CN101739715A - 基于运动捕捉的三维视频仿真制作平台及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于运动捕捉数据库进行视频仿真制作平台及制作方法；该平台包括：高精细标定仪、近红外高感度摄像机、多路视频控制器，用于汇总高精细标定仪、近红外高感度摄像机传输的动作数据并进行格式转换；高性能三维运动数据捕捉工作站，将多路数字格式数据进行数据处理，并利用三维构型软件制作运动体的数字化“角色模型”，以捕捉到的动作数据驱动“角色模型”；高性能三维工作站，根据“角色模型”的运动轨迹，生成新的三维视频。本发明采用光学式运动捕捉系统，满足精确度、稳定性、应用弹性方面的高标准要求，搭建完善的运动捕捉系统平台，是一种成本低、人工干预性小，能够保证实时性和精度的视频仿真制作平台。

Description

基于运动捕捉的三维视频仿真制作平台及制作方法

技术领域：

本发明涉及一种三维视频仿真平台，特别涉及一种基于运动捕捉进行三维视频仿真制作平台及制作方法。

背景技术：

运动捕捉(MotionCapture)是指通过传感设备记录运动体在三维空间中的运动轨迹，并将其转化为抽象运动数据，然后根据这些数据驱动虚拟运动体运动。为了达到虚拟运动体运动与控制的目的，通常还需要对运动捕捉数据进行编辑与合成。

目前，运动捕捉主要有机械式、电磁式、声学式，其中机械式运动捕捉：依靠机械装置来跟踪和测量运动，典型的系统由多个关节和刚性连杆组成。在可转动的关节中装有角度传感器，可以测得关节转动角度的变化。依据这些角度和模型的机械尺寸可计算出模型的姿态，将这些姿态数据传给动画软件，使其中的角色模型也做出一样的姿态。其缺点是：使用不便；使用目的专一；机械结构对动作阻碍和限制很大。电磁式运动捕捉：该系统一般由发射源、接收传感器和数据处理单元组成。发射源在空间产生按一定时空规律分布的电磁场；接收传感器(通常有10～20个)安置在运动体的关键部位，通过电缆与数据处理单元相连，随着运动体的活动在电磁场中运动，并将接收到的信号传送给处理单元，由此可以解算出每个传感器的空间位置和方向。其缺点是：对环境要求严格，场地附近不能有金属物品，否则会造成电磁场畸变，影响精度；电缆对活动限制较大，不适用于比较剧烈的运动；采样速率较低，对于一些高速运动，如体育运动，采样速度不能满足要求。声学式运动捕捉：常用的声学式运动捕捉装置由发送器、接收器和处理单元组成。发送器是固定的超声波发生器；接收器一般由呈三角形排列的三个超声探头组成，通过测量声波从发送器到接收器的时间，系统就可以计算并确定发送器的位置和方向。其缺点是：对运动的捕捉有较大延迟和滞后，精度差；声源和接收器之间不能有遮挡，受噪声等干扰较大，系统扩展困难；由于空气中声波的速度与气压、湿度、温度有关，还必须在算法中做出相应的补偿。

发明内容：

为了解决上述存在的问题，本发明提供降低成本和减小人工干预性，保证实时性和精度的一种基于运动捕捉数据库进行视频仿真制作平台及制作方法；本发明的目的是通过技术方案实现的：

基于运动捕捉数据库进行视频仿真制作平台，其特征在于：该平台包括：

高精细标定仪，用于对待捕捉对象进行定位；

近红外高感度摄像机，用于对待捕捉对象进行拍摄；

多路视频控制器，用于汇总高精细标定仪、近红外高感度摄像机传输的动作数据，将模拟格式数据转换成数字格式；

高性能三维运动数据捕捉工作站，将多路数字格式数据进行数据处理，并利用三维构型软件制作运动体的数字化“角色模型”，以捕捉到的动作数据驱动“角色模型”；

高性能三维工作站，根据“角色模型”的运动轨迹，生成新的三维视频。

基于运动捕捉数据库进行视频仿真制作方法，步骤如下：

首先设置高精细标定仪、近红外高感度摄像机的数量、位置和角度，并对系统进行安装调试；

在运动体上合理的位置贴上Marker，用无线发射接收装置来控制这些Marker点依次发光，高精细标定仪、近红外高感度摄像机对发光的Marker进行采集；

将采集数据进行二维数据到三维数据的转换，生成Marker点三维数据；

应用设备参数对Marker空间坐标进行修正处理，得到精确的Marker点三维数据；

根据标准运动参数对建好的运动体模型进行驱动，仿真生成标准姿态视频。

本发明的有益效果：本发明采用光学式运动捕捉，通过对目标上特定光点的监视和跟踪来完成运动捕捉的任务。对于空间的任意一个点，只要能同时被两台摄像机所见，则根据同一瞬间两台摄像机所拍摄的图像和相机参数，即可确定这一时刻该点的空间位置。当相机以足够高的速率连续拍摄时，从图像序列中就可以得到该点的运动轨迹。优点：活动范围大，无电缆、机械装置的限制，使用方便；采样速率较高，可以满足多数体育运动测量的需要；跟踪标志(Marker)价格便宜，便于扩充。光学式运动捕捉在精确度、稳定性、应用弹性方面比机械式、电磁式、声学式具有更高的指标。本发明采用光学式运动捕捉系统，满足精确度、稳定性、应用弹性方面的高标准要求，搭建完善的运动捕捉系统平台；采用综合信号处理、独立插值、时空约束技术，得到一种新的运动数据编辑方法；开发运动库并提取基元库，进行聚类分析并建立概率转移模型，以此更加便捷的得到运动视频图像，本发明是一种成本低、人工干预性小，能够保证实时性和精度的视频仿真制作平台。

附图说明：

图1是基于运动捕捉的三维视频仿真制作平台的结构示意图；

图2是基于运动捕捉的三维视频仿真制作方法的流程图。

具体实施方式：

基于运动捕捉数据库进行视频仿真制作平台，如图1所示：该平台包括：

高精细标定仪，用于对待捕捉对象进行定位，

近红外高感度摄像机，用于对待捕捉对象进行拍摄，

多路视频控制器，用于汇总高精细标定仪、近红外高感度摄像机传输的动作数据，将模拟格式数据转换成数字格式；

高性能三维运动数据捕捉工作站，将多路数字格式数据进行数据处理，并利用三维构型软件制作运动体的数字化“角色模型”，以捕捉到的动作数据驱动“角色模型”；

高性能三维工作站，根据“角色模型”的运动轨迹，生成新的三维视频。

基于运动捕捉数据库进行视频仿真制作方法，其步骤如下：

首先设置高精细标定仪、近红外高感度摄像机的数量、位置和角度，并对系统进行安装调试；

在运动体上合理的位置贴上Marker，用无线发射接收装置来控制这些Marker点依次发光，通过主机与从机间的同步来保证采集数据的时序性，让所有高精细标定仪、近红外高感度摄像机对发光的Marker进行采集，不漏采也不重采，将数据传送到上位PC机进行后续处理，将采集数据进行二维数据到三维数据的转换，生成Marker点三维数据；

应用设备参数对Marker空间坐标进行修正处理，得到精确的Marker点三维数据；

根据标准运动参数对建好的运动体模型进行驱动，仿真生成标准姿态视频。

Claims (2)

1.基于运动捕捉数据库进行视频仿真制作平台，其特征在于：该平台包括：

高精细标定仪，用于对待捕捉对象进行定位；

近红外高感度摄像机，用于对待捕捉对象进行拍摄；

多路视频控制器，用于汇总高精细标定仪、近红外高感度摄像机传输的动作数据，将模拟格式数据转换成数字格式；

高性能三维运动数据捕捉工作站，将多路数字格式数据进行数据处理，并利用三维构型软件制作运动体的数字化“角色模型”，以捕捉到的动作数据驱动“角色模型”；

高性能三维工作站，根据“角色模型”的运动轨迹，生成新的三维视频。

2.基于运动捕捉数据库进行视频仿真制作方法，其特征在于：步骤如下：

首先设置高精细标定仪、近红外高感度摄像机的数量、位置和角度，并对系统进行安装调试；

在运动体上合理的位置贴上Marker，用无线发射接收装置来控制这些Marker点依次发光，高精细标定仪、近红外高感度摄像机对发光的Marker进行采集；

将采集数据进行二维数据到三维数据的转换，生成Marker点三维数据；

应用设备参数对Marker空间坐标进行修正处理，得到精确的Marker点三维数据；

根据标准运动参数对建好的运动体模型进行驱动，仿真生成标准姿态视频。

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