CN107576335B - 一种基于大空间的惯性动作捕捉变形与扭曲校正方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于大空间的惯性动作捕捉变形与扭曲校正方法和装置，该装置包括：网格划分单元、数据采集设备、空间定位模块、数据处理单元、数据校正服务器，数据处理单元连接到数据采集设备，将网格节点的磁场数据，分线程传输给数据校正服务器；空间定位模块：用于记录所在网格节点的定位信息；磁场数据存储模块：用于记录各个网格节点位置陀螺仪中磁力计数据；数据校正服务器：接收数据处理单元数据，将各个空间位置的陀螺仪的数据校正成空间的实际数据后传输给虚拟角色进行匹配。采用本发明的装置和方法校正后在大空间中的肢体形态变为正常，与测试人员手臂动作能够保持准确一致，避免了变形与扭曲的弊端。
Description
技术领域
本发明涉及虚拟现实技术，尤其涉及的是一种基于大空间的惯性动作捕捉变形与扭曲校正方法和装置。
背景技术
现有惯性动作捕捉技术所使用的底层硬件均为——陀螺仪，用其对人体骨骼进行绑定，然后得到各个主要骨骼的旋转值，从而模拟出人体的整体动作；但是陀螺仪自身拥有的缺陷是会出现惯性漂移，并随着使用时间越久漂移量越大，虽然可以通过陀螺仪中的磁力计进行校准，但在较大空间中磁场会有所变化，磁力计的校准会发生偏移，特别离初始位置越远偏移越大，特别在金属或电子设备较多的环境，受其影响空间磁场波动极大，以至于只需要远离一点初始位置就会出现严重偏移，因此现有的惯性动作捕捉仅限于在较小空间中且磁场稳定的环境中使用，无法大空间中使用。
国内外市场的惯性动作捕捉产品均只适用于小范围空间内使用，一旦在较大空间内移动使用，离初始位置一定距离均会出现陀螺仪漂移与扭曲的现象，造成与之关联的虚拟角色出现动作变形与肢体扭曲等现象，如图1所示：测试人员左右手手臂平伸，对应虚拟角色左手手臂出现严重扭曲呈折叠状，因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种基于大空间的惯性动作捕捉变形与扭曲校正方法和装置。
本发明的技术方案如下：
一种基于大空间的惯性动作捕捉变形与扭曲校正装置，包括：
网格划分单元：用于将大空间在水平平面内进行均匀的网格划分；
数据采集设备：包括九轴陀螺仪，由校正人员手持并保持固定方向，校正人员移动到各个网格节点的位置，采集网格节点的磁场数据；或者采用夹持装置进行夹持后保持固定方向，由自动移位的设备移动到各个网格节点的位置，采集网格节点的磁场数据；
数据处理单元：连接到数据采集设备，将网格节点的磁场数据，分线程传输给数据校正服务器；
空间定位模块：用于记录所在网格节点的定位信息；
磁场数据存储模块：用于记录各个网格节点位置陀螺仪中磁力计数据；
数据校正服务器：接收数据处理单元数据，将各个空间位置的陀螺仪的数据校正成空间的实际数据后传输给虚拟角色进行匹配。
所述的基于大空间的惯性动作捕捉变形与扭曲校正装置，所述网格划分单元将水平平面划分为1m X 1m、1.5m X 1.5m、2m X 2m的正方形网格。
所述的基于大空间的惯性动作捕捉变形与扭曲校正装置，所述自动移位的设备包括机器人或无人机。
所述的基于大空间的惯性动作捕捉变形与扭曲校正装置的方法，包括以下步骤：首先对大空间在水平平面内进行均匀的网格划分，将数据采集设备中的陀螺仪与数据处理单元进行连接，陀螺仪始终保持固定方向，并让空间定位模块能采集到数据采集设备在空间中的准确位置，移动数据采集设备与空间定位模块到空间中网格的各交叉点位置，收集数据采集设备所获得的陀螺仪中磁力计参数，并将其记录在磁场数据存储模块，依次收集各个网格节点的空间位置与对应陀螺仪中磁力计的数据，此时得到空间中各个网格节点的位置的磁力计偏移量矩阵，然后通过数据校正服务器将各个空间位置的陀螺仪的数据校正成空间的实际数据从而得到正确且无偏移的磁力计数据。
采用本发明的装置和方法校正后，在大空间中的肢体形态变为正常，与测试人员手臂动作能够保持准确一致，避免了变形与扭曲的弊端。
附图说明
图1为现有技术没有经过校正的虚拟角色形象照片；
图2为本发明的网格划分示意图；
图3为本发明变形与扭曲校正方法的示意图；图中箭头为磁力计所测试出来的磁力计北方，与实际空间的北方(右侧)有一定角度偏差；
图4为经过本发明方法校正后的虚拟角色形象照片；
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
本发明基于大空间的惯性动作捕捉变形与扭曲校正装置，包括：
网格划分单元：用于将大空间(一般为200平米以上的空间)在水平平面内进行均匀的网格划分；
数据采集设备：包括九轴陀螺仪，由校正人员手持并保持固定方向，校正人员移动到各个网格节点的位置，采集网格节点的磁场数据；或者采用夹持装置对数据采集设备进行夹持后保持固定方向，由自动移位的设备(机器人、无人机等)带动移动到各个网格节点的位置，采集网格节点的磁场数据；
数据处理单元：连接到数据采集设备，将网格节点的磁场数据，分线程传输给数据校正服务器；
空间定位模块：用于记录校正人员或者自动移位的设备所在网格节点的定位信息，该模块可以是主动光学定位或红外定位或地面脚步定位等模式；
磁场数据存储模块：用于记录校正人员或者自动移位的设备所在各个网格节点位置陀螺仪中磁力计数据；
数据校正服务器：接收数据处理单元数据，将各个空间位置的陀螺仪的数据校正成空间的实际数据后传输给虚拟角色进行匹配；
本发明工作流程：首先对大空间在水平平面内进行均匀的网格划分，如图2：1m X1m(1m、1.5m、2m较合适,易于记录磁场变化数据)，将数据采集设备中的陀螺仪与数据处理单元进行连接，陀螺仪始终保持唯一朝向，并让空间定位模块能采集到数据采集设备在空间中的准确位置，移动数据采集设备与空间定位模块到空间中网格的各交叉点位置收集数据采集设备所获得的陀螺仪中磁力计参数，并将其记录在磁场数据存储模块，依次收集各个网格节点的空间位置与对应陀螺仪中磁力计的数据，此时得到空间中各个网格节点的位置的磁力计偏移量矩阵，如图3所示，右侧是空间的北方，蓝色箭头是磁力计所测量出来的磁场北方，然后通过数据校正服务器将各个空间位置的陀螺仪的数据校正成空间的实际数据从而得到正确且无偏移的磁力计数据，并将其传输给虚拟角色进行匹配，从而实现在大空间中对陀螺仪的校准，进而实现全身动作捕捉在大场景中使用的正确性。
如图4所示通过本发明的校准方法后在大空间中的肢体形态变为正常，与测试人员手臂动作能够保持准确一致。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (4)
1.一种基于大空间的惯性动作捕捉变形与扭曲校正装置，其特征在于，包括：
网格划分单元：用于将大空间在水平平面内进行均匀的网格划分；
数据采集设备：包括九轴陀螺仪，由校正人员手持并保持固定方向，校正人员移动到各个网格节点的位置，采集网格节点的磁场数据；或者采用夹持装置进行夹持后保持固定方向，由自动移位的设备移动到各个网格节点的位置，采集网格节点的磁场数据；
数据处理单元：连接到数据采集设备，将网格节点的磁场数据，分线程传输给数据校正服务器；
空间定位模块：用于记录所在网格节点的定位信息；
磁场数据存储模块：用于记录各个网格节点位置陀螺仪中磁力计数据；
数据校正服务器：接收数据处理单元数据，将各个空间位置的陀螺仪的数据校正成空间的实际数据后传输给虚拟角色进行匹配，从而实现在大空间中对陀螺仪的校准，进而实现全身动作捕捉在大场景中使用的正确性。
2.根据权利要求1所述的基于大空间的惯性动作捕捉变形与扭曲校正装置，其特征在于，所述网格划分单元将水平平面划分为1m X 1m、1.5m X 1.5m、2m X 2m的正方形网格。
3.根据权利要求1所述的基于大空间的惯性动作捕捉变形与扭曲校正装置，其特征在于，所述自动移位的设备包括机器人或无人机。
4.根据权利要求1-3任一所述的基于大空间的惯性动作捕捉变形与扭曲校正装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：首先对大空间在水平平面内进行均匀的网格划分，将数据采集设备中的陀螺仪与数据处理单元进行连接，陀螺仪始终保持固定方向，并让空间定位模块能采集到数据采集设备在空间中的准确位置，移动数据采集设备与空间定位模块到空间中网格节点位置，收集数据采集设备所获得的陀螺仪中磁力计参数，并将其记录在磁场数据存储模块，依次收集各个网格节点的空间位置与对应陀螺仪中磁力计的数据，此时得到空间中各个网格节点的位置的磁力计偏移量矩阵，然后通过数据校正服务器将各个空间位置的陀螺仪的数据校正成空间的实际数据后传输给虚拟角色进行匹配，从而实现在大空间中对陀螺仪的校准，进而实现全身动作捕捉在大场景中使用的正确性。
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