本發(fā)明涉及姿態(tài)檢測領域，尤其涉及一種動作捕捉系統(tǒng)。

背景技術：

現(xiàn)有的動作捕捉主要應用于航天、航空及3D電影制作等，如：無人機的導航系統(tǒng)就采用了動作捕捉技術?，F(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。

針對上述問題提供了一種易于穿戴的動態(tài)捕捉設備，在避免了逐個貼置動作捕捉傳感器的過程的同時采集精度高，但是用戶在拆卸傳感器節(jié)點后重新安裝時，必須記住每個傳感器代表肢體的正確位置才能將傳感器節(jié)點逐個安裝在正確的位置，否則采集的數(shù)據(jù)將不能發(fā)揮作用出現(xiàn)嚴重失真，為用戶的使用帶來了諸多不便。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有的動作捕捉技術存在的上述問題，現(xiàn)提供一種旨在實現(xiàn)易于拆卸安裝無需將記錄每個采集單元對應的肢體位置的動作捕捉系統(tǒng)。

具體技術方案如下：

一種動態(tài)捕捉系統(tǒng)，包括一捕捉裝置，用以對穿戴所述捕捉裝置的所述操作人員的運動進行動作數(shù)據(jù)的采集，所述捕捉裝置包括：

復數(shù)個底座，復數(shù)個所述底座分別設于所述捕捉裝置的復數(shù)個預設位置，每個所述底座分別對應一唯一的位置標識，每個所述底座分別包括復數(shù)個第一觸點和復數(shù)個第二觸點，復數(shù)個所述第一觸點用以表示所述底座對應的所述位置標識，所述第二觸點用以傳輸所述動作數(shù)據(jù)；

復數(shù)個采集單元，所述采集單元的數(shù)目與所述底座的數(shù)目相同，每個所述采集單元分別對應一所述底座，所述采集單元用以實時采集相應的所述動作數(shù)據(jù)，并將采集的所述動作數(shù)據(jù)通過所述第二觸點輸出；

所述采集單元位于所述底座上，與所述底座的所述第一觸點與所述第二觸點連接；

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)送單元和所述底座的所述第二觸點，用以接收復數(shù)個所述采集單元發(fā)送的復數(shù)個所述動作數(shù)據(jù)及每個所述動作數(shù)據(jù)對應的所述位置標識，將復數(shù)個所述動作數(shù)據(jù)及相應的所述位置標識發(fā)送至所述發(fā)送單元。

優(yōu)選的，所述第一觸點采用高低電平的方式表示所述底座對應的所述位置標識；

所述底座還包括：復數(shù)個第三觸點，每個所述第三觸點分別連接電源，用以為所述底座及所述采集單元供電。

復數(shù)個優(yōu)選的，還包括：

一接收單元，與所述發(fā)送單元連接，用以接收復數(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)復數(shù)個所述動作數(shù)據(jù)依據(jù)預設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)生成實時影像。

優(yōu)選的，所述人體運動模型為多剛體模型。

優(yōu)選的，所述剛體的數(shù)目與所述采集單元的數(shù)目相對應，所述剛體與所述采集單元一一對應。

優(yōu)選的，每個所述剛體的中心位置形成于捕捉裝置的所述預設位置，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)。

優(yōu)選的，于每個所述采集單元分別形成一載體坐標系，所述載體坐標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的所述剛體在所述載體坐標系下的旋轉三軸加速度；

一三軸陀螺儀，用以實時采集與所述采集單元對應的所述剛體在所述載體坐標系下的旋轉三軸角速度；

一三軸磁力計，用以實時采集與所述采集單元對應的所述剛體在所述載體坐標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系下的四元數(shù)。

優(yōu)選的，所述發(fā)送單元采用無線模塊。

優(yōu)選的，所述接收單元采用無線模塊。

優(yōu)選的，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)及相應的所述位置標識依據(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；

一顯示模塊，連接所述合成模塊，用以顯示所述實時影像。

上述技術方案的有益效果：

動作捕捉系統(tǒng)的捕捉裝置中的每個對應一唯一的位置標識，當采集單元拆卸重裝時無需用戶記錄每個采集單元對應的位置，隨機安裝即可，為用戶的使用提供了便捷。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的底座的一種實施例的示意圖；

圖2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；

圖3為本發(fā)明所述的采集單元的一種實施例的內部模塊圖；

圖4為本發(fā)明所述的控制單元的一種實施例的內部模塊圖。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、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，本領域普通技術人員在沒有作出創(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。

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。

下面結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。

如圖1-2所示，一種動態(tài)捕捉系統(tǒng)，包括一捕捉裝置7，用以對穿戴捕捉裝置7的操作人員的運動進行動作數(shù)據(jù)的采集，捕捉裝置7包括：

復數(shù)個底座6，復數(shù)個底座6分別設于捕捉裝置7的復數(shù)個預設位置，每個底座6分別對應一唯一的位置標識，每個底座6分別包括復數(shù)個第一觸點61和復數(shù)個第二觸點62，復數(shù)個第一觸點61用以表示底座6對應的位置標識，第二觸點62用以傳輸動作數(shù)據(jù)；

復數(shù)個采集單元1，采集單元1的數(shù)目與底座6的數(shù)目相同，每個采集單元1對應一底座6，采集單元1用以實時采集相應的動作數(shù)據(jù)，并將采集的動作數(shù)據(jù)通過第二觸點62輸出；

采集單元1位于底座6上，與底座6的第一觸點61與第二觸點62連接；

一發(fā)送單元3，用以輸出動作數(shù)據(jù)；

一處理單元2，分別連接發(fā)送單元3和底座6的第二觸點62，用以接收復數(shù)個采集單元1發(fā)送的復數(shù)個動作數(shù)據(jù)及每個動作數(shù)據(jù)對應的位置標識，將復數(shù)個動作數(shù)據(jù)及相應的位置標識發(fā)送至發(fā)送單元3。

在本實施例中，捕捉裝置7中的每個對應一唯一的位置標識，當采集單元1拆卸重裝時無需用戶記錄每個采集單元1對應的位置，隨機安裝即可，為用戶的使用提供了便捷。

本實施例通過采用復數(shù)個第一觸點61表示底座6所處位置的位置標識(ID地址)，從而表示底座6所在捕捉裝置7上的預設位置，該位置標識與采集單元1采集到的動作數(shù)據(jù)一并發(fā)送至處理單元2。

在優(yōu)選的實施例中，第一觸點61采用高低電平的方式表示底座6對應的位置標識；

底座6還包括：復數(shù)個第三觸點63，每個第三觸點63分別連接電源，用以為底座6及相應的采集單元1供電。

在本實施例中，第一觸點61、第二觸點62和第三觸點63均為金屬觸點，復數(shù)個第一觸點61可采用高電平或低電平表示1或者0，或者使用其反碼表示，即高電平表示0，低電平表示1。采集單元1安裝到底座6上后，采集單元1下方的金屬觸點會與底座6的金屬觸點相互觸碰，隨之讀取底座6的位置標識，并當做自身的ID地址，動作數(shù)據(jù)一同發(fā)送給處理單元2。

如圖2所示，在優(yōu)選的實施例中，動作捕捉系統(tǒng)用以采集操作人員的動作以形成相應的顯示影像，還包括：

一接收單元5，與發(fā)送單元3連接，用以接收復數(shù)個動作數(shù)據(jù)；

一控制單元4，連接接收單元5，用以根據(jù)復數(shù)個動作數(shù)據(jù)依據(jù)預設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。

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。

在本實施例中，采用捕捉裝置7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，且無需采用攝像設備錄制影像，對外界環(huán)境的要求低，應用廣泛；利用控制單元4對捕捉裝置7采集的數(shù)據(jù)建模以實時生成3D影像，效率高，且成本低。

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。

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。

在優(yōu)選的實施例中，剛體的數(shù)目與采集單元1的數(shù)目相對應，剛體與采集單元1一一對應。

進一步地，每個剛體的中心位置形成于捕捉裝置7的相應預設位置，采集單元1用以采集剛體的中心位置的動作數(shù)據(jù)。

在本實施例中，利用采集單元1實時檢測相應剛體的動作數(shù)據(jù)，然后將動作數(shù)據(jù)實時發(fā)送給配置在捕捉裝置7上的處理單元2，處理單元2將所有采集單元1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)多剛體模型的結構特點，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，以捕捉裝置7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)點的旋轉決定的。

如圖3所示，在優(yōu)選的實施例中，于每個采集單元1分別形成一載體坐標系，載體坐標系的中心點為采集單元1的中心；

采集單元1包括：

一三軸加速度計11，用以實時采集與采集單元1對應的剛體在載體坐標系下的旋轉三軸加速度；

一三軸陀螺儀12，用以實時采集與采集單元1對應的剛體在載體坐標系下的旋轉三軸角速度；

一三軸磁力計13，用以實時采集與采集單元1對應的剛體在載體坐標系下的三軸磁力分量；

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系下的四元數(shù)。

載體坐標系即為采集單元1自身的坐標系。

在本實施例中，采集單元1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1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)轉換為四元數(shù)，減少了控制單元4的運算及運行負擔，提高了控制單元4生成實時影像的速度。

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。

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。

在本實施例中，處理單元2和發(fā)送單元3均設置于捕捉裝置7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。

如圖4所示，在優(yōu)選的實施例中，控制單元4包括：

一建模模塊42，用以根據(jù)每個采集單元1的四元數(shù)及相應的位置標識依據(jù)多剛體模型建立人體的3D姿態(tài)；

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。

在本實施例中，由于控制單元4是在世界坐標系下對動作數(shù)據(jù)進行建模，利用建模模塊42根據(jù)每個采集單元1的位置標識依據(jù)多剛體模型及相應的四元數(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。

在優(yōu)選的實施例中，控制單元4還包括：

一顯示模塊43，連接合成模塊41，用以顯示實時影像。

在本實施例中，通過顯示模塊43對實時影像進行實時顯示。

在優(yōu)選的實施例中，捕捉裝置7包括：頭套、上衣、褲子、手套和鞋。

進一步地，捕捉裝置7可包括：帽子、連體衣、鞋和手套。

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，對于本領域技術人員而言，應當能夠意識到凡運用本發(fā)明說明書及圖示內容所作出的等同替換和顯而易見的變化所得到的方案，均應當包含在本發(fā)明的保護范圍內。