App-五禽氣功新秘籍的研究與初步開發(fā)

朱祥國(guó) 肖宇 趙倩文

摘要：隨著“互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代”的到來，伴隨社會(huì)生活競(jìng)爭(zhēng)壓力的逐漸增大，出現(xiàn)了許多現(xiàn)代醫(yī)學(xué)都不知所措的現(xiàn)代“文明病”。在2020年的新型冠狀病毒時(shí)期，更是顯示了在“互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代”社會(huì)背景下，將互聯(lián)網(wǎng)與中國(guó)傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)養(yǎng)生方式相結(jié)合的重要性。五禽戲作為中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，正逐漸被人們遺忘，而如今結(jié)合如今逐漸發(fā)展成熟的體感交互技術(shù)和openpose人體姿勢(shì)識(shí)別技術(shù)，結(jié)合App-五禽氣功新秘籍的推廣使用，達(dá)到緩解現(xiàn)代“文明病”的目的，同時(shí)體感交互技術(shù)與openpose人體姿勢(shì)識(shí)別有著吸引力足，娛樂性強(qiáng)的特點(diǎn)，有著較高的推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：五禽戲;文明病;體感交互技術(shù);openpose

中圖分類號(hào)：TP212.6 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）31-0086-03

Abstract：With the arrival of the "Internet + era" and the increasing pressure of competition in social life， many modern medical "civilization diseases" have emerged that are at a loss. In the novel coronavirus period in 2020， it shows the importance of combining the Internet with the traditional Chinese way of sports and health protection under the social background of "Internet + era". Wuqinxi， as the Chinese excellent traditional culture is gradually forgotten by the people， now the body feeling interaction technology development is gradually mature and openpose human gesture recognition technology， combined with the app — five birds qigong promote the use of new techniques， modern "civilization disease"， the purpose of ease and somatosensory interaction technology and open pose human gesture recognition are attractive enough， the characteristics of the entertaining， with high promotion value.

Key words：Wuqinxi; civilization disease; somatosensory interaction technology; Openpose

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代”的到來，伴隨社會(huì)生活競(jìng)爭(zhēng)壓力的逐漸增大，出現(xiàn)了許多現(xiàn)代醫(yī)學(xué)都不知所措的現(xiàn)代“文明病”。在2020年的新型冠狀病毒時(shí)期，更是顯示了在“互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代”社會(huì)背景下，將互聯(lián)網(wǎng)與中國(guó)傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)養(yǎng)生方式相結(jié)合的重要性。五禽戲作為中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，正逐漸被人們遺忘，而如今結(jié)合如今逐漸發(fā)展成熟的體感交互技術(shù)和openpose人體姿勢(shì)識(shí)別技術(shù)，結(jié)合App-五禽氣功新秘籍的推廣使用，達(dá)到緩解現(xiàn)代“文明病”的目的，同時(shí)體感交互技術(shù)與open pose人體姿勢(shì)識(shí)別有著吸引力足，娛樂性強(qiáng)的特點(diǎn)，有著較高的推廣價(jià)值。

1關(guān)于實(shí)現(xiàn)的人體姿勢(shì)識(shí)別的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

openpose人類姿態(tài)識(shí)別項(xiàng)目作為一種前端的技術(shù)，在國(guó)內(nèi)外的開源代碼庫中可以找到。它能高精度地識(shí)別人體姿態(tài)、面部姿態(tài)和關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，特別是在人體姿態(tài)識(shí)別方面。這是世界上第一種人體姿態(tài)識(shí)別技術(shù)。openpose技術(shù)在姿態(tài)獲取、日常運(yùn)動(dòng)、生活等方面有著廣泛地應(yīng)用。最常見的是電玩城的跳舞機(jī)?，F(xiàn)在我們要把這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到App-五禽氣功新秘籍中，檢查用戶的動(dòng)作是否規(guī)范。

該技術(shù)分為幾個(gè)步驟。首先，開放式內(nèi)置攝像機(jī)記錄用戶在每張圖像下的動(dòng)作，用戶的行為被其攝像頭采集。視頻按幀進(jìn)行識(shí)別，分析關(guān)節(jié)與置信度，最后確認(rèn)。然后與預(yù)先保存的標(biāo)準(zhǔn)五禽戲運(yùn)動(dòng)相匹配。下面是對(duì)openpose相關(guān)技術(shù)的概括。

1.1 OpenPose預(yù)處理

OpenPose是一種用于關(guān)節(jié)（頸部、肩部、肘部等）的算法，這些關(guān)節(jié)標(biāo)記人體（如圖1所示），連接形成骨骼，然后估計(jì)人體姿勢(shì)。作為視頻預(yù)處理工具，我們只需要關(guān)注openpose地輸出，利用該技術(shù)就可以達(dá)到識(shí)別動(dòng)作的目的。

一般來說，骨架標(biāo)注結(jié)果的維數(shù)比較高。在采集動(dòng)作的過程中，會(huì)有很多的幀。在每一幀中，又可能采集到很多的人體。（如圖2所示）每個(gè)人體都有許多關(guān)節(jié)。每一個(gè)關(guān)節(jié)都會(huì)有不同的置信度。

對(duì)于批處理視頻，我們可以使用一個(gè)五維矩陣（n，c，t，v，m）。

n表示視頻的數(shù)量。通常每個(gè)批次有256個(gè)批次（事實(shí)上，很容易設(shè)置，最好索引為2）。

c表示接頭的特性。通常，關(guān)節(jié)包含三個(gè)特征，如x、y和acc（如果是三維骨骼，則為四個(gè)）。

t表示關(guān)鍵幀的數(shù)目。一般來說，視頻有150幀。

V代表關(guān)節(jié)數(shù)。通常，18個(gè)關(guān)節(jié)由一個(gè)人標(biāo)記。

m表示框架中的人數(shù)。一般來說，選擇兩個(gè)平均信心最高的人。

因此，輸入ST-GCN的OpenPost地輸出是成形的（256、3、150、18、2）。

1.2 ST-GCN 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

輸入矩陣規(guī)范化如下：

N，C，T，V，M=X.size（）

#記住在維度交換和調(diào)用視圖之后調(diào)用continuity以保持顯示和內(nèi)存的連續(xù)性

X = X. permute （0， 4， 3， 1， 2）. continuity（）

X = X. view （N * M， V * C， T）

X = self. data_bn （x）

X = X. view （N， M， V， C， T）

X = X. permute （0， 1， 3， 4， 2）. continuity（）

X = X. view （N * M， C， T， V）在時(shí)間和空間維度（v*c）中執(zhí)行規(guī)范化。也就是說，關(guān)節(jié)在不同幀（x、y和acc）中的位置特征被規(guī)范化。

通過使用ST-GCN單元和交替使用GCN和TCN，時(shí)間和空間維度被轉(zhuǎn)換：

#N*m（256*2）/C（3）/T（150）/V（18）

Input：[512， 3， 150， 18]

ST-GCN-1：[512、64、150、18]

ST-GCN-2：[512、64、150、18]

ST-GCN-3：[512、64、150、18]

ST-GCN-4：[512、64、150、18]

ST-GCN-5：[512、128、75、18]

ST-GCN-6：[512、128、75、18]

ST-GCN-7：[512、128、75、18]

ST-GCN-8：[512、256、38、18]

ST-GCN-9：[512、256、38、18]

空間維度是關(guān)節(jié)的特征（從3開始），時(shí)間維度是關(guān)鍵幀編號(hào)（從150開始）。人類活動(dòng)的階段不多，但每個(gè)階段的活動(dòng)都比較復(fù)雜。例如，高爾夫球桿揮桿可能只需要分成五步，但每一步都需要更多的手、腰和腳。

使用平均池、全連接層（或fcn）對(duì)特征進(jìn)行分類，實(shí)現(xiàn)如下：

# self.fcn = nn.Conv2d（256， kernel_size=1）

# global pooling

x = F.avg_pool2d（x， x.size（）[2：]）

x = x.view（N， M， -1， 1， 1）.mean（dim=1）

# prediction

x = self.fcn（x）

x = x.view（x.size（0）， -1）

圖上的平均池可以理解為讀取圖的過程，即總結(jié)節(jié)點(diǎn)特征來表示整個(gè)圖的特征。這里解析的是對(duì)動(dòng)作特征的一步步分析，如圖3所示。

2 App-五禽戲氣功新秘籍的界面設(shè)計(jì)初步設(shè)計(jì)

App-五禽氣功新秘籍集便捷、新鮮、科學(xué)、創(chuàng)新等多種性能于一體，產(chǎn)品分為經(jīng)典和劇情模式，兩種模式都適合不同的人群使用（經(jīng)典模式頁面簡(jiǎn)潔明了，適合年齡大的用戶使用;劇情模式界面華麗，內(nèi)容豐富，適合青少年群體），通過與可監(jiān)測(cè)用戶血壓與脈搏、心肺功能等數(shù)據(jù)的體測(cè)設(shè)備相互結(jié)合使用，進(jìn)一步了解自身的身體情況，進(jìn)行系統(tǒng)分析并給出量身制定的最佳鍛煉時(shí)長(zhǎng)和時(shí)間點(diǎn)等相關(guān)信息。該App不僅借此使用戶更深入地了解中華傳統(tǒng)文化養(yǎng)生知識(shí)及小常識(shí)，還能鍛煉身體體質(zhì)，并在此過程中培養(yǎng)情操，達(dá)到身心健康。

軟件功能如下：（用戶在App中可查閱本產(chǎn)品提供的各商家的歷史簡(jiǎn)介、服務(wù)理念、收費(fèi)情況、好評(píng)率等信息，放心購買商品）

1）創(chuàng)建賬號(hào)：用戶通過創(chuàng)建賬號(hào)（可以通過微信，qq等社交軟件同步），登錄我們的五禽氣功新秘籍App;

2）選擇模式：分為經(jīng)典模式（頁面會(huì)相對(duì)簡(jiǎn)潔明了）和劇情模式（和部分網(wǎng)游類似，適合大部分青年用戶）用戶可以根據(jù)自己的喜好，選擇適合自己的界面;

3）經(jīng)典模式：用戶可以直接選擇自己想要學(xué)習(xí)的五禽戲中的一種，直接進(jìn)行學(xué)習(xí)，有圖文介紹，有視頻教學(xué)，最重要的是用戶可以通過體感技術(shù)來獲得自己動(dòng)作的完成度，以便了解自己的動(dòng)作是達(dá)到標(biāo)準(zhǔn);

4） 劇情模式：

入門引導(dǎo)：系統(tǒng)會(huì)首先收集用戶對(duì)五禽戲的了解程度：很了解，有所了解，不了解，并且引導(dǎo)用戶如何操作這款A(yù)pp;

創(chuàng)建角色：用戶自己創(chuàng)建一個(gè)角色，并開啟自己的練功之旅;

選擇主線：選擇一個(gè)主線劇情（五大主線：虎、鹿、熊、猿、鳥），并開辟一個(gè)屬于自己的中藥園用戶根據(jù)自己選擇的主線，進(jìn)入主線關(guān)卡，在劇情的推動(dòng)下，逐步學(xué)習(xí)五禽氣功，系統(tǒng)根據(jù)動(dòng)作的完成度，可以獲得相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)和金幣（如完成度達(dá)到70%，可以選擇下一主線）;

兌換系統(tǒng)：可以兌換中藥園中的物品，或者兌換動(dòng)作的特效等。

自主創(chuàng)新模塊：用戶也可以將多個(gè)術(shù)式和動(dòng)作結(jié)合，完成一定的創(chuàng)新，在動(dòng)態(tài)中與更多的人分享;

1） 穿戴式智能設(shè)備互動(dòng)：用戶也可以與自己的智能手表連接，通過智能手表，統(tǒng)計(jì)用戶的身體各方面的數(shù)據(jù)，從而更準(zhǔn)確獲得用戶的健康指數(shù)，對(duì)應(yīng)該指數(shù)，App也會(huì)有相應(yīng)的小建議。

2） 線上線下互動(dòng)：定期地在各個(gè)練功站點(diǎn)舉辦一定的活動(dòng)，讓我們的用戶做到線上線下都可以進(jìn)行互動(dòng)（同時(shí)對(duì)五禽戲練功站點(diǎn)的推廣和發(fā)展有重大意義）。

3 App-五禽氣功新秘籍的優(yōu)勢(shì)與意義

這是一款全新的集合體感游戲、健身和中國(guó)傳統(tǒng)文化-五禽戲相結(jié)合的綜合智能型App，用戶不僅可以在我們App中體驗(yàn)到五禽戲與體感游戲的魅力，同時(shí)可以定期通過相關(guān)設(shè)備（如：智能手表等）或到檢測(cè)機(jī)構(gòu)，結(jié)合該App， 定期監(jiān)測(cè)自身的身體健康狀況，合理安排鍛煉時(shí)間，并進(jìn)行一定的體能訓(xùn)練，了解有關(guān)的知識(shí)。還可以通過該App進(jìn)行娛樂競(jìng)賽等互動(dòng)環(huán)節(jié)，獲得更好的服務(wù)，從而達(dá)到娛樂健身、由生理到心理上放松的目的，我們的這款綜合智能型App有下列優(yōu)勢(shì)。