[發(fā)明專利]一種光學(xué)式人體運(yùn)動(dòng)捕捉中手臂信息補(bǔ)償方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310375951.2
• 申請(qǐng)日: 2013-08-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104424650B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-11-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張志利;李向陽(yáng);黃先祥;高欽和;梁豐
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍第二炮兵工程大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06T7/292
• 分類(lèi)號(hào): G06T7/292;G06F3/01
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

1.一種光學(xué)式人體運(yùn)動(dòng)捕捉中手臂信息補(bǔ)償方法，其特征在于：利用空間位置跟蹤裝置獲取到的手腕位置信息和角度信息，結(jié)合手臂上各Marker點(diǎn)的初始位置信息及大小臂的長(zhǎng)度，根據(jù)人體運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，求解得出手臂運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的各Marker點(diǎn)空間位置信息，具體步驟如下：

步驟1：將空間位置跟蹤裝置中的信號(hào)源發(fā)射器固定在某物體表面，在虛擬維修環(huán)境中以世界坐標(biāo)系某坐標(biāo)點(diǎn)為原點(diǎn)形成參考坐標(biāo)系，即位置跟蹤坐標(biāo)系；

步驟2將兩個(gè)位置傳感器分別固定于維修訓(xùn)練人員的左右手腕部位，相當(dāng)于在兩個(gè)手腕關(guān)節(jié)點(diǎn)處建立了相對(duì)于PTCS的局部坐標(biāo)系LCS，此局部坐標(biāo)系LCS_Lwrist和LCS_Rwrist與手腕固連；

步驟3：當(dāng)光學(xué)式人體運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)能正常跟蹤手臂Marker點(diǎn)位置信息時(shí)，系統(tǒng)不讀入空間位置跟蹤裝置采集的數(shù)據(jù)信息；當(dāng)光學(xué)式人體運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)捕捉手臂Marker點(diǎn)信息缺失或出現(xiàn)明顯錯(cuò)誤時(shí)，按照以下步驟分析和解算空間位置跟蹤裝置所采集的數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)手臂運(yùn)動(dòng)信息的補(bǔ)償；

步驟4：當(dāng)維修訓(xùn)練人員在實(shí)際環(huán)境中進(jìn)行操作時(shí)，空間位置跟蹤裝置可以獲取每一時(shí)刻手腕關(guān)節(jié)點(diǎn)P_Lwrist和P_Rwrist在PTCS中的相對(duì)空間位置和姿態(tài)，并計(jì)算出虛擬人體骨架中左右手腕部位的位置信息，即有：

其中，

在式(1)中，P_Lwrist(t)和P_Rwrist(t)分別為t時(shí)刻左右手腕節(jié)點(diǎn)在WCS中的空間位置， ^LP_Lwrist(t)和^RP_Rwrist(t)分別為此刻左右手腕節(jié)點(diǎn)在LCS_Lwrist和LCS_Rwrist中的相對(duì)位置；T_PTCS為PTCS對(duì)應(yīng)于WCS的平移變換矩陣；為PTCS相對(duì)WCS的旋轉(zhuǎn)矩陣；^WP_p為PTCS原點(diǎn)在WCS中的空間位置；

步驟5：根據(jù)肘部Marker點(diǎn)安放位置，確定左右肘部Marker點(diǎn)在LCS_Lwrist和LCS_Rwrist 中的坐標(biāo)^LwP_Leblow(t)和^RwP_Reblow(t)為[x₁，y₁，z₁]^T；根據(jù)已知的T_PTCS及小臂在PTCS中的旋轉(zhuǎn)矩陣和初始位置，計(jì)算出肘關(guān)節(jié)r時(shí)刻在WCS中的位置P_Lelbow(t)和P_Relbow(t)，即為：

步驟6：將左右肩關(guān)節(jié)上相對(duì)于WCS的局部坐標(biāo)系與人體主軀干固連，分別為L(zhǎng)CS_Lshould和LCS_Rshould，坐標(biāo)軸方向；通過(guò)光學(xué)式人體運(yùn)動(dòng)捕設(shè)備實(shí)時(shí)獲取LCS_Lshould和LCS_Rshould相對(duì)于WCS的齊次變換矩陣^WT_Lshould(t)和^WT_Rshould(t)；

步驟7：假定左右大臂上第三個(gè)Marker點(diǎn)相對(duì)于LCS_larm和LCS_Rarm的初始坐標(biāo)為^LP₁和 ^RP₁，左右小臂上第三個(gè)Marker點(diǎn)相對(duì)于LCS_Lwrist和LCS_Rwrist的初始坐標(biāo)為^LP₂和^RP₂，則其在WCS中的位置為：

至此，將手臂運(yùn)動(dòng)過(guò)程中肩、肘、腕關(guān)節(jié)及其它位置Marker點(diǎn)的空間位置坐標(biāo)都捕捉或計(jì)算出來(lái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)光學(xué)式人體運(yùn)動(dòng)捕捉手臂信息缺失條件下的數(shù)據(jù)補(bǔ)償。