53、基于EMS的投掷运动实时反馈学习系统研究

基于EMS的投掷运动实时反馈学习系统研究

1. 研究动机

EMS（Electrical Muscle Stimulation，肌肉电刺激）可应用于高速运动教学。它是一种用于半强迫肌肉运动的电刺激方式，主要用于康复治疗。自2000年代末以来，它作为一种触觉刺激方法在人机交互领域受到关注。

当使用EMS向用户提供反馈时，用户无需经历对刺激做出响应、解读刺激并将其转化为动作的过程。因此，使用EMS时，用户从接收刺激到开始纠正动作的过程几乎没有延迟，能够以最小的位移将纠正信息传达给高速运动的用户。

本研究提出了一种结合EMS和动作捕捉的高速运动实时反馈系统。具体来说，当用户进行下手投掷或徒手挥摆时，EMS会在预先指定的释放点刺激用户的肌肉，告知用户释放点的位置。此前虽有很多尝试让用户使用EMS执行特定动作，但很少有研究检验学习这些动作的效果。本研究实现了上述系统，并通过实际使用该系统验证了其在纠正释放点和提高投掷动作控制能力方面的有效性，选择以垒球为代表的下手投掷动作作为系统支持的动作。

2. 相关工作

在运动学习支持方面，前人已经提出了多种提供实时反馈的方法，下面来分析视觉、听觉、触觉反馈以及EMS反馈的特点。
- 视觉反馈 ：视觉信息有助于准确掌握空间信息。舞者长期使用镜子来检查和训练姿势，并且已证实镜子有助于纠正姿势。Anderson等人提出了一种将教练的骨骼信息图像叠加在镜子上的系统，通过增加信息含量提高了学习效果。然而，镜子只能在颈部活动范围内查看。随着头戴式显示器（HMD）的出现，可以提供不受颈部活动范围限制的实时视觉反馈。例如，Higuchi等人提出的系统让用户通过HMD从第三方视角