[发明专利]惯性运动捕捉姿态瞬时校准方法及其系统

说明书

本发明公布一种惯性运动捕捉姿态瞬时校准方法及其系统，惯性运动捕捉系统包括数据通信模块、一个或多个姿态捕捉模块和数据终端；姿态捕捉模块包括九轴传感器(和微处理器)，其中有一个姿态捕捉模块为基准模块；通过建立系统中的世界坐标系V(w)、捕捉物体坐标系、安装坐标系之间的关系进行姿态瞬时校准。通过本发明，使用者只需采用一个姿势即能瞬间快速完成系统校准，还可在校准过程中进行姿势纠偏和自动快速调整虚拟模型骨骼比例，提高动作节点匹配度，有效解决虚拟模型和实际物体骨骼比例不一致，高度还原被捕捉物体的动作，提高运动捕捉的精准程度。本发明操作简单，极大地节省了捕捉动作的时间。

技术领域

本发明涉及运动捕捉技术，尤其涉及惯性运动捕捉姿态瞬时校准方法及其系统。

背景技术

运动/动作捕捉技术是一种利用各种传感器设备和科学技术方法把物体的运动信息转换成电脑能识别的信息的一种技术。运动捕捉技术被广泛的应用在影视动画，虚拟游戏，体育，医疗等各个领域。

根据使用的硬件方法的不同，运动捕捉技术包括机械式运动捕捉、声学式运动捕捉、电磁式运动捕捉、光学式运动捕捉和惯性运动捕捉等几种方法。各种运动捕捉方法在使用环境、捕捉精度、易于使用性和价格等几个维度上都各有不同。综合来说，惯性运动捕捉技术在这几个维度上都有不错的性能，所以在运动捕捉的应用领域得到越来越多的应用。采用惯性动捕技术，在使用时需要在被捕捉的物体上绑定姿态捕捉模块。在运动捕捉之前安装姿态捕捉模块时，由于不能保证每次安装在被捕捉物体上姿态捕捉模块的位置都是一样的，尤其是设备安装在个体差异比较大的人体时，所以，需要在物体上固定好姿态捕捉模块之后，再去完成姿态捕捉模块计算的物体初始姿态和设备终端的物体模型的初始姿态的对应关系，这就是惯性动捕技术里所说的校准。任何惯性动捕技术只有在完成校准这个过程后，才能进行下一步的动作捕捉。

现有的惯性动捕技术的校准比较复杂，一般地，需要使用者摆多个不同的姿势，并且要求每个姿势都保持十几秒到几十秒的时间。因为在摆姿势的时候，多少都会和标准姿势存在偏差，而且要求姿势保持的时间越长，偏差会有增大的趋势。而校准需要摆的姿势越多的话，偏差就更有增大的趋势，不利于惯性动作捕捉系统的精度，影响惯性动作捕捉系统的使用和应用。

另一方面，在现有的动作捕捉技术中，为了高度还原被捕捉物体的动作，需要把虚拟的物体结构比例按照实际物体的结构比例去建模，由此实现姿态的精准校准。当被捕捉的物体的各部分骨骼比例差别较大时，需要手动修改虚拟物体模型的骨骼比例。当被捕捉的物体的骨骼数量较多时(以人体为例，如果捕捉人体全身包括手指的动作，总共需要捕捉大概47个主要的骨骼)，现有通过手动修改虚拟物体模型的骨骼比例进行参数调整实现校准的方法，给动作捕捉系统的使用带来很大的不方便，不利于动作捕捉技术的应用和推广。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种惯性运动捕捉姿态瞬时校准方法，使用本发明的技术方案，不需要使用者摆多个不同的姿势，只需采用一个姿势，即能瞬间快速完成系统校准，还可在校准过程中进行姿势纠偏和自动快速调整虚拟模型骨骼比例，进一步提高使用者姿态与虚拟模型的初始姿态的匹配度，有效解决虚拟模型和实际模型骨骼比例不一致的问题。