[发明专利]一种虚拟仿生模型的动作设计方法

说明书

本发明公开了一种虚拟仿生模型的动作设计方法，包括以下步骤：步骤1、选取角度传感器，完成系统的硬件连接。步骤2、绘制手臂模型，进行骨骼设计。步骤3、将模型导入视频动画软件Unity 3D中，进行场景渲染。步骤4、设计模型的动画脚本，配置硬件连接参数。步骤5、挂接脚本，启动数据采集装置，实现测试者与仿生模型之间的动作跟踪。本发明实现虚拟仿生动作与测试者实际动作的同步变化，同时达到虚拟模型的动作捕捉设计的基本要求。该技术在动画制作、步态分析、生物力学、人机工程等领域有应用价值。

技术领域

本发明属于仿生设计学技术领域，涉及一种虚拟仿生模型的动作设计方法，具体地说，涉及一种基于传感原理的虚拟仿生模型的动作设计方法。

背景技术

仿生设计学是仿生学与设计学互相交叉渗透而结合成的一门的边缘学科，其研究范围广泛、内容丰富多彩，涉及到多门类的自然科学，相关研究的领域和研究的方法也不尽相同。仿生设计学的主要研究方法为“模型分析法”。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种虚拟仿生模型的动作设计方法。通过构造虚拟手臂模型，模仿测试者的手臂姿态变化，实现人机互动的虚拟现实效果，该技术在动画制作、步态分析、生物力学、人机工程等领域应用广泛。设计中应用惯性传感器的传感原理，将三维角度数据送至3D视频软件的模型控制脚本中处理，旨在实现仿生模型与测试者姿态同步变化的虚拟仿真效果。

其技术方案如下：

一种虚拟仿生模型的动作设计方法，包括以下步骤：

步骤1、选取角度传感器，完成系统的硬件连接。

步骤2、绘制手臂模型，进行骨骼设计。

步骤3、将模型导入视频动画软件Unity 3D中，进行场景渲染。

步骤4、设计模型的动画脚本，配置硬件连接参数。

步骤5、挂接脚本，启动数据采集装置，实现测试者与仿生模型之间的动作跟踪。

进一步，

步骤1、选用3组JY61惯性传感器，获取其输出的欧拉角，即为：滚转角俯仰角φ和偏航角θ，用于采集姿态变化所需的角度数据。角度采集过程以ARDUINO为控制核心，在开发板的低位I/O口中，以模拟软串口的方式，放置了3组JY61传感器，并将其固定于测试者的手掌、前臂、上臂之间，用于采集固定节点的欧拉角；

步骤2、采用3D max软件绘制手臂模型，并完成手臂骨骼关节的架设。将各关节的节点固定于模型中，并绑定其父子关系。

步骤3、将步骤2完成的控制节点的手臂模型导入Unity3D的工程中。创建材质球，并为材质球增加皮肤贴图，然后将处理后的材质球拖拽到手臂模型中。同时在Unity3D中加入Camera组件和Light组件布置动画场景。

步骤4、为手臂模型中的三个节点编写相应动画脚本代码，用于控制模型中节点与transform组件关联，其中根节点1的控制过程较为复杂。随后将串口获取的欧拉角配置到transform组件的rotation(x,y,z)中，即可完成仿生模型与传感器的物理连接。

步骤5、在Unity3D中挂接步骤4的动画脚本，做好获取角度数据的准备。设置ARDUINO串口的波特率设定为：9600bps，发送并由上位机接收角度数据。

本发明的有益效果为：