專(zhuān)利名稱(chēng)：一種級(jí)聯(lián)剛體運(yùn)動(dòng)追蹤、步行過(guò)程追蹤方法與系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微機(jī)械(MEMQ運(yùn)動(dòng)追蹤領(lǐng)域，尤其涉及一種級(jí)聯(lián)剛體運(yùn)動(dòng)追蹤方法與系統(tǒng)、步行過(guò)程追蹤方法與系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
運(yùn)動(dòng)物體追蹤技術(shù)，已廣泛運(yùn)用于各領(lǐng)域，尤其在航天航海、天線雷達(dá)、人體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)建模等領(lǐng)域。近年，隨著MEMS的迅速發(fā)展，運(yùn)動(dòng)追蹤技術(shù)逐漸融合進(jìn)MEMS的理念，將運(yùn)動(dòng)追蹤所需的測(cè)量部件微型化、集成化，形成集微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號(hào)處理和控制電路等于一體的微型運(yùn)動(dòng)追蹤設(shè)備。這些設(shè)備具有成本低、體積小、重量輕等特點(diǎn)，因而廣受人們青睞。
運(yùn)動(dòng)物體追蹤需要首先獲得運(yùn)動(dòng)物體的姿態(tài)數(shù)據(jù)，姿態(tài)數(shù)據(jù)獲得后利用該數(shù)據(jù)對(duì)該運(yùn)動(dòng)物體的虛擬模型進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，從而實(shí)時(shí)再現(xiàn)運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)追蹤?，F(xiàn)有技術(shù)中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)物體追蹤主要有三種方式一是光捕捉式，通過(guò)安裝于特定場(chǎng)地的多個(gè)不同角度的攝像頭獲取運(yùn)動(dòng)物體關(guān)鍵位置點(diǎn)的姿態(tài)數(shù)據(jù)，進(jìn)而利用該數(shù)據(jù)進(jìn)行模型驅(qū)動(dòng)；二是電磁式，通過(guò)安裝于運(yùn)動(dòng)物體不同部位的多個(gè)電磁傳感器之間的電磁耦合強(qiáng)度獲得姿態(tài)數(shù)據(jù)，進(jìn)而利用該數(shù)據(jù)進(jìn)行模型追蹤驅(qū)動(dòng)；三是加速度積分式，通過(guò)安裝于運(yùn)動(dòng)物體不同部位的加速度計(jì)測(cè)量變化加速度，然后對(duì)加速度進(jìn)行二次積分獲得姿態(tài)數(shù)據(jù)，進(jìn)而利用該數(shù)據(jù)進(jìn)行模型驅(qū)動(dòng)。這些方式應(yīng)用于多段級(jí)聯(lián)型運(yùn)動(dòng)物體追蹤，取得的效果往往不理想光捕捉方式受限于光線明暗，得到的姿態(tài)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確；電磁式受限于電磁強(qiáng)度，信號(hào)較弱時(shí)若無(wú)額外輔助電磁發(fā)射裝置配合，得到的數(shù)據(jù)也不準(zhǔn)確；加速度積分方式因積分過(guò)程無(wú)可避免地存在累積誤差，姿態(tài)數(shù)據(jù)隨著時(shí)間推移將偏離真實(shí)情況。為實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)剛體運(yùn)動(dòng)物體追蹤急切需要一種簡(jiǎn)潔方便、受限因素少、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的追蹤方法與系統(tǒng)。發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種級(jí)聯(lián)剛體運(yùn)動(dòng)追蹤方法與系統(tǒng)，通過(guò)利用級(jí)聯(lián)剛體自身物理特點(diǎn)，準(zhǔn)確獲取坐標(biāo)數(shù)據(jù)后進(jìn)行模型驅(qū)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)剛體的追蹤。
本發(fā)明提供了一種級(jí)聯(lián)剛體運(yùn)動(dòng)追蹤方法，該方法包括
測(cè)量級(jí)聯(lián)剛體各個(gè)剛體的姿態(tài)數(shù)據(jù)，所述姿態(tài)數(shù)據(jù)包括剛體運(yùn)動(dòng)的俯仰角、橫滾角、航向角；
根據(jù)所述姿態(tài)數(shù)據(jù)創(chuàng)建相應(yīng)剛體的旋轉(zhuǎn)矩陣；
構(gòu)造由級(jí)聯(lián)剛體的級(jí)聯(lián)點(diǎn)、級(jí)聯(lián)剛體的兩個(gè)端點(diǎn)組成的級(jí)聯(lián)點(diǎn)集；以級(jí)聯(lián)點(diǎn)集為處理對(duì)象，選取級(jí)聯(lián)點(diǎn)集中的一個(gè)點(diǎn)為已知點(diǎn)，將已知點(diǎn)的坐標(biāo)與包含該已知點(diǎn)的剛體的旋轉(zhuǎn)矩陣相乘，得到該剛體的另一個(gè)級(jí)聯(lián)點(diǎn)的坐標(biāo)；
將級(jí)聯(lián)點(diǎn)集的坐標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)送給運(yùn)動(dòng)追蹤中心，由該追蹤中心使用所述坐標(biāo)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)級(jí)聯(lián)剛體模型的相應(yīng)部位運(yùn)動(dòng)，并將運(yùn)動(dòng)過(guò)程虛擬呈現(xiàn)出來(lái)。
優(yōu)選地，級(jí)聯(lián)點(diǎn)集的坐標(biāo)數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線方式發(fā)送給運(yùn)動(dòng)追蹤中心。
優(yōu)選地，根據(jù)姿態(tài)數(shù)據(jù)創(chuàng)建得到的相應(yīng)剛體的旋轉(zhuǎn)矩陣為.
權(quán)利要求
1.一種級(jí)聯(lián)剛體運(yùn)動(dòng)追蹤方法，其特征在于，該方法包括測(cè)量級(jí)聯(lián)剛體各個(gè)剛體的姿態(tài)數(shù)據(jù)，所述姿態(tài)數(shù)據(jù)包括剛體運(yùn)動(dòng)的俯仰角、橫滾角、航向角；根據(jù)所述姿態(tài)數(shù)據(jù)創(chuàng)建相應(yīng)剛體的旋轉(zhuǎn)矩陣；構(gòu)造由級(jí)聯(lián)剛體的級(jí)聯(lián)點(diǎn)、級(jí)聯(lián)剛體的兩個(gè)端點(diǎn)組成的級(jí)聯(lián)點(diǎn)集；以級(jí)聯(lián)點(diǎn)集為處理對(duì)象，選取級(jí)聯(lián)點(diǎn)集中的一個(gè)點(diǎn)為已知點(diǎn)，將已知點(diǎn)的坐標(biāo)與包含該已知點(diǎn)的剛體的旋轉(zhuǎn)矩陣相乘，得到該剛體的另一個(gè)級(jí)聯(lián)點(diǎn)的坐標(biāo)；將級(jí)聯(lián)點(diǎn)集的坐標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)送給運(yùn)動(dòng)追蹤中心，由該追蹤中心使用所述坐標(biāo)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)級(jí)聯(lián)剛體模型的相應(yīng)部位運(yùn)動(dòng)，并將運(yùn)動(dòng)過(guò)程虛擬呈現(xiàn)出來(lái)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，級(jí)聯(lián)點(diǎn)集的坐標(biāo)數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線方式發(fā)送給運(yùn)動(dòng)追蹤中心。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)姿態(tài)數(shù)據(jù)創(chuàng)建得到的相應(yīng)剛體的旋轉(zhuǎn)矩陣為
4.一種級(jí)聯(lián)剛體運(yùn)動(dòng)追蹤系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括姿態(tài)數(shù)據(jù)測(cè)量單元、旋轉(zhuǎn)矩陣創(chuàng)建單元、級(jí)聯(lián)點(diǎn)處理單元、坐標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)送單元和運(yùn)動(dòng)追蹤中心，其中所述姿態(tài)數(shù)據(jù)測(cè)量單元，用于測(cè)量級(jí)聯(lián)剛體各個(gè)剛體的姿態(tài)數(shù)據(jù)，所述姿態(tài)數(shù)據(jù)包括剛體運(yùn)動(dòng)的俯仰角、橫滾角、航向角；所述旋轉(zhuǎn)矩陣創(chuàng)建單元，用于根據(jù)姿態(tài)數(shù)據(jù)創(chuàng)建相應(yīng)剛體的旋轉(zhuǎn)矩陣； 所述級(jí)聯(lián)點(diǎn)處理單元，用于構(gòu)造由級(jí)聯(lián)剛體的級(jí)聯(lián)點(diǎn)、級(jí)聯(lián)剛體的兩個(gè)端點(diǎn)組成的級(jí)聯(lián)點(diǎn)集；以級(jí)聯(lián)點(diǎn)集為處理對(duì)象，選取級(jí)聯(lián)點(diǎn)集中的一個(gè)點(diǎn)為已知點(diǎn)，將該已知點(diǎn)的坐標(biāo)與包含該已知點(diǎn)的剛體的旋轉(zhuǎn)矩陣相乘，得到該剛體的另一個(gè)級(jí)聯(lián)點(diǎn)的坐標(biāo)； 所述坐標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)送單元，用于將級(jí)聯(lián)點(diǎn)集的坐標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)送給運(yùn)動(dòng)追蹤中心； 所述運(yùn)動(dòng)追蹤中心，用于接收所述級(jí)聯(lián)點(diǎn)集的坐標(biāo)數(shù)據(jù)后，使用所述坐標(biāo)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)級(jí)聯(lián)剛體模型的相應(yīng)部位運(yùn)動(dòng)，并將運(yùn)動(dòng)過(guò)程虛擬呈現(xiàn)出來(lái)。
5.一種步行過(guò)程追蹤方法，其特征在于，該方法包括測(cè)量人體下肢各骨骼的姿態(tài)數(shù)據(jù)，所述姿態(tài)數(shù)據(jù)包括骨骼運(yùn)動(dòng)的俯仰角、橫滾角、航向角；根據(jù)所述姿態(tài)數(shù)據(jù)創(chuàng)建相應(yīng)骨骼的旋轉(zhuǎn)矩陣；構(gòu)建由骨骼與骨骼的連接點(diǎn)、下肢兩個(gè)端點(diǎn)組成的級(jí)聯(lián)點(diǎn)集，以該級(jí)聯(lián)點(diǎn)集為處理對(duì)象，選取級(jí)聯(lián)點(diǎn)集內(nèi)下肢端點(diǎn)的觸地點(diǎn)為已知點(diǎn)，將已知點(diǎn)的坐標(biāo)與包含該已知點(diǎn)的骨骼的旋轉(zhuǎn)矩陣相乘，得到該骨骼的另一個(gè)級(jí)聯(lián)點(diǎn)的坐標(biāo)；將級(jí)聯(lián)點(diǎn)集的坐標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)送給步行追蹤中心，由該追蹤中心使用所述坐標(biāo)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)人體模型的相應(yīng)部位運(yùn)動(dòng)，并將人體步行過(guò)程虛擬再現(xiàn)出來(lái)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法還包括獲取步行位移的步驟，該步驟為記錄步行中移動(dòng)肢的端點(diǎn)觸地時(shí)刻的坐標(biāo)，將該坐標(biāo)與非移動(dòng)肢的端點(diǎn)的坐標(biāo)相減以得到步行位移。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，步行中移動(dòng)肢的端點(diǎn)觸地時(shí)刻按照下述步驟判斷測(cè)量人體腳端運(yùn)動(dòng)的角速度，將所述角速度與預(yù)設(shè)閥值進(jìn)行比較，如果等于預(yù)設(shè)閥值，則該時(shí)刻為移動(dòng)肢的端點(diǎn)觸地時(shí)刻。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，級(jí)聯(lián)點(diǎn)集的坐標(biāo)數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線方式發(fā)送給步行追蹤中心。
9.根據(jù)權(quán)利要求5至8中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，測(cè)量人體下肢各骨骼的姿態(tài)數(shù)據(jù)之前采用T-POSE進(jìn)行校準(zhǔn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求5至8中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，根據(jù)姿態(tài)數(shù)據(jù)創(chuàng)建得到的相應(yīng)骨骼的旋轉(zhuǎn)矩陣為
11.一種步行過(guò)程追蹤系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括姿態(tài)數(shù)據(jù)測(cè)量單元、旋轉(zhuǎn)矩陣創(chuàng)建單元、級(jí)聯(lián)點(diǎn)處理單元、坐標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)送單元和步行追蹤中心，其中所述姿態(tài)數(shù)據(jù)測(cè)量單元，用于測(cè)量人體下肢各骨骼的姿態(tài)數(shù)據(jù)，所述姿態(tài)數(shù)據(jù)包括骨骼運(yùn)動(dòng)的俯仰角、橫滾角、航向角；所述旋轉(zhuǎn)矩陣創(chuàng)建單元，用于根據(jù)姿態(tài)數(shù)據(jù)創(chuàng)建相應(yīng)骨骼的旋轉(zhuǎn)矩陣； 所述級(jí)聯(lián)點(diǎn)處理單元，用于構(gòu)建由骨骼與骨骼的連接點(diǎn)、下肢兩個(gè)端點(diǎn)組成的級(jí)聯(lián)點(diǎn)集，以該級(jí)聯(lián)點(diǎn)集為處理對(duì)象，選取級(jí)聯(lián)點(diǎn)集內(nèi)下肢端點(diǎn)的觸地點(diǎn)為已知點(diǎn)，將已知點(diǎn)的坐標(biāo)與包含該已知點(diǎn)的骨骼的旋轉(zhuǎn)矩陣相乘，得到該骨骼的另一個(gè)級(jí)聯(lián)點(diǎn)的坐標(biāo)； 所述坐標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)送單元，用于將級(jí)聯(lián)點(diǎn)集的坐標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)送給步行追蹤中心； 所述步行追蹤中心，用于接收級(jí)聯(lián)點(diǎn)集的坐標(biāo)數(shù)據(jù)后，使用所述坐標(biāo)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)人體模型的相應(yīng)部位運(yùn)動(dòng)，并將人體步行過(guò)程虛擬再現(xiàn)出來(lái)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括步行位移獲取單元，該單元用于記錄步行中移動(dòng)肢的端點(diǎn)觸地時(shí)刻的坐標(biāo)，將該坐標(biāo)與非移動(dòng)肢的端點(diǎn)的坐標(biāo)相減以得到步行位移。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述步行位移獲取單元包括觸地時(shí)刻判斷子單元，用于測(cè)量人體腳端運(yùn)動(dòng)的角速度，將所述角速度與預(yù)設(shè)閥值進(jìn)行比較，如果等于預(yù)設(shè)閥值，則該時(shí)刻為移動(dòng)肢的端點(diǎn)觸地時(shí)刻。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種級(jí)聯(lián)剛體運(yùn)動(dòng)追蹤方法與系統(tǒng)。該方法包括測(cè)量級(jí)聯(lián)剛體各個(gè)剛體的姿態(tài)數(shù)據(jù)；根據(jù)所述姿態(tài)數(shù)據(jù)創(chuàng)建相應(yīng)剛體的旋轉(zhuǎn)矩陣；構(gòu)造由級(jí)聯(lián)剛體的級(jí)聯(lián)點(diǎn)、級(jí)聯(lián)剛體的兩個(gè)端點(diǎn)組成的級(jí)聯(lián)點(diǎn)集；以級(jí)聯(lián)點(diǎn)集為處理對(duì)象，選取級(jí)聯(lián)點(diǎn)集中的一個(gè)點(diǎn)為已知點(diǎn)，將該點(diǎn)的坐標(biāo)與相應(yīng)剛體的旋轉(zhuǎn)矩陣相乘，得到該剛體的另一個(gè)級(jí)聯(lián)點(diǎn)的坐標(biāo)；將級(jí)聯(lián)點(diǎn)集的坐標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)送給運(yùn)動(dòng)追蹤中心，由該追蹤中心使用所述坐標(biāo)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)級(jí)聯(lián)剛體模型的相應(yīng)部位運(yùn)動(dòng)，并將運(yùn)動(dòng)過(guò)程虛擬呈現(xiàn)出來(lái)。本發(fā)明還提供了一種步行過(guò)程追蹤方法與系統(tǒng)。本發(fā)明提供的方法與系統(tǒng)使得運(yùn)動(dòng)追蹤過(guò)程簡(jiǎn)潔方便、受限因素少、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。
文檔編號(hào)G06F19/00GK102508986SQ20111025623
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月31日
發(fā)明者周尤, 趙鐵軍 申請(qǐng)人:微邁森慣性技術(shù)開(kāi)發(fā)(北京)有限公司