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设计分享 | AI识别运动交互设计有哪些？

暴走的菠萝蜜 · 公众号 · 科技自媒体 · 2024-07-04 01:20

正文

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——分享者：刘雅雯——

/引言/

现如今，运动已经成为了许多人日常生活的重要组成部分，随着技术的进步，AI识别运动交互的背景也变得越来越重要。AI技术通过深度学习、计算机视觉、传感器技术等手段，能够准确地捕捉和分析运动员的动作，从而提升训练效果、预防运动伤害以及优化运动表现。这种技术不仅应用于专业体育训练，还在健身、康复和日常健康管理等领域得到了广泛应用。通过实时数据分析和反馈，AI可以为用户提供个性化的运动指导，帮助其实现更好的健康和运动目标。这些技术的不断发展，正推动着运动领域向智能化和精细化方向迈进。

技术支持

AI识别运动交互技术支持主要包括计算机视觉、深度学习算法、传感器融合技术和大数据分析。计算机视觉通过摄像头捕捉运动员的实时图像，使用深度学习算法进行动作识别和分析，从而提供精准的运动姿态和动作反馈。传感器融合技术整合了多种传感器数据，如加速度计、陀螺仪和心率监测器，提供全面的运动数据采集和分析。大数据分析则通过处理海量运动数据，提取有价值的信息和模式，为个性化运动指导和优化训练方案提供科学依据。这些技术的协同作用，使得AI能够实时、精准地识别和互动，提升运动训练效果和用户体验。

人体姿态评估原理

人体姿态评估原理通过计算机视觉技术和传感器数据综合分析人体各关节的位置和运动轨迹，利用骨骼模型对人体姿态进行建模和跟踪。通常，使用深度学习算法对视频图像或传感器数据进行处理，提取关键点如关节和肢体的位置，从而构建三维姿态模型。这些模型能够识别和评估不同的姿态，判断姿态的准确性和稳定性，并在运动和康复等领域中应用，通过对姿态数据的分析，提供反馈和指导以改善姿态表现。

骨骼模型： 由一组关键点（如脚踝、膝盖、肩膀、肘部、手腕等关节）构成，形成人体的骨骼结构。这种模型因其灵活性，可应用于2D和3D的人体姿势估计。

轮廓模型： 由人体躯干和四肢的轮廓组成，采用粗略的宽度表示人体部位，以边界和矩形的形式呈现。

体积模型： 由3D人体形状和姿势组成，通过3D扫描技术捕捉具有几何网格和形状的体积模型，呈现人体的三维姿态。

如何在AI健身教练App中使用人体姿势评估

根据动作的开末来剪切输入视频

对于起点和终点的标注，可以利用任意阈值来自动检测身体控制点的位置。例如，在进行下蹲时，可以通过检测手臂的角度和手的高度来确定动作的起点和终点，并使用设定的阈值进行比对，以捕捉练习动作的关键位置（如下图所示）。

检测用户身体上的2D和3D关键点

根据检测到的起点和终点，算法会自动将这些信息转换为2D和3D关键点。这些关键点不仅能够准确反映身体在不同维度的姿态和位置，还可以进一步用于分析运动轨迹和动作质量。通过这种方式，能够更全面地捕捉和评估练习动作的细节，为运动训练和康复提供精确的数据支持。

练习阶段的分解

在提取关键点（关节）位置的过程中，需要将这些位置与参考视频中的位置进行比较。由于用户的实际动作速度与参考视频中专业运动员的动作速度存在差异，直接比较是不现实的。为了克服这些差异，可以将练习动作分解为多个阶段。以下蹲练习为例，可以将其划分为下蹲和站起两个主要阶段，如下图所示。接着，我们可以通过逐帧分析的方法，从输入视频中检测到关键点。然后，根据动作标准，将这些关键点逐一与参考视频中的关键点进行比较，从而完成动作的分解和评估。

搜索常见错误

在完成3D关键点的检测和练习阶段的分解后，我们便可以在输入视频中检测练习动作中的常见错误。例如，如下图所示，当用户下蹲时，我们检测到其腿部向外弯曲，而不是保持笔直。此外，用户的膝盖应当比双脚更靠近躯干。这些错误通过算法检测可以帮助用户纠正动作，确保练习的正确性和安全性。

将输入视频与参考视频进行逐帧比较

为了更加精准地纠正用户的动作，可以通过如下分步流程，将输入视频与参考视频进行逐帧比较：（1）调整速度：通过减慢或快进参考视频，使其与输入视频的进度相匹配。（2）对齐骨骼模型：将用户和专业运动员的骨骼模型对齐，使他们的旋转角度和对照点相匹配。（3）归一化骨骼模型：由于参考视频和输入视频可能是从不同的距离拍摄的，因此需要合并或归一化两套骨骼数据。（4）逐帧比较关键点：逐帧比较关键点，以检测并发现动作的不一致性。（5）重复流程：对不同的关节处（如脚、膝盖、手、肘等位置）分别重复执行上述流程。通过这种详细的流程，可以准确识别并纠正用户练习中的动作错误，帮助其提高动作的准确性和安全性。

显示结果并为用户生成建议

当整个分析周期完成后，用户需要获得以不同格式显示的结果。例如，输出结果可以包括带有错误提示信息的各种交互式3D重建，这样用户可以对某个动作细节进行放大、缩小、后退、前进或暂停。此外，输出结果还可以收集和显示有关某些动作的统计信息，例如重复次数、单次循环动作的平均速度、以及持续时间等。下图展示了基于视频的3D人体姿势估计系统的输出示例：

应用APP介绍

AI识别运动交互APP如小小运动家、天天跳绳、活力街等的诞生，是在现代人对健康和运动需求不断增长的背景下应运而生的。这些应用利用AI技术和智能传感器，能够精准捕捉和分析用户的运动数据，提供实时反馈和个性化的运动指导，从而提升运动效果和趣味性。通过分析现有的应用互动设计，可以了解用户的实际需求和使用习惯，从而设计出更直观、易用且具有吸引力的界面和交互方式，确保技术优势能够真正转化为用户的良好体验。同时，优秀的交互设计还能帮助用户更好地理解和利用应用的功能，提高其运动表现和健康管理水平。

（1）支付宝AI运动

阿里技术的“AI运动”是基于先进人工智能技术开发的一套运动辅助与分析系统。这项技术主要通过智能设备的摄像头捕捉运动者的动作，运用机器视觉和深度学习算法实时分析运动姿态的准确性和规范性。AI运动旨在为用户提供个性化的运动指导，不仅能够纠正不正确的运动姿势，减少运动伤害风险，还能根据用户的运动表现和进步情况，智能推荐适合的训练计划和提升方案。

起源于2020年新冠疫情初期对居家健身需求的响应，阿里体育利用其在AI领域的长期积累，迅速推出了这项功能，初期便已在自家平台乐动力上实现，包含多种运动项目的AI动作识别。随着时间推移，AI运动的功能不断完善，已收录多种运动模式，并成功应用到更广泛的场景中，包括智慧体育校园的建设，以及提升大众在线上和线下的运动体验。

特别是在2024年巴黎奥运会中，阿里云的AI技术还被应用于增强转播特效，让观众能体验到如同电影“子弹时间”般的观看效果，通过三维定格画面、慢动作回放等技术，使赛事观赏更具沉浸感和观赏性。这体现了阿里技术在AI运动领域的深厚积累和广泛应用，不仅促进了体育训练的智能化，也革新了大型体育赛事的观看体验。

（2）小小运动家

"小小运动家"是一款专为儿童设计的智能运动学习及健康管理应用程序，它集合了多种功能于一身，旨在通过趣味化的方式鼓励孩子积极参与体育活动，同时帮助家长和孩子监测运动效果。以下是该应用的主要功能介绍：

趣味运动课程：提供多种情景式模拟和动画教学内容，让孩子跟随生动的画面进行互动学习，涵盖篮球、足球、游泳、跑步、瑜伽等多种运动项目，满足不同孩子的兴趣需求。
AI运动识别与指导：具备AI跳绳计数和运动姿势识别功能，能够智能识别孩子的运动状态和姿势是否正确，提供即时反馈和纠正建议，帮助孩子学习正确的运动技巧。
个性化运动计划：根据孩子的年龄、身高、体重等个人信息，自动定制个性化的运动目标和计划，包括每日步数、运动时长、消耗卡路里等，促进孩子健康成长。
数据追踪与管理：通过智能手环或手机传感器记录并分析孩子的运动数据，如步数、距离、活跃时间等，家长可随时查看孩子的运动历史记录和进步情况。
成长记录与激励：设有运动打卡和成就系统，鼓励孩子持续运动，通过奖励机制提升孩子的参与度和成就感，同时记录孩子的成长历程。
家长监控与互动：为家长提供监控面板，让家长了解孩子的运动状况，部分功能支持家长参与，增进亲子互动，共同享受运动的乐趣。
安全科学指导：所有运动设计遵循运动训练原则和儿童运动能力发展规律，确保运动既安全又科学，适合儿童的身体发育。
投屏功能：支持将运动课程投屏到电视或大屏幕，创造更佳的视觉体验，让孩子在更大的空间中自由运动。

（3）天天跳绳

天天跳绳AI运动是一款集成了先进AI技术的创新运动应用，为用户带来前所未有的健身体验。无需任何额外硬件，只需手机就能精准捕捉您的跳绳及其他运动动作，实现智能计数与姿势识别。无论是跳绳、体能训练、跑步还是健身舞蹈，丰富的训练模式覆盖广泛，满足不同水平和喜好的运动爱好者需求。通过手机摄像头对准身体，您便能与屏幕上动态互动的元素同步运动，享受随时随地的个性化训练。天天跳绳还支持定制长期训练计划，记录您的每一次进步，让运动成效一目了然，同时激发您的运动潜能，让健身变得高效又富有趣味性。无论是健身新手还是资深锻炼者，天天跳绳都是您理想的选择，让每一次跳跃都充满动力和乐趣。

（4）活力街

活力街APP是一款革新性的运动健身平台，它将传统的健身方式与现代科技巧妙融合，让用户随时随地都能享受运动的乐趣。通过身体感应技术，活力街将你的手机转变为互动式健身教练，带领你参与一系列超动感的体感游戏挑战，让原本单调的锻炼过程变得趣味横生。不论是跑步、拳击、热舞或是其他创意运动项目，都以游戏形式展现，有效提升用户的参与度与运动效率。此外，活力街还提供科学的减肥方法和专业健身课程，支持免费在线学习，即便是家中环境也能实现高效减脂和塑形。社交元素的融入使你能够邀请朋友一同参与，共同挑战，相互激励，让健身不再孤单。总之，活力街以其独特的魅力，让每个人都能在轻松愉快的氛围中迈向健康生活。

（5）趣动

趣动APP是一款引领智能健身新风尚的软件，它通过创新技术与趣味设计打破了传统健身的枯燥界限。用户只需连接趣动智能鞋或其他智能穿戴设备，即可享受到精准的运动追踪与个性化指导。从实时步数监测到专业跑步功能，再到多样化的趣味运动挑战，趣动APP让每一次锻炼都充满乐趣与新鲜感。不仅如此，它还提供定制化的运动方案，确保运动安全与效果兼备，并有实时语音指导陪伴用户运动全程。加入趣动的运动社区，与志同道合的伙伴分享成就，挑战自我，在这个集健身、娱乐与社交为一体的平台上，探索更加健康活力的生活方式。

（6）百分运动

百分运动APP是由广州小蓝帮网络科技有限公司开发的智能AI运动平台，特别适合中小学生使用。它不仅是一款运动数据记录软件，还内置了AI趣味运动游戏，让运动变得既有效又有趣。百分运动涵盖了多种运动项目，包括跳绳、仰卧起坐、坐位体前屈等，通过AI技术精准记录运动表现，无需特殊设备即可享受体感运动的快乐。这款应用通过分析用户的运动数据，提供个性化的运动建议和计划，激励用户坚持锻炼，提升身体素质。无论是用于日常健身、准备体育测试还是增加家庭亲子互动，百分运动都是一个极佳的选择，让用户在轻松愉快的氛围中达到强身健体的目的。

/总结/

AI识别运动交互APP在交互设计上的卓越之处不仅限于表面的功能实现，而是深入到用户体验的每一个细微层面，构建了一种全方位、沉浸式的运动参与环境。以下几点是对这些优势更为细致的解析：

个性化适应性增强：利用机器学习算法，APP能够根据用户的运动习惯、进步速度乃至生物反馈（如心率变化），动态调整训练难度和内容，这种高度个性化的适应性让每次训练都仿佛为用户量身定制，大大提高了训练的有效性和用户的持续参与动力。
即时反馈与纠正机制：通过AI实时分析运动姿态，一旦发现动作偏差，APP能立即给予图形、文字甚至声音提示，帮助用户即时调整，减少运动伤害风险。这种即时性反馈缩短了学习曲线，使用户能在正确指导下快速掌握运动技能。
情感化交互设计：结合情感计算技术，APP能感知用户的情绪状态，适时调整互动方式，如在用户疲劳或沮丧时，通过鼓励的话语或轻松的游戏环节来提振士气，营造积极向上、支持性的训练氛围。
深度社交互动：不仅仅是简单的排行榜竞争，这类APP通过建立基于共同兴趣和目标的社区，鼓励用户分享运动心得、挑战经验和成果，形成互助与激励的正向循环，强化了用户的社会归属感和团队协作精神。
环境适应与情境感知：利用位置服务、天气信息等，APP能够推荐适宜的户外运动路线或调整室内运动方案，确保无论在何种环境下，用户都能得到最适合当前情境的运动体验。
数据分析与可视化：除了基础的运动数据记录，APP还采用高级数据分析工具，如趋势分析、预测模型等，将复杂的运动数据转化为易于理解的图表和报告，帮助用户深入理解自己的进步路径，设定更有针对性的未来目标。

综上，AI识别运动交互APP在交互设计上的优势，是通过深度融合人工智能技术与用户中心设计理念，创造出既智能又贴心的运动伴侣角色，使运动变成一种既科学高效又充满乐趣的生活方式。