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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:劉志勇
研究生(外文):Zhi-Yong Liu
論文名稱:發展 Kinect 感應器之 太極八法自動化評量系統
論文名稱(外文):A Automated Assessment System for Tai Chi Developed by Kinect
指導教授:何宗融何宗融引用關係李政軒李政軒引用關係
指導教授(外文):Tsung-Jung HoCheng-Hsuan Li
口試委員:郭伯臣梁文敏何宗融李政軒
口試委員(外文):Bor-Chen KuoWen-Miin LiangTsung-Jung HoCheng-Hsuan Li
口試日期:2014-06-20
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺中教育大學
系所名稱:教育測驗統計研究所
學門:教育學門
學類:教育測驗評量學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:47
中文關鍵詞:太極拳Kinect 感應器自動化評量ROC 曲線
外文關鍵詞:Tai Chi movementsKinectautomated assessment systemROC
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太極拳被美國時代雜誌譽為最完美的運動,不僅對心肺功能、柔軟度、平衡、
張力與微循環的改善有相當大之益處,對於心理及精神的幫助也備受肯定,還能
減緩認知功能衰退與提升免疫力,被視為是一種身心運動。也因此越來越多人開
始學習太極拳,但學習者無法隨時都有專家的指導與判定其動作之好壞。故本研
究將利用 Kinect 感應器的紅外線與彩色 RGB 攝影機,擷取人體骨架關節位置之
三維座標,再以三維座標計算出各骨架之角度,並搭配專家對於各動作關鍵骨架
角度之判定與評分標準,訂立出系統在各動作骨架角度之容許範圍與評量指標,
進而開發一套太極八法自動評量化系統。本系統可以自動且即時地讓學習太極拳
的人們發現各太極拳動作之優劣,再藉由錄下使用者打太極拳時之影片,與專家
影片進行比對,讓使用者可以自行重覆觀看並進而修正太極拳錯誤動作。研究結
果顯示,將系統評量分數與專家評斷分數經過 ROC 曲線(receiver operating
characteristic curve)分析後,所挑選的最佳切點大致上都有良好的 AUC(area under
the curve)值、敏感度、特異度與正確率,代表本研究開發之太極八法自動化評
量系統能明確的區分出使用者在各太極動作之好壞。
According to TIME, Tai Chi, the ancient martial art, is the perfect exercise. It has significant benefits of cardiopulmonary function, flexibility, balance, tension and microcirculation. Moreover, Tai Chi movements are also helpful to mental health and spirituality, decreases the speed of the cognitive decline, and improves immune system. Recently, more and more people has learned Tai Chi movements. However, the experts cannot indicate the pros and cons of the Tai Chi movements of the beginning learners anytime. In this study, a Kinect-based automatic assessment system for Tai Chi was proposed. The Kinect device was used to detect three dimensions coordinates of the joints of the skeleton with respect to the participant. The angles of some specific areas which are import for Tai Chi movements were computed. In addition, the tolerance
ranges in these specific areas and the corresponding assessment standards were proposed according to the expert experience. The proposed system can automatically detect the advantages and disadvantages of the Tai Chi movements with respect to the participant. Furthermore, the participant can modify the mistake movements by comparing the recorded videos of the participant and expert simultaneously. Here, the appropriate thresholds of basic movements were determined by the receiver operating characteristic (ROC) curve. From the experiment results, according to the area under the curve (AUC), sensitivity, specificity, and classification accuracy of basic movements, the proposed system can detect correctly the pros and cons of most basic movements.
摘要 ............................................................................................................................................. I
Abstract ...................................................................................................................................... II
表目錄 ...................................................................................................................................... IV
圖目錄 ....................................................................................................................................... V

第一章 緒論 .............................................................................................................................. 1
第一節 研究動機 .............................................................................................................. 1
第二節 研究目的 .............................................................................................................. 2

第二章 文獻探討 ...................................................................................................................... 5
第一節 太極拳 .................................................................................................................. 5
第二節 太極八法 .............................................................................................................. 6
第三節 Kinect 感應器及其應用 .................................................................................... 10
第四節 ROC 曲線 ........................................................................................................... 13

第三章 研究方法 .................................................................................................................... 15
第一節 研究流程 ............................................................................................................ 15
第二節 研究項目 ............................................................................................................ 16
第三節 太極八法自動化評量系統開發 ........................................................................ 20

第四章 研究結果 .................................................................................................................... 31

第五章 結論與未來發展 ........................................................................................................ 43

參考文獻 .................................................................................................................................. 44
中文部分 .......................................................................................................................... 44
英文部分 .......................................................................................................................... 45
表目錄
表 4-1 專家分數分類 ............................................................................................................ 31
表 4-2 ROC 曲線分析資料整理 ........................................................................................... 32
表 4-3 各動作之 ROC 分析表(一) .................................................................................. 34
表 4-4 各動作之 ROC 分析表(二) .................................................................................. 35
圖目錄
圖 2-1 太極八法-掤 ................................................................................................................ 7
圖 2-2 太極八法-捋 ................................................................................................................ 7
圖 2-3 太極八法-擠 ................................................................................................................ 8
圖 2-4 太極八法-按 ................................................................................................................ 8
圖 2-5 太極八法-採 ................................................................................................................ 9
圖 2-6 太極八法-挒 ................................................................................................................ 9
圖 2-7 太極八法-肘 ................................................................................................................ 9
圖 2-8 太極八法-靠 .............................................................................................................. 10
圖 2-7 Kinect 感應器 ............................................................................................................ 10
圖 2-7 透過英語互動學習的系統的學習情形 .................................................................... 12
圖 2-8 學員講解體感式身心障礙者工作提示輔具 ............................................................ 13
圖 2-9 ROC 曲線 ................................................................................................................... 14
圖 3-1 研究設計流程 ............................................................................................................ 15
圖 3-2 骨架關節位置 ............................................................................................................ 16
圖 3-3 彩色影像與骨架關節影像 ........................................................................................ 17
圖 3-4 Kinect 感應器之座標系 ............................................................................................ 17
圖 3-5 系統場地配置 ............................................................................................................ 18
圖 3-6 太極拳標準動作 ........................................................................................................ 19
圖 3-7 太極拳標準動作 ........................................................................................................ 19
圖 3-8 各骨架關節位置之編號 ............................................................................................ 20
圖 3-9 右肩膀角度 ................................................................................................................ 21
圖 3-10 左肩膀角度 .............................................................................................................. 21
圖 3-11 右手肘角度 .............................................................................................................. 21
圖 3-12 左手肘角度 .............................................................................................................. 22
圖 3-13 下肢角度 .................................................................................................................. 22
圖 3-14 身體傾斜角度 .......................................................................................................... 22
圖 3-15 左右肩頸比 .............................................................................................................. 23
圖 3-16 重心 .......................................................................................................................... 23
圖 3-17 手肘角度評分指標 .................................................................................................. 24
圖 3-18 肩膀角度評分指標 .................................................................................................. 24
圖 3-19 身體傾斜角度(正面背面動作) 評分指標 ............................................................. 24
圖 3-20 身體傾斜角度(側面動作) 評分指標 ..................................................................... 25
圖 3-21 下肢角度評分指標 .................................................................................................. 25
圖 3-22 左右肩頸比評分指標 .............................................................................................. 25
圖 3-23 重心評分指標 .......................................................................................................... 25
圖 3-24 各動作配分比例(一) .......................................................................................... 26
圖 3-25 各動作配分比例(二) .......................................................................................... 27
圖 3-26 評量流程 .................................................................................................................. 28
圖 3-27 系統畫面 .................................................................................................................. 28
圖 3-28 評量畫面 .................................................................................................................. 29
圖 3-29 評量結果畫面 .......................................................................................................... 29
圖 3-30 太極動作重播畫面 .................................................................................................. 30
圖 4-1 ROC 曲線圖(起二) .................................................................................................... 33
圖 4-2 ROC 曲線圖(起三) .................................................................................................... 33
圖 4-3 太極動作(起四) .......................................................................................................... 36
圖 4-4 太極動作(起五) .......................................................................................................... 37
圖 4-6 太極側面動作 ............................................................................................................ 37
圖 4-7 太極背面動作 ............................................................................................................ 38
圖 4-8 太極動作(回坐) .......................................................................................................... 38
圖 4-9 太極動作(按) .............................................................................................................. 39
圖 4-10 太極動作(採三) ........................................................................................................ 39
圖 4-11 太極動作(挒二) ........................................................................................................ 40
圖 4-12 太極動作(肘二) ........................................................................................................ 40
圖 4-13 太極動作(肘三) ........................................................................................................ 41
中文部分
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英文部分
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