[發明專利]基于虛擬現實技術的動作捕捉系統訓練宇航服

在審

• 申請號: 202010812187.0
• 申請日: 2020-08-13
• 公開（公告）號: CN111994312A
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 趙崇衛;朱美光;徐文勝;汪偉嵐;吳晉娜;王南松;張穎
• 申請（專利權）人: 上海精密計量測試研究所
• 主分類號: B64G6/00
• 分類號: B64G6/00;B64G7/00
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 余岢

本發明的基于虛擬現實技術的動作捕捉系統訓練宇航服包括佩戴于頭部的VR頭戴式顯示設備、穿戴在手上的數據交互手套、基礎服裝、動作捕捉信號反射裝置和關節約束裝置；所述基礎服裝穿著于訓練者身上；在訓練者各關節處安裝所述關節約束裝置；在訓練者頭部、手部、軀干和腳踝上安裝所述動作捕捉信號反射裝置。本發明的基于虛擬現實技術的動作捕捉系統訓練宇航服能用于虛擬太空環境下維修訓練。

技術領域

本發明涉及虛擬現實技術中的動作捕捉系統，具體涉及一種基于虛擬現實技術的動作捕捉系統訓練宇航服。

背景技術

隨著科學技術的發展，虛擬現實成為當今社會的一種熱點技術。虛擬現實通過模擬的方式為用戶創造一種虛擬的環境，通過視、聽、觸等感知行為使得用戶產生一種沉浸于虛擬環境的感覺，并與虛擬環境相互作用從而引起虛擬環境的實時變化。動作捕捉是虛擬現實中的一項重要技術，如何準確、實時地捕捉用戶的當前姿態，是提高虛擬現實真實感以及增強用戶體驗感的關鍵。

虛擬訓練系統利用虛擬現實技術，構建虛擬的空間站外太空環境，使宇航員能夠沉浸在太空站的虛擬環境中進行運動和操作，與虛擬環境進行交互，實現人在回路的虛擬現實訓練。虛擬現實技術具有數字化程度高、可復用度高、能突破物理環境限制、安全性好等特點，并經美國航空航天局NASA、歐空局ESA和加拿大等研究機構的成功運用，已經成為太空探索中宇航員訓練的一個重要發展方向。

虛擬宇航員的運動控制是采用特定的方法對虛擬宇航員三維模型中各肢體節段的運動進行控制和仿真,是虛擬訓練系統的關鍵技術之一。針對宇航員的虛擬訓練，虛擬宇航員的運動控制一般采用實時交互式運動控制的方式，目前虛擬人的運動控制技術主要為基于運動捕捉的虛擬人運動控制技術。用戶穿著動作捕捉系統訓練宇航服通過傳感器等裝置捕捉動作，完成在模擬太空環境下虛擬訓練過程中的各種行為。宇航服按功能可分為艙內宇航服和艙外宇航服。相比艙內宇航服，艙外宇航服的結構更為復雜，功能要求更高，需要防護太空的真空、高低溫、輻射、小隕石等對人體的侵害。因此，現有宇航服整套服裝十分臃腫，靈活度很低，航天員著艙外航天服進行出艙活動時不可避免的要產生相當大的阻力矩。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于虛擬現實技術的動作捕捉系統訓練宇航服，用于虛擬太空環境下維修訓練。

為了達到上述的目的，本發明提供一種基于虛擬現實技術的動作捕捉系統訓練宇航服，包括佩戴于頭部的VR頭戴式顯示設備、穿戴在手上的數據交互手套、基礎服裝、動作捕捉信號反射裝置和關節約束裝置；所述基礎服裝穿著于訓練者身上；在訓練者各關節處安裝所述關節約束裝置；在訓練者頭部、手部、軀干和腳踝上安裝所述動作捕捉信號反射裝置。

上述基于虛擬現實技術的動作捕捉系統訓練宇航服，其中，所述動作捕捉信號反射裝置至少包含不位于同一平面的4個光學標識點。

上述基于虛擬現實技術的動作捕捉系統訓練宇航服，其中，所述動作捕捉信號反射裝置包括光學標識點、剛性連接桿和連接底板；所述剛性連接桿一端安裝在所述連接底板上，所述剛性連接桿另一端連接所述光學標識點；所述連接底板安裝于物體表面。

上述基于虛擬現實技術的動作捕捉系統訓練宇航服，其中，在所述基礎服裝胸部位置、右腳踝上側部位以及左腳踝上側部位的外表面上各粘貼一所述動作捕捉信號反射裝置；在所述VR頭戴式顯示設備的外表上粘貼一所述動作捕捉信號反射裝置；在雙手的數據交互手套手背外表面上各粘貼一所述動作捕捉信號反射裝置。

上述基于虛擬現實技術的動作捕捉系統訓練宇航服，其中，所述光學標識點為高亮回歸式反光球。

上述基于虛擬現實技術的動作捕捉系統訓練宇航服，其中，在所述基礎服裝左肩、右肩、左手腕關節、右手腕關節、左臂肘關節內側和外側、右臂肘關節內側和外側、左腿前側上部、右腿前側上部、左踝關節、右踝關節、左膝關節前側和后側、右膝關節前側和后側各設有一所述關節約束裝置。