一种六轴动作捕捉系统及动作捕捉方法技术方案

本发明专利技术属于动作捕捉及数据处理领域，公开了一种六轴动作捕捉系统，其包括动作捕捉单元、控制单元、移动端和上位机；动作捕捉单元与控制单元之间通过硬件接口进行连接，控制单元与上位机和移动端之间均通过无线网络连接。系统结构简单，管理方便，且系统响应快捷、准确，高效。采用上述系统进行动作捕捉的方法为：S1，动作捕捉单元根据运动轨迹产生运动数据；S2，移动端发送请求，控制单元获取动作捕捉单元获取的数据；S3，控制单元将运动数据传输给移动端；S4，移动端对运动数据进行可视化处理，实现3D渲染和动态同步。本发明专利技术可在极大程度上帮助医生实时精准且便捷地通过移动端跟踪并量化康复患者在康复治疗恢复过程中的效果。康复患者在康复治疗恢复过程中的效果。康复患者在康复治疗恢复过程中的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种六轴动作捕捉系统及动作捕捉方法


[0001]本专利技术涉及动作捕捉及数据处理领域，特别涉及一种六轴动作捕捉系统及动作捕捉方法。

技术介绍

[0002]随着计算机硬件技术的发展，动作捕捉识别技术的应用领域越来越广泛。传统的动作捕捉识别主要是基于计算机视觉的姿态分析，即通过摄像机在不同角度同时捕捉人体的运动过程，从视频序列中抽取相关视觉信息，通过找到合适方法对视觉信息进行表示实现动作识别。在上述过程中，一方面，由于人体之间的个体差异、动作的多样性和复杂性，如何充分有效的表达动作姿态是基于视觉的姿态分析中的一大难点，且在具体的应用中还需要对计算代价和准确度进行平衡；另一方面，基于计算机视觉的姿态分析方式主要是依靠光学元件和摄像技术(如PhaseSpace、NOKOV和Worldviz)。上述分析方式主要存在以下缺陷：
[0003](1)整体光学系统价格普遍较高，一般在25万至50万美元，无法满足大众的价格要求，大部分企业的设备需要专业人员对其进行每日维护。此外，整套系统，包括工作站、软件和数据修改，还会成倍提高使用成本和硬件费用。
[0004](2)系统价格昂贵，它可以捕捉实时运动，但后处理(包括Marker的识别、跟踪、空间坐标的计算)的工作量较大，只适合科研类应用。
[0005]上述基础上，本领域经过长期研究对动作捕捉识别技术进行了改进，提出了利用惯性传感器的姿态分析，该分析方法中，人体可穿戴专门的传感器获取数据，再通过相关处理处理软件建立模型后其进行处理，从而达到动作识别的目的，且动作捕捉识别技术在康复医疗领域得到了广泛应用(如InterSense)。但利用惯性传感器的姿态分析并不能体现所有，惯性捕捉数据产生滞后现象比较明显。
[0006]基于上述分析可见，用于动作捕捉识别的产品目前仍然存在以下问题：
[0007](1)几乎无法支持基于移动端较低成本的动作捕捉技术来满足康复医疗术后量化跟踪的需求，且光学元件和摄像技术中的设备需要专业人员对其进行每日维护，且销售价格普遍较高，也无法满足大众的价格要求。
[0008](2)整套系统，包括工作站、软件和数据修改，会成倍提高使用成本和硬件费用。
[0009](3)系统操作程序复杂，投入成本高，也很容易被外部的因素影响和干扰，这将导致整个动作捕捉的技术仅仅用于科研或者电影制作的领域，很难使用到康复医疗的领域，达到精准辅助医生对康复患者的目的。
[0010]因此，本领域亟需开发一种新的动作捕捉识别系统，以消除现有技术的缺陷和限制。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的是提出一种六轴动作捕捉系统，系统结构简单，管理方便，且系统响
应快捷、准确，高效。
[0012]实现本专利技术目的的技术方案是：
[0013]一种六轴动作捕捉系统，包括动作捕捉单元、控制单元和移动端；动作捕捉单元用于采集运动数据，控制单元用于获取动作捕捉单元产生的运动数据，并通过无线网络传输至移动端；移动端对运动数据进行处理；
[0014]所述动作捕捉单元和控制单元之间通过硬件接口进行连接，控制单元和移动端之间通过无线网络连接；其中，所述动作捕捉单元为两个，分为第一动作捕捉单元和第二动作捕捉单元，两个动作捕捉单元并联后再与控制单元串联。
[0015]进一步地，还包括上位机；上位机用于测量正常人行走时大腿和小腿角度的曲线与畸形腿患者的大小腿角度曲线差异，且上位机和控制单元之间通过无线网络连接。
[0016]本专利技术的另一目的是提出一种六轴动作捕捉方法，其操作程序简单，其可在极大程度上帮助医生实时精准且便捷地通过移动端跟踪并量化康复患者在康复治疗恢复过程中的效果。
[0017]实现本专利技术另一目的的技术方案是：
[0018]一种六轴动作捕捉系统的动作捕捉方法，包括以下步骤：
[0019]S1，动作捕捉单元根据运动轨迹产生运动数据；
[0020]S2，移动端发送请求，控制单元获取动作捕捉单元产生的运动数据；
[0021]S3，控制单元获取动作捕捉单元的运动数据，并传输给移动端；
[0022]S4，移动端对运动数据进行可视化处理，实现3D渲染和动态同步。
[0023]本专利技术的动作捕捉系统主要应用于医疗康复护膝，两个动作捕捉单元分为安装于普通护膝支架的大腿支架和小腿支架，控制单元设置在护膝的膝盖部分。控制单元在移动端的请求下获取动作捕捉单元的数据，再将数据传输到移动终端，移动终端通过软件处理得实现3D模型的构建。
[0024]本专利技术的系统还采用了上位机，在制造或调整医疗康复护膝前，上位机可获获取动作捕捉单元的数据，并将获取的数据与上位机数据库内存储的正常数据进行运算，准确测量正常人行走时大腿和小腿角度的曲线与畸形腿患者的大小腿角度曲线差异，从而辅助医生做诊断，帮助医生更好的制造和调整医疗康复护膝。
[0025]本专利技术系统的连接方式简单，且可同步获取两个动作捕捉单元的数据，实现大腿支架和小腿支架运动数据的同步获取。通过本专利技术的动作捕捉系统，可事实监控和分析患者的运动状态，方便移动实时精准且便捷地通过移动端跟踪并量化康复患者在康复治疗恢复过程中的效果，进而适时的调整治疗方案，达到提高康复治疗效果，缩短康复周期的效果。
[0026]本专利技术的有益效果在于：
[0027](1)本专利技术采用移动端进行系统运动状态的监测，方便携带和随时观察，进一步提高检测效率。
[0028](2)本专利技术系统结构较为简单，体积较小，易于生产，且投入成本低，不易受外部因素影响和干扰。
[0029](3)本专利技术操作程序简单，其可在极大程度上帮助医生实时精准且便捷地通过移动端跟踪并量化康复患者在康复治疗恢复过程中的效果。
[0030](4)本专利技术可在制造或调整医疗康复护膝前，通过上位机获取动作捕捉的数据，并测量正常人行走时大腿和小腿角度的曲线与畸形腿患者的大小腿角度曲线差异，从而辅助医生做诊断，帮助医生更好的制造和调整调整医疗康复护膝。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032]图1为本专利技术的一种工作原理图；
[0033]图2是大小腿角度正异常数据对比图；
[0034]图3是双腿膝关节相对角度正异常数据对比图；
[0035]图4是大小腿摆动正异常速度数据对比图；
[0036]图5是膝关节受力正异常数据对比图。
[0037]图6为本专利技术硬件连接方式的一种结构示意图；
[0038]图7为本专利技术硬件之间的另一种工作原理图；
[0039]图8为本专利技术方法的一种流程图；
[0040]图9为本专利技术中VALUE值的指定设置图；
[0041]图10是本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种六轴动作捕捉系统，其特征在于，包括动作捕捉单元、控制单元和移动端；动作捕捉单元用于采集运动数据，控制单元用于获取动作捕捉单元产生的运动数据，并通过无线网络传输至移动端；移动端对运动数据进行处理；所述动作捕捉单元和控制单元之间通过硬件接口进行连接，控制单元和移动端之间通过无线网络连接；其中，所述动作捕捉单元为两个，分为第一动作捕捉单元和第二动作捕捉单元，两个动作捕捉单元并联后再与控制单元串联。2.根据权利要求1所述的六轴动作捕捉系统，其特征在于，还包括上位机；上位机用于测量正常人行走时大腿和小腿角度的曲线与畸形腿患者的大小腿角度曲线差异，且上位机和控制单元之间通过无线网络连接。3.根据权利要求2所述的六轴动作捕捉系统，其特征在于，所述上位机内包括预处理单元和数据测算单元，预处理单元对控制单元获取的数据进行预处理，且预处理步骤为：S101，去除重复数据；S102，当前值与上一个值的差值绝对值大于0.6则保存替换之前的值A，否则剔除；S103，所有值除以最大值进行归一化；数据测算单元的测算内容包括：大小腿角度正异常数据对比测算、双腿膝关节相对角度正异常数据对比测算、大小腿摆动正异常速度数据对比测算、膝关节受力正异常数据对比测算。4.根据权利要求3所述的六轴动作捕捉系统，其特征在于，数据测算单元的测算均采用线性回归方法，大小腿角度正异常数据对比测算步骤为：Y1＝A*[ay1]+b1
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式(1)Y2＝A*[ay2]+b1
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式(2)双腿膝关节相对角度正异常数据对比测算步骤为：Y3＝A*[az1]+b2
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式(3)Y4＝A*[az2]+b2
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式(4)大小腿摆动正异常速度数据对比测算步骤为：Y5＝A*[ay1]+b3
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式(3)Y6＝A*[ay2]+b3
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式(4)膝关节受力正异常数据对比测算步骤为：膝盖正常受力Kf1＝Kw*ay1
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式(5)膝盖异常受力Kf2＝Kw*ay2
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式(6)Y7＝A*[ay1]+b4
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式...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宇，
申请(专利权)人：重庆布瑞斯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：