指的是重心协调距离从大于临界距离变化为不大于临界距离，则进行防守判断，防守判断的结果包括训练者是否处于防守状态；

16、在训练者处于防守状态的情况下，获取动作指数，依据动作指数判断是否发生防守状态下的反击并确定防守状态下反击发生的时间起点和时间终点。

17、作为本发明的进一步技术方案：进行防守判断的过程包括：

18、在重心协调距离发生临界变化时，记录当前时间点并以当前时间点为终点向前获取一个预设的时间窗口，预设的时间窗口的范围在1-5秒之间，优选为2秒；

19、将该预设的时间窗口划分为若干分窗口，分别计算训练者在每个分窗口内的重心位移速度的平均值，若某个分窗口重心位移速度的平均值的速度方向指向陪训者，则记录该分窗口的重心位移速度的平均值为正值，否则记录为负值，需要说明的是指向陪训者可以是该速度的方向与水平面的夹角不大于九十度，显然也可以设置为其它度数，可以自行进行设置；

20、计算预设的时间窗口内训练者和陪训者的重心位移速度的参考值，参考值为重心投影在预设时间窗口内的移动距离与预设时间窗口时长之比；

21、获取训练者若干分窗口内的重心位移速度的平均值之和，若该和小于预设的时间窗口内陪训者参考值的十分之一，且预设的时间窗口内训练者的参考值小于陪训者的参考值，则判断训练者处于防守状态。

22、作为本发明的进一步技术方案：获取动作指数的过程包括：

23、对应训练者，通过公式：

24、；

25、获取t时刻的动作指数，其中是剑尖爆发力系数，是重心位移系数，是重心约束因子。

26、作为本发明的进一步技术方案：剑尖爆发力系数的获取过程包括：

27、通过公式：

28、；

29、获取，其中是剑尖实时速度，单位米每秒，是剑尖实时加速度，单位米每秒的平方，k是预设的陡峭系数，默认值为0.6，单位为秒/米，为加速度奖励系数，默认值为0.08，单位为秒，为防除零小正数，默认值0.1，单位为米/秒。

30、通过上述技术方案，提供了剑尖爆发力系数的获取过程，通过构建等效速度，将“速度大小”和“加速度”作为输入变量，当剑尖加速度大于0时，等效速度高于当前剑尖速度，剑尖爆发力系数数值增加，体现加速动作的额外奖励，当剑尖加速度为0或为负时，等效速度等于或略低于当前速度，剑尖爆发力系数数值减少，体现减速动作的衰减。

31、作为本发明的进一步技术方案：重心位移系数的获取过程包括：

32、通过公式：

33、；

34、获取重心位移系数，其中为方向一致性因子，数值为重心速度向量和剑尖速度向量的向量夹角的余弦值，重心在进攻方向上的速度分量，训练者位移方向与进攻方向相反时速度分量取负值，是有效前移速度参考值。

35、通过上述技术方案：给出了重心位移系数的获取过程，重心位移系数由两个因子构成，在方向一致性因子方面，采取max函数保留正向协同，当方向完全一致时贡献1，方向垂直或者相反时贡献0，对于前向位移效力因子，随着速度增大，因子值趋近于1，体现重心前移的效用边际递减，两因子在方向一致的快速前移重心获得最高效力，方向一致但速度慢的贡献有限，方向不一致的直接归零。

36、作为本发明的进一步技术方案：重心约束因子的获取过程包括：

37、通过公式：

38、；

39、获取重心约束因子，其中是训练者与陪训者重心连线与水平面之间的夹角。

40、通过上述技术方案：增加了重心位置对训练者与陪训者动作指数的影响，当增大时，重心约束因子会降低最终得分，以鼓励更标准、更具威胁性的动作姿态，目的在于训练者面对不同重心的对手时，能够给予及时反馈，便于训练者调整自身动作以更好的适应不同高度的对手。

41、作为本发明的进一步技术方案：依据动作指数判断是否发生防守状态下的反击并确定防守状态下反击发生的时间起点和时间终点的过程包括：

42、基于动作指数的取值范围获取第一比对值，第二比对值和第三比对值；

43、若动作指数小于第一比对值，则判断剑尖速度和重心位移均较低，若动作指数不小于第一比对值且小于第二比对值，则判断重心主导移动，剑尖速度偏低，若动作指数不小于第二比对值且小于第三比对值，则判断剑尖与重心同步移动，若动作指数大于第三比对值，则判断当前运动员剑尖速度高，重心配合良好；

44、将防守过程中动作指数大于第二比对值的时间点记录为防守状态下反击发生的时间起点，动作指数不大于第二比对值的时间点记录为防守状态下反击发生的时间终点，相邻的时间起点和时间终点为一组。

45、作为本发明的进一步技术方案：所述第一比对值默认值为30，所述第三比对值默认值为70，所述第二比对值为第一比对值和第三比对值之和与修正系数的乘积，修正系数依据训练者与陪训者的身高差进行选取。

46、本发明的有益效果：

47、（1）本发明通过构建等效速度，将“速度大小”和“加速度”作为输入变量，当剑尖加速度大于0时，等效速度高于当前剑尖速度，剑尖爆发力系数数值增加，体现加速动作的额外奖励，当剑尖加速度为0或为负时，等效速度等于或略低于当前速度，剑尖爆发力系数数值减少，体现减速动作的衰减。

48、（2）本发明通过增加了重心位置对训练者与陪训者动作指数的影响，当增大时，重心约束因子会降低最终得分，以鼓励更标准、更具威胁性的动作姿态，目的在于训练者面对不同重心的对手时，能够给予及时反馈，便于训练者调整自身动作以更好的适应不同高度的对手。

49、（3）本发明给出了重心位移系数的获取过程，重心位移系数由两个因子构成，在方向一致性因子方面，采取max函数保留正向协同，当方向完全一致时贡献1，方向垂直或者相反时贡献0，对于前向位移效力因子，随着速度增大，因子值趋近于1，体现重心前移的效用边际递减，两因子在方向一致的快速前移重心获得最高效力，方向一致但速度慢的贡献有限，方向不一致的直接归零。

50、（4）本发明采用纯视觉方案，摆脱了运动员需要穿戴大量传感器设备的问题，完全非接触、无干扰，发明所述系统在运动员及击剑设备上无需放置任何传感装置或标记点，完全依赖纯视觉感知实现动作采集与评估，不影响运动员的正常竞技状态和动作自由度。