Система автоматического мониторинга физической подготовки учащихся на основе технологии Microsoft Kinect

1. Дипломная работа на тему:
«Система автоматического мониторинга
физической подготовки учащихся
на основе технологии Microsoft Kinect»
Руководитель дипломной работы: Сошников Дмитрий Валерьевич
Дипломник группы 08-606: Королькова Виктория Викторовна
1

2. Радикальные инновации на уроках
физической культуры
Совместный проект с Государственным Университетом
Физической Культуры, Спорта, Молодежи и Туризма при
поддержке Департамента Образования
2
• Игрофикация
• Постоянный мониторинг
отслеживания
результатов
• Технологическая
вовлеченность детей

3. Kinect
3

4. Постановка задачи
Цель:
создание оригинального программного обеспечения
поддержки проведения уроков физической культуры с
элементами игрофикации и непрерывным мониторингом;
 разработать методы отслеживания тестирующих
упражнений;
 создать прототип системы автоматического мониторинга
физической подготовки учащихся;
 реализовать комплекс физических упражнений в системе.
4

5. Подбор тестов
 Тест на быстроту: простая двигательная реакция.
 Тест на гибкость: наклоны вперед из исходного
положения стоя.
 Тест на силовую выносливость: удержание рук в
стороны с гантелями весом 500 г.
 Скоростное упражнение: бег на месте в максимальном
темпе 10 секунд.
 Скоростно-силовое упражнение: прыжок в длину с
места толчком двух ног.
 Скоростно-силовое упражнение: прыжок в высоту с
места толчком двух ног.
*Волков Л.В. Система управления развитием физических способностей детей школьного возраста в процессе занятий
физической культурой и спортом - М.: Астрель, 2002.
5

6. Прыжок в длину. Простой метод
расчета
 Когда пользователь принимает начальное положение,
фиксируются начальные координаты ноги Ankle_right.
 Как только человек сделал прыжок, фиксируется его
конечные координаты ноги.
 Расстояние прыжка 𝑆 есть разность конечных и
начальных координат.
6

7. Прыжок в длину. Простой метод
расчета. Проблемы
 Измерение получается неточным.
 Под ошибками выступают эффекты хаотического
дрожания.
 Описанные эффекты возникают из-за недостаточно
высокого разрешения сенсора, быстрого физического
смещения пользователя в пространстве.
7

8. Прыжок в длину. Нахождение координат
приземления по построению параболы
1. Когда пользователь принимает начальное положение,
фиксируются начальные координаты ноги Ankle_right -
2. В прыжке, координаты траектории правой ноги
сглаживаются фильтром Калмана или МНК.
3. Высчитывать конечные координаты траектории будем
несколько раз в момент совершения прыжка по трем точкам
точкам , выбранным в разные моменты
времени и лежащим на траектории прыжка.
4. Значения координат приземления усредняются.
5. Расстояние прыжка 𝑆 есть разность конечных и начальных
координат.
8

9. Фильтр Калмана
9

10. МНК
Дана экспериментальная таблица. Нужно
составить многочлен степени m:
В точечном МНК строится функционал,
наилучшим образом сглаживающий дискретную
функцию в среднеквадратическом смысле:
10

11. Аппроксимация траектории во время
прыжка в длину
МНК
Фильтр
Калмана
11

12. МНК
Фильтр
Калмана
12
Аппроксимация траектории во время
прыжка в длину . «Плохой прыжок»

13. Вычислительный эксперимент
Простой алгоритм прыжка в длину.
Данные получены при опробовании системы.
13
Количество
прыжков
Точные
данные, (см)
Рассчитанные
данные,
усредненное
значение (см)
Погрешность
(%)
80 130 147,3 13,3
90 100 123 23

14. Вычислительный эксперимент
14
Точный
результат,
(см)
Метод с МНК,
(см)
Метод с
фильтром
Калмана, (см)
Погрешности
(%)
100 105 97 5% и 3 %
122 130 128 6 и 4 %
70 84 79 20 и 12 %

15. Для системы нужно:
cенсор Kinect for Windows
или Kinect for Xbox 360
большой экран
(дисплей телевизора)
ноутбук с ОС Windows
и Kinect SDK
резиновый коврик
15

16. Функционирование
21

17. Архитектура приложения
22

18. 23

19. Диаграмма классов
24

20. Результаты
 Предложены метод отслеживания и расчета для ряда
физических упражнений с использованием фильтра
Калмана и МНК, позволившие приблизить результат к
точному.
 Проведен эксперимент, показавший результаты с
достаточной точностью.
 Создан прототип системы мониторинга для уроков
физкультуры в младших классах, включающий комплекс
упражнений, позволяющих определять развитие таких
физических качеств как быстроту, силу, гибкость и
теоретические знания.
25

21. 26