一种人体动作姿态捕捉方法及系统技术方案

本申请提供一种人体动作姿态的捕捉方法及系统，方法包括：基于每个数据采集节点的原始数据，确定出每个数据采集节点的空间朝向及空间位置；基于IK算法确定关节节点的空间位置及空间朝向；校准各数据采集节点的空间朝向及各关节节点的空间朝向；将各关节节点的空间位置及空间朝向、数据采集节点的空间位置及空间朝向与人体模型进行对应标定；利用人体模型捕捉人体的动作姿态；利用IK算法解算出人体第一关节节点及第二关节节点的空间位置及空间朝向；这样IK算法的解算过程相当于将三维空间的运算转化为关节空间中的运算，运算维度降低，因此可以降低运算时间，进而可以提高动作姿态捕捉的实时性，提高捕捉精度。

A method and system for capturing human motion and posture

【技术实现步骤摘要】
一种人体动作姿态捕捉方法及系统
本申请涉及动作捕捉
，尤其涉及一种人体动作姿态捕捉方法及系统。
技术介绍
动作捕捉用于记录物体移动的过程并将其模拟到数字模型中，近年来，随着计算机数据采集和传感器技术的发展，动作捕捉在游戏、娱乐、体育、军事、运动分析、舞蹈采集及虚拟现实技术中得到广泛应用。而惯性式动作捕捉通过佩戴多个惯性运动传感器，实现人体三维姿态重现。现有技术中在捕捉人体姿态时，对人体姿态的解算用时较长，导致动作姿态捕捉的实时性较低，进而导致捕捉精度较低。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本申请实施例提供了一种人体动作姿态捕捉方法及系统，用于解决现有技术中在捕捉人体动作姿态时，动作姿态捕捉的实时性较低，进而导致捕捉精度较低。本申请提供一种人体动作姿态捕捉方法，所述方法包括：获取各数据采集节点的原始数据，基于每个数据采集节点的原始数据，根据互补滤波算法确定出每个所述数据采集节点的空间朝向及空间位置，所述数据采集节点包括：头部节点，躯干节点、第一前臂节点、第二前臂节点、第一小腿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种人体动作姿态捕捉方法，其特征在于，所述方法包括：/n获取各数据采集节点的原始数据，基于每个数据采集节点的原始数据，根据互补滤波算法确定出每个所述数据采集节点的空间朝向及空间位置，所述数据采集节点包括：头部节点，躯干节点、第一前臂节点、第二前臂节点、第一小腿节点及第二小腿节点；所述原始数据包括：加速度数据、角速度数据及磁场方向数据；/n基于反向运动学IK算法确定第一关节节点的弯曲角度，根据所述第一关节节点的弯曲角度确定所述第一关节节点的空间位置及空间朝向，所述第一关节节点包括：肘关节及膝关节；/n根据所述数据采集节点的空间位置确定所述第二关节节点的空间位置，所述第二关节节点包括：颈部、肩...

【技术特征摘要】
1.一种人体动作姿态捕捉方法，其特征在于，所述方法包括：
获取各数据采集节点的原始数据，基于每个数据采集节点的原始数据，根据互补滤波算法确定出每个所述数据采集节点的空间朝向及空间位置，所述数据采集节点包括：头部节点，躯干节点、第一前臂节点、第二前臂节点、第一小腿节点及第二小腿节点；所述原始数据包括：加速度数据、角速度数据及磁场方向数据；
基于反向运动学IK算法确定第一关节节点的弯曲角度，根据所述第一关节节点的弯曲角度确定所述第一关节节点的空间位置及空间朝向，所述第一关节节点包括：肘关节及膝关节；
根据所述数据采集节点的空间位置确定所述第二关节节点的空间位置，所述第二关节节点包括：颈部、肩关节及髋关节；
根据所述第一关节节点的空间位置及所述第二关节节点的空间位置确定所述第二关节节点的空间朝向；
获取各所述数据采集节点的姿态偏差，利用所述姿态偏差对应校准各所述数据采集节点的空间朝向及各关节节点的空间朝向；
将所述各关节节点的空间位置、各所述数据采集节点的空间位置、校准后的各关节节点的空间朝向以及校准后的各所述数据采集节点的空间朝向与预先建立的人体模型进行对应标定；
利用标定后的所述人体模型捕捉人体的动作姿态；其中，
所述基于反向运动学IK算法确定所述第一关节节点的弯曲角度，包括：
确定所述第一关节节点的辅助节点以及与所述第一关节节点对应的目标数据采集节点；
获取所述第一关节节点与所述辅助节点之间的第一距离、所述第一关节节点与所述目标数据采集节点之间的第二距离以及所述辅助节点与所述目标数据采集节点之间的第三距离；
利用公式确定所述第一关节节点的弯曲角度θ；其中，所述a为所述第一距离，所述b为所述第二距离，所述c为所述第三距离。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述第一关节节点为肘关节时，所述辅助节点根据根节点及第一相对位置确定，所述第一相对位置为所述根节点与肩关节之间的相对位置；
当所述第一关节节点为膝关节时，所述辅助节点根据所述根节点及第二相对位置确定，所述第二相对位置为所述根节点与髋关节之间的相对位置；其中，所述根节点为躯干节点。


3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一关节节点的弯曲角度确定所述第一关节节点空间位置及空间朝向，包括：
确定所述第一关节节点所在的弯曲面，在所述弯曲面中基于所述第一关节节点与辅助节点之间的第一距离、所述第一关节节点与目标数据采集节点之间的第二距离及所述第一关节节点的弯曲角度确定所述第一关节节点的空间位置；
根据所述第一关节节点的位置及所述辅助节点的位置确定所述第一关节节点的空间朝向。


4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述数据采集节点的空间位置确定所述第二关节节点的空间位置，包括：
获取所述髋关节与根节点之间的第二相对位置，获取颈部与所述根节点之间的第三相对位置，获取肩关节与所述根节点之间的第四相对位置；
根据所述第二相对位置与所述根节点的空间位置确定所述髋关节的空间位置；根据所述第三相对位置与所述根节点的空间位置确定所述颈部的空间位置；根据所述第四相对位置与所述根节点的空间位置确定所述肩关节的空间位置。


5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述姿态偏差对应校准各所述数据采集节点的空间朝向，包括：
根据公式q_mod＝q_bias*q对应校准每个数据采集节点的空间朝向；其中，
所述q_mod为校准后各所述数据采集节点的空间朝向，所述q为校准前各所述数据采集节点的空间朝向，所述q_bias为各所述数据采集节点对应的姿态偏差。


...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘谦，曾强，
申请(专利权)人：华中科技大学鄂州工业技术研究院，华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42