[发明专利]一种基于虚拟控制点的数字人手部位姿精确匹配方法

说明书

本发明涉及一种基于虚拟控制点的数字人手部位姿精确匹配方法，将指尖光学定位点分别对应并设置于手指指尖的最前端；在数字人手部指尖的对应于指尖光学定位点的位置设置虚拟控制点；捕捉手部位姿数据、指尖位置数据；数字人手部指尖位置驱动；数字人手部各关节位姿驱动；数字人手掌根部位姿驱动。本发明，在真人手指指尖设置光学定位点，在数字人手部指尖对应于光学定位点的位置创建并设置虚拟控制点；由光学定位点驱动虚拟控制点，从而保证数字人手部指尖的位置精度；根据真人手部运动捕捉方式，进行数字人手部各关节位姿驱动，数字人手部各关节姿态自然，指尖位置精度高，更适用于需要手部精细操作的虚拟仿真应用场景。

技术领域

本发明涉及民机的数字样机虚拟仿真评估技术领域，具体说是一种基于虚拟控制点的数字人手部位姿精确匹配方法。

背景技术

VR(Virtual Reality，虚拟现实)，利用设备模拟一个虚拟世界，利用计算机生成一种模拟环境，强调用户与虚拟世界的实时交互，带来封闭式、沉浸式的虚拟世界体验。

AR(Augmented Reality，增强现实)，借助计算机图形技术和可视化技术产生真实世界中不存在的虚拟对象，并将虚拟对象准确“放置”在真实世界中，使用户处于真实世界与虚拟世界的交融中，带来感知效果更丰富的环境体验。

MR(Mixed Reality，混合现实)，是一种使真实世界和虚拟物体在同一视觉空间中显示和交互的计算机虚拟现实技术，强调在虚拟世界、现实世界和用户之间搭起一个交互反馈的信息回路，以增强用户体验的真实感。

数字样机指在工业产品设计过程中在计算机中进行表达的数字化模型，它与真实物理产品之间具有1:1的比例和精确尺寸表达，其作用是用数字样机验证物理样机的功能和性能。

虚拟仿真评估是指在工业产品设计阶段利用VR技术，将数字样机在VR/AR/MR环境中进行三维显示，设计人员借助VR/AR/MR设备置身于虚拟仿真环境中，进行产品设计合理性评估。虚拟仿真评估方法打破了传统二维桌面式设计中的无法体现深度关系、观察困难的局限，为设计人员提供了三维沉浸式产品数字样机解决方案。在民机(民用飞机)设计阶段，数字样机虚拟仿真评估可应用在民机设计布置布局评估、装配性维修性评估等。

数字人指运用数字技术创造出来的、与人类形象接近的数字化人物形象。在虚拟仿真评估应用中创造数字人，并由真人实时驱动，使用者可以在虚拟场景中看到自己的数字人化身，会增加沉浸感，提高交互性。

对于民机等工业产品数字样机虚拟仿真评估应用，数字人手部驱动及交互至关重要，数字人手部位姿与真人手部位姿的匹配程度越高，交互精度越好，可将虚拟仿真评估的应用领域进一步拓宽至手指的精确操作仿真。

现有技术中，针对数字人手部驱动，目前采用较多的是光学-惯性混合追踪方式，会使用到惯性数据手套及光学追踪标记点，光学追踪负责手掌根部(手部与手臂连接处)的位置匹配，惯性追踪负责手部各关节的姿态匹配。这种方式可以较好的匹配手掌根部的位置及手部各关节的姿态，但由于惯性传感器在位置追踪上存在的漂移问题(惯性传感器容易被环境中其它硬磁/软磁物体干扰，导致数据偏差)，因此数字人手部指尖的定位精度较低，适用于关注手部姿态、手部指尖定位精度要求较低的应用场景。

申请号为CN202110965204.9的专利公开了一种虚拟维修中手势识别方法及工具自动匹配方法，涉及虚拟维修技术。通过手势识别及工具库检索匹配，选择适当的工具完成虚拟维修操作。具体步骤如下：

步骤1、建立采集人手在真实空间中手势的数据手套与生成虚拟手的虚拟手生成设备的连接；

步骤2、通过将数据手套捕获的人手在真实空间中手势变化的位置信息同步到虚拟手生成设备，使虚拟手生成设备生成对应的虚拟手的手势位置信息；

步骤3、在手势与工具匹配数据库中查询与虚拟手的手势位置信息对应的工具位置信息；