[发明专利]一种基于加速度传感器的运动控制与动画生成方法

权利要求书

1.一种基于加速度传感器的运动控制与动画生成方法，其特征在于步骤如下：

(1)计算运动关键关节点

首先对需要识别、生成的骨骼运动数据进行基于关节点的分析，以分析出对所有运动数据而言影响最大的关节点位置，称为关键关节点；

(2)基于物理含义的特征提取

根据加速度传感器信号数据与骨骼运动数据所表征的不同物理意义，对运动过程中的“动能”这一物理特征进行计算，进而由关键关节点的动能组成表征整个运动序列的运动特征序列。所述“动能”这一物理特征的计算包括加速度传感器数据基于动能的特征提取和骨骼运动数据基于动能的特征提取两部分；

(3)低维加速度传感器信号与高维骨骼运动数据之间的匹配

根据加速度传感器信号数据的特征序列进行信号分割并建立运动识别分类器，以基于动能的特征作为中心特征匹配骨骼运动数据；

(4)运动数据结果的动态时序属性调整

根据传感器信号的特征，对所识别的运动信号结果的特征进行时序调整以拟合传感器信号时序；将对所识别运动信号结果特征的调整直接应用到骨骼运动数据上，以使得骨骼运动数据在不同时间段上的运动快慢符合用户运动的快慢，对骨骼运动数据进行时序调整。

2.根据权利要求1所述的基于加速度传感器的运动控制与动画生成方法，其特征在于：所述步骤(1)中基于关节点的分析的步骤如下：

(1.1)对原始运动数据的协方差矩阵进行主成分分析，对运动帧数进行降维；

(1.2)对降维后矩阵的行向量进行聚类分析，并根据每个关节点在不同聚类内的分布，得到关键关节点。

3.根据权利要求1所述的基于加速度传感器的运动控制与动画生成方法，其特征在于：所述步骤(2)中加速度传感器信号数据基于动能的特征提取的步骤如下：

(2.1)对每帧于关键关节点测到的加速度数据进行积分操作，得到在该帧时间范围内的平均速度v；

(2.2)根据公式E＝m×v²/2计算每一帧时间内的动能值；m为一物理常量，表征运动物体质量；

(2.3)根据各个关键关节点的动能值组成加速度传感器信号数据的特征向量。

4.根据权利要求1所述的基于加速度传感器的运动控制与动画生成方法，其特征在于：所述步骤(2)中骨骼运动数据基于动能的特征提取的步骤如下：

(2.1)对每帧于关键关节点处的骨骼运动旋转角度数据进行微分操作，得到在该帧时间范围内的平均角速度w；

(2.2)根据公式E＝I×w²/2计算每一帧时间内的动能值；I为一物理常量，表征运动物体惯量；

(2.3)根据各个关键关节点的动能值组成骨骼运动数据的特征向量。

5.根据权利要求1所述的基于加速度传感器的运动控制与动画生成方法，其特征在于：所述步骤(3)中信号分割的步骤如下：

(3.1)选定信号的均方根RMS值的分割阈值；

(3.2)顺序遍历信号数据并累计计算信号的均方根RMS值；根据选定的均方根RMS值的分割阈值将信号截为信号片断。

6.根据权利要求1所述的基于加速度传感器的运动控制与动画生成方法，其特征在于：所述步骤(3)中运动识别分类器的构建步骤如下：

(3.1)对原始训练样本的特征序列进行分析，计算该特征序列相邻帧之间的转移概率；

(3，2)对于每一个待识别样本，计算其拟合每一个训练样本的概率；

(3.3)选取拟合度最高的训练样本作为待识别样本的最终识别结果。

7.根据权利要求1所述的基于加速度传感器的运动控制与动画生成方法，其特征在于：所述步骤(4)中对所识别运动信号结果的特征进行时序调整的步骤如下：

(4.1)检索以求出待调整信号与相匹配信号的局部最大值和最小值点；

(4.2)对每一个待调整信号的局部最大值和最小值点，寻找在相匹配信号中的匹配位置，以最小化所有局部极值点之间的差距；

(4.3)根据匹配结果，对相邻极值点之间信号进行插值，以符合相匹配信号的时序关系。