基于人工智能的视频运动比对分析教学平台

1、.word格式.第七届“中国软件杯”大学生软件设计大赛赛题名称：基于人工智能的视频运动比对分析教学平台 组类：A本科及以上赛题简介：介绍整个赛题的思路和整体要求思路：随着计算机软硬件以及互联网的飞速发展，计算机视觉在 各个领域得到了广泛的关注。其中，视频中的人体动作识别技术已 经在安防和监控等领域具有重要作用，冋样也可以在视频教学中得到很好地应用。传统视频教学以单纯的灌输式知识讲解为主，无法了解 学习者对于知识掌握情况，这种问题在涉及到动作的教学中 就更加突显。我们应用人工智能技术对视频中的人物动作进 行特征提取，通过摄像头捕捉用户学习画面，将教学视频与 用户学习动作进行比较，就能对用户学习效

2、果进行评估，根 据评估结果能够更好的指导用户进行学习。整体要求：基于人工智能的视频运动比对分析教学平台，主要是以人工智能算法为依托，通过设备自带摄像头采集用户动作， 以视频中动作为判定标准，实现人物动作与视频动作的相似 度识别。本课题中使用的教学视频与动作相关，比如动作教 学、运动健身、动作游戏类等不同资源，实现丰富的教学或 者娱乐的互动方式；同时为了增加平台娱乐性，可增加课程 大厅、会员管理、积分管理、第三方分享等娱乐功能。赛题业务场景：描述赛 题相关的真实企业业 务背景。从真实场景 中，适当简化或者提炼 出适合比赛的赛题场 景在目前普遍的视频教学中， 特别是针对运动类型的教学， 如Keep

3、，采用传统的讲解式教学效果不理想，针对这类教学 采用面对面的教学方式是常见的，现在应用图像处理技术， 能够让视频与学习者进行实时的动作比对和互动，达到与视 频进行面对面学习的效果。这样学习者只需要在摄像头前模 仿视频中的动作，运用图像处理算法对视频进行特征检测和 识别，实时的反馈给学习者相似度和学习建议，就可以达到 在学习中与学习者互动的效果，本赛题就是基于此技术开发视频教学平台。基于人工智能的视频运动比对分析教学平台，我们选定运动健身作为应用场景。通过系统预先初始化的运动视频， 用户选择该项目后，系统将播放视频，用户在摄像头前做出 相同动作，系统实时计算相似度，在运动结束后做出总体评 价。具

4、体功能具有以下特点：基于设备自带摄像头即可应用，无需另外购置其他设备，携带使用方便；课程资源管理：管理员可通过后台发布运动视频教学课 程，可以进行分类、标签、推荐、特征学习与标定等其他 操作，这将是用户选择运动项目的基础和特征匹配的标 准。视频播放：用户选疋运动项目后，系统将进入到运动环节， 该界面将自动播放用户当前选定的教学视频。动作识别：通过摄像头捕捉用户动作，对用户动作进行检 测和识别，包括上肢动作和下肢动作，并在视频播放界面 能显示动作轨迹，并实时显示与视频内容的拟合影像。相似度识别：在对用户动作识别的基础上，需要将视频动 作作为标准，用户动作作为样本，实时进行相似度计算并 显示，完成

5、后对项目整体情况进行相似度计算和评价。教学平台：基于上述核心技术，在教学的同时也可以赋予 系统更多的管理功能和娱乐属性， 比如：运动分享、评论、 积分等其他互动娱乐方式。数据统计与分析：将用户产生的学习数据和运动数据，首 先是对这些数据进行统计，得到用户总体运动报告；其次 通过用户在平台的长期活跃数据，对用户兴趣进行挖掘， 能够产生用户特征画像，以及平台活跃的用户群体的特征 画像。功能性需求主要是实现三个方面的功能：一是通过摄像头捕捉的用 户动作及轨迹，在教学视频播放时同步显示用户动作轨迹和 实时相似度；二是开发娱乐平台，包含资源管理、用户管理、 运动管理等功能模块；三是针对系统用户产生的运动

6、数据， 能够分析用户兴趣爱好。系统应具备以下功能：（1）动作识别引擎使用设备自带Webcan摄像头捕捉用户运动画面，实现人 物动作识别，并可在教学视频上显示动作轨迹。（15分）（2）动作判定预先录制运动教学视频，如广播体操、太极拳等，用户 在摄像头前模仿运动，平台实时给出相似度，并在教学视频 上显示拟合影响，最后对整体效果进行判定。（20分）（3）教学平台实现基于摄像头的互动教学，可自行创意，但是需与用 户运动结合。基本功能包括：一是教学互动大厅，可动态增 删运动教学课程；二是运动记录（单条明细基本数据包括： 运动次数、有效时间、运动时间、卡路里消耗量、评分）， 实现运动照片和视频录制并压缩上

7、传到后台，同时也可以进 行分享；四是用户可对课程进行分享、评论、评分功能，总 体评价作为课程排序依据之一。（15分）（4）娱乐游戏实现基于摄像头的以动作识别为基础的娱乐游戏，每实 现一个得3分，最多得15分（15分）（5）数据管理对于用户学习记录数据，可实现多级数据权限，比如省 市区区域级别。同时也可以按个人、用户组、区域、运动项 目统计运动数据，并进行自定义时间区间的对比。根据用户 在平台使用时间、使用周期、课程类别等其他数据进行分析， 分析用户爱好特征及人群划分。（10分）非功能性需求（1） 人机交互界面友好，操作简单、易用。（5分）（2）如果是BS架构或者H5混合开发，页面支持响应式，对

8、移动端设备（手机、平板）有很好的支持。（5分）（3）开发文档元整性。（5分）（4）对于视频的特征检测、识别和比对算法能跨平台，同时支持 Win dows An droid、IOS平台，并且在各个平台上有比较好的性能表现（10分）附加分：（1）教学视频以动画角色实现的加 10分；动画角色可动态 更换的加10分。（2）其他创新或创意功能（20分）其他限制条件：开发环 境、实验平台、开发语 言、数据库、编译器等 限制条件（请尽量明确）开发环境：不限开发语言：不限数据库：不限测试数据或平台：提供 给参赛者的测试环境 和测试数据。（可提供电子档）测试环境： Windows 7及以上、Android5.0

9、 及以上或IOS10 及以上，测试机器带摄像头测试数据：（1）单个动作判定：主要含四肢、头部及躯干六个部分的动 作识别，如左臂抬起、左臂放下、头部抬起、右脚跨出等， 需精准识别和描述；（2）组合动作判定：同时做出四肢及头部组合动作，系统给 出动作描述；（3）测试视频：以第三套全国小学生广播体操 希望风帆为 参考视频，用户在摄像头前根据视频做出动作，系统实时给出相似度判断。开发所需设备及设备指标需求说明图像采集设备：通过设备自带的摄像头采集，不允许使用深 度摄像头或体感设备。其他要求提交相关文档：需求规格书：详细描述课题的功能与非功能需求；系统设计说明书：详细描述软件的架构、设计理念、算法 思路等；测试文档：描述测试环境的搭建、准备的测试数据、测试 方法等；程序源代码：指未编译的按