本發(fā)明涉及動(dòng)作捕捉技術(shù)，尤其是一種動(dòng)作捕捉方法、裝置和電子設(shè)備。

背景技術(shù)：

動(dòng)作捕捉是用于采集人體在三維空間中運(yùn)動(dòng)軌跡的高科技設(shè)備。計(jì)算機(jī)通過(guò)動(dòng)作捕捉設(shè)備獲得人體運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，用戶便可通過(guò)體態(tài)、方位、手勢(shì)等模態(tài)向計(jì)算機(jī)發(fā)出指令、傳達(dá)信息。動(dòng)作捕捉設(shè)備應(yīng)用非常廣，在教學(xué)訓(xùn)練、影視特效制作、運(yùn)動(dòng)科學(xué)研究、醫(yī)療健康康復(fù)、機(jī)械輔助控制、互動(dòng)游戲開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域均體現(xiàn)了巨大的應(yīng)用價(jià)值。尤其是運(yùn)動(dòng)捕捉設(shè)備還可應(yīng)用在軍事用途上，比如單兵訓(xùn)練、維修訓(xùn)練、機(jī)器人外骨骼系統(tǒng)等。

隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的飛速發(fā)展和動(dòng)畫制作要求的提高，在發(fā)達(dá)國(guó)家，動(dòng)作捕捉已經(jīng)進(jìn)入了實(shí)用化階段，有多家廠商相繼推出了多種商品化的運(yùn)動(dòng)捕捉設(shè)備，如motionanalysis、polhemus、segainteractive、mac、x-ist、filmbox等，成功地用于虛擬現(xiàn)實(shí)、游戲、人體工程學(xué)研究、模擬訓(xùn)練、生物力學(xué)研究等許多方面。這些動(dòng)作捕捉的解決方案大多采用的是機(jī)械式、聲學(xué)式、電磁式、和光學(xué)式。使用這些原理實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作捕捉解決方案，要么穿戴設(shè)備臃腫，對(duì)采集目標(biāo)有動(dòng)作上的約束，比如機(jī)械式解決方案；要么不能達(dá)到實(shí)時(shí)性，動(dòng)作有延遲和滯后，精度不高，比如聲學(xué)式的解決方案；要么就是對(duì)環(huán)境的要求比較高，比如電磁式解決方案，在采集現(xiàn)場(chǎng)不能有金屬物品，否則就會(huì)影響到采集的精度；光學(xué)式的動(dòng)作捕捉解決方案是目前動(dòng)作捕捉最理想的解決方案，但其復(fù)雜的實(shí)現(xiàn)方案以及高昂的價(jià)格都令普通的用戶對(duì)其望而卻步。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例所要解決的一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是：提供一種方便快捷的實(shí)現(xiàn)動(dòng)作捕捉的動(dòng)作捕捉方法。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種動(dòng)作捕捉方法，包括：

通過(guò)至少兩個(gè)測(cè)量單元測(cè)量被測(cè)物的動(dòng)態(tài)變化，得到至少兩組姿態(tài)動(dòng)作信息，其中每個(gè)所述測(cè)量單元設(shè)置在被測(cè)物的不同位置；

信號(hào)處理單元對(duì)所有所述姿態(tài)動(dòng)作信息進(jìn)行融合，得到對(duì)應(yīng)所述被測(cè)物的動(dòng)作信息。

基于上述方法的另一實(shí)施例中，所述姿態(tài)動(dòng)作信息包括：加速度值、角速度值和參考方向值。

基于上述方法的另一實(shí)施例中，所述通過(guò)一個(gè)測(cè)量單元測(cè)量被測(cè)物的動(dòng)態(tài)變化，得到一組姿態(tài)動(dòng)作信息，包括：

通過(guò)加速度測(cè)量模塊測(cè)量所述被測(cè)物設(shè)置所述測(cè)量單元的位置的加速度值；

通過(guò)角速度測(cè)量模塊測(cè)量所述被測(cè)物設(shè)置所述測(cè)量單元的位置的角速度值；

通過(guò)方向模塊測(cè)量所述被測(cè)物設(shè)置所述測(cè)量單元的位置的參考方向值。

基于上述方法的另一實(shí)施例中，還包括：根據(jù)預(yù)設(shè)的活動(dòng)極限值對(duì)得到的動(dòng)作信息進(jìn)行約束，得到對(duì)應(yīng)所述被測(cè)物的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作信息。

基于上述方法的另一實(shí)施例中，所述信號(hào)處理單元對(duì)所有所述姿態(tài)動(dòng)作信息進(jìn)行融合之前，還包括：

所述信號(hào)處理單元通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接收得到的所有姿態(tài)動(dòng)作信息。

基于上述方法的另一實(shí)施例中，還包括：

通過(guò)中心節(jié)點(diǎn)單元將所有所述姿態(tài)動(dòng)作信息通過(guò)預(yù)設(shè)通信協(xié)議發(fā)送給信號(hào)處理單元。

基于上述方法的另一實(shí)施例中，還包括：

將設(shè)置有所述至少兩個(gè)測(cè)量單元的被測(cè)物設(shè)置為預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作，通過(guò)所有測(cè)量單元采集被測(cè)物在預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作下的至少兩組姿態(tài)動(dòng)作信息；

融合所有在預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作下的姿態(tài)動(dòng)作信息得到對(duì)應(yīng)的動(dòng)作信息，將動(dòng)作信息與所述預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作進(jìn)行比對(duì)，實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的另一個(gè)方面，還提供一種動(dòng)作捕捉的裝置，包括：

至少兩個(gè)測(cè)量單元，用于測(cè)量被測(cè)物的動(dòng)態(tài)變化，得到至少兩組姿態(tài)動(dòng)作信息，每個(gè)所述測(cè)量單元設(shè)置在被測(cè)物的不同位置；

信號(hào)處理單元，用于對(duì)所有所述姿態(tài)動(dòng)作信息進(jìn)行融合，得到對(duì)應(yīng)所述被測(cè)物的動(dòng)作信息。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的另一個(gè)方面，還提供一種電子設(shè)備，包括如上所述的動(dòng)作捕捉裝置。

基于本發(fā)明上述實(shí)施例提供的動(dòng)作捕捉方法、裝置和電子設(shè)備，通過(guò)將多個(gè)測(cè)量單元設(shè)置在被測(cè)物上，實(shí)現(xiàn)快速采集姿態(tài)動(dòng)作信息，保證了采集的動(dòng)作信息的流暢性，并且，通過(guò)信號(hào)處理單元的融合，保證了獲得的被測(cè)物的動(dòng)作信息的準(zhǔn)確性。

下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

附圖說(shuō)明

構(gòu)成說(shuō)明書的一部分的附圖描述了本發(fā)明的實(shí)施例，并且連同描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。

參照附圖，根據(jù)下面的詳細(xì)描述，可以更加清楚地理解本發(fā)明，其中：

圖1為本發(fā)明動(dòng)作捕捉方法一個(gè)實(shí)施例的流程圖。

圖2為本發(fā)明動(dòng)作捕捉方法另一個(gè)實(shí)施例的流程圖。

圖3為本發(fā)明動(dòng)作捕捉方法又一個(gè)實(shí)施例的流程圖。

圖4為本發(fā)明動(dòng)作捕捉裝置一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明動(dòng)作捕捉裝置另一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明動(dòng)作捕捉裝置又一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例中的人體模型節(jié)點(diǎn)示意圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將參照附圖來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例。應(yīng)注意到：除非另外具體說(shuō)明，否則在這些實(shí)施例中闡述的部件和步驟的相對(duì)布置、數(shù)字表達(dá)式和數(shù)值不限制本發(fā)明的范圍。

同時(shí)，應(yīng)當(dāng)明白，為了便于描述，附圖中所示出的各個(gè)部分的尺寸并不是按照實(shí)際的比例關(guān)系繪制的。

以下對(duì)至少一個(gè)示例性實(shí)施例的描述實(shí)際上僅僅是說(shuō)明性的，決不作為對(duì)本發(fā)明及其應(yīng)用或使用的任何限制。

對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的技術(shù)、方法和設(shè)備可能不作詳細(xì)討論，但在適當(dāng)情況下，所述技術(shù)、方法和設(shè)備應(yīng)當(dāng)被視為說(shuō)明書的一部分。

應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號(hào)和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步討論。

本發(fā)明實(shí)施例可以應(yīng)用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)/服務(wù)器，其可與眾多其它通用或?qū)Ｓ糜?jì)算系統(tǒng)環(huán)境或配置一起操作。適于與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)/服務(wù)器一起使用的眾所周知的計(jì)算系統(tǒng)、環(huán)境和/或配置的例子包括但不限于：個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、服務(wù)器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、瘦客戶機(jī)、厚客戶機(jī)、手持或膝上設(shè)備、基于微處理器的系統(tǒng)、機(jī)頂盒、可編程消費(fèi)電子產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)個(gè)人電腦、小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)﹑大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和包括上述任何系統(tǒng)的分布式云計(jì)算技術(shù)環(huán)境，等等。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)/服務(wù)器可以在由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可執(zhí)行指令(諸如程序模塊)的一般語(yǔ)境下描述。通常，程序模塊可以包括例程、程序、目標(biāo)程序、組件、邏輯、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等等，它們執(zhí)行特定的任務(wù)或者實(shí)現(xiàn)特定的抽象數(shù)據(jù)類型。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)/服務(wù)器可以在分布式云計(jì)算環(huán)境中實(shí)施，分布式云計(jì)算環(huán)境中，任務(wù)是由通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)鏈接的遠(yuǎn)程處理設(shè)備執(zhí)行的。在分布式云計(jì)算環(huán)境中，程序模塊可以位于包括存儲(chǔ)設(shè)備的本地或遠(yuǎn)程計(jì)算系統(tǒng)存儲(chǔ)介質(zhì)上。

圖1為本發(fā)明動(dòng)作捕捉方法一個(gè)實(shí)施例的流程圖。如圖1所示，該實(shí)施例方法包括：

步驟30，通過(guò)至少兩個(gè)測(cè)量單元測(cè)量被測(cè)物的動(dòng)態(tài)變化，得到至少兩組姿態(tài)動(dòng)作信息，其中每個(gè)測(cè)量單元設(shè)置在被測(cè)物的不同位置。

其中，被測(cè)物可以是人、動(dòng)物或模型等，只要需要對(duì)其的姿態(tài)動(dòng)作信息進(jìn)行采集，均可采用本實(shí)施例方法進(jìn)行采集信息。

步驟50，信號(hào)處理單元對(duì)所有姿態(tài)動(dòng)作信息進(jìn)行融合，得到對(duì)應(yīng)被測(cè)物的動(dòng)作信息。

基于本發(fā)明上述實(shí)施例提供的動(dòng)作捕捉方法，通過(guò)將多個(gè)測(cè)量單元設(shè)置在被測(cè)物上，實(shí)現(xiàn)快速采集姿態(tài)動(dòng)作信息，保證了采集的動(dòng)作信息的流暢性，并且，通過(guò)信號(hào)處理單元的融合，保證了獲得的被測(cè)物的動(dòng)作信息的準(zhǔn)確性。

在本發(fā)明上述實(shí)施例的一個(gè)具體示例中，姿態(tài)動(dòng)作信息包括：加速度值、角速度值和參考方向值。

在本發(fā)明上述實(shí)施例的一個(gè)具體示例中，步驟3中通過(guò)一個(gè)測(cè)量單元測(cè)量被測(cè)物的動(dòng)態(tài)變化，得到一組姿態(tài)動(dòng)作信息，具體可以包括：

通過(guò)加速度測(cè)量模塊測(cè)量所述被測(cè)物設(shè)置所述測(cè)量單元的位置的加速度值；

通過(guò)角速度測(cè)量模塊測(cè)量所述被測(cè)物設(shè)置所述測(cè)量單元的位置的角速度值；

通過(guò)方向模塊測(cè)量所述被測(cè)物設(shè)置所述測(cè)量單元的位置的參考方向值。

圖2為本發(fā)明動(dòng)作捕捉方法另一個(gè)實(shí)施例的流程圖。在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，還包括：

步驟60，根據(jù)預(yù)設(shè)的活動(dòng)極限值對(duì)得到的動(dòng)作信息進(jìn)行約束，得到對(duì)應(yīng)被測(cè)物的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作信息。

在本發(fā)明上述實(shí)施例的一個(gè)具體示例中，信號(hào)處理單元對(duì)所有所述姿態(tài)動(dòng)作信息進(jìn)行融合之前，還包括：

步驟40，信號(hào)處理單元通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接收得到的所有姿態(tài)動(dòng)作信息。

在本發(fā)明上述實(shí)施例的一個(gè)具體示例中，還包括：

通過(guò)中心節(jié)點(diǎn)單元將所有姿態(tài)動(dòng)作信息通過(guò)預(yù)設(shè)通信協(xié)議發(fā)送給信號(hào)處理單元。

圖3為本發(fā)明動(dòng)作捕捉方法又一個(gè)實(shí)施例的流程圖。在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，如圖3所示，還包括：

步驟10，將設(shè)置有所述至少兩個(gè)測(cè)量單元的被測(cè)物設(shè)置為預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作，通過(guò)所有測(cè)量單元采集被測(cè)物在預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作下的至少兩組姿態(tài)動(dòng)作信息。

步驟20，融合所有在預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作下的姿態(tài)動(dòng)作信息得到對(duì)應(yīng)的動(dòng)作信息，將動(dòng)作信息與所述預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作進(jìn)行比對(duì)，實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)。

采用的慣性動(dòng)作捕捉技術(shù)與基于攝像機(jī)的光學(xué)追蹤系統(tǒng)方式技術(shù)完全不同。慣性動(dòng)作捕捉系統(tǒng)包括多個(gè)運(yùn)動(dòng)傳感設(shè)備組成的網(wǎng)絡(luò)連接到被安裝到捕捉人的身體上。每個(gè)傳感器可以直接測(cè)量三維轉(zhuǎn)動(dòng)量以及加速度。采用攝像機(jī)的動(dòng)作追蹤系統(tǒng)需要三個(gè)標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)量，而慣性系統(tǒng)僅需要在骨骼上采用單個(gè)傳感器就可以完成轉(zhuǎn)動(dòng)量的測(cè)量。

每個(gè)測(cè)量單元可以包括陀螺儀、加速度計(jì)和磁傳感器，加速度測(cè)量重力向量獲得roll、pitch參考量，磁傳感器通過(guò)地磁測(cè)量獲得yaw的參考方向，通過(guò)采用陀螺儀傳感器對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行測(cè)量得到動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)，信號(hào)處理單元采用數(shù)字信號(hào)處理器，通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)所有的傳感器信息的數(shù)據(jù)融合(sensorfusion)，以獲得精確、穩(wěn)定的動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)。姿態(tài)融合算法通過(guò)大量數(shù)據(jù)驗(yàn)證，一般的應(yīng)用中其測(cè)量精度可以達(dá)到0.1度以內(nèi)。慣性動(dòng)作捕捉系統(tǒng)可以直接獲得加速度與角速度量，非常適合計(jì)算生物力學(xué)量。

具體主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

1.穿戴式的設(shè)計(jì)：采集節(jié)點(diǎn)和中心節(jié)點(diǎn)可以使用綁帶固定在指定的采集節(jié)點(diǎn)上，也可以直接嵌入特制的衣服、鞋帽之中，用戶只需簡(jiǎn)單操作就能完成設(shè)備的穿戴。

2.平臺(tái)的快速搭建：中心節(jié)點(diǎn)采用smartconfig方式，中心節(jié)點(diǎn)無(wú)需任何配置，只需穿戴后，用pc機(jī)wifi或手機(jī)wifi連接到無(wú)線路由器，并在操作界面輸入該無(wú)線路由器的密碼，即可實(shí)現(xiàn)中心節(jié)點(diǎn)自動(dòng)查找并連接該無(wú)線路由器。

3.實(shí)時(shí)高精度的人物姿態(tài)還原：采集的數(shù)據(jù)直接通過(guò)wifi傳回顯示設(shè)備，設(shè)備采用高速采樣速率，保證人體姿態(tài)再現(xiàn)時(shí)的流暢性。同時(shí)原始數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)三大算法的優(yōu)化，保證了被捕獲人體姿態(tài)的準(zhǔn)確性。

4.姿態(tài)的可再現(xiàn)性：對(duì)于捕獲的動(dòng)作姿態(tài)數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)提供軟件保存和中心節(jié)點(diǎn)sd卡保存兩種方式，兩種途徑保存的數(shù)據(jù)均可以通過(guò)pc端軟件讀取顯示。

并且具有以下技術(shù)特點(diǎn)：

系統(tǒng)安裝便捷性：慣性傳感器設(shè)備可以被內(nèi)置在萊卡材質(zhì)中的緊身衣中，捕捉演員穿上衣服就可以進(jìn)行動(dòng)作捕捉，或是通過(guò)綁帶固定在17個(gè)設(shè)定的節(jié)點(diǎn)中，沒(méi)有場(chǎng)地施工的需求，從收到設(shè)備到進(jìn)行捕捉，在短時(shí)間內(nèi)就可以完成安裝與校準(zhǔn)，非常方便。由于輸出的數(shù)據(jù)就是直接的動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)，無(wú)需進(jìn)行二次處理，可以直接與第三方軟件集成，實(shí)時(shí)顯示看到最終的捕捉結(jié)果。

采樣率：采用慣性技術(shù)能夠獲得100hz的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，盡管比采用攝像機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)系統(tǒng)1000hz低很多，但是其測(cè)量的加速度和角速度是直接量，無(wú)需計(jì)算獲得，所以獲得的100hz更新率數(shù)據(jù)價(jià)值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于攝像機(jī)獲得的高采樣率數(shù)據(jù)，由于慣性系統(tǒng)獲得的100hz數(shù)據(jù)是有效的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，使得動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)更加流程，減少了冗余數(shù)據(jù)的處理，減小了后期處理時(shí)間。

人體模型的定制：慣性動(dòng)作捕捉系統(tǒng)是專門為人體的動(dòng)作捕捉設(shè)計(jì)的，提供的是多個(gè)關(guān)節(jié)的構(gòu)成的人體模型，可以根據(jù)需要增加傳感器數(shù)量，獲得更多的自由度測(cè)量，以及更加流暢的動(dòng)畫效果，并且可以通過(guò)引入非人體的動(dòng)物模型，可以完成實(shí)現(xiàn)非人體的動(dòng)物模型的動(dòng)作捕捉，例如貓、狗與馬等的動(dòng)作捕捉。

標(biāo)記遮擋和不匹配：慣性動(dòng)作捕捉系統(tǒng)用來(lái)測(cè)量的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)取決于地心引力與地磁場(chǎng)指向，所以標(biāo)記點(diǎn)的遮擋問(wèn)題不存在，由于每一個(gè)傳感器具有唯一的id標(biāo)識(shí)的安裝位置，所以測(cè)量點(diǎn)的不匹配也不會(huì)出現(xiàn)。

校準(zhǔn)：慣性系統(tǒng)的校準(zhǔn)是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的過(guò)程，最基本的校準(zhǔn)只需要捕捉人進(jìn)行t-pose站立即可，標(biāo)定的時(shí)間不到20秒就可以完成。

此外慣性動(dòng)捕設(shè)備沒(méi)有使用空間的限制、數(shù)據(jù)測(cè)量精準(zhǔn)、可以快速的進(jìn)行安裝部署并且人體動(dòng)作的動(dòng)態(tài)性非常好。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解：實(shí)現(xiàn)上述方法實(shí)施例的全部或部分步驟可以通過(guò)程序指令相關(guān)的硬件來(lái)完成，前述的程序可以存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時(shí)，執(zhí)行包括上述方法實(shí)施例的步驟；而前述的存儲(chǔ)介質(zhì)包括：rom、ram、磁碟或者光盤等各種可以存儲(chǔ)程序代碼的介質(zhì)。

圖4為本發(fā)明動(dòng)作捕捉裝置一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。該實(shí)施例的裝置可用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明上述各方法實(shí)施例。如圖4所示，該實(shí)施例的裝置包括：

至少兩個(gè)測(cè)量單元3，用于測(cè)量被測(cè)物的動(dòng)態(tài)變化，得到至少兩組姿態(tài)動(dòng)作信息，每個(gè)所述測(cè)量單元設(shè)置在被測(cè)物的不同位置；

信號(hào)處理單元5，用于對(duì)所有所述姿態(tài)動(dòng)作信息進(jìn)行融合，得到對(duì)應(yīng)所述被測(cè)物的動(dòng)作信息。

在本發(fā)明上述實(shí)施例的一個(gè)具體示例中，姿態(tài)動(dòng)作信息包括：加速度值、角速度值和參考方向值。

在本發(fā)明上述實(shí)施例的一個(gè)具體示例中，測(cè)量單元測(cè)量包括：

加速度測(cè)量模塊，用于測(cè)量所述被測(cè)物設(shè)置所述測(cè)量單元的位置的加速度值；

角速度測(cè)量模塊，用于測(cè)量所述被測(cè)物設(shè)置所述測(cè)量單元的位置的角速度值；

方向模塊，用于測(cè)量所述被測(cè)物設(shè)置所述測(cè)量單元的位置的參考方向值。

圖5為本發(fā)明動(dòng)作捕捉裝置另一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，如圖5所示，還包括約束單元6，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的活動(dòng)極限值對(duì)得到的動(dòng)作信息進(jìn)行約束，得到對(duì)應(yīng)所述被測(cè)物的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作信息。

在本發(fā)明上述實(shí)施例的一個(gè)具體示例中，所述信號(hào)處理單元對(duì)所有所述姿態(tài)動(dòng)作信息進(jìn)行融合之前，還用于通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接收得到的所有姿態(tài)動(dòng)作信息。

在本發(fā)明上述實(shí)施例的一個(gè)具體示例中，還包括：

中心節(jié)點(diǎn)單元4，用于將所有姿態(tài)動(dòng)作信息通過(guò)預(yù)設(shè)通信協(xié)議發(fā)送給信號(hào)處理單元。

圖6為本發(fā)明動(dòng)作捕捉裝置又一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，如圖6所示，還包括：

標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作采集單元1，用于將設(shè)置有至少兩個(gè)測(cè)量單元的被測(cè)物設(shè)置為預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作，通過(guò)所有測(cè)量單元采集被測(cè)物在預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作下的至少兩組姿態(tài)動(dòng)作信息；

校準(zhǔn)單元2，用于融合所有在預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作下的姿態(tài)動(dòng)作信息得到對(duì)應(yīng)的動(dòng)作信息，將動(dòng)作信息與所述預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作進(jìn)行比對(duì)，實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)。

采用的是慣性導(dǎo)航式動(dòng)作捕捉解決方案，參考航姿參考系統(tǒng)，通過(guò)采集原始的加速度、陀螺儀、地磁，經(jīng)過(guò)ahrs算法計(jì)算出被采集者在該點(diǎn)姿態(tài)變化，通過(guò)多點(diǎn)的采集，就可以獲取被采集者身體主要節(jié)點(diǎn)的姿態(tài)變化，根據(jù)人體骨骼的極限運(yùn)動(dòng)參數(shù)，對(duì)采集到的各點(diǎn)數(shù)據(jù)加以融合和約束，就能準(zhǔn)確的捕獲到被采集者的動(dòng)作。

在具體示例中，本發(fā)明采用節(jié)點(diǎn)式的設(shè)計(jì)方式，因此可以根據(jù)不同的需求對(duì)節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)進(jìn)行調(diào)整，從而滿足了不同的動(dòng)作捕捉需求。同時(shí)我們采用常用的wifi作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞?，采集到的?shù)據(jù)可直接通過(guò)中心節(jié)點(diǎn)整合后利用wifi將數(shù)據(jù)發(fā)送到具備wifi功能的設(shè)備上，這也就是說(shuō)便攜式的設(shè)備如果性能足夠強(qiáng)大(比如高性能的手機(jī)或是特制的手持型嵌入式設(shè)備)，那么一臺(tái)手持式的顯示設(shè)備加上輕便的穿戴設(shè)備就足以完成動(dòng)作捕捉。這是那些采用機(jī)械式、聲學(xué)式、電磁式、和光學(xué)式的動(dòng)作捕捉設(shè)備所無(wú)法想象的。

通過(guò)九軸數(shù)據(jù)解算出姿態(tài)，再融合人體骨骼約束算法使人體的動(dòng)作更加的準(zhǔn)確，同時(shí)依據(jù)采集到的三軸加速度數(shù)據(jù)計(jì)算出采集點(diǎn)在三維空間中的位移，就可以準(zhǔn)確的捕捉到人體的移動(dòng)和跳躍等動(dòng)作。

本發(fā)明提供的電子設(shè)備產(chǎn)品分為兩個(gè)部分，一部分是采集節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)人體骨骼主要節(jié)點(diǎn)的姿態(tài)采集和運(yùn)算處理，另一部分是中心節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)對(duì)總線上采集節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和整理并通過(guò)wifi、usb等接口發(fā)送給處理設(shè)備。

采集節(jié)點(diǎn)采用st公司的cortex-m4內(nèi)核stm32f4系列高性能芯片作為主控芯片，它具有高性能浮點(diǎn)計(jì)算能力，可以用于復(fù)雜的算法計(jì)算。九軸傳感器采用的是invensense公司的mpu9250，單片集成了三軸加速度傳感器、三軸陀螺儀傳感器和三軸磁力計(jì)傳感器，封裝尺寸小，功耗低。

整體的設(shè)計(jì)思想是stm32f4芯片通過(guò)mpu9250采集原始的九軸數(shù)據(jù)，通過(guò)姿態(tài)解算算法和位移積分誤差消除算法計(jì)算出該點(diǎn)的姿態(tài)和在三維空間中相對(duì)于原點(diǎn)的三個(gè)軸的位移，分別以四元數(shù)和數(shù)值輸出，在接收到中心節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的指令時(shí)，將這些數(shù)據(jù)通過(guò)rs485總線發(fā)送到中心節(jié)點(diǎn)。

由于不用進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算，中心節(jié)點(diǎn)采用的是st公司的stm32f1系列的芯片作為主控芯片，中心節(jié)點(diǎn)在整套系統(tǒng)中的作用就是負(fù)責(zé)整理總線上節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，然后以指定的通訊協(xié)議將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。

針對(duì)人進(jìn)行測(cè)量時(shí)，為了敘述方便，本發(fā)明采用典型的17采集節(jié)點(diǎn)。通過(guò)對(duì)人體骨骼模型建模分析，將人體骨骼劃分為典型17個(gè)活動(dòng)關(guān)節(jié)，所述17個(gè)慣性傳感節(jié)點(diǎn)分別一一對(duì)應(yīng)的設(shè)置在人體的骨骼上劃分的17個(gè)信息捕捉節(jié)點(diǎn)上，用于測(cè)量人體不同位置點(diǎn)的三維運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)rs485方式與中心節(jié)點(diǎn)通信，中心節(jié)點(diǎn)用于接收所有慣性傳感節(jié)點(diǎn)所發(fā)送的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)交給主控機(jī)進(jìn)行處理；中心節(jié)點(diǎn)還用于將主控機(jī)所發(fā)出的控制命令發(fā)送給所有的或指定的慣性傳感節(jié)點(diǎn)。采用分布補(bǔ)償模式和統(tǒng)一控制模式兩種方法控制17個(gè)慣性傳感節(jié)點(diǎn)在同一時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，以得到準(zhǔn)確地還原人體的動(dòng)作。

對(duì)于人體進(jìn)行動(dòng)作捕捉時(shí)，涉及以下三個(gè)核心技術(shù)：

①人體模型建立：

本發(fā)明采用了逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)(inversekinematics)算法構(gòu)建了人體模型，逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)通過(guò)子節(jié)點(diǎn)或葉子節(jié)點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)角度和位移量信息來(lái)計(jì)算父節(jié)點(diǎn)的相關(guān)參數(shù)，在求解的過(guò)程中，根據(jù)人體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，逐步求出中間節(jié)點(diǎn)的相關(guān)信息，進(jìn)而得出所需父節(jié)點(diǎn)的相關(guān)信息。如圖7所示，為本發(fā)明實(shí)施例中的人體模型節(jié)點(diǎn)示意圖。

②人體動(dòng)作數(shù)據(jù)的預(yù)處理和特征提取：

在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，通過(guò)東部系統(tǒng)采集動(dòng)作數(shù)據(jù)存在數(shù)據(jù)中存在噪聲導(dǎo)致數(shù)據(jù)曲線不平滑、同樣動(dòng)作，不同的認(rèn)知形式的幅度和速度不同和不同時(shí)間做同樣動(dòng)作，同一人的幅度和速度上都有差異的問(wèn)題，因此對(duì)姿態(tài)角數(shù)據(jù)進(jìn)行了預(yù)處理再使用的方式，本發(fā)明主要采用了一個(gè)4階butterworth低通iir濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波，以實(shí)現(xiàn)不同頻率振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲的移除。

③對(duì)于步長(zhǎng)誤差問(wèn)題的解決：

為了能夠準(zhǔn)確采準(zhǔn)確檢測(cè)加速度傳感器的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，需將對(duì)加速度傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，采用matlab中“buffer”函數(shù)，濾除頻率過(guò)高或過(guò)低的噪聲數(shù)據(jù)，通過(guò)設(shè)定門限k值判斷運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。數(shù)據(jù)處理之后，可以檢測(cè)出運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，給出了加速度計(jì)采集的原始數(shù)據(jù)，“stationary”為1時(shí)，說(shuō)明處于站立狀態(tài)，在此狀態(tài)，可以從圖中看出，加速度計(jì)x、y、z采集到的數(shù)據(jù)波動(dòng)較小，只是受到重力場(chǎng)的作用，采集到的數(shù)據(jù)是重力作用的值。“stationary”為0時(shí)，說(shuō)明處于行走狀態(tài)，加速度計(jì)x、y、z三個(gè)方向采集到的數(shù)據(jù)波動(dòng)大，此時(shí)腳步受到其他力矩的強(qiáng)烈作用。

通過(guò)“stationary”為1時(shí)的站立狀態(tài)，將速度做強(qiáng)制歸零處理，從而極大的減少了噪聲對(duì)通過(guò)速度積分求位移的干擾。同時(shí)通過(guò)計(jì)算積分誤差，在最后計(jì)算位移中減去誤差值，就能得到高精度的位移值。

本說(shuō)明書中各個(gè)實(shí)施例均采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其它實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同或相似的部分相互參見(jiàn)即可。對(duì)于系統(tǒng)實(shí)施例而言，由于其與方法實(shí)施例基本對(duì)應(yīng)，所以描述的比較簡(jiǎn)單，相關(guān)之處參見(jiàn)方法實(shí)施例的部分說(shuō)明即可。

可能以許多方式來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法和裝置。例如，可通過(guò)軟件、硬件、固件或者軟件、硬件、固件的任何組合來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法和裝置。用于所述方法的步驟的上述順序僅是為了進(jìn)行說(shuō)明，本發(fā)明的方法的步驟不限于以上具體描述的順序，除非以其它方式特別說(shuō)明。此外，在一些實(shí)施例中，還可將本發(fā)明實(shí)施為記錄在記錄介質(zhì)中的程序，這些程序包括用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法的機(jī)器可讀指令。因而，本發(fā)明還覆蓋存儲(chǔ)用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的程序的記錄介質(zhì)。

本發(fā)明的描述是為了示例和描述起見(jiàn)而給出的，而并不是無(wú)遺漏的或者將本發(fā)明限于所公開(kāi)的形式。很多修改和變化對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言是顯然的。選擇和描述實(shí)施例是為了更好說(shuō)明本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用，并且使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明從而設(shè)計(jì)適于特定用途的帶有各種修改的各種實(shí)施例。