【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及载人探月交互设计，具体涉及一种用于月球重力瑜伽锻炼的混合现实沉浸交互磁力系统。
技术介绍
1、混合现实技术(mr)是虚拟现实技术的进一步发展，该技术通过在现实世界、虚拟世界和用户之间搭起一个交互反馈的信息回路，以增强用户体验的真实感。混合现实技术在太空探索和月球任务中具有广泛的应用前景，可以为航天员提供健康和心理支持。在太空中，航天员面临微重力环境，对骨骼和肌肉系统可能产生负面影响。因此，为了维持身体健康和适应在地球上的任务，航天员需要进行太空锻炼，常见的锻炼方式有瑜伽、跑步、引体向上等，大多数运动需要借助专门设备进行的运动如抗阻锻炼装置、太空跑台等。在微重力环境中运动，十分考验航天员的耐心和毅力，各国都在寻找科学的太空训练方法。
2、esa(欧洲航天局)航天员兼expedition 67飞行工程师samantha cristoforetti在kibo实验室舱内进行瑜伽练习，而nasa(美国航空航天局)航天员jack fischer和peggywhitson在2017年在空间站做出瑜伽姿势。在月球重力环境中，由于重力作用较少，容易导致关节僵硬，瑜伽作为常用的柔韧性训练方式可以保持关节的灵活性。传统的瑜伽需要由专业的瑜伽老师不断进行调整和动作变换，由于月球条件限制，航天员缺少专业指导，瑜伽动作规范性和训练效果不能够达到最大化。由于月球重力环境与地球重力环境区别较大，瑜伽动作和瑜伽体式都需要专业性引导，目前缺少辅助航天员在月球中进行瑜伽锻炼的系统。因此，有必要设计一种混合现实沉浸交互磁力系统为微重力条件下航
技术实现思路
1、针对上述月球重力环境下训练困难的技术问题，本专利技术提供了一种用于月球重力瑜伽锻炼的混合现实沉浸交互磁力系统，利用混合现实交互性通过生成虚拟引导标识和虚拟人像实现航天员在月球进行科学高效的瑜伽训练，结合磁力减少微重力环境影响，提升月球瑜伽运动的锻炼性和体验感。
2、为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：
3、一种用于月球重力瑜伽锻炼的混合现实沉浸交互磁力系统，所述混合现实沉浸交互磁力系统包括头戴显示设备、四肢定位设备、中央磁力控制器和瑜伽动作信息库；
4、所述瑜伽动作信息库用于存储瑜伽体位及对应动作标准；
5、所述头戴显示设备用于用户主视角的混合现实界面显示；
6、所述四肢定位设备包括定位模块和分别佩戴于用户四肢的四肢磁力模块；
7、所述中央控制磁力器包括姿势识别检测模块、探测模块和位于用户身体后方中央部位的中央磁力模块；
8、所述探测模块作为交变信号源产生磁场信号，将磁场信号传至定位模块，通过梯度张量法对四肢节点进行定位，确定用户姿态并生成虚拟人像；姿势识别检测模块将生成的虚拟人像与瑜伽动作信息库中的标准动作对比检测，将检测结果以可视化的形式在头戴显示设备中反馈给用户；
9、所述中央磁力模块和四肢定位设备上的四肢磁力模块配合使用，在使用过程中根据瑜伽动作信息库中动作训练的需求，控制四肢磁力模块产生磁力与中央磁力模块产生的磁力相互作用，对用户姿态根据触发预设条件产生相应的阻力和拉力，同时将用户进行瑜伽动作时的四肢磁力模块与中央磁力模块产生的磁力作用变化信息转化为动作信息反馈。
10、进一步地，所述头戴显示设备包括显示界面响应模块以及动作和姿态调整引导模块；
11、所述显示界面响应模块用于展示用户所处真实场景的环境，同时结合生成的虚拟人像显示和转化后的磁力可视化数据；
12、所述动作和姿态调整引导模块用于显示用户需要操作的内容以及用户动作的效果反馈，包括设备佩戴指引、警示颜色、动作指引点、运动进程显示和动作达标触发效果。
13、进一步地，所述显示界面响应模块通过提供用户操作虚拟控制面板或根据用户输入的语音指令切换视角，使用于在主视角下查看所生成对应虚拟人像身体的不同部位姿态。
14、进一步地，所述动作和姿态调整引导模块在用户主视角下显示虚拟引导标识，根据用户四肢三维位置信息对应显示界面标识位置，使用户通过姿态和动作触碰虚拟标识完成阶段目标。
15、进一步地，所述虚拟引导标识分为固定引导和实时引导；
16、所述固定引导根据瑜伽动作信息库对比引导；所述实时引导通过后台信息反馈实时引导，由专业教练根据虚拟人像姿态信息设定个性化目标，通过虚拟显示标识完成动作指导。
17、进一步地，所述四肢定位设备通过粘扣带佩戴在用户四肢上。
18、进一步地，所述姿势识别检测模块采集双手、双脚实时位置信号，根据位置和中央控制磁力器检测信息生成实时虚拟人像，与动作信息库标准动作对比检测。
19、进一步地，所述探测模块在训练开始前定位用户四肢伸展位置，记录用户初始身体数据，训练过程中当用户进行移动或者改变位置时，探测用户动作改变导致的磁场的分布和强度变化，将其转化为磁场值数据，对磁场值数据进行滤波、放大及降噪处理后，结合用户初始身体数据计算得到用户实时姿态并生成虚拟人像。
20、进一步地，在补充微重力环境中缺少的力时，所述中央磁力模块根据瑜伽动作信息库中动作训练的需求，将探测模块产生的交变电流转化成感应电流信号，通过调节感应电流变化产生动力和阻力。
21、本专利技术的用于月球重力瑜伽锻炼的混合现实沉浸交互磁力系统，在mr混合现实基础上，利用磁力的相互作用进一步提出了结合磁力的新的混合现实交互流程和方法，并基于新的交互方法运用了相关的检测设备和数据处理方法建立了全新的月球重力瑜伽锻炼的混合现实沉浸交互磁力系统。
22、采用本专利技术提供的技术方案，至少具有如下有益效果：
23、第一，本专利技术的用于月球重力瑜伽锻炼的混合现实沉浸交互磁力系统，搭配四肢磁力模块和中央磁力器，根据不同体位需求改变磁力配置，有效改善微重力下部分瑜伽动作效果不足的现象，有针对性地增强瑜伽训练效果，而且运用虚拟引导标识触发达标效果，可以提高月球瑜伽运动的趣味性和体验感，缓解航天员心理压力和负担。
24、第二，本专利技术的用于月球重力瑜伽锻炼的混合现实沉浸交互磁力系统，通过实时获取用户的姿势和四肢位置信息，提供了一种在混合现实环境中的引导瑜伽锻炼的交互系统，通过与标准瑜伽动作信息库对比和专业教练实时引导，利用虚拟人像视角切换的方式，实现瑜伽肢体动作和磁力信号可视化，克服了瑜伽练习时难以观察自我动作和姿势调整不准确的问题。
25、第三，本专利技术的用于月球重力瑜伽锻炼的混合现实沉浸交互磁力系统，根据不同瑜伽体位的训练需求重点，四肢磁力模块产生磁力与中央控制磁力器的磁力相互作用以提供用户部分辅助力，采用的磁力设备既能用于确定用户姿态又能补充微重力环境中不足的力，从而能够在无需有线牵引的条件下实现补偿月球重力，缓解微重力环境的影响。
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1.一种用于月球重力瑜伽锻炼的混合现实沉浸交互磁力系统，其特征在于，所述混合现实沉浸交互磁力系统包括头戴显示设备、四肢定位设备、中央磁力控制器和瑜伽动作信息库；
2.根据权利要求1所述的用于月球重力瑜伽锻炼的混合现实沉浸交互磁力系统，其特征在于，所述头戴显示设备包括显示界面响应模块以及动作和姿态调整引导模块；
3.根据权利要求2所述的用于月球重力瑜伽锻炼的混合现实沉浸交互磁力系统，其特征在于，所述显示界面响应模块通过提供用户操作虚拟控制面板或根据用户输入的语音指令切换视角，使用于在主视角下查看所生成对应虚拟人像身体的不同部位姿态。
4.根据权利要求2所述的用于月球重力瑜伽锻炼的混合现实沉浸交互磁力系统，其特征在于，所述动作和姿态调整引导模块在用户主视角下显示虚拟引导标识，根据用户四肢三维位置信息对应显示界面标识位置，使用户通过姿态和动作触碰虚拟标识完成阶段目标。
5.根据权利要求4所述的用于月球重力瑜伽锻炼的混合现实沉浸交互磁力系统，其特征在于，所述虚拟引导标识分为固定引导和实时引导；
6.根据权利要求1所述的用于月球重
7.根据权利要求1所述的用于月球重力瑜伽锻炼的混合现实沉浸交互磁力系统，其特征在于，所述姿势识别检测模块采集双手、双脚实时位置信号，根据位置和中央控制磁力器检测信息生成实时虚拟人像，与动作信息库标准动作对比检测。
8.根据权利要求1所述的用于月球重力瑜伽锻炼的混合现实沉浸交互磁力系统，其特征在于，所述探测模块在训练开始前定位用户四肢伸展位置，记录用户初始身体数据，训练过程中当用户进行移动或者改变位置时，探测用户动作改变导致的磁场的分布和强度变化，将其转化为磁场值数据，对磁场值数据进行滤波、放大及降噪处理后，结合用户初始身体数据计算得到用户实时姿态并生成虚拟人像。
9.根据权利要求1所述的用于月球重力瑜伽锻炼的混合现实沉浸交互磁力系统，其特征在于，在补充微重力环境中缺少的力时，所述中央磁力模块根据瑜伽动作信息库中动作训练的需求，将探测模块产生的交变电流转化成感应电流信号，通过调节感应电流变化产生动力和阻力。
...【技术特征摘要】
1.一种用于月球重力瑜伽锻炼的混合现实沉浸交互磁力系统，其特征在于，所述混合现实沉浸交互磁力系统包括头戴显示设备、四肢定位设备、中央磁力控制器和瑜伽动作信息库；
2.根据权利要求1所述的用于月球重力瑜伽锻炼的混合现实沉浸交互磁力系统，其特征在于，所述头戴显示设备包括显示界面响应模块以及动作和姿态调整引导模块；
3.根据权利要求2所述的用于月球重力瑜伽锻炼的混合现实沉浸交互磁力系统，其特征在于，所述显示界面响应模块通过提供用户操作虚拟控制面板或根据用户输入的语音指令切换视角，使用于在主视角下查看所生成对应虚拟人像身体的不同部位姿态。
4.根据权利要求2所述的用于月球重力瑜伽锻炼的混合现实沉浸交互磁力系统，其特征在于，所述动作和姿态调整引导模块在用户主视角下显示虚拟引导标识，根据用户四肢三维位置信息对应显示界面标识位置，使用户通过姿态和动作触碰虚拟标识完成阶段目标。
5.根据权利要求4所述的用于月球重力瑜伽锻炼的混合现实沉浸交互磁力系统，其特征在于，所述虚拟引导标识分为固定引导和实时引导；
6.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：江奥，张静琳，胡鸿，赵岩，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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