一種二十四式太極拳三維互動(dòng)展示方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種太極拳三維互動(dòng)展示方法，具體是一種二十四式太極拳三維互動(dòng)展示方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的太極教學(xué)通常是采用面授、圖片錄制視頻等方式加以展示，由于學(xué)習(xí)者感官局限性或作品視角的局限性，使學(xué)習(xí)者不能夠掌握全方位技術(shù)動(dòng)作和要領(lǐng)，不具有較好的觀賞性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種二十四式太極拳三維互動(dòng)展示方法，以解決上述【背景技術(shù)】中提出的問題。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0005]—種二十四式太極拳三維互動(dòng)展示方法，一、建立一個(gè)虛擬的小屏；二、換算出虛擬小屏的X/Y軸與實(shí)際屏幕的X/Y軸的比例；三、將手的世界坐標(biāo)利用Camera.WorldToScreenPoint換算出屏幕坐標(biāo)點(diǎn)，并保存好Z軸的值；四、算出手的屏幕坐標(biāo)與虛擬小屏X/Y軸的比例，然后利用得到的虛擬屏幕與實(shí)際屏幕的比例，得到一個(gè)虛擬的擴(kuò)大后的手的屏幕坐標(biāo)；五、利用算出的X/Y軸的值，加上得到的Z軸的值，通過Camera.ScreenTofforldPoint方法得到在Unity中的世界坐標(biāo)的Posit1n值；六、將取得的Posit1n值實(shí)時(shí)的賦給某個(gè)作為鼠標(biāo)的物體的transform, posit1n。
[0006]作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案:不斷計(jì)算鼠標(biāo)物體與得到的虛擬實(shí)際坐標(biāo)的距離；利用Mathf.Lerp來不斷的改變鼠標(biāo)的Posit1n的值；利用全屏+防抖方法使Kinect能夠控制鼠標(biāo)物體滿屏移動(dòng)，利用OnTriggerEnter ()和OnTriggerExit ()方法。
[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明采用交互型模式，方便學(xué)習(xí)者自學(xué)并掌握二十四太極拳技術(shù)要點(diǎn)，為體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目教學(xué)和訓(xùn)練提出一種全新的方式，采用本發(fā)明方法的設(shè)備是一個(gè)集教學(xué)、娛樂為一體的交互性強(qiáng)的平臺(tái)。
【附圖說明】
[0008]圖1為二十四式太極拳三維互動(dòng)展示方法的軟件流程圖；
[0009]圖2為二十四式太極拳三維互動(dòng)展示方法的平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0011]請(qǐng)參閱圖1?2，本發(fā)明實(shí)施例中，一種二十四式太極拳三維互動(dòng)展示方法，一、建立一個(gè)虛擬的小屏；二、換算出虛擬小屏的X/Y軸與實(shí)際屏幕的X/Y軸的比例；三、將手的世界坐標(biāo)利用Camera.WorldToScreenPoint換算出屏幕坐標(biāo)點(diǎn)，并保存好Z軸的值；四、算出手的屏幕坐標(biāo)與虛擬小屏X/Y軸的比例，然后利用得到的虛擬屏幕與實(shí)際屏幕的比例，得到一個(gè)虛擬的擴(kuò)大后的手的屏幕坐標(biāo)；五、利用算出的X/Y軸的值，加上得到的Z軸的值，通過Camera.ScreenTofforldPoint方法得到在Unity中的世界坐標(biāo)的Posit1n值；六、將取得的Posit1n值實(shí)時(shí)的賦給某個(gè)作為鼠標(biāo)的物體的transform, posit1n。
[0012]不斷計(jì)算鼠標(biāo)物體與得到的虛擬實(shí)際坐標(biāo)的距離；利用Mathf.Lerp來不斷的改變鼠標(biāo)的Posit1n的值；利用全屏+防抖方法使Kinect能夠控制鼠標(biāo)物體滿屏移動(dòng)，利用 OnTriggerEnter ()和 OnTriggerExit ()方法。
[0013]本發(fā)明的工作原理是:本文研究的具體動(dòng)作捕捉環(huán)境是光學(xué)紅外被動(dòng)式的動(dòng)作捕捉技術(shù)。使用的硬件設(shè)備是Natrual Point公司生產(chǎn)只造的Opti Track全身運(yùn)動(dòng)捕捉套裝。整個(gè)捕捉環(huán)境主要由12個(gè)紅外攝像機(jī)組成，配合漫反射標(biāo)記點(diǎn)和動(dòng)作捕捉專用服裝可以進(jìn)行全身動(dòng)作的捕捉。本文在動(dòng)作數(shù)據(jù)采集階段使用的軟件有設(shè)備商提供與硬件配套的Arena全身動(dòng)作捕捉軟件，以及紅外攝像頭的Camera SDK。在動(dòng)作數(shù)據(jù)處理，同步合成和編輯階段使用的軟件有Autodesk公司的Mot1n Builder動(dòng)作編輯軟件和Maya三維設(shè)計(jì)軟件。
[0014]本文根據(jù)二十四式太極拳的動(dòng)作特點(diǎn)，在23節(jié)點(diǎn)BVH全身模型的基礎(chǔ)上，擴(kuò)展設(shè)計(jì)了能夠表達(dá)太極拳手部豐富動(dòng)作的動(dòng)作捕捉模型。該模型除了包括遠(yuǎn)BVH全身模型的23個(gè)節(jié)點(diǎn)之外，根據(jù)人體的手部生理特征，增加了兩手共38個(gè)節(jié)點(diǎn)?？梢哉f手部的動(dòng)作采集是非常精細(xì)的。然而由于本文所使用的光學(xué)動(dòng)作捕捉系統(tǒng)是使用攝像頭對(duì)反光標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行捕捉，受到攝像頭的分辨率和整體捕捉空間的限制。因此，該系統(tǒng)實(shí)際上是無法在捕捉全身動(dòng)作的情況下還對(duì)手部動(dòng)作進(jìn)行有如此多反光點(diǎn)的精密捕捉。手部在空間尺度上遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于全身，
[0015]而反光標(biāo)記的數(shù)量卻還要大于全身。為了解決這一問題，本文提出了分別就全身動(dòng)作和手部動(dòng)作分開來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過調(diào)整紅外攝像頭來獲取不同的捕捉空間，以適宜全身和手部的空間尺寸大小。在采集了全身和手部的動(dòng)作數(shù)據(jù)之后，再將兩者的數(shù)據(jù)編輯同步合成。
[0016]在實(shí)際的采集過程中，為了使用光學(xué)動(dòng)作捕捉系統(tǒng)正常的捕捉動(dòng)作數(shù)據(jù)，還需要針對(duì)具體的情況完成相應(yīng)的前期準(zhǔn)備工作。
[0017]動(dòng)作捕捉場(chǎng)地的布置
[0018]本文的光學(xué)動(dòng)作捕捉系統(tǒng)使用的是紅外攝像頭以及反光標(biāo)記點(diǎn)，因此在場(chǎng)地的布置上需要有所注意。整個(gè)系統(tǒng)需要布置在能夠遮蔽室外自然光線的室內(nèi)環(huán)境中，以避免自然光的對(duì)紅外攝像頭的干擾。此外，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)的捕捉空間，將攝像頭散步在捕捉空間的四周，以使得即便出現(xiàn)側(cè)面遮擋，也能使標(biāo)記點(diǎn)被多個(gè)攝像頭捕捉到。還有，因?yàn)榧t外攝像頭的工作原理是由攝像頭本身發(fā)出紅外光，再捕捉反射的紅外光。所以在攝像頭排列時(shí)需要攝像頭之間的互相干擾。
[0019]攝像頭陣列的空間位置校準(zhǔn)
[0020]在固定好捕捉攝像頭之后第一件所要做的事便是校準(zhǔn)各個(gè)攝像頭自身所在的位置。只有獲得了各個(gè)攝像頭的空間位置，攝像頭捕捉到的信息才能發(fā)揮它們的作用。在本文使用的動(dòng)作捕捉環(huán)境中，攝像頭位置校準(zhǔn)的方法是使用帶有三個(gè)固定間距標(biāo)記點(diǎn)的T型金屬桿作為輔助工具，當(dāng)兩個(gè)或以上的攝像頭同時(shí)捕捉且僅捕捉到三個(gè)反光標(biāo)記點(diǎn)的時(shí)后作為一個(gè)有效樣本。通過采集一定數(shù)量的有效的樣本來推導(dǎo)計(jì)算出各個(gè)攝像頭的相對(duì)空間位置。當(dāng)各攝像頭的相對(duì)空間位置確定后，再選取一個(gè)點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)，確定各坐標(biāo)軸的正方向，那么捕捉空間的坐標(biāo)系就建立完成了。使用Arena軟件，可以快捷方便地完成以上這些操作，并且在建立好捕捉空間坐標(biāo)系之后預(yù)覽攝像頭捕捉的范圍和確定空間能夠同時(shí)被多少攝像頭同時(shí)覆蓋，以便于接下來捕捉動(dòng)作數(shù)據(jù)時(shí)活動(dòng)范圍和安排。
[0021]動(dòng)作捕捉標(biāo)記點(diǎn)的貼放
[0022]本文確定使用的動(dòng)作數(shù)據(jù)文件格式是BVH格式，其中全身動(dòng)作采用包含23個(gè)節(jié)點(diǎn)的是通用BVH全身模型，而手部動(dòng)作則是采用本文擴(kuò)展設(shè)計(jì)的20節(jié)點(diǎn)的五指模型。然后在實(shí)際動(dòng)作數(shù)據(jù)采集中，這些BVH格式數(shù)據(jù)并不是直接獲得的。這是因?yàn)?，BVH格式中的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)描述的往往都是關(guān)節(jié)節(jié)點(diǎn)或部位的中心位置，如頭部，肘關(guān)節(jié)等，這些節(jié)點(diǎn)都是在人體的內(nèi)部。而光學(xué)動(dòng)作捕捉系統(tǒng)所捕捉到的標(biāo)記點(diǎn)都是作為輔助設(shè)備貼附在人體表面的。因此，實(shí)際的方法是先獲取這些標(biāo)記點(diǎn)的動(dòng)作數(shù)據(jù)，再根據(jù)這些數(shù)據(jù)計(jì)算轉(zhuǎn)化獲得相應(yīng)的BVH格式數(shù)據(jù)。在本文的實(shí)驗(yàn)環(huán)境里，全身動(dòng)作捕捉采用的符合軟件
[0023]Arena要求的36個(gè)標(biāo)記點(diǎn)的貼放方式。而對(duì)于手部動(dòng)作捕捉，則是統(tǒng)一貼放在手掌背面相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的位置。
[0024]T-pose 的匹配
[0025]對(duì)于全身動(dòng)作捕捉設(shè)備，還需要做一個(gè)T-pose的匹配，使捕捉系統(tǒng)學(xué)習(xí)動(dòng)作表演者的身體結(jié)構(gòu)比例，如身高，肩寬等等，以獲得更加精確的動(dòng)作數(shù)據(jù)。T-pose是動(dòng)作捕捉和動(dòng)作編輯中經(jīng)常用到的方法。當(dāng)動(dòng)作模型擺成T-pose之后，各個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn)的絕對(duì)和相對(duì)位置關(guān)系清晰明朗，這些表面的標(biāo)記點(diǎn)在T-pose的狀態(tài)之下能夠更方便和精準(zhǔn)地衡量算出實(shí)體關(guān)節(jié)部位位置和它們之間的關(guān)系。
[0026]當(dāng)以上的前期準(zhǔn)備完成之后便可以正式開始捕捉動(dòng)作數(shù)據(jù)了。然而動(dòng)作捕捉的捕捉空間是有限的，而且如果動(dòng)作的活動(dòng)范圍能夠被更多的攝像頭覆蓋到，那么動(dòng)作捕捉的數(shù)據(jù)健壯性越好，精度也越高。因此，所獲得的二十四式太極拳動(dòng)作的整體空間特性，本文將全身動(dòng)作捕捉進(jìn)行了分組。通過分組，盡可能地使動(dòng)作都在高效的捕捉空間內(nèi)范圍，更是避免了因?yàn)閯?dòng)作空間位移過大而超出捕捉空間的問題。
[0027]除了考慮動(dòng)作的空間分布，還需要考慮動(dòng)作招式在時(shí)間上的分布。確立一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)將有利于動(dòng)作的校準(zhǔn)，而對(duì)于全身動(dòng)作和手部動(dòng)作的同步也是至關(guān)重要的。本文采取的辦法是在動(dòng)作捕捉時(shí)播放太極拳大師的動(dòng)作演練視頻，事先已經(jīng)學(xué)習(xí)好的表演者跟隨大師的動(dòng)作和背景音樂進(jìn)行全身動(dòng)作的捕捉。而手部動(dòng)作的捕捉則是在完成全身動(dòng)作捕捉之后，表演者在觀看自身全身動(dòng)作記錄的情況下，再進(jìn)行動(dòng)作捕捉，以便于后期兩部分動(dòng)作的合成。
[0028]全身動(dòng)作的動(dòng)作數(shù)據(jù)采集
[0029]表演者在穿著了用于動(dòng)作捕捉的緊身服裝和粘貼好反光標(biāo)記點(diǎn)之后在捕捉空間中間按照分組計(jì)劃進(jìn)行二十四式太極拳的動(dòng)作數(shù)據(jù)采集。在arena中將捕獲到的原始二維點(diǎn)集數(shù)據(jù)結(jié)合人體骨骼模型轉(zhuǎn)換為三維點(diǎn)集數(shù)據(jù)最后將三維點(diǎn)集數(shù)據(jù)按照二十四式太極拳的動(dòng)作劃分來進(jìn)行剪輯，導(dǎo)出轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)BVH格式數(shù)據(jù)。
[0030]在整個(gè)全身動(dòng)作數(shù)據(jù)采集的過程中，對(duì)每一組動(dòng)作的需要重復(fù)錄制多次。每次都將錄制的數(shù)據(jù)和太極拳大師演練視頻進(jìn)行對(duì)照，以便于下次錄制時(shí)的改進(jìn)，以期最后獲得更加標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)作數(shù)據(jù)。
[0031 ] 手部動(dòng)作的動(dòng)作數(shù)據(jù)采集
[0032]相對(duì)全身動(dòng)作，手部動(dòng)作的動(dòng)作數(shù)據(jù)采集需要在時(shí)間校準(zhǔn)上做更多的工作。
[0033]本文已經(jīng)將二十四式太極拳中的手型變換統(tǒng)計(jì)了出來?，F(xiàn)在，則需要更進(jìn)一步地在已有全身動(dòng)作數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)手型變換相應(yīng)的時(shí)間和幀數(shù)做出標(biāo)記。在進(jìn)行手部動(dòng)作數(shù)據(jù)采集時(shí)，表演者一邊觀看對(duì)應(yīng)的全身動(dòng)作數(shù)據(jù)動(dòng)畫，一邊按照標(biāo)記好時(shí)間和幀數(shù)的手型變換標(biāo)記，以這兩種方式輔助同步，進(jìn)行表演。與