[發明專利]一種基于微機械傳感器的人體動作信息捕捉系統

無效

• 申請號: 201310054688.7
• 申請日: 2013-02-20
• 公開（公告）號: CN103135765A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 王永生
• 申請（專利權）人: 蘭州交通大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01
• 代理公司: 北京中恒高博知識產權代理有限公司 11249
• 代理人: 宋敏

技術領域

本發明涉及運動圖像捕捉及處理技術領域，具體地，涉及一種基于微機械傳感器的人體動作信息捕捉系統。

背景技術

動作捕捉（Motion?capture）技術，是準確測量運動物體在三維空間運動狀況的技術。通過綁定在人體上的數個慣性測量節點獲取人體骨骼關鍵點上的運動數據，應用無線數據透傳方式傳輸至PC端，經過數據的處理計算得到關鍵點在不同時間計量單位上的空間坐標（X、Y、Z），并應用計算機圖形技術顯示重建模擬人體動作。

在動畫創作中，三維動畫模型的運動控制是一項工作量巨大的工作，也是動畫片創作中影響效率提高的關鍵。為解決這一動畫創作中的瓶頸問題，近年來，國內外業界開始了應用于動畫制作的運動捕捉技術的研究，其方法是應用運動捕捉獲取人體運動數據控制動畫角色的運動，以減輕角色運動控制與設定的工作量，提高創作效率及角色運動的逼真程度。目前，已成功研制出各類應用系統，并應用于動畫片的生產中。

在國外，運動捕捉技術的出現可以追溯到上個世紀的70年代末，迪斯尼公司為改進動畫制作的效果，提高動畫的質量，試圖采用“臨摹”高速拍攝真實演員動作的連貫相片的方式來達到，這個被稱為Rotosooping的方法可以說是基于運動獲取產生動畫的原型或先驅。

當計算機技術剛開始應用于動畫制作時，紐約計算機圖形技術實驗室的RebeccaAllen就設計了一種光學裝置，將真實舞蹈演員的表演姿勢投射在計算機屏幕上，作為數字舞蹈演員動畫關鍵幀的參考，這一舉措促進了運動捕捉技術的發展。20世紀80年代開始，美國Biomechanics實驗室、麻省理工學院等都開展了對計算機人體運動捕捉的研究。

在計算機圖形學中的應用開始于上世紀80年代初期，Abel研究小組首次將運動捕捉技術用于生成三維動畫。1988年，美國太平洋數據圖像公司設計了一個8自由度的輸入裝置，用以控制動畫人物的位置和嘴唇的運動，該裝置能夠實時地捕獲人體的運動來驅動虛擬人。在計算機動畫，計算機圖形學等相關領域的國際會議上也開始了關于運動捕捉技術的討論，特別是98年以后還專門舉行了針對運動捕捉的國際會議capTech’98。此后，運動捕捉技術吸引了越來越多的研究人員和開發商的目光，并從試用性研究逐步走向了實用化。

在國內，運動捕捉技術的發展也已經有幾十年的歷史，而且隨著計算機圖形學（Computer?Graphics，簡稱CG）產業的飛速發展，對于運動捕捉系統的需求也在飛速膨脹。一些科研機構如中科院自動化所，浙江大學圖形學實都在進行相關方面的研究。

據統計國內三維制造業對運動捕捉系統的使用比例高達60%，更多的企業通過合作或者租用等方式將運動捕捉系統應用到自己的產品中，比如大連的東銳軟件有限公司，北京的迪生通博科技有限公司等系統制造商也紛紛加入進來，研發具有自主知識產權的國產運動捕捉系統。運動捕捉技術的應用領域也遠遠超出了表演動畫，現在己經成功地應用于虛擬現實、游戲、人體工程學研究、模擬訓練、生物力學研究等許多方面。近年來，運動捕獲技術已成為人體動畫主流技術之一，如何處理和應用運動捕獲數據是當前計算機動畫界研究的熱門話題。

隨著計算機技術以及三維圖像技術的迅速發展，3D產品發展漸漸融入到人們的生活當中，動作捕捉系統在動畫中的應用越來越廣泛。運動捕捉技術可解決三維動畫制作中定義角色運動的瓶頸問題，可大幅度提高三維動畫及游戲開發的效率。

動漫游戲產業，包括動畫卡通、數字娛樂、多媒體產品等，被譽為二十一世紀知識經濟的核心產業，是最有希望的朝陽產業，這場后現代產業浪潮，不僅給全球經濟戰略結構帶來根本性轉變，也為進入新世紀的中國經濟創造了千載難逢的發展機遇。其發展既滿足了人民群眾特別是未成年人的精神文化需求，同時也為建設社會主義先進文化，推動我國文化產業的發展奠定基礎，對實現我國經濟、政治、文化的協調發展，全面建設小康社會，具有重大的現實意義和深遠的戰略意義。

在三維動畫的制作中，在建立了角色的數字模型之后，人們需要根據腳本的要求為模型定義運動，如何使用傳統的運動控制技術，這是一項工作量巨大的工作，也是動畫片生產中影響效率提高的關鍵。運動捕捉技術的應用對動畫片制作效率和質量的提高具有重要的意義，本來需要數月來完成的工作應用運動捕捉系統之后只需要短短數日即可完成。

應該說運動捕捉技術的應用是動畫片制作技術的重大突破，也是今后動畫制作技術發展的趨勢。如果能夠基于加速度傳感器技術、藍牙技術、數據實時采集與處理技術的研究，研制出具有自主知識產權的國產機械式運動捕捉系統。這將會給國家帶來巨大的社會效益和一定的經濟效益。