一種動作捕捉系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種動作捕捉系統(tǒng)，用以采集操作人員的動作以形成實時影像，包括：動態(tài)捕捉設(shè)備，動態(tài)捕捉設(shè)備用以對穿戴動態(tài)捕捉設(shè)備的操作人員的運動進行相應(yīng)的動作數(shù)據(jù)采集，動態(tài)捕捉設(shè)備包括：復(fù)數(shù)個采集單元，復(fù)數(shù)個采集單元分別設(shè)于動態(tài)捕捉設(shè)備的復(fù)數(shù)個預(yù)設(shè)位置，每個采集單元分別對應(yīng)一唯一的位置標(biāo)識，采集單元用以實時采集相應(yīng)的預(yù)設(shè)位置的動作數(shù)據(jù)；發(fā)送單元，用以輸出動作數(shù)據(jù)；處理單元用以接收復(fù)數(shù)個采集單元發(fā)送的復(fù)數(shù)個動作數(shù)據(jù)，將復(fù)數(shù)個動作數(shù)據(jù)發(fā)送至發(fā)送單元；接收單元與發(fā)送單元連接，用以接收復(fù)數(shù)個動作數(shù)據(jù)；控制單元用以根據(jù)復(fù)數(shù)個動作數(shù)據(jù)依據(jù)預(yù)設(shè)的人體運動模型建立人體的3D姿態(tài)，并根據(jù)3D姿態(tài)生成實時影像。
【專利說明】
一種動作捕捉系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及姿態(tài)檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種動作捕捉系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的動作捕捉主要應(yīng)用于航天、航空及3D電影制作等，如:無人機的導(dǎo)航系統(tǒng)就采用了動作捕捉技術(shù)。現(xiàn)有的3D電影制作過程中普遍采用光電傳感器采集待測人員的運動軌跡，通過多個不同角度的攝像頭拍攝光電傳感器的反光點，對環(huán)境的要求高，存在的缺點有:拍攝時容易受到背光影響，成本高，目前已經(jīng)支持，但是由于圖像解算對硬件要求高，且目前還存在時延大的缺點，應(yīng)用范圍窄不易普及。傳統(tǒng)的動作捕捉傳感器數(shù)目多且零散，使用時需要逐個將動作捕捉傳感器貼置于待測人員的身上，且每個動作捕捉傳感器對應(yīng)的位置固定，若動作捕捉傳感器的位置貼錯直接影響采集的數(shù)據(jù)，操作繁瑣，且目前的動作捕捉傳感器普遍采用三軸或六軸采集數(shù)據(jù)，精度低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有的動作捕捉技術(shù)存在的上述問題，現(xiàn)提供一種旨在實現(xiàn)易于穿戴且采集精度高，應(yīng)用范圍廣的動作捕捉系統(tǒng)。
[0004]具體技術(shù)方案如下:
[0005]一種動作捕捉系統(tǒng)，用以采集操作人員的動作以形成相應(yīng)的實時影像，包括:
[0006]—動態(tài)捕捉設(shè)備，所述動態(tài)捕捉設(shè)備用以對穿戴所述動態(tài)捕捉設(shè)備的所述操作人員的運動進行相應(yīng)的動作數(shù)據(jù)采集，所述動態(tài)捕捉設(shè)備包括:復(fù)數(shù)個采集單元，復(fù)數(shù)個所述采集單元分別設(shè)于所述動態(tài)捕捉設(shè)備的復(fù)數(shù)個預(yù)設(shè)位置，每個所述采集單元分別對應(yīng)一唯一的位置標(biāo)識，所述采集單元用以實時采集相應(yīng)的所述預(yù)設(shè)位置的所述動作數(shù)據(jù)；
[0007]—發(fā)送單元，用以輸出所述動作數(shù)據(jù)；
[0008]—處理單元，分別連接所述發(fā)送單元和復(fù)數(shù)個所述采集單元，用以接收復(fù)數(shù)個所述采集單元發(fā)送的復(fù)數(shù)個所述動作數(shù)據(jù)，將復(fù)數(shù)個所述動作數(shù)據(jù)發(fā)送至所述發(fā)送單元；
[0009]—接收單元，與所述發(fā)送單元連接，用以接收復(fù)數(shù)個所述動作數(shù)據(jù)；
[0010]—控制單元，連接所述接收單元，用以根據(jù)復(fù)數(shù)個所述動作數(shù)據(jù)依據(jù)預(yù)設(shè)的人體運動模型建立人體的3D姿態(tài)，并根據(jù)所述3D姿態(tài)生成所述實時影像。
[0011 ]優(yōu)選的，所述人體運動模型為多剛體模型。
[0012]優(yōu)選的，包括:所述動態(tài)捕捉設(shè)備與所述多剛體模型相匹配，所述剛體的數(shù)目與所述采集單元的數(shù)目相對應(yīng)，所述剛體與所述采集單元--對應(yīng)。
[0013]優(yōu)選的，每個所述剛體的中心位置形成于所述動態(tài)捕捉設(shè)備的所述預(yù)設(shè)位置，所述采集單元用以采集所述剛體的所述中心位置的所述動作數(shù)據(jù)。
[0014]優(yōu)選的，于每個所述采集單元分別形成一載體坐標(biāo)系，所述載體坐標(biāo)系的中心點為所述采集單元的中心；
[0015]所述采集單元包括:
[0016]—三軸加速度計，用以實時采集與所述采集單元對應(yīng)的所述剛體在所述載體坐標(biāo)系下的旋轉(zhuǎn)三軸加速度；
[0017]—三軸陀螺儀，用以實時采集與所述采集單元對應(yīng)的所述剛體在所述載體坐標(biāo)系下的旋轉(zhuǎn)三軸角速度；
[0018]—三軸磁力計，用以實時采集與所述采集單元對應(yīng)的所述剛體在所述載體坐標(biāo)系下的三軸磁力分量；
[0019]一控制模塊，分別連接所述三軸加速度計、所述三軸陀螺儀和所述三軸磁力計，用以根據(jù)所述三軸加速度、所述三軸角速度和所述三軸磁力分量生成在世界坐標(biāo)系下的四元數(shù)，所述動作數(shù)據(jù)包括所述四元數(shù)和與所述采集單元對應(yīng)的所述位置標(biāo)識。
[0020]優(yōu)選的，所述發(fā)送單元采用無線模塊。
[0021 ]優(yōu)選的，所述接收單元采用無線模塊。
[0022]優(yōu)選的，所述控制單元包括:
[0023]一建模模塊，用以根據(jù)每個所述采集單元的所述四元數(shù)及相應(yīng)的所述位置標(biāo)識依據(jù)所述多剛體模型建立人體的所述3D姿態(tài)；
[0024]—合成模塊，連接所述建模模塊，用以將實時的所述3D姿態(tài)合成為所述實時影像。
[0025]優(yōu)選的，所述控制單元還包括:
[0026]一顯示模塊，連接所述合成模塊，用以顯示所述實時影像。
[0027]優(yōu)選的，所述動態(tài)捕捉設(shè)備包括:頭套、上衣、褲子、手套和鞋。
[0028]上述技術(shù)方案的有益效果:
[0029]本技術(shù)方案中，采用動態(tài)捕捉設(shè)備易于穿戴采集數(shù)據(jù)的精度高，避免了逐個貼置動作捕捉傳感器的過程，且無需采用攝像設(shè)備錄制影像，對外界環(huán)境的要求低，應(yīng)用廣泛；利用控制單元對動態(tài)捕捉設(shè)備采集的數(shù)據(jù)建模以實時生成3D影像，效率高。
【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明所述的動作捕捉系統(tǒng)的一種實施例的模塊圖；
[0031]圖2為本發(fā)明所述的采集單元的一種實施例的內(nèi)部模塊圖；
[0032]圖3為本發(fā)明所述的控制單元的一種實施例的內(nèi)部模塊圖。
【具體實施方式】
[0033]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0034]需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
[0035]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不作為本發(fā)明的限定。
[0036]如圖1所示，一種動作捕捉系統(tǒng)，用以采集操作人員的動作以形成相應(yīng)的實時影像，包括:
[0037]—動態(tài)捕捉設(shè)備，動態(tài)捕捉設(shè)備用以對穿戴動態(tài)捕捉設(shè)備的操作人員的運動進行相應(yīng)的動作數(shù)據(jù)采集，動態(tài)捕捉設(shè)備包括:復(fù)數(shù)個采集單元I，復(fù)數(shù)個采集單元I分別設(shè)于動態(tài)捕捉設(shè)備的復(fù)數(shù)個預(yù)設(shè)位置，每個采集單元I分別對應(yīng)一唯一的位置標(biāo)識，采集單元I用以實時采集相應(yīng)的預(yù)設(shè)位置的動作數(shù)據(jù)；
[0038]一發(fā)送單元3，用以輸出動作數(shù)據(jù)；
[0039]一處理單元2，分別連接發(fā)送單元3和復(fù)數(shù)個采集單元I，用以接收復(fù)數(shù)個采集單元I發(fā)送的復(fù)數(shù)個動作數(shù)據(jù)，將復(fù)數(shù)個動作數(shù)據(jù)發(fā)送至發(fā)送單元3;
[0040]—接收單元5，與發(fā)送單元3連接，用以接收復(fù)數(shù)個動作數(shù)據(jù)；
[0041]—控制單元4，連接接收單元5，用以根據(jù)復(fù)數(shù)個動作數(shù)據(jù)依據(jù)預(yù)設(shè)的人體運動模型建立人體的3D姿態(tài)，并根據(jù)3D姿態(tài)生成實時影像。
[0042]進一步地，接收單元5與控制單元4之間可采用USB通信方式進行數(shù)據(jù)傳輸。
[0043]在本實施例中，采用動態(tài)捕捉設(shè)備易于穿戴采集數(shù)據(jù)的精度高，避免了逐個貼置動作捕捉傳感器的過程，節(jié)省時間，且無需采用攝像設(shè)備錄制影像，對外界環(huán)境的要求低，應(yīng)用廣泛;利用控制單元4對動態(tài)捕捉設(shè)備采集的數(shù)據(jù)建模以實時生成3D影像，效率高，且成本低。
[0044]在優(yōu)選的實施例中，人體運動模型為多剛體模型。多剛體模型包括多個剛體。以多剛體模型包括16個剛體為例，16個剛體包括:頭部剛體、上軀干剛體、下軀干剛體、骨盆剛體、左上臂剛體、左前臂剛體、左手剛體、左大腿剛體、左小腿剛體、左腳剛體、右上臂剛體、右前臂剛體、右手剛體、右大腿剛體、右小腿剛體和右腳剛體。
[0045]在本實施例中，多剛體模型是將人體的每段肢體看作為一個剛體，即內(nèi)部任何位置不產(chǎn)生相對形變的物體。剛體在運動中或受力作用后，形狀和大小不變，而且內(nèi)部各點的相對位置不變的物體。絕對剛體實際上是不存在的，只是一種理想模型，因為任何物體在受力作用后，都或多或少地變形，如果變形的程度相對于物體本身幾何尺寸來說極為微小，在研究物體運動時變形就可以忽略不計。
[0046]在優(yōu)選的實施例中，包括:動態(tài)捕捉設(shè)備與多剛體模型相匹配，剛體的數(shù)目與采集單元I的數(shù)目相對應(yīng)，剛體與采集單元1--對應(yīng)。
[0047]進一步地，每個剛體的中心位置形成于動態(tài)捕捉設(shè)備的預(yù)設(shè)位置，采集單元I用以采集剛體的中心位置的動作數(shù)據(jù)。
[0048]在本實施例中，利用采集單元I實時檢測相應(yīng)剛體的動作數(shù)據(jù)，然后將動作數(shù)據(jù)實時發(fā)送給配置在動態(tài)捕捉設(shè)備上的處理單元2，處理單元2將所有采集單元I采集的數(shù)據(jù)收集，通過發(fā)送單元3及接收單元5將數(shù)據(jù)發(fā)送至控制單元4，控制單元4可采用移動終端，如安卓系統(tǒng)的客戶端。根據(jù)多剛體模型的結(jié)構(gòu)特點，可將剛體的連接節(jié)點分為子節(jié)點、父節(jié)點及根節(jié)點，以動態(tài)捕捉設(shè)備為衣服為例，根節(jié)點位于腰部，子節(jié)點的絕對位置信息是由父節(jié)點的旋轉(zhuǎn)決定的。
[0049]如圖2所示，在優(yōu)選的實施例中，于每個采集單元I分別形成一載體坐標(biāo)系，載體坐標(biāo)系的中心點為采集單元I的中心；
[0050]采集單元I包括:
[0051]—三軸加速度計11，用以實時采集與采集單元I對應(yīng)的剛體在載體坐標(biāo)系下的旋轉(zhuǎn)三軸加速度；
[0052]一三軸陀螺儀12，用以實時采集與采集單元I對應(yīng)的剛體在載體坐標(biāo)系下的旋轉(zhuǎn)三軸角速度；
[0053]一三軸磁力計13，用以實時采集與采集單元I對應(yīng)的剛體在載體坐標(biāo)系下的三軸磁力分量；
[0054]一控制模塊14，分別連接三軸加速度計11、三軸陀螺儀12和三軸磁力計13，用以根據(jù)三軸加速度、三軸角速度和三軸磁力分量生成在世界坐標(biāo)系下的四元數(shù)，動作數(shù)據(jù)包括四元數(shù)和與采集單元I對應(yīng)的位置標(biāo)識。
[0055]進一步地，載體坐標(biāo)系即為采集單元I自身的坐標(biāo)系。
[0056]在本實施例中，采集單元I通過三軸加速度計11、三軸陀螺儀12和三軸磁力計13采集九軸數(shù)據(jù)提供了采集動作的精度，每個采集單元I中均配置有一控制模塊14，通過控制模塊14將三軸加速度計11、三軸陀螺儀12和三軸磁力計13采集的九軸數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為四元數(shù)，減少了控制單元4的運算及運行負擔(dān)，提高了控制單元4生成實時影像的速度。
[0057]在優(yōu)選的實施例中，發(fā)送單元3采用無線模塊，接收單元5采用無線模塊，發(fā)送單元3與接收單元5之間采用無線方式通信。
[0058]進一步地，無線模塊可采用2.4G模塊，其頻段處于2.400GHz?2.4835GHz之間，
2.4G模塊具有成本低，效率高、低電壓、體積小等優(yōu)點。
[0059]在本實施例中，處理單元2和發(fā)送單元3均設(shè)置于動態(tài)捕捉設(shè)備上，以實現(xiàn)將數(shù)據(jù)通過無線的方式發(fā)送至接收單元5。
[0060]如圖3所示，在優(yōu)選的實施例中，控制單元4包括:
[0061]一建模模塊42，用以根據(jù)每個采集單元I的四元數(shù)及相應(yīng)的位置標(biāo)識依據(jù)多剛體模型建立人體的3D姿態(tài)；
[0062]一合成模塊41，連接建模模塊42，用以將實時的3D姿態(tài)合成為實時影像。
[0063]在本實施例中，由于控制單元4是在世界坐標(biāo)系下對動作數(shù)據(jù)進行建模，利用建模模塊42根據(jù)每個采集單元I的位置標(biāo)識依據(jù)多剛體模型及相應(yīng)的四元數(shù)建立人體的3D姿態(tài)，通過合成模塊41生成的3D姿態(tài)合成為實時影像。
[0064]在優(yōu)選的實施例中，控制單元4還包括:
[0065]一顯示模塊43，連接合成模塊41，用以顯示實時影像。
[0066]在本實施例中，通過顯示模塊43對實時影像進行實時顯示。
[0067]在優(yōu)選的實施例中，動態(tài)捕捉設(shè)備包括:頭套、上衣、褲子、手套和鞋。
[0068]進一步地，動態(tài)捕捉設(shè)備可包括:帽子、連體衣、鞋和手套。
[0069]以上所述僅為本發(fā)明較佳的實施例，并非因此限制本發(fā)明的實施方式及保護范圍，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，應(yīng)當(dāng)能夠意識到凡運用本發(fā)明說明書及圖示內(nèi)容所作出的等同替換和顯而易見的變化所得到的方案，均應(yīng)當(dāng)包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種動作捕捉系統(tǒng)，用以采集操作人員的動作以形成實時影像，其特征在于，包括: 一動態(tài)捕捉設(shè)備，所述動態(tài)捕捉設(shè)備用以對穿戴所述動態(tài)捕捉設(shè)備的所述操作人員的運動進行相應(yīng)的動作數(shù)據(jù)采集，所述動態(tài)捕捉設(shè)備包括:復(fù)數(shù)個采集單元，復(fù)數(shù)個所述采集單元分別設(shè)于所述動態(tài)捕捉設(shè)備的復(fù)數(shù)個預(yù)設(shè)位置，每個所述采集單元分別對應(yīng)一唯一的位置標(biāo)識，所述采集單元用以實時采集相應(yīng)的所述預(yù)設(shè)位置的所述動作數(shù)據(jù)； 一發(fā)送單元，用以輸出所述動作數(shù)據(jù)； 一處理單元，分別連接所述發(fā)送單元和復(fù)數(shù)個所述采集單元，用以接收復(fù)數(shù)個所述采集單元發(fā)送的復(fù)數(shù)個所述動作數(shù)據(jù)，將復(fù)數(shù)個所述動作數(shù)據(jù)發(fā)送至所述發(fā)送單元； 一接收單元，與所述發(fā)送單元連接，用以接收復(fù)數(shù)個所述動作數(shù)據(jù)； 一控制單元，連接所述接收單元，用以根據(jù)復(fù)數(shù)個所述動作數(shù)據(jù)依據(jù)預(yù)設(shè)的人體運動模型建立人體的3D姿態(tài)，并根據(jù)所述3D姿態(tài)生成所述實時影像。2.如權(quán)利要求1所述的動作捕捉系統(tǒng)，其特征在于，所述人體運動模型為多剛體模型。3.如權(quán)利要求2所述的動作捕捉系統(tǒng)，其特征在于，包括:所述動態(tài)捕捉設(shè)備與所述多剛體模型相匹配，所述剛體的數(shù)目與所述采集單元的數(shù)目相對應(yīng)，所述剛體與所述采集單元--對應(yīng)。4.如權(quán)利要求3所述的動作捕捉系統(tǒng)，其特征在于，每個所述剛體的中心位置形成于所述動態(tài)捕捉設(shè)備的所述預(yù)設(shè)位置，所述采集單元用以采集所述剛體的所述中心位置的所述動作數(shù)據(jù)。5.如權(quán)利要求4所述的動作捕捉系統(tǒng)，其特征在于，于每個所述采集單元分別形成一載體坐標(biāo)系，所述載體坐標(biāo)系的中心點為所述采集單元的中心； 所述采集單元包括: 一三軸加速度計，用以實時采集與所述采集單元對應(yīng)的所述剛體在所述載體坐標(biāo)系下的旋轉(zhuǎn)三軸加速度； 一三軸陀螺儀，用以實時采集與所述采集單元對應(yīng)的所述剛體在所述載體坐標(biāo)系下的旋轉(zhuǎn)三軸角速度； 一三軸磁力計，用以實時采集與所述采集單元對應(yīng)的所述剛體在所述載體坐標(biāo)系下的三軸磁力分量； 一控制模塊，分別連接所述三軸加速度計、所述三軸陀螺儀和所述三軸磁力計，用以根據(jù)所述三軸加速度、所述三軸角速度和所述三軸磁力分量生成在世界坐標(biāo)系下的四元數(shù)，所述動作數(shù)據(jù)包括所述四元數(shù)和與所述采集單元對應(yīng)的所述位置標(biāo)識。6.如權(quán)利要求1所述的動作捕捉系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)送單元采用無線模塊。7.如權(quán)利要求1所述的動作捕捉系統(tǒng)，其特征在于，所述接收單元采用無線模塊。8.如權(quán)利要求5所述的動作捕捉系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元包括: 一建模模塊，用以根據(jù)每個所述采集單元的所述四元數(shù)及相應(yīng)的所述位置標(biāo)識依據(jù)所述多剛體模型建立人體的所述3D姿態(tài)； 一合成模塊，連接所述建模模塊，用以將實時的所述3D姿態(tài)合成為所述實時影像。9.如權(quán)利要求8所述的動作捕捉系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元還包括: 一顯示模塊，連接所述合成模塊，用以顯示所述實時影像。10.如權(quán)利要求1所述的動作捕捉系統(tǒng)，其特征在于，所述動態(tài)捕捉設(shè)備包括:頭套、上衣、褲子、手套和鞋。
【文檔編號】G06F3/01GK105824432SQ201610416006
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年6月14日
【發(fā)明人】金宇贏, 馬良偉, 劉進向, 王美璐
【申請人】上海錫月科技有限公司