一种光学与惯性混合动作捕捉系统的制作方法

本申请涉及动作捕捉领域，尤其涉及一种光学与惯性混合动作捕捉系统。

背景技术：

随着计算机软硬件技术的飞速发展和动画制作要求的提高，目前，运动捕捉已经进入了实用化阶段，有多家厂商相继推出了多种商品化的运动捕捉设备，成功地用于虚拟现实、游戏、人体工程学研究、模拟训练、生物力学研究等许多方面。

动作捕捉是在运动物体的关键部位设置跟踪器，然后由动作捕捉系统捕捉跟踪器的实时位置，再经过计算机处理后得到跟踪器的三维空间坐标的数据。

现有常用的动作捕捉系统有光学动作捕捉系统和惯性动作捕捉系统，申请人发现，光学动作捕捉系统依赖于光学标记点，在实际应用中，一旦光学标记点被遮挡就会出现数据丢失；而惯性动作捕捉系统依赖于惯性传感器，虽然可以捕捉连续数据，但惯性传感器的精度会随着时间推移逐渐下降，并且容易受到外界环境磁场影响，长时间使用出现误差和偏移，影响动作捕捉的准确性。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本申请提供了一种光学与惯性混合动作捕捉系统。

本申请实施例提供了一种光学与惯性混合动作捕捉系统，包括：惯性数据接收器、多个动作捕捉摄像头、多个光学惯性混合采集模块和多个惯性采集模块，其中，

每个光学惯性混合采集模块均包括：第一固定带、一个惯性采集模组和至少一个光学标记点，且光学标记点和所述惯性采集模块相固定且与所述第一固定带相固定，每个所述惯性采集模组包括：惯性传感器和惯性数据发射器；每个所述惯性采集模块包括：第二固定带、惯性传感器和惯性数据发射器，所述惯性传感器和关系数据发射器均固定在所述第二固定带上；

所述惯性数据接收器和每个所述动作捕捉摄像头均设置在预设场景中，所述惯性数据接收器通过无线方式接收所述惯性数据发射器发送的惯性数据，每个所述动作捕捉摄像头检测每个光学惯性混合采集模块中的光学标记点的光学数据。

可选地，所述系统还包括：融合处理器；

所述融合处理器分别与惯性数据接收器和每个动作捕捉摄像头相连接，接收所述惯性数据接收器发送的惯性数据以及接收每个动作捕捉摄像头检测到的光学数据。

可选地，所述光学标记点为反光球。

可选地，所述光学惯性混合采集模块包括一个反光球；

所述光学惯性混合采集模块包括：底座；

所述惯性采集模组与所述底座相固定，或，所述惯性采集模组位于所述底座中；

所述反光球固定在所述底座的外表面上。

可选地，具有一个反光球的光学惯性混合采集模块，包括：

用于设置在被测人体的头部的头部光学惯性混合采集模块，和/或，用于设置在被测人体的背部的背部光学惯性混合采集模块，和/或，用于设置在被测人体的腰部的腰部光学惯性混合采集模块。

可选地，所述光学惯性混合采集模块中的光学标记点为至少三个反光球，

所述至少三个反光球呈空间分布，且至少三个反光球的空间布局不对称。

可选地，所述光学惯性混合采集模块包括：底座和多个反光球支架，其中，

所述惯性采集模组与所述底座相固定，或，所述惯性采集模组位于所述底座中；

所述反光球支架的数量与所述反光球的数量一一对应；

每个所述反光球支架的一端与所述底座外表面相固定，另一端与所述反光球相固定，以使所述反光球位于所述底座外侧。

可选地，具有至少三个反光球的光学惯性混合采集模块的数量为一个；所述具有至少三个反光球的光学惯性混合采集模块设置在被测人体的腰部或胸部；

或者，具有至少三个反光球的光学惯性混合采集模块的数量为两个，所述两个光学惯性混合采集模块各自反光球的空间布局不相同；其中，一个具有至少三个反光球的光学惯性混合采集模块设置在被测人体的腰部，另一个具有至少三个反光球的光学惯性混合采集模块设置在被测人体的胸部。

可选地，所述方法还包括：

用于设置在被测人体的手部、且具有一个反光球的手部光学惯性混合采集模块，和/或，用于设置在被测人体的脚部、且具有一个反光球的脚部光学惯性混合采集模块。

可选地，所述第一固定带和第二固定带均为环形松紧带。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本申请实施例提供的该光学与惯性混合动作捕捉系统中，每个光学惯性混合采集模块均包括惯性采集模组和光学标记点，当将该光学惯性混合采集模块固定在人体的一个部位时，可以同时采集该部位的惯性数据和光学数据，进而在后续进行动作还原时，利用惯性数据和光学数据相配合可以确定该部位的准确位置，避免由于单一的惯性数据或光学数据导致的准确性较低问题。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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。

图1为本申请实施例提供的一种光学与惯性混合动作捕捉系统的使用场景示意图；

图2为本申请实施例提供提供的一种光学惯性混合采集模块的结构示意图；

图3为本申请实施例提供提供的另一种光学惯性混合采集模块的结构示意图；

图4为图3的立体示意图；

图5为本申请实施例提供的一种人体穿戴示意图；

图6为本申请实施例提供的另一种人体穿戴示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1为本申请实施例提供的一种光学与惯性混合动作捕捉系统的使用场景示意图。

图1中，被测人体为100，如图1所示，该系统可以包括：惯性数据接收器500、多个动作捕捉摄像头600、多个光学惯性混合采集模块200和多个惯性采集模块300。

光学惯性混合采集模块200绑定在被测人体100上的不同位置，如图1所示，光学惯性混合采集模块200可以设置在被测人体100的胸部、腰部、背部和头部中的一处或多处，另外，光学惯性混合采集模块200还可以设置在肢体的末端，例如：手部、脚部和肩膀等。惯性采集模块300通常设置在被测人体的肢体上，例如：上臂、下臂、大腿和小腿等位置，在本申请实施例中，各个惯性采集模块300是独立安装佩戴以及工作的。

在本申请实施例中，每个光学惯性混合采集模块均包括：第一固定带，每个光学惯性混合采集模块中的光学标记点和所述惯性采集模块均与所述第一固定带相固定。每个所述惯性采集模块包括：第二固定带，所述惯性传感器和关系数据发射器均固定在所述第二固定带上。

惯性数据接收器500通过无线方式与光学惯性混合采集模块200进行通信，接收光学惯性混合采集模块200采集到的惯性数据，在本申请实施例中，惯性数据接收器可以为可以为多端口的转发器hub。动作捕捉摄像头600用于采集光学惯性混合采集模块200的光学数据。

每个光学惯性混合采集模块200均包括：惯性采集模组和至少一个光学标记点。在本申请实施例中，光学标记点可以为反光球，在其它实施例中个，光学标记点还可以为发光球等。光学标记点用于利用光学信号对被测人体的位置以及姿态进行跟踪，以便获取被测人体的光学数据。在本申请实施例中，光学惯性混合采集模块内的惯性采集模组与单独设置的惯性采集模块300结构、功能可以完全相同，区别仅在于是300标记的惯性采集模块是独立设置，通过第二固定带可以直接固定在人体上，而光学惯性混合采集模块内的惯性采集模组作为一个组成部分，安装在光学惯性混合采集模块内部，并且是与光学惯性混合采集模块内光学标记点之间的关系是相绑定的。

无论是光学惯性混合采集模块内的惯性采集模组，还是单独设置的惯性采集模块300，其内部均包括：惯性传感器和惯性数据发射器。惯性传感器用于根据被测人体运动时采集惯性数据，例如：加速度、角速度等。惯性数据发射器与所述惯性传感器的输出端相连接，用于将惯性传感器采集到的惯性数据通过无线方式发送出去，便于对惯性数据进行处理。

光学标记点和所述惯性采集模组相固定。在本申请实施例中，光学标记点和惯性采集模组固定在一起，是为了同时采集被测人体同一部位的光学数据和惯性数据，对于后台的处理设备而言，只需要将光学标记点的标识和惯性传感器的标识进行绑定，即可对两者的数据进行绑定。

在图1中，被测人体所在的场景具有一定区域，被测人体在该场景内可以移动。在本申请实施例中，惯性数据接收器和每个所述动作捕捉摄像头均设置在预设场景中，并且所述惯性数据接收器通过无线方式接收所述惯性数据发射器发送的惯性数据，在具体应用中，惯性数据发射器通过设定频率的无线信号发送无线信号，惯性数据接收器接收无线信号并提取其携带的惯性数据。

每个所述动作捕捉摄像头检测每个光学惯性混合采集模块中的光学标记点的光学数据。以光学标记点为反光球为例，动作捕捉摄像头发出光信号，并采集所述反光球发射回的光信号，并且将光信号转换成光学数据。

在本申请一个实施例中，如图1所示，所述系统还包括：融合处理器400，在图1中，融合处理器400分别与惯性数据接收器500和每个动作捕捉摄像头600相连接，具体可以为电连接，也可以为无线信号连接。融合处理器400在工作时，接收所述惯性数据接收器发送的惯性数据以及接收每个动作捕捉摄像头检测到的光学数据，然后可以利用惯性数据和对应的光学数据进行融合，利用两项参数对位置进行校准，进而得到准确的位置信息。

在本申请一个实施例中，光学惯性混合采集模块直接固定在被测人体上，为了便于固定，光学惯性混合采集模块还包括：第一固定带；所述惯性传感器和每个光学标记点均固定在所述第一固定带上。在具体应用时，第一固定带可以直接与底座相固定，这样将第一固定带固定在人体上，就可以实现将惯性传感器和每个光学标记点在人体上。

在本申请实施例中，所述第一固定带和第二固定带均为环形松紧带。

在本申请一个实施例中，光学惯性混合采集模块中的光学标记点可以为反光球，并且反光球的数量可以为一个，如图2所示，为本申请实施例提供的一种光学惯性混合采集模块的结构示意图，在图2中，光学惯性混合采集模块包括：底座1、惯性采集模组4和反光球2，其中，

所述惯性采集模组4与所述底座1相固定，例如：在惯性采集模组4上设置有卡位件或安装槽，所述惯性采集模组4固定在所述卡位件或安装槽内。或者，所述惯性采集模组4位于所述底座1中，例如：底座1内设置有空腔，惯性采集模组4固定在所述空腔内。

反光球固定在所述底座的外表面上，反光球可以通过固定杆或者粘胶固定在底座的外表面上，并且反光球凸出所述底座的外表面，这是考虑到在进行光学信号采集时，尽量减少底座遮挡的问题。

在本申请另一实施例中，光学惯性混合采集模块中的光学标记点的反光球的数量可以为多个，多个反光球可以组合形成特定的形状，进而不仅可以利用该光学数据进行定位，而且还可以利用多个反光球形成的形状进行区分不同的光学惯性混合采集模块。

如图3所示，为本申请实施例提供提供的另一种光学惯性混合采集模块的结构示意图，在图3中，光学惯性混合采集模块包括：底座1、惯性采集模组4和四个反光球2，其中，四个反光球呈空间分布，且至少三个反光球的空间布局不对称，如图4所示，为图3所示示意图的立体示意图。反光球的空间布局不对称，其目的是使得反光球组成的多面体的结构具有唯一的识别性，便于在由多个光学惯性混合采集模块时，利用反光球组成的多面体就可以进行会识别。

在图3和图4中，每个反光球2都对应设置一个反光球支架3，即所述反光球支架3的数量与所述反光球2的数量一一对应；每个所述反光球支架3的一端与所述底座1外表面相固定，另一端与所述反光球2相固定，以使所述反光球2凸出在所述底座1的外侧。

本申请实施例，在实际应用中，如图5所示，可以在用户的腰部设置一个图3所示的光学惯性混合采集模块，通过采集腰部的惯性数据和光学数据可以对腰部的位置进行定位，进而可以根据腰部的位置对身体其它位置进行修正。另外，还可以在用户的胸部设置一个图3所示的光学惯性混合采集模块，通过采集胸部的惯性数据和光学数据可以对胸部的位置进行定位，进而可以根据胸部的位置对身体其它位置进行修正。

当然为了对手部的位置进行校准，如图5所示，还可以在两个手部的位置分别设置一个光学惯性混合采集模块10，对于手部而言，可以采用只有1个反光球的光学惯性混合采集模块即可。此外，如图5所示，为了对脚部的位置进行校准，还可以在两个脚部的位置分别设置一个光学惯性混合采集模块20，用于对脚部进行位置修正，对于脚部而言，可以采用只有1个反光球的光学惯性混合采集模块即可。

另外，在本申请其它实施例中，考虑到图3所示的光学惯性混合采集模块的体积较大，携带不方便以及安装位置容易脱落或错位，如图6所示，还可以在被测人体的头部、胸部和腰部分别设置具有1个反光球的光学惯性混合采集模块，其中，如图6所示，设置在头部可以为头部光学惯性混合采集模块41，设置在胸部的可以为胸部光学惯性混合采集模块42，设置在腰部的可以为腰部光学惯性混合采集模块43。通过设置在被测人体的头部、胸部和腰部三个光学惯性混合采集模块同样可以人体的躯干部分进行准确定位，提高了动作捕捉还原的人体的位置精准度。

此外，当多个被测人体出现在同一场景中，此时不同被测人体的数据可能出现混乱，为此，在被测人体的胸部还可以设置一个图3所示的光学惯性混合采集模块，并且如果被测人体的背部也设置有图3所示的采集模块，那么被测人体前后的两个采集模块中反光球的形状不同，并且不同被测人体胸部设置的采集模块的反光球的形状也不同，以便于通过反光球的形状对不同被测人体进行区分。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。