專利名稱：三維動作捕捉的揚(yáng)聲器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種動作捕捉技術(shù)，具體涉及一種三維動作捕捉的揚(yáng)聲器系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
動作捕捉技術(shù)涉及尺寸測量、物理空間里物體的定位及方位測定等方面技術(shù)，其目的是為了獲得人體關(guān)鍵骨骼，再經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理后向用戶通過可以在動畫制作中應(yīng)用的數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)被計(jì)算機(jī)識別后，動畫師即可以在計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的鏡頭中調(diào)整、控制運(yùn)動的物體。從應(yīng)用角度來看，表演動畫系統(tǒng)主要有表情捕捉和身體運(yùn)動捕捉兩類；從實(shí)時性來看，可分為實(shí)時捕捉系統(tǒng)和非實(shí)時捕捉系統(tǒng)兩種。當(dāng)前人體動作捕捉系統(tǒng)一般有幾種類型機(jī)械式、聲學(xué)式、電磁式和光學(xué)式。同時， 不依賴于專用傳感器，而直接識別人體特征的運(yùn)動捕捉技術(shù)也將很快走向?qū)嵱?。機(jī)械式-機(jī)械式運(yùn)動捕捉依靠機(jī)械裝置來跟蹤和測量運(yùn)動軌跡。典型的系統(tǒng)由多個關(guān)節(jié)和剛性連桿組成，在可轉(zhuǎn)動的關(guān)節(jié)中裝有角度傳感器，可以測得關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動角度的變化情況。裝置運(yùn)動時，根據(jù)角度傳感器所測得的角度變化和連桿的長度，可以得出桿件末端點(diǎn)在空間中的位置和運(yùn)動軌跡。實(shí)際上，裝置上任何一點(diǎn)的運(yùn)動軌跡都可以求出，剛性連桿也可以換成長度可變的伸縮桿，用位移傳感器測量其長度的變化。電磁傳感器類型，利用主動發(fā)射靶標(biāo)信號(比如電磁信號)的標(biāo)記點(diǎn)，向多個參考原點(diǎn)的信號接收端發(fā)射特定頻譜或者經(jīng)加密的信號，然后利用三角定位原理，由連接參考原點(diǎn)接收端的分析系統(tǒng)計(jì)算出每個靶標(biāo)的三維空間位置數(shù)據(jù)；在人體關(guān)鍵關(guān)節(jié)位置上綁定多個靶標(biāo)后，利用上述原理即可獲取連續(xù)的人體關(guān)節(jié)動作信息；此方案的優(yōu)點(diǎn)是靶標(biāo)、參考原點(diǎn)接收端子、分析系統(tǒng)均可設(shè)計(jì)成便攜式，隨身攜帶，因此，無需設(shè)置額外的固定式信號捕捉終端，不論人體怎樣運(yùn)動，均沒有捕捉范圍的限制。缺點(diǎn)是對環(huán)境要求嚴(yán)格，在表演場地附近不能有金屬物品，否則會造成電磁場畸變，影響精度。聲學(xué)方式，常用的聲學(xué)式運(yùn)動捕捉裝置由發(fā)送器、接收器和處理單元組成。發(fā)送器是一個固定的超聲波發(fā)生器，接收器一般由呈三角形排列的三個超聲探頭組成。通過測量聲波從發(fā)送器到接收器的時間或者相位差，系統(tǒng)可以計(jì)算并確定接收器的位置和方向。這類裝置成本較低，但對運(yùn)動的捕捉有較大延遲和滯后，實(shí)時性較差，精度一般不很高，聲源和接收器間不能有大的遮擋物體，受噪聲和多次反射等干擾較大。由于空氣中聲波的速度與氣壓、濕度、溫度有關(guān)，所以還必須在算法中做出相應(yīng)的補(bǔ)償。帶標(biāo)記點(diǎn)的光學(xué)方式，光學(xué)式運(yùn)動捕捉通過對目標(biāo)上特定光點(diǎn)的監(jiān)視和跟蹤來完成運(yùn)動捕捉的任務(wù)。目前常見的光學(xué)式運(yùn)動捕捉大多基于計(jì)算機(jī)視覺原理。從理論上說， 對于空間中的一個點(diǎn)，只要它能同時為兩部相機(jī)所見，則根據(jù)同一時刻兩部相機(jī)所拍攝的圖像和相機(jī)參數(shù)，可以確定這一時刻該點(diǎn)在空間中的位置。當(dāng)相機(jī)以足夠高的速率連續(xù)拍攝時，從圖像序列中就可以得到該點(diǎn)的運(yùn)動軌跡。典型的標(biāo)記式光學(xué)式運(yùn)動捕捉系統(tǒng)通常使用6 8個相機(jī)環(huán)繞表演場地排列，這些相機(jī)的視野重疊區(qū)域就是表演者的動作范圍。為了便于處理，通常要求表演者穿上單色的服裝，在身體的關(guān)鍵部位，如關(guān)節(jié)、髖部、肘、腕等位置貼上一些特制的標(biāo)志或發(fā)光點(diǎn)， 稱為"Marker"，視覺系統(tǒng)將識別和處理這些標(biāo)志。系統(tǒng)定標(biāo)后，相機(jī)連續(xù)拍攝表演者的動作，并將圖像序列保存下來，然后再進(jìn)行分析和處理，識別其中的標(biāo)志點(diǎn)，并計(jì)算其在每一瞬間的空間位置，進(jìn)而得到其運(yùn)動軌跡。為了得到準(zhǔn)確的運(yùn)動軌跡，相機(jī)應(yīng)有較高的拍攝速率，一般要達(dá)到每秒60幀以上。如果在表演者的臉部表情關(guān)鍵點(diǎn)貼上Marker標(biāo)記點(diǎn)，則可以實(shí)現(xiàn)表情捕捉。目前大部分表情捕捉都采用光學(xué)式。有些光學(xué)運(yùn)動捕捉系統(tǒng)不依靠Marker作為識別標(biāo)志，例如根據(jù)目標(biāo)的側(cè)影來提取其運(yùn)動信息，或者利用有網(wǎng)格的背景簡化處理過程等。目前研究人員正在研究不依靠 Marker，而應(yīng)用圖像識別、分析技術(shù)，由視覺系統(tǒng)直接識別表演者身體關(guān)鍵部位并測量其運(yùn)動軌跡的技術(shù)，估計(jì)將很快投入實(shí)用。光學(xué)式運(yùn)動捕捉的優(yōu)點(diǎn)是表演者活動范圍大，無電纜、機(jī)械裝置的限制，表演者可以自由地表演，使用很方便。其采樣速率較高，可以滿足多數(shù)高速運(yùn)動測量的需要。Marker 的價格便宜，便于擴(kuò)充。這種方法的缺點(diǎn)是系統(tǒng)價格昂貴，雖然它可以捕捉實(shí)時運(yùn)動，但后處理(包括 Marker的識別、跟蹤、空間坐標(biāo)的計(jì)算)的工作量較大，對于表演場地的光照、反射情況有一定的要求，裝置定標(biāo)也較為煩瑣。特別是當(dāng)運(yùn)動復(fù)雜時，不同部位的Marker有可能發(fā)生混淆、遮擋，產(chǎn)生錯誤結(jié)果，這時需要人工干預(yù)后處理過程。不帶標(biāo)記點(diǎn)的光學(xué)方式，不帶標(biāo)記點(diǎn)的動作捕捉技術(shù)更多是依賴于強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)人工智能，對采集到的平面或者深度圖像進(jìn)行逐幀分析，并獲取關(guān)鍵骨骼位置信息。這種技術(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與帶標(biāo)記點(diǎn)的光學(xué)方式的動作捕捉系統(tǒng)接近，均需要設(shè)置1個或者多個攝像機(jī) (可以是可見光攝像機(jī)，或者特殊的深度圖攝像機(jī))，通過對人體輪廓的連續(xù)圖像進(jìn)行分析， 獲取連續(xù)的骨骼動作信息。目前，此類產(chǎn)品已經(jīng)技術(shù)成熟，進(jìn)入商業(yè)化實(shí)用階段，并且代表動作捕捉的未來技術(shù)方向。這類技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是無需演員穿著黑色的緊身衣，也無需在身體骨骼部位設(shè)置標(biāo)記點(diǎn)，演員表演可以更加自然，其系統(tǒng)校準(zhǔn)過程也更加簡單；但同樣具有缺點(diǎn)，即采集范圍仍舊有一定限制，對環(huán)境光線條件也有一定要求。目前，微軟已經(jīng)公開銷售的Kinect系統(tǒng)即屬于這一類型，但kinect僅有單一攝像頭，因此不能很好地捕捉到真正三維的動作信息；由于單一攝像頭采集的信息有限，也無法像多攝像頭系統(tǒng)那樣進(jìn)行誤差糾正，因此，其采集的品質(zhì)較低，目前僅應(yīng)用于精度要求較低的游戲控制領(lǐng)域。而Organic Motion公司的Stage動作捕捉系統(tǒng)，則會使用多個攝像頭， 對被采集者進(jìn)行360度包圍，甚至在高度方向(Height)上也會額外設(shè)置攝像頭，確保采集信息的準(zhǔn)確性。綜上所述，動作捕捉系統(tǒng)已經(jīng)具有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)成熟度，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于游戲制作、 動漫影視制作、運(yùn)動分析、虛擬真實(shí)訓(xùn)練等領(lǐng)域。如果從骨骼動作信息采集角度而言，Kinect是第一個將動作捕捉技術(shù)用于家庭娛樂領(lǐng)域的產(chǎn)品。然而kinect僅有單一攝像頭，因此不能很好地捕捉到真正三維的動作信息；由于單一攝像頭采集的信息有限，也無法像多攝像頭系統(tǒng)那樣進(jìn)行誤差糾正，因此，其采集的品質(zhì)較低，目前僅應(yīng)用于精度要求較低的游戲控制領(lǐng)域，也限制了其進(jìn)一步應(yīng)用，比如家庭體育運(yùn)動分析和訓(xùn)練，需要更加精確的骨骼動作信息。采用多攝像頭的非標(biāo)記式光學(xué)動作捕捉系統(tǒng)可以獲得高精度的人體骨骼動作信息，然而，這些系統(tǒng)成本非常昂貴，普通家庭根本不可能單獨(dú)購置這樣的設(shè)備用于娛樂、訓(xùn)練等用途。同時，單獨(dú)安裝這樣的一套系統(tǒng)需要占用額外的家庭空間，還會產(chǎn)生布線、供電等家庭弱電系統(tǒng)安裝的麻煩。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種將非標(biāo)記式的光學(xué)動作捕捉系統(tǒng)的信息捕捉攝像頭植入多聲道的揚(yáng)聲器系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
三維動作捕捉的揚(yáng)聲器系統(tǒng)，包括一套多聲道揚(yáng)聲器系統(tǒng)，所述多聲道揚(yáng)聲器系統(tǒng)各個揚(yáng)聲器都設(shè)置有一個動作信息捕獲終端。進(jìn)一步的，所述多聲道揚(yáng)聲器系統(tǒng)為一套以觀看者為中心的系統(tǒng)，所述觀看者四周設(shè)置有若干揚(yáng)聲器。進(jìn)一步的，所述動作信息捕獲終端包括但不限于標(biāo)記式和非標(biāo)記式的動捕終端。進(jìn)一步的，還包括動作信號分析系統(tǒng)，所述動作信號分析系統(tǒng)是一種具有信號分析處理能力的系統(tǒng)。進(jìn)一步的，所述動作信息捕獲終端與所述動作信號分析系統(tǒng)之間通過有線或無線的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)信號傳輸。優(yōu)選的，還可放置一個顯示單元，所述顯示單元置于所述觀看者前方。本發(fā)明的有益效果是
多聲道揚(yáng)聲器的擺位基本與專業(yè)動捕設(shè)備信息捕捉攝像頭所需要的位置基本一致，通過調(diào)整軟件算法，無需額外調(diào)整和校準(zhǔn)攝像頭位置，不占用額外的家庭空間，安裝布線可以通過揚(yáng)聲器系統(tǒng)的信號線和電源線完成通訊和供電，無需另外設(shè)置線纜，多聲道揚(yáng)聲器是量產(chǎn)的成熟產(chǎn)品，可以規(guī)模效應(yīng)大大降低專業(yè)動捕設(shè)備的生產(chǎn)成本，多聲道揚(yáng)聲器系統(tǒng)一般需要一套功率放大器來驅(qū)動揚(yáng)聲器，因此，三維骨骼動作信息的分析系統(tǒng)可以植入此系統(tǒng)，也可以通過放大器將原始信號轉(zhuǎn)發(fā)至其它分析系統(tǒng)(比如游戲主機(jī)、電腦等設(shè)備)。觀看者在觀看電視或者玩電子游戲的同時，其身體骨骼動作信息也被捕捉，可以被用作電視或者游戲機(jī)的控制信號，也可以用虛擬現(xiàn)實(shí)的方式再現(xiàn)出虛擬的人物模型。


圖1系統(tǒng)示意圖。圖中標(biāo)號說明1、顯示單元，2、動作信號分析系統(tǒng)，10、多聲道揚(yáng)聲器系統(tǒng)，11、觀看者，12、動作信息捕獲終端。
具體實(shí)施例方式下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例，來詳細(xì)說明本發(fā)明。參照圖1所示，三維動作捕捉的揚(yáng)聲器系統(tǒng)，包括一套多聲道揚(yáng)聲器系統(tǒng)10，所述多聲道揚(yáng)聲器系統(tǒng)10各個揚(yáng)聲器都設(shè)置有一個動作信息捕獲終端12。進(jìn)一步的，所述多聲道揚(yáng)聲器系統(tǒng)10為一套以觀看者11為中心的系統(tǒng)，所述觀看者11四周設(shè)置有若干揚(yáng)聲器。進(jìn)一步的，所述動作信息捕獲終端12包括但不限于標(biāo)記式和非標(biāo)記式的動捕終端。進(jìn)一步的，還包括動作信號分析系統(tǒng)2，所述動作信號分析系統(tǒng)2是一種具有信號分析處理能力的系統(tǒng)。進(jìn)一步的，所述動作信息捕獲終端12與所述動作信號分析系統(tǒng)2之間通過有線或無線的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)信號傳輸。優(yōu)選的，還可放置一個顯示單元1，所述顯示單元1置于所述觀看者11前方。
權(quán)利要求
1.三維動作捕捉的揚(yáng)聲器系統(tǒng)，包括一套多聲道揚(yáng)聲器系統(tǒng)(10)，其特征在于所述多聲道揚(yáng)聲器系統(tǒng)(10)各個揚(yáng)聲器都設(shè)置有一個動作信息捕獲終端(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維動作捕捉的揚(yáng)聲器系統(tǒng)，其特征在于所述多聲道揚(yáng)聲器系統(tǒng)(10)為一套以觀看者(11)為中心的系統(tǒng)，所述觀看者(11)四周設(shè)置有若干揚(yáng)聲器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維動作捕捉的揚(yáng)聲器系統(tǒng)，其特征在于所述動作信息捕獲終端(12)包括但不限于標(biāo)記式和非標(biāo)記式的動捕終端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維動作捕捉的揚(yáng)聲器系統(tǒng)，其特征在于還包括動作信號分析系統(tǒng)(2)，所述動作信號分析系統(tǒng)(2)是一種具有信號分析處理能力的系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、4所述的三維動作捕捉的揚(yáng)聲器系統(tǒng)，其特征在于所述動作信息捕獲終端(12)與所述動作信號分析系統(tǒng)(2)之間通過有線或無線的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)信號傳輸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維動作捕捉的揚(yáng)聲器系統(tǒng)，其特征在于還可放置一個顯示單元(1)，所述顯示單元(1)置于所述觀看者(11)前方。
全文摘要
本發(fā)明公開了三維動作捕捉的揚(yáng)聲器系統(tǒng)，包括一套多聲道揚(yáng)聲器系統(tǒng)，所述多聲道揚(yáng)聲器系統(tǒng)各個揚(yáng)聲器都設(shè)置有一個動作信息捕獲終端。本發(fā)明提供一種將動作捕捉系統(tǒng)的信息捕捉終端植入多聲道的揚(yáng)聲器系統(tǒng)，多聲道揚(yáng)聲器的擺位基本與專業(yè)動捕設(shè)備信息捕捉攝像頭所需要的位置基本一致，通過調(diào)整軟件算法，無需額外調(diào)整和校準(zhǔn)攝像頭位置，不占用額外的家庭空間，安裝布線可以通過揚(yáng)聲器系統(tǒng)的信號線和電源線完成通訊和供電，無需另外設(shè)置線纜，多聲道揚(yáng)聲器是量產(chǎn)的成熟產(chǎn)品，可以規(guī)模效應(yīng)大大降低專業(yè)動捕設(shè)備的生產(chǎn)成本。
文檔編號G06T13/40GK102395085SQ20111026790
公開日2012年3月28日 申請日期2011年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月13日
發(fā)明者沈震群 申請人:蘇州美娛網(wǎng)絡(luò)科技有限公司