【技术实现步骤摘要】
基于惯性传感技术的三维人体重构方法
[0001]本专利技术属于三维人体动作捕捉领域，尤其涉及一种基于惯性传感技术的融合人体姿态和位移的三维人体重构方法。
技术介绍
[0002]动作捕捉是指利用机械装置、光学、声学、电磁学或惯性传感器等设备获取人体运动数据并将运动姿态重现的技术，在影视游戏制作，机器人控制，虚拟现实互动，体育训练，医疗康复，健康监测等方面发挥巨大的作用，受到越来越多研究人员的关注。其本质是通过数据采集设备对人体运动信息和空间位置进行实时采集，对采集到的数据进行处理分析，并通过虚拟现实技术，利用三维人体模型重现人体在现实空间中的姿态变化和空间位置变化。
[0003]目前，应用较多的动作捕捉方法主要有两类：光学式和惯性式动作捕捉方法。光学式动作捕捉方法需要事先在空间内安装多台摄像机，并在人体上布置光学标识，通过不同位置摄像机从不同角度确定人体上光学标识的空间位置，各光学标识之间构成刚体，在计算机上构建虚拟人体，实现动作捕捉。该方法捕捉精度高，实时性强，可以同时重构人体姿态和位移，并且可以同时捕捉多个人体目标...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于惯性传感技术的三维人体重构方法，其特征在于，针对该方法构建的三维人体重构系统包括十五个惯性传感节点、路由装置、上位机以及一个无线传输模块；每个惯性传感节点包括三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴磁力计，利用无线传输模块通过UDP无线传输协议以路由装置为中间媒介发送给上位机，上位机进行数据融合处理更新人体姿态和位置；具体步骤如下：步骤100、将十五个惯性传感节点穿戴于人体关键运动肢体，采集人体关键运动肢体的惯性运动数据和三轴磁力计数据，每个惯性传感节点通过无线传输模块按照规定的数据传输协议将数据发送到上位机；所述的惯性运动数据包括三轴加速度计数据和三轴陀螺仪数据；步骤200、人体静止站立面向磁场北方向站立，利用三维加速度数据和经过椭球拟合矫正后的三维磁力计数据求解人体运动肢体的初始姿态，并根据初始姿态确定传感器坐标系到载体坐标系的旋转四元数；其中，初始姿态包括各运动肢体站立状态时的欧拉角，包括俯仰角、翻滚角和航向角；步骤201，利用最小二乘法进行椭球拟合，求解以下误差模型：其中，表示磁力计的测量值，表示磁力计不存在误差的理论值，表示磁力计零偏误差，k
x
,k
y
,k
z
表示磁力计各轴灵敏度误差系数；k
xy
、k
yx
、k
zx
、k
zy
、k
xz
、k
yz
表示磁力计各轴的耦合系数；通过最小二乘法拟合得到椭球方程，求解误差系数K和零偏误差B0，其中，表示椭球形状矩阵；a,b,c,d,e,f,p,q,r表示需要求解的椭球面参数；H表示某地的磁场强度；步骤202，根据磁场误差模型，将磁力计数据进行矫正；步骤203，利用磁力计分量确定磁场北极方向，结合加速度计分量确定运动肢体的初始姿态：利用三轴加速计数据求解得到俯仰角θ和横滚角γ：利用三轴加速计数据求解得到俯仰角θ和横滚角γ：
其中，分别为加速度计三个轴向的输出；得到俯仰角和横滚角后，结合磁力计数据可得到航向角得到俯仰角和横滚角后，结合磁力计数据可得到航向角其中，是X轴和Y轴磁场强度修正到当地水平面后磁力计的值；步骤204，利用下式将俯仰角、横滚角和航向角转换为载体坐标系到传感器坐标系的旋转四元数转四元数步骤300、根据静止站立时的运动数据和磁力计数据，通过重力矢量方向和磁场北极方向获得传感器坐标系到导航坐标系的旋转四元数，并利用旋转四元数对人体初始姿态和人体模型标定；人体模型关节点坐标位置公式：其中，为编号为m的人体模型关节在导航坐标系下t时刻的坐标；a为人体模型肢体向量的个数；为编号为m的人体模型肢体向量在导航坐标系下t时刻的表示；O(t)为人体模型起始关节点的坐标；人体模型肢体向量在导航坐标系的旋转表示为：其中，表示载体坐标系到导航坐标系的旋转四元数；表示载体坐标系到导航坐标系的旋转四元数的共轭；人体模型肢体向量在导航坐标系表示为人体模型肢体向量在载体坐标系表示为...
【专利技术属性】
技术研发人员：仇森，宋广彩，苗鑫，王哲龙，赵红宇，赵竑愷，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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