[发明专利]一种惯性动作捕捉姿态快速校准方法及系统

说明书

本发明公开了一种惯性动作捕捉姿态快速校准方法及系统，方法包括：通过姿态捕捉模块获取被捕捉对象在校准姿势下的姿态数据；根据获取的姿态数据得到姿态捕捉模块佩戴部位的重力加速度和抖动程度，进而根据得到的重力加速度和抖动程度调整被捕捉对象所摆姿势和抖动程度，直至被捕捉对象所摆姿势为校准姿势且被捕捉对象的抖动程度不超过预设阈值为止；根据姿态捕捉模块在调整后的姿态数据计算得到第一变换关系；根据姿态捕捉模块在调整后的姿态数据和第一变换关系计算得到第二变换关系；根据第二变换关系对姿态捕捉模块输出的姿态数据进行第一次校准。本发明具有操作简单、快速和精度高的优点，可广泛应用于动作捕捉领域。

技术领域

本发明涉及动作捕捉领域，尤其是一种惯性动作捕捉姿态快速校准方法及系统。

背景技术

动作捕捉技术是通过各种设备采集捕捉物的动作信息并转化为简单可读的信息的一种技术，主要包括机械式动作捕捉、声学式动作捕捉、电磁式动作捕捉、光学式动作捕捉和惯性动作捕捉这几种方法。综合使用环境、使用复杂度、价格及捕捉精度来全面考虑，惯性动作捕捉技术具有最大的优势。惯性动作捕捉系统一般包括控制器模块、多个姿态捕捉模块以及数据终端；在使用时需要在佩戴者的主要骨骼部位佩戴姿态捕捉模块，因佩戴者的差异性及每次佩戴部位的不一致性，就需要对姿态捕捉模块输出的姿态数据进行校准，只有通过校准，姿态数据才能进行下一步应用(如驱动虚拟模型进行相应的姿态展示)。另外在使用运动数据对虚拟模型驱动时，因不同模型各段骨骼坐标系存在的不一致性，及同一模型各段骨骼坐标系与模型所在世界坐标系的方向存在的不一致性，同样需要对驱动模型的姿态数据进行校准，校准后模型才能正确演示佩戴者姿态。

现有惯性动作捕捉技术的校准主要包括单姿势校准方法和多姿势校准方法，单姿势校准方法需要使用者在佩戴前手动测量各姿态捕捉模块相对某一姿态捕捉模块的夹角，因为这种复杂的操作对使用者来说更愿意使用多姿势校准。现有惯性动作捕捉技术的校准一般采用倒计时方式，不对佩戴者所做姿势进行判断或需要额外硬件设备进行提示，而且一般需要佩戴者需要摆多个不同的姿势，这就使得现有的校准方法所需时间长，且校准精度不高：因为佩戴者所摆姿势，总会和标准姿势有所偏差，且所做姿势越多可能导致偏差越大；又因校准时间较长，佩戴者难免有所抖动，从而导致校准精度下降，而现有方法并没有考虑该抖动问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种操作简单、快速和精度高的惯性动作捕捉姿态快速校准方法及系统。

本发明所采取的第一技术方案是：

一种惯性动作捕捉姿态快速校准方法，包括以下步骤：

通过姿态捕捉模块获取被捕捉对象在校准姿势下的姿态数据；

根据获取的姿态数据得到姿态捕捉模块佩戴部位的重力加速度和抖动程度，进而根据得到的重力加速度和抖动程度调整被捕捉对象所摆姿势和抖动程度，直至被捕捉对象所摆姿势为校准姿势且被捕捉对象的抖动程度不超过预设阈值为止；

根据姿态捕捉模块在调整后的姿态数据计算得到第一变换关系，所述第一变换关系反映地理坐标系与被捕捉对象佩戴部位坐标系的变换关系；

根据姿态捕捉模块在调整后的姿态数据和第一变换关系计算得到第二变换关系，所述第二变换关系反映姿态捕捉模块坐标系与被捕捉对象佩戴部位坐标系的变换关系；

根据第二变换关系对姿态捕捉模块输出的姿态数据进行第一次校准。

进一步，还包括以下步骤：

计算得到第三变换关系，所述第三变换关系反映虚拟模型在初始状态下佩戴部位坐标系与虚拟模型所在世界坐标系的变换关系；

根据第三变换关系对姿态捕捉模块第一次校准后的姿态数据进行第二次校准。

进一步，所述被捕捉对象为人体，所述校准姿势具体为：双手伸直垂下，掌心向内，两腿垂直站立，两脚平行。