光学三维动作捕捉方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及电力培训中动态捕捉系统领域，更具体地说，涉及光学三维动作捕捉方法及系统。所述方法包括：红外发射接收装置在三维空间内的预设空间内以预定频率发射红外线；针对当前发射的红外线：在三维空间内移动的手柄接收并反射当前红外线至红外发射接收装置；当前红外线入射至手柄的方向与手柄反射当前红外线的方向互为反方向；后台系统根据红外发射接收装置发射当前红外线的时间点和接收当前红外线的时间点，计算手柄在三维空间内的当前位置坐标；后台系统根据当前位置坐标，判断手柄在当前是否超出预设范围：若手柄超出预设范围，则发出警报。本发明专利技术能够保证学员在电力培训中实时位于虚拟实验环境中。

【技术实现步骤摘要】
光学三维动作捕捉方法及系统
本专利技术涉及电力培训中动态捕捉系统领域，更具体地说，涉及光学三维动作捕捉方法及系统。
技术介绍
在电力培训中，为了最大程度保证学员的在培训过程中的安全，往往通过虚拟现实技术对学员进行实际操作的培训。在虚拟现实技术中，通过构造虚拟的实验环境，学员通过佩戴沉浸式头库完全沉浸在虚拟的培训环境中，通过手柄的操作完成虚拟环境中的实训操作。但是如果学员在操作的过程中超出了实验环境的范围，就无法进行实训操作。如何使学院在培训过程中实时在实验环境内，以成为电力培训中需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供光学三维动作捕捉方法及系统，能够保证学员在电力培训中实时位于虚拟实验环境中。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一方面，构造光学三维动作捕捉方法，包括：红外发射接收装置在三维空间内的预设空间内以预定频率发射红外线；针对当前发射的红外线：在三维空间内移动的手柄接收并反射当前红外线至红外发射接收装置；当前红外线入射至手柄的方向与手柄反射当前红外线的方向互为反方向；后台系统根据红外发射接收装置发射当前红外线的时间点和接收当前红外线的时间点，计算手柄在三维空间内的当前位置坐标；后台系统根据当前位置坐标，判断手柄在当前是否超出预设范围：若手柄超出预设范围，则发出警报。进一步地，所述红外发射接收装置包括三个摄像头：x方向摄像头、y方向摄像头和z方向摄像头；所述红外发射接收装置在三维空间内的预设空间内以预定频率发射红外线，之前还包括：在三维空间内的x轴、y轴和z轴的对应预设位置上分别设置x方向摄像头、y方向摄像头和z方向摄像头；所述红外发射接收装置在三维空间内的预设空间内以预定频率发射红外线，具体包括：所述x方向摄像头、y方向摄像头和z方向摄像头分别以预定频率同时在各自对应的发射范围上同时发射对应红外光束；所述预设范围位于x方向摄像头、y方向摄像头和z方向摄像头对应发射范围构成的预设空间内。更进一步地，所述在三维空间内移动的手柄接收并反射当前红外线至红外发射接收装置，具体包括：针对每个摄像头：在预设空间内当前位置接收到该摄像头当前发射的红外光束；将接收到当前红外光束沿该摄像头的入射路径反射至该摄像头。再进一步地，所述后台系统根据红外发射接收装置发射当前红外线的时间点和接收当前红外线的时间点，计算手柄在三维空间内的当前位置坐标，具体包括：针对每个摄像头：获取该摄像头发射当前红外光束的时间点；获取当前红外光束被反射回至该摄像头的时间点；计算该摄像头针对当前红外光束发射与接收的时间差；根据该摄像头针对当前红外光束发射与接收的时间差，计算手柄在三维空间内距该摄像头的当前距离；根据手柄分别距三个摄像头的当前距离，得到手柄在三维空间内的当前位置坐标。还进一步地，所述后台系统根据当前位置坐标，判断手柄在当前是否超出预设范围，具体包括：根据手柄在三维空间内的当前位置坐标，判断当前位置坐标是否落入预设范围内：若没有落入预设范围内，则判定手柄在当前超出预设范围。另一方面，构造光学三维动作捕捉系统，包括：红外发射接收装置、后台系统和在三维空间内移动的手柄；所述手柄上设置有表面覆盖有荧光粉层的反射球；所述红外发射接收装置，用于在三维空间内的预设空间内以预定频率发射红外线；所述手柄，用于针对当前发射的红外线：接收并反射当前红外线至红外发射接收装置；当前红外线入射至手柄的方向与手柄反射当前红外线的方向互为反方向；所述后台系统，用于根据红外发射接收装置发射当前红外线的时间点和接收当前红外线的时间点，计算手柄在三维空间内的当前位置坐标；以及，根据当前位置坐标，判断手柄在当前是否超出预设范围：若手柄超出预设范围，则发出警报。进一步地，所述红外发射接收装置包括三个摄像头：x方向摄像头、y方向摄像头和z方向摄像头；所述系统，还包括：设置单元，用于在三维空间内的x轴、y轴和z轴的对应预设位置上分别设置x方向摄像头、y方向摄像头和z方向摄像头；所述x方向摄像头、y方向摄像头和z方向摄像头，分别用于以预定频率同时在各自对应的发射范围上同时发射对应红外光束；所述预设范围位于x方向摄像头、y方向摄像头和z方向摄像头对应发射范围构成的预设空间内。更进一步地，所述手柄，具体用于：针对每个摄像头：在预设空间内当前位置接收到该摄像头当前发射的红外光束；将接收到当前红外光束沿该摄像头的入射路径反射至该摄像头。再进一步地，所述后台系统，具体用于：针对每个摄像头：获取该摄像头发射当前红外光束的时间点；获取当前红外光束被反射回至该摄像头的时间点；计算该摄像头针对当前红外光束发射与接收的时间差；根据该摄像头针对当前红外光束发射与接收的时间差，计算手柄在三维空间内距该摄像头的当前距离；根据手柄分别距三个摄像头的当前距离，得到手柄在三维空间内的当前位置坐标。还进一步地，所述后台系统，还用于：根据手柄在三维空间内的当前位置坐标，判断当前位置坐标是否落入预设范围内：若没有落入预设范围内，则判定手柄在当前超出预设范围。在本专利技术中，学员手持手柄，手柄能够按红外线入射方向的方向反射红外线，由此可知手柄不会产生漫反射现象，因此后台系统能够根据红外发射接收装置发射和接收同一红外线的时间差来计算手柄的位置。从而，本专利技术能完成对学员活动区域的限制及活动区域内坐标数据的采集，保证学员在活动区域内的指令可以在虚拟世界中得以执行，对于超出活动区域指令进行提示并给出报警。本专利技术的有益效果在于：对持有手柄的学员进行实时位置追踪，保证学员在整个电力培训的实操过程中不会越线操作，不会超出虚拟实验环境的范围。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术方法的流程示意图；图2是本专利技术系统的结构示意图；图3是本专利技术实施例中三个摄像头的位置布置示意图；图4是本专利技术实施例中反射球与x方向摄像头的发射反射示意图。具体实施方式为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本专利技术的具体实施方式。如图1所示，本专利技术所述的光学三维动作捕捉方法，包括：101、红外发射接收装置在三维空间内的预设空间内以预定频率发射红外线；102、针对当前发射的红外线：在三维空间内移动的手柄接收并反射当前红外线至红外发射接收装置；当前红外线入射至手柄的方向与手柄反射当前红外线的方向互为反方向；103、后台系统根据红外发射接收装置发射当前红外线的时间点和接收当前红外线的时间点，计算手柄在三维空间内的当前位置坐标；104、后台系统根据当前位置坐标，判断手柄在当前是否超出预设范围：若手柄超出预设范围，则发出警报。如图2所示，本专利技术所述的光学三维动作捕捉系统，包括：红外发射接收装置21、后台系统23和在三维空间内移动的手柄22；所述手柄22上设置有表面覆盖有荧光粉层的反射球3；所述红外发射接收装置21，用于在三维空间内的预设空间内以预定频率发射红外线；所述手柄22，用于针对当前发射的红外线：接收并反射当前红外线至红外发射接收装置；当前红外线入射至手柄的方向与手柄反射当前红外线的方向互为反方向；所述后台系统23，用于根据红外发射接收装置发射当前红外线的时间点和接收当前红外线的时间点，计算手柄在三维空间内的当前位置坐标；以及，根据当前位置坐标，判本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学三维动作捕捉方法，其特征在于，包括：红外发射接收装置在三维空间内的预设空间内以预定频率发射红外线；针对当前发射的红外线：在三维空间内移动的手柄接收并反射当前红外线至红外发射接收装置；当前红外线入射至手柄的方向与手柄反射当前红外线的方向互为反方向；后台系统根据红外发射接收装置发射当前红外线的时间点和接收当前红外线的时间点，计算手柄在三维空间内的当前位置坐标；后台系统根据当前位置坐标，判断手柄在当前是否超出预设范围：若手柄超出预设范围，则发出警报。

【技术特征摘要】
1.一种光学三维动作捕捉方法，其特征在于，包括：红外发射接收装置在三维空间内的预设空间内以预定频率发射红外线；针对当前发射的红外线：在三维空间内移动的手柄接收并反射当前红外线至红外发射接收装置；当前红外线入射至手柄的方向与手柄反射当前红外线的方向互为反方向；后台系统根据红外发射接收装置发射当前红外线的时间点和接收当前红外线的时间点，计算手柄在三维空间内的当前位置坐标；后台系统根据当前位置坐标，判断手柄在当前是否超出预设范围：若手柄超出预设范围，则发出警报。2.根据权利要求1所述的光学三维动作捕捉方法，其特征在于，所述红外发射接收装置包括三个摄像头：x方向摄像头、y方向摄像头和z方向摄像头；所述红外发射接收装置在三维空间内的预设空间内以预定频率发射红外线，之前还包括：在三维空间内的x轴、y轴和z轴的对应预设位置上分别设置x方向摄像头、y方向摄像头和z方向摄像头；所述红外发射接收装置在三维空间内的预设空间内以预定频率发射红外线，具体包括：所述x方向摄像头、y方向摄像头和z方向摄像头分别以预定频率同时在各自对应的发射范围上同时发射对应红外光束；所述预设范围位于x方向摄像头、y方向摄像头和z方向摄像头对应发射范围构成的预设空间内。3.根据权利要求2所述的光学三维动作捕捉方法，其特征在于，所述在三维空间内移动的手柄接收并反射当前红外线至红外发射接收装置，具体包括：针对每个摄像头：在预设空间内当前位置接收到该摄像头当前发射的红外光束；将接收到当前红外光束沿该摄像头的入射路径反射至该摄像头。4.根据权利要求3所述的光学三维动作捕捉方法，其特征在于，所述后台系统根据红外发射接收装置发射当前红外线的时间点和接收当前红外线的时间点，计算手柄在三维空间内的当前位置坐标，具体包括：针对每个摄像头：获取该摄像头发射当前红外光束的时间点；获取当前红外光束被反射回至该摄像头的时间点；计算该摄像头针对当前红外光束发射与接收的时间差；根据该摄像头针对当前红外光束发射与接收的时间差，计算手柄在三维空间内距该摄像头的当前距离；根据手柄分别距三个摄像头的当前距离，得到手柄在三维空间内的当前位置坐标。5.根据权利要求4所述的光学三维动作捕捉方法，其特征在于，所述后台系统根据当前位置坐标，判断手柄在当前是否超出预设范围，具体包括：根据手柄在三维空...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海波，刘晓波，张星宇，刘天奇，张阳，胡全义，赵影，马小建，
申请(专利权)人：国网内蒙古东部电力有限公司电力科学研究院，国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15