一种基于动作捕捉的成像系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于动作捕捉的成像系统，包括：关节检测单元、多个光学检测单元、处理单元和显示单元，其中，关节检测单元，用来检测人体各个关节处的活动情况，并发送电信号给处理单元，光学检测单元，用来采集人体的肢体活动情况，并发送电信号给处理单元；所述处理单元，接受关节检测单元和光学检测单元传递来的电信号，进行分析处理生成3D图像，并启动显示单元，所述显示单元，播放处理单元生成的3D图像。本发明专利技术通过关节检测单元和光学检测单元检测人体运动时关节和肢体的运动轨迹，并转化为电信号发送给处理单元，处理单元经过分析处理后出传输给三维渲染模块，驱动三维渲染模块中的虚拟人体模型来展现人体的实时动作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及动作捕捉领域，尤其是一种基于动作捕捉的成像系统。
技术介绍
随着动作捕捉技术的飞速发展，其运用的领域也越来越广阔，特别是在影视方面具有突出的表现。在影视制作过程中，通常需要动作捕捉技术来实现任务动作抓取，而如今的动作捕捉方式主要包括感应关节点捕捉和光学动作捕捉两大类，前者通过在人体的关节安装感应器，通过电脑建立坐标点进行动作模拟；后者主要利用光学镜头对人体的动作进行全方位的捕捉，例如，其既有多个光学镜头组成的Vicon MX光学动作捕捉系统，也有单面捕捉的体感光学动作捕捉系统。工作中，有时需要通过人体动作来展现内容，其一般会通过动画的方式来进行演示，但是动画制作难度高且周期长，很难满足现今快节奏的工作方式，因此需要一种低成本的快速成像系统供特殊时期使用。
技术实现思路
针对以上所述，本专利技术提供了一种基于动作捕捉的成像系统，有效地解决了上述问题中的至少一个方面。为了实现本专利技术的目的所采用的技术方案是一种基于动作捕捉的成像系统，包括：关节检测单元、多个光学检测单元、处理单元和显示单元，其中，关节检测单元，用来检测人体各个关节处的活动情况，并发送电信号给处理单元，光学检测单元，用来采集人体的肢体活动情况，并发送电信号给处理单元；所述处理单元，接受关节检测单元和光学检测单元传递来的的电信号，进 行分析处理生成3D图像，并启动显示单元，所述显示单元，播放处理单元生成的3D图像。进一步，所述关节检测单元为惯性传感器，所述惯性传感器位于人体的各个关节处，所述惯性传感器通过无线装置连接着处理单元，由此，在人体运动的过程中，惯性传感器能够将人体关节处的运动轨迹转化为电信号发送给处理单元。进一步，所述光学检测单元为摄像机，所述摄像机正对着人体，所述摄像机连接着处理单元，由此，在人体运动的过程中，通过摄像机采集人体肢体的运动轨迹转化为电信号发送给处理单元。进一步，所述处理单元还包括三维渲染模块，所述三维渲染模块内置虚拟人体模型，由此，处理模块传输人体关节和肢体的运动轨迹给三维渲染模块后，三维渲染模块控制虚拟人体模型将动作还原出来。进一步，所述显示模块为LED显示屏，所述LED显示屏连接着处理单元的输出端，由此，能够将虚拟人物模型的动作显示出来。本专利技术通过关节检测单元和光学检测单元检测人体运动时关节和肢体的运动轨迹，并转化为电信号发送给处理单元，处理单元经过分析处理后出传输给三维渲染模块，驱动三维渲染模块中的虚拟人体模型来展现人体的实时动作，并将虚拟人体模型的动作通过显示单元显示出来，节省了动画制作的时间。同时，相对于传统单一的动作捕捉模式，本专利技术采用关节检测单元和光学检测单元的双重检测方式，其精准度更高，辨识度更强。附图说明图1为本专利技术的系统结构示意图。图2为本专利技术工作流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。如图1、图2所示，一种基于动作捕捉的成像系统，包括：关节检测单元、多个光学检测单元、处理单元和显示单元。所述关节检测单元为惯性传感器，其设有17个，所述惯性传感器位于人体的各个关节处，例如骶骨、左大腿、右大腿、左小腿、右小腿、左脚、右脚、左肩膀、右肩膀、背心、左上臂、右上臂、左小臂、右小臂、左手掌、右手掌和后脑勺，每个惯性传感器均连接有电源，在本实施例中，惯性传感器内置锂电池，在其它实施例中，惯性传感器也可以外接电源。人体将该套设备按正确位置穿戴完毕后，把电源打开，使惯性传感器采集人体的关节轨迹，所述惯性传感器通过无线装置连接着处理单元，由此，在人体运动的过程中，惯性传感器能够将人体关节处的运动轨迹转化为电信号发送给处理单元。所述光学检测单元为摄像机，所述摄像机设有4个，所述摄像机正对着人体的前面、后面、左面和右面，所述摄像机通过数据线连接着处理单元，由此，在人体运动的过程中，摄像机通过镜头能够将人体运动时的肢体轨迹给记录下来，类似于现在的体感技术，最后摄像机再将采集人体肢体的运动轨迹转化为电信号发送给处理单元。所述处理单元包括三维渲染模块，所述处理单元在接受关节检测单元和光学检测单元传递来的电信号后，对其进行分析和处理，并传输给三维渲染模块，所述三维渲染模块对其进行有效性判别，越界则自动修正。具体过程如下：1.选定关节和肢体的位置，求得关节和肢体的旋转角度。2.判断该旋转角度氏是否超出关节的活动范围。如果没有超出该关节的活 动范围，则取即可。否则，取否。虚拟人体模型的动作重现过程中，首先利用17个关节，并把人体的运动看成这些关节点的运动，然后再比对摄像机拍摄的肢体轨迹，对骨骼关键点进行旋转，位移，缩放，插值等操作。就可以确定骨架的运动。通过对骨架的设置进行改进，降低了对硬件捕捉信息速度的要求，提高了捕捉信息的抗干扰性，并在一定程度上保证了捕捉信息的精度和数据转换速度，提高了重构质量，并满足了实时性的要求。三维渲染模块包括：骨骼约束和关键帧差值，所述骨骼约束：模型内部骨骼必然是刚体结构，各自长度严格固定，骨骼之间是由关节链接，关节分成两部分，腰部以下共七个节点一部分，头颈及胳膊部七个节点一部分。两部分在一定程度上独立计算运动情况。本专利技术采用了层次化方法来进行匹配，过程如下：1设定腰关节为根节点，该节点附着一个固定坐标系，只允许平移运动。其他关节处建立运动坐标系。如以腰关节为父节点，与之链接的右腿跟关节，左腿跟关节等相邻关节被视为子关节；2再次计算运动角度，根据计算出的关节旋转角度，再对三维动画模型进行匹配，根据动画模型的骨骼计算出动画模型各个关节的坐标，用以直接驱动虚拟人体模型运动。关键帧差值：计算机动画中通用的有三种插值算法。即：线性插值算法，移动点约束条件插补算法和骨架插补法；线性插值算法：选取两副关键帧，然后计算机计算出两副关键帧上的对应点间的直线距离，从而计算出中间的插值点，生成插补中间画，即中间帧；移动点约束条件插值算法：将一条随时间和空间变化的曲线与动画形体上的某些点相联系；骨架结构插值：通过对三维骨架结构的运动模拟，生成中间帧。所述显示模块为LED显示屏，所述LED显示屏连接在处理单元的输出端，在三维渲染模块通过虚拟人物模型将人体动作还原后，所述显示屏将虚拟人物模型还原的动作显示出来供人观赏。以上对本专利技术的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本专利技术并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出其他变形和改进，这些都属于本专利技术保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于动作捕捉的成像系统，包括：关节检测单元、多个光学检测单元、处理单元和显示单元，其中，关节检测单元，用来检测人体各个关节处的活动情况，并发送电信号给处理单元，光学检测单元，用来采集人体的肢体活动情况，并发送电信号给处理单元；所述处理单元，接受关节检测单元和光学检测单元传递来的的电信号，进行分析处理生成3D图像，并启动显示单元，所述显示单元，播放处理单元生成的3D图像。

【技术特征摘要】
1.一种基于动作捕捉的成像系统，包括：关节检测单元、多个光学检测单元、处理单元和显示单元，其中，关节检测单元，用来检测人体各个关节处的活动情况，并发送电信号给处理单元，光学检测单元，用来采集人体的肢体活动情况，并发送电信号给处理单元；所述处理单元，接受关节检测单元和光学检测单元传递来的的电信号，进行分析处理生成3D图像，并启动显示单元，所述显示单元，播放处理单元生成的3D图像。2.根据权利要求1所述的一种基于动作捕捉的成像系统，其特征在于：所述关节检测单元为惯性传感器，所述惯性传感器位于人体的各个关节处，所述惯性传感器通过无线装置连接着处理单元，在人体运动的过程中，惯性传感器能够将人体关节处的运动轨迹转化为电信号发送...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜开，柳磊，
申请(专利权)人：武汉光之谷文化科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42