防水型动作捕捉系统技术方案

本发明专利技术提出一种防水型动作捕捉系统，包括：一个或多个动作捕捉装置，用于监测一个或多个部位的动作信息；通信中继装置，用于接收一个或多个部位的动作信息，并实时监测动作捕捉对象的身体状况信息和所处环境信息；处理器，用于接收一个或多个部位的动作信息、身体状况信息和环境信息，并得到动作捕捉对象的完整运动姿态及完整运动信息。本发明专利技术能够对人体的实际运动进行仿真、分析，实现了动作捕捉，且具有精确度高、成本低、便捷性高及适用性强的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及动作捕捉
，特别涉及一种防水型动作捕捉系统。
技术介绍
目前动作捕捉系统有光学式和惯性式两大主流技术路线，其中光学式动作捕捉是通过对目标上特定光点的监视和跟踪来完成动作捕捉的任务。典型的光学式动作捕捉系统通常由两个或多个相机组成的捕捉空间，围绕待测场地排列，所有相机的视野重叠区域就是捕捉对象的运动范围，通过标注捕捉对象的关键部位进行视觉识别，相机拍摄物体的运动过程，记录数据并通过计算机等智能终端实现运动轨迹的捕捉。这种系统在捕捉对象动作时，肢体会遮挡标记点，尤其在捕捉多目标时，目标间若产生遮挡，将影响捕捉系统的精度甚至会丢失捕捉目标，无法精确还原动作轨迹。另外对光学装置的标定工作程序复杂，且只能捕捉相机重叠区域的物体运动，使用者的运动空间被限制在摄像机的视觉范围内，降低了实用性。另外，这种系统价格也相对昂贵。惯性式动作捕捉系统需要在身体的重要节点佩戴集成加速度计，陀螺仪和磁力计等惯性传感器设备，然后通过算法实现动作的捕捉。相比于光学式动作捕捉系统，基于惯性传感器的动作捕捉系统不受环境干扰影响，又克服了摄像机监测区域受限的缺点，并可以实现多目标捕捉，捕捉精确度高。由于采用高集成芯片、模块，体积小、尺寸小，重量轻，性价比高。但是由于测量噪声和游走误差等因素的影响，惯性传感器无法长时间地对人体姿态进行精确的跟踪，所以对系统的设计要求比较高。随着微机电系统(Micro-Electro-MechanicalSystem，MEMS)技术的不断更新，MEMES传感器的应用也越来越广泛，基于惯性传感器的动作捕捉系统也逐渐崭露头角，应用在影视、动画、游戏、体育训练等领域，但是基于惯性传感器的动作捕捉系统在应用过程中，还存在着一些需要改进的问题：现有动作捕捉装置的有线连接，使佩戴不够便捷、舒适；不能满足特殊环境的应用；动作捕捉装置的多节点造成供电、充电的复杂；动作捕捉的精度还有待提高。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决上述技术问题之一。为此，本专利技术的目的在于提出一种防水型动作捕捉系统，该系统能够对人体的实际运动进行仿真、分析，实现了动作捕捉，且具有精确度高、成本低、便捷性高及适用性强的优点。为了实现上述目的，本专利技术的实施例提出了一种防水型动作捕捉系统，包括：一个或多个动作捕捉装置，所述一个或多个动作捕捉装置设置在动作捕捉对象的一个或多个部位，用于监测所述一个或多个部位的动作信息；通信中继装置，所述通信中继装置与所述一个或多个动作捕捉装置相连，用于接收所述一个或多个部位的动作信息，并实时监测所述动作捕捉对象的身体状况信息和所处环境信息，并传输所述一个或多个部位的动作信息、所述身体状况信息和所述环境信息；处理器，所述处理器与所述通信中继装置相连，用于接收所述一个或多个部位的动作信息、所述身体状况信息和所述环境信息，并根据所述一个或多个部位的动作信息、所述身体状况信息和所述环境信息，得到所述动作捕捉对象的完整运动姿态及完整运动信息。另外，根据本专利技术上述实施例的防水型动作捕捉系统还可以具有如下附加的技术特征：在一些示例中，所述处理器用于根据预定算法对所述一个或多个部位的动作信息、所述身体状况信息和所述环境信息进行处理，得到所述动作捕捉对象的位置信息、加速度、角速度及地磁信息，并根据所述位置信息、加速度、角速度及地磁信息生成生物力学模型，并根据所述生物力学模型得到所述动作捕捉对象的完整运动姿态及完整运动信息。在一些示例中，所述动作捕捉装置和所述通信中继装置均被构造为防水结构，所述防水结构包括上盖、电路板、密封圈、下盖，所述电路板通过密封圈固定在上盖和下盖之间，所述上盖和下盖之间通过超声焊接、激光焊接、密封圈结构、胶粘或卡扣的方式密封结合，并通过螺栓外部固定。在一些示例中，所述动作捕捉装置包括：MEMS传感器单元，所述MEMS传感器单元由MEMS加速度计、MEMS陀螺仪及MEMS磁力计构成，用于分别对所述一个或多个部位的加速度、角速度以及磁力信号进行测量；第一微控制单元，所述第一微控制单元与所述MEMS传感器单元相连，用于对所述一个或多个部位的加速度、角速度以及磁力信号进行处理；第一通信模块，所述第一通信模块与所述第一微控制单元相连，用于将处理后的加速度、角速度以及磁力信号发送给所述通信中继装置或所述处理器；第一电源模块，所述第一电源模块用于为所述一个或多个动作捕捉装置供电；第一存储模块，所述第一存储模块用于存储所述一个或多个部位的动作信息、所述身体状况信息和所述环境信息；同步模块，所述同步模块用于对所述一个或多个动作捕捉装置与通信中继装置进行同步，以使所述一个或多个动作捕捉装置与通信中继装置之间的时钟同步。在一些示例中，所述通信中继装置包括：第二微控制单元、第二通信模块、第三通信模块、传感器模块、第二存储模块及第二电源模块，其中，所述第二微控制单元分别与所述第二通信模块和第三通信模块相连，以控制所述第二通信模块接收所述一个或多个动作捕捉装置发送的动作信息，以及控制所述第三通信模块将所述一个或多个部位的动作信息、所述身体状况信息和所述环境信息发送给所述处理器；所述传感器模块包括温度传感器、压力传感器及模数转换器，所述温度传感器用于测量环境温度、所述动作捕捉对象的温度，所述压力传感器用于测量大气压或水压，所述模数转换器分别与所述第二微控制单元、温度传感器和压力传感器相连，以对所述温度传感器和压力传感器的测量数据进行处理，并将处理后的数据发送给所述第二微控制单元，以便所述第二微控制单元控制所述第三通信模块将所述处理后的数据发送给所述处理器；所述第二电源模块用于为所述通信中继装置供电；所述第二存储模块用于存储所述一个或多个部位的动作信息、所述身体状况信息和所述环境信息。在一些示例中，所述第一电源模块包括：电池、无线充电电路及电源管理模块，其中，所述电池用于为所述一个或多个动作捕捉装置供电；所述无线充电电路与外部充电装置连接，用于对所述电池进行充电；所述电源管理模块用于对所述电池和所述无线充电电路进行管理。在一些示例中，所述电池为可充电电池或超级电容。在一些示例中，所述同步模块用于通过同步电路或同步算法对所述一个或多个动作捕捉装置与通信中继装置进行同步。在一些示例中，所述一个或多个动作捕捉装置与所述通信中继装置之间，以及所述通信中继装置与所述处理器之间通过有线或无线的方式进行通信。在一些示例中，所述处理器为个人电脑、平板电脑或智能手机。根据本专利技术实施例的防水型动作捕捉系统，实现了多环境下对生物体动作的捕捉，并可对运动轨迹、运动姿态、人体温度、压力、脉搏等信息采集并实时传输、存储，然后通过处理器的数据分析，可以对生物体的实际运动进行仿真、分析，提高了动作捕捉的精确度。另外，该系统使用防水结构实现了动作捕捉系统的多环境适用，即适用性强，使用MEMS传感器、节点设计、无线连接使穿戴节点设备具备体积小、重量轻、功耗低等优点，使性价比明显提高；另外，各节点之间的无线连接，改善了穿戴的便捷性；使用无线充电技术实现系统内各模块的充电便捷性；同步模块实现了系统的数据同步，提高了采集设备的实时性、一致性；系统内设备集成多种传感器，不仅实现对捕捉对象的动作捕捉，也实现了对温度、气压、生物体脉搏等重要信息的采集，极大地提高了系统的智能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种防水型动作捕捉系统，其特征在于，包括：一个或多个动作捕捉装置，所述一个或多个动作捕捉装置设置在动作捕捉对象的一个或多个部位，用于监测所述一个或多个部位的动作信息；通信中继装置，所述通信中继装置与所述一个或多个动作捕捉装置相连，用于接收所述一个或多个部位的动作信息，并实时监测所述动作捕捉对象的身体状况信息和所处环境信息，并传输所述一个或多个部位的动作信息、所述身体状况信息和所述环境信息；处理器，所述处理器与所述通信中继装置相连，用于接收所述一个或多个部位的动作信息、所述身体状况信息和所述环境信息，并根据所述一个或多个部位的动作信息、所述身体状况信息和所述环境信息，得到所述动作捕捉对象的完整运动姿态及完整运动信息。

【技术特征摘要】
1.一种防水型动作捕捉系统，其特征在于，包括：一个或多个动作捕捉装置，所述一个或多个动作捕捉装置设置在动作捕捉对象的一个或多个部位，用于监测所述一个或多个部位的动作信息；通信中继装置，所述通信中继装置与所述一个或多个动作捕捉装置相连，用于接收所述一个或多个部位的动作信息，并实时监测所述动作捕捉对象的身体状况信息和所处环境信息，并传输所述一个或多个部位的动作信息、所述身体状况信息和所述环境信息；处理器，所述处理器与所述通信中继装置相连，用于接收所述一个或多个部位的动作信息、所述身体状况信息和所述环境信息，并根据所述一个或多个部位的动作信息、所述身体状况信息和所述环境信息，得到所述动作捕捉对象的完整运动姿态及完整运动信息。2.根据权利要求1所述的防水型动作捕捉系统，其特征在于，所述处理器用于根据预定算法对所述一个或多个部位的动作信息、所述身体状况信息和所述环境信息进行处理，得到所述动作捕捉对象的位置信息、加速度、角速度及地磁信息，并根据所述位置信息、加速度、角速度及地磁信息生成生物力学模型，并根据所述生物力学模型得到所述动作捕捉对象的完整运动姿态及完整运动信息。3.根据权利要求1所述的防水型动作捕捉系统，其特征在于，所述动作捕捉装置和所述通信中继装置均被构造为防水结构，所述防水结构包括上盖、电路板、密封圈、下盖，所述电路板通过密封圈固定在上盖和下盖之间，所述上盖和下盖之间通过超声焊接、激光焊接、密封圈结构、胶粘或卡扣的方式密封结合，并通过螺栓外部固定。4.根据权利要求1所述的防水型动作捕捉系统，其特征在于，所述动作捕捉装置包括：MEMS传感器单元，所述MEMS传感器单元由MEMS加速度计、MEMS陀螺仪及MEMS磁力计构成，用于分别对所述一个或多个部位的加速度、角速度以及磁力信号进行测量；第一微控制单元，所述第一微控制单元与所述MEMS传感器单元相连，用于对所述一个或多个部位的加速度、角速度以及磁力信号进行处理；第一通信模块，所述第一通信模块与所述第一微控制单元相连，用于将处理后的加速度、角速度以及磁力信号发送给所述通信中继装置或所述处理器；第一电源模块，所述第一电源模块用于为所述一个或多个动作捕捉装置供电；第一存储模块，所述第一存储模块用于存储所述一个或多个部位...

【专利技术属性】
技术研发人员：张春，张德兵，王志华，杨钞翔，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11