[发明专利]一种基于动作捕捉的虚拟现实综合系统

权利要求书

1.一种基于动作捕捉的虚拟现实综合系统，其特征在于：包括惯性动作捕捉装置、室内定位装置、虚拟现实装置、数据手套装置、电子仿真枪装置和背负式计算机装置；惯性动作捕捉装置、室内定位装置、虚拟现实装置、数据手套装置和电子仿真枪装置均与背负式计算机装置无线连接；背负式计算机装置中内置有卡尔曼滤波器一和仿真软件系统；

惯性动作捕捉装置包括若干个均能固定在人体上的动作捕捉模块，每个动作捕捉模块均包括动作捕捉传感器；

室内定位装置为UWB室内定位系统；

数据手套装置包括手套本体和设置在手套本体中的若干个手关节姿态传感器；

电子仿真枪装置包括电子仿真枪和内置在电子仿真枪中的电子仿真枪数据采集传感器，电子仿真枪数据采集传感器包括电子枪姿态传感器和电子枪操作传感器；

动作捕捉传感器、手关节姿态传感器和电子枪姿态传感器均包括三轴MEMS加速度传感器、三轴MEMS角速度传感器、三轴MEMS磁力计、数据滤波传感器和微处理器；三轴MEMS加速度传感器、三轴MEMS角速度传感器和三轴MEMS磁力计均与数据滤波传感器相连接，数据滤波传感器还与微处理器相连接；数据滤波传感器能将三轴MEMS加速度传感器、三轴MEMS角速度传感器和三轴MEMS磁力计所检测的数据进行初级滤波后传送给微处理器，每个微处理器中均内置有卡尔曼滤波器二；

电子枪操作传感器与电子枪姿态传感器中的微处理器相连接；

动作捕捉传感器能采集人体接触部位的骨骼姿态数据，并对采集的骨骼姿态数据进行位移纠偏；动作捕捉传感器的工作过程如下：

动作捕捉传感器中的三轴MEMS加速度传感器、三轴MEMS角速度传感器和三轴MEMS磁力计分别对人体接触部位的加速度、角速度和地磁场强度进行采集，动作捕捉传感器中的数据滤波传感器将采集的加速度、角速度和地磁场强度数据进行初级滤波处理；微处理器中的卡尔曼滤波器采用卡尔曼滤波算法将初级滤波后处于正常范围值内的加速度、角速度和地磁场强度数据进行深层次滤波与融合，通过最小二乘估计法拟合得到椭球模型系数，利用椭球模型系数推导出地磁传感器误差矩阵和偏移矢量，最后对地磁环境下输出的骨骼姿态数据进行位移纠偏与校正；

解析虚拟现实综合系统中各个动作捕捉传感器所捕捉的各个骨骼姿态数据，计算各个骨骼相对位移坐标；根据融合位移与骨骼相对位移坐标对虚拟现实综合系统中各个动作捕捉传感器进行位移纠偏，形成姿态重组位移；其中，融合位移是指采用卡尔曼滤波算法将采集的动作捕捉数据与采集的室内定位数据融合后的位移；

位移纠偏时，为使合位移与原有骨骼姿态相匹配，以人体是否有着地点为依据进行判断；在人体有着地的情况下，以着地点为原点计算全身各骨骼位置；如果纠偏过程中没有新的着地点产生，则保持原点不变；如果纠偏过程中产生新的着地点，原点变为当前时刻的融合位移；

在人体有着地的情况下，以着地点为原点，采用位姿矩阵来计算全身各骨骼位置。

2.根据权利要求1所述的基于动作捕捉的虚拟现实综合系统，其特征在于：所述电子枪操作传感器为射击传感器、弹夹传感器、上膛传感器和保险中的一种或多种的组合。

3.根据权利要求1所述的基于动作捕捉的虚拟现实综合系统，其特征在于：所述虚拟现实装置包括VR佩戴装置和环境反馈器件，环境反馈器件为音效系统、可控跑步机、电极刺激贴片和力反馈上衣中的一种或多种的组合。

4.根据权利要求3所述的基于动作捕捉的虚拟现实综合系统，其特征在于：所述VR佩戴装置为VR头盔或VR眼镜。

5.根据权利要求1所述的基于动作捕捉的虚拟现实综合系统，其特征在于：所述动作捕捉传感器、手关节姿态传感器和电子枪姿态传感器中微处理器的型号均为NXP-LPC13xx。

6.根据权利要求1所述的基于动作捕捉的虚拟现实综合系统，其特征在于：UWB室内定位系统包括若干个定位锚节点、若干个移动标签、同步器和服务器；定位锚节点布固定设置在室内，移动标签佩戴在每个目标用户上，移动标签与定位锚节点之间通过UWB进行数据传输；同步器与各定位锚点之间进行校时通信，实现各定位锚点之间的时间同步；服务器设置有无限访问节点，各定位锚节点通过无线访问节点与服务器间进行数据传输。