[发明专利]一种基于Leap Motion的拇指弹琴触键动作测量平台及方法

权利要求书

1.一种基于Leap Motion的拇指弹琴触键动作测量平台，其特征在于，包括测量平台框架、上平台玻璃面、下平台玻璃面、触键限位结构和Leap Motion传感器，所述测量平台框架是由连接杆和角码相互连接组成的长方体框架结构，所述测量平台框架的顶部放置有所述上平台玻璃面，上平台玻璃面上设有琴键标记；测量平台框架的底部设置有下平台玻璃面，所述下平台玻璃面的上表面放置有所述Leap Motion传感器，测量平台框架顶部其中两侧的连接杆相对称的设置有轨道，所述轨道内可活动的连接有触键限位结构；所述触键限位结构包括直角连接件、带孔螺钉、钢丝绳和紧定螺钉，所述直角连接件的一边通过紧定螺钉固定于所述轨道内，并能够通过紧定螺钉任意调节触键限位结构的前后位置，直角连接件的另一边通过带孔螺钉、钢丝绳与另一个直角连接件相互连接；所述上平台玻璃面由厚度为2mm的高透玻璃构成。

2.根据权利要求1所述一种基于Leap Motion的拇指弹琴触键动作测量平台，其特征在于，所述上平台玻璃面由厚度为2mm的高透玻璃构成。

3.一种基于Leap Motion的拇指弹琴触键测量方法，基于权利要求1所述拇指弹琴触键动作测量平台，其特征在于，包括以下步骤：

(1)人手保持弹琴时的标准动作要求，将除拇指外的四根手指放置在上平台玻璃面上，分别与上平台玻璃面上的琴键标记相对应；

(2)调整人手和Leap Motion传感器的位置，保证Leap Motion传感器能够直接识别到中指的掌指关节(MCP)和近侧指间关节(PIP)，避免Leap Motion传感器发出的光线透过上平台玻璃面时产生折射而对动作测量产生影响；

(3)除拇指外的四指在上平台玻璃面上保持位置和姿态不变，拇指进行抬指动作，模仿真实弹琴过程中的抬指蓄力动作；

(4)拇指进行落指动作，模仿真实弹琴过程中的落指触键动作；

(5)拇指接触到钢丝绳时，落指动作停止，根据正常弹琴习惯停留相应时间；

(6)不断重复步骤(3)到步骤(5)，进行若干次拇指弹琴触键动作采集；

(7)Leap Motion传感器实时识别中指的掌指关节(MCP)和近侧指间关节(PIP)特征点，以及拇指的掌腕关节(CMC)、掌指关节(MCP)、指间关节(IP)特征点和指尖点(TIP)，并记录这些特征点和指尖点的空间位置坐标。

4.一种基于Leap Motion的拇指弹琴触键动作分析方法，基于权利要求1所述拇指弹琴触键动作测量平台，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据Leap Motion传感器的测量方式和人手弹琴动作习惯搭建拇指弹琴触键动作测量平台，用Leap Motion传感器捕捉并记录拇指关节特征点和指尖点的空间位置坐标；

(2)根据拇指结构特点，结合关节运动方式，在拇指掌腕关节(CMC)处建立跟随拇指近指节运动的动坐标系{T}和{D}，并建立Leap Motion输出坐标系{M}；

(3)根据Leap Motion输出坐标系{M}与动坐标系{T}和{D}的位置关系建立坐标系之间的旋转矩阵R；

(4)利用旋转矩阵R将拇指近指节的空间运动转化为水平面和铅锤平面内的转动以及绕拇指近指节的旋转运动；

(5)拇指掌指关节(MCP)与指间关节(IP)关节转动由向量乘法得到。