[发明专利]一种组合式运动捕捉系统

说明书

技术领域

本发明是关于运动捕捉技术，特别是关于一种组合式运动捕捉系统。

背景技术

运动捕捉技术可以以数字的方式记录对象的动作，当前常用的运动捕捉技术主要包括光学式运动捕捉和基于惯性传感器的运动捕捉，分别介绍如下：

光学式运动捕捉系统通常包含4～32个相机，环绕待测物体排列，待测物体的运动范围处于相机的重叠区域。待测物体的关键部位贴上一些特质的反光点或者发光点作为视觉识别和处理的标志。系统标定后，相机连续拍摄物体的运动并把图像序列保存下来进行分析和处理，计算每一个标志点在某一瞬间的空间位置，并从而得到其准确的运动轨迹。光学式运动捕捉的优点是没有机械装置、有线电缆等的限制，允许物体的运动范围较大，并且采样频率较高，能够满足多数运动测量的需要。但是这种系统价格昂贵，系统的标定比较繁琐，只能捕捉相机重叠区域的物体运动，而且当运动比较复杂时，标志容易混淆和遮挡，从而产生错误的结果。

传统的机械式惯性传感器长期应用于飞机、船舶的导航，随着微机电系统(MEMS)技术的高速发展，微型惯性传感器的技术成熟，近年来，人们开始尝试基于微型惯性传感器的运动捕捉。基本方法是把惯性测量单元(IMU)连接到待测物体上并跟随待测物体一起运动。惯性测量单元通常包括微加速度计(测量加速度信号)以及微陀螺仪(测量角速度信号)，通过对加速度信号的二次积分以及陀螺仪信号的积分，可以得到待测物体的位置信息以及方位信息。由于MEMS技术的应用，IMU的尺寸和重量可以做的很小，从而对待测物体的运动影响很小，并且对于场地的要求低，允许的运动范围大，同时系统的成本比较低。

随着虚拟现实技术的发展，基于惯性的运动捕捉技术开始作为重要的交互手段出现了。但是当前的基于惯性的运动捕捉系统都是固定式的，即上半身的运动捕捉系统只能够对上半身的运动进行捕捉，而不能通过变换传感器的安装位置实现对身体其他部位(如下半身)的运动进行捕捉。这样，用户如果要改变运动捕捉部位，只能购买额外的运动捕捉系统或者高级的传感器数量更多的运动捕捉系统，但是这将带来费用的提升。

发明内容

本发明提供一种组合式运动捕捉系统，通过对同一套运动捕捉设备的自由组合达到不同运动捕捉的目的，并且降低成本。

本发明提供一种组合式运动捕捉系统，所述的组合式运动捕捉系统包括：多个惯性传感器单元，至少一个通讯单元及一终端处理器；所述的惯性传感器单元分别连接所述的通讯单元，所述的通讯单元连接所述的终端处理器；

所述惯性传感器单元根据不同的组合方式分别安装在一个或者多个运动捕捉对象的各个部位，测量所在安装部位的运动信息，并将所述的运动信息通过有线或者无线的方式发送给所述的通讯单元；

所述的通讯单元接收所述惯性传感器输出的运动信息，并通过有线或者无线通讯的方式发送给所述终端处理器；

所述的终端处理器获取所述运动捕捉对象的信息及所述惯性传感器单元的安装位置信息，根据所述运动捕捉对象的信息及所述的安装位置信息生成所述惯性传感器单元的组合方式，接收所述通讯单元发送的所述运动信息，根据所述的组合方式对接收的所述运动信息进行处理以获得所述运动捕捉对象的完整姿态及运动信息。

在一实施例中，所述的运动信息包括方位信息；在另一实施例中，所述的运动信息包括方位信息以及惯性信息，如加速度信息、角速度信息等。

在一实施例中，所述的终端处理器具体用于：获取所述运动捕捉对象的信息及所述惯性传感器单元的安装位置信息，根据所述运动捕捉对象的信息获取预存储的运动捕捉对象模型或者新建运动捕捉对象模型，根据所述的运动捕捉对象模型以及所述的安装位置信息生成所述惯性传感器单元的组合方式，接收所述通讯单元发送的所述运动信息，根据所述的组合方式对接收的所述运动信息进行处理以获得对象的完整姿态及运动信息。

在一实施例中，所述的终端处理器具体用于：根据运动捕捉对象的力学约束对所述惯性传感器单元的方位进行修正，例如为了避免对象出现反关节以及地面接触穿刺而对对象的方位、位移等进行修正；对没有安装惯性传感器单元的部位的方位及运动进行估算，估算方法为根据该部位的运动特征采用相邻的惯性传感器模块进行类似于插值的估算。

在一实施例中，所述的惯性传感器单元包括：

传感器模块，包括：三轴MEMS加速度计、三轴MEMS陀螺仪及三轴MEMS磁力计，分别对所述惯性传感器单元的安装部位的加速度、角速度以及磁力信号进行测量；