CN105563487B - 基于Maya的摄像机器人离线编程方法 - Google Patents
基于Maya的摄像机器人离线编程方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105563487B CN105563487B CN201610087727.7A CN201610087727A CN105563487B CN 105563487 B CN105563487 B CN 105563487B CN 201610087727 A CN201610087727 A CN 201610087727A CN 105563487 B CN105563487 B CN 105563487B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- max
- axis
- people
- cameras
- virtual
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/16—Programme controls
- B25J9/1656—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators
- B25J9/1661—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators characterised by task planning, object-oriented languages
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Robotics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Image Analysis (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于Maya的摄像机器人离线编程方法,不但实现了摄像机器人位置轨迹的设计,同时根据搭载摄像机的型号支持光圈和焦距变化过程的轨迹的设计,不但支持离线轨迹在现实摄像机器人上执行,还支持现实摄像机器人轨迹导入分析,实现了七轴摄像机器人的离线轨迹设计,这弥补了国内目前针对摄像机器人离线轨迹设计这块的空白,此方法还可以很容易改造进行八轴、六轴、五轴、四轴摄像机器人的离线轨迹设计。
Description
技术领域
本发明涉及运动控制和影视拍摄领域,特别是涉及一种基于Maya的摄像机器人离线编程方法。
背景技术
影视特效已经成为当前影视作品中的核心元素,谈起好莱坞大片人们无不津津乐道。然而制作一段即酷又绚的视频特效并不是一件很容易的事情,除了要有技术超群的特效制作大师外,还必须要有技术超前的特效制作工具和辅助设备。摄像机器人运动控制系统(Moco)是一款非常出色的特效设备,它的出现极大的提高了角色克隆、角色编队、群体运动、危险合成等一大批特效的制作效率。为了进一步挖掘摄像机器人在场景规划、特效合成中的能力,我们有必要为摄像机器人运动控制系统寻找一种合适的离线编程的方法。
伴随着机器人事业的兴起,目前市面上出现了很多的机器人离线编程系统和离线编程方法,然而现有技术中的离线编程方法在设计摄像机运动轨迹的过程中,不能同时设计相机光圈和焦距变轨迹,在数字场景中虚拟摄像机器人在运动过程中不能实时查看虚拟相机对应的画面信息。
发明内容
本发明的目的是提出一种能够设计相机光圈和焦距变轨迹,能够实时查看虚拟相机对应的画面信息的基于Maya的摄像机器人离线编程方法。
本发明所述的基于Maya的摄像机器人离线编程方法,包括以下的步骤:
S1:构建摄像机器人的等比例尺虚拟数学三维模型,形成虚拟摄像机器人,所述虚拟摄像机器人包括机械臂、云台板和摄像机;
S2:对虚拟摄像机器人的各个关节、云台板和摄像机进行正向动力学或者反向动力学绑定;
S3:设置虚拟摄像机器人的各个部件的约束条件,包括各个关节的最大旋转值和最小旋转值、云台板的偏移量、摄像机相对于法兰坐标的偏移量以及光圈的极限值;
S4:在虚拟场景中进行摄像机位置、焦距和光圈的轨迹规划;
S5:通过分析虚拟摄像机器人在执行虚拟轨迹时各个关键数据的变化情况,进行虚拟机器人轨迹安全性检查;
S6:对虚拟摄像机器人的空间轨迹进行离散化处理,生成摄像机器人可执行的轨迹文件;
S7:对虚拟摄像机器人进行可达性分析、碰撞分析和加速度分析;
进一步,所述虚拟摄像机器人为七轴虚拟摄像机器人。
进一步,所述步骤S7中的可达性分析包括以下步骤:
S7.11:设置七轴虚拟摄像机器人各轴的可达阈值范围,如式(1)和式(2)所示;记录机器人当前时刻各轴的位置信息,如式(3)所示;
R1min=(A1min,A2min,A3min,A4min,A5min,A6min,E1min) (1)
R1max=(A1max,A2max,A3max,A4max,A5max,A6max,E1max) (2)
W=(A1,A2,A3,A4,A5,A6,E1) (3)
其中,R1min为机器人的可达最小阈值,A1min、A2min、A3min、A4min、A5min、A6min和E1min分别为七个轴各自的可达最小阈值,R1max为机器人的可达最大阈值,A1max、A2max、A3max、A4max、A5max、A6max和E1max分别为七个轴各自的可达最大阈值,W为机器人当前时刻的位置,A1、A2、A3、A4、A5、A6和E1分别为七个轴当前时刻各自的位置;
S7.12:将机器人当前时刻的位置与第1帧至第n帧中所有控制指令的值进行累加得到累加值Cn:
其中,Zi为第i帧控制指令的值,如式(5)所示:
Zi=(A1i,A2i,A3i,A4i,A5i,A6i,E1i) (5)
其中,A1i、A2i、A3i、A4i、A5i、A6i和E1i分别为七个轴的第i帧控制指令的值;
S7.13:进行可达性分析:如果Cn>R1max或者Cn<R1min,那么这条轨迹在第n帧时存在不可达到的可能;否则,那么这条轨迹在第n帧时是可达到的。
进一步,所述步骤S7中的碰撞分析采用包围盒技术实现。
进一步,所述步骤S7中的加速度分析包括以下的步骤:
S7.21:设置七轴虚拟摄像机器人各轴加速度的极限值Dmax:
Dmax=(D1max,D2max,D3max,D4max,D5max,D6max,DE1max) (6)
其中,D1max、D2max、D3max、D4max、D5max、D6max和DE1max分别为七个轴加速度的极限值;
S7.22:计算机器人在运动过程中的加速度D:
D=(D1,D2,D3,D4,D5,D6,DE1) (7)
其中,D=Cn-Cn-1,D1、D2、D3、D4、D5、D6和DE1分别为七个轴的加速度;
S7.23:将D的各分量与Dmax的各分量进行比较,D的各分量中小于Dmax相应分量的分量保留下来,大于或等于Dmax相应分量的分量用Dmax+Cn-1的相应分量替换。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
(1)目前比较成熟的机器人离线编程方法,基本都是针对工业领域的应用而研发,主要使用在焊接、刷漆、组装机、采集、放置等机器人应用领域,这些技术在设计之初就不是针对影视行业而研发,虽然在摄影拍摄的某些应用场景下也可以进行摄像机器人离线编程,但非常的牵强、很难满足影视行业对摄像机器人离线轨迹设计的实际需求。
(2)本发明实现了七轴摄像机器人的离线轨迹设计,这弥补了国内目前针对摄像机器人离线轨迹设计这块的空白,此方法还可以很容易改造进行八轴、六轴、五轴、四轴摄像机器人的离线轨迹设计。
(3)本发明不但实现了摄像机器人位置轨迹的设计,同时根据搭载摄像机的型号支持光圈和焦距变化过程的轨迹的设计。
(4)本发明不但支持离线轨迹在现实摄像机器人上执行,还支持现实摄像机器人轨迹导入分析。
(5)本发明基于主流的影视特效软件Maya实现,针对影视行业的技术人员,学习成本低,容易掌握,特别易于骨骼动画设计人员。
(6)现实摄像机器人使用本发明提供的离线轨迹设计方法设计的离线轨迹,在实际执行过程中位置误差保证在1cm以下,时间误差在30毫秒以内。
附图说明
图1为本发明的七轴摄像机器人的虚拟数学三维模型;
图2为本发明的七轴摄像机器人各个轴的示意图;
图3为本发明的七轴摄像机器人的虚拟轨迹的分析曲线;
图4为本发明的七轴摄像机器人的可执行的轨迹文件示意图。
具体实施方式
下面以七轴摄像机器人的离线编程方法为例介绍本发明的技术方案。
本发明公开了一种基于Maya的摄像机器人离线编程方法,包括以下的步骤:
S1:在Maya中按照等比例尺创建或导入七轴三维摄像机器人空间数字模型;根据七轴摄像机器人在现实中摄像机和机械臂法兰坐标点的笛卡尔坐标偏移量,在虚拟场景中基于机械臂局部坐标系设置摄像机的位置,如图1所示;
S2:在Maya中对七轴虚拟摄像机器人的A1轴、A2轴、A3轴、A4轴、A5轴、A6轴和外部E1轴进行IK或Fk绑定,创建相应的控制柄或手柄,如图2所示;
S3:根据现实中七轴摄像机器人各轴的实际技术参数,设置A1轴、A2轴、A3轴、A4轴、A5轴、A6轴和外部E1轴的约束条件;
S4:根据现实中七轴摄像机器人摄像机的参数,在Maya中设置虚拟相机的各种参数,包括视频帧数、视角等;通过两种方式进行轨迹设计:第一种,在Maya中拖动虚拟相机设定相机位置、光圈、焦距等,记录当前相机位置和相关参数(关键点数据),设置相机运动速度,结合关键点数据生成一条摄像机器人运动轨迹;第二种,在Maya中画一条5维曲线(3维空间、光圈、焦距),让摄像机相沿这条曲线进行拟合运动,生成一条虚拟摄像机的运动轨迹;
S5:对虚拟摄像机的虚拟轨迹进行分析,虚拟摄像机的轨迹可以拆分成9条笛卡尔坐标系下的曲线,针对这9条曲线进行摄像机器人轨迹初步的安全性分析,各轴平滑度的分析,如图3所示,选择了7条曲线进行分析;
S6:生成摄像机器人系统可以实际执行的轨迹文件;由于在Maya中虚拟摄像机的运动轨迹是按照动画的时钟频率设计的,一般是一秒30帧或者25帧,而摄像机器人的时钟频率是12毫秒一帧;文件的基本格式如图4所示;
S7:对虚拟摄像机器人进行可达性分析、碰撞分析和加速度分析。
其中,可达性分析是用于分析摄像机器人在实际执行离线系统生成的轨迹时,检测是否存在有些位置或者姿态无法达到的情况。包括以下步骤:
S7.11:设置七轴虚拟摄像机器人各轴的可达阈值范围,如式(1)和式(2)所示;记录机器人当前时刻各轴的位置信息,如式(3)所示;
R1min=(A1min,A2min,A3min,A4min,A5min,A6min,E1min) (1)
R1max=(A1max,A2max,A3max,A4max,A5max,A6max,E1max) (2)
W=(A1,A2,A3,A4,A5,A6,E1) (3)
其中,R1min为机器人的可达最小阈值,A1min、A2min、A3min、A4min、A5min、A6min和E1min分别为七个轴各自的可达最小阈值,R1max为机器人的可达最大阈值,A1max、A2max、A3max、A4max、A5max、A6max和E1max分别为七个轴各自的可达最大阈值,W为机器人当前时刻的位置,A1、A2、A3、A4、A5、A6和E1分别为七个轴当前时刻各自的位置;
S7.12:将机器人当前时刻的位置与第1帧至第n帧中所有控制指令的值进行累加得到累加值Cn:
其中,Zi为第i帧控制指令的值,如式(5)所示:
Zi=(A1i,A2i,A3i,A4i,A5i,A6i,E1i) (5)
其中,A1i、A2i、A3i、A4i、A5i、A6i和E1i分别为七个轴的第i帧控制指令的值;
S7.13:进行可达性分析:如果Cn>R1max或者Cn<R1min,那么这条轨迹在第n帧时存在不可达到的可能;否则,那么这条轨迹在第n帧时是可达到的。
碰撞分析是检测摄像机器人在实际执行轨迹时是否会出现碰壁的情况,采用包围盒技术实现,Maya自带API。
加速度分析是用于检测摄像机器人在变速运动过程中因惯性而产生的抖动问题,包括以下的步骤:
S7.21:设置七轴虚拟摄像机器人各轴加速度的极限值Dmax:
Dmax=(D1max,D2max,D3max,D4max,D5max,D6max,DE1max) (6)
其中,D1max、D2max、D3max、D4max、D5max、D6max和DE1max分别为七个轴加速度的极限值;
S7.22:计算机器人在运动过程中的加速度D:
D=(D1,D2,D3,D4,D5,D6,DE1) (7)
其中,D=Cn-Cn-1,D1、D2、D3、D4、D5、D6和DE1分别为七个轴的加速度;
S7.23:将D的各分量与Dmax的各分量进行比较,D的各分量中小于Dmax相应分量的分量保留下来,大于或等于Dmax相应分量的分量用Dmax+Cn-1的相应分量替换。
Claims (3)
1.基于Maya的摄像机器人离线编程方法,其特征在于:包括以下的步骤:
S1:构建摄像机器人的等比例尺虚拟数学三维模型,形成虚拟摄像机器人,所述虚拟摄像机器人包括机械臂、云台板和摄像机;
S2:对虚拟摄像机器人的各个关节、云台板和摄像机进行正向动力学或者反向动力学绑定;
S3:设置虚拟摄像机器人的各个部件的约束条件,包括各个关节的最大旋转值和最小旋转值、云台板的偏移量、摄像机相对于法兰坐标的偏移量以及光圈的极限值;
S4:在虚拟场景中进行摄像机位置、焦距和光圈的轨迹规划;
S5:通过分析虚拟摄像机器人在执行虚拟轨迹时各个关键数据的变化情况,进行虚拟机器人轨迹安全性检查;
S6:对虚拟摄像机器人的空间轨迹进行离散化处理,生成摄像机器人可执行的轨迹文件;
S7:对虚拟摄像机器人进行可达性分析、碰撞分析和加速度分析;
所述步骤S7中的可达性分析包括以下步骤:
S7.11:设置七轴虚拟摄像机器人各轴的可达阈值范围,如式(1)和式(2)所示;记录机器人当前时刻各轴的位置信息,如式(3)所示;
R1min=(A1min,A2min,A3min,A4min,A5min,A6min,E1min) (1)
R1max=(A1max,A2max,A3max,A4max,A5max,A6max,E1max) (2)
W=(A1,A2,A3,A4,A5,A6,E1) (3)
其中,R1min为机器人的可达最小阈值,A1min、A2min、A3min、A4min、A5min、A6min和E1min分别为七个轴各自的可达最小阈值,R1max为机器人的可达最大阈值,A1max、A2max、A3max、A4max、A5max、A6max和E1max分别为七个轴各自的可达最大阈值,W为机器人当前时刻的位置,A1、A2、A3、A4、A5、A6和E1分别为七个轴当前时刻各自的位置;
S7.12:将机器人当前时刻的位置与第1帧至第n帧中所有控制指令的值进行累加得到累加值Cn:
其中,Zi为第i帧控制指令的值,如式(5)所示:
Zi=(A1i,A2i,A3i,A4i,A5i,A6i,E1i) (5)
其中,A1i、A2i、A3i、A4i、A5i、A6i和E1i分别为七个轴的第i帧控制指令的值;
S7.13:进行可达性分析:如果Cn>R1max或者Cn<R1min,那么这条轨迹在第n帧时存在不可达到的可能;否则,那么这条轨迹在第n帧时是可达到的。
2.根据权利要求1所述的基于Maya的摄像机器人离线编程方法,其特征在于:所述虚拟摄像机器人为七轴虚拟摄像机器人。
3.根据权利要求2所述的基于Maya的摄像机器人离线编程方法,其特征在于:所述步骤S7中的碰撞分析采用包围盒技术实现。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610087727.7A CN105563487B (zh) | 2016-02-17 | 2016-02-17 | 基于Maya的摄像机器人离线编程方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610087727.7A CN105563487B (zh) | 2016-02-17 | 2016-02-17 | 基于Maya的摄像机器人离线编程方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN105563487A CN105563487A (zh) | 2016-05-11 |
CN105563487B true CN105563487B (zh) | 2018-08-21 |
Family
ID=55874395
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201610087727.7A Active CN105563487B (zh) | 2016-02-17 | 2016-02-17 | 基于Maya的摄像机器人离线编程方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN105563487B (zh) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105869454A (zh) * | 2016-06-02 | 2016-08-17 | 泉港区奇妙工业设计服务中心 | 一种具有高拍仪功能的教育机器人 |
CN106493732A (zh) * | 2016-10-19 | 2017-03-15 | 天津奇幻岛科技有限公司 | 一种使用虚拟三维动画控制游戏机械手臂的方法 |
CN108724190A (zh) * | 2018-06-27 | 2018-11-02 | 西安交通大学 | 一种工业机器人数字孪生系统仿真方法及装置 |
CN109760057A (zh) * | 2019-02-25 | 2019-05-17 | 太仓中科信息技术研究院 | 摄像机器人路径规划的方法及计算机存储介质 |
CN109990183A (zh) * | 2019-03-11 | 2019-07-09 | 太仓中科信息技术研究院 | 一种影视拍摄的工业机器人集成底座移动装置及其应用 |
CN110039511B (zh) * | 2019-03-12 | 2023-07-18 | 华南理工大学 | 一种8轴联动机器人及其控制系统和控制方法 |
CN112116663A (zh) * | 2020-08-20 | 2020-12-22 | 太仓中科信息技术研究院 | 一种摄像机器人离线编程方法、系统及电子设备 |
CN112873166A (zh) * | 2021-01-25 | 2021-06-01 | 之江实验室 | 一种生成机器人肢体动作的方法、装置、电子设备及介质 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4238256B2 (ja) * | 2006-06-06 | 2009-03-18 | ファナック株式会社 | ロボットシミュレーション装置 |
CN100591202C (zh) * | 2008-05-05 | 2010-02-24 | 江苏大学 | 柑橘采摘机器人的柔性采摘装置和方法 |
CN102328315B (zh) * | 2010-07-12 | 2014-01-01 | 深圳华强文化科技集团股份有限公司 | 一种机器人动作仿真的控制方法及装置 |
CN101989079A (zh) * | 2010-08-24 | 2011-03-23 | 北京水晶石数字科技有限公司 | 一种三维软件控制拍摄的系统 |
CN101989076A (zh) * | 2010-08-24 | 2011-03-23 | 北京水晶石数字科技有限公司 | 一种三维软件控制拍摄的方法 |
CN101989075B (zh) * | 2010-08-24 | 2012-06-27 | 北京水晶石数字科技股份有限公司 | 一种三维软件控制演出的方法 |
CN102122172B (zh) * | 2010-12-31 | 2013-03-13 | 中国科学院计算技术研究所 | 机器运动控制的摄像系统及其控制方法 |
CN104227716B (zh) * | 2014-07-25 | 2016-02-24 | 太仓中科信息技术研究院 | 一种基于遥操作的摄像机器人实时控制方法 |
-
2016
- 2016-02-17 CN CN201610087727.7A patent/CN105563487B/zh active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN105563487A (zh) | 2016-05-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105563487B (zh) | 基于Maya的摄像机器人离线编程方法 | |
US20220009100A1 (en) | Software Interface for Authoring Robotic Manufacturing Process | |
Reiners et al. | Augmented reality for construction tasks: Doorlock assembly | |
JP6223122B2 (ja) | 拡張現実のための自動基準フレーム較正 | |
JP6585665B2 (ja) | 仮想オブジェクト表示システム | |
CN102122172B (zh) | 机器运动控制的摄像系统及其控制方法 | |
CN102848389B (zh) | 基于视觉运动捕捉的机械臂标定及跟踪系统实现方法 | |
CN107015530A (zh) | 模拟装置以及模拟方法 | |
CN104796596B (zh) | 一种信息处理方法及电子设备 | |
CN106803271A (zh) | 一种视觉导航无人机的摄像机标定方法及装置 | |
CN106598229A (zh) | 一种虚拟现实场景的生成方法、设备及虚拟现实系统 | |
TW201532010A (zh) | 運動模擬系統控制器及相關方法 | |
US9242379B1 (en) | Methods, systems, and computer readable media for producing realistic camera motion for stop motion animation | |
CN109816687A (zh) | 轮式移动机器人视觉伺服轨迹跟踪并发深度辨识 | |
CN110544314B (zh) | 虚拟现实与仿真模型的融合方法、系统、介质及设备 | |
CN106681343A (zh) | 一种航天器姿态跟踪低复杂度预设性能控制方法 | |
CN105892658A (zh) | 基于头戴显示设备预测头部姿态的方法和头戴显示设备 | |
CN104850700B (zh) | 一种协作式可视化仿真平台 | |
KR20200114856A (ko) | 가상고장 모의훈련 콘텐츠를 이용한 발전소 고장 대비 훈련 시스템 및 방법 | |
CN112306014A (zh) | 一种基于ue4的车间生产仿真及排产调度实现方法 | |
WO2022103680A1 (en) | Binocular pose prediction | |
WO2022103678A1 (en) | Disambiguation of poses | |
Huang et al. | Planning motions and placements for virtual demonstrators | |
CN104574475B (zh) | 一种基于次级控制器的精细动画制作方法 | |
Barna et al. | Open source tools in assembling process enriched with elements of augmented reality |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |