【系统分析设计】基于AR的智能健身系统（1）_深度学习之智能体操健身系统文献综述

观前必读：

项目为信管必修课程【系统分析设计】的课程项目，成员为本人与同校另一名同学，项目内容仅供参考，不足之处请包涵（因为交完作业懒得改...）。此部分为项目的前期调研，后面包含【需求分析书】、【设计分析书】、【总结分析书】三部分内容。

1. 1.背景调查

1.1健身市场

健身是一种体育项目，如各种徒手健美操、韵律操、形体操以及各种自抗力动作，体操，瑜伽可以增强力量、柔韧性，增加耐力，提高协调，控制身体各部分的能力，从而使身体强健。健身大致分为器械锻炼和非器械锻炼。其基本目的是改善身体功能、增强肌肉力量、提升耐力、增加柔韧性、保持良好体型、减轻压力以及提升整体生活质量。

1.1.1国民健身现状分析

近年来，我国高度重视体育产业的发展，相继出台《体育强国建设纲要》、《全民健身计划》等纲领性文件，修正《中华人民共和国体育法》，鼓励对健身行业投入更多资金，增强全国范围内健身的基础设施，扩大体育产品和服务的供给，以提高全民健身活动的参与度，促进全民健身与全民健康深度融合。

据数据显示，中国健身市场渗透率逐年提升，2022年中国健身人群渗透率（健身人群占中国总人口的比例）为26.5%，2023年的健身人群渗透率为27.6%，增长了1.1个百分点。对比欧美同期渗透率我国健身行业渗透率仍然处于较低水平，其中健身会员渗透率中国仅为3.2%，远低于美国的23.5%与欧洲的9.5%，市场潜力较大。

截至2022年底中国健身人群（每周参加两次以上运动）达到3.74亿人，为全球健身人数最多的国家；且近年来健身人数保持稳健增长趋势，2016年至2022年年复合增速达到9.3%。

图1 2016-2023中国健身人群渗透情况

图2 2017-2023中国健身人群数量统计

1.1.2 中国健身产业链

健身产业链是指以促进大众的身心健康为目的，鼓励全民参与体验体育运动，并提供与之相关的服务和产品的经济活动。它不仅包括了传统的健身服务，还涵盖了健身用品及相关产品制造业和健身场地设施建设业等。

图3 健身产业链结构示意图

1.1.3 中国健身市场规模

在健康意识提高、参与健身活动的机会增加、健身开支增加以及可使用的、价格实惠的运动产品及服务增加的推动下，中国健身市场正在加速增长。2022年我国健身市场规模达9419亿元。

图4 2017-2023中国健身市场规模情况图

同时数据显示，中国线上健身市场占比在逐渐扩大。2022年中国线上健身市场占中国整体健身市场的48.4%，预计2023年将占50.4%；2022年线下健身市场占中国整体健身市场的51.6%，预计2023年将处于50%以下。

图5 2018-2023中国健身市场结构变化图

中国健身市场的未来增长将主要归因于中国的在线健身市场。中国的在线健身市场于2022年达到人民币4556亿元，预计2023年将增至人民币5272亿元。

图6 2018-2023中国线上健身市场规模图

1.2在线虚拟健身市场

我国专业健身人群渗透率仍处于较低水平，大部分人的健身需求仅限于动一动、缓解工作疲劳，不愿进行高强度的专业训练，因此自媒体在线健身大受普通人群欢迎。目前以B站、小红书、微博等为主的APP是大部分人开始在线健身的首要选择。从B站在线健身课程布局来看，搬运国外视频较多，健身视频种类齐全。而小红书、抖音、快手等图文、短视频软件平台，则大多为短时间(3-5分钟)的跟跳视频和直播为主，舞蹈类视频播放量领先。

1.2.1发展历程

1. 早期阶段

虚拟线上健身最初以简单的在线视频教程形式出现，用户可以在家中跟随视频进行锻炼。例如YouTube健身频道Fitness Blender和Blogilates。线上健身的用户数比重较低，线上健身APP数稀少（主要以2010上线的咕咚为代表），这一时期内容相对基础且互动有限。

2. 移动应用时代

随着智能手机和移动互联网的普及，出现了大量健身应用程序 （APP），大量健身APP上线(如：Keep、悦动圈、火辣健身、每日瑜伽等)，各APP进入用户竞争阶段，提供更加个性化和多样化的健身内容。

3. 直播与互动

通过直播平台和视频流媒体技术，允许用户实时观看并参与健身课程。用户可以通过直播课程与教练实时互动，获得类似线下健身房的体验，增强用户参与感和社区体验。用户核心用户趋于稳定，行业整体用户平稳增长，头部马太效应开始凸显。

4. 智能设备融合

通过智能穿戴设备和家用健身器械收集用户运动数据，进行追踪和分析，以物联网（IoT）、大数据分析、人工智能（AI）等技术来处理和分析用户的健康和运动数据，提供个性化反馈，进而提升虚拟健身的效果和用户体验。此时，线上和线下模式融合趋于完善，用户总量平缓，市场增速降低。

1.2.2 市场情况分析

自2020年新冠疫情的爆发直至今日，人们的生产生活已经产生了巨大变化。国民也随之改变了原有的生产生活方式来适应与病毒共存的生活工作环境。与此同时，疫情也使得人们将生活的重心重新转移到自身的健康维护上，加之政府在疫情隔离时期的宣传推广，在线虚拟健身成为了一种健身新常态。

1. 市场规模

中国智能运动健身市场规模在2019年已达到约人民币100亿元。国务院印发的《全民健身计划(2021—2025年)》提出，推动线上和智能体育赛事活动开展，支持开展智能健身、云赛事、虚拟运动等新兴运动。工信部、教育部、文旅部、国家广播电视总局、国家体育总局联合发布的《虚拟现实与行业 应用融合发展行动计划(2022—2026年)》提出，“支持发展运动项目与虚拟现实技术融合”“提升虚拟健身的大众认知度”，同时明确到2026年，我国虚拟现实产业总体规模将超过3500亿元，虚拟现实终端销量将超过2500万台。

从Keep近两年的平均月度订阅会员数据来看，自2020年疫情起，平均月度订阅会员有较大程度的增长。2021年平均月活跃用户达到34.4百万人，社区的互动(包括帖子、点赞和评论)总数达到17亿次。说明在线健身随着疫情的增长被越来越多的人所接受。

1.2.3 目前市场上基于游戏化的智能健身产品

（1）健身+游戏

运动方式游戏化，利用游戏化规则和健身场景提升健身的娱乐感，

典型产品：耐克官方的 Nike Run Club、任天堂的健身游戏机Ring-Con、Zwift骑行游戏。

由平台方提供专业的训练内容，通过对用户的实时成像来校对动作，沉浸式健身房的游戏健身，运动娱乐化。

（2）游戏+健身

与前面讲的健身+游戏产品不同，这类产品的内核是游戏，只因在游戏的过程中，玩家需要全身参与，往往在游戏之后气喘吁吁甚至大汗淋漓，而被贴上了“健身”的标签。

典型产品有：BEAT SABER和JUST DANCE。

①BEAT SABER是一款VR音乐游戏，玩家通过手持光剑击打随音乐节奏出现的方块来进行游戏。这款游戏因其独特的游戏体验和高效的卡路里消耗而受到关注。

②JUST DANCE——育碧发行的体感舞蹈游戏。

《Just Dance》是一款舞蹈模拟游戏，玩家需要模仿屏幕上的角色跳舞，并通过使用游戏控制器或智能手机来跟踪自己的动作。这款游戏因其易于上手的舞蹈动作和丰富的曲目选择而受到欢迎。

这类产品可以说在运动持续性方面碾压上面介绍的健身+游戏产品，但在安全性和科学性方面有待发展。在定位上，BEAT SABER和JUST DANCE已经跟运动健身划清了界限。

（3）健身内容/课程的游戏模式

目前比较有代表性的是Keep的手环课程。

Keep在舞蹈、拳击和训练三大运动健身领域里，将专业的课程内容，通过配对自身的手环设备，进而进入游戏模式。在内容本身的安全性和科学性有保障的大前提下，通过游戏化的体验，可视化的健身数据（热量消耗等）和互动比拼，升级了用户的运动体验，同时也通过激发用户之间的竞争性，从而在一定程度上反哺用户在运动过程中的投入度，提升了运动效果。

1. 优缺点分析

表1 游戏华智能健身产品优缺点分析表

1.2.4 在线健身行业痛点分析

由于我国健身行业相较于欧美等发达国家发展时间晚，健身市场仍处于逐步完善阶段，在线健身暂时非中国用户普遍需要。由ACSM和上海体育学院发布的《2021年中国健身趋势调查报告》中来看，中国健身趋势前二十中，仅有自重训练及移动设备运动APP和在线健身相关。而从ACSM发布的2021及2022年全球健身趋势来看，在线及居家健身已经渗透进其他国家人民的日常生活中。

本小节以keep举例说明。虽然在线健身在一定程度上增加了企业的收入，但从Keep的总体财务情况中可见，Keep近几年仍处于亏损状态，说明仅靠在线健身对于企业盈利来说还是存在较大的挑战。究其根本，是国内健身市场的不成熟。

图7 keep2023财务收入图

Keep的招股说明书中的数据也进一步证实了这一点。Keep招股说明书数据显示，2022年中国在线健身人群渗透率为45.5%，远小于美国的67.9%，未来仍有较大的提升空间。

目前存在的挑战：

①效果反馈不足

在线智能健身缺乏面对面的指导和即时反馈，用户往往难以获得及时的效果评估和调整建议。由于缺少专业教练的直接监督和指导，用户可能执行动作不准确，降低训练效果。

例如，Keep App提供一系列健身教程，但用户在跟随视频训练时，如果没有做到位或者姿势不正确，没有现场教练进行纠正，可能导致效果不佳甚至受伤。

②用户参与感不足，难以继续坚持

在线健身缺少线下健身房的社交氛围和团体动力，用户容易失去动力和参与感，难以长期坚持。例如，虽然有些平台尝试通过建立社区和排行榜来激励用户，如悦动圈鼓励用户分享运动记录，但仍然无法完全替代线下的互动体验。

③付费在线健身未被大众普遍接受

许多用户对于在线健身课程的付费意愿不高，尤其是当可以直接获取大量免费资源时。例如，虽然某些APP如Fiture提供了高质量的课程内容，但用户可能会选择免费的YouTube教程或是抖音、B站等短视频课程，导致付费用户转化率低。

④关联企业盈利差

在线健身平台的盈利模式通常较为单一，主要依靠会员订阅、广告和设备销售等有限的方式。例如，Peloton虽然通过售卖健身设备和订阅服务取得了一定成功，但其高昂的设备成本和订阅费用限制了用户的广泛接受度。在中国，由于市场竞争激烈以及用户对价格敏感，很多在线健身企业难以实现良好的盈利状况。

1.3游戏化系统简单介绍

1.3.1 相关概念厘定

1. 游戏化

凯文·韦巴赫在其《游戏化思维》一书中，将游戏化定义为：为了实现特定目标，在非游戏的场景中使用游戏元素和游戏设计技术；更直白些说，游戏化就是游戏在非游戏产品中的变形应用，结合游戏的特征优势和目标产品的需求进行的类游戏的功能或活动设计。

游戏化主要具有四大特征：

1. 目标：游戏化中的目标结果，激发用户的参与动力；
2. 规则：实现目标的限制和指引，引导用户的关键行为；
3. 反馈：对用户行为的正向或负向反馈，强化用户动机和行为；
4. 自愿参与：目标、规则、反馈综合作用下，用户自愿乐于参与游戏化。

2. 增强现实（AR）

增强现实（Augmented Reality，简称AR）是一种通过计算机设备实时感知和计算现实世界环境，并将文字、图片、视频等三维内容和信息叠加到现实世界中的技术。它具有虚拟现实融合、实时交互和三维注册三大特征。在AR系统中，硬件、软件和远程服务器是不可或缺的三个组件。硬件包括处理器、显示器、输入设备和传感器，如智能手机、AR眼镜等。软件则是运行在基于AR技术的设备上的应用程序或浏览器插件。远程服务器主要负责存储虚拟映像数据。

AR技术的工作原理主要包括三个步骤：首先，通过摄像头和传感器捕捉真实世界的数据，并将其传输到计算机中进行处理；然后，通过特定的算法对这些数据进行分析和重构，生成模拟的虚拟信息，例如文字、图像、三维模型等；最后，将生成的虚拟信息与真实世界进行混合叠加，从而创造出新的虚拟图像。

AR技术的核心技术包括三维建模、实时跟踪及注册、智能交互和传感等多种技术手段。三维建模是AR技术的基础，通过建立逼真的三维模型，可以将虚拟信息准确地映射到真实世界中。实时跟踪及注册是AR技术的关键技术，可以实现对用户在现实环境中的空间位置变化的实时追踪和注册，从而实现虚拟信息与真实世界的融合计算。智能交互是AR技术的重要组成部分，可以通过语音识别、手势识别、面部识别等方式，实现用户与虚拟信息的自然交互。传感技术则可以实现对用户的动作、位置、状态等信息的实时收集和分析，从而实现更加智能化的交互体验。

1.3.2 游戏化系统现状

“游戏化” （Gamification）的初步概念早在20世纪80年代已存在，目前，游戏化的设计理念在商业，教育，互联网等领域已被广泛使用。2010年，星巴克等商家与 Foursquare （基于用户手机定位的服务网站），通过“签到打卡”等趣味性玩法吸引用户消费，并取得巨大成功。“游戏化”也因此达到谷歌趋势（Google Trends）收入标准被大众广泛接受并关注 。

游戏化目的是培养用户改变行为、发展技能或驱动创新，使用户达成个人目标 的同时，其所在组织也能达成目标。

以国内外较为认可的成功游戏化案例——“蚂蚁森林”为例，通过一个虚拟种树的场景，将行走步数、移动支付等正向行为数值化为能量，用户通过日积月累的行为积累能量浇灌虚拟树，为支付宝带来用户留存。待树长成后，现实中也会在荒漠地带种植一颗真实的树，完成用户做公益的心理诉求。在整个过程中，用户完成了公益种植的目标，精神得到了升华；企业获得了用户的粘性，同时企业的形象也得到了提升。

1.4背景调查总结

通过有关在线智能健身的文献综述、新闻报道和官方数据的查阅以及对上文对中国健身行业和游戏化系统的调查分析，我们对在线智能健身市场的动态和趋势有了更多了解。在此基础上，我们进一步通过对多样化的智能健身产品对比分析，识别了行业内普遍存在的挑战和瓶颈。这些挑战包括如何设计出既能吸引用户又能持续保持其兴趣的系统功能，以及如何在竞争激烈的市场中提升用户体验，增强其参与感并确保较高的用户留存率。

对此，我们认为关键在于两个方面的改进：

系统功能的创新性：为了在市场中脱颖而出，智能健身应用需要提供独特且创新的功能。这包括使用先进的数据分析技术来个性化用户的健身计划、集成社交元素以促进用户之间的互动，或者采用新兴技术如增强现实（AR）来为用户提供新颖的健身体验。

用户参与感的增强与留存率的提高：强化用户参与感是提高长期用户忠诚度的关键。这可以通过引入游戏化策略来实现，例如设置成就系统、排行榜竞赛等元素，以提高用户的积极参与度。同时，定期更新内容和提供个性化推送通知也是至关重要的，它们能够帮助保持用户的活跃度和兴趣。

针对上述两个方面，我们将进行本系统的需求分析。

2.需求分析

2.1用户及企业需求分析

图8 用户需求分析

在这里我们使用参考用户旅程地图（User Journey Map）的框架来分析用户的需求，从用户的角度出发清晰地描述用户在健身场景下完成任务或达到目标时的详细过程和体验。根据此用户模型，一名用户在健身过程中主要经历6个阶段。

阶段1. 意识到自身对健康和锻炼的需求

由于个人健康问题、生活事件、社会压力或媒体影响等原因，用户开始意识到他们对健康和锻炼的需求。

阶段2. 明确目前的健身需求

在这一阶段，用户通过在线搜索、咨询专家、阅读文章和观看视频等方式寻找更多有关锻炼和健身的信息。明确目前的体型问题、运动能力和想要达成的目标，如塑性、减脂、增肌等。

阶段3. 制定健身和饮食计划。

根据用户的运动偏好，可以使用的运动器材、每周能够空出来的运动时间、身体的运动水平和运动目标等制定科学的健身计划和饮食计划。

阶段4：执行健身计划和饮食计划

在计划制定后，用户将按照计划执行。

阶段5：运动反馈

用户根据自己运动过程中的感受和自己的时间安排，可以调整运动计划和饮食计划。并阶段性地检测自己的身体指标变化，检查目标完成的进度。

阶段6：完成阶段目标

经管一段时间的运动，用户达成自己制定的阶段性目标，并制定新的目标和计划，开始新一阶段的健身计划和饮食计划。

2.2App竞品分析

目前使用量较多的健身类App主要可分为以下几类：

表2 App竞品分析

我们的目标客群主要是具有增肌塑性需求的客户，因此主要选取了此类产品进行深度调研。多数健身类App都具有制定计划，安排每日课程和互动论坛的功能。

其中Fit私人健身教练提供私教，但平台私教的数量较少，课程分为在线1对1和在线1对3的私教课程，课程的主要内容是教练指导训练。蛋壳跟练提供针对女性的体态评估，内容包含臀部是否下垂、是否存在假胯宽、大腿肌肉是否外翻、膝关节是否超伸等体态问题，因为是人工测评，用户需要三天左右收到回复。

2.3项目定位分析

图9 项目定位分析

根据以上调研，我们确定了健身系统的创新点。

在明确目前健身需求方面：我们将大数据和AI融入评估系统，根据用户提供的图片和视频，智能检测用户的体态问题，并通过一系列指标检测用户目前的身体状态和运动能力。为后续的运动计划设计提供精确的数据。此外，我们创新性地提供基于游戏化的健身知识课程，让用户更加了解科学的训练方法和基础的健身知识，明确自己的健身需求。

在制定健身计划和饮食计划方面：根据卫生组织公布的《身体活动和久坐行为指南》人们应该达到周至少150分钟中等强度运动，或者75分钟大强度运动来保持身体健康。在如今繁忙的工作和学习中，很多人难以保证每天抽出来时间进行运动。因此，我们设计一份基于周月的健身计划，让计划拥有更多的灵活度。

在用户进行运动方面：很多平台仅提供运动跟连视频，口头讲解训练的要点，难以有效纠正用户的动作。我们将结合AI技术，使用摄像头采集到的数据，智能识别用户的动作是否标准，并提供个性化的改进技巧和方法。让用户真正实现高效健身，科学健身。此外，在课程开发方面，我们将结合AR技术进行相关的课程开发，让用户感受到身临其境的有趣健身过程，改变传统相对枯燥乏味的健身过程，大大提高用户的留存度和忠诚度。

在运动反馈方面：多数健身App缺少对用户运动反馈的收集或仅收集运动感受后不处理，无法根据用户实际的运动感受和需求变化提供动态的运动计划调整。此外，根据用户制定的计划，我们将阶段性的通过运动过程的数据评估用户运动水平的变化情况，激励用户完成一个个里程碑，最终实现制定的计划。

3.项目构想

3.1九要素项目分析

九要素商业模式画布是一种常用的商业模式分析的逻辑，包括客户细分、价值主张、渠道、客户关系、收入流、关键资源、关键活动、合作伙伴和成本结构九大核心要素，内在关系图10所示。因此，在项目分析中我们借助该模型对项目进行梳理。

图10 商业模式九要素分析图

3.1.1客户群体（Customer Segments）

本项目主要针对希望通过科技辅助提高健身效果的健身爱好者。

3.1.2价值主张（Value Propositions）

价值主张是指企业提供的产品或服务对客户来说的独特价值和优势。

本项目的价值主张是为用户提供个性化的精准的健身服务。

1. 个性化：通过使用先进的技术如AI、AR以及用户行为数据分析，为用户提供度身定制的健身计划和指导。
2. 精准：通过移动应用程序或可穿戴设备实时跟踪用户的运动表现和生理指标，提供即时反馈和指导，帮助用户在锻炼过程中保持正确的姿势和节奏，减少受伤风险。

3.1.3渠道（Channels）

渠道指企业用来向客户传递价值主张、进行营销和销售以及提供服务的路径和平台。本项目的渠道主要包含官方网站和移动应用程序、社交媒体和在线广告，以及合作伙伴的销售渠道。

官方网站和移动应用程序：用户可以通过数字渠道它们注册账户、下载课程、跟踪自己的健身进度以及访问个性化的健身计划，这些渠道还可以提供社区互动功能，让用户分享经验、成就和激励彼此。

社交媒体和在线广告：社交媒体平台如微信、抖音、小红书等，可以用来建立品牌知名度、发布更新信息、与用户互动以及推广新功能或课程。在线广告通过搜索引擎营销（SEM）、内容营销、电子邮件营销等方式吸引潜在用户，提高项目的可见性和吸引力。

合作伙伴的销售渠道：与专业设备供应商等合作伙伴合作，可以将你的服务引入到新的市场和用户群体中，合作伙伴可以在他们的设施中推广你的应用程序，例如在健身房内设置专门的推广区域或在设备上预装应用程序，还可以通过联合营销活动、会员优惠等方式增加用户的吸引力。

3.1.4客户关系（Customer Relationships）

客户关系是指企业如何与客户建立和维护关系。在本项目中，主要从个性化的健身计划和反馈、社区互动和客户支持和在线教程与客户建立紧密的链接。

个性化的健身计划和反馈，建立长期的客户关系：通过提供个性化的健身计划来满足用户独特的需求和偏好，从而吸引和保留用户。并利用数据分析和用户反馈，自用调整和优化用户的健身计划，确保用户能够持续看到进步并达到他们的健身目标。个性化反馈不仅包括用户的健身进度，还包括对用户训练表现的评价和建议，帮助用户更好地理解自己的训练效果和身体变化。

社区互动，鼓励用户分享经验和互相激励：建立一个在线社区平台，鼓励用户分享自己的健身经验、成果故事和挑战，增加用户之间的互动和参与感，此外社区可以作为用户之间相互激励和支持的渠道，增加用户的归属感和忠诚度，作为用户获取动力和灵感的源泉，通过观察他人的成功案例来激励自己坚持训练。

客户支持和在线教程，帮助用户解决使用过程中的问题：为用户提供专业的客户支持服务，解答用户在使用健身系统过程中遇到的任何问题，提供及时的帮助和指导。此外，在线教程可以帮助用户更好地理解和使用系统提供的各种功能和资源，包括视频教程、FAQs、使用指南等。通过提供高质量的客户支持和教育资源，可以提高用户满意度，减少用户流失率。

3.1.5收入来源（Revenue Streams）

收入来源指企业从价值主张赚取收入的方式，本项目中收入来源主要包含订阅费用、一次性购买和合作伙伴推广三种模式。

订阅费用：指用户为了使用健身系统而支付周期性（如每月、每季或每年）的订阅费，支付费用后用户可以享受持续的服务，如个性化的健身计划、实时进度追踪、互动社区访问权限等。

一次性购买：用户可以选择购买特定的课程或功能，而不是整个系统的访问权限，包括特殊的训练课程、高级功能或虚拟商品。一次性购买模式适合某些只想尝试特定服务或不想长期订阅的用户。该模式可以吸引那些对某个特定服务感兴趣的潜在客户，同时也为现有用户提供了更多的选择

合作伙伴推广：通过与合作伙伴（如健身设备制造商、营养品牌、健康食品公司等）的合作，系统可以推荐这些合作伙伴的产品和服务，并从中获得佣金或分成。

3.1.6关键资源（Key Resources）

关键资源指为了提供其价值主张、开展关键活动、与合作伙伴建立关系、服务于客户群体以及获得收入来源而需要的资源。本项目的关键资源包含软件平台、健身和营养专家和技术支持团队。

软件平台：软件平台是项目的核心，它包括后端服务器、数据库、AI算法、用户界面和AR内容等技术组件。AI算法用于分析用户数据，如健身进度、身体指标和个人偏好，以提供个性化的健身计划和反馈。AR内容用于增强用户的健身体验，例如通过虚拟现实模拟环境使用户感受到身临其境的锻炼场景。用户界面设计直观易用，确保用户能够轻松访问和操作系统提供的各种功能。

健身和营养专家：健身和营养专家拥有专业的知识和经验，他们负责创建科学的健身计划和提供合理的饮食建议，这些专家还负责审核和更新系统提供的健身内容，确保信息的准确性和时效性。

技术支持团队：技术支持团队负责维护和更新软件平台，确保系统的稳定运行和安全性，负责处理技术问题和用户遇到的故障，提供必要的技术支持和解决方案。随着用户需求的变化和技术的发展，技术支持团队还需要不断研究和开发新功能，以保持项目的竞争力。

3.1.7关键活动（Key Activities）

关键活动是指企业必须进行的核心操作以实现其业务模型的价值主张、维护客户关系、产生收入等。本项目关键活动包含软件开发和维护、内容创建和用户支持和服务三部分。

软件开发和维护：主要内容包括AI、AR技术和用户界面的开发和持续优化。开发工作涉及编写代码、构建系统架构、集成先进技术以及测试软件性能；维护工作包括定期更新软件以修复漏洞、改进功能、提升用户体验以及确保软件与最新技术兼容；AI技术的开发涉及机器学习模型的训练和优化，以个性化用户健身计划并智能分析用户数据；AR技术的应用需要不断更新，以提供新颖的互动体验和虚拟健身环境。

内容创建：一方面，在前期可以引入市场中现存的游戏化健身课程，随着企业发展将转型进入游戏化的健身课程和教学视频开发，增加竞争壁垒。课程内容需要结合趣味性和教育性，并且与与健身和营养专家紧密合作，确保内容的科学性和实用性的同时提高用户的参与度和满意度，

用户支持和服务：提供客户咨询和技术帮助，包括建立客户服务系统，如电话支持、在线聊天、帮助中心和FAQ页面。并及时响应用户需求，解决用户在使用过程中遇到的问题，收集用户反馈，对于产品改进和未来的产品开发至关重要。

3.1.8关键合作伙伴（Key Partnerships）

关键合作伙伴（Key Partnerships）是指企业为了降低风险、获取资源、提供价值主张等目的而建立的战略合作关系。本项目的合作伙伴包含AR设备制造商、健身教练和营养专家和健身相关品牌三部分。

Meta或其他AR设备制造商：通过与AR设备制造商的合作可以确保你的软件平台与最新的硬件兼容，提供最佳的用户体验，合作包括技术集成、共同研发、市场推广等方面，以确保用户能够无缝使用AR功能，通过洽谈设备制造商可能会在其产品中预装你的应用程序，或者提供特别的优惠和套餐，增加用户的吸引力。

健身教练和营养专家：专业人士可以为项目提供核心的专业知识，帮助创建和审核个性化的健身计划和饮食建议；并提供在线指导和咨询服务，增加用户的信任感和满意度。合作模式包含内容创作、品牌代言、联合研究等多种形式。

健康和健身相关的品牌：与健康和健身品牌的合作可以扩大你的市场影响力，通过联合营销和产品推广活动吸引更多的用户，这些品牌可能会提供产品捆绑、赞助内容、品牌合作活动等，以提高用户的参与度和忠诚度。此外，合作也可以包括共享数据和用户洞察，以便双方更好地了解市场需求并开发新产品

3.1.9成本结构（Cost Structure）

成本结构（Cost Structure）是指企业在运营过程中所承担的各种成本，这些成本是实现价值主张、维护客户关系、进行关键活动和与合作伙伴建立关系所必须的。本项目的成本结构主要包含前期的研发成本、营销成本、运营成本和合作伙伴分成。

研发成本：主要包括软件开发和内容创作的成本。软件开发成本涉及程序员的薪酬、开发工具和平台的费用以及测试和部署软件的相关开销；内容创作成本包括制作个性化健身计划、录制教学视频、设计互动课程等所需的资源和人员费用。

营销和销售成本：在推广产品和吸引用户过程中，投入资金进行市场调研、广告宣传、社交媒体营销、参与行业展会和活动等费用。以及销售团队的薪酬、销售平台的搭建和维护费用以及客户获取过程中的其他相关开销。

运营成本：包含服务器维护费用包括数据中心的费用、硬件和软件的更新和维护以及相关的技术支持费用。客户支持成本涉及建立和维护客户服务系统的费用，如客服团队的薪酬、客服软件和工具的费用等；专家咨询费是指支付给合作健身教练和营养专家的费用，他们提供专业知识和在线指导服务。

合作伙伴分成：与合作伙伴共享的收入部分是指根据合作协议，你需要支付给合作伙伴的一定比例的收入作为合作费用，该分成可能基于通过合作伙伴渠道获得的收益、销售的产品数量或提供的服务次数等。

3.2 项目内容

3.2.1游戏化内容设计

本系统采用游戏化思想来赋予智能健身系统娱乐性、趣味性，通过成就系统和升级打怪等游戏化内容的设置，来吸引用户参与到智能健身系统中，提高用户的长期参与度和忠诚度。

图11 游戏化内容设计框架图

1. 创设故事背景

创建有趣、吸引人的故事背景，将健身任务融入故事情节中。用户会因对游戏背景感到好奇而选择该健身产品，用户进入系统时，交互线索进一步引导用户开始运动，而不是教科书式的运动健身引导，可有效缓解健身初学者抗拒运动的心理。此外，游戏情节的设定有利于使用户沉浸其中，而忽略健身行为的枯燥痛苦。

1. 闯关升级与动态调整难度

设计个性化的趣味挑战任务，实现健身目标趣味性重构，在健身 APP 中加入游戏化关卡的设计，有利于将健身行为转化为游戏中的闯关行为，健身目标重构为游戏中的通关目标。

本系统主要考量健身初学者的运动能力，设置各个关卡的运动目标时，应结合科学的运动规划，避免设置过低的目标使用户感到无趣，设置过高的目标导致运动过量造成不适。当难度设置略高于用户的运动能力时，用户完成挑战后获得的满足感更强。

1. 活力社区建设

本系统引入社交元素，允许用户邀请朋友一起参与健身挑战，或者与好友分享自己的成就。这种社交竞争和合作可以增强用户的参与感和归属感。

1. 团队竞争、排行榜与定期主题活动

本系统创建团队竞赛模式，允许用户组建或加入团队，与队友一起完成特定的健身挑战。这种团队精神可以增强用户之间的互动和竞争，提高团队内的凝聚力。

同时允许用户通过排行榜实现社交竞争，通过排行榜比较自己与其他用户的水平差距，利用用户的竞争心理，推动他们更加积极地参与到此健身系统，努力提升自己的排名。

此外，也会举办定期的主题活动或健身赛事，如新年减重挑战、夏季健体大赛等，为用户提供新的目标和动力。

1. 奖励机制

本系统设置奖励机制，如果用户完成相应的健身任务，可每天积累相应的积分，一定数目的积分可兑换相应的IP联名勋章。同时，给排行榜排名靠前以及进步较大的用户提供额外的奖励，如虚拟奖品、实体商品折扣、额外的会员服务等，以增加用户的获得感，从而提高用户粘性。

3.2.2精准化健身

图12 精准化身体测评分类图

本项目的一大特点是通过A等设备收集用户的图像、影像等数据，通过Openpose、三维建模的方式为用户提供精准化的身体测评。精准化身体测评的内容包含生理指标测量、体能测试和体态测试三部分。

生理指标测评包括体重、身高、体脂百分比、肌肉量、水分比例等基础数据的测量，用户通过穿戴式设备或在特定的AR环境中进行扫描，可以收集关于身体尺寸和形态的数据，借助Openpose技术，可以帮助识别用户的身体关键部位和动作，为体能测试和体态测试提供数据支持。

体能测试包含力量、耐力、柔韧性和速度测试，可用于评估用户的身体能力，帮助确定用户的当前体能水平和潜在的风险因素。本项目中虚拟体能挑战利用AR环境设计一系列体能挑战，如虚拟跑步、跳跃或举重等，通过用户在虚拟环境中的表现评估其体能水平。并通过A设备和传感器实时监测用户在进行体能测试时的动作和表现，结合Openpose等技术，分析用户的动作质量、力量分布和耐力水平。

体态测试可以帮助识别用户的不良姿势习惯，如圆肩、驼背、骨盆前倾或后倾等，这些问题可能导致肌肉紧张、关节压力增加以及运动效率降低。本项目使用AR技术对用户的姿势进行实时评估，检测可能的不良姿势习惯，并通过三维建模分析身体各部位的对称性和平衡性，识别潜在的姿势问题。

3.3.3个性化健身指导

图13 个性化健身指导分析图

个性化健身指导是本项目的核心技术，主要通过为用户设定个性化健身及饮食计划，个性化动作指导，以及训练后的个性化拉伸及恢复指导和个性化计划调整的服务，为用户提供更好的体验感受。

个性化健身及饮食计划基于精准化身体测评中得到的用户的身体测评数据、健康状况、生活方式和健身目标，以及针对性的姿态矫正来制定适合用户的健身和饮食计划，计划包括运动类型、强度、频率、时长以及营养建议，帮助用户有效达到其健康和健身目标。

个性化动作指导中本项目使用使用AR技术和传感器监测用户在执行健身动作时的表现，提供即时反馈和动作纠正，并通过视频或增强现实叠加层展示正确的动作形式，帮助用户理解和模仿。在训练过程中根据用户的能力和进度调整动作难度，确保用户始终在适合自己的水平上训练。

个性化拉伸及恢复指导将根据用户所做的锻炼提供针对此部位的拉伸指导，帮助用户缓解肌肉紧张，提高柔韧性，加速恢复，并使用技术手段监测恢复过程，确保用户正确执行拉伸和恢复动作。在拉伸后提醒用户需注意饮食和休息等指导。

在个性化计划调整中将跟踪用户的训练进度和身体反应，定期评估计划的有效性，并根据用户的反馈、测试结果和实际表现，适时调整健身计划。

3.3项目创新点

3.3.1游戏化

该项目采用游戏化思想来增强智能健身系统的娱乐性和趣味性。

首先，通过创设吸引人的故事背景和融合闯关升级的游戏机制，将健身任务巧妙地融入故事情节中，使用户在享受游戏的乐趣的同时，完成健身目标。这种设计不仅吸引了健身初学者，还通过动态调整难度，确保了各个级别的用户都能在挑战中感到满足。其次，系统引入了社交元素，建立了活力社区，鼓励用户邀请朋友一起参与挑战，分享成就，同时也设置了团队竞赛模式和排行榜，利用用户的竞争心理，激发他们的积极性。此外，定期的主题活动和奖励机制也为系统增添了更多的互动性和激励性，提高了用户的长期参与度和忠诚度。

3.3.2个性化健身指导

该项目基于精准化身体测评的个性化方案，利用AR技术和Openpose等算法进行身体指标和运动姿态的精确测量，为用户提供了详细而准确的身体数据，并根据这些数据制定个性化的健身及饮食计划，确保每个用户都能获得符合其独特身体条件和目标的指导。在训练过程中通过传感器和AR技术实时监控用户的运动表现，提供即时的纠正和反馈，帮助用户以正确的姿势执行动作，减少受伤风险。训练后根据用户的进展和反馈，系统能够自动调整训练难度和内容，确保用户始终在适合自己能力水平的挑战中进步。形成一个完成的健身闭环，增加用户的训练效果和留存意愿。

图14 真人驱动型AI虚拟教练运作流程

4.技术分析

图15 精准化身体测评技术运作分析图

4.1人体三维建模

人体三维建模目前主流的做法是通过深度摄像头还原人体的3D模型。深度摄像头除了能够获取平面图像以外，还可以获得拍摄对象的深度信息，即三维的位置和尺寸信息，使得整个计算系统获得环境和对象的三维立体数据。通过深度摄像头获取人体的三维立体数据，可以把人的3D模型建立出来，并根据人体的3D模型得到人体的躯干长度、腰围、臀围、体脂率等信息，同时也可以判断是否有高低肩、头部侧倾、O型腿等问题。从而给健身用户定制合适的训练计划、评估锻炼的效果。

4.2人体姿态估计

人体姿态估计通过将图片中已检测到的人体关键点正确的联系起来，从而估计人体姿态。人体关键点通常对应人体上有一定自由度的关节，比如颈、肩、肘、腕、腰、膝、踝等。通过对关键点在空间中的相对位置进行计算，就可以估计人体当前的姿态，加入时间信息后，我们还可以进一步分析肢体的运动轨迹、频率、幅度等信息。人体姿态估计的关键在于如何识别人体的关键点，目前主流的做法是基于卷积神经网络和监督学习，比如卡耐基梅隆大学的开源项目OpenPose。

OpenPose是基于卷积神经网络和监督学习并以caffe为框架写成的开源库，可以实现人的面部表情、躯干和四肢甚至手指的跟踪，不仅适用于单人也适用于多人，同时具有较好的鲁棒性。该算法可以称是世界上第一个基于深度学习的实时多人二维姿态估计，是人机交互上的一个里程碑，开辟了一种新的人机交互方式。相比于键盘鼠标而言，人用肢体动作和面部表情能表达的内容比键盘鼠标要丰富得多，为机器理解人提供了一个高质量的信息维度。

图16 OpenPose示意图

其主要思路是：

1. 输入一幅图像，经过卷积网络提取特征，得到一组特征图，然后分成两个岔路，分别使用CNN网络提取Part Confidence Maps和Part Affinity Fields；
2. 得到这两个信息后，我们使用图论中的Bipartite Matching（偶匹配）求出Part Association，将同一个人的关节点连接起来，由于PAF自身的矢量性，使得生成的偶匹配很正确，最终合并为一个人的整体骨架；
3. 最后基于PAFs求Multi-Person Parsing，然后把Multi-person parsing问题转换成graphs问题使用Hungarian Algorithm。

4.3 AI健身教练

AI虚拟健身教练是一种具有多重人类特征（外貌特征、人类表演能力、人类交互能力等）的综合产物，由计算机图形学、图形渲染、动作捕捉、深度学习、语音合成、数据挖掘与分析等计算机手段创造及使用，具有语言交流、表情传递、健身陪伴与指导等多种功能。同时与AR设备配合使用，支持沉浸式体验，使用户可以在一个虚拟的环境中进行健身，同时由AI虚拟教练进行引导与陪伴。

图17 个性化健身指导具体技术分析图

1. 计算机视觉技术

AI虚拟健身教练系统使用计算机视觉技术进行用户的动作捕捉和分析。通过摄像头捕获的用户动作视频，采集身体运动视频数据。使用图像识别和动作捕捉算法来分析用户的姿势和动作，使得系统能识别和理解用户的身体姿态和运动轨迹。最后系统向用户反馈准确信息并给出指导。此外，计算机视觉技术也用于实现虚拟人物的动画设计，使其具有逼真的动态效果。

1. 数据挖掘与分析

本系统通过数据挖掘和分析技术，来实现AI虚拟教练对用户的语音、动作和表情信息进行处理和解读。这包括噪声抑制、语音分段、特征提取等步骤，以准确地识别用户的语音和动作指令。同时，系统还会分析用户的情绪状态，以便调整虚拟教练的回应方式，最终输出定制化个性化的反馈和建议。

1. NLP技术

NLP技术在AI虚拟健身教练系统中主要用于理解和生成自然语言。系统通过音频监控设备采集用户的自然语言指令，用语言理解模块解析用户的语句，通过对话管理系统生成恰当的响应策略，结合上下文信息和对话策略，生成符合语法、自然、流畅以及语义逻辑的语音回复。这使得虚拟教练能够与用户进行自然的语言交流。

1. 机器学习和深度学习

系统输入大量的用户历史数据（包括语音、动作、交互历史等），使用各种算法（例如神经网络、决策树等）来训练模型，学习用户的行为模式和偏好。通过机器学习和深度学习技术，系统生成个性化的训练计划并不断优化其对话策略和回应风格，以更好地适应个别用户的需求。此外，深度学习技术还用于生成模型，如循环神经网络、生成对抗网络等，用于生成虚拟教练的语音和动作。

1. 虚拟现实技术

首先是环境模拟。利用计算机图形学技术创建三维虚拟环境，这个环境可以是完全虚构的，也可以是模仿现实世界的场景。用户感知。通过头戴显示器（HMD）等设备，将虚拟环境呈现给用户，使其产生身临其境的感觉。这些设备通常配备有视觉和听觉传感器，以增强体验的真实感。用户交互。用户可以通过手柄、运动追踪设备或身体动作与虚拟环境中的对象进行交互。传感器技术捕捉用户的动作并实时反馈到虚拟环境中，使用户能够控制虚拟世界中的角色或物体。最终得到沉浸式体验。这种沉浸感是通过立体声音效、高分辨率图像和快速响应时间来实现的，使用户能够体验不同的虚拟故事环境。

5.活动及业务分析

5.1系统边界

在项目管理和系统分析中，确定系统边界可以帮助项目团队明确区分系统的内部要素和外部环境。系统边界定义了哪些元素是系统的一部分，哪些元素属于外部世界，有助于管理关注点、资源分配以及后续监控和控制系统的行为。

本智能健身项目涉及的系统边界主要包含用户、AR设备、后台客服、健身内容库及云存储和数据分析。

1. 用户：用户是智能健身系统的核心参与者。他们与系统互动，通过使用AR设备和接收客服反馈来达到个性化的健身目标。用户的体验和反馈将直接影响系统的改进和优化。
2. AR设备：AR设备作为智能健身系统的重要组成部分，利用先进的技术如3D运动追踪传感器和人工智能，能够捕捉用户的动作，并通过增强现实技术叠加虚拟教练或指导信息，增强用户的健身体验。
3. 后台客服：客服反馈机制是维护用户满意度和系统正常运行的关键，当AI管家无法回答用户的问题或用户对AI管家的问题不满意时，后台客服可以针对性回答用户的问题，并在此过程中需要收集用户反馈，不断改进服务质量和系统功能。
4. 健身内容库：健身内容库是智能健身系统中不可或缺的部分，它包含了各种健身课程、视频教程等。用户可以根据自己的需求和兴趣选择相应的内容进行学习和锻炼。
5. 云存储及数据分析：为了实现大规模数据的存储和处理，智能健身系统需要依赖云计算平台。云存储可以保证数据的安全性和可靠性，数据分析则可以帮助理解用户行为和偏好，从而提供更加个性化的服务和建议。

根据以上分析绘制数据流图（DFD，Data Flow Diagram）如下，其中基本的元素包括数据流、加工、数据存储（文件）及外部实体。其中数据流表示数据在系统中的移动路径，箭头指示了数据流动的方向；加工指系统中对数据进行处理的活动；数据存储表明数据在系统中的存储位置；外部实体表示与系统交换信息的外部源或目标，例如用户、其他系统或组织。

图18 健身系统数据流图

5.2活动图描述系统功能流程

该基于AR的游戏化智能健身系统主要涉及到精准化检测、个性化健身指导、游戏化社区互动、其他（健康咨询和检测、购物中心等功能）则四大板块功能。

5.2.1精准化检测功能

1. 用户初次使用时需填写个人偏好，包括健身目标、身体状况等信息。

1. 使用先进的传感器和监测设备，如智能手表和音视频监测装置，来收集用户在健身活动中产生的数据（例如心率、步数、运动持续时间）。
2. 通过分析这些数据，系统能够准确评估用户的运动表现和身体状况。
3. 使用openpos技术和三维建模技术来监测用户的动作准确性，以来进行用户体态检测。
4. 系统会对用户的长期健身数据进行追踪和分析。
5. 基于这些数据，系统提供个性化的健身和饮食计划和建议，同时随着时间逐步调整用户的健身计划，以适应其进步和身体变化。

5.2.2个性化健身指导

1. 用户佩戴AR设备并准备好显屏，用户在系统中选择不同的健身模式。这包括普通健身课程训练和游戏化健身模式（升级闯关和组团竞技）。
2. 普通健身课程: 对于那些不使用AR设备或不参与闯关挑战的用户，系统也提供了普通的健身课程，这些课程仍然可以根据用户的个人资料和偏好进行个性化调整。
3. 闯关挑战和组团竞技：系统提供游戏化的挑战，利用AR技术，为用户创建沉浸式的健身环境，让用户在完成特定健身任务时感觉像是在游戏中“闯关”，这增加了锻炼的乐趣和体验感。
4. 使用AR技术和三维建模技术来实时监测用户的动作准确性。当发现用户动作不标准或存在潜在伤害风险时，虚拟教练会提供即时反馈和纠正建议。
5. 完成周阶段任务可获得一定积分，可利用积分兑换奖励。

5.2.3游戏化社区互动

1. 用户可以进入一个虚拟的“活力社区”，在这里参与各种健身挑战和定期主题活动。
2. 社区内用户可分享健身经验，增加健身的乐趣和动力。
3. 通过完成挑战和活动，用户可以获得积分和奖励。
4. 积分与奖励系统:用户通过参与社区活动、完成目标挑战等方式积累积分。积分可用于兑换奖励，如虚拟商品、实体折扣等。

5.2.4其他辅助功能

1. 健康管理中心: 用户可以访问健康管理中心获取个性化的健康和饮食建议。
2. 在线私教咨询: 用户可以与在线私教进行实时咨询，获得专业指导和健康建议。
3. 购物中心: 用户可以浏览和购买健身相关的产品和服务。
4. 对于任何商品或服务相关的问题，用户可以通过客服解决，包括售后问题、商品咨询等。

整个系统的设计旨在通过结合AR技术和游戏化元素，提高用户健身的积极性和效果，同时促进社区内的互动和竞争。

图19 健身系统活动图

5.3业务流程分析

以下是基于AR的游戏化智能健身系统的业务流程：

1. 开始准备: 用户准备显示屏幕等设备开始进入系统。
2. 用户登录: 用户进行系统登录，可能需要输入账户信息或通过其他方式验证身份。
3. 开启语音模式: 系统支持语音控制，用户可以选择开启这一模式以便使用语音命令进行操作。
4. 若用户这一周未完成精准化身体检测，则需要进入用户中心的身体检测模块。

• 填写用户偏好: 用户在个人中心填写或更新自己的偏好设置，如健身目标、可用时间、喜好的锻炼类型等。
• 精准化身体检测: 系统提供身体检测功能。需要进行生理指标测量、体能测量、体能测试和体态测试。
• 数据分析与推荐: 系统会通过数据分析与算法给用户制定个性化健身计划和饮食计划。

1. 若用户已完成周精准化身体测评，则可进入课程中心：

• 进入课程中心: 用户进入系统内的课程中心，可以浏览和选择各种健身课程。
• 用户可以根据自己的兴趣和健身目标选择适合的健身模式。
• 若选择普通健身课程，则根据用户偏好和个性健身计划系统推荐个性化健身课程。
• 若选择闯关挑战和组团竞技，则佩戴AR设备，系统为用户提供游戏化故事情境，用户沉浸式体验健身，通过参与活动和达成目标，用户可以获得升级和奖励。完成挑战可获取排名，一定的排名对应相应的积分。
• 虚拟教练实时监测: 使用智能手环或其他可穿戴设备，用户的运动数据被实时监测，并由虚拟教练进行分析和指导，最后提供反馈建议。
• 完成日/周阶段计划: 用户根据日常和周计划完成健身任务，系统会记录进度并给予积分奖励。

1. 用户也可以选择进入活力社区，

• 社区论坛: 用户可以进入社区中心参与讨论，分享经验，可能还有组团竞技等功能。
• 参与主题活动: 用户参加由系统举办的各种主题健身活动，增加锻炼的乐趣和动力。
• 兑换奖励: 用户可以使用累积的积分兑换系统提供的奖励。如虚拟奖品、实体商品折扣、额外的会员服务等

1. 同时用户也可以享受购物、健康咨询等服务。

• 健康咨询：用户可以与在线私教进行实时咨询，获得专业指导和健康建议。
• 购物中心: 用户可以浏览和购买健身相关的产品和服务。
• 支付成功: 若系统内部分服务需要付费，用户可以通过选定的付款方式进行支付。
• 对于任何商品或服务相关的问题，用户可以通过客服解决，包括售后问题、商品咨询等。

1. 结束: 用户完成一系列操作后，本次使用流程结束。可进行下一轮训练内容。

整个系统设计为用户提供了一个完整的健身体验，从身体检测、个性化课程选择到实时监测和社区互动，结合了AR技术和游戏化元素以提高用户的参与度和动力。

 

图20 健身系统业务流程

6.参考资料

[1]卢菲菲,黄玉婷.基于游戏化思维理论的居家健身产品设计与构建研究[J].鞋类工艺与设计,2022,2(15):141-143.

[2]杨心月. 乐跑不停,乐趣无限[D].浙江理工大学,2023.DI:10.27786/d.cnki. gzjlg.2022.000306.

[3]张朝科,曹义竟,汪家伦.基于游戏化的智能健身产品设计研究[J].工业设计,2021(08):73-74.

[4]张煜. 基于游戏化的用户成长管理系统设计与实现[D].华中科技大学,2019.

[5]公开资料，华经产业研究院整理，来自华经情报网.

[6]2023中国健身行业数据报告

[7]2020年世界卫生组织（WHO）身体活动和久坐行为指南

注：正文图表中的数据来自华经情报网。