1.本发明属于人体姿态采集技术领域，具体涉及一种用于元宇宙的可穿戴传感设备的传感方法和一种用于元宇宙的可穿戴传感设备。
背景技术：
2.元宇宙(metaverse)是一个平行于现实世界运行的人造虚拟空间。在这个空间里，用户拥有自己的虚拟身份和数字资产，可以在虚拟世界里尽情互动，从事生产经营活动并创造价值。2021年3月roblox以元宇宙的概念在纽交所上市，同年9月份facebook宣传进军元宇宙领域，国内也有腾讯、字节跳动等知名公司开始布局元宇宙，无不意味着元宇宙的时代正在加速到来。元宇宙的发展不是单纯的虚拟世界或者互联网技术的自我迭代，更需要可穿戴智能设备以及物联网等实体技术的同步或者领先发展。
3.目前元宇宙的主要硬件载体是各类ar/vr设备，但是现有对于人体姿态的采集大多数不便携也不可穿戴，尤其是通过较多的摄像头进行采集，然后根据计算机视觉进行呈现，这种通过计摄像头进行采集具有一定的局限性，比如其在光照差和具有遮挡物等不利于拍摄的环境中进行拍摄，大大影响人体的姿势估计。
4.因此，针对上述问题，予以进一步改进。
技术实现要素：
5.本发明的主要目的在于提供用于元宇宙的可穿戴传感设备及其传感方法，其与传统的摄像方法不同，其可以无障碍应用于室内和室外，不用考虑光照条件和遮挡物等问题，在室内由于地球磁场的干扰，其使用加速度传感器和三轴陀螺仪6轴进行人体姿势的估计，而在室外，其使用加速度传感器、三轴陀螺仪和磁力计9轴进行人体姿势的估计，其具有携带方便、测量精确和抗干扰性强等优点。
6.为达到以上目的，本发明提供一种用于元宇宙的可穿戴传感设备的传感方法，对人体的动作进行姿态采集，包括以下步骤：
7.步骤s1：(穿戴于人体的)过滤器接收来自加速度传感器和三轴陀螺仪各自采集的测量数据，并且进行预测处理和校正处理，从而根据姿态估计对人体的姿态进行重建，进而精准的估计人体的动作姿势；
8.步骤s1.1：在预测处理时，对人体的姿势的进行更新并且获得人体姿势的预测数据；
9.步骤s1.2：在进行校正处理之前，判断接收的测量数据是否为加速度传感器和三轴陀螺仪处于稳定状态下进行采集的，如果是则对当前的人体姿势的预测数据进行校正处理，否则进入下一个预测处理。
10.作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤s1.1具体实施为以下步骤：
11.步骤s1.1.1：人体的姿态的演变表示为：其中：
12.q表示人体的姿态的四元数，ω表示人体的角速率，表示四元数的乘法算子；
13.步骤s1.1.2：用q(v)＝[0v
x
vyvz]
t
表示v＝[v
x
vyvz]
t
的四元数形式，人体姿态的四元数表示为：
[0014]
其中：
[0015]qt
和ω
t
为t时刻的四元数额角速率，δt为采样时间；
[0016]
进而，t时刻的真实姿态表示为：其中：
[0017]
表示四元数的当前估计值，δq(at)代表从到真实姿态q
t
的旋转；
[0018]
步骤s1.2.3：将三轴陀螺仪的输出和加速度传感器的输出分别表示为ω
out
和g
out
，并且进行建模：
[0019][0020]gout
＝g+wg；
[0021]
其中：ω和g是真实的角速率和加速度，w
ω
、wg和wb是干扰；
[0022]
步骤s1.2.4：根据加速度传感器和三轴陀螺仪对6个分量的状态向量进行姿势估计，从而获得人体姿势的预测数据。
[0023]
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤s1.2具体实施为以下步骤：
[0024]
步骤s1.2.1：为了判断是否可以执行校正处理，设定一个移动时间窗，从而检测当前加速度传感器和三轴陀螺仪是否处于稳定状态，移动时间窗的窗口大小表示为：w＝nδt；
[0025]
其中：n表示移动时间窗的样本数；
[0026]
步骤s1.2.2：给定一定的时间瞬间，并且通过以下条件判断是否处于稳定状态：
[0027]
步骤s1.2.2.1：
[0028]
步骤s1.2.2.2：
[0029]
步骤s1.2.2.3：
[0030]
步骤s1.2.2.4：
[0031]
步骤s1.2.2.5：给定一个序列{x
t
}并且并且设以下公式：
[0032][0033]
步骤s1.2.2.6：样本在长度为w的时间窗内通过以下公式进行表达：
[0034][0035]
其中：在同一时间窗内的样本方差，矩阵∑ω和∑g是w的估计协方差矩阵，在初始校准阶段进行计算，参数α，β，γ1，γ2为常数；
[0036]
步骤s1.2.2.1和步骤s1.2.2.2用于保证测量值的方差明显接近于在校准阶段中的测量值的方差；
[0037]
步骤s1.2.2.3和步骤s1.2.2.4用于检查在最后一个w步长中测量到的加速度的幅度是否接近于1，并且假设α＝β＝2，γ1＝γ2＝0.02；
[0038]
从而获得，如果在一个给定的时间内，步骤s1.2.2.1到步骤s1.2.2.4保持不变，则说明当前加速度传感器和三轴陀螺仪是否处于稳定状态，则执行校正处理，否则过滤器不进行校正处理并且直接进入下一个预测处理。
[0039]
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤s1中，过滤器还接收来自集成压力计采集的压力数据，并且将压力数据和加速度传感器与三轴陀螺仪采集的测量数据一起进行预测处理和校正处理，从而达到7轴传感。
[0040]
为达到以上目的，本发明还提供一种用于元宇宙的可穿戴传感设备的传感方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0041]
步骤t1：过滤器接收来自加速度传感器、三轴陀螺仪和磁力计各自采集的测量数据，并且进行预测处理和校正处理，从而根据姿态估计对人体的姿态进行重建，进而精准的估计人体的动作姿势；
[0042]
步骤t1.1：在预测处理时，对人体的姿势的进行更新并且获得人体姿势的预测数据；
[0043]
步骤t1.2：在进行校正处理之前，判断接收的测量数据是否为加速度传感器和三轴陀螺仪处于稳定状态下进行采集的，如果是则对当前的人体姿势的预测数据进行校正处理，否则进入下一个预测处理。
[0044]
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，在步骤t1.1中，根据加速度传感器、三轴陀螺仪和磁力计对9个分量的状态向量进行姿势估计，从而获得人体姿势的预测数据。
[0045]
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤s1中，过滤器还接收来自集成压力计采集的压力数据，并且将压力数据和加速度传感器、三轴陀螺仪与磁力计采集的测量数据一起进行预测处理和校正处理，从而达到10轴传感。
[0046]
为达到以上目的，本发明还提供一种用于元宇宙的可穿戴传感设备，应用于所述的一种用于元宇宙的可穿戴传感设备的传感方法。
具体实施方式
[0047]
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
[0048]
在本发明的优选实施例中，本领域技术人员应注意，本发明所涉及的元宇宙和姿态等可被视为现有技术。
[0049]
优选实施例。
[0050]
本发明公开了一种用于元宇宙的可穿戴传感设备的传感方法，对人体的动作进行姿态采集，包括以下步骤：
[0051]
步骤s1：如果当前环境处于室内或者室外，(穿戴于人体的)过滤器接收来自加速
度传感器(三轴)和三轴陀螺仪各自采集的测量数据，并且进行预测处理和校正处理，从而根据姿态估计对人体的姿态进行重建，进而精准的估计人体的动作姿势；
[0052]
步骤s1.1：在预测处理时，对人体的姿势的进行更新并且获得人体姿势的预测数据；
[0053]
步骤s1.2：在进行校正处理之前，判断接收的测量数据是否为加速度传感器和三轴陀螺仪处于稳定状态下进行采集的，如果是则对当前的人体姿势的预测数据进行校正处理，否则进入下一个预测处理。
[0054]
具体的是，步骤s1.1具体实施为以下步骤：
[0055]
步骤s1.1.1：人体的姿态的演变表示为：其中：
[0056]
q表示人体的姿态的四元数，ω表示人体的角速率，表示四元数的乘法算子；
[0057]
步骤s1.1.2：用q(v)＝[0v
x
vyvz]
t
表示v＝[v
x
vyvz]
t
的四元数形式，人体姿态的四元数表示为：
[0058]
其中：
[0059]qt
和ω
t
为t时刻的四元数额角速率，δt为采样时间；
[0060]
进而，t时刻的真实姿态表示为：其中：
[0061]
表示四元数的当前估计值，δq(at)代表从到真实姿态q
t
的旋转；
[0062]
步骤s1.2.3：将三轴陀螺仪的输出和加速度传感器的输出分别表示为ω
out
和g
out
，并且进行建模：
[0063][0064]gout
＝g+wg；
[0065]
其中：ω和g是真实的角速率和加速度，w
ω
、wg和wb是干扰；
[0066]
步骤s1.2.4：根据加速度传感器和三轴陀螺仪对6个分量的状态向量进行姿势估计，从而获得人体姿势的预测数据。
[0067]
更具体的是，步骤s1.2具体实施为以下步骤：
[0068]
步骤s1.2.1：为了判断是否可以执行校正处理，设定一个移动时间窗，从而检测当前加速度传感器和三轴陀螺仪是否处于稳定状态，移动时间窗的窗口大小表示为：w＝nδt；
[0069]
其中：n表示移动时间窗的样本数；
[0070]
步骤s1.2.2：给定一定的时间瞬间，并且通过以下条件判断是否处于稳定状态：
[0071]
步骤s1.2.2.1：
[0072]
步骤s1.2.2.2：
[0073]
步骤s1.2.2.3：
[0074]
步骤s1.2.2.4：
[0075]
步骤s1.2.2.5：给定一个序列{x
t
}并且并且设以下公式：
[0076][0077]
步骤s1.2.2.6：样本在长度为w的时间窗内通过以下公式进行表达：
[0078][0079]
其中：在同一时间窗内的样本方差，矩阵∑ω和∑g是w的估计协方差矩阵，在初始校准阶段进行计算，参数α，β，γ1，γ2为常数；
[0080]
步骤s1.2.2.1和步骤s1.2.2.2用于保证测量值的方差明显接近于在校准阶段中的测量值的方差；
[0081]
步骤s1.2.2.3和步骤s1.2.2.4用于检查在最后一个w步长中测量到的加速度的幅度是否接近于1，并且假设α＝β＝2，γ1＝γ2＝0.02；
[0082]
从而获得，如果在一个给定的时间内，步骤s1.2.2.1到步骤s1.2.2.4保持不变，则说明当前加速度传感器和三轴陀螺仪是否处于稳定状态，则执行校正处理，否则过滤器不进行校正处理并且直接进入下一个预测处理。
[0083]
优选地，步骤s1中，过滤器还接收来自集成压力计采集的压力数据，并且将压力数据和加速度传感器与三轴陀螺仪采集的测量数据一起进行预测处理和校正处理，从而达到7轴传感。
[0084]
本发明还公开了一种用于元宇宙的可穿戴传感设备的传感方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0085]
步骤t1：如果当前环境处于室外，过滤器接收来自加速度传感器、三轴陀螺仪和磁力计(三轴)各自采集的测量数据，并且进行预测处理和校正处理，从而根据姿态估计对人体的姿态进行重建，进而精准的估计人体的动作姿势；
[0086]
步骤t1.1：在预测处理时，对人体的姿势的进行更新并且获得人体姿势的预测数据；
[0087]
步骤t1.2：在进行校正处理之前，判断接收的测量数据是否为加速度传感器和三轴陀螺仪处于稳定状态下进行采集的，如果是则对当前的人体姿势的预测数据进行校正处理，否则进入下一个预测处理。
[0088]
具体的是，在步骤t1.1中，根据加速度传感器、三轴陀螺仪和磁力计对9个分量的状态向量进行姿势估计，从而获得人体姿势的预测数据。
[0089]
优选地，步骤s1中，过滤器还接收来自集成压力计采集的压力数据，并且将压力数据和加速度传感器、三轴陀螺仪与磁力计采集的测量数据一起进行预测处理和校正处理，从而达到10轴传感。
[0090]
本发明还公开一种用于元宇宙的可穿戴传感设备，应用于所述的一种用于元宇宙的可穿戴传感设备的传感方法。
[0091]
值得一提的是，本发明专利申请涉及的元宇宙和姿态等技术特征应被视为现有技术，这些技术特征的具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本
领域的常规选择即可，不应被视为本发明专利的发明点所在，本发明专利不做进一步具体展开详述。
[0092]
对于本领域的技术人员而言，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。