本發(fā)明涉及運動數(shù)據(jù)處理技術領域，具體為一種基于真實環(huán)境的實景3D運動系統(tǒng)。
背景技術：
隨著科學技術的發(fā)展與人類對身體健康重視程度的增加，以跑步、游泳、騎車等為基礎的健康運動方式越來越受到人們的喜愛與推崇。在電子產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的同時，以傳感器為單元的小型化和集成電路的小型化得到很大的提高，生產(chǎn)出來的電子產(chǎn)品可以進行不同需求的定制化操作；在互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展的同時，在基本網(wǎng)絡中完全能滿足低數(shù)據(jù)量的實時同步要求；在圖像拍攝方面，高清攝影技術可以將景觀拍攝非常逼真；在3D技術方面，人物的建模、動作已經(jīng)完全能夠模擬人物常規(guī)的動作。當前基于跑步的運動產(chǎn)品，基本只是通過智能穿戴設備，將數(shù)據(jù)通過藍牙等方式傳送到手機APP，再通過手機APP與運動平臺進行網(wǎng)絡同步。
人類在跑步運動方面，主要分為室內(nèi)運動與室外運動兩種情況，室內(nèi)跑步主要在健身房、家庭跑步機、小區(qū)健身室、企事業(yè)單位健身房等，室外跑步在公園、野外、公路、運動場等。經(jīng)過研究，人們跑步的原因主要有健身、減肥、塑形、鍛煉耐力等，期望的環(huán)境都是空氣流動、自然、景色優(yōu)美等場所，基于現(xiàn)在的社會發(fā)展，人類生活環(huán)境中自然景觀越來越少、適用于跑步的路線比較匱乏，是人們在跑步時的一大難點。而且大多數(shù)跑步過程中，均為1-2人跑，過程比較無趣、單一，這也是制約了人們在跑步這一運動上的快速發(fā)展。
人類在騎行方面，主要分為室內(nèi)騎行與室外騎行兩種情況，室內(nèi)騎行主要為動感單車類型的運動設備；室外騎行主要為普通自行車、山地自行車、公路自行車等幾種；騎行的過程一般耗時較長，體力消耗很大，而且過程非?？菰?。而且由于人類生活場所的限制，一般不會遠離居住地太遠的地方去鍛煉，去國外的可能性就更小了；而且目前城市發(fā)展過程中，適合室外騎行的路段已經(jīng)越來越少，這幾方面的因素造成目前國內(nèi)騎行運動沒有快速的發(fā)展起來。
技術實現(xiàn)要素：
為了克服上述所指出的現(xiàn)有技術的缺陷，本發(fā)明人對此進行了深入研究，在付出了大量創(chuàng)造性勞動后，從而完成了本發(fā)明。
具體而言，本發(fā)明所要解決的技術問題是：提供一種基于真實環(huán)境的實景3D運動系統(tǒng)，以解決上述現(xiàn)有技術提供的運動系統(tǒng)結構簡單，功能單一，未能為用戶提供智能化、富有運動樂趣的體驗的技術問題。
為解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案是：
一種基于真實環(huán)境的實景3D運動系統(tǒng)，所述基于真實環(huán)境的實景3D運動系統(tǒng)包括云平臺、與所述云平臺通訊的若干個客戶端和與所述客戶端通訊連接的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；
所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于對客戶端用戶的運動數(shù)據(jù)進行采集，并將采集到的運動數(shù)據(jù)轉化為包括跑步速度、心率控制、呼吸、血氧以及身體姿勢數(shù)據(jù)在內(nèi)的數(shù)據(jù)，并通過有線或無線的方式將轉化后的數(shù)據(jù)傳輸至所述客戶端，所述客戶端用戶的運動數(shù)據(jù)包括心率數(shù)據(jù)、身體姿勢數(shù)據(jù)、速度數(shù)據(jù)、呼吸數(shù)據(jù)、血氧數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)；
所述客戶端，用于通過有線或無線的方式與所述云平臺進行交互動作，獲取并顯示與用戶請求相匹配的實景3D場景數(shù)據(jù)，并在所述實景3D場景內(nèi)顯示預先生成的虛擬3D人物，同時，接收所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到的運動數(shù)據(jù)，對所述運動數(shù)據(jù)進行分類處理，一部分處理后的運動數(shù)據(jù)在客戶端顯示屏幕上進行動態(tài)提醒顯示，以及用于調(diào)整虛擬3D人物的動作，另一部分處理后的運動數(shù)據(jù)傳輸至所述云平臺；
所述云平臺，用于建立包含若干個所述客戶端的實景3D運動網(wǎng)絡，并存儲若干個預先生成的實景3D場景數(shù)據(jù)，接收所述客戶端的用戶請求，向所述客戶端發(fā)送與所述用戶請求相匹配的實景3D場景數(shù)據(jù)，同時將客戶端發(fā)送的運動數(shù)據(jù)同步到實景3D運動網(wǎng)絡中的各個客戶端中，各個客戶端根據(jù)接收到的運動數(shù)據(jù)調(diào)整對應的虛擬3D人物的動作。
作為一種改進的方案，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括手機、智能穿戴設備、跑步機、橢圓機、臺階機、劃船機、健身機、智能手表、智能手環(huán)以及智能鞋子；
所述客戶端包括手機以及具有處理功能的跑步機、橢圓機、臺階機、劃船機和健身機。
作為一種改進的方案，所述有線或無線的傳輸方式包括2/3/4/5G移動通訊傳輸方式、Wifi通訊傳輸方式、有線網(wǎng)絡通訊傳輸方式、藍牙通訊傳輸方式、BLE通訊傳輸方式、Ant+通訊傳輸方式、Zigbee通訊傳輸方式、Nb-iot通訊傳輸方式和Uart通訊傳輸方式。
作為一種改進的方案，所述客戶端顯示屏幕上顯示的運動數(shù)據(jù)包括呼吸數(shù)據(jù)、血氧數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)、心率數(shù)據(jù)以及海拔數(shù)據(jù)。
作為一種改進的方案，所述客戶端還用于對心率數(shù)據(jù)進行處理，即：將采集到的心率數(shù)據(jù)與科學運動心率區(qū)間進行比較判斷；當采集到的心率數(shù)據(jù)在所述科學運動心率區(qū)間內(nèi)時，將采集到的心率數(shù)據(jù)顯示在所述客戶端顯示屏幕上；當采集到的心率數(shù)據(jù)未在所述科學運動心率區(qū)間內(nèi)時，執(zhí)行語音報警提示的動作。
作為一種改進的方案，所述基于真實環(huán)境的實景3D運動系統(tǒng)還包括實景3D場景數(shù)據(jù)生成系統(tǒng)；
所述實景3D場景數(shù)據(jù)生成系統(tǒng)用于利用拍攝工具對各種實景進行數(shù)據(jù)采集，將采集到的實景數(shù)據(jù)進行調(diào)整處理，提取得到3D軌跡，并對生成3D軌跡進行包括軌跡平滑處理、經(jīng)緯度距離計算以及遮擋處理在內(nèi)的軌跡處理，生成若干個實景3D場景數(shù)據(jù)，并將生成的若干個實景3D場景數(shù)據(jù)保存到所述云平臺；
其中，實景數(shù)據(jù)的采集方式包括實景圖像采集、現(xiàn)場視頻采集和在線視頻獲取三維空間數(shù)據(jù)。
作為一種改進的方案，所述基于真實環(huán)境的實景3D運動系統(tǒng)還包括虛擬3D人物生成系統(tǒng)；
所述虛擬3D人物生成系統(tǒng)用于應用3D制作軟件，制作虛擬3D人物形象，所述虛擬3D人物形象包括著裝參數(shù)和人物參數(shù)，所述著裝參數(shù)包括短袖、短褲、跑鞋以及運動背心，所述人物參數(shù)包括走路、慢跑以及快跑參數(shù)。
作為一種改進的方案，所述云平臺還用于根據(jù)客戶端用戶的多人在線競技請求信息，將當前在線的若干競技者模擬到共用的實景3D場景上，以及對同一實景3D場景上的若干名在線競技者進行運動競技排名，生成排名數(shù)據(jù)，并將所述實景3D場景和排名數(shù)據(jù)發(fā)送給所述客戶端。
作為一種改進的方案，所述客戶端還用于向云平臺發(fā)送多人在線競技請求信息，接收所述云平臺發(fā)送的實景3D場景和排名數(shù)據(jù)，控制實景3D場景以及若干名模擬到實景3D場景中的在線競技者進行顯示，并最終顯示排名數(shù)據(jù)；
其中，所述多人在線競技類型包括普通競技、官方比賽以及線上馬拉松比賽，所述競技顯示的內(nèi)容包括虛擬物品、虛擬天氣、實景3D圖像、行走路徑、運動數(shù)據(jù)、個人成績、排名成績、通訊信息、比賽信息以及小地圖信息。
作為一種改進的方案，所述客戶端還用于根據(jù)用戶對實景3D場景中在線競技者所對應的虛擬3D人物的點擊動作，查詢被點擊的虛擬3D人物的運動數(shù)據(jù)，并顯示。
采用了上述技術方案后，本發(fā)明的有益效果是：
基于真實環(huán)境的實景3D運動系統(tǒng)包括云平臺、與所述云平臺通訊的若干個客戶端和與所述客戶端通訊連接的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于對運動數(shù)據(jù)進行采集，客戶端用于獲取并顯示包含有虛擬3D人物的實景3D場景數(shù)據(jù)，并對運動數(shù)據(jù)進行分類處理，和顯示，云平臺用于組建實景3D運動網(wǎng)絡，為各個客戶端提供實景3D場景，并在實景3D運動網(wǎng)絡中同步各個客戶端用戶的運動數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)實景3D場景和虛擬3D人物的結合，給客戶端用戶以智能化的體驗，提升用戶運動興趣。
由于客戶端包括手機以及具有處理功能的跑步機、橢圓機、臺階機、劃船機和健身機，從而在具有處理功能的跑步機、橢圓機、臺階機、劃船機和健身機上實現(xiàn)實景3D場景的顯示，給鍛煉的客戶端用戶提供智能化的體驗，實現(xiàn)在家、俱樂部、健身房以及辦公室等地點體驗各地優(yōu)美實景場景中跑步的感覺。
由于客戶端還用于對心率數(shù)據(jù)進行處理，實現(xiàn)對客戶端用戶心率數(shù)據(jù)的監(jiān)測和提醒，給客戶端用戶帶來便利。
由于基于真實環(huán)境的實景3D運動系統(tǒng)還包括實景3D場景數(shù)據(jù)生成系統(tǒng)，該實景3D場景數(shù)據(jù)生成系統(tǒng)實現(xiàn)對各地優(yōu)美實景數(shù)據(jù)的拍攝和生成，為客戶端用戶提供的優(yōu)美的跑步或在線競技場景，提升用戶的體驗。
由于基于真實環(huán)境的實景3D運動系統(tǒng)還包括虛擬3D人物生成系統(tǒng)，在客戶端顯示逼真的人物形象，提升客戶端用戶的體驗。
由于客戶端和云平臺的交互，實現(xiàn)多人在線競技，并且可在實景3D場景中查看用戶自身和其他用戶的運動數(shù)據(jù)，以及實現(xiàn)在實景3D場景中跑步的先后排名順序，給用戶以智能化的體驗。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的基于真實環(huán)境的實景3D運動系統(tǒng)的示意圖。
具體實施方式
下面結合具體的實施例對本發(fā)明進一步說明。但這些例舉性實施方式的用途和目的僅用來例舉本發(fā)明，并非對本發(fā)明的實際保護范圍構成任何形式的任何限定，更非將本發(fā)明的保護范圍局限于此。
如圖1所示，基于真實環(huán)境的實景3D運動系統(tǒng)包括云平臺、與云平臺通訊的若干個客戶端和與客戶端通訊連接的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于對客戶端用戶的運動數(shù)據(jù)進行采集，并將采集到的運動數(shù)據(jù)轉化為包括跑步速度、心率控制、呼吸、血氧以及身體姿勢數(shù)據(jù)在內(nèi)的數(shù)據(jù)，并通過有線或無線的方式將轉化后的數(shù)據(jù)傳輸至客戶端，客戶端用戶的運動數(shù)據(jù)包括心率數(shù)據(jù)、身體姿勢數(shù)據(jù)、速度數(shù)據(jù)、呼吸數(shù)據(jù)、血氧數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)；
客戶端，用于通過有線或無線的方式與云平臺進行交互動作，獲取并顯示與用戶請求相匹配的實景3D場景數(shù)據(jù)，并在實景3D場景內(nèi)顯示預先生成的虛擬3D人物，同時，接收數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到的運動數(shù)據(jù)，對運動數(shù)據(jù)進行分類處理，一部分處理后的運動數(shù)據(jù)在客戶端顯示屏幕上進行動態(tài)提醒顯示，以及用于調(diào)整虛擬3D人物的動作，另一部分處理后的運動數(shù)據(jù)傳輸至云平臺；
云平臺，用于建立包含若干個客戶端的實景3D運動網(wǎng)絡，并存儲若干個預先生成的實景3D場景數(shù)據(jù)，接收客戶端的用戶請求，向客戶端發(fā)送與用戶請求相匹配的實景3D場景數(shù)據(jù)，同時將客戶端發(fā)送的運動數(shù)據(jù)同步到實景3D運動網(wǎng)絡中的各個客戶端中，各個客戶端根據(jù)接收到的運動數(shù)據(jù)調(diào)整對應的虛擬3D人物的動作。
其中，客戶端、云平臺和運動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之間建立互聯(lián)通信是實現(xiàn)實景3D運動競技的關鍵，在此之前還需要進行下述內(nèi)容：
客戶端主要用于前端顯示，解決客戶端用戶的跑步需求，展示多人信息、實景顯示、跑步數(shù)據(jù)、語音提醒、3D虛擬形象、實時競技、比賽舉辦等；
客戶端運行環(huán)境主要有：iOS系統(tǒng)、Android系統(tǒng)、windows系統(tǒng)、windows phone系統(tǒng)和Linux系統(tǒng)等；
云平臺主要由服務器主機與網(wǎng)絡硬件構成，解決實時數(shù)據(jù)的存儲、同步、分發(fā)、計算、分析等功能；
運動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要完成運動數(shù)據(jù)的采集，其中，數(shù)據(jù)采集設備包括智能穿戴設備、健身器材、運動器材以及手持終端設備，具體包括但不限于手機、智能穿戴、跑步機、橢圓機、臺階機、劃船機、健身機、智能手表、智能手環(huán)、智能鞋子等運動數(shù)據(jù)產(chǎn)生和采集設備；運動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要功能是對運動數(shù)據(jù)進行采集，并轉化為跑步速度、心率控制、呼吸、血氧、身體姿勢，然后將運動的數(shù)據(jù)采集、處理、存儲后運動數(shù)據(jù)，通過有線、無線等方式傳輸至客戶端或者云平臺。
在該實施例中，其中，該有線或無線的傳輸方式包括但不限于2/3/4/5G移動通訊傳輸方式、Wifi通訊傳輸方式、有線網(wǎng)絡通訊傳輸方式、藍牙通訊傳輸方式、BLE通訊傳輸方式、Ant+通訊傳輸方式、Zigbee通訊傳輸方式、Nb-iot通訊傳輸方式和Uart通訊傳輸方式。
在該實施例中，客戶端顯示屏幕上顯示的運動數(shù)據(jù)包括呼吸數(shù)據(jù)、血氧數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)、心率數(shù)據(jù)以及海拔數(shù)據(jù)。
其中，客戶端還用于對心率數(shù)據(jù)進行處理，即：將采集到的心率數(shù)據(jù)與科學運動心率區(qū)間進行比較判斷；當采集到的心率數(shù)據(jù)在科學運動心率區(qū)間內(nèi)時，將采集到的心率數(shù)據(jù)顯示在客戶端顯示屏幕上；當采集到的心率數(shù)據(jù)未在科學運動心率區(qū)間內(nèi)時，執(zhí)行語音報警提示的動作，即：
客戶端自身需要對運動數(shù)據(jù)采集設備采集到的運動數(shù)據(jù)進行解析處理，獲取相應的需要在客戶端屏幕上進行顯示的內(nèi)容數(shù)據(jù)，例如上述呼吸數(shù)據(jù)、血氧數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)、海拔數(shù)據(jù)以及其他數(shù)據(jù)；
云平臺主要對實景3D數(shù)據(jù)和心率監(jiān)測數(shù)據(jù)進行處理，具體包括附帶有3D實景的3D虛擬人物狀態(tài)數(shù)據(jù)，即服務器端根據(jù)客戶端用戶的信息，調(diào)用相應的3D虛擬人物狀態(tài)數(shù)據(jù)進行顯示，例如當前客戶端用戶的性別、著裝、運動姿勢、步伐頻率等信息。
在本發(fā)明實施例中，基于真實環(huán)境的實景3D運動系統(tǒng)還包括實景3D場景數(shù)據(jù)生成系統(tǒng)；
實景3D場景數(shù)據(jù)生成系統(tǒng)用于利用拍攝工具對各種實景進行數(shù)據(jù)采集，將采集到的實景數(shù)據(jù)進行調(diào)整處理，提取得到3D軌跡，并對生成3D軌跡進行包括軌跡平滑處理、經(jīng)緯度距離計算以及遮擋處理在內(nèi)的軌跡處理，生成若干個實景3D場景數(shù)據(jù)，并將生成的若干個實景3D場景數(shù)據(jù)保存到云平臺；
其中，實景數(shù)據(jù)的采集方式包括實景圖像采集、現(xiàn)場視頻采集和在線視頻獲取三維空間數(shù)據(jù)。
在該實施例中，上述實景3D場景數(shù)據(jù)生成系統(tǒng)的具體實現(xiàn)為：
(1)戶外跑道圖像拍攝工作
工具：高清高速攝影機、GPS/北斗定位儀、智能手機、存儲卡、智能水平垂直相機控制儀器、大容量電池、汽車、電動車、自行車等；
拍攝方法：
使用車輛安裝攝影器材；
使用車輛安裝GPS/北斗定位儀器；
使用車輛安裝智能水平垂直控制儀器；
沿跑道拍攝正前方景觀景色；
沿跑道記錄經(jīng)緯度、高度等地形數(shù)據(jù)；
將拍攝數(shù)據(jù)與經(jīng)度緯度數(shù)據(jù)存儲至存儲卡；
(2)跑道圖像數(shù)據(jù)處理工作
色彩平衡處理工作，將色彩處理為鮮艷模式；
去除魚眼效果，模擬人類眼睛看到的景象；
調(diào)整圖像幀率，達到60fps/s的效果；
調(diào)整圖像分辨率，達到1080P效果；
調(diào)整圖像文件存儲格式，適用于windows、Android、iOS、Linux等系統(tǒng)同時使用；
(3)跑道3D軌跡處理工作
軌跡提取方案1：
通過經(jīng)緯度數(shù)據(jù)、高度數(shù)據(jù)，以起點出發(fā)，生成3D軌跡；
軌跡提取方案2：
通過視頻圖像提取拍攝路徑的3D地理坐標軌跡；
使用貝塞爾曲線算法，將軌跡平滑處理；
使用經(jīng)緯度計算算法，處理距離位置數(shù)據(jù)；
通過圖像還原技術，分析轉彎、上坡、下坡、路徑障礙物等遮擋管理，生成遮擋物3D形狀。
在本發(fā)明實施例中，基于真實環(huán)境的實景3D運動系統(tǒng)還包括虛擬3D人物生成系統(tǒng)；
虛擬3D人物生成系統(tǒng)用于應用3D制作軟件，制作虛擬3D人物形象，虛擬3D人物形象包括著裝參數(shù)和人物參數(shù)，著裝參數(shù)包括短袖、短褲、跑鞋以及運動背心，人物參數(shù)包括走路、慢跑以及快跑參數(shù)。
在本發(fā)明實施例中，云平臺還用于根據(jù)客戶端用戶的多人在線競技請求信息，將當前在線的若干競技者模擬到共用的實景3D場景上，以及對同一實景3D場景上的若干名在線競技者進行運動競技排名，生成排名數(shù)據(jù)，并將實景3D場景和排名數(shù)據(jù)發(fā)送給客戶端；
客戶端還用于向云平臺發(fā)送多人在線競技請求信息，接收云平臺發(fā)送的實景3D場景和排名數(shù)據(jù)，控制實景3D場景以及若干名模擬到實景3D場景中的在線競技者進行顯示，并最終顯示排名數(shù)據(jù)；
其中，多人在線競技類型包括普通競技、官方比賽以及線上馬拉松比賽，競技顯示的內(nèi)容包括虛擬物品、虛擬天氣、實景3D圖像、行走路徑、運動數(shù)據(jù)、個人成績、排名成績、通訊信息、比賽信息以及小地圖信息。
其中，客戶端還用于根據(jù)用戶對實景3D場景中在線競技者所對應的虛擬3D人物的點擊動作，查詢被點擊的虛擬3D人物的運動數(shù)據(jù)，并顯示。
在本發(fā)明實施例中，基于真實環(huán)境的實景3D運動系統(tǒng)包括云平臺、與云平臺通訊的若干個客戶端和與客戶端通訊連接的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于對運動數(shù)據(jù)進行采集，客戶端用于獲取并顯示包含有虛擬3D人物的實景3D場景數(shù)據(jù)，并對運動數(shù)據(jù)進行分類處理，和顯示，云平臺用于組建實景3D運動網(wǎng)絡，為各個客戶端提供實景3D場景，并在實景3D運動網(wǎng)絡中同步各個客戶端用戶的運動數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)實景3D場景和虛擬3D人物的結合，其具有如下技術效果：
(1)結合了各種數(shù)據(jù)采集設備、服務器端、客戶端，實現(xiàn)線上多人實景實時運動競技系統(tǒng)；
(2)通過實景拍攝處理，實現(xiàn)在家庭、俱樂部、健身房、企事業(yè)健身房等地點享受到全世界美麗跑道技術；
(3)通關3D技術，實現(xiàn)將虛擬人物與實景圖像想結合，通關實時3D建模技術，實現(xiàn)多人跑步時的遮擋關系、轉彎時的遮擋關系、道路旁的突出物的遮擋關系；
(4)結合心率監(jiān)控技術與科學跑步規(guī)范技術，進行實時心率狀態(tài)監(jiān)控，如遇到身體危險時會自動報警提醒；
(5)通過多人在線模式，設定了跑步過程中的娛樂與設計活動，將多名分散在全國各地的跑者模擬到一條跑道上，且可以相互聊天社交等；
(6)實現(xiàn)了模擬實時馬拉松類型的運動比賽，用戶可以在非馬拉松比賽賽道享受真正的比賽；
(7)解決了用戶運動過程中無聊的情況，以游戲等方式促使用戶享受比賽。
應當理解，這些實施例的用途僅用于說明本發(fā)明而非意欲限制本發(fā)明的保護范圍。此外，也應理解，在閱讀了本發(fā)明的技術內(nèi)容之后，本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動、修改和/或變型，所有的這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的保護范圍之內(nèi)。