一種組合式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種組合式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，包括：多個(gè)慣性傳感器單元，至少一個(gè)通訊單元及一終端處理器；慣性傳感器單元連接通訊單元，通訊單元連接終端處理器；慣性傳感器單元根據(jù)不同的組合方式安裝在一個(gè)或者多個(gè)運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象的各個(gè)部位，測(cè)量所在安裝部位的運(yùn)動(dòng)信息并發(fā)送給通訊單元；通訊單元接收慣性傳感器輸出的運(yùn)動(dòng)信息，并發(fā)送給終端處理器；終端處理器獲取運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象的信息及慣性傳感器單元的安裝位置信息，根據(jù)運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象的信息及安裝位置信息生成慣性傳感器單元的組合方式，接收運(yùn)動(dòng)信息，根據(jù)組合方式對(duì)運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行處理以獲得運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象的完整姿態(tài)及運(yùn)動(dòng)信息。通過(guò)對(duì)同一套運(yùn)動(dòng)捕捉設(shè)備的自由組合達(dá)到不同運(yùn)動(dòng)捕捉的目的，降低了成本。
【專利說(shuō)明】一種組合式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是關(guān)于運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)，特別是關(guān)于一種組合式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)可以以數(shù)字的方式記錄對(duì)象的動(dòng)作，當(dāng)前常用的運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)主要包括光學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉和基于慣性傳感器的運(yùn)動(dòng)捕捉，分別介紹如下:
[0003]光學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)通常包含4?32個(gè)相機(jī)，環(huán)繞待測(cè)物體排列，待測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)范圍處于相機(jī)的重疊區(qū)域。待測(cè)物體的關(guān)鍵部位貼上一些特質(zhì)的反光點(diǎn)或者發(fā)光點(diǎn)作為視覺(jué)識(shí)別和處理的標(biāo)志。系統(tǒng)標(biāo)定后，相機(jī)連續(xù)拍攝物體的運(yùn)動(dòng)并把圖像序列保存下來(lái)進(jìn)行分析和處理，計(jì)算每一個(gè)標(biāo)志點(diǎn)在某一瞬間的空間位置，并從而得到其準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)軌跡。光學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉的優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有機(jī)械裝置、有線電纜等的限制，允許物體的運(yùn)動(dòng)范圍較大，并且采樣頻率較高，能夠滿足多數(shù)運(yùn)動(dòng)測(cè)量的需要。但是這種系統(tǒng)價(jià)格昂貴，系統(tǒng)的標(biāo)定比較繁瑣，只能捕捉相機(jī)重疊區(qū)域的物體運(yùn)動(dòng)，而且當(dāng)運(yùn)動(dòng)比較復(fù)雜時(shí)，標(biāo)志容易混淆和遮擋，從而產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)果。
[0004]傳統(tǒng)的機(jī)械式慣性傳感器長(zhǎng)期應(yīng)用于飛機(jī)、船舶的導(dǎo)航，隨著微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的高速發(fā)展，微型慣性傳感器的技術(shù)成熟，近年來(lái)，人們開(kāi)始嘗試基于微型慣性傳感器的運(yùn)動(dòng)捕捉?；痉椒ㄊ前褢T性測(cè)量單元(MU)連接到待測(cè)物體上并跟隨待測(cè)物體一起運(yùn)動(dòng)。慣性測(cè)量單元通常包括微加速度計(jì)(測(cè)量加速度信號(hào))以及微陀螺儀(測(cè)量角速度信號(hào))，通過(guò)對(duì)加速度信號(hào)的二次積分以及陀螺儀信號(hào)的積分，可以得到待測(cè)物體的位置信息以及方位信息。由于MEMS技術(shù)的應(yīng)用，IMU的尺寸和重量可以做的很小，從而對(duì)待測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)影響很小，并且對(duì)于場(chǎng)地的要求低，允許的運(yùn)動(dòng)范圍大，同時(shí)系統(tǒng)的成本比較低。
[0005]隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，基于慣性的運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)開(kāi)始作為重要的交互手段出現(xiàn)了。但是當(dāng)前的基于慣性的運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)都是固定式的，即上半身的運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)只能夠?qū)ι习肷淼倪\(yùn)動(dòng)進(jìn)行捕捉，而不能通過(guò)變換傳感器的安裝位置實(shí)現(xiàn)對(duì)身體其他部位(如下半身)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行捕捉。這樣，用戶如果要改變運(yùn)動(dòng)捕捉部位，只能購(gòu)買(mǎi)額外的運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)或者高級(jí)的傳感器數(shù)量更多的運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，但是這將帶來(lái)費(fèi)用的提升。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明提供一種組合式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)同一套運(yùn)動(dòng)捕捉設(shè)備的自由組合達(dá)到不同運(yùn)動(dòng)捕捉的目的，并且降低成本。
[0007]本發(fā)明提供一種組合式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，所述的組合式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)包括:多個(gè)慣性傳感器單元，至少一個(gè)通訊單元及一終端處理器；所述的慣性傳感器單元分別連接所述的通訊單元，所述的通訊單元連接所述的終端處理器；
[0008]所述慣性傳感器單元根據(jù)不同的組合方式分別安裝在一個(gè)或者多個(gè)運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象的各個(gè)部位，測(cè)量所在安裝部位的運(yùn)動(dòng)信息，并將所述的運(yùn)動(dòng)信息通過(guò)有線或者無(wú)線的方式發(fā)送給所述的通訊單元；
[0009]所述的通訊單元接收所述慣性傳感器輸出的運(yùn)動(dòng)信息，并通過(guò)有線或者無(wú)線通訊的方式發(fā)送給所述終端處理器；
[0010]所述的終端處理器獲取所述運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象的信息及所述慣性傳感器單元的安裝位置信息，根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象的信息及所述的安裝位置信息生成所述慣性傳感器單元的組合方式，接收所述通訊單元發(fā)送的所述運(yùn)動(dòng)信息，根據(jù)所述的組合方式對(duì)接收的所述運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行處理以獲得所述運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象的完整姿態(tài)及運(yùn)動(dòng)信息。
[0011]在一實(shí)施例中，所述的運(yùn)動(dòng)信息包括方位信息；在另一實(shí)施例中，所述的運(yùn)動(dòng)信息包括方位信息以及慣性信息，如加速度信息、角速度信息等。
[0012]在一實(shí)施例中，所述的終端處理器具體用于:獲取所述運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象的信息及所述慣性傳感器單元的安裝位置信息，根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象的信息獲取預(yù)存儲(chǔ)的運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象模型或者新建運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象模型，根據(jù)所述的運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象模型以及所述的安裝位置信息生成所述慣性傳感器單元的組合方式，接收所述通訊單元發(fā)送的所述運(yùn)動(dòng)信息，根據(jù)所述的組合方式對(duì)接收的所述運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行處理以獲得對(duì)象的完整姿態(tài)及運(yùn)動(dòng)信息。
[0013]在一實(shí)施例中，所述的終端處理器具體用于:根據(jù)運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象的力學(xué)約束對(duì)所述慣性傳感器單元的方位進(jìn)行修正，例如為了避免對(duì)象出現(xiàn)反關(guān)節(jié)以及地面接觸穿刺而對(duì)對(duì)象的方位、位移等進(jìn)行修正；對(duì)沒(méi)有安裝慣性傳感器單元的部位的方位及運(yùn)動(dòng)進(jìn)行估算，估算方法為根據(jù)該部位的運(yùn)動(dòng)特征采用相鄰的慣性傳感器模塊進(jìn)行類似于插值的估算。
[0014]在一實(shí)施例中，所述的慣性傳感器單元包括:
[0015]傳感器模塊，包括:三軸MEMS加速度計(jì)、三軸MEMS陀螺儀及三軸MEMS磁力計(jì)，分別對(duì)所述慣性傳感器單元的安裝部位的加速度、角速度以及磁力信號(hào)進(jìn)行測(cè)量；
[0016]第一微處理器模塊，連接所述的傳感器模塊，根據(jù)所述的加速度、角速度以及磁力信號(hào)計(jì)算安裝部位的方位信息；
[0017]第一通訊模塊，連接所述的第一微處理器模塊，用于傳輸所述的運(yùn)動(dòng)信息，如方位信息、慣性信息等。
[0018]在一實(shí)施例中，所述的通訊單元包括:第二微處理器模塊、第二通訊模塊及第三通訊模塊，所述的第二通訊模塊及第三通訊模塊分別連接所述的第二微處理器模塊。
[0019]在一實(shí)施例中，所述的通訊單元還包括:電池以及直流/直流轉(zhuǎn)換模塊；所述的第一通訊模塊與所述的第二通訊模塊通過(guò)有線串行通訊的方式連接，所述的第三通訊模塊以無(wú)線通信方式與所述的終端處理器連接。
[0020]在一實(shí)施例中，所述的慣性傳感器單元還包括:電池以及直流/直流轉(zhuǎn)換模塊；所述的第一通訊模塊與所述的第二通訊模塊通過(guò)無(wú)線通信方式連接，所述的第三通訊模塊以有線串行通訊的方式與所述的終端處理器連接。
[0021]在一實(shí)施例中，所述的通訊單元還包括:第一電池以及第一直流/直流轉(zhuǎn)換模塊，所述的慣性傳感器單元還包括:第二電池以及第二直流/直流轉(zhuǎn)換模塊；所述的第一通訊模塊與所述的第二通訊模塊通過(guò)無(wú)線通信方式連接，所述的第三通訊模塊以無(wú)線通信方式與所述的終端處理器連接。
[0022]在一實(shí)施例中，所述的第一通訊模塊與所述的第二通訊模塊通過(guò)有線串行通訊的方式連接，所述的第三通訊模塊以有線串行通訊的方式與所述的終端處理器連接；所示的通訊單元還包括直流/直流轉(zhuǎn)換模塊。
[0023]在一實(shí)施例中，所述的第一微處理器模塊具體用于:對(duì)所述的角速度信息進(jìn)行積分，生成動(dòng)態(tài)空間方位，根據(jù)所述的加速度信息及地磁向量生成靜態(tài)絕對(duì)空間方位，并利用所述靜態(tài)絕對(duì)空間方位對(duì)所述動(dòng)態(tài)空間方位進(jìn)行修正，生成所述的方位信息。
[0024]在一實(shí)施例中，所述多個(gè)運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象的各個(gè)部位包括:人體、動(dòng)物和/或機(jī)器人的各個(gè)部位。
[0025]在一實(shí)施例中，所述的慣性傳感器單元在不同的時(shí)刻安裝在不同的運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象上。
[0026]在一實(shí)施例中，當(dāng)用戶在首次使用所述組合式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)或者變更慣性傳感器單元的組合方式或安裝位置時(shí)，所述終端處理器還用于指定當(dāng)前運(yùn)動(dòng)捕捉的組合方式以及各個(gè)慣性傳感器單元的安裝位置。
[0027]在一實(shí)施例中，當(dāng)所述的傳感器單元從一種運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象更換安裝到另一種運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象上時(shí)，所述的終端處理器還用于更改測(cè)量運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象模型或者新建運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象模型。
[0028]在一實(shí)施例中，完成所述慣性傳感器單元的安裝后，所述的終端處理器還用于根據(jù)組合方式以及運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象進(jìn)行校準(zhǔn)動(dòng)作，以修正所述慣性傳感器單元的安裝誤差。
[0029]本發(fā)明實(shí)施例的有益效果在于，本發(fā)明的多個(gè)慣性傳感器單元可以在同一運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象上進(jìn)行各種組合方式的安裝，也可以在不同種類的運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象上進(jìn)行組合安裝，通過(guò)對(duì)同一套運(yùn)動(dòng)捕捉設(shè)備的自由組合，可以達(dá)到不同運(yùn)動(dòng)捕捉的目的，并且降低了成本。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0030]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0031]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的組合式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的組合式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖二 ；
[0033]圖3為本發(fā)明實(shí)施例的組合式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖二 ；
[0034]圖4為本發(fā)明實(shí)施例的組合式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖二 ；
[0035]圖5為本發(fā)明實(shí)施例的組合式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖二 ；
[0036]圖6為本發(fā)明實(shí)施例的組合式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)的實(shí)施流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]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(méi)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。
[0038]如圖1所示，本發(fā)明提供一種組合式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，所述的組合式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)包括:多個(gè)慣性傳感器單元101，至少一個(gè)通訊單元102及一終端處理器103。
[0039]多個(gè)慣性傳感器單元101分別以有線或無(wú)線方式連接至通訊單元102，通訊單元102以有線或無(wú)線方式連接終端處理器103。
[0040]多個(gè)慣性傳感器單元101根據(jù)不同的組合方式分別安裝在一個(gè)或者多個(gè)運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象的各個(gè)部位，運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象可以有多種，例如可以是人體、機(jī)器人及動(dòng)物等。安裝方法有多種，對(duì)于人體，安裝方法可以是通過(guò)手套、綁帶或者傳感器服等方式連接到手或者身體其它部位，慣性傳感器單元101測(cè)量其所在安裝部位的運(yùn)動(dòng)信息，如方位、加速度、角速度等，并將該運(yùn)動(dòng)信息通過(guò)有線或者無(wú)線的方式發(fā)送給通訊單元102。
[0041]通訊單元102以有線或者無(wú)線方式接收慣性傳感器輸出的運(yùn)動(dòng)信息，并通過(guò)有線或者無(wú)線通訊的方式發(fā)送給終端處理器103。
[0042]終端處理器103獲取運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象的信息及所述慣性傳感器單元101的安裝位置信息，根據(jù)運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象的信息及安裝位置信息生成慣性傳感器單元的組合方式，接收所述通訊單元發(fā)送的所述運(yùn)動(dòng)信息，根據(jù)所述的組合方式對(duì)接收的所述運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行處理以獲得所述運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象的完整的姿態(tài)及運(yùn)動(dòng)信息。
[0043]具體實(shí)施時(shí)，終端處理器102可以獲取運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象的信息及所述慣性傳感器單元101的安裝位置信息，根據(jù)運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象的信息獲取預(yù)存儲(chǔ)的運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象模型或者新建運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象模型，根據(jù)該運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象模型以及該安裝位置信息(用戶指定或者系統(tǒng)檢測(cè)到的慣性傳感器單元的安裝位置信息)生成慣性傳感器單元101的組合方式，接收通訊單元102發(fā)送的運(yùn)動(dòng)信息，根據(jù)組合方式對(duì)接收的運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行處理以獲得對(duì)象的完整姿態(tài)及運(yùn)動(dòng)信息。
[0044]在一實(shí)施例中，終端處理器103根據(jù)組合方式對(duì)接收的運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行處理以獲得對(duì)象的完整姿態(tài)及運(yùn)動(dòng)信息時(shí)，可以通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn):根據(jù)運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象的力學(xué)約束對(duì)慣性傳感器單元101的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行修正，如基于關(guān)節(jié)約束或者地面接觸約束對(duì)方位和位移等的修正；對(duì)沒(méi)有安裝慣性傳感器單元101的部位的方位及運(yùn)動(dòng)進(jìn)行估算，估算方法可以為根據(jù)相鄰部位的運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行插值計(jì)算得到，如脊椎的方位和運(yùn)動(dòng)可以由臀部和胸部的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行插值估算，估算方法也可以為根據(jù)其自身的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)以及父節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行估算，如腳趾的方位和運(yùn)動(dòng)在沒(méi)有外界接觸時(shí)跟隨腳掌的方位和運(yùn)動(dòng)，在腳尖著地時(shí)，腳趾的朝向與腳掌一致，但是傾角與接觸面平行。
[0045]如圖2至圖5所示，本發(fā)明具體實(shí)施時(shí)，組合式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)的慣性傳感器單元101包括:傳感器模塊201、第一微處理器模塊202及第一通訊模塊203。
[0046]傳感器模塊201包括:三軸MEMS加速度計(jì)2011、三軸MEMS陀螺儀2012及三軸MEMS磁力計(jì)2013。三軸MEMS加速度計(jì)2011對(duì)慣性傳感器單元101的安裝部位的加速度信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。三軸MEMS陀螺儀2012對(duì)慣性傳感器單元101的安裝部位的角速度信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。三軸MEMS磁力計(jì)2013對(duì)慣性傳感器單元101的安裝部位的磁力信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。
[0047]第一微處理器模塊202連接同一慣性傳感器單元101中的傳感器模塊201，可以根據(jù)傳感器模塊201的加速度、角速度以及磁力信號(hào)計(jì)算安裝部位的方位信息。
[0048]在一實(shí)施例中，第一微處理器模塊202模塊具體用于:對(duì)角速度信息進(jìn)行積分，生成動(dòng)態(tài)空間方位，根據(jù)所述的加速度信息及地磁向量生成靜態(tài)絕對(duì)空間方位，并利用所述靜態(tài)絕對(duì)空間方位對(duì)所述動(dòng)態(tài)空間方位進(jìn)行修正，生成方位信息。
[0049]第一通訊模塊203連接所述的第一微處理器模塊202，用于將測(cè)得的運(yùn)動(dòng)信息(如方位信息、加速度信息、角速度信息等)傳輸給通訊單元102。
[0050]如圖2至圖5所示，本發(fā)明具體實(shí)施時(shí)，組合式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)的通訊單元102包括:第二微處理器模塊2021、第二通訊模塊2022及第三通訊模塊2023。第二通訊模塊2021及第三通訊模塊2022分別連接第二微處理器模塊2023。第二微處理器模塊2021控制第二通訊模塊2022接收各個(gè)慣性傳感器單元101測(cè)得的運(yùn)動(dòng)信息，將該運(yùn)動(dòng)信息打包，然后通過(guò)第三通訊模塊2023發(fā)送給終端處理器103。
[0051]第一通訊模塊203與第二通訊模塊2022之間，以及終端處理器103第三通訊模塊2023之間，可以都通過(guò)無(wú)線通信方式連接，也可以都通過(guò)有線串行通訊的方式連接，還可以第一通訊模塊203與第二通訊模塊2022之間通過(guò)無(wú)線通信方式連接，終端處理器103與第三通訊模塊2023之間通過(guò)有線串行通訊的方式連接，或者第一通訊模塊203與第二通訊模塊2022之間通過(guò)有線串行通訊的方式連接，終端處理器103與第三通訊模塊2023之間通過(guò)無(wú)線通信方式連接。下面分別說(shuō)明上述幾種連接方式。
[0052]在一實(shí)施例中，如圖2所示，第一通訊模塊203與第二通訊模塊1022通過(guò)有線串行通訊的方式連接，第三通訊模塊2023也以有線串行通訊的方式與終端處理器103連接。第一通訊模塊203、第二通訊模塊1022及第三通訊模塊2023均為串行通訊模塊。通訊單元102還包括直流/直流轉(zhuǎn)換模塊2025，通過(guò)有線連接從終端處理器103獲得電力，并經(jīng)過(guò)直流/直流轉(zhuǎn)換模塊2025進(jìn)行直流/直流轉(zhuǎn)換后給通訊單元以及所有慣性傳感器單元供電。第一通訊模塊203、第二通訊模塊2022及第三通訊模塊2023為串行通信模塊。
[0053]該組合式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)包括多個(gè)慣性傳感器單元101、一個(gè)通訊單元102以及一臺(tái)PC作為終端處理器103。
[0054]慣性傳感器單兀101包括傳感器模塊201、第一微處理器模塊202和第一通訊模塊203。傳感器模塊201包括三軸MEMS加速度計(jì)、2011三軸MEMS陀螺儀2012和三軸MEMS磁力計(jì)2013，分別對(duì)加速度、角速度以及磁力信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。
[0055]第一微處理器模塊202從傳感器模塊201接收加速度、磁力和角速度信息,并根據(jù)這些信息計(jì)算傳感器模塊201的空間方位信息。第一通訊模塊203將運(yùn)動(dòng)信息以有線的方式發(fā)送給通訊單元102。通訊單元102包括第二微處理器模塊2021、第二通訊模塊2022、第三通訊模塊2023。通訊單元102通過(guò)第二通訊模塊2022接收慣性傳感器單元101的運(yùn)動(dòng)信息，并將接收到的運(yùn)動(dòng)信息經(jīng)第二微處理器模塊2021打包后通過(guò)第三通訊模塊2023發(fā)送給接收終端處理器103。
[0056]通過(guò)有線連接，通訊單元102從終端處理器103獲得電力，經(jīng)過(guò)DC/DC轉(zhuǎn)換后給通訊單元102以及所有與之連接的慣性傳感器單元101供電。終端處理器103接收到慣性傳感器單元101的運(yùn)動(dòng)信息后，根據(jù)軟件界面指定的對(duì)象模型以及慣性傳感器單元101的安裝位置信息，執(zhí)行相應(yīng)的處理和計(jì)算，包括根據(jù)對(duì)象的力學(xué)約束對(duì)慣性傳感器單元101的運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行修正、對(duì)于沒(méi)有安裝慣性傳感器單元101部位的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行估算等。終端處理器103可以將計(jì)算結(jié)果實(shí)時(shí)進(jìn)行計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)播放，也可以以一定的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行保存或者通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。
[0057]在一實(shí)施例中，如圖3所示，第一通訊模塊203與第二通訊模塊2022通過(guò)有線串行通訊的方式連接，第三通訊模塊2023以無(wú)線通信方式與終端處理器103連接。第二微處理器模塊2021通過(guò)第二通訊模塊2022接收各個(gè)慣性傳感器單元101測(cè)得的運(yùn)動(dòng)信息，打包后通過(guò)第三通訊模塊2023 (RF通訊模塊)發(fā)送給終端處理器單元103。與圖2相比，圖3的通訊單元102還包括:電池2024以及直流/直流轉(zhuǎn)換模塊2025，電池2024通過(guò)直流/直流轉(zhuǎn)換模塊2025進(jìn)行直流/直流轉(zhuǎn)換，然后向通訊單元102以及所有慣性傳感器單元101供電。第三通訊模塊2023可以是RF通訊模塊，也可以是其他可以與終端處理器103進(jìn)行無(wú)線通信的模塊。第一通訊模塊203及第二通訊模塊2022為串行通信模塊。通過(guò)通訊單元102與慣性傳感器單元101的有線連接方式，電池2024還可以給慣性傳感單元101的各個(gè)部分供電。
[0058]在一實(shí)施例中，如圖4所示，第一通訊模塊203與第二通訊模塊2022通過(guò)無(wú)線通信方式連接，第三通訊模塊2023以有線串行通訊的方式與終端處理器103連接。本實(shí)施例中，慣性傳感器單元101還包括:電池2024以及第一直流/直流轉(zhuǎn)換模塊2026，第一直流/直流轉(zhuǎn)換模塊2026對(duì)電池2024的電力進(jìn)行直流/直流轉(zhuǎn)換。通訊單元102還包括第二直流/直流轉(zhuǎn)換模塊2027，通過(guò)通訊單元102與終端處理器103的有線連接方式，終端處理器103可以為通訊單元102提供電力，第二直流/直流轉(zhuǎn)換模塊2027可以將終端處理器103中的電力進(jìn)行直流/直流轉(zhuǎn)換后供給通訊單元102。第一通訊模塊203及第二通訊模塊2022可以是RF通訊模塊，也可以是其他可以與終端處理器103進(jìn)行無(wú)線通信的模塊。第三通訊模塊2023為串行通信模塊。
[0059]在一實(shí)施例中，如圖5所示，通訊單元102還包括:第一電池2028以及第一直流/直流轉(zhuǎn)換模塊2026。慣性傳感器單元101還包括:第二電池2029以及第二直流/直流轉(zhuǎn)換模塊2027。第一通訊模塊203與第二通訊模塊2022通過(guò)無(wú)線通信方式連接，第三通訊模塊2023以無(wú)線通信方式與終端處理器103連接。第一通訊模塊203、第二通訊模塊2022及第三通訊模塊2023可以是RF通訊模塊，也可以是其他可以與終端處理器103進(jìn)行無(wú)線通信的模塊。
[0060]圖6為本發(fā)明的組合式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)的實(shí)施流程圖。如圖6所示，首先，將慣性傳感器單元101通過(guò)傳感器服、幫帶、手套、膠帶等方式連接到運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象身上，并建立各部分的物理連接。然后，開(kāi)啟組合式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，打開(kāi)終端處理器103上相應(yīng)的軟件，建立各部分的軟件連接。接下來(lái)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象信息及運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象上的慣性傳感器單元101的安裝位置在終端軟件界面上選擇運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象的模型，若軟件中不包含相應(yīng)對(duì)象的模型，則可以手動(dòng)創(chuàng)建或者輸入對(duì)象的模型，對(duì)象的模型包括對(duì)象各個(gè)部分的連接關(guān)系、各個(gè)部分的尺寸以及初始方位等。對(duì)于對(duì)象模型，還可以設(shè)置或者修改各個(gè)部分之間的約束和限制，比如允許的關(guān)節(jié)活動(dòng)角度等。確定對(duì)象模型后，按照實(shí)際的傳感器單元安裝位置，在終端處理器的軟件界面上指定各個(gè)傳感器的安裝位置，指定的位置需要與實(shí)際位置一致。確定了傳感器單元的安裝位置后，需要對(duì)各個(gè)傳感器的安裝誤差進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)可以按照軟件上現(xiàn)有的人體校準(zhǔn)動(dòng)作進(jìn)行校準(zhǔn)，也可以由用戶指定和設(shè)計(jì)校準(zhǔn)姿態(tài)。校準(zhǔn)時(shí)，測(cè)量對(duì)象需要按照軟件界面的姿勢(shì)做出相應(yīng)的校準(zhǔn)動(dòng)作。接收處理器根據(jù)已知的姿態(tài)以及傳感器單元測(cè)量到的運(yùn)動(dòng)信息，確定傳感器單元的安裝誤差。完成傳感器單元的校準(zhǔn)后，即可開(kāi)始對(duì)運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象(待測(cè)對(duì)象)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行捕捉。進(jìn)行運(yùn)動(dòng)捕捉時(shí)，慣性傳感器單元101將安裝部位的方位等運(yùn)動(dòng)信息以有線或者無(wú)線的方式發(fā)送給通訊單元102，再由通訊單元102打包后以有線或者無(wú)線的方式發(fā)送給終端處理器103。終端處理器103根據(jù)預(yù)先設(shè)定的對(duì)象以及慣性傳感器單元101的安裝位置，以及設(shè)定的約束，對(duì)測(cè)量的方位等運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行修正，如對(duì)方位、位移等進(jìn)行修正以滿足關(guān)節(jié)約束或者外界接觸約束；并對(duì)未安裝慣性傳感器單元101的部位的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行估算，如根據(jù)相鄰的部位的運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行插值以得到未安裝模塊部位的運(yùn)動(dòng)信息；然后將完整的對(duì)象的各部分的方位等運(yùn)動(dòng)信息映射到模型上，使得對(duì)象模型能夠跟隨對(duì)象的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)。終端處理器103可以將運(yùn)動(dòng)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)播放、通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分享或者本地存儲(chǔ)等。
[0061]在一實(shí)施例中，慣性傳感器單元101在不同的時(shí)刻可以安裝在不同的運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象上。當(dāng)用戶在首次使用組合式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)或者變更慣性傳感器單元101的組合方式或安裝位置時(shí)，終端處理器101還用于指定當(dāng)前運(yùn)動(dòng)捕捉的組合方式以及各個(gè)慣性傳感器單元101的安裝位置。確定對(duì)象模型后，按照實(shí)際的慣性傳感器單元101安裝位置，在終端處理器103的軟件界面上指定各個(gè)傳感器的安裝位置，指定的位置需要與實(shí)際位置一致。
[0062]在一實(shí)施例中，當(dāng)慣性傳感器單元101從一種運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象更換安裝到另一種運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象上時(shí)，終端處理器101還用于更改測(cè)量運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象模型或者新建運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象模型，在終端軟件界面上選擇運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象的模型，若軟件中不包含相應(yīng)對(duì)象的模型，則可以手動(dòng)創(chuàng)建或者輸入對(duì)象的模型，對(duì)象的模型包括對(duì)象各個(gè)部分的連接關(guān)系、各個(gè)部分的尺寸以及初始方位等。
[0063]本發(fā)明實(shí)施例的有益效果在于，本發(fā)明的多個(gè)慣性傳感器單元可以在同一運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象上進(jìn)行各種組合方式的安裝，也可以在不同種類的運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象上進(jìn)行組合安裝，通過(guò)對(duì)同一套運(yùn)動(dòng)捕捉設(shè)備的自由組合，可以達(dá)到不同運(yùn)動(dòng)捕捉的目的，并且降低了成本。
[0064]為了更好的說(shuō)明本發(fā)明，下面結(jié)合具體的實(shí)施例進(jìn)行描述。
[0065](一 )基于慣性傳感器單元的組合式虛擬現(xiàn)實(shí)游戲交互系統(tǒng)
[0066]在本實(shí)施例中，組合式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)包括10個(gè)慣性傳感器單元，一個(gè)通訊單元，一個(gè)平板電腦(作為終端處理器，也可以為PC)以及一個(gè)頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器。10個(gè)慣性傳感器單元根據(jù)具體的虛擬現(xiàn)實(shí)游戲需求進(jìn)行組合，從而達(dá)到可以以同一套系統(tǒng)玩不同種類虛擬現(xiàn)實(shí)游戲的目的。
[0067]在本實(shí)施例中，假設(shè)用戶首先玩一個(gè)跟朋友在虛擬環(huán)境中投擲飛鏢的游戲。用戶首先需要將10個(gè)傳感器單元分別安裝到各個(gè)手指(大拇指2個(gè)，其余4個(gè)手指各一個(gè))、手背、上臂、下臂以及胸部，其中安裝到手部的慣性傳感器單元可以通過(guò)柔性手套安裝，其余部位的傳感器單元可以通過(guò)綁帶進(jìn)行安裝。各個(gè)慣性傳感器單元通過(guò)有線連接的方式與安裝在胸部的通訊單元連接。通訊單元通過(guò)有線連接的方式與平板電腦相連。各個(gè)慣性傳感器單元分別對(duì)所安裝部位的方位進(jìn)行測(cè)量，并將測(cè)量結(jié)果通過(guò)有線串行通訊的方式發(fā)送給通訊單元。通訊單元將接收的各個(gè)部位的方位信息通過(guò)USB接口發(fā)送給平板電腦，并通過(guò)USB接口從平板電腦獲得電力。平板電腦通過(guò)USB接口與通訊單元連接，通過(guò)HDMI接口與頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器相連。平板電腦與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上的一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景相連。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將實(shí)時(shí)場(chǎng)景及場(chǎng)景變化信息發(fā)送給平板電腦，電腦將虛擬場(chǎng)景的信息通過(guò)HDMI接口發(fā)送給虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴式顯示器。平板電腦接收到通訊單元的手臂、手及胸部各部分的方位信息，進(jìn)行處理進(jìn)而得到整個(gè)手記胸部的姿態(tài)信息。平板電腦將手及胸部的運(yùn)動(dòng)信息代入虛擬場(chǎng)景中與穿戴者對(duì)應(yīng)的角色，則虛擬場(chǎng)景中角色的手部及上半身運(yùn)動(dòng)會(huì)跟隨穿戴者的運(yùn)動(dòng)。下面對(duì)本實(shí)施例的實(shí)施過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0068]使用本系統(tǒng)時(shí)，首先將各個(gè)慣性傳感器單元通過(guò)手套及綁帶安裝到手、手臂及胸部，并將各部分連接起來(lái)，然后開(kāi)啟系統(tǒng)并啟動(dòng)平板電腦的運(yùn)動(dòng)捕捉軟件，對(duì)運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)的各個(gè)慣性傳感器安裝誤差進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)方法為穿戴者擺出一個(gè)或者兩個(gè)已知的姿態(tài)，如5指并攏的T-姿態(tài)等，根據(jù)在已知姿態(tài)時(shí)測(cè)得的各個(gè)慣性傳感器的方位，可以確定各個(gè)慣性傳感器單元的安裝誤差。
[0069]接下來(lái)就是在平板電腦上連接網(wǎng)絡(luò)上的投擲飛鏢的虛擬現(xiàn)實(shí)服務(wù)器，連接成功后，平板電腦的客戶端軟件會(huì)生成一個(gè)虛擬的角色(用戶也可以對(duì)自己的角色進(jìn)行定制)。虛擬角色的旁邊有虛擬的飛鏢，對(duì)面有虛擬的靶子。穿戴者可以用手抓起虛擬飛鏢向靶子投擲。通過(guò)HDMI接口，頭戴式顯示器可以將頭部的方位發(fā)送給平板電腦。平板電腦在接收到虛擬場(chǎng)景信息以及頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器的頭部方位信息后，根據(jù)頭部方位生成相應(yīng)的視角對(duì)應(yīng)的圖像信息并發(fā)送給頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器。除了穿戴者旁邊的鏢靶，同一場(chǎng)景中可以有多個(gè)鏢靶，因而可以使得穿戴者跟多個(gè)朋友進(jìn)入同一場(chǎng)景進(jìn)行玩，并可以通過(guò)平板電腦的耳機(jī)和麥克風(fēng)進(jìn)行語(yǔ)音交流。
[0070]各個(gè)慣性傳感器單元通過(guò)三軸MEMS微加速度計(jì)測(cè)得本地重力向量三軸MEMS磁力計(jì)測(cè)得本地地磁向量，慣性傳感器單元的第一微處理器根據(jù)重力向量以及磁力向量可以計(jì)算單元的靜態(tài)絕對(duì)三維姿態(tài)角度；通過(guò)三軸MEMS微陀螺儀測(cè)量角速度，慣性傳感器單元的第一微處理器可以計(jì)算模塊的動(dòng)態(tài)三維姿態(tài)角度。根據(jù)慣性傳感器單元的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況，綜合靜態(tài)絕對(duì)三維姿態(tài)角度和動(dòng)態(tài)三維姿態(tài)角度，可以得到慣性傳感器單元最終的方位信肩、O
[0071]慣性傳感器單元的通訊模塊通過(guò)串行通訊的方式與上述10個(gè)慣性傳感器單元相連，并通過(guò)輪詢的方式從各個(gè)慣性傳感器單元獲得其測(cè)得的方位信息，打包后發(fā)送給平板電腦。
[0072]平板電腦收到通訊單元發(fā)送的各個(gè)部位的方位信息后，對(duì)這些方位信息進(jìn)行處理以得到整個(gè)手及胸部的方位及運(yùn)動(dòng)情況。對(duì)這些方位信息的處理包括根據(jù)手部的生物力學(xué)約束對(duì)方位進(jìn)行修正，如避免手指出現(xiàn)反關(guān)節(jié)等情況；以及對(duì)于沒(méi)有安裝慣性傳感器的部位的方位的估算，如沒(méi)有安裝模塊的指尖的方位計(jì)算，可以認(rèn)為其相對(duì)于指中節(jié)的姿態(tài)角度等于指中節(jié)相對(duì)于指根節(jié)的姿態(tài)角度。
[0073]平板電腦得到整個(gè)手及胸部的運(yùn)動(dòng)信息后，將這些信息映射到虛擬角色的相應(yīng)部位，使得虛擬場(chǎng)景中虛擬角色的運(yùn)動(dòng)能夠跟隨穿戴者的運(yùn)動(dòng)。通過(guò)頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器以及穿戴者的手部運(yùn)動(dòng)，穿戴者可以“抓起”虛擬場(chǎng)景中的飛鏢進(jìn)行投擲。
[0074]在飛鏢玩得盡興后，穿戴者可以玩另外一種虛擬現(xiàn)實(shí)游戲，如虛擬現(xiàn)實(shí)射擊游戲。這時(shí)，穿戴者退出飛鏢游戲的場(chǎng)景，并把安裝到手指的慣性傳感器單元取下來(lái)通過(guò)綁帶或者傳感器服安裝到身體其他部位。此時(shí)用戶的10個(gè)慣性傳感器單元可以分別安裝到頭部、胸部、臀部、雙手上臂、下臂以及手背、玩具槍上。然后用戶需要在平板電腦的運(yùn)動(dòng)捕捉軟件界面上指定相應(yīng)的傳感器單元的安裝位置。接下來(lái)用戶右手(或者左手)拿玩具槍擺出指定的姿態(tài)(如T-姿態(tài))進(jìn)行校準(zhǔn)動(dòng)作，完成校準(zhǔn)動(dòng)作后即可連接虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)游戲場(chǎng)景中，進(jìn)行實(shí)時(shí)的虛擬現(xiàn)實(shí)射擊游戲。
[0075]在進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)射擊游戲時(shí)，慣性傳感器單元實(shí)時(shí)的對(duì)穿戴者上半身以及玩具槍的方位等信息進(jìn)行測(cè)量，并將測(cè)量信息通過(guò)通訊單元發(fā)送給平板電腦。平板電腦對(duì)方位信息進(jìn)行處理和計(jì)算，得到身體相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)信息，并把運(yùn)動(dòng)信息映射到虛擬現(xiàn)實(shí)游戲場(chǎng)景中的虛擬角色上，使得虛擬角色跟隨穿戴者的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)。穿戴者扣動(dòng)玩具槍的信號(hào)通過(guò)玩具槍的射頻信息傳遞到電腦，使得虛擬現(xiàn)實(shí)游戲場(chǎng)景中的虛擬槍會(huì)在扣動(dòng)扳機(jī)的時(shí)候開(kāi)火，從而給游戲者帶來(lái)身臨其境的射擊游戲體驗(yàn)。
[0076]本實(shí)施例為同一種運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象(如人體)的組合，為一種低成本的組合式虛擬現(xiàn)實(shí)游戲?qū)崿F(xiàn)方案。采用較少的慣性傳感器通過(guò)不同的組合方式，能夠使得用戶在投入較低的情況下能夠體驗(yàn)多種不同的虛擬現(xiàn)實(shí)游戲。
[0077]( 二)組合式多對(duì)象運(yùn)動(dòng)捕捉應(yīng)用舉例
[0078]本實(shí)施的組合式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)包括30個(gè)慣性傳感器單元，三個(gè)RF通訊單元以及一個(gè)終端處理器。其中，慣性傳感器單元通過(guò)有線串行通訊的方式與RF通訊單元進(jìn)行通訊，RF通訊單元通過(guò)W1-Fi通訊的方式與終端處理器進(jìn)行通訊，本實(shí)施例的組合式多對(duì)象運(yùn)動(dòng)捕捉有多種應(yīng)用情形，它可以組成3套獨(dú)立的10傳感器單元的上半身運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，其中每套系統(tǒng)包含一個(gè)RF通訊單元以及10個(gè)慣性傳感器單元，三套半身運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)可以接入同一個(gè)終端處理器，實(shí)現(xiàn)多人運(yùn)動(dòng)捕捉。本發(fā)明的組合方式也可以組成一套全身包括雙手手指以及一個(gè)道具的單人全身運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)單人動(dòng)作的全面捕捉。還可以對(duì)非人對(duì)象，如貓等的動(dòng)作進(jìn)行捕捉。下面描述本實(shí)施例的具體實(shí)施過(guò)程:
[0079]本實(shí)施例的一種組合方式為三人虛擬現(xiàn)實(shí)游戲。實(shí)施過(guò)程如下:將30個(gè)慣性傳感器單元以及三個(gè)通訊單元分別安裝到三個(gè)人的上半身上，每個(gè)人上半身以及道具總共安裝10個(gè)慣性傳感器，背上安裝W1-Fi通訊單元，每個(gè)人身上的慣性傳感器單元分別與各自的W1-Fi通訊單元進(jìn)行有線連接，W1-Fi通訊單元接收到各個(gè)傳感器的運(yùn)動(dòng)測(cè)量信息后打包以W1-Fi的方式發(fā)送給終端處理器(電腦)。在完成慣性傳感器單元以及通訊單元的安裝后，開(kāi)啟系統(tǒng)，在電腦上的運(yùn)動(dòng)捕捉界面創(chuàng)建3個(gè)人體模型對(duì)象，與三個(gè)穿戴者分別對(duì)應(yīng)，并指定所有傳感器單元的安裝位置，然后開(kāi)始校準(zhǔn)，三個(gè)穿戴者同時(shí)做出指示的校準(zhǔn)動(dòng)作(如T-姿態(tài))，對(duì)安裝誤差進(jìn)行校準(zhǔn)，之后即可對(duì)各個(gè)穿戴者的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行捕捉。三個(gè)穿戴者可以通過(guò)頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器以及游戲道具，接入同一電腦中一起進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)的游戲。
[0080]本實(shí)施例的另一種組合方式為30個(gè)慣性傳感器單元都安裝到同一個(gè)人的身上，包括雙手和全身，慣性傳感器單元采集的運(yùn)動(dòng)測(cè)量信號(hào)通過(guò)有線串行的方式發(fā)送到一個(gè)W1-Fi通訊單元,再由W1-Fi通訊單元發(fā)送給電腦。在完成慣性傳感器單元以及W1-Fi通訊單元的安裝和連接后，開(kāi)啟電腦的運(yùn)動(dòng)捕捉軟件，在軟件界面上只采用I個(gè)人的模型對(duì)象，并指定各個(gè)慣性傳感器單元的安裝位置，然后就可以對(duì)傳感器的安裝位置進(jìn)行校準(zhǔn)，如擺出雙手并攏，掌心朝下的T-姿態(tài)，自然站立的姿態(tài)等。完成校準(zhǔn)后，即可對(duì)人體的全身運(yùn)動(dòng)進(jìn)行米集。
[0081]本實(shí)施例的另外一種組合方式為將本系統(tǒng)中的16慣性傳感器單元安裝到貓身上，用于對(duì)貓的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行捕捉。具體傳感器的安裝位置包括貓的頭、頸、肩、腰、臀、尾巴(3個(gè))、四腿的上腿和下腿。慣性傳感器單元通過(guò)有線串行通訊的方式將采集的信號(hào)發(fā)送給安裝在腰部的W1-Fi通訊單元。在進(jìn)行傳感器安裝之前，需要預(yù)先在電腦的運(yùn)動(dòng)捕捉軟件界面上創(chuàng)建貓的模型，并輸入貓模型的身體各部分尺寸以及初始姿態(tài)。在完成傳感器安裝后，需要在軟件界面指定各個(gè)傳感器單元的具體安裝位置。然后根據(jù)貓的特點(diǎn)設(shè)置一個(gè)校準(zhǔn)姿態(tài)(該校準(zhǔn)姿態(tài)為貓比較常見(jiàn)的且各部分方位已知的姿態(tài))，然后通過(guò)愛(ài)撫等人為的幫助，使得貓擺出設(shè)定的校準(zhǔn)動(dòng)作(如果與設(shè)定動(dòng)作有偏差，需要重新進(jìn)行校準(zhǔn))。完成校準(zhǔn)后，即可對(duì)貓的動(dòng)作進(jìn)行捕捉。
[0082]除了上述的幾種組合方式，本實(shí)施例還可以對(duì)任何多關(guān)節(jié)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行捕捉。
[0083]本實(shí)施例的同一套運(yùn)動(dòng)采集系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多對(duì)象的同時(shí)運(yùn)動(dòng)捕捉，也可以實(shí)現(xiàn)不同種類對(duì)象的運(yùn)動(dòng)捕捉。
[0084]本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)明白，本發(fā)明的實(shí)施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。因此，本發(fā)明可采用完全硬件實(shí)施例、完全軟件實(shí)施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實(shí)施例的形式。而且，本發(fā)明可采用在一個(gè)或多個(gè)其中包含有計(jì)算機(jī)可用程序代碼的計(jì)算機(jī)可用存儲(chǔ)介質(zhì)(包括但不限于磁盤(pán)存儲(chǔ)器、CD-ROM、光學(xué)存儲(chǔ)器等)上實(shí)施的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式。
[0085]本發(fā)明是參照根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法、設(shè)備(系統(tǒng))、和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的流程圖和/或方框圖來(lái)描述的。應(yīng)理解可由計(jì)算機(jī)程序指令實(shí)現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結(jié)合?？商峁┻@些計(jì)算機(jī)程序指令到通用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī)、嵌入式處理機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器以產(chǎn)生一個(gè)機(jī)器，使得通過(guò)計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能的裝置。
[0086]這些計(jì)算機(jī)程序指令也可存儲(chǔ)在能引導(dǎo)計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備以特定方式工作的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器中，使得存儲(chǔ)在該計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器中的指令產(chǎn)生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能。
[0087]這些計(jì)算機(jī)程序指令也可裝載到計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備上，使得在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的處理，從而在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行的指令提供用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能的步驟。
[0088]本發(fā)明中應(yīng)用了具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在【具體實(shí)施方式】及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說(shuō)明書(shū)內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種組合式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，其特征在于，所述的組合式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)包括:多個(gè)慣性傳感器單元，至少一個(gè)通訊單元及一終端處理器；所述的慣性傳感器單元分別連接所述的通訊單元，所述的通訊單元連接所述的終端處理器； 所述慣性傳感器單元根據(jù)不同的組合方式分別安裝在一個(gè)或者多個(gè)運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象的各個(gè)部位，測(cè)量所在安裝部位的運(yùn)動(dòng)信息，并將所述的運(yùn)動(dòng)信息通過(guò)有線或者無(wú)線的方式發(fā)送給所述的通訊單元； 所述的通訊單元接收所述慣性傳感器輸出的運(yùn)動(dòng)信息，并通過(guò)有線或者無(wú)線通訊的方式發(fā)送給所述終端處理器； 所述的終端處理器獲取所述運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象的信息及所述慣性傳感器單元的安裝位置信息，根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象的信息及所述安裝位置信息生成所述慣性傳感器單元的組合方式，接收所述通訊單元發(fā)送的所述運(yùn)動(dòng)信息，根據(jù)所述的組合方式對(duì)接收的所述運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行處理以獲得所述運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象的完整姿態(tài)及運(yùn)動(dòng)信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，其特征在于，所述的終端處理器具體用于:獲取所述運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象的信息及所述慣性傳感器單元的安裝位置信息，根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象的信息獲取預(yù)存儲(chǔ)的運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象模型或者新建運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象模型，根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象模型及所述的安裝位置信息生成所述慣性傳感器單元的組合方式，接收所述通訊單元發(fā)送的所述運(yùn)動(dòng)信息，根據(jù)所述的組合方式對(duì)接收的所述運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行處理以獲得對(duì)象的完整姿態(tài)及運(yùn)動(dòng)信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，其特征在于，所述的終端處理器具體用于:根據(jù)運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象的力學(xué)約束對(duì)所述慣性傳感器單元的運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行修正，對(duì)沒(méi)有安裝慣性傳感器單元的部位的方位及運(yùn)動(dòng)進(jìn)行估算。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，其特征在于，所述的慣性傳感器單元包括: 傳感器模塊，包括:三軸MEMS加速度計(jì)、三軸MEMS陀螺儀及三軸MEMS磁力計(jì)，分別對(duì)所述慣性傳感器單元的安裝部位的加速度、角速度以及磁力信號(hào)進(jìn)行測(cè)量； 第一微處理器模塊，連接所述的傳感器模塊，根據(jù)所述的加速度、角速度以及磁力信號(hào)計(jì)算安裝部位的方位信息； 第一通訊模塊,連接所述的第一微處理器模塊,用于傳輸所述的運(yùn)動(dòng)信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的組合式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，其特征在于，所述的通訊單元包括--第二微處理器模塊、第二通訊模塊及第三通訊模塊，所述的第二通訊模塊及第三通訊模塊分別連接所述的第二微處理器模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的組合式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，其特征在于，所述的通訊單元還包括:電池以及直流/直流轉(zhuǎn)換模塊；所述的第一通訊模塊與所述的第二通訊模塊通過(guò)有線串行通訊的方式連接，所述的第三通訊模塊以無(wú)線通信方式與所述的終端處理器連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的組合式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，其特征在于，所述的慣性傳感器單元還包括:電池以及直流/直流轉(zhuǎn)換模塊；所述的第一通訊模塊與所述的第二通訊模塊通過(guò)無(wú)線通信方式連接，所述的第三通訊模塊以有線串行通訊的方式與所述的終端處理器連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的組合式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，其特征在于，所述的通訊單元還包括:第一電池以及第一直流/直流轉(zhuǎn)換模塊，所述的慣性傳感器單元還包括:第二電池以及第二直流/直流轉(zhuǎn)換模塊；所述的第一通訊模塊與所述的第二通訊模塊通過(guò)無(wú)線通信方式連接，所述的第三通訊模塊以無(wú)線通信方式與所述的終端處理器連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的組合式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，其特征在于，所述的第一通訊模塊與所述的第二通訊模塊通過(guò)有線串行通訊的方式連接，所述的第三通訊模塊以有線串行通訊的方式與所述的終端處理器連接；所示的通訊單元還包括直流/直流轉(zhuǎn)換模塊。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的組合式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，其特征在于，所述的第一微處理器模塊具體用于:對(duì)所述的角速度信息進(jìn)行積分，生成動(dòng)態(tài)空間方位，根據(jù)所述的加速度信息及地磁向量生成靜態(tài)絕對(duì)空間方位，并利用所述靜態(tài)絕對(duì)空間方位對(duì)所述動(dòng)態(tài)空間方位進(jìn)行修正，生成所述的方位信息。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的組合式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象的各個(gè)部位包括:人體、動(dòng)物和/或機(jī)器人的各個(gè)部位。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的組合式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，其特征在于，所述的慣性傳感器單元在不同的時(shí)刻安裝在不同的運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象上。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的組合式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)用戶在首次使用所述組合式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)或者變更慣性傳感器單元的組合方式或安裝位置時(shí)，所述終端處理器還用于指定當(dāng)前運(yùn)動(dòng)捕捉的組合方式以及各個(gè)慣性傳感器單元的安裝位置。
14.根據(jù)權(quán)利要求2所述的組合式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述的傳感器單元從一種運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象更換安裝到另一種運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象上時(shí)，所述的終端處理器還用于更改測(cè)量運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象模型或者新建運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象模型。
15.根據(jù)權(quán)利要求2所述的組合式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，其特征在于，完成所述慣性傳感器單元的安裝后，所述的終端處理器還用于根據(jù)組合方式以及運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)象進(jìn)行校準(zhǔn)動(dòng)作，以修正所述慣性傳感器單元的安裝誤差。
【文檔編號(hào)】G01D21/02GK104197987SQ201410440797
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月1日
【發(fā)明者】戴若犁, 劉昊揚(yáng), 陳金舟, 李龍威, 桂寶佳 申請(qǐng)人:北京諾亦騰科技有限公司
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