[发明专利]基于WSN网络和声学定位的低成本实时动作捕捉系统

说明书

技术领域

本发明涉及动作捕捉领域，尤其涉及一种基于WSN网络和声学定位的低成本实时动作捕捉系统。

背景技术

动作捕捉是指记录并处理人或其他物体动作的技术，它广泛应用于军事、娱乐、体育、医疗应用、计算机视觉以及机器人技术等诸多领域。在电影制作和电子游戏开发领域，它通常是记录人类演员的动作，并将其转换为数字模型的动作，并生成二维或三维的计算机动画。

目前动作捕捉根据研究方法分为三类，第一种是利用图像处理的方法，以光为媒介，使用摄像头捕捉图像，将人体动作转化为计算机可以处理的数据，为了达到一定的精确度往往需要多台摄像头，系统较为复杂，成本高昂。第二种不使用光作为介质，直接将测量点固定在被测的人或物上，通过测量点的绝对或相对位置，进行数据融合获得动作数据。相对于图像处理的方法系统较简单并有较高的精度。在这方面技术领先的公司是V.M.SENS公司，他们的Vmsens MoX Suit(MoCap)产品，利用地心引力和地磁场指向进行惯性人体动作捕获(Motion Capture)通过2.4G专用无线网络做数据融合，捕捉动作。较好的解决了动作捕捉的问题，可以满足游戏，电影制作的要求。美中不足的是节点体积稍大——火柴盒大小，需要固定在专用的服装中。相对于第一种方法，成本已降低，但每个测量节点仍比较贵。第三种将这两种方法结合起来，代表为索尼公司的DualMotion游戏手柄。由于这种手柄仅限于捕捉游戏玩家操作遥控器的动作，对于一般意义上的动作捕捉借鉴意义不大，但这种混合不同技术以实现更好用户体验的思路很值得学习。动作捕捉都需要使用数据融合，基本原理就是按一定的采样时间同时测量多个被测点的位置，生成类似于三维图像帧的动作数据。对于第一种方法的动作捕捉系统，由于光的传播速度很快，一般不存在在捕捉速度的问题，可以认为是实时的。对于第二，第三种方法实时性就与采用的测量技术相关了。可能是为了获得更好的捕捉速度，Vmsens MoX Suit(MoCap)产品使用地磁传感器和惯性传感器，地磁信号传播速率等同于光速，也没有实时性问题，但获得良好性能的同时也带来节点构成复杂，能量消耗较大，计算量大等问题，解决这些问题自然需要更大的电池，导致被测节点体积大，成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于WSN网络和声学定位的低成本实时动作捕捉系统，以解决上述问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于WSN网络和声学定位的低成本实时动作捕捉系统，包括中心节点、多个位置固定的声学发射节点、多个固定在被测物体上的被测节点；在每一个动作捕捉周期内，多个所述声学发射节点同步向多个所述被测节点发送声学信号；多个所述被测节点同步测量所述声学信号的到达时间，计算各被测节点的位置数据，并将位置数据发送给所述中心节点；或多个所述被测节点同步测量所述声学信号的到达时间，并将各到达时间发送给所述中心节点得到各被测节点的位置数据；所述中心节点根据各被测节点在不同动作捕捉周期内的位置数据形成各被测节点动作数据。

优选地，该动作捕捉系统采用超声波定位技术；声学发射节点为超声波发射节点.

优选地，该动作捕捉系统采用声波定位技术；声学发射节点为声波发射节点。

优选地，中心节点还用于根据各被测节点的位置数据，得到多个声学发射节点发射信号的时间点。

优选地，多个声学发射节点通过中心节点协调，同步向多个被测节点发送声学信号。

优选地，声学发射节点的数量最少为四个，四个声学发射节点不位于同一平面内。

优选地，所述被测节点采用声敏感器件检测声学信号的传输时间，并采用WSN网络传输测量数据。

与现有技术相比，本发明实例的优点在于：

1、技术新颖：该基于WSN网络和声学定位的低成本实时动作捕捉系统采用声学定位技术，将新技术与传统技术深度融合，利用WSN网络提高声学定位的速度，同步获取多点的位置坐标，从而获得动作数据。

2、成本低：随着物联网技术的发展，WSN组网的成本非常低，例如ZigBee网络核心芯片CC2530的价格已低至到人民币20元以下，被测节点成本可以控制在100元人民币以内。对于典型动作捕捉系统35个被测节点计算，整套捕捉系统可以控制在5000元人民币以内。而目前的动作捕捉设备在30多万元人民币左右，因此，本发明实施例将WSN网络与声学定位技术结合的实时动作捕捉系统的成本远低于现有的动作捕捉系统。在减少捕捉被测节点的情况下，还可以大幅降低成本，作为体感游戏的输入设备，具有极佳的市场前景。