6 月 27 日，又拍云 Open Talk 第九期《软硬之间：架构设计与技术融合》重返杭城，邀请到蘑菇街中间件团队负责人刘传双、WeCoach 软件开发负责人王圣捷、BiCi 技术负责人胡伟，共同分享架构设计相关的前沿技术。软件开发会给智能硬件带来更多的灵感，而硬件设计更像是“软+硬+云”的极致混合，相互学习又共同进步，一起致力于提升整体的用户体验。WeCoach 软件开发负责人王圣捷在活动上作了题为《虚拟私人教练 WeCoach 的软件架构分享》的分享，以下是演讲实录：

一个运动智能硬件，并不单单应该告诉用户今天走了多少步，而是告诉你应该怎么去锻炼，用什么样的节奏去跑，除了跑步，我应该做多少俯卧撑，我到底应不应该做拉伸。现在就这个痛点，我们开发出了 WeCoach 。

WeCoach 区别于传统手环，更加着重于运动方面，支持五种运动：

1. 健身，包括器械及无器械锻炼，支持健身房的绝大多数动作，安排合理的健身计划，包括运动时间、休息时间。

2. 跑步，拥有极大的市场需求。手环一般在跑步完统计公里数，而 WeCoach 会在跑步时，实时提醒心率以及步频。更重要的是 WeCoach 可以监测膝盖冲击系数，因为不恰当的跑步姿势和方式会对膝盖造成损伤，而这种损失是不可逆的。

3. 骑行，可以监测心率和踏频；

4. 游泳，记录泳姿和具体锻炼情况；

5. 瑜珈。

运动评估算法

WeCoach 的运动评估算法有运动报告、运动计划优化；自适应运动算法有运动姿姿势矫正、生物运动学数据监测；心率检测算法有动态心率除噪，传感器检测基础数据有线性加速度、角加速度、磁偏转心率。

心率检测算法：实时的心率检测，传感器到界面显示非常耗电。然而 WeCoach，倾向于运动时间的心率检测，在用户的运动时间实时记录心率的变化。

运动评估算法：对于整体的运动做一个评估，每次运动结束都会对下一次的运动计划进行优化，让用户更完美地适应计划，每天的锻炼都有进步，但不至于筋疲力尽。

九轴运动传感系统

与传统手环只有三轴加速度计不同，WeCoach Pro 拥有三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁罗盘。芯片可以检测到角加速度的旋转，围绕一个中心旋转，作变速运动，中间的加速度始终变换，最后实时计算出结果，即用户对于左右的变化。磁罗盘，一般是固定在南北方向，在没有干扰的情况下，可将芯片理解成一个平面。比如说水平传过来的磁感线，就可以检测到它的角度。当有偏转发生，水平磁感线就与传感器垂直，不断地偏航，选取跟磁感线之间差异角度，就可以结算出它的空间姿态。

正因为有 WeCoach 九轴传感器，所以可以在三维空间内，做实时距离分析。比如说两点之间，经过什么路径，直线走还是偏移走，都能够实时捕捉到它的计划。因为传感器的精度极其灵敏，它的采样频率也是非常高，选择这种传感器，一般采样频率是 1000 赫兹，相当于一秒钟采集一千次数据。

以十一个感应点为例，首先选择起始点和终点建立一段遍历虚线内所有点的直线，选出距离这个直线段最远的点（A 点）进行连接。连接之后，生成第二幅图片。起点和 A 点，以及 A 点和终点组成新的线段，叫作迭代。重复遍历曲线中所有的点，分别取出距离这两条直线最远的点，又会得到一条曲线，不断进行迭代，在某一个点之后，无论怎样都会保持原来的曲线，这就是收敛曲线。

运动方向是基础的原理，距离计算、动作捕捉和传感器获取到加速度，经过曲线简化，将无效的点去除，进行结算。加速度函数可以积分得到速度，速度函数可以积分得到距离，如果一些值有偏差，最终的结果会有很大的差异。因此在计算过程中，WeCoach 加入滤波器和经验公式，通过不断计算，得到速度到某个点以后的速度都会出现问题的结论，避免用户出现重大的数据偏差。

3D 动作捕捉：捕捉到距离和距离偏转角度，都是单纯的点，并不能判断到底是何运动。因此除了计算用户的运动细节外，还需采集众多专业教练对某种运动的动作数据。通过对教练的数据统计，计算出特定参数以及收敛系数。同时还要采样常见的错误动作，在用户运动动作不标准的时候，通过手机实时语音播报，并进行指导，在用户结束时对每一个动作进行评估。

激烈运动的心率：通过市场调研，国外在运动心率捕捉的设备上，市场售价都在 1000 人民币以上，包括手表、心率带等。WeCoach 可以做到激烈运动时的心率监控，在心率检测的时候，是将光打到手臂上面，通过手臂反射，读取到血液的变化，至少是血液的颜色、血液浓度的变化。但是在运动时候，传感器和皮肤会有相对位移，有可能光会偏移，这也就增加了检测的难度。另一方面传感器的贴合度变化，对于心率的检测也有很大影响，运动时候肌肉的收缩、肌肉组织的密度变化以及供血量都会让传感器读出的数据有所偏差。然而 WeCoach 针对这些难点，做出了独特的解决方案：

1. 动态信号优化：通过九轴传感器实时捕捉运动方向，把异常信号滤除。

2. 高信噪比前端电路设计：根据毛细血管分布读取数据，并采用大面积光学敏感期间，包括一些电路设计捕捉心律频段的分拨器。

3. 惯性传感器辅助的降噪算法：将干扰信号在硬件提取和软件提取之前，做初步分离。

WeCoach 两大基石

1. 动作到位的 3D 动态分析系统以及强度适合自身的动态心率检测系统——监控运动的姿势、心率，通过心率检测，提醒用户在每次剧烈运动前先热身，防止剧烈运动对身体造成的损伤。

2. 机器学习推荐算法：除了传统手环上面记录的用户年龄、性别、身高、体重这些常规信息之外，WeCoach 会捕捉到用户计划，通过调节运动计划和监控用户的身体状态，对每次运动以及计划进行评分，通过 WeCoach 的算法，不断完善用户的运动计划。

每当信息技术发生突破时，人们都会用新的方式获取虚拟私人教练。互联网之前，大家习惯使用电视、VCD 之类的方式了解运动方式。2005 年的时候，优酷土豆一些视频网站推出教练健身计划的视频，用户可以通过视频学习；2009 年之后，微信微博以及很多 APP 的分享会告诉我们到底应该如何去锻炼；2012 年之后，传感器的普及和动作算法的提升，WeCoach 有更加进步的智能运动教练，不单单是 APP 提示你如何锻炼，而是实时捕捉锻炼状况。

WeCoach 希望通过科技改变人文生活，用辅助设备增加能力边界，让人们对于私人教练这个服务的获取，就像听音乐一样这么简单。用户不需要为了专业私教的体验，去健身房购买一年几万元的套餐，用低成本的方式获得专业的指导。