一种用于虚拟环境的手部姿态捕捉与健康状态感知的系统技术方案

本发明专利技术涉及计算机虚拟仿真中的智能体感设备技术领域，具体涉及一种用于虚拟环境的手部姿态捕捉与健康状态感知的系统，具体包括手套本体、手部姿态检测模块、生理状态检测模块、状态反馈模块、主控制器、电源模块、上位机，采用本发明专利技术能够捕捉或识别手部握持、并拢姿态、空间高度、角度信息以及获得人类心率、血氧、血压信息，并能将这些信息在计算机绘制的虚拟仿真环境内进行呈现，也能对真实世界的机器手臂进行高精度同步操控，同时还能通过模拟热感应模块、振动发生器反馈使用者在计算机虚拟环境中的温度信息、抓取物件时的振动信息，使得使用者体验更佳。

A Hand Pose Capture and Health Status Sensing System for Virtual Environment

The invention relates to the technical field of intelligent somatosensory devices in computer virtual simulation, in particular to a system for hand gesture capture and health state perception in virtual environment, including glove body, hand gesture detection module, physiological state detection module, state feedback module, main controller, power supply module and upper computer. The hand can be captured or recognized by adopting the invention. The information of human heart rate, blood oxygen and blood pressure can be obtained by holding, closing posture, space height and angle information. The information can be presented in the virtual simulation environment drawn by computer, and the real-world robot arm can be synchronously manipulated with high precision. At the same time, users can be fed back in the virtual environment by analog thermal induction module and vibration generator. Temperature information and vibration information when grabbing objects make users experience better.

【技术实现步骤摘要】
一种用于虚拟环境的手部姿态捕捉与健康状态感知的系统
本专利技术涉及计算机虚拟仿真中的智能体感设备
，具体涉及一种用于虚拟环境的手部姿态捕捉与健康状态感知的系统。
技术介绍
国内市场上现有的手指动作姿态识别产品在进行相关软件、游戏的交互操作时，并不能实现五指在伸直状态下的并拢功能，在精密实验相关的虚拟现实这类实时渲染的游戏和通过动作姿态捕捉系统进行机器手臂的操作中不能发挥作用，且无热感应功能、无法感知人体健康数据，使得使用者在体验游戏中不能更好的获得最佳体验，虚拟仿真系统也无法更精确的获得使用者人体信息，从而不能提供更贴近真实感受体验，现有的手指动作姿态识别产品也无法进行更精确的虚拟仿真操作。针对虚拟现实中人体手部，特别是手指实时动作捕捉（五指握持、并拢姿态）的问题以及温度感知、触觉模拟问题，目前国内的相关游戏开发商家并没有相关的解决方案。因此，现有技术方案存在的问题和缺点：该类产品不能实现五指在伸直状态下的并拢功能、不能实现人体健康信息的获取、不能实现人类对虚拟环境中模拟的体感状态进行反馈。而与此同时，计算机虚拟仿真技术的快速发展，亟待应用于游戏、工业生产培训、应急救援培训、仿真机器手臂操作、虚拟仿真教室等领域，具有精确手部动作姿态捕捉与健康状态感知的体感信息双向反馈系统，将能极大促进虚拟仿真技术的应用落地。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种用于虚拟环境的手部姿态捕捉与健康状态感知的系统，具体技术方案如下：一种用于虚拟环境的手部姿态捕捉与健康状态感知的系统包括手套本体、手部姿态检测模块、生理状态检测模块、状态反馈模块、主控制器、电源模块、上位机；所述手套本体包括手掌、手腕、手背、5个对应人体手指部位的指套，所述主控制器包括数据传输模块；所述手部姿态检测模块、生理状态检测模块、状态反馈模块、主控制器、电源模块分别固定在手套本体上，所述手套本体穿戴在使用者的手上；所述手部姿态检测模块用于检测使用者的手部动作姿态；所述生理状态检测模块用于检测使用者的生理状态；所述状态反馈模块用于反馈使用者在计算机虚拟环境中的情景状态；所述主控制器用于接收处理手部姿态检测模块、生理状态检测模块的检测数据，并将处理后的检测数据通过数据传输模块上传至上位机；所述上位机用于根据主控制器处理后的检测数据分析使用者的手部状态与生理状态，并根据分析结果判定使用者的手部动作姿态和根据对分析结果在计算机虚拟环境中对使用者的手部动作进行还原，以及将计算机虚拟环境中的情景状态通过状态反馈模块反馈给使用者；所述电源模块用于为手部姿态检测模块、生理状态检测模块、状态反馈模块、主控制器提供电源；所述手部姿态检测模块、生理状态检测模块、状态反馈模块分别与主控制器连接，所述主控制器与上位机连接，所述电源模块分别与手部姿态检测模块、生理状态检测模块、状态反馈模块、主控制器连接。优选地，所述手部姿态检测模块包括姿态传感器、弯曲传感器；所述姿态传感器固定在手套本体的手背处，用于检测使用者位于现实环境中的手部的空间位置和角度姿态；所述弯曲传感器分别固定在手套本体的5个指套侧面和背面，用于检测使用者位于现实环境中的手部的弯曲数据；所述姿态传感器、弯曲传感器分别与主控制器、电源模块连接。优选地，所述生理状态检测模块包括心率传感器、血氧传感器、血压传感器，所述心率传感器用于实时检测使用者使用阶段的心率数据；所述血氧传感器用于实时检测使用者使用阶段的血氧数据；所述血压传感器用于实时检测使用者使用阶段的血压数据；所述心率传感器、血氧传感器、血压传感器分别固定在手套本体的手腕处；所述心率传感器、血氧传感器、血压传感器分别与主控制器、电源模块连接。优选地，所述状态反馈模块包括模拟热感应模块、振动传感器；所述振动传感器用于根据使用者在计算机虚拟环境中抓取物品时发出振动；所述模拟热感应模块用于向使用者反馈在计算机虚拟环境中的情景状态的温度信息；所述模拟热感应模块固定设置在手套本体的手掌内侧；所述振动传感器固定设置在手套本体的5个指套的指尖处；所述模拟热感应模块、振动传感器分别与主控制器、电源模块连接。本专利技术的有益效果为：本专利技术提供了一种用于虚拟环境的手部姿态捕捉与健康状态感知的系统，采用本专利技术能够捕捉或识别手部握持、并拢姿态、空间高度、角度信息以及获得人类心率、血氧、血压信息，并能将这些信息在计算机绘制的虚拟仿真环境内进行呈现，也能对真实世界的机器手臂进行高精度同步操控，同时还能通过模拟热感应模块、振动发生器反馈使用者在计算机虚拟环境中的温度信息、抓取物件时的振动信息，使得使用者体验更佳。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术的手套本体的主视图；图3为手套本体的后视图；图4为安装有姿态传感器的手套本体的侧视图；其中，1：手套本体、2：弯曲传感器、3：主控制器与姿态传感器、4：振动传感器、5：加热板、6：电源模块。具体实施方式为了更好的理解本专利技术，下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明：如图1-图4所示，一种用于虚拟环境的手部姿态捕捉与健康状态感知的系统包括手套本体1、手部姿态检测模块、生理状态检测模块、状态反馈模块、主控制器、电源模块6、上位机；手套本体1包括手掌、手腕、手背、5个对应人体手指部位的指套，主控制器包括数据传输模块，用于实现主控制器与上位机之间的数据传输；手部姿态检测模块、生理状态检测模块、状态反馈模块、主控制器、电源模块分别固定在手套本体1上，手套本体1穿戴在使用者的手上；手部姿态检测模块用于检测使用者的手部动作姿态；生理状态检测模块用于检测使用者的生理状态；状态反馈模块用于反馈使用者在计算机虚拟环境中的情景状态；主控制器用于接收处理手部姿态检测模块、生理状态检测模块的检测数据，并将处理后的检测数据通过数据传输模块上传至上位机；上位机用于根据主控制器处理后的检测数据分析使用者的手部状态与生理状态，并根据分析结果判定使用者的手部动作姿态和根据对分析结果在计算机虚拟环境中对使用者的手部动作进行还原，以及将计算机虚拟环境中的情景状态通过状态反馈模块反馈给使用者；电源模块6用于为手部姿态检测模块、生理状态检测模块、状态反馈模块、主控制器提供电源；手部姿态检测模块、生理状态检测模块、状态反馈模块分别与主控制器连接，主控制器与上位机连接，电源模块分别与手部姿态检测模块、生理状态检测模块、状态反馈模块、主控制器连接，其中电源模块6包括电池。其中，手部姿态检测模块包括姿态传感器、弯曲传感器2；姿态传感器与主控制器为一体结构，固定于手背处，用于检测使用者位于现实环境中的手部的空间位置和角度姿态；弯曲传感器2分别固定在手套本体1的5个指套侧面和背面，用于检测使用者位于现实环境中的手部的弯曲数据；姿态传感器、弯曲传感器2分别与主控制器、电源模块连接。姿态传感器3、弯曲传感器2将检测到使用者的手部数据传输至主控制器，上位机处理、分析弯曲传感器2和姿态传感器检测的数据并判定手指的动作姿势、所处的空间位置和角度姿态信息，并在计算机虚拟环境中准确呈现使用者的手部动作，具体如下：（1）上位机在计算机虚拟仿真环境中绘制手部模型，并设定关节标记点和手部空间姿态的初始信息；（2）上位机设定虚拟仿真环境中的手部模型各个关节标记点和空间姿态的数据变量；（3）主控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于虚拟环境的手部姿态捕捉与健康状态感知的系统，其特征在于：包括手套本体、手部姿态检测模块、生理状态检测模块、状态反馈模块、主控制器、电源模块、上位机；所述手套本体包括手掌、手腕、手背、5个对应人体手指部位的指套，所述主控制器包括数据传输模块；所述手部姿态检测模块、生理状态检测模块、状态反馈模块、主控制器、电源模块分别固定在手套本体上，所述手套本体穿戴在使用者的手上；所述手部姿态检测模块用于检测使用者的手部动作姿态；所述生理状态检测模块用于检测使用者的生理状态；所述状态反馈模块用于反馈使用者在计算机虚拟环境中的情景状态；所述主控制器用于接收处理手部姿态检测模块、生理状态检测模块的检测数据，并将处理后的检测数据通过数据传输模块上传至上位机；所述上位机用于根据主控制器处理后的检测数据分析使用者的手部状态与生理状态，并根据分析结果判定使用者的手部动作姿态和根据对分析结果在计算机虚拟环境中对使用者的手部动作进行还原，以及将计算机虚拟环境中的情景状态通过状态反馈模块反馈给使用者；所述电源模块用于为手部姿态检测模块、生理状态检测模块、状态反馈模块、主控制器提供电源；所述手部姿态检测模块、生理状态检测模块、状态反馈模块分别与主控制器连接，所述主控制器与上位机连接，所述电源模块分别与手部姿态检测模块、生理状态检测模块、状态反馈模块、主控制器连接。...

【技术特征摘要】
1.一种用于虚拟环境的手部姿态捕捉与健康状态感知的系统，其特征在于：包括手套本体、手部姿态检测模块、生理状态检测模块、状态反馈模块、主控制器、电源模块、上位机；所述手套本体包括手掌、手腕、手背、5个对应人体手指部位的指套，所述主控制器包括数据传输模块；所述手部姿态检测模块、生理状态检测模块、状态反馈模块、主控制器、电源模块分别固定在手套本体上，所述手套本体穿戴在使用者的手上；所述手部姿态检测模块用于检测使用者的手部动作姿态；所述生理状态检测模块用于检测使用者的生理状态；所述状态反馈模块用于反馈使用者在计算机虚拟环境中的情景状态；所述主控制器用于接收处理手部姿态检测模块、生理状态检测模块的检测数据，并将处理后的检测数据通过数据传输模块上传至上位机；所述上位机用于根据主控制器处理后的检测数据分析使用者的手部状态与生理状态，并根据分析结果判定使用者的手部动作姿态和根据对分析结果在计算机虚拟环境中对使用者的手部动作进行还原，以及将计算机虚拟环境中的情景状态通过状态反馈模块反馈给使用者；所述电源模块用于为手部姿态检测模块、生理状态检测模块、状态反馈模块、主控制器提供电源；所述手部姿态检测模块、生理状态检测模块、状态反馈模块分别与主控制器连接，所述主控制器与上位机连接，所述电源模块分别与手部姿态检测模块、生理状态检测模块、状态反馈模块、主控制器连接。2.根据权利要求1所述的一种用于虚拟环境的手部姿态捕...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭栋，覃焱彬，
申请(专利权)人：广西峰和云启文化投资有限公司，
类型：发明
国别省市：广西,45