基于动作捕捉系统实现虚拟现实全方位动作的方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于动作捕捉系统实现虚拟现实全方位动作的方法，通过动作捕捉系统所设的传感器节点获取人体动作的原始信息，利用融合算法得到各自的人体关节动力学参数，然后利用多源信息融合技术，融合修正接收到的人体关节动力学参数并计算出动作防护装置的控制参数；驱动动作防护装置带动动作捕捉系统从而安全辅助地控制人体在半空中上做出旋转、直立，前倾，平行，俯冲等动作。使用本发明专利技术的方法在保证人体动作的安全性的同时，对人体动作的束缚更小，不仅可以实现360度的地面动作，同时还可以实现腾空、俯冲、前倾等空中动作；结合可选的VR眼镜(Oculus Rift)或微软的Kinect配件，玩家能够安全的在现实中360°全方位控制虚拟世界的地面动作和空中动作，在虚拟世界中做出对现实反应的真实模拟，且效果更逼真。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种，通过动作捕捉系统所设的传感器节点获取人体动作的原始信息，利用融合算法得到各自的人体关节动力学参数，然后利用多源信息融合技术，融合修正接收到的人体关节动力学参数并计算出动作防护装置的控制参数；驱动动作防护装置带动动作捕捉系统从而安全辅助地控制人体在半空中上做出旋转、直立，前倾，平行，俯冲等动作。使用本专利技术的方法在保证人体动作的安全性的同时，对人体动作的束缚更小，不仅可以实现360度的地面动作，同时还可以实现腾空、俯冲、前倾等空中动作；结合可选的VR眼镜(Oculus?Rift)或微软的Kinect配件，玩家能够安全的在现实中360°全方位控制虚拟世界的地面动作和空中动作，在虚拟世界中做出对现实反应的真实模拟，且效果更逼真。【专利说明】
本专利技术属于虚拟现实领域，尤其是涉及一种基于动作捕捉系统实现在虚拟现实中 能安全控制动作、防护危险、实现全方位动作的方法。
技术介绍
虚拟现实（Virtual Reality,简称VR，又译作灵境、幻真）是近年来出现的高新技 术，也称灵境技术或人工环境。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提 供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有 限制地观察三度空间内的事物。 虚拟现实是多种技术的综合，包括实时三维计算机图形技术，广角（宽视野）立体 显示技术，对观察者头、眼和手的跟踪技术，以及触觉/力觉反馈、立体声、网络传输、语音 输入输出技术等。 虚拟现实技术的主要特点之一即是它的交互性，交互性即可以使真实世界的人与 虚拟环境可以进行视觉、触觉、力、听觉等全方位的互动。而通过人体动作实现人与虚拟环 境的互动是一种重要的互动方式，它可以使得互动操作简便直接，增加了真实感，互动性更 强。 通过人体动作实现人与虚拟环境的互动是基于人体动作捕捉技术来实现的，动作 捕捉技术可以以数字的方式记录人体的动作，并传输至主机，进行人体动作分析，以实现互 动。 现有的动作捕捉系统对人体的运动具有相当的局限性，为了安全性，不能完成一 些复杂动作，以Virtuix公司的Virtuix Omni游戏操控设备的硬件结构为例，为了保护人 的身体在游戏时不会摔倒，会在人体的腰部设置一个护圈，使人处于护圈内，这样人就只能 在护圈内完成各种游戏动作，如腾空、对抗类动作等则不能实现，局限性相当大。而如果想 要实现此类比较激烈或复杂的动作，则只能放弃现有的防护装置，这样会为进行动作的人 体带来很大的危险性。 如何找出一种对人体动作限制性更小、在人体完成全方位的激烈或复杂动作的同 时能够对人体进行安全防护、保证人体安全的方法，成为本领域技术人员亟需解决的研究 课题。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是提供一种基于动作捕捉系统实现虚拟现实全方位动作的 方法，在保证安全的同时对人体动作的束缚性更小，使得互动操作简便直接，增加了真实 感，互动性更强。 为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种基于动作捕捉系统实现虚 拟现实全方位动作的方法，其特征在于，包括以下步骤： (1)人体穿戴动作捕捉系统，同时动作防护系统连接动作捕捉系统； (2)通过动作捕捉系统所设的传感器节点获取人体动作的原始信息； (3)各传感器节点设有微处理器，按照人体生物力学模型特点，通过获取的人体动 作原始信息利用融合算法得到各自的人体关节动力学参数； (4)各传感器节点分别将各自计算获得的人体关节动力学参数实时输送到动作防 护装置的处理器； (5)动作防护装置的处理器利用多源信息融合技术，融合修正接收到的人体关节 动力学参数并计算出动作防护装置的控制参数； (6)动作防护系统根据计算得到的控制参数进行驱动，安全辅助人体完成各种技 术动作。 其中，步骤（1)所述的动作捕捉系统通过安全带方式穿戴在人体的全身，安全带 为尺寸可调节设置；所述的动作防护系统是通过连接双肩部和腰部的安全带的方式来连接 动作捕捉系统。 进一步的，所述动作防护系统采取吊装的方式。 其中，步骤（2)所述的动作捕捉系统通过传感器节点分别从人体的头部、左肩、右 肩、左上臂、右上臂、左下臂、右下臂、左手、右手、胸部、腰部、左大腿、右大腿、左小腿、右小 腿、左脚、右脚这17个节点位置获取人体动作的原始信息； 所述人体动作的原始信息包括加速度、角速度、地磁信号。 其中，步骤（3)所述的计算人体关节动力学参数的融合算法为为基于RBF神经网 络的自适应控制算法。 其中，步骤（4)中所述的实时输送方式为无线传输，各传感器节点通过无线发射 装置将各自计算获得的人体关节动力学参数实时输送到动作防护装置的无线收发装置，由 无线收发装置传送给处理器。 进一步的，所述各传感器节点的无线发射装置和动作防护系统的无线接收装置之 间组成星形无线传输网络，采用2. 4G无线技术和ZigBee通信协议。 其中，步骤（5)所述的控制参数的计算方法为为PID控制算法。 其中，步骤（6)所述的安全防护装置的驱动方式为旋转驱动和升降驱动，通过旋 转驱动和升降驱动带动动作捕捉系统的安全带从而安全辅助地控制人体在半空中上做出 旋转、直立，前倾，平行，俯冲等动作。 通过本专利技术的方法所产生的有益效果为：由于本专利技术采用了动作捕捉系统的安全 带方式与动作防护系统的旋转升降控制方式相配合，在保证人体动作的安全性的同时，对 人体动作的束缚更小，不仅可以实现360度的地面动作，同时还可以实现腾空、俯冲、前倾 等空中动作；安全带的可调节设计，适合于各种体态的人群；并且安全带在减少设备冗余 性的同时，有效控制了设备成本；动作防护系统可以吊装于室内屋顶或支架上，提高设备使 用时的适应性；使用本专利技术的方法，结合可选的VR眼镜（Oculus Rift)或微软的Kinect配 件，玩家能够安全的在现实中360°全方位控制虚拟世界的地面动作和空中动作，在虚拟世 界中做出对现实反应的真实模拟，且效果更逼真。 【专利附图】【附图说明】 图1是本专利技术实施例中动作捕捉系统和动作防护系统的结构示意图； 图2是本专利技术实施例中动作捕捉系统的安全带的结构示意图； 图3是本专利技术实施例中动作防护系统的外框架与圆盘配合的结构示意图； 图4是本专利技术实施例中沿图3外框架底部的横向剖视图； 图5是本专利技术实施例中的传感器的人体正面位置示意图； 图6是本专利技术实施例中的传感器的人体背面位置示意图。 图中： 1、旋转升降机构， 2、电源连接器， 5、钢丝， 6、外框架， 7、电线绕线器， 8、轴， 9、圆盘， 10、钢丝升降电机组， 11、钢丝线轴， 12、圆盘旋转电机，13、圆弧导轨， 15、电流分配器， 16、处理器， 17、无线收发装置， 19、MEMS惯性传感器， 36、传感安全带， 38、轴承。 【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术列举具体实施例进行详细介绍，如图1-6所示， 本实施例中用于虚拟现实交互的设备包括动作捕捉系统和动作防护系统，其中动 作捕捉系统包括传感安全带36 ;动作防护系统包括旋转升降机构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于动作捕捉系统实现虚拟现实全方位动作的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)人体穿戴动作捕捉系统，同时动作防护系统连接动作捕捉系统；(2)通过动作捕捉系统所设的传感器节点获取人体动作的原始信息；(3)各传感器节点设有微处理器，按照人体生物力学模型特点，通过获取的人体动作原始信息利用融合算法得到各自的人体关节动力学参数；(4)各传感器节点分别将各自计算获得的人体关节动力学参数实时输送到动作防护装置的处理器；(5)动作防护装置的处理器利用多源信息融合技术，融合修正接收到的人体关节动力学参数并计算出动作防护装置的控制参数；(6)动作防护系统根据计算得到的控制参数进行驱动，安全辅助人体完成各种技术动作。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈鹏，
申请(专利权)人：天津恒威先创科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12