WO2017103270A1 - Verfahren und vorrichtung zur bewegungsanalyse eines sportgeräts - Google Patents

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    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10S482/901—Exercise devices having computer circuitry
    • Y10S482/902—Employing specific graphic or video display

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for motion analysis of a sports device of a ball sport, in particular a racket, preferably a golf club, or a ball, preferably a golf ball.
  • the invention can be used in a variety of sports to analyze the movement process, it is particularly suitable in terms of the game of golf due to the complexity of the local movement as a training aid.
  • the putting puts high fine motor requirements on the golfer, which is why this is particularly well suited to the presentation of the invention and is used in the following as an exemplary sequence of movements to be analyzed.
  • the main focus is usually placed on the beat technique, ie the motor aspects of the movement and its statistical evaluation.
  • the movement dynamics in putting are hard to grasp because of the speed of execution and high accuracy requirements.
  • the dynamic aspects of the putting motion are insufficiently and can be analyzed with great effort for methodological reasons.
  • US 2010/0081520 A1 relates to systems and methods for providing putt information to a golfer.
  • Such putt information may include optimal ball trajectory including the initial target, the point at which the ball is to be hit, and the optimum force with which the ball is to be hit.
  • US 8,757,625 B2 discloses a method for calculating and displaying a ball trajectory and a target point marker for aiming a puttered golf ball from a starting point on a golf course to a destination point based on pre-calculated putting data of the putting green.
  • the target point marker is indicated graphically on a representation of the putting greens at a target point distance perpendicular to the left or right of the destination, the target point distance indicating a location on the putting green to aim a putt such that a golf ball is from a starting position moved to a desired target position.
  • EP 1 727 602 B1 relates to a motion analysis method for determining the position and / or orientation of a golf club, wherein the movement of a golf club during striking is detected and analyzed by means of a position sensor mounted on a golf club, a position signal between the position sensor attached to the golf club and a stationarily arranged control unit is transmitted, and the position and / or orientation of the golf club is determined in dependence on the position signal.
  • GB 2 408 805 B relates to an electromagnetic tracking system employing a radio transmitter.
  • US 6,625,299 B1 relates to a tracking system for determining the relative position between a sensor and an object surface having a sensor for determining a pattern of markers on the object surface.
  • US 2015/0343292 A1 relates to a golf aid for conveying golf-related information by means of a head-up display.
  • a first aspect of the invention relates to a method for motion analysis of a sports device of a ball sport, in particular a racquet, in particular a golf club or a ball, preferably a golf ball, which preferably has the following working steps:
  • Detecting at least one environmental parameter in the reference system in particular a topography parameter, which at least partially characterizes an environment, in particular a playing field, in a region between the starting position and the target position;
  • a second aspect of the invention also relates to a method for motion analysis of a sports device of a ball sport, in particular a racquet, preferably a golf club, or a ball, preferably a golf ball, which preferably has the following working steps:
  • Detecting at least one environmental parameter in the reference system in particular a topography parameter, which at least partially characterizes an environment, in particular a playing field, in a region between the starting position and the target position;
  • a third aspect of the invention relates to a system for motion analysis of a sports device of a ball sport, in particular a racket, preferably golf club, or a ball, preferably golf ball, which image display device, in particular a head-mounted display, configured for generating an augmented reality and a tracking module set up for detecting a start position of a ball of the ball sport type and a defined target position for the ball, in particular a golf hole, in the reference system and for detecting a position and / or an orientation of the head-mounted display in the reference system.
  • the system preferably has a data interface or a scanning device configured to detect at least one environmental parameter in the reference system, in particular a topography parameter which at least partially characterizes an environment, in particular a playing field, in a region between the start position and the target position.
  • the system preferably has an arithmetic unit configured to calculate an ideal trajectory of the sports device as a function of the start position of the ball, the target position of the ball and the at least one environment parameter using the reference system and to create a first virtual trajectory model of the sports device in at least one section the environment on the basis of the ideal trajectory of the sports equipment and for calculating a field of view by the display device in the reference system, on.
  • the display device is preferably set up in such a way as to display the first virtual trajectory model as a first line in superimposition with at least one, in particular real, visible part of the section of the environment, in particular if the field of view is applied to the at least one part of the section Environment is addressed.
  • a fourth aspect of the invention relates to a system for motion analysis of a sports device of a ball sport, in particular a racket, preferably a golf club, or a ball, preferably a golf ball, having a user interface, adapted to detect a start position of a ball of ball sport in a reference system, in particular by an input of a user.
  • the system comprises a projector arranged to generate projections at least on a playing field, and a data interface or scanning device configured to detect the position of the projector, a defined target position for the ball, in particular a golf hole, and at least one environmental parameter in the Reference system, in particular a topography parameter, which at least partially characterizes the playing field in a region between the starting position and the target position, on.
  • the system preferably has an arithmetic unit configured to calculate an ideal trajectory of the sports device as a function of the start position of the ball, the target position of the ball and the at least one surrounding parameter using the reference system and to create a first virtual trajectory model of the sports device and at least one Section of the environment based on the ideal trajectory of the ball, up.
  • the projector is preferably further configured to project the start position of the ball and the first virtual trajectory model as a first line on the game field.
  • Detecting according to the invention is a reading in of data in the broadest sense. This includes both reading in via a data interface of a data processing system, ie from already existing data and possibly between stored data, as well as measuring or recording information which is converted into corresponding data, for example by means of a scanning device, in particular a 3D scanner , or a tracking module, which allows an optical determination of information. Detecting means, in particular, also providing data, for example, when data is used in a system that is stored in a memory device.
  • An environmental parameter in the sense of the invention is a parameter which characterizes the environment or the environment.
  • an environmental parameter may be a topography parameter that characterizes the topography of an environment.
  • Other, non-limiting, examples of environmental parameters are wind or airflow, dew, water, water flow, centrifugal or centripetal forces, green speed, weather, etc.
  • Values of an environmental parameter may be provided to the system and method of the invention, in particular as a dataset which is read.
  • values of the environmental parameter can be detected independently by the system and method according to the invention, in particular measured or identified.
  • the values of a topography parameter preferably form a data matrix in which a value is stored for each position. Further preferably, the values of the topography parameter form a so-called 3D grid.
  • Calculation in the sense of the invention is a derivation of information from acquired information and possibly further information or boundary conditions, in particular an evaluation of information.
  • a display device in the context of the invention is used for the visual reproduction of information.
  • a user interface in the sense of the invention is any type of interface with which a user can communicate or interact with a data processing system.
  • a user interface is a touch-sensitive screen, a mouse, a keyboard, a trackpad, a gesture control device, in particular by means of gestures of a sports device, etc.
  • a data interface within the meaning of the invention is used to capture or read in data in a data processing system.
  • a scanning device in the sense of the invention is a device which scans an object or an environment for examination, in particular by means of image processing, laser or electron beam, and stores and preferably further processes the obtained measured values.
  • An arithmetic unit in the sense of the invention is any type of data processing device, which in particular has a memory and a processor.
  • a tracking module in the sense of the invention is a module which measures a position, an orientation and / or a distance of an object from a reference point. Measurement may be based on optical, radio, ultrasonic, infrared or similar measurements. rather measuring procedures take place.
  • the tracking module is designed as hardware or as software of an existing data processing system.
  • the invention is based in particular on the approach that a player during a ball or during a ball movement difficult or impossible to assess by his visual perception, whether the executed ball guide leads to a desired movement of the ball or lead and which deviation a ball in its movement takes from its ideal trajectory.
  • the invention therefore encompasses the technical teaching of calculating an ideal trajectory of the ball and possibly an ideal trajectory of a racket on the basis of data of a start position and a target position of a ball and the surroundings.
  • This ideal movement by a player in superposition with the ideal movement of the ball and / or the bat is represented in such a way that the player or user can perceive the ideal movement and the real movement from his playing position.
  • extrinsic, expanded visual feedback provides additional information on motion analysis and helps beginners as well as experienced players improve their perceptions of the movement of the sports equipment by referring to their own intrinsic feedback, that is, their sensory self-information.
  • extrinsic external information is referred to as extrinsic feedback, as it can be conveyed to a player from outside by means of aids, in particular by means of visual information.
  • a haptic feedback can be provided.
  • progress-related knowledge about the movement of the sports equipment can be obtained, which are useful for training practice.
  • a simultaneous feedback can be given simultaneously to the movement execution, by reproducing the ideal trajectory of the ball and / or the racket synchronously with the real movement of the ball and / or racket.
  • this further preferably has the following working steps:
  • this furthermore preferably has the following working steps:
  • the user can be represented not only the ideal trajectory in relation to the real position of the racket, but in addition a real Trajektohe the ball or the racket.
  • the user or player can therefore perceive deviations in the overall movement sequence of the sports equipment.
  • an orientation of the projector is additionally considered when creating the first and / or second virtual trajectory model, wherein for determining the orientation of the projector, a real position of the at least one object of known position with the projected position of the at least one object is adjusted and / or a real position of the at least one object is detected and compared with a position in the reference frame.
  • At least one intrinsic projector parameter in particular a projection matrix of the projector (8), is taken into account when creating the first and / or second virtual trajectory model.
  • the ideal trajectory of the ball is used to calculate the ideal trajectory of a racket.
  • the first trajectory model represents the ideal trajectory of the ball and / or a theoretical trajectory in a planar topgraphy with the starting direction of the ideal trajectory.
  • a user or player in particular in the case of Golf, how to hit a ball without the complications of the topographical course of the putting green or the golf course. This information can be more easily transformed by the user or player into an assessment of a racket movement to be performed.
  • the method according to the invention preferably furthermore has the working step of calculating a first virtual time profile of a position of the sports device in the first virtual trajectory model as a function of the start position, the target position and the at least one environmental parameter using the reference system, wherein the first virtual time course of the position of the sports device when displaying the first virtual trajectory model is displayed.
  • the method according to the invention preferably further comprises the operation of calculating a second virtual time profile of a position of the sports device in the second virtual trajectory model on the basis of the actual trajectory of the sports device, the second virtual time course of the position of the sports device when playing the second virtual trajectory model is displayed.
  • an indication of the time course of the ideal trajectory is repeated periodically.
  • a movement of the sports device can be memorized by a user.
  • a game rhythm of the user can be individualized in the execution of the method.
  • the time course is clarified by an audio output.
  • the first virtual time profile with respect to a stroke time of the ball with the real time course and / or the second virtual time course is synchronized.
  • This synchronization at the time of the strike makes it possible to make a direct comparison between the ideal time course of a ball and the real time course of a ball. Differences in the previous club movement, at- For example, when striking out or the acceleration of the racket, can therefore be disregarded.
  • the display of the first virtual time course and / or a second virtual course is carried out by building up the first line or the second line and / or by an identification, in particular a schematic illustration of the sports device.
  • a defined position for a player in particular at least one third line is additionally displayed when playing.
  • the standing position inexperienced beginners, in particular when playing golf, are enabled to create the conditions for a good club movement and thus also a good ball movement.
  • the defined standing position depends on the size of the player and / or the type or length of the racket.
  • this is in each case for the racket as the first sports equipment and the ball as a second sports equipment, in particular parallel executed. This allows an analysis of the movement of the ball and a racket in a single ball action.
  • an orientation of the racket is additionally taken into account in the first virtual trajectory model and / or the second virtual trajectory model for a racket.
  • a deviation of the position and / or orientation of the racket from the ideal trajectory, in particular by means of an arrow, is displayed when playing back, in particular before the striking time.
  • the method according to the invention also has the following working steps:
  • first and / or second virtual trajectory model additionally depends on the degree of correspondence between the actual trajectory and the calculated trajectory found in the comparison.
  • the method according to the invention also has the following working steps:
  • a training method in the sense of the invention is a predetermination of a defined training environment and / or a predefined sequence of training exercises.
  • the at least one environmental parameter is determined by means of a scanning device, in particular by means of a sensor, preferably by means of a camera of a head-mounted Displays, metrologically recorded and / or determined from another metrologically detected parameters.
  • an environment is optically detected by a tracking module and / or a scanning device of the head-mounted display, and from this the environmental parameter, in particular the topography parameter, is determined.
  • the at least one environmental parameter in particular the topography parameter, is corrected on the basis of a position determination of a single object, in particular of the ball, from two different perspectives, at least in the surroundings of the object.
  • the method according to the invention also has the following working steps:
  • the at least one environmental parameter can be identified or determined and / or the quality of the environmental parameter continuously improved.
  • the inventive method according to the first aspect of the invention preferably comprises the following steps: filming the field of view; and
  • the tracking module carries out inside-out tracking on the basis of the display device and the system preferably also has at least one marker which is set up to serve as a reference point for the inside-out tracking. Tracking in the area to be set up.
  • the tracking module uses an outside-in-tracking method and the system has a direction finding unit which is set up to be set up in the environment.
  • markers in the environment can be dispensed with.
  • the display device further comprises a camera
  • the tracking module uses at least optical tracking.
  • the tracking module is further configured to determine an actual position of the sports device and / or the system further comprises a radio location device to determine an actual position and / or actual trajectory of the sports device, and the projector or the display device is furthermore preferably set up to display the real position and / or the real trajectory of the sports device.
  • the display device further comprises at least one acceleration sensor and a gyrosensor to measure movement in six degrees of freedom, and wherein the computing device is further adapted, the position and / or orientation of the display device from one with the Tracker determine specific position and / or orientation of the display device by coupling.
  • Figure 1 shows a first embodiment of the system according to the third aspect of the invention
  • Figure 2 shows a second embodiment of the system according to the fourth aspect of
  • FIG. 3 shows an embodiment of a display device according to the invention
  • Figure 4 shows a third embodiment of the system according to the fourth aspect of the invention.
  • FIG. 5 is an illustration of a first possible field of view of a user
  • FIG. 6 is an illustration of a second possible field of view of a user
  • Figure 7 is an illustration of a third possible field of view of a user
  • FIG. 8 shows a further illustration of the second possible field of view of the user
  • FIG. 9 shows a further illustration of the second possible field of view of the user.
  • Figure 10 is a block diagram of a method according to the first aspect of the invention.
  • Figure 11 is a block diagram of a method according to the second aspect of the invention.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the system 1 according to the third aspect of the invention.
  • the system 1 according to the invention and the method 100, 200 according to the invention are explained below with reference to golf as a ball sport. However, this is not limiting and the invention can also be used in other ball sports, with or without clubs.
  • the system 1 has a head-mounted display 17, in the present case data goggles and a marker 20a for a target position 12, in the present case a golf hole.
  • the golf hole 12 is to be reached by a golf ball 5 hit by a user 7, in this case a golfer, with a golf club 3.
  • the system 1 comprises markers 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g, 20h, 20i, which are arranged around a playing field 9, which forms the surroundings, in the present case a putting green.
  • the data glasses 17 are carried by the user 7 (although this is shown for illustrative reasons in Fig. 1 divergent).
  • An embodiment of this data glasses 17 is shown in FIG.
  • the latter has a computing unit 13 with a tracking module 18.
  • the data glasses 17 furthermore have a camera 28, an acceleration sensor 23, a gyrosensor 24 and a data interface 10, in particular a radio interface. Tracking methods explained below are preferably executed via a tracking module 18 of the arithmetic unit 13. Data can preferably be acquired via a data interface 10 of the system 1 or the data glasses 17.
  • inside-out tracking is used.
  • a position and / or an orientation of the data glasses 17 in a reference system 6 is detected continuously 106.
  • the reference system 6 is hereby predetermined by the system 1.
  • the data glasses 17 takes, depending on the orientation and position, with the camera 28 different Marker 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g, 20h, 20i true.
  • the absolute position of these markers is known to the system 1 and was incorporated into the system 1, for example via the data interface 10.
  • the individual markers 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g, 20h, 20i have a QR code or a similar identification which is recognized by the display device 17 and each individual marker 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g, 20h, 20i uniquely identified.
  • the data glasses 17 calculates their absolute position on the putting green. 9
  • Field of view 19 (not shown in FIG. 1) of the display device 17 in the reference system 6 calculates 102.
  • the field of view 19 here corresponds in particular to a section of the environment which a user 7 can see through the data glasses 17.
  • the position and / or orientation of the data glasses 17 can subsequently be recorded at least over a certain period of time by the computer 13 determining a new position and / or a new orientation by means of an optical tracking method or periodically recalculated from measurements of an acceleration sensor 23 and / or a gyro sensor 24.
  • a so-called coupling starting from the position and / or orientation originally determined by the tracking module 18, is used.
  • these position determinations of objects on the putting green 9 can also be made by means of the insider-out-tracking.
  • the tee position 5 and the golf hole position 12 which represent the start position and target position according to the invention, are filmed by the camera 28 and identified by means of known image processing processes in a filmed video sequence.
  • a marker 20 a is assigned.
  • the method for determining the knock-out position 5 or the golf-hole position 12 described above can also be used for determining a position and / or an alignment of the golf ball 3 (not shown in FIG. 1) or the golf club 2 (not shown in FIG. 1)
  • further markers may be mounted on the golf club 2 to facilitate identification of the alignment in a video sequence.
  • the position of objects on the putting green 9 can also be determined by means of a radio location device 22, which is also shown in FIG. 1.
  • a radio location device 22 which is also shown in FIG. 1.
  • the objects whose position is to be detected must be equipped with their own transmitting device or at least with a signal reflector.
  • the position is detected in particular on the basis of a travel time measurement of radio signals 103, 104, 110.
  • a radiolocation by means of a radio location device 22 offers the advantage that the objects not all have to be visible to determine their respective position.
  • fast movements of objects, in the present case also the racket 2 and the ball 3 can be better understood by a radio location.
  • environmental parameters which characterize an environment in the region between the tee 5 and the golf hole 12 are provided to the system 1 105.
  • these are preferably the topography of the putting green 9, a wind direction in the area of the putting green 9, a grass growth direction and / or a green speed at the time of teeing-off.
  • These environmental parameters can preferably be determined with the aid of measuring devices 11.
  • the topography parameter which characterizes the topography can be determined, for example, by means of a 3D scanner, for example a laser scanner, which is preferably integrated in the system 1 or by means of a time-of-flight sensor, in particular by means of image processing, eg a structure scanner. from motion, to be measured live.
  • the values of the topography parameter are preferably in the form of a 3D mesh (3D mesh).
  • the environmental parameter in particular the topography parameter, can also be obtained from databases which are based, for example, on satellite images.
  • the wind speed and the weather can be obtained, for example, from a weather station or database.
  • the green speed can be determined for example by means of a so-called Stimpmeters or other method in which the ball is rolled from a defined height on a slope.
  • the detection of the environmental parameters 105 can therefore also be referred to as the calibration phase for the system 1.
  • an ideal trajectory 15 of golf ball 3 from tee position 5 to golf hole position 12 in the frame of reference 106 Based on the data available to system 1, such as the topography of putting green 9 and possibly other environmental parameters, as well as tee position 5 and golf hole position 12, an ideal trajectory 15 of golf ball 3 from tee position 5 to golf hole position 12 in the frame of reference 106. Alternatively or additionally, on the basis of the acquired data or the ideal trajectory 15 of the golf ball 3, an ideal trajectory 14 of the golf club 2 or of the club head can also be determined 106, in which the golf ball 3 is hit in such a way that it starting from the tee position 5 reaches the golf hole position 12 and ideally falls into the golf hole 12.
  • a first virtual trajectory model of the golf ball 3 and / or the golf club 2 is created 108.
  • the calculation of the ideal trajectory 14, 15 as well as the creation of the first virtual trajectory model is preferably carried out by the arithmetic unit 13.
  • the calculation of the ideal trajectory 14, 15 comprises in particular the calculation of individual points of the trajectory 14, 15, which in the case of the golf ball 3 of the topography and possibly further boundary conditions of environmental parameters, in the case of the golf club 2 from the pivot about which movement with the Golf club 2 is running depends.
  • the ideal trajectory 15 of the golf ball 3 can be calculated by means of a mathematical model, in particular a differential equation, a rolling ball 3 on an inclined surface and numerical optimization methods.
  • the creation of a virtual trajectory model 108 preferably comprises the production of a 3D model of the trajectory 14, 15, that is, the points are connected in a line, which receives a certain width.
  • the orientation of the line is further preferably adapted to the topography, for example in its bank.
  • the creation comprises generating a representation of the ideal trajectory 14, 15 from a desired perspective, in particular the perspective of the display device 17 or the user 7. This essentially corresponds to the step of a picture synthesis or a rendering, wherein an image or a scene is generated from raw data.
  • This scene is preferably a virtual spatial model that defines objects and their material properties, light sources as well as the position and viewing direction of a viewer.
  • the virtual trajectory model is reproduced 109 in the display device 17, in particular via a graphics module of the computing device 13.
  • the virtual trajectory model as a first line, which may be dotted or solid, in the display device 17 in superposition with a visible portion of the put ting greens 9 or the wider environment.
  • two different 3D grids of values are preferably used of the topography parameter or two different topography parameters are used:
  • a 3D grid network is used, which is provided to the system as a data set and was determined in a separate measurement of the topography of the environment and has sufficient accuracy.
  • a 3D grid can be used, which is optically determined, for example, by means of a tracking device.
  • such a 3D lattice network determined by means of optical methods is preferably corrected with the aid of a position measurement of individual points in the immediate vicinity of the tracking module, since in some cases large deviations from the real topography can occur.
  • a calculation of a first virtual time profile of the position of the golf ball 3 or the golf club 2 on the ideal trajectory can be performed.
  • This temporal course depends on the trajectory, essentially also on the tee position 5, the golf hole position 12 and the topography and optionally on further boundary conditions in the case of a golf ball 3.
  • this time course of the position depends essentially on the point of rotation about which the golf club 2 is swung and on the pulses to be reached at the tee position 5.
  • the respective time profile of the golf club 2 and / or the golf ball 3 is taken into account correspondingly when creating the first trajectory model 107 and also reproduced 109 in the computer glasses 17.
  • the line for representing a trajectory 14, 15 is preferably superimposed in a see-through method with a real visible section of the putting greens 9.
  • the line can therefore only be displayed if the field of view 19 of the data glasses 17 is also directed to the real visible portion of the environment.
  • the first virtual trajectory model can also be displayed on a screen of a tablet computer 17.
  • the line is displayed on the screen with video data 109 indicating the portion of the putting green 9 and which the tablet computer itself has filmed from its perspective 102a.
  • the alternative of playback on a tablet computer 17 is particularly suitable for a trainer 32, which is in the vicinity of a golfer 7 and also wants to consider the deviation of the struck golf ball 3 or the golf club movement of a respective ideal trajectory 14, 15.
  • detecting a position and / or orientation of the golf club 2 or a position of the golf ball 3 in the reference frame 6, in particular during a period of movement of the golf club 2 or the golf ball 3 may also be second virtual trajectory model of the golf club 2 or the golf ball 3 are created in the field of view 19 on the basis of a respective actual trajectory 26, 27 1 1 1.
  • This second virtual trajectory model on the tablet computer 17 or in the data glasses 17 in interference with the visible section of the environment can be displayed 1 13. Again, a time course can be calculated 1 12 and displayed.
  • An ideal trajectory 15 of a ball 3, which can be reproduced via the first trajectory model in the data glasses 17, is shown by dashed lines in FIG. 1 as a curved line.
  • the virtual trajectory model does not include the course of the ideal trajectory 15, but the course of a theoretical trajectory 16, which represents the theoretical path of the ball 3 in a flat topography, if this with the starting direction and the strength of the impulse for the ideal trajectory 15 would be beaten.
  • the golfer 7 can estimate how strong and in which direction he would have to hit the ball if the putting green 9 had a flat topography.
  • the golfer 7 or the trainer 32 is no longer dependent on the field of view 19 of the data glasses or the tablet computer 17 on the one visible section of the putting green 9, on which the golf club 2 or the golf ball 3 moves.
  • the golfer 7 and the trainer 32 can now view the situation from any perspective.
  • the trainer 32 can display the situation from the perspective of the golfer 7.
  • the real golf club 2 and the real golf ball 3 or its movement in real time with the respective ideal Trajektohe 14, 15 and possibly even with a virtual time course of a virtual golf club and a virtual ball on the ideal Trajektohe 14, 15 are compared.
  • the synchronization of the two gradients is achieved here over the beat time of the golf ball 3. This is the moment when the golf club 2 hits the golf ball 3 or, in ball sports without a racket, when a ball 3 loses contact with a user 7.
  • the temporal course in the first virtual trajectory model of the ideal trajectory 14, 15 or in the second virtual trajectory model of the actual trajectory 26, 27 can in this case take place in particular by a schematic illustration of the respective sports equipment, golf club 2 or golf ball 3.
  • Figure 2 shows a second embodiment of the system 1 according to the third aspect of the invention.
  • This second embodiment differs substantially from the first embodiment in that the absolute position and / or orientation of the data glasses or the tablet computer 17 on the putting green 9 is not determined by inside-out tracking methods but by an outside-in Tracking procedure is determined. Markers 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g, 20h, 20i around the putting green 9 are no longer necessary in this embodiment.
  • the system 1 has a direction finding unit 21, which detects, for example, a position and / or orientation of a data goggle 17 using a marker 20 k, which is mounted on the data goggles 17.
  • a direction finding unit 21 which detects, for example, a position and / or orientation of a data goggle 17 using a marker 20 k, which is mounted on the data goggles 17.
  • a plurality of markers 20k are present at different locations of the data glasses 17.
  • FIG. 4 shows a third embodiment of the system 1 according to the second aspect of the invention.
  • This embodiment is different from the first and second Embodiment essentially by the fact that the position of the golf hole 12 and the display device, which is a projector 8 in this case, are given or known and can be read from a database via a data interface 10 in the system 202. Alternatively, these positions can also from a 3D scanner 11 are determined, which is preferably integrated in the tablet computer 17.
  • This embodiment is characterized in that, on the basis of the detection of an environmental parameter 203, the calculation of an ideal trajectory 204 and possibly a first virtual time course of a position of the golf club 2 and / or the golf ball 3 on the ideal trajectory 14, 15 first virtual trajectory model of the golf club 2 and / or the golf ball 3 is created 206 and this is projected as a first line directly on the putting green 9 207.
  • the ideal trajectory 15 or a theoretical trajectory 16 can therefore be perceived by a user 7 directly on the putting green 9.
  • the detection of a position and / or orientation of a data glasses or a tablet computer 17 is omitted in this embodiment.
  • the tee position 5 is preferably, if this is not fixed, via a user interface 4, in particular a touch-sensitive screen of a tablet computer, detected 201, wherein on the touch-sensitive screen 4, the putting green 9 is displayed and the tee position 5 also in dependence on the Inputs of the user 7 on the touch-sensitive screen 4 are projected by the projector 8 on the putting green 9.
  • the computing device 13 is preferably part of the user interface 4 or the projector 8 in this embodiment.
  • Figure 5 illustrates both a field of view 19 of a display device 17, which is designed as a head-mounted display, in particular as a data glasses, as well as a field of view of a golfer. 7
  • the game situation shown here corresponds to that of FIG. 1, wherein the golfer 7 looks in the direction of the two markers 20i, 20b on the edge of the putting green 9 and also sees the marker 20a in the golf hole 12, here in the form of a flag.
  • the golfer 7 has already hit the golf ball 3 and sees now in the field of view 19 through the data glasses 17, the ideal trajectory of the ball 15, the theoretical trajectory 16 of the golf ball 3 and the actual position of the golf ball 3, which moves away from him.
  • the golfer 7 can determine the deviations of his beaten golf ball 3 from the ideal trajectory 15 and assign this simultaneous extrinsic feedback to his intrinsic feedback or to his perception of the strike being made.
  • the golfer 7 can display the ideal time course of a golf ball as a marking 29 of the position of a virtual golf ball on the ideal trajectory 15.
  • This virtual golf ball 29 moves along the line of the ideal trajectory 15.
  • the movement of the real ball 3 and the virtual ball 29 is determined by the time of the tee, i. the impact of the golf club 2 on the real golf ball 2 synchronized.
  • the time of the discount can be determined for example by an optical method, an acceleration sensor (braking on impact) on the golf club 2 or also mathematically from the knock-off position 5 and the Ausholmony with the golf club 2.
  • FIG. 6 shows a further illustration of a field of view 19 of a golfer 7, who in particular carries a head-mounted display 17, from a different perspective compared with FIG. 5.
  • the golfer 7 looks at his golf club 2 and the one shown in FIG
  • both the ideal trajectory 14 of the golf club 2 as well as the ideal trajectory 15 or theoretical trajectory 16 of the golf ball 3 are displayed.
  • the toes of the golfer 7 can be seen.
  • FIG. 7 shows a field of view 19, in particular through a head-mounted display 17, from a further perspective.
  • the golfer 7 has not yet reached his standing position.
  • the player 7 in the visible portion of the environment additionally a defined standing position 31, in this case a line and optionally another line perpendicular to this line, as shown, displayed.
  • the defined standing position 31 can also be displayed by displaying virtual feet.
  • FIG. 8 again shows the field of view 19 of a golfer 7 from the perspective of FIG. 6, wherein the line for indicating the defined standing position 31 is also displayed.
  • the golfer has 7 set his feet and aims with his golf club 2 before hitting the golf ball 3.
  • the head-mounted display 17 or the projector 8 now shows the golfer 7 in addition to an arrow 25, which indicates in which Toward the direction of the golf ball 3 with this position of the golf club 2 would fly when the golfer 7 performs the stroke.
  • the golfer 7 can recognize that there is a deviation from the ideal trajectory 15 or theoretical trajectory 16, which are at the beginning of the trajectory of the golf ball 3 on top of each other. Accordingly, the golfer 7 can change the posture of his golf club 2.
  • FIG. 9 again shows a field of view 19 of a golfer 7 from the perspective of FIGS. 6 and 8.
  • the golfer 7 has now caught up and executed the stroke. Therefore, in addition to the ideal trajectory 14 of the golf club 2, the executed, real trajectory of the golf club 27 is displayed as the course during the swinging out as well as the swinging through of the swing.
  • the ideal trajectory of the club 14 is continued in the rear of the field of view 19 and the marking 30 indicates the ideal position of the golf club 2 at the time shown in FIG.
  • the golf ball 3 has already left the area of the field of view 19 and is therefore no longer visible.
  • the golfer 7 as additional information can show the ideal time course of a golf club as a mark 30 of the position of a virtual golf club on the ideal Trajektohe 14.
  • This virtual golf ball 29 moves on the line of the ideal trajectory 15.
  • the communication between individual units of the system 1 can be wireless, for example by radio or optical signals.
  • the information obtained about the actual trajectories 27 of the golf club 2 and the actual trajectories 26 of the golf ball 3 can be evaluated by statistical methods, for example if a turn, in particular a putt, was carried out on a single golf hole 12 several times from the same tee position 5 or a similar tee 5 was carried out on a similar golf course.
  • the own executed strokes and the associated trajectories of the golf club 2 and the golf ball 3 can also be compared with exemplary trajectories of the professional golf players.
  • Figure 10 shows an embodiment of a flow of the method 100 according to the first aspect of the invention, as described above with reference to Figures 1 and 2 and 5 to 9.
  • the sequence of work steps can be changed as desired. In particular, all work steps can also be performed in parallel.
  • the method is preferably repeated as often as desired in order to provide a constantly updated visual augmented reality, in particular during the movement of the sports equipment 2, 3.
  • FIG. 11 shows an embodiment of a procedure of the method 200 according to the second aspect of the invention, as has been described above with reference to FIGS. 4 to 9.
  • the sequence of work steps can be changed as desired. In particular, all work steps can also be performed in parallel. As indicated by the arrows starting from the operations of rendering 206, 210.
  • This method 200 is also preferably repeated as often as desired in order to provide a constantly updated visual augmented reality, in particular during the movement of the sports equipment 2, 3.
  • the characteristics of at least one projector are additionally taken into account when creating the virtual trajectory model.
  • at least one of the following work steps are preferably carried out:
  • Detecting intrinsic projector parameters e.g. a projection matrix that transforms the three-dimensional objects into a two-dimensional space in such a way that these objects are displayed correctly. Included in this matrix are, inter alia, but not finally taken into account the characteristics of the lens.
  • Capture extrinsic projector parameters e.g. a position and orientation of the projector.
  • Identification of the projector parameters is carried out either beforehand manually (from the specifications of the at least one projector and / or by measuring and fine-tuning) or automatically (eg using a tracking module and / or using a calibration method, wherein characteristic representations (eg gray codes) the projector will be displayed and recognized by the tracking module, with detection allowing the projector parameters to be determined).
  • characteristic representations eg gray codes
  • the system allows augmented reality golf training in a "closed loop" manner, giving the player individual feedback on his strokes and the mechanical execution of his strokes so that the training and training progress can be measured,
  • augmented reality golf training in a "closed loop” manner, giving the player individual feedback on his strokes and the mechanical execution of his strokes so that the training and training progress can be measured,
  • work steps are carried out:
  • a tracking module tracks, especially continuously, the movements of the
  • This score may be presented to the player in the form of statistics (e.g., punched putt, misspattern, swing) and / or incorporated into the display of a training method or adaptation of the virtual trajectory model to assist the player in improving their play.
  • statistics e.g., punched putt, misspattern, swing
  • a comparison can be made with professional players, which in turn flows into the adaptation of the advertisement.
  • leaderboards can be created, which allow the player to compare with other players and also allow him to make his training progress measurable.
  • a virtual 3D training environment is additionally displayed on the glasses.
  • this training environment information relevant to the player's training is displayed.
  • this training environment initially includes tracking of the player or the sports equipment.
  • 3D models of the player or professional player can be displayed, for example as "avatars", to show the player the correct execution or deviations from the correct execution, preferably a comparison between the actual behavior and / or movement of the player
  • avatars to show the player the correct execution or deviations from the correct execution
  • the system offers the possibility placing, playing, pausing, etc., the 3D model, thus providing a kind of "3D video player”.
  • a real-time 3D measurement and / or a continuous real-time identification of environmental parameters is performed.
  • at least one of the following work steps are preferably carried out: An environment is continuously scanned by a scanning device and / or a tracking module, in particular by a sensor, in particular by means of optical or other methods.
  • At least one environmental parameter is identified from the scan results and / or continuously improved, i. especially adapted to the real environment.
  • environmental parameters are a green speed, a so-called grain, i. the direction of growth of the grass, a topography or a 3D grid, a wind direction, a moisture level or parameters that characterize the current weather. This information is fed back into the algorithms and display, turning the system into a self-learning system.
  • the method or system enables the user to draw any visualizations directly into the environment.
  • the user is provided with a tablet application as a remote control of the system, via which he can make inputs.
  • the positioning of the start position and the target position is done via intuitive input options such as tracking the gaze of the player, voice input or touch.
  • the system can be controlled by interactive recognition of the gaming device, in particular to make inputs and to interact with the system.
  • Simultaneous Location and Mapping Specific landmarks and the current position and / or orientation of the projection device, in particular a head-mounted display, are detected and determined jointly, in particular continuously. This allows the system to accurately display virtual information overlaid with specific points in the environment. In particular, the number of markers can be reduced by this embodiment, at best, it can be dispensed with the use of markers entirely become. At the same time, this embodiment also provides the possibility of identifying environmental parameters in real time, in particular a topography parameter.
  • a vector is formed, on which the virtual ball and the real ball are arranged.
  • the virtual ball is basically brought into line with the real ball by the system. If, from a second perspective, a second vector is formed on which the virtual ball and the real ball are arranged, then the point of intersection of the two can form
  • trajectory of the racket calculated, in particular ideal, trajectory of the ball theoretical trajectory

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bewegungsanalyse eines Sportgeräts einer Ballsportart, insbesondere eines Schlägers, vorzugsweise Golfschlägers, oder eines Balls, vorzugsweise Golfballs, wobei ein erstes virtuelles Trajektorienmodellin einer Anzeigeeinrichtung in der Weisewiedergegeben wird, dass das erste virtuelle Trajektorienmodell als eine erste Linie in der Anzeigeeinrichtung in Überlagerung mit wenigstens einem, insbesondere real, sichtbaren Abschnitt der Umgebung angezeigt wird, insbesondere wenn ein Sichtfeld auf den wenigstens einen real sichtbaren Abschnitt der Umgebung gerichtet ist.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Bewegungsanalyse eines Sportgeräts
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bewegungsanalyse eines Sportgeräts einer Ballsportart, insbesondere eines Schlägers, vorzugsweise eines Golfschlägers, oder eines Balls, vorzugsweise eines Golfballs.
Obschon die Erfindung bei einer Vielzahl von Sportarten zur Analyse des Bewegungsablaufs eingesetzt werden kann, ist sie in Bezug auf das Golfspiel aufgrund der Komplexität des dortigen Bewegungsablaufs als Trainingshilfe besonders geeignet. Insbesondere das Putten stellt hohe feinmotorische Anforderungen an den Golfspieler, weshalb dieses sich zur Darstellung der Erfindung besonders gut eignet und im Folgenden als beispielhafter Bewegungsablauf herangezogen wird, der analysiert werden soll.
Beim Training des Puttens wird das Hauptaugenmerk normalerweise auf die Schlagtechnik, also die motorischen Aspekte der Bewegung und deren statistischen Auswertung, gelegt. Mit bloßem Auge ist die Bewegungsdynamik beim Putten wegen der Ausführungsgeschwindigkeit und hoher Genauigkeitsanforderungen kaum zu erfassen. Auch mit herkömmlichen Analysemethoden wie der Bioanalyse mittels einer Videoaufnahme des Golfspielers beim Putten sind aus methodischen Gründen die dynamischen Aspekte der Puttbewegung nur ungenügend und mit großem Aufwand analysierbar.
Entsprechend wird das Training des Puttens oftmals stark vernachlässigt oder führt zu unbefriedigenden Ergebnissen, obwohl, gemessen an der Schlagzahl auf einer durchschnittlichen Golfrunde, das Putten etwas mehr als 40% des Golfspiels ausmacht.
Beim Erlernen von verlangsamten Bewegungen wie dem Putten werden oftmals unbemerkt auch systematische Bewegungsfehler mitgelernt. Schnelle ballistische Bewegun- gen werden immer rein motorisch ausgeführt und sind deshalb selbstorganisierend. Im Gegensatz dazu werden verlangsamte Bewegungen immer stark strategiegebunden ausgeführt. Strategische Bewegungsfehler bei verlangsamten Bewegungen wie dem Putten werden oftmals vom Golfspieler selbst nicht bemerkt und auch ein Trainer kann diese Fehler mit bloßem Auge nur schwer erkennen. Paradoxerweise können sich diese Bewegungsfehler mit verstärktem Üben immer weiter verschlimmern.
Es ist des Weiteren bekannt, dass der Einsatz von Trainingshilfen einen positiven Effekt auf das Erlernen eines Bewegungsablaufs haben kann, vergleiche hierzu Birgitt Hilse- busch, „Der Einsatz von Trainingshilfen zur Sensibilisierung der Wahrnehmung beim Golfunterricht mit Anfängern", Masterarbeit zum PGA Master Professional.
Die US 2010/0081520 A1 betrifft Systeme und Verfahren zum Bereitstellen von Puttinformationen an einen Golfer. Solche Puttinformationen können eine optimale Balltrajek- torie einschließlich des anfänglichen Targets, des Punktes, an welchem der Ball geschlagen werden soll und der optimalen Kraft, mit welcher der Ball geschlagen werden soll, enthalten.
Die US 8,757,625 B2 offenbart ein Verfahren zum Berechnen und Anzeigen einer Ball- trajektorie und eines Zielpunktmarkers zum Zielen eines geputteten Golfballs von einem Startpunkt auf einem Golfkurs zu einem Zielpunkt auf der Grundlage von vorberechneten Putt-Daten des Putting-Greens. Der Zielpunktmarker wird graphisch auf eine Darstellung des Putting-Greens in einem Zielpunktabstand senkrecht links oder rechts des Zielorts angegeben, wobei der Zielpunktabstand einen Ort auf dem Putting-Green angibt, um einen Putt in der Weise zu zielen, dass ein Golfball sich von einer Startposition in eine gewünschte Zielposition bewegt.
Die EP 1 727 602 B1 betrifft ein Bewegungsanalyseverfahren zum Ermitteln der Position und/oder der Ausrichtung eines Golfschlägers, wobei die Bewegung eines Golfschlägers beim Schlagen mittels eines an einem Golfschläger montierten Positionsgebers erfasst und analysiert wird, ein Positionssignal zwischen dem an dem Golfschläger angebrachten Positionsgeber und einer ortsfest angeordneten Steuereinheit übertragen wird, und die Position und/oder Ausrichtung des Golfschlägers in Abhängigkeit von dem Positionssignal ermittelt wird. Die GB 2 408 805 B betrifft ein elektromagnetisches Trackingsystem, welches einen Funktransmitter einsetzt.
Die US 6,625,299 B1 betrifft ein Trackingsystem zum Bestimmen der relativen Position zwischen einem Sensor und einer Objektoberfläche, welche einen Sensor zum Bestimmen eines Musters von Markern auf der Objektoberfläche aufweist.
Die US 2015/0343292 A1 betrifft eine Golf-Hilfe zum Vermitteln von Golf-bezogenen Informationen mittels eines Head-Up-Displays.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Bewegungsanalyse eines Sportgeräts als Trainingshilfe bereitzustellen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, einem Benutzer ein Simultanfeedback der Bewegung des Sportgeräts bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch Verfahren der Ansprüche 1 und 3 sowie durch Systeme der Ansprüche 26 und 29 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen werden in den Unteransprüchen beansprucht.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bewegungsanalyse eines Sportgeräts einer Ballsportart, insbesondere eines Schlägers, insbesondere eines Golfschlägers oder eines Balls, vorzugsweise Golfballs, welches vorzugsweise folgende Arbeitsschritte aufweist:
Erfassen einer Startposition eines Balls der Ballsportart, insbesondere einer Abschlagposition, in einem Bezugsystem;
Erfassen einer definierten Zielposition für den Ball, insbesondere eines Golflochs, in dem Bezugssystem;
Erfassen von wenigstens einem Umgebungsparameter in dem Bezugssystem, insbesondere einem Topographieparameter, welcher eine Umgebung, insbesondere ein Spielfeld, in einem Bereich zwischen der Startposition und der Zielposition wenigstens teilweise charakterisiert;
Berechnen einer idealen Trajektorie des Sportgeräts in Abhängigkeit der Startposition des Balls, der Zielposition des Balls und des wenigstens einen Umgebungsparameters unter Ausnutzung des Bezugssystems; Erstellen eines ersten virtuellen Trajektorienmodells des Sportgeräts in wenigstens einem Abschnitt der Umgebung auf der Grundlage der idealen Trajektorie des Sportgeräts;
Erfassen einer Position und/oder einer Ausrichtung, insbesondere kontinuierlich, einer Anzeigeeinrichtung, insbesondere eines Head-Mounted-Displays, in dem Bezugssystem;
Berechnen eines Sichtfeldes durch die Anzeigeeinrichtung in dem Bezugssystem; und
Wiedergeben des ersten virtuellen Trajektorienmodells in der Anzeigeeinrichtung in der Weise, dass das erste Trajektorienmodell als eine erste Linie in der Anzeigeeinrichtung in Überlagerung mit wenigstens einem, insbesondere real sichtbaren, Teil des Abschnitts der Umgebung angezeigt wird, wenn das Sichtfeld auf den wenigstens einen real sichtbaren Abschnitts der Umgebung gerichtet ist.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Bewegungsanalyse eines Sportgeräts einer Ballsportart, insbesondere eines Schlägers, vorzugsweise Golfschlägers, oder eines Balls, vorzugsweise Golfballs, welches vorzugsweise folgende Arbeitsschritte aufweist:
Erfassen einer Startposition eines Balls der Ballsportart, insbesondere einer Abschlagposition, in einem Bezugssystem;
Erfassen einer definierten Zielposition für den Ball, insbesondere eines Golflochs, in dem Bezugssystem;
Erfassen von wenigstens einem Umgebungsparameter in dem Bezugssystem, insbesondere einem Topographieparameter, welcher eine Umgebung, insbesondere ein Spielfeld, in einem Bereich zwischen der Startposition und der Zielposition wenigstens teilweise charakterisiert;
Berechnen einer idealen Trajektorie des Sportgeräts in Abhängigkeit der Startposition des Balls, der Zielposition des Balls und des wenigstens einen Umgebungsparameters unter Ausnutzung des Bezugssystems;
Erstellen eines ersten virtuellen Trajektorienmodells des Sportgeräts in wenigstens einem Abschnitt der Umgebung auf der Grundlage der idealen Trajektorie des Sportgeräts; und
- Wiedergeben des ersten virtuellen Trajektorienmodells in der Weise, dass dieses als eine erste Linie in die Umgebung projiziert wird. Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein System zur Bewegungsanalyse eines Sportgeräts einer Ballsportart, insbesondere eines Schlägers, vorzugsweise Golfschlägers, oder eines Balls, vorzugsweise Golfballs, welches eine Bildanzeigeeinrichtung, insbesondere ein Head-Mounted-Display, eingerichtet zum Erzeugen einer erweiterten Realität und ein Trackingmodul, eingerichtet zum Erfassen einer Startposition eines Balls der Ballsportart und einer definierten Zielposition für den Ball, insbesondere eines Golflochs, in dem Bezugssystem und zum Erfassen einer Position und/oder einer Ausrichtung des Head-Mounted-Displays in dem Bezugssystem aufweist. Weiter weist das System vorzugsweise eine Datenschnittstelle oder eine Scanvorrichtung, eingerichtet zum Erfassen von wenigstens einem Umgebungsparameter in dem Bezugssystem, insbesondere ein Topographieparameter, welcher eine Umgebung, insbesondere ein Spielfeld, in einem Bereich zwischen der Startposition und der Zielposition, wenigstens teilweise charakterisiert, auf. Des Weiteren weist das System vorzugsweise eine Recheneinheit, eingerichtet zum Berechnen einer idealen Trajektorie des Sportgeräts in Abhängigkeit der Startposition des Balls, der Zielposition des Balls und des wenigstens einen Umgebungsparameters unter Ausnutzung des Bezugssystems und zum Erstellen eines ersten virtuellen Trajektorienmodells des Sportgeräts in wenigstens einem Abschnitt der Umgebung auf der Grundlage der idealen Trajektorie des Sportgeräts und zum Berechnen eines Sichtfelds durch die Anzeigeneinrichtung in dem Bezugssystem, auf. Die Anzeigeeinrichtung ist hierbei vorzugsweise in der Weise eingerichtet, um das erste virtuelle Trajektorien- modell als eine erste Linie in Überlagerung mit wenigstens einem, insbesondere real sichtbaren, Teil des Abschnitts der Umgebung anzuzeigen, insbesondere wenn das Sichtfeld auf den wenigstens einen Teil des Abschnitts der Umgebung gerichtet ist.
Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft ein System zur Bewegungsanalyse eines Sportgeräts einer Ballsportart, insbesondere eines Schlägers, vorzugsweise Golfschlägers, oder eines Balls, vorzugsweise Golfballs, welches eine Benutzerschnittstelle, eingerichtet zum Erfassen einer Startposition eines Balls der Ballsportart in einem Bezugssystem, insbesondere durch eine Eingabe eines Benutzers, aufweist. Des Weiteren weist das System einen Projektor, eingerichtet zum Erzeugen von Projektionen wenigstens auf einem Spielfeld, und eine Datenschnittstelle oder Scanvorrichtung, eingerichtet zum Erfassen der Position des Projektors, einer definierten Zielposition für den Ball, insbesondere eines Golflochs, und von wenigstens einem Umgebungsparameter in dem Bezugssystem, insbesondere ein Topographieparameter, welcher das Spielfeld in einem Bereich zwischen der Startposition und der Zielposition wenigstens teilweise charakterisiert, auf. Weiter vorzugsweise weist das System eine Recheneinheit, eingerichtet zum Berechnen einer idealen Trajektorie des Sportgeräts in Abhängigkeit der Startposition des Balls, der Zielposition des Balls und des wenigstens einen Umgebungsparameters unter Ausnutzung des Bezugssystems und zum Erstellen eines ersten virtuellen Trajektorien- modells des Sportgeräts und wenigstens einen Abschnitt der Umgebung auf der Grundlage der idealen Trajektorie des Balls, auf. Der Projektor ist vorzugsweise des Weiteren eingerichtet, die Startposition des Balls und das erste virtuelle Trajektorienmodell als erste Linie auf das Spielfeld zu projizieren.
Im Weiteren werden vorteilhafte Ausgestaltungen der Verfahren des ersten und des zweiten Aspekts der Erfindung beschrieben, die jeweils mit einander kombiniert werden können, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen ist.
Erfassen im Sinne der Erfindung ist ein Einlesen von Daten im weitesten Sinne. Dies umfasst sowohl ein Einlesen über eine Datenschnittstelle einer Datenverarbeitungsanlage, also von bereits vorhandenen Daten und ggf. zwischen gespeicherten Daten, als auch ein Messen bzw. Aufnehmen von Informationen, welche in entsprechende Daten umgewandelt werden, beispielsweise mittels einer Scanvorrichtung, insbesondere einem 3D-Scanner, oder einem Trackingmodul, welches eine optische Bestimmung von Informationen ermöglicht. Erfassen bedeutet insbesondere auch Bereitstellen von Daten, beispielsweise wenn in einem System auf Daten zurückgegriffen wird, die in einer Speichereinrichtung abgelegt sind.
Ein Umgebungsparameter im Sinne der Erfindung ist ein Parameter, welcher die Umgebung bzw. die Umwelt charakterisiert. Insbesondere kann ein Umgebungsparameter ein Topographieparameter sein, welcher die Topographie einer Umgebung kennzeichnet. Weitere, nicht beschränkende, Bespiele für Umgebungsparameter sind Wind bzw. eine Luftströmung, Tau, Wasser, eine Wasserströmung, Zentrifugal- bzw. Zentripetalkräfte, eine Grüngeschwindigkeit, eine Witterung, etc. Werte eines Umgebungsparameters können dem erfindungsgemäßen System und Verfahren insbesondere als Datensatz bereitgestellt werden, welcher eingelesen wird. Vorzugsweise können Werte des Umgebungsparameters durch das erfindungsgemäße System und Verfahren eigenständig erfasst, insbesondere gemessen oder identifiziert werden. Die Werte eines Topographieparameters bilden vorzugsweise eine Datenmatrix, in welcher zu jeder Position ein Wert hinterlegt ist. Weiter vorzugsweise bilden die Werte des Topographieparameters ein sogenanntes 3D-Gitternetz.
Berechnen im Sinne der Erfindung ist ein Ableiten einer Information aus erfassten Informationen und ggf. weiterer Information oder Randbedingungen, insbesondere eine Auswertung von Informationen.
Eine Anzeigeeinrichtung im Sinne der Erfindung dient zur visuellen Wiedergabe von Informationen.
Virtuell im Sinne der Erfindung bedeutet nicht echt, nicht in Wirklichkeit vorhanden.
Real im Sinne der Erfindung bedeutet wirklich, insbesondere physisch vorhanden.
Eine Benutzerschnittstelle im Sinne der Erfindung ist jede Art von Schnittstelle, mit der ein Benutzer mit einer Datenverarbeitungsanlage kommunizieren bzw. interagieren kann. Vorzugsweise ist eine Benutzerschnittstelle ein berührungsempfindlicher Bildschirm, eine Maus, eine Tastatur, ein Trackpad, eine Gestensteuerungseinrichtung, insbesondere mittels Gesten eines Sportgeräts, etc.
Eine Datenschnittstelle im Sinne der Erfindung dient zum Erfassen bzw. Einlesen von Daten in eine Datenverarbeitungsanlage.
Eine Scanvorrichtung im Sinne der Erfindung ist ein Gerät, das ein Objekt oder eine Umgebung zur Untersuchung, insbesondere mittels Bildverarbeitung, Laser- oder Elektronenstrahl, abtastet und die erhaltenen Messwerte speichert und vorzugsweise weiterverarbeitet.
Eine Recheneinheit im Sinne der Erfindung ist jede Art von Datenverarbeitungseinrichtung, welche insbesondere einen Speicher und einen Prozessor aufweist.
Ein Trackingmodul im Sinne der Erfindung ist ein Modul, das eine Position, eine Orientierung und/oder eine Entfernung eines Objekts von einem Referenzpunkt misst. Das Messen kann hierbei anhand optischer, Funk-, Ultraschall-, Infrarotmessungen oder ähnli- eher Messverfahren erfolgen. Das Trackingmodul ist als Hardware oder als Software einer bestehenden Datenverarbeitungsanlage ausgebildet.
Die Erfindung beruht insbesondere auf dem Ansatz, dass ein Spieler während einer Ballführung beziehungsweise während einer Bewegung eines Balls schwer oder gar nicht durch seine visuelle Wahrnehmung einschätzen kann, ob die ausgeführte Ballführung zu einer gewünschten Bewegung des Balls führt oder führen wird und welche Abweichung ein Ball in seiner Bewegung von seiner idealen Bewegungsbahn (Trajektorie) nimmt.
Insbesondere ist es nicht möglich, dass ein Anfänger aus einem intrinsischen visuellen Feedback der Trajektorie eines Sportgeräts durch seine visuellen sensomotorischen Information über seine Augen Fehler in der Bewegung erkennen kann, da ein Anfänger die ideale Bewegung des Sportgeräts, welche zu einer noch nicht gelernten Eigenbewegung gehört, nicht identifizieren kann.
Die Erfindung umfasst deshalb die technische Lehre, auf der Grundlage von Daten einer Startposition und einer Zielposition eines Balls und der Umgebung eine ideale Trajektorie des Balls und ggf. darauf aufbauend eine ideale Trajektorie eines Schlägers zu berechnen. Diese ideale Bewegung durch einen Spieler bzw. Benutzer in Überlagerung mit der idealen Bewegung des Balls und/oder des Schlägers wird in der Weise dargestellt, dass der Spieler bzw. Benutzer die ideale Bewegung und die reale Bewegung aus seiner Spielposition wahrnehmen kann.
Ein solches extrinsisches, erweitertes visuelles Feedback bietet Zusatzinformation zur Bewegungsanalyse und hilft Anfängern als auch erfahrenen Spielern, durch Bezug zu ihrem eigenen intrinsischen Feedback, das heißt ihren sensorischen Eigeninformationen, ihre Wahrnehmung der Bewegung des Sportgeräts zu verbessern. Als extrinsisches Feedback werden hierbei ergänzende Fremdinformationen bezeichnet, wie sie an einen Spieler von außen durch Hilfsmittel, insbesondere mittels visueller Information, herangetragen werden können. Vorzugsweise kann des Weiteren ein haptisches Feedback vorgesehen sein.
Insbesondere können mit der Erfindung verlaufsbezogene Kenntnisse über die Bewegung der Sportgeräte gewonnen werden, welche für die Trainingspraxis nützlich sind. Insbesondere kann mittels der Erfindung ein simultanes Feedback gleichzeitig zur Bewegungsausführung gegeben werden, indem die ideale Trajektorie des Balls und/oder des Schlägers synchron zur realen Bewegung des Balls und/oder Schlägers wiedergegeben werden.
Bestehende extrinsische Feedbacksysteme, wie die Videoanalyse, können dies nicht leisten, da der Spieler zwar eine tatsächliche Bewegung des Balls und/oder Schlägers in Bezug auf seinen eigenen Bewegungsablauf nachträglich ansehen kann, hierbei allerdings keinen Bezug mehr zu seiner Wahrnehmung während der Ausführung herstellen kann. Gerade eine Verbesserung des intrinsischen Feedbacks bei Anfängern ist daher durch die Systeme des Stands der Technik nicht möglich.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung weist dieses des Weiteren vorzugsweise die folgenden Arbeitsschritte auf:
Erfassen einer Position und/oder einer Ausrichtung des Sportgeräts in dem Bezugssystem wenigstens während eines Zeitraums einer Bewegung des Sportgeräts; Erstellen eines zweiten virtuellen Trajektorienmodells des Sportgeräts in wenigstens einem Abschnitt der Umgebung auf der Grundlage einer tatsächlichen Trajektorie des Sportgeräts; und
Wiedergeben des zweiten virtuellen Trajektorienmodells in der Anzeigeeinrichtung in der Weise, dass das zweite virtuelle Trajektorienmodell als eine zweite Linie in der Anzeigeeinrichtung als Überlagerung mit dem wenigstens einem Teil des Abschnitts der Umgebung der ersten Linie angezeigt wird, insbesondere wenn das Sichtfeld auf dem wenigstens einen real sichtbaren Abschnitt der Umgebung gerichtet ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung weist dieses des Weiteren vorzugsweise die folgenden Arbeitsschritte auf:
Erfassen einer Position und/oder einer Ausrichtung des Sportgeräts in dem Bezugssystem wenigstens während eines Zeitraums einer Bewegung des Sportgeräts; Erstellen eines zweiten virtuellen Trajektorienmodells des Sportgeräts in dem wenigstens einem Abschnitt der Umgebung auf der Grundlage einer tatsächlichen Trajektorie des Sportgeräts; und - Wiedergeben des zweiten virtuellen Trajektorienmodells als zweite Linie in der Umgebung.
Mittels dieser vorteilhaften Ausgestaltungen kann dem Benutzer nicht nur die ideale Trajektohe im Verhältnis zu der realen Position des Schlägers dargestellt werden, sondern zusätzlich eine reale Trajektohe des Balls oder des Schlägers. Der Benutzer bzw. Spieler kann mithin Abweichungen über den Gesamtbewegungsablauf des Sportgeräts wahrnehmen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird beim Erstellen des ersten und/oder zweiten virtuellen Trajektorienmodells zusätzlich eine Ausrichtung des Projektors berücksichtigt, wobei zur Bestimmung der Ausrichtung des Projektors eine reale Position des wenigstens einen Objekts mit bekannter Position mit der projizierten Position des wenigstens einen Objekts abgeglichen wird und/oder eine reale Position des wenigstens einen Objekts erfasst wird und mit einer Position in dem Bezugssystem abgeglichen wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird beim Erstellen des ersten und/oder zweiten virtuellen Trajektorienmodells zusätzlich wenigstens ein intrinsischer Projektorparameter, insbesondere eine Projektionsmatrix des Projektors (8), berücksichtigt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Berechnung der idealen Trajektohe eines Schlägers die ideale Trajektohe des Balls herangezogen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens stellt das erste Trajektorienmodell die ideale Trajektohe des Balls und/oder eine theoretische Trajektohe in einer ebenen Topgraphie mit der Startrichtung der idealen Trajektohe dar. Insbesondere mittels der theoretischen Trajektohe lässt sich einem Benutzer bzw. Spieler, insbesondere beim Golf, vermitteln, wie ein Ball ohne die Komplikationen des topographischen Verlaufs des Putting-Grüns bzw. des Golfplatzes zu schlagen wäre. Diese Information lässt sich von dem Benutzer bzw. Spieler leichter in eine Einschätzung einer auszuführenden Schlägerbewegung umwandeln. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise des Weiteren den Arbeitsschritt des Berechnens eines ersten virtuellen zeitlichen Verlaufs einer Position des Sportgeräts in dem ersten virtuellen Trajektorien- modell in Abhängigkeit der Startposition, der Zielposition und des wenigstens einen Umgebungsparameter unter Ausnutzung des Bezugssystems auf, wobei der erste virtuelle zeitliche Verlauf der Position des Sportgeräts beim Wiedergeben des ersten virtuellen Trajektorienmodells angezeigt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise des Weiteren den Arbeitsschritt des Berechnens eines zweiten virtuellen zeitlichen Verlaufs einer Position des Sportgeräts in dem zweiten virtuellen Trajektorien- modell auf der Grundlage der tatsächlichen Trajektohe des Sportgeräts auf, wobei der zweite virtuelle zeitliche Verlauf der Position des Sportgeräts beim Wiedergeben des zweiten virtuellen Trajektorienmodells angezeigt wird. Durch das Anzeigen der Position des Sportgeräts im zeitlichen Verlauf, insbesondere des zeitlichen Verlaufs auf der idealen Trajektohe im Vergleich zu der tatsächlichen Position des Balls, werden dem Spieler bzw. Benutzer weitere, wichtige Informationen über die Qualität seiner Ballführung gegeben. Insbesondere erhält der Benutzer bzw. Spieler eine Information über die Stärke seines Schlags sowie eventuelle Spin-Effekte und/oder die Verteilung zwischen Flugbahn und Rollbahn.
Vorzugsweise wird eine Anzeige des zeitlichen Verlaufs der idealen Trajektohe periodisch wiederholt. Hierdurch kann sich eine Bewegung des Sportgeräts bei einem Benutzer einprägen. Insbesondere kann hierbei vorgesehen sein, dass ein Spiel-Rhythmus des Benutzers bei der Ausführung des Verfahrens individualisiert werden kann. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass der zeitliche Verlauf durch eine Audioausgabe verdeutlicht wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der erste virtuelle zeitliche Verlauf in Bezug auf einen Schlagzeitpunkt des Balls mit dem realen zeitlichen Verlauf und/oder dem zweiten virtuellen zeitlichen Verlauf synchronisiert. Über diese Synchronisation am Schlagzeitpunkt lässt sich ein direkter Vergleich zwischen dem idealen zeitlichen Verlauf eines Balls und dem realen zeitlichen Verlauf eines Balls herstellen. Unterschiede in der vorhergehenden Schlägerbewegung, bei- spielsweise beim Ausholen oder der Beschleunigung des Schlägers, können daher unberücksichtigt bleiben.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Anzeigen des ersten virtuellen zeitlichen Verlaufs und/oder eines zweiten virtuellen Verlaufs durch ein Aufbauen der ersten Linie bzw. der zweiten Linie und/oder durch eine Kennzeichnung, insbesondere eine schematische Abbildung des Sportgeräts.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird beim Wiedergeben zusätzlich eine definierte Position für einen Spieler, insbesondere wenigstens eine dritte Linie angezeigt. Mittels der Stehposition wird insbesondere unerfahrenen Anfängern, insbesondere beim Golfen, ermöglicht, die Voraussetzung für eine gute Schlägerbewegung und damit auch eine gute Ballbewegung zu schaffen. Insbesondere hängt die definierte Stehposition von der Größe des Spielers und/oder der Art bzw. Länge des Schlägers ab.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dieses jeweils für den Schläger als erstes Sportgerät und den Ball als zweites Sportgerät, insbesondere parallel, ausgeführt. Hierdurch ist eine Analyse der Bewegung des Balls und eines Schlägers bei einer einzigen Ballführungsaktion möglich.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in dem ersten virtuellen Trajektorienmodell und/oder dem zweiten virtuellen Trajektorien- modell für einen Schläger zusätzlich eine Ausrichtung des Schlägers berücksichtigt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird beim Wiedergeben, insbesondere vor dem Schlagzeitpunkt, ein Abweichen der Position und/oder Ausrichtung des Schlägers von der idealen Trajektorie, insbesondere mittels eines Pfeils, dargestellt.
Mittels dieser vorteilhaften Ausgestaltung lässt sich nicht nur das Timing der Schlägerbewegung, sondern auch die Ausrichtung des Schlägers während der Schlägerbewegung analysieren. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Verfahren des Weiteren die folgenden Arbeitsschritte auf:
Erfassen einer Position und/oder einer Ausrichtung des Sportgeräts in dem Bezugssystem wenigstens während eines Zeitraums einer Bewegung des Sportgeräts;
Aufzeichnen einer tatsächlichen Trajektorie des Sportgeräts auf der Grundlage der er- fassten Daten; und
Vergleichen einer tatsächlichen Trajektorie mit der berechneten Trajektorie;
wobei das erste und/oder zweite virtuelle Trajektorienmodell zusätzlich vom Grad an Übereinstimmung zwischen der tatsächlichen Trajektorie und der berechneten Trajektorie abhängt, welcher beim Vergleichen festgestellt wird.
Hierdurch kann ein struktureller Fehler bzw. ein Fehlverhalten des Spielers in der Weise ausgeglichen werden, dass der Spieler letztendlich die gewünschte Bewegung ausführt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Verfahren des Weiteren die folgenden Arbeitsschritte auf:
Erfassen einer Position und/oder einer Ausrichtung des Sportgeräts in dem Bezugssystem wenigstens während eines Zeitraums einer Bewegung des Sportgeräts;
Aufzeichnen einer tatsächlichen Trajektorie des Sportgeräts auf der Grundlage der er- fassten Daten; und
Vergleichen einer tatsächlichen Trajektorie mit der berechneten Trajektorie; und
Anpassen einer Trainingsmethode auf der Grundlage eines Grads an Übereinstimmung zwischen der tatsächlichen Trajektorie und der berechneten Trajektorie, welcher beim Vergleichen festgestellt wird.
Eine Trainingsmethode im Sinne der Erfindung ist ein Vorgeben einer definierten Trainingsumgebung und/oder einer vordefinierten Sequenz von Trainingsübungen.
Durch diese vorteilhafte Ausgestaltung können Fehler bzw. ein Fehlverhalten des Spielers bei einer Bewegung des Sportgeräts gezielt abtrainiert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der wenigstens eine Umgebungsparameter mittels einer Scanvorrichtung, insbesondere mittels eines Sensors, vorzugsweise mittels einer Kamera eines Head-Mounted- Displays, messtechnisch erfasst und/oder aus einem anderen messtechnisch erfassten Parameter bestimmt.
Vorzugsweise wird durch ein Tracking-Modul und/oder eine Scanvorrichtung des Head- Mounted-Displays eine Umgebung optisch erfasst und daraus der Umgebungsparameter, insbesondere der Topographieparameter bestimmt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der wenigstens eine Umgebungsparameter, insbesondere der Topographieparameter, auf der Grundlage einer Positionsbestimmung eines einzigen Objekts, insbesondere des Balls, aus zwei unterschiedlichen Perspektiven, wenigstens im Umfeld des Objekts korrigiert.
Hierdurch können Fehler korrigiert werden, welche durch das Berechnen der Umgebung auf der Grundlage weniger Messpunkte entstehen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Verfahren des Weiteren die folgenden Arbeitsschritte auf:
Erfassen einer Position des Balls in dem Bezugssystem wenigstens während eines Zeitraums einer Bewegung des Balls;
Aufzeichnen einer tatsächlichen Trajektohe des Balls auf der Grundlage der erfassten Daten; und
Korrigieren des wenigstens einen Umgebungsparameters auf der Grundlage der tatsächlichen Trajektohe.
Hierdurch kann der mindestens eine Umgebungsparameter identifiziert bzw. bestimmt werden und/oder die Qualität des Umgebungsparameters kontinuierlich verbessert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung vorzugsweise die folgenden Arbeitsschritte auf: Filmen des Sichtfelds; und
Wiedergeben des gefilmten sichtbaren Teils des Abschnitts der Umgebung. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das erste virtuelle Trajektorienmodell und der momentan sichtbare Teil des Abschnitts der Umgebung auf einem einzigen Bildschirm einer Anzeigeeinrichtung angezeigt werden sollen, wie beispielsweise auf einem Tablet-Computer.
In Bezug auf die Verfahren des ersten und des zweiten Aspekts der Erfindung und deren vorteilhafte Ausgestaltungen beschriebenen Merkmale und Vorteile gelten entsprechend auch für die Vorrichtungen des dritten und des vierten Aspekts der Erfindung und deren vorteilhafte Ausgestaltungen entsprechend und umgekehrt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Systems gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung führt das Trackingmodul Inside-Out-Tracking ausgehend von der Anzeigeeinrichtung aus und das System weist vorzugsweise des Weiteren wenigstens einen Marker auf, welcher eingerichtet ist, um als Referenzpunkt für das Inside-Out-Tracking in der Umgebung aufgestellt zu werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Systems gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung wendet das Trackingmodul ein Outside-In-Tracking-Verfahren an und das System weist eine Peileinheit auf, welche eingerichtet ist, um in der Umgebung aufgestellt zu werden. In dieser Ausführungsform kann auf Marker in der Umgebung verzichtet werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Systems gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung weist die Anzeigeeinrichtung des Weiteren eine Kamera auf, und das Trackingmodul setzt wenigstens optisches Tracking ein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist das Trackingmodul des Weiteren eingerichtet, um eine tatsächliche Position des Sportgeräts zu bestimmen und/oder das System weist des Weiteren eine Funkortungseinrichtung auf, um eine tatsächliche Position und/oder tatsächliche Trajektorie des Sportgeräts zu bestimmen, und der Projektor oder die Anzeigeeinrichtung ist des Weiteren vorzugsweise eingerichtet, die reale Position und/oder die reale Trajektorie des Sportgeräts anzuzeigen. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems weist die Anzeigeeinrichtung des Weiteren wenigstens einen Beschleunigungssensor und einen Gyrosensor auf, um Bewegung in sechs Freiheitsgraden zu messen und wobei die Recheneinrichtung des Weiteren eingerichtet ist, die Position und/oder Ausrichtung der Anzeigeeinrichtung ausgehend von einer mit dem Tracker bestimmten Position und/oder Ausrichtung der Anzeigeeinrichtung durch Koppeln zu ermitteln.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigen wenigstens teilweise:
Figur 1 eine erste Ausführungsform des Systems gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung;
Figur 2 eine zweite Ausführungsform des Systems gemäß dem vierten Aspekt der
Erfindung;
Figur 3 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anzeigeeinrichtung;
Figur 4 eine dritte Ausführungsform des Systems gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung;
Figur 5 eine Darstellung eines ersten möglichen Sichtfelds eines Benutzers;
Figur 6 eine Darstellung eines zweiten möglichen Sichtfelds eines Benutzers;
Figur 7 eine Darstellung eines dritten möglichen Sichtfelds eines Benutzers;
Figur 8 eine weitere Darstellung des zweiten möglichen Sichtfelds des Benutzers;
Figur 9 eine weitere Darstellung des zweiten möglichen Sichtfelds des Benutzers;
Figur 10 ein Blockdiagramm eines Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung; und Figur 11 ein Blockdiagramm eines Verfahrens gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung.
Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform des Systems 1 gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung.
Das erfindungsgemäße System 1 und das erfindungsgemäße Verfahren 100, 200 werden im Folgenden anhand des Golfspielens als Ballsportart erläutert. Dies ist jedoch nicht beschränkend und die Erfindung kann auch bei anderen Ballsportarten, mit oder ohne Schläger, zum Einsatz kommen.
Das System 1 weist ein Head-Mounted-Display 17, im vorliegenden Fall eine Datenbrille sowie einen Marker 20a für eine Zielposition 12, im vorliegenden Fall ein Golfloch, auf. Das Golfloch 12 soll durch einen Golfball 5, der von einem Benutzer 7, in diesem Fall einem Golfspieler, mit einem Golfschläger 3 geschlagen wird, erreicht werden.
Des Weiteren weist das System 1 Marker 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g, 20h, 20i auf, welche um ein Spielfeld 9, welches die Umgebung bildet, im vorliegenden Fall ein Putting- Grün, angeordnet sind.
Die Datenbrille 17 wird von dem Benutzer 7 getragen (auch wenn dies aus darstellungstechnischen Gründen in Fig. 1 abweichend gezeigt ist). Eine Ausführungsform dieser Datenbrille 17 wird in Fig. 3 gezeigt. Diese weist außer den für eine Brille typischen Elementen eine Recheneinheit 13 mit einem Trackingmodul 18 auf. Die Datenbrille 17 weist des Weiteren eine Kamera 28, einen Beschleunigungssensor 23, einen Gyrosensor 24 und eine Datenschnittstelle 10, insbesondere eine Funkschnittstelle, auf. Im Weiteren erläuterte Tracking-Verfahren werden vorzugsweise über ein Trackingmodul 18 der Recheneinheit 13 ausgeführt. Daten können vorzugsweise über eine Datenschnittstelle 10 des Systems 1 beziehungsweise der Datenbrille 17 erfasst werden.
Bei der in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems kommt ein sogenanntes Inside-Out-Tracking zum Einsatz. Hierbei wird eine Position und/oder eine Ausrichtung der Datenbrille 17 in einem Bezugssystem 6 kontinuierlich erfasst 106. Das Bezugssystem 6 wird hierbei durch das System 1 vorgegeben. Die Datenbrille 17 nimmt, je nach Ausrichtung und Position, mit der Kamera 28 verschiedene Marker 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g, 20h, 20i wahr. Die absolute Position dieser Marker ist dem System 1 bekannt und wurde beispielsweise über die Datenschnittstelle 10 in das System 1 eingepflegt. Zur Kennzeichnung weisen die einzelnen Marker 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g, 20h, 20i einen QR-Code oder eine ähnliche Identifizierung auf, welcher durch die Anzeigeeinrichtung 17 erkannt wird und jeden einzelnen Marker 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g, 20h, 20i eindeutig identifiziert. Ausgehend von der Kenntnis, welcher Marker sich im Sichtfeld 19 der Datenbrille 17 befindet und aus dem Abstand zu den jeweiligen Markern 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g, 20h, 20i, welchen die Datenbrille 17 aus der Größe des jeweiligen Markers 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g, 20h, 20i oder aus der Größe des jeweiligen QR-Codes herleiten kann, berechnet die Datenbrille 17 ihre absolute Position auf dem Putting-Grün 9.
Wurde die absolute Position der Datenbrille 17, welche der relativen Position der Datenbrille 17 in Bezug auf die Marker 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g, 20h, 20i entspricht, festgestellt 101 , so wird vorzugsweise in einem nächsten Schritt ein Sichtfeld 19 (nicht in Fig. 1 dargestellt) der Anzeigeeinrichtung 17 in dem Bezugssystem 6 berechnet 102. Das Sichtfeld 19 entspricht hierbei insbesondere einem Ausschnitt der Umgebung, welchen ein Benutzer 7 durch die Datenbrille 17 sehen kann.
Ist die absolute Position und/oder Ausrichtung der Datenbrille 17 einmal festgestellt, so kann die Position und/oder Ausrichtung im Folgenden wenigstens über einen gewissen Zeitraum erfasst werden, indem die Recheneinrichtung 13 eine neue Position und/oder eine neue Ausrichtung anhand eines optischen Trackingverfahrens und/oder von Messungen eines Beschleunigungssensors 23 und/oder eines Gyrosensors 24 periodisch neu berechnet. Hierbei kommt ein sogenanntes Koppeln, ausgehend von der ursprünglich von dem Trackingmodul 18 bestimmten Position und/oder Ausrichtung, zum Einsatz.
Ausgehend von der absoluten Position und Ausrichtung der Datenbrille 17, können diese Positionsbestimmungen von Objekten auf dem Putting-Grün 9 ebenfalls mittels des Insi- de-Out-Trackings gemacht werden. Erfindungsgemäß wird hierzu insbesondere die Abschlagposition 5 und die Golflochposition 12, welche die erfindungsgemäße Startposition und Zielposition darstellen, von der Kamera 28 gefilmt und mittels bekannter Bildverarbeitungsprozesse in einer gefilmten Videofolge identifiziert. Auf der Grundlage der Stellung des Abschlags 5 und des Golflochs 12 in den Videobildern und der bekannten Position und Ausrichtung der Datenbrille 17 in dem Bezugssystem 6 kann auch die Position des Abschlags 5 und des Golflochs 12 festgestellt werden 103, 104. Dies kann vorzugsweise parallel in einem einzigen Arbeitsschritt geschehen, in der Realität werden hierfür aber zeitlich nacheinander folgende Arbeitsschritte nötig sein, da die Abschlagposition 5 und das Golfloch 12 oftmals von einer einzigen Position des Benutzers 7 nicht gleichzeitig eingesehen werden können.
Aufgrund der schlechten Erkennbarkeit eines Golflochs 12 auf dem Putting-Grün 9, insbesondere aus einer gewissen Distanz, kann vorgesehen sein, dass auch dem Golfloch 12 ein Marker 20a, wie in Fig. 1 dargestellt, zugeordnet wird.
Das im Vorhergeheden beschriebene Verfahren zum Feststellen der Abschlagposition 5 bzw. der Golflochposition 12 kann auch zum Feststellen einer Position und/oder einer Ausrichtung des Golfballs 3 (in Fig. 1 nicht dargestellt) oder des Golfschlägers 2 (in Fig. 1 nicht dargestellt) verwendet werden 1 10. Um die Ausrichtung des Golfschlägers 2 in dem Bezugssystem 6 besser mittels des optischen Inside-Out-Tracking-Verfahrens bestimmen zu können, können auf dem Golfschläger 2 weitere Marker angebracht sein, die ein Identifizieren der Ausrichtung in einer Videofolge erleichtern.
Alternativ oder zusätzlich zu der Positionsbestimmung mittels eines optischen Tracking- Verfahrens kann die Position von Objekten auf dem Putting-Grün 9 auch mittels einer Funkortungseinrichtung 22, welche ebenfalls in Fig. 1 dargestellt ist, bestimmt werden. Hierfür müssen die Objekte, deren Position zu erfassen ist, jedoch mit einer eigenen Sendeeinrichtung oder wenigstens mit einem Signalreflektor ausgestattet sein. Die Position wird insbesondere anhand einer Laufzeitmessung von Funksignalen erfasst 103, 104, 1 10. Insbesondere in Bezug auf das Bestimmen der Position des Balls 3 und/oder der Ausrichtung des Schlägers 2 bietet eine solche Funkortung mittels einer Funkortungseinrichtung 22 den Vorteil, dass die Objekte nicht alle sichtbar sein müssen, um ihre jeweilige Position zu bestimmen. Des Weiteren können schnelle Bewegungen von Objekten, im vorliegenden Fall ebenfalls des Schlägers 2 und des Balls 3, durch eine Funkortung besser nachvollzogen werden.
Des Weiteren werden dem System 1 Umgebungsparameter, welche eine Umgebung im Bereich zwischen dem Abschlag 5 und dem Golfloch 12 charakterisieren, bereitgestellt 105. Dies sind in dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel vorzugsweise die Topographie des Putting-Grüns 9, eine Windrichtung im Bereich des Putting-Grüns 9, eine Graswuchsrichtung und/oder eine Grüngeschwindigkeit zum Abschlagzeitpunkt. Diese Umgebungsparameter können vorzugsweise mit der Hilfe von Messeinrichtungen 1 1 bestimmt werden. Der Topographieparameter, welcher die Topographie charakterisiert, kann beispielsweise mittels eines 3D-Scanners, beispielsweise eines Laserscanners, bestimmt werden, welcher vorzugsweise in das System 1 integriert ist oder mittels eines Time-of-Flight-Sensors, insbesondere mittels Bildverarbeitung, z.B. einem Structure- from-Motion-Verfahren, live gemessen werden.
Vorzugsweise liegen die Werte des Topographieparameters als 3D-Gitternetz (3D-Mesh) vor.
Der Umgebungsparameter, insbesondere der Topographieparameter, kann aber auch aus Datenbanken, welche beispielsweise auf Satellitenaufnahmen basieren, bezogen werden. Die Windgeschwindigkeit und die Witterung können beispielsweise von einer Wetterstation bzw. -datenbank bezogen werden. Die Grüngeschwindigkeit kann beispielsweise mittels eines sogenannten Stimpmeters oder anderer Verfahren, bei dem der Ball aus einer definierten Höhe auf eine Steigung gerollt wird, bestimmt werden. Das Erfassen der Umgebungsparameter 105 kann daher auch als Kalibrierungsphase für das System 1 bezeichnet werden.
Auf der Grundlage der dem System 1 verfügbaren Daten, wie der Topographie des Putting-Grüns 9 und ggf. weiterer Umgebungsparameter sowie der Abschlagposition 5 und der Golflochposition 12 kann eine ideale Trajektohe 15 des Golfballs 3 von der Abschlagposition 5 zu der Golflochposition 12 in dem Bezugssystem 6 berechnet werden 106. Alternativ oder zusätzlich kann anhand der erfassten Daten oder der idealen Trajektohe 15 des Golfballs 3 auch eine ideale Trajektohe 14 des Golfschlägers 2 bzw. des Schlägerkopfes bestimmt werden 106, bei welcher der Golfball 3 in der Weise getroffen wird, dass er ausgehend von der Abschlagposition 5 die Golflochposition 12 erreicht und idealerweise ins Golfloch 12 fällt.
Auf der Grundlage der idealen Trajektohe 14 des Golfschlägers 2 und/oder auf der Grundlage der idealen Trajektohe 15 des Golfballs 3 wird ein erstes virtuelles Trajektori- enmodell des Golfballs 3 und/oder des Golfschlägers 2 erstellt 108. Das Berechnen der idealen Trajektohe 14, 15 sowie das Erstellen des ersten virtuellen Trajektorienmodells wird vorzugsweise durch die Recheneinheit 13 ausgeführt.
Das Berechnen der idealen Trajektohe 14, 15 umfasst insbesondere das Berechnen einzelner Punkte der Trajektohe 14, 15, welche im Falle des Golfballs 3 von der Topographie und gegebenenfalls weiteren Randbedingungen von Umgebungsparametern, im Falle des Golfschlägers 2 vom Drehpunkt, um welchen eine Bewegung mit dem Golfschläger 2 ausgeführt wird, abhängt.
Die ideale Trajektorie 15 des Golfballs 3 kann mittels eines mathematischen Modells, insbesondere einer Differenzialgleichung, eines rollenden Balls 3 auf einer geneigten Oberfläche und numerischer Optimierungsverfahren berechnet werden.
Das Erstellen eines virtuellen Trajektorienmodells 108 umfasst vorzugsweise das Anfertigen eines 3D-Modells der Trajektorie 14, 15, das heißt, die Punkte werden zu einer Linie verbunden, welche eine gewisse Breite erhält. Die Ausrichtung der Linie wird weiter vorzugsweise der Topographie, beispielsweise in ihrer Querneigung, angepasst. Weiter vorzugsweise umfasst das Erstellen ein Erzeugen einer Darstellung der idealen Trajektorie 14, 15 aus einer gewünschten Perspektive, insbesondere der Perspektive der Anzeigeeinrichtung 17 bzw. des Benutzers 7. Dies entspricht im Wesentlichen dem Arbeitsschritt einer Bildsynthese bzw. einem Rendering, wobei ein Bild bzw. eine Szene aus Rohdaten erzeugt wird. Diese Szene ist vorzugsweise ein virtuelles räumliches Modell, das Objekte und deren Materialeigenschaften, Lichtquellen sowie die Position und Blickrichtung eines Betrachters definiert.
Das virtuelle Trajektorienmodell wird, insbesondere über ein Grafikmodul der Recheneinrichtung 13, in der Anzeigeeinrichtung 17 wiedergegeben 109. Dabei wird das virtuelle Trajektorienmodell als eine erste Linie, welche gepunktet oder durchgezogen sein kann, in der Anzeigeeinrichtung 17 in Überlagerung mit einem sichtbaren Abschnitt des Put- ting-Grüns 9 bzw. der weiteren Umgebung angezeigt.
Vorzugsweise kommen für die Berechnung der Trajektorie und für das Erstellen eines virtuellen Trajektorienmodells dabei zwei unterschiedliche 3D-Gitternetze von Werten des Topographieparameters bzw. zwei verschiedene Topographieparameter zum Einsatz:
Für die Berechnung der Trajektorie wird insbesondere ein 3D-Gitternetz benutzt, welches dem System als Datensatz bereitgestellt wird und in einer gesonderten Vermessung der Topographie der Umgebung bestimmt wurde und eine ausreichende Genauigkeit aufweist.
Für das Erstellen eines virtuellen Trajektorienmodells kann hingegen insbesondere ein 3D-Gitternetz benutzt werden, welches optisch beispielsweise mittels einer Trackingein- richtung bestimmt wird. Insbesondere ein solches mittels optischer Verfahren bestimmten 3D-Gitternetz wird vorzugsweise unter Hinzuziehung einer Positionsmessung einzelner Punkte in der näheren Umgebung des Trackingmoduls korrigiert, da zum Teil große Abweichungen von der realen Topographie auftreten können.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann vor bzw. während dem Wiedergeben des ersten virtuellen Trajektorienmodells 109 eine Berechnung eines ersten virtuellen zeitlichen Verlaufs der Position des Golfballs 3 oder des Golfschlägers 2 auf der idealen Trajektorie durchgeführt werden. Dieser zeitliche Verlauf hängt dabei von der Trajektorie, im Wesentlichen auch von der Abschlagposition 5, der Golflochposition 12 und der Topographie sowie gegebenenfalls von weiteren Randbedingungen im Falle eines Golfballs 3 ab. Im Falle des Golfschlägers 2 hängt dieser zeitliche Verlauf der Position im Wesentlichen von dem Drehpunkt, um welchen der Golfschläger 2 geschwungen wird, und der zu erreichenden Impulse an der Abschlagposition 5 ab. Der jeweilige zeitliche Verlauf des Golfschlägers 2 und/oder des Golfballs 3 wird entsprechend beim Erstellen des ersten Trajektorienmodells 107 berücksichtigt und ebenfalls in der Computerbrille 17 wiedergegeben 109.
Ist die Anzeigeeinrichtung 17 eine Datenbrille, wie im Vorhergehenden beschrieben, so wird die Linie zur Darstellung einer Trajektorie 14, 15 vorzugsweise in einem See- Through-Verfahren mit einem real sichtbaren Abschnitt des Putting-Grüns 9 überlagert. In diesem Fall kann die Linie also nur angezeigt werden, wenn das Sichtfeld 19 der Datenbrille 17 auch auf den real sichtbaren Abschnitt der Umgebung gerichtet ist. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform, welche ebenfalls in Fig. 1 dargestellt ist, kann das erste virtuelle Trajektorienmodell auch auf einem Bildschirm eines Tabletcom- puters 17 wiedergegeben werden. Hierbei wird die Linie auf dem Bildschirm mit Videodaten wiedergegeben 109, welche den Abschnitt des Putting-Grüns 9 anzeigen und welche der Tabletcomputer selbst aus seiner Perspektive gefilmt hat 102a.
Die Alternative der Wiedergabe auf einem Tabletcomputer 17 eignet sich insbesondere für einen Trainer 32, welcher in der Nähe eines Golfspielers 7 steht und ebenfalls die Abweichung des geschlagenen Golfballs 3 bzw. der Golfschlägerbewegung von einer jeweiligen idealen Trajektorie 14, 15 betrachten will.
Als Alternative zum Filmen 102a des Sichtfelds eines Tabletcomputers 17 kann durch das Erfassen einer Position und/oder einer Ausrichtung des Golfschlägers 2 oder einer Position des Golfballs 3 in dem Bezugssystem 6, insbesondere während eines Zeitraums einer Bewegung des Golfschlägers 2 oder des Golfballs 3 auch ein zweites virtuelles Trajektorienmodell des Golfschlägers 2 oder des Golfballs 3 in dem Sichtfeld 19 auf der Grundlage einer jeweiligen tatsächlichen Trajektorie 26, 27 erstellt werden 1 1 1. Auch dieses zweite virtuelle Trajektorienmodell kann auf dem Tabletcomputer 17 oder auch in der Datenbrille 17 in Überlagerung mit dem sichtbaren Abschnitt der Umgebung dargestellt werden 1 13. Auch hierbei kann zusätzlich ein zeitlicher Verlauf berechnet 1 12 und angezeigt werden.
Eine ideale Trajektorie 15 eines Balls 3, welche über das erste Trajektorienmodell in der Datenbrille 17 wiedergegeben werden kann, ist in Fig. 1 gestrichelt als gekrümmte Linie gezeigt. Alternativ oder zusätzlich enthält das virtuelle Trajektorienmodell nicht den Verlauf der idealen Trajektorie 15, sondern den Verlauf einer theoretischen Trajektorie 16, welche den theoretischen Weg des Balls 3 in einer ebenen Topographie darstellt, wenn dieser mit der Startrichtung und der Stärke des Impulses für die ideale Trajektorie 15 geschlagen würde. Anhand der theoretischen Trajektorie 16 kann der Golfspieler 7 abschätzen, wie stark und in welche Richtung er den Ball schlagen müsste, wenn das Put- ting-Grün 9 eine ebene Topographie hätte.
Wird zusätzlich die tatsächliche Trajektorie 26, 27 mittels des zweiten virtuellen Trajekto- rienmodells in der Datenbrille bzw. im Tabletcomputer 17 virtuell erzeugt, so ist der Golfspieler 7 bzw. der Trainer 32 nicht mehr darauf angewiesen, das Sichtfeld 19 der Datenbrille bzw. des Tabletcomputers 17 auf den einen sichtbaren Abschnitt des Putting-Grüns 9 zu richten, auf welchem sich der Golfschläger 2 oder der Golfball 3 bewegt. Der Golfspieler 7 und der Trainer 32 können sich die Situation nunmehr aus jeder beliebigen Perspektive anzeigen lassen. Prinzipiell ist es auch ohne das Erstellen eines zweiten virtuellen Trajektorienmodells vorzugsweise möglich, dass sich der Trainer 32 die Situation aus der Perspektive des Golfspielers 7 anzeigen lässt.
In jeder Ausführungsform der Erfindung kann hierbei der reale Golfschläger 2 und der reale Golfball 3 beziehungsweise dessen Bewegung in Echtzeit mit der jeweiligen idealen Trajektohe 14, 15 und gegebenenfalls sogar mit einem virtuellen zeitlichen Verlauf eines virtuellen Golfschlägers und eines virtuellen Balls auf der idealen Trajektohe 14, 15 verglichen werden. Die Synchronisation der beiden Verläufe wird hierbei über den Schlagzeitpunkt des Golfballs 3 erreicht. Dies ist jener Moment, wenn der Golfschläger 2 auf den Golfball 3 trifft oder, in Ballsportarten ohne Schläger, wenn ein Ball 3 den Kontakt mit einem Benutzer 7 verliert.
Der zeitliche Verlauf in dem ersten virtuellen Trajektorienmodell der idealen Trajektohe 14, 15 oder in dem zweiten virtuellen Trajektorienmodell der tatsächlichen Trajektohe 26, 27 kann hierbei insbesondere durch eine schematische Abbildung des jeweiligen Sportgeräts, Golfschläger 2 oder Golfball 3, erfolgen.
Figur 2 zeigt eine zweite Ausführungsform des Systems 1 gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung. Diese zweite Ausführungsform unterscheidet sich im Wesentlichen von der ersten Ausführungsform dadurch, dass die absolute Position und/oder Ausrichtung der Datenbrille bzw. des Tabletcomputers 17 auf dem Putting-Grün 9 nicht durch Inside- Out-Tracking-Verfahren, sondern durch ein Outside-In-Tracking-Verfahren bestimmt wird. Marker 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g, 20h, 20i um das Putting-Grün 9 sind in dieser Ausführungsform nicht mehr nötig.
Hierfür weist das erfindungsgemäße System 1 eine Peileinheit 21 auf, die beispielsweise eine Position und/oder Ausrichtung einer Datenbrille 17 anhand eines Markers 20k er- fasst, welcher auf der Datenbrille 17 angebracht ist. Vorzugsweise sind mehrere Marker 20k an verschiedenen Stellen der Datenbrille 17 vorhanden.
Figur 4 zeigt eine dritte Ausführungsform des Systems 1 gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten und zweiten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass die Position des Golflochs 12 und der Anzeigeeinrichtung, welche in diesem Fall ein Projektor 8 ist, vorgegeben beziehungsweise bekannt sind und aus einer Datenbank über eine Datenschnittstelle 10 in das System eingelesen werden können 202. Alternativ können diese Positionen auch von einem 3D-Scanner 11 bestimmt werden, welcher vorzugsweise in dem Tabletcomputer 17 integriert ist.
Diese Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass, auf der Grundlage des Erfassens eines Umgebungsparameters 203, dem Berechnen einer idealen Trajektorie 204 und gegebenenfalls eines ersten virtuellen zeitlichen Verlaufs einer Position des Golfschlägers 2 und/oder des Golfballs 3 auf der idealen Trajektorie 14, 15 ein erstes virtuelles Trajektorienmodell des Golfschlägers 2 und/oder des Golfballs 3 erstellt wird 206 und dieses als erste Linie direkt auf das Putting-Grün 9 projiziert wird 207.
Die ideale Trajektorie 15 beziehungsweise eine theoretische Trajektorie 16 kann ein Benutzer 7 daher direkt auf dem Putting-Grün 9 wahrnehmen.
Das Erfassen einer Position und/oder Ausrichtung einer Datenbrille bzw. eines Tablet- computers 17 entfallen bei dieser Ausführungsform.
Die Abschlagposition 5 wird vorzugsweise, wenn diese nicht fest vorgegeben ist, über eine Benutzerschnittstelle 4, insbesondere einen berührungsempfindlichen Bildschirm eines Tabletcomputers, erfasst 201 , wobei auf dem berührungsempfindlichen Bildschirm 4 das Putting-Grün 9 angezeigt wird und die Abschlagposition 5 ebenfalls in Abhängigkeit von den Eingaben des Benutzers 7 auf dem berührungsempfindlichen Bildschirm 4 von dem Projektor 8 auf das Putting-Grün 9 projiziert werden.
Die Recheneinrichtung 13 ist in dieser Ausführungsform vorzugsweise Teil der Benutzerschnittstelle 4 oder des Projektors 8.
Die einzelnen Elemente des Systems 1 kommunizieren vorzugsweise über Funkschnittstellen (nicht dargestellt). Figur 5 stellt sowohl ein Sichtfeld 19 einer Anzeigeeinrichtung 17 dar, welche als Head- Mounted-Display, insbesondere als eine Datenbrille, ausgeführt ist, als auch ein Sichtfeld eines Golfspielers 7.
Die gezeigte Spielsituation entspricht dabei jener aus Fig. 1 , wobei der Golfspieler 7 in Richtung der beiden Marker 20i, 20b am Rand des Putting-Grüns 9 blickt und auch den Marker 20a in dem Golfloch 12, hier in Form einer Flagge, sieht.
Der Golfspieler 7 hat den Golfball 3 bereits geschlagen und sieht nunmehr im Sichtfeld 19 durch die Datenbrille 17 die ideale Trajektorie des Balls 15, die theoretische Trajektorie 16 des Golfballs 3 und die tatsächliche Position des Golfballs 3, welcher sich von ihm weg bewegt.
Auf diese Weise kann der Golfspieler 7 die Abweichungen seines geschlagenen Golfballs 3 von der idealen Trajektorie 15 feststellen und dieses simultane extrinsische Feedback seinem intrinsischen Feedback beziehungsweise seiner Wahrnehmung des ausgeführten Schlags zuordnen.
Als Zusatzinformation kann der Golfspieler 7 sich den idealen zeitlichen Verlauf eines Golfballs als Kennzeichnung 29 der Position eines virtuellen Golfballs auf der idealen Trajektorie 15 anzeigen lassen. Dieser virtuelle Golfball 29 bewegt sich auf der Linie der idealen Trajektorie 15. Die Bewegung des realen Ball 3 und des virtuellen Balls 29 ist durch den Zeitpunkt des Abschlags, d.h. des Auftreffens des Golfschlägers 2 auf den realen Golfball 2 synchronisiert. Der Zeitpunkt des Abschlags kann beispielsweise durch ein optisches Verfahren, einen Beschleunigungssensor (Abbremsen beim Aufprall) am Golfschläger 2 oder auch rechnerisch aus der Abschlagsposition 5 und der Ausholbewegung mit dem Golfschläger 2 bestimmt werden.
Durch die gewonnene Zusatzinformation kann der Spieler 7 ein weiteres simultanes, extrinsisches Feedback über die Stärke, mit welcher er den Golfball 3 gespielt hat, erfahren. Da die Trajektorie des Golfballs 3 eng mit dessen Geschwindigkeit verknüpft ist, ermöglich erst dieses weitere, externe visuelle Feedback eine vollständige Rückkopplung zwischen der Information eines idealen Schlags und der eigenen Wahrnehmung des Spielers 7 bzw. dessen intrinsischem Feedback. Figur 6 zeigt eine weitere Darstellung eines Sichtfelds 19 eines Golfspielers 7, welcher insbesondere ein Head-Mounted-Display 17 trägt, aus einer anderen Perspektive verglichen mit Fig. 5. Der Golfspieler 7 schaut vor der Ausführung eines Schlags auf seinen Golfschläger 2 und den in der Abschlagposition 5 liegenden Golfball 3. Hierbei werden sowohl die ideale Trajektorie 14 des Golfschlägers 2 wie auch die ideale Trajektorie 15 oder theoretische Trajektorie 16 des Golfballs 3 angezeigt. Im unteren Bereich des Sichtfelds 19 sind die Fußspitzen des Golfspielers 7 zu erkennen.
Figur 7 zeigt ein Sichtfeld 19, insbesondere durch ein Head-Mounted-Display 17, aus einer weiteren Perspektive. Der Golfspieler 7 hat seine Stehposition noch nicht erreicht. Hierbei wird dem Spieler 7 in dem sichtbaren Abschnitt der Umgebung zusätzlich eine definierte Stehposition 31 , im vorliegenden Fall eine Linie sowie gegebenenfalls eine weitere Linie senkrecht zu dieser Linie, wie dargestellt, angezeigt. Alternativ kann die definierte Stehposition 31 auch durch Anzeigen von virtuellen Füßen dargestellt werden.
Figur 8 zeigt wiederum das Sichtfeld 19 eines Golfspielers 7 aus der Perspektive der Fig. 6, wobei des Weiteren die Linie zum Angeben der definierten Stehposition 31 angezeigt wird. An diese hat der Golfspieler 7 seine Füße gesetzt und zielt mit seinem Golfschläger 2 vor dem Schlag auf den Golfball 3. Das Head-Mounted-Display 17 oder der Projektor 8 blendet dem Golfspieler 7 nunmehr zusätzlich einen Pfeil 25 ein, der angibt, in welche Richtung der Golfball 3 mit dieser Stellung des Golfschlägers 2 losrollen/losfliegen würde, wenn der Golfspieler 7 den Schlag ausführt. Hierbei kann der Golfspieler 7 erkennen, dass eine Abweichung zu der idealen Trajektorie 15 bzw. theoretischen Trajektorie 16, welche am Anfang der Trajektorie des Golfballs 3 aufeinander liegen, vorhanden ist. Entsprechend kann der Golfspieler 7 die Haltung seines Golfschlägers 2 verändern.
Figur 9 zeigt wiederum ein Sichtfeld 19 eines Golfspielers 7 aus der Perspektive der Figuren 6 und 8. Der Golfspieler 7 hat nunmehr ausgeholt und den Schlag ausgeführt. Daher wird zusätzlich zu der idealen Trajektorie 14 des Golfschlägers 2 auch die ausgeführte, reale Trajektorie des Golfschlägers 27 beim Ausholen wie beim Durchschwingen des Schlags als Verlauf angezeigt. Die ideale Trajektorie des Schlägers 14 wird im hinteren Bereich des Sichtfelds 19 weitergeführt und die Kennzeichnung 30 zeigt die ideale Position des Golfschlägers 2 zum in der Fig. 9 gezeigten Zeitpunkt an. Der Golfball 3 hat den Bereich des Sichtfelds 19 bereits verlassen und ist daher nicht mehr sichtbar. Auch hier kann der Golfspieler 7 als Zusatzinformation den idealen zeitlichen Verlauf eines Golfschlägers als Kennzeichnung 30 der Position eines virtuellen Golfschlägers auf der idealen Trajektohe 14 anzeigen lassen. Dieser virtuelle Golfball 29 bewegt sich auf der Linie der idealen Trajektohe 15. Die Bewegung des virtuellen Golfschlägers 30 ist hierbei mit der Bewegung des realen Golfschlägers 2 in Bezug auf den Bewegungsbeginn der Ausholbewegung des Spielers 7 oder in Bezug auf den Umkehrpunkt der Ausholbewegung (Geschwindigkeit des Kopfes des Golfschlägers 2 = 0) synchronisiert.
Die Kommunikation zwischen einzelnen Einheiten des Systems 1 kann kabellos, beispielsweise durch Funk oder optische Signale, erfolgen. Die gewonnene Information über die tatsächlichen Trajektorien 27 des Golfschlägers 2 und die tatsächlichen Trajek- torien 26 des Golfballs 3 können mit statistischen Verfahren ausgewertet werden, beispielsweise wenn ein Spielzug, insbesondere ein Putt, auf ein einziges Golfloch 12 mehrfach von derselben Abschlagposition 5 ausgeführt wurde oder einer ähnlichen Abschlagposition 5 auf einem ähnlichen Golfplatz ausgeführt wurde.
Liegen Daten eines professionellen Golfspielers vor, so können die eigenen ausgeführten Schläge und die dazugehörigen Trajektorien des Golfschlägers 2 und des Golfballs 3 auch mit beispielhaften Trajektorien der professionellen Golfspieler verglichen werden.
Figur 10 zeigt eine Ausführungsform eines Ablaufs des Verfahrens 100 gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, wie es im Vorhergehenden in Bezug auf die Figuren 1 und 2 und 5 bis 9 beschrieben wurde. Die Abfolge der Arbeitsschritte kann hierbei beliebig verändert werden. Insbesondere können alle Arbeitsschritte auch parallel ausgeführt werden. Wie durch die Pfeile ausgehend von den Arbeitsschritten des Wiedergebens 109, 1 13 angedeutet, wird das Verfahren vorzugsweise beliebig oft wiederholt, um eine ständig aktualisierte visuelle erweiterte Realität zu schaffen, insbesondere während der Bewegung des Sportgeräts 2, 3.
Figur 11 zeigt eine Ausführungsform eines Ablaufs des Verfahrens 200 gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung, wie es im Vorhergehenden in Bezug auf die Figuren 4 bis 9 beschrieben wurde. Die Abfolge der Arbeitsschritte kann hierbei beliebig verändert werden. Insbesondere können alle Arbeitsschritte auch parallel ausgeführt werden. Wie durch die Pfeile ausgehend von den Arbeitsschritten des Wiedergebens 206, 210 ange- deutet, wird auch dieses Verfahren 200 vorzugsweise beliebig oft wiederholt, um eine ständig aktualisierte visuelle erweiterte Realität zu schaffen, insbesondere während der Bewegung des Sportgeräts 2, 3.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens (200) werden bei der Erstellung des virtuellen Trajektorienmodells zusätzlich die Charakteristiken mindestens eines Projektors berücksichtigt. Hierzu werden vorzugweise wenigstens einzelne der folgenden Arbeitsschritte ausgeführt:
Erfassen von intrinsischen Projektorparametern, z.B. einer Projektionsmatrix, die die dreidimensionalen Objekte in der Weise auf einen zweidimensionalen Raum transformiert, sodass diese Objekte korrekt dargestellt werden. In dieser Matrix enthalten sind unter anderem aber nicht abschließend auch die Charakteristiken der Linse berücksichtigt.
Erfassen von extrinsischen Projektorparametern, z.B. einer Position und Orientierung des Projektors.
Heranziehen dieser Projektorparameter, um das virtuelle Trajektorienmodell in einer Art und Weise darzustellen, dass diese einer exakten Überlagerung der Realität entsprechen.
Identifikation der Projektorparameter erfolgt entweder vorab manuell (aus den Spezifikationen des mindestens einen Projektors und/oder durch Ausmessen und Feinjustieren) oder automatisch (z.B. unter Verwendung eines Tracking-Moduls und/oder unter Verwendung eines Kalibrierungsverfahrens, wobei charakteristische Darstellungen (z.B. Gray Codes) durch den Projektor angezeigt werden und diese durch das Tracking- Modul erkannt werden, wobei die Erkennung die Ermittlung der Projektorparameter ermöglicht).
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens (100; 200) ermöglicht das System in einer„closed loop" Art ein Augmented Reality Golftraining. Dem Spieler wird ein individuelles Feedback zu seinen Schlägen und der mechanischen Ausführung seiner Schläge gegeben, sodass das Training und Trainingsfortschritte messbar, verfolgbar und attraktiver gemacht werden. Hierzu werden vorzugweise wenigstens einzelne der folgenden Arbeitsschritte ausgeführt:
Ein Tracking-Modul verfolgt, insbesondere kontinuierlich, die Bewegungen der
Sportgeräte und die Schläge des Spielers. Die Ergebnisse dieser Verfolgung werden gespeichert, insbesondere in einer Datenbank.
Diese Daten werden analysiert, insbesondere kontinuierlich, um Charakteristiken des Spielers, sowie Statistiken und andere Merkmale zu erstellen und auszuwerten. Diese Auswertung kann dem Spieler in Form von Statistiken (z.B. gelochte Pütts, Miss Pat- terns, Schwungverlauf) dargestellt werden und/oder in die Anzeige einer Trainingsmethode oder eine Anpassung des virtuellen Trajektorienmodells einfließen, um dem Spieler bei der Verbesserung seines Spiels zu unterstützen.
Insbesondere kann anhand der gesammelten Daten ein Vergleich mit professionellen Spielern durchgeführt werden, der wiederum in die Anpassung der Anzeige einfließt. Darüber hinaus können auf Grund der Statistiken auch sogenannte Leaderboards erstellt werden, die dem Spieler einen Vergleich gegenüber anderen Spielern ermöglichen und es ihm auch ermöglichen, seinen Trainingsfortschritt messbar zu machen.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens (100; 200) und/oder des Systems wird auf der Brille zusätzlich eine virtuelle 3D-Trainingsumgebung angezeigt. In dieser Trainingsumgebung werden dem Spieler für sein Training relevante Informationen angezeigt. Vorzugsweise umfasst diese Trainingsumgebung zunächst ein Tracking des Spielers oder der Sportgeräte. Stehen 3D-Modelle des Spielers oder professioneller Spieler zur Verfügung, können diese angezeigt werden, beispielsweise als„Avatare", um dem Spieler die korrekte Ausführung oder Abweichungen von der korrekten Ausführung darzustellen. Vorzugsweise wird ein Vergleich zwischen dem tatsächlichen Verhalten und/oder Bewegungsablauf des Spielers mit dem idealen Verhalten und/oder Bewegungsablauf ermöglicht. Weiter vorzugsweise kann eine Verknüpfung der Physik des Spielers mit dem 3D-Modell realisiert werden, sodass der virtuelle Spieler für einen gegebenen Schlag sich genauso verhält wie es ideal wäre. Insbesondere bietet das System die Möglichkeit, das 3D-Modell zu platzieren, abzuspielen, anzuhalten etc., und stellt damit eine Art„3D Videoplayer" zur Verfügung.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens (100; 200) und/oder des Systems wird eine 3D Vermessung in Echtzeit und/oder eine kontinuierliche Echtzeit-Identifikation von Umgebungsparametern durchgeführt. Hierzu werden vorzugweise wenigstens einzelne der folgenden Arbeitsschritte ausgeführt: Eine Umgebung wird durch eine Scanvorrichtung und/oder ein Trackingmodul, insbesondere durch einen Sensor, kontinuierlich gescannt, insbesondere mittels optischer, oder anderer Verfahren.
In einem weiteren Schritt wird mindestens ein Umgebungsparameter anhand der Scan-Ergebnisse identifiziert und/oder kontinuierlich verbessert, d.h. insbesondere der realen Umgebung angepasst. Beispiele für solche Umgebungsparameter sind eine Grüngeschwindigkeit, ein sogenannter Grain, d.h. die Wuchsrichtung des Grases, eine Topographie bzw. ein 3D-Gitternetz, eine Windrichtung, ein Feuchtigkeitslevel oder Parameter, die die aktuelle Witterung charakterisieren. Diese Informationen werden in die Algorithmen und die Anzeige zurückgeführt, sodass das System zu einem selbstlernenden System wird.
Weitere Ausführungsformen des Verfahrens (100; 200) und/oder des Systems stellen neuartige Interaktionskonzepte bereit, beispielsweise:
Das Verfahren oder System versetzt den Nutzer in die Lage, beliebige Visualisierungen direkt in die Umgebung zu zeichnen. Hierzu wird dem Nutzer eine Tablet- Anwendung als Fernsteuerung des Systems zur Verfügung gestellt, über die er Eingaben vornehmen kann.
Die Positionierung der Startposition und Zielposition erfolgt über intuitive Eingabemöglichkeiten wie Verfolgung der Blickrichtung des Spielers, Spracheingabe oder Touch.
Das System kann durch eine interaktive Erkennung des Spielgerätes gesteuert werden, insbesondere um Eingaben vorzunehmen und mit dem System zu inter- agieren.
Weitere Ausführungsformen des Verfahrens (100) und/oder des Systems verfügen über neuartige Ansätze für die Bestimmung der Position und/oder Orientierung, beispielsweise:
Simultaneous Location and Mapping: Spezifische Landmarken sowie die aktuelle Position und/oder Orientierung der Projektionseinrichtung, insbesondere eines Head-Mounted-Displays, werden gemeinsam, insbesondere kontinuierlich, erfasst und bestimmt. Dadurch ermöglicht das System eine akkurate Anzeige virtueller Informationen in Überlagerung mit spezifischen Punkten in der Umgebung. Insbesondere kann durch diese Ausführungsform die Anzahl der Marker reduziert werden, bestenfalls kann damit auf die Verwendung von Markern gänzlich verzichtet werden. Gleichzeitig stellt diese Ausführungsform auch die Möglichkeit bereit, in Echtzeit Umgebungsparameter zu identifizieren, insbesondere einen Topographieparameter.
Simultaneous Location and Mapping Ansätze weisen oft Abweichungen auf, wozu das beschriebene Verfahren und/oder System erweiterte Ansätze verwendet. Aus einer ersten Perspektive wird dabei ein Vektor gebildet, auf welchem der virtuelle Ball und der reale Ball angeordnet sind. Der virtuelle Ball wird von dem System hierbei grundsätzlich in Deckung mit dem realen Ball gebracht. Wird aus einer zweiten Perspektive ein zweiter Vektor gebildet, auf welchem der virtuelle Ball und der reale Ball angeordnet sind, so kann aus dem Schnittpunkt der beiden
Vektoren auf die tatsächliche Position des Bodens an dieser Stelle geschlossen werden. Werte des Topographieparameters können dann entsprechend korrigiert werden, entweder lokal oder sogar global im gesamten Bezugssystem.
Bezugszeichenliste
System
Schläger
Ball
Benutzerschnittstelle
Startposition
Bezugssystem
Benutzer
Projektor
Umgebung, insbesondere Spielfeld
Datenschnittstelle
Scanvorrichtung / Messeinrichtung
Zielposition
Recheneinheit
berechnete, insbesondere ideale, Trajektorie des Schlägers berechnete, insbesondere ideale, Trajektorie des Balls theoretische Trajektorie
Anzeigeeinrichtung
Trackingmodul
Sichtfeld
a, 20b, 20c, 20d,
e, 20f, 20g, 20h,
i, 20k Marker
Peileinheit
Funkortungseinrichtung
Beschleunigungssensor
Gyrosensor
Pfeil
tatsächliche Trajektorie eines Balls
tatsächliche Trajektorie eines Schlägers Kamera
Kennzeichnung der Position eines Balls
Kennzeichnung der Position eines Schlägers 31 Stehposition
32 Trainer

Claims

Patentansprüche
Verfahren (100) zur Bewegungsanalyse wenigstens eines Sportgeräts (2; 3) einer Ballsportart, insbesondere eines Schlägers (2), vorzugsweise Golfschlägers, oder eines Balls (3), vorzugsweise Golfballs, folgende Arbeitsschritte aufweisend:
Messen (101 ) einer Position und/oder einer Ausrichtung, insbesondere kontinuierlich, einer Anzeigeeinrichtung (17), insbesondere eines Head-Mounted-Displays, in einem Bezugssystem (6);
Berechnen (102) eines Sichtfelds (19) der Anzeigeeinrichtung (17) in dem Bezugssystem (6) auf der Grundlage ihrer gemessenen Position und/oder Ausrichtung;
Erfassen (103) einer Startposition (5) eines Balls (3) der Ballsportart, insbesondere einer Abschlagsposition, in dem Bezugssystem (6);
Erfassen (104) einer definierten Zielposition für den Ball (3), insbesondere eines Golflochs, in dem Bezugssystem (6);
Erfassen (105) von wenigstens einem Umgebungsparameter, insbesondere einem Topographieparameter in dem Bezugssystem (6), welcher eine Umgebung (9), insbesondere ein Spielfeld, in einem Bereich zwischen der Startposition (5) und der Zielposition (6) wenigstens teilweise charakterisiert;
Berechnen (106) einer, insbesondere idealen, Trajektorie (14; 15) des wenigstens einen Sportgeräts (2; 3), in Abhängigkeit der Startposition (5) des Balls (3), der Zielposition (6) des Balls (3) und des wenigstens einen Umgebungsparameters unter Ausnutzung des Bezugssystems (6);
Erstellen (108) eines ersten virtuellen Trajektorienmodells des wenigstens einen Sportgeräts (2; 3) für das Sichtfeld (19) auf der Grundlage der berechneten Trajektorie (14; 15) des wenigstens einen Sportgeräts (2; 3); und
Wiedergeben (109) des ersten virtuellen Trajektorienmodells in der Anzeigeeinrichtung (17) in der Weise, dass das erste virtuelle Trajektorienmodell als eine erste Linie in der Anzeigeeinrichtung (17) in Überlagerung mit wenigstens einem, insbesondere real, sichtbaren Abschnitt der Umgebung (9) angezeigt wird, insbesondere wenn das Sichtfeld (19) auf den wenigstens einen real sichtbaren Abschnitt der Umgebung (9) gerichtet ist. Verfahren (100) nach Anspruch 1 , des Weiteren die folgenden Arbeitsschritte aufweisend:
Messen (110) einer Position und/oder einer Ausrichtung des Sportgeräts (2; 3) in dem Bezugssystem (6), wenigstens während eines Zeitraums einer Bewegung des Sportgeräts (2; 3);
Erstellen (1 1 1 ) eines zweiten virtuellen Trajektorienmodells des Sportgeräts (2; 3) für das Sichtfeld (19) auf der Grundlage einer tatsächlichen Trajektorie (26; 27) des Sportgeräts (2; 3); und
Wiedergeben (113) des zweiten virtuellen Trajektorienmodells in der Anzeigeeinrichtung (17) in der Weise, dass das zweite virtuelle Trajektorienmodell als zweite Linie in der Anzeigeeinrichtung (17) in Überlagerung mit dem wenigstens einen sichtbaren Abschnitt der Umgebung und der ersten Linie angezeigt wird, insbesondere wenn das Sichtfeld (19) auf den wenigstens einen sichtbaren Teil des Abschnitts der Umgebung (9) gerichtet ist.
Verfahren (200) zur Bewegungsanalyse wenigstens eines Sportgeräts (2; 3) einer Ballsportart, insbesondere eines Schlägers (2), vorzugsweise Golfschlägers, oder eines Balls (3), vorzugsweise Golfballs, folgende Arbeitsschritte aufweisend:
Erfassen (201 ) einer Startposition (5) eines Balls (2) der Ballsportart, insbesondere einer Abschlagsposition, in einem Bezugssystem (6);
Erfassen (202) einer definierten Zielposition (12) für den Ball (3), insbesondere eines Golflochs, und einer Position eines Projektors (8) in dem Bezugssystem (6); Erfassen (203) von wenigstens einem Umgebungsparameter in dem Bezugssystem (6), insbesondere einem Topographieparameter, welcher eine Umgebung (2; 3), insbesondere ein Spielfeld (9), in einem Bereich zwischen der Startposition (5) und der Zielposition (12) wenigstens teilweise charakterisiert;
Berechnen (204) einer, insbesondere idealen, Trajektorie (14; 15) des wenigstens einen Sportgeräts (2; 3) in Abhängigkeit der Startposition (5) des Balls (3), der Zielposition (12) des Balls (3) und des wenigstens einen Umgebungsparameters unter Ausnutzung des Bezugssystems (6);
Erstellen (206) eines ersten virtuellen Trajektorienmodells des wenigstens einen Sportgeräts (2; 3) in wenigstens einem Abschnitt der Umgebung (9) auf der Grundlage der berechneten Trajektorie (14; 15) des Sportgeräts (3); und Wiedergeben (207) des ersten virtuellen Trajektohenmodells in der Weise, dass dieses durch den Projektor (8) als eine erste Linie (16) in die Umgebung (9) projiziert wird. 4. Verfahren (200) nach Anspruch 3, des Weiteren die folgenden Arbeitsschritte aufweisend:
Erfassen (208) einer Position und/oder einer Ausrichtung des Sportgeräts (2; 3) in dem Bezugssystem (6) wenigstens während eines Zeitraums einer Bewegung des Sportgeräts (2; 3);
Erstellen (209) eines zweiten virtuellen Trajektohenmodells des Sportgeräts (2; 3) in dem wenigstens einen Abschnitt der Umgebung auf der Grundlage einer tatsächlichen Trajektorie (26; 27) des Sportgeräts (2; 3); und
Wiedergeben (210) des zweiten virtuellen Trajektohenmodells als zweite Linie (27; 28) in der Umgebung (9).
5. Verfahren (200) nach Anspruch 3 oder 4, wobei zum Erstellen des ersten und/oder zweiten virtuellen Trajektohenmodells zusätzlich eine Ausrichtung und/oder eine Orientierung des Projektors (8) berücksichtigt wird, wobei zur Bestimmung der Ausrichtung und/oder Orientierung des Projektors (8) eine reale Position wenigstens eines Objekts, insbesondere eines Objekts der näheren Umgebung des Projektors, mit bekannter Position mit der projizierten Position des wenigstens einen Objekts abgeglichen wird und/oder eine reale Position des wenigstens einen Objekts erfasst wird und mit einer Position in dem Bezugssystem abgeglichen wird.
6. Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei wenigstens ein intrinsischer Projektorparameter, insbesondere eine Projektionsmatrix des Projektors (8), berücksichtigt wird. 7. Verfahren (100; 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Berechnung der berechneten Trajektorie (14) eines Schlägers (2) die berechnete Trajektorie (15) des Balls (3) herangezogen wird.
8. Verfahren (100; 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste virtuelle Trajektorienmodell die berechnete Trajektorie (15) des Balls (3) und/oder eine theoretische Trajektohe (16) in einer ebenen Topographie mit der Startrichtung der berechneten Trajektohe (15) darstellt.
Verfahren (100; 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, des Weiteren den folgenden Arbeitsschritt aufweisend:
Berechnen (107; 205) eines ersten virtuellen zeitlichen Verlaufs einer Position des Sportgeräts (2; 3) auf der berechneten Trajektohe (14; 15) in Abhängigkeit der Startposition (5), der Zielposition (12) und des wenigstens einen Umgebungsparameters unter Ausnutzung des Bezugssystems (6), wobei der erste virtuelle zeitliche Verlauf der Position des Sportgeräts (2; 3) beim Wiedergeben (109; 207) des ersten virtuellen Trajektorienmodells angezeigt wird.
Verfahren (100; 200) nach einem der Ansprüche 2 oder 4 bis 9, des Weiteren den folgenden Arbeitsschritt aufweisend:
Berechnen (1 12; 209) eines zweiten virtuellen zeitlichen Verlaufs einer Position des Sportgeräts in dem zweiten virtuellen Trajektorienmodell auf der Grundlage der tatsächlichen Trajektohe (26; 27) des Sportgeräts (2; 3), wobei der zweite virtuelle zeitliche Verlauf der Position des Sportgeräts beim Wiedergeben (1 13; 208) des zweiten virtuellen Trajektorienmodells angezeigt wird.
Verfahren (100; 200) nach Anspruch 9 oder 10, wobei der erste virtuelle zeitliche Verlauf in Bezug auf einen Schlagzeitpunkt des Balls (3) mit dem tatsächlichen zeitlichen Verlauf und/oder dem zweiten virtuellen zeitlichen Verlauf synchronisiert ist.
Verfahren (100; 200) nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , wobei das Anzeigen des ersten virtuellen zeitlichen Verlaufs und/oder des eines zweiten virtuellen zeitlichen Verlaufs in Echtzeit erfolgt.
Verfahren (100; 200) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei das Anzeigen des ersten virtuellen zeitlichen Verlaufs und/oder eines zweiten virtuellen zeitlichen Verlaufs durch ein Aufbauen der ersten Linie (16; 26) beziehungsweise der zweiten Linie (27; 28) und/oder durch eine Kennzeichnung (29; 30), insbesondere eine schematische Abbildung des Sportgeräts (2; 3), erfolgt. Verfahren (100; 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beim Wiedergeben (109, 1 13; 207, 210) zusätzlich eine definierte Stehposition (31 ) für einen Spieler, insbesondere mittels einer dritten Linie, angezeigt wird.
Verfahren (100; 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren (100; 200) jeweils für den Schläger (2) als erstes Sportgerät und den Ball (3) als zweites Sportgerät, insbesondere parallel und/oder gleichzeitig, ausgeführt wird.
Verfahren (100; 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem ersten virtuellen Trajektorienmodell und/oder dem zweiten virtuellen Trajektori- enmodell für einen Schläger (2) zusätzlich wenigstens eine Ausrichtung des Schlägers (2) berücksichtigt wird.
Verfahren (100; 200) nach Anspruch 16, wobei beim Wiedergeben (109, 1 13; 207, 210), insbesondere vor dem Schlagzeitpunkt, eine Abweichung der Position und/oder Ausrichtung des Schlägers (2) von der idealen Trajektorie, insbesondere mittels eines Pfeils (25), dargestellt wird.
Verfahren (100; 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, des Weiteren folgenden Arbeitsschritt aufweisend:
Filmen des Sichtfelds (102a), wobei das gefilmte Sichtfeld als sichtbarer Abschnitt der Umgebung (9) wiedergegeben wird.
Verfahren (100; 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, des Weiteren die folgenden Arbeitsschritte aufweisend:
Erfassen (208) einer Position und/oder einer Ausrichtung des Sportgeräts (2; 3) in dem Bezugssystem (6), wenigstens während eines Zeitraums einer Bewegung des Sportgeräts (2; 3);
Ermitteln einer tatsächlichen Trajektorie (26; 27) des Sportgeräts (2; 3) auf der Grundlage der erfassten Daten; und
Vergleichen einer tatsächlichen Trajektorie (26; 27) mit der berechneten Trajektorie (14; 15); und
wobei das erste und/oder zweite virtuelle Trajektorienmodell zusätzlich vom Grad an Übereinstimmung zwischen der tatsächlichen Trajektorie (26; 27) und der be- rechneten Trajektohe (14; 15) abhängt, welcher beim Vergleichen festgestellt wird.
20. Verfahren (100; 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, des Weiteren die folgenden Arbeitsschritte aufweisend:
Erfassen (208) einer Position und/oder einer Ausrichtung des Sportgeräts (2; 3) in dem Bezugssystem (6) wenigstens während eines Zeitraums einer Bewegung des Sportgeräts (2; 3);
Aufzeichnen einer tatsächlichen Trajektohe (26; 27) des Sportgeräts (2; 3) auf der Grundlage der erfassten Daten; und
Vergleichen einer tatsächlichen Trajektohe (26; 27) mit der berechneten Trajektohe (14; 15); und
Anpassen einer Trainingsmethode auf der Grundlage eines Grads an Übereinstimmung zwischen der tatsächlichen Trajektohe (26; 27) und der berechneten Trajektohe (14; 15), welcher beim Vergleichen festgestellt wird.
21. Verfahren (100; 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine Umgebungsparameter mittels einer Scanvorrichtung und/oder einem Tracking-Modul, insbesondere mittels eines Sensors, vorzugsweise mittels einer Kamera eines Head-Mounted-Displays, messtechnisch erfasst und/oder aus einem anderen messtechnisch erfassten Parameter bestimmt wird.
22. Verfahren (100; 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine Umgebungsparameter, insbesondere der Topographieparameter, vorzugsweise ein für die Erstellung des virtuellen Trajektorienmodells herangezogenes 3D-Gitternetz, auf der Grundlage einer Positionsbestimmung eines einzigen Objekts, insbesondere des Balls, aus zwei unterschiedlichen Perspektiven, wenigstens im Umfeld des Objekts korrigiert wird.
23. Verfahren (100; 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, des Weiteren die folgenden Arbeitsschritte aufweisend:
Erfassen (208) einer Position des Balls (2) in dem Bezugssystem (6) wenigstens während eines Zeitraums einer Bewegung des Balls (2);
Aufzeichnen einer tatsächlichen Trajektohe (26) des Balls (2) auf der Grundlage der erfassten Daten; und Korrigieren des wenigstens einen Umgebungsparameters auf der Grundlage der tatsächlichen Trajektorie (26).
24. Computerprogramm, welches Anweisungen aufweist, die, wenn diese von einem Computer ausgeführt werden, diesen dazu veranlassen, ein Verfahren (100; 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
25. Computer-lesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 24 gespeichert ist.
26. System (1 ) zur Bewegungsanalyse wenigstens eines Sportgeräts (2; 3) einer Ballsportart, insbesondere eines Schlägers (2), vorzugsweise Golfschlägers, oder eines Balls (3), vorzugsweise Golfballs, aufweisend:
eine Anzeigeeinrichtung (17), insbesondere ein Head-Mounted-Display, eingerichtet zum Erzeugen einer erweiterten Realität;
ein Trackingmodul (18), eingerichtet zum Messen einer Startposition (5) eines Balls (3) der Ballsportart und einer definierten Zielposition (12) für den Ball (3), insbesondere eines Golflochs, in einem Bezugssystem (6) und zum Erfassen einer Position und/oder einer Ausrichtung der Anzeigeeinrichtung (17) in dem Bezugssystem (6);
eine Datenschnittstelle (10) oder eine Scanvorrichtung (1 1 ), eingerichtet zum Erfassen von wenigstens einem Umgebungsparameter in dem Bezugssystem (6), insbesondere einem Topographieparameter, welcher eine Umgebung (9), insbesondere ein Spielfeld, in einem Bereich zwischen der Startposition (5) und der Zielposition (12) wenigstens teilweise charakterisiert; und
eine Recheneinheit (13), eingerichtet zum Berechnen einer, insbesondere idealen, Trajektorie (14; 15) des wenigstens einen Sportgeräts (2; 3) in Abhängigkeit der Startposition (2) des Balls (3), der Zielposition (12) des Balls (3) und des wenigstens einen Umgebungsparameters unter Ausnutzung des Bezugssystems (6), zum Berechnen eines Sichtfelds (19) der Anzeigeeinrichtung (17) in dem Bezugssystem (6) auf der Grundlage der gemessenen Position und/oder Ausrichtung der Anzeigeeinrichtung (17) und zum Erstellen eines ersten virtuellen Trajektorien- modells des Sportgeräts (1 ; 3) für das Sichtfeld (19) auf der Grundlage der berechneten Trajektorie (14; 15) des wenigstens einen Sportgeräts (2; 3) und, wobei die Anzeigeeinrichtung (17) in der Weise eingerichtet ist, um das erste virtuelle Trajektorienmodell als eine erste Linie in Überlagerung mit wenigstens einem, insbesondere real, sichtbaren Abschnitt der Umgebung (9) anzuzeigen, insbesondere wenn das Sichtfeld (19) auf den wenigstens einen Abschnitt der Umgebung (9) gerichtet ist.
27. System (1 ) nach Anspruch 26, wobei das Trackingmodul (18) Inside-Out-Tracking ausgehend von der Anzeigeeinrichtung (17) einsetzt und das System (1 ) vorzugsweise des Weiteren wenigstens einen Marker (20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g, 20h, 20i) aufweist, welcher eingerichtet ist, um als Referenzpunkt für das Inside-Out-Tracking in der Umgebung (9) aufgestellt zu werden.
28. System (1 ) nach Anspruch 26 oder 27, wobei die Anzeigeeinrichtung (17) eine Kamera (28) aufweist und das Trackingmodul (18) wenigstens optisches Tracking einsetzt.
29. System (1 ) zur Bewegungsanalyse wenigstens eines Sportgeräts (2, 3) einer Ballsportart, insbesondere eines Schlägers (2), vorzugsweise Golfschlägers, oder eines Balls (3), vorzugsweise Golfballs, aufweisend:
ein Projektor (8), eingerichtet zum Erzeugen von Projektionen wenigstens auf einem Spielfeld (9);
eine Datenschnittstelle (10) oder eine Scanvorrichtung (1 1 ), eingerichtet zum Erfassen der Position des Projektors (8), einer definierten Startposition (5) und einer definierten Zielposition (12) für einen Ball (3) der Ballsportart, insbesondere eines Golflochs, und von wenigstens einem Umgebungsparameter in einem Bezugssystem (6), insbesondere einem Topographieparameter, welcher das Spielfeld (9) in einem Bereich zwischen der Startposition (5) und der Zielposition (12) wenigstens teilweise charakterisiert; und
eine Recheneinheit (13), eingerichtet zum Berechnen einer, insbesondere idealen, Trajektorie (14; 15) des wenigstens einen Sportgeräts (2; 3) in Abhängigkeit der Startposition (5) des Balls (3), der Zielposition (12) des Balls (3) und des wenigstens einen Umgebungsparameters unter Ausnutzung des Bezugssystems (6) und zum Erstellen eines ersten virtuellen Trajektorienmodells des wenigstens einen Sportgeräts (2; 3) in wenigstens einem Abschnitt der Umgebung auf der Grundlage der berechneten Trajektorie (14) des Balls (3), wobei der Projektor (8) eingerichtet ist, die Startposition (5) des Balls (3) und das erste virtuelle Trajektorienmodell als eine erste Linie (16) auf das Spielfeld (9) zu projizieren.
30. System (1 ) zur Bewegungsanalyse nach Anspruch 29, des weiteren aufweisend: eine Benutzerschnittstelle (4), eingerichtet zum Erfassen einer Startposition (5) des Balls (3) der Ballsportart in dem Bezugssystem (6), insbesondere durch eine Eingabe eines Benutzers (7).
31. System (1 ) nach einem der Ansprüche 26 bis 30, wobei das Trackingmodul (18) des Weiteren eingerichtet ist, um eine reale Position des Sportgerätes (2; 3) zu bestimmen und/oder wobei das System (1 ) des Weiteren eine Funkortungseinrichtung (23) aufweist, um eine tatsächliche Position und/oder eine tatsächliche Trajektorie (26; 27) des Sportgeräts (2; 3) zu bestimmen, und wobei der Projektor (8) oder die Anzeigeeinrichtung (17) vorzugsweise des Weiteren eingerichtet ist, die tatsächliche Position und/oder die tatsächliche Trajektorie (26; 27) des Sportgeräts (2; 3) anzuzeigen.
32. System (1 ) nach einem der Ansprüche 26 bis 31 , wobei die Anzeigeeinrichtung (17) des Weiteren wenigstens einen Beschleunigungssensor (23) und ein Gyro- sensor (24) aufweist, um Bewegungen in sechs Freiheitsgraden zu Messen und wobei die Recheneinrichtung (13) des Weiteren eingerichtet ist, eine aktuelle Position und/oder Ausrichtung der Anzeigeeinrichtung (17) ausgehend von einer mit dem Trackingmodul (18) bestimmten Position und/oder Ausrichtung der Anzeigeeinrichtung (17) durch Koppeln zu ermitteln.
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