CN110728054B - 一种大型游乐设施乘客位姿数据提取方法及应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型游乐设施乘客位姿数据提取方法，包括：步骤1，在多体运动仿真软件中搭建大型游乐设施的仿真模型和运动模拟；步骤2，利用多体运动仿真软件的物理量跟踪输出功能，在大型游乐设施的仿真模型的乘客位置放置三个位置互不重合且不共线的标记点，通过三个标记点建立并输出跟随大型游乐设施的运动模拟中乘客运动的位姿输出坐标系；步骤3，利用位姿输出坐标系相对于大地全局坐标系的三方向平动和三方向转动位移历程曲线，形成乘客空间六坐标位姿数据，该乘客空间六坐标位姿数据作为提取的大型游乐设施乘客位姿数据。该方法可快速实现任何数据量大、动作复杂的大型游乐设施乘客的位姿提取，具有高效、简易、实操性强的优点。

Description

一种大型游乐设施乘客位姿数据提取方法及应用方法

技术领域

本发明涉及游乐设施的乘客数据获取领域，尤其涉及一种大型游乐设施乘客位姿数据提取方法及应用方法。

背景技术

在游乐设施(尤其是大型游乐设施)领域，测量获取乘客的实时位置姿态、用于后续VR交互影片调试，游乐设备效果、技术指标评估，或室内模拟型交互游乐设备的设计调试是其发展的一个重要方向；而乘客实时位置姿态数据的获取、通常是使用加速度仪配合陀螺仪等惯性测量装置进行采集，由于惯性测量装置本身的一些固有缺点，采集的数据往往噪音大、漂移严重，而且要经滤波处理方可使用、但有时测量位姿仍然和真实位姿存在较大误差。

发明内容

基于现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种大型游乐设施乘客位姿数据提取方法及应用方法，能解决现有利用惯性测量装置采集乘客实时位置姿态数据，存在数据噪音大、漂移严重，要经滤波处理方可使用、但有时测量位姿仍然和真实位姿存在较大误差的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施方式提供一种大型游乐设施乘客位姿数据提取方法，包括：

步骤1，在多体运动仿真软件中搭建尺寸精准的大型游乐设施的虚拟样机仿真模型；

步骤2，在所述步骤1搭建的所述大型游乐设施的虚拟样机仿真模型的乘客位置放置位置互不重合且不共线的三个标记点，通过所述三个标记点建立跟随所述大型游乐设施乘客运动的位姿输出坐标系标记点；利用所述多体运动仿真软件的物理量跟踪输出功能，在数值仿真前建立该乘客位姿输出坐标系标记点的三方向平动位移测量和三方向RPY转角测量，在所述虚拟样机仿真模型仿真运行过程中，对所建立的测量同步进行跟踪解算，仿真运行完成后得到所述虚拟样机仿真模型的测量数据；

步骤3，利用所述步骤2得到的所述虚拟样机仿真模型的测量数据，得出所述位姿输出坐标系相对于大地全局坐标系的三方向平动和三方向转动位移历程曲线数据，来形成乘客空间六坐标位姿数据，该乘客空间六坐标位姿数据作为提取的大型游乐设施乘客位姿数据。

本发明实施方式还提供一种大型游乐设施乘客位姿数据应用方法，包括：

步骤a，获取实体的大型游乐设施的乘客位姿数据；

步骤b，在效果调试软件中，用步骤a获取的所述乘客位姿数驱动虚拟镜头或视角标记点的运动；

步骤c，所述虚拟镜头或视角标记点的运动再关联驱动所建的影片画面帧，得到与视角标记点相适应的最佳画面帧的角度和位置配置；

步骤d，将调整后的各帧画面进行时程输出后应用于对应所述大型游乐设施的VR头盔场景或其他视听画面。

本发明实施方式进一步提供一种大型游乐设施乘客位姿数据应用方法，包括：

步骤a1，获取实体的大型游乐设施乘客位姿数据；

步骤b1，根据所述步骤a1)获取的乘客位姿数据，以实现所述乘客位姿数据逆向复原为基准设计模拟体验小平台的关节链自由度和动作方案；

步骤c1，初步设计的模拟体验小平台的概念尺寸模型完成后，将所述步骤a1)获取的乘客位姿数据再次输入逆向驱动模拟体验小平台的末端运动，并数值解算出所述模拟体验小平台各关节的运动范围和动力数据；

步骤d1，按照所述步骤c1)得到的关节的运动范围和动力数据设计所述模拟体验小平台各关节的结构尺寸并确定动力类型。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的大型游乐设施乘客位姿数据提取方法和应用，其有益效果为：

借助多体运动仿真软件能快速实时获取乘客位姿数据，获取位姿的多体动力学样机仿真模型要能完全等效于实物样机；通过测量跟随乘客运动的位姿输出坐标系的平动和RPY转角位移实现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的大型游乐设施乘客位姿数据提取方法流程图；

图2为本发明实施例提供的大型游乐设施乘客运动的位姿输出坐标系示意图；

图3为本发明实施例提供的大摆锤乘客位姿数据的提取样例示意图。

具体实施方式

下面结合本发明的具体内容，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

如图1所示，本发明实施例提供一种大型游乐设施乘客位姿数据提取方法，包括：

步骤1，在多体运动仿真软件中搭建尺寸精准的大型游乐设施的虚拟样机仿真模型；

步骤2，在所述步骤1搭建的所述大型游乐设施的虚拟样机仿真模型的乘客位置放置位置互不重合且不共线的三个标记点，通过所述三个标记点建立跟随所述大型游乐设施乘客运动的位姿输出坐标系标记点；利用所述多体运动仿真软件的物理量跟踪输出功能，在数值仿真前建立该乘客位姿输出坐标系标记点的三方向平动位移测量和三方向RPY转角测量，在所述虚拟样机仿真模型仿真运行过程中，对所建立的测量同步进行跟踪解算，仿真运行完成后得到所述虚拟样机仿真模型的测量数据(参见图2)；

步骤3，利用所述步骤2得到的所述虚拟样机仿真模型的测量数据，得出所述位姿输出坐标系相对于大地全局坐标系的三方向平动和三方向转动位移历程曲线数据，来形成乘客空间六坐标位姿数据，该乘客空间六坐标位姿数据作为提取的大型游乐设施乘客位姿数据。

上述提取方法中，在多体运动仿真软件中搭建的大型游乐设施为：过山车、大摆锤和六自由度平台中的任一种；也可以是其他的大型游乐设施。

所述多体运动仿真软件采用多体动力学软件。如MSC.ADAMS或功能类同的动力学仿真软件均可。

上述提取方法中，在所述大型游乐设施的仿真模型的乘客位置放置位置互不重合且不共线的三个标记点为：

在乘客刚体中心点处放置一中心标记点D0，其余两标记点D1、D2和中心标记点D0连线应分别能定位头部和手部方向。

上述提取方法中，通过所述三个标记点建立跟随所述大型游乐设施乘客运动的位姿输出坐标系为：

中心标记点D0为原点，中心标记点D0和一个标记点D1定向坐标系Y轴、中心标记点D0和另一个标记点D2定向坐标系Z轴，由YZ轴方向、右手定则确定坐标系X轴。

上述提取方法中，位姿转角坐标系是以RPY角表示的坐标系。

本发明实施例还提供一种大型游乐设施乘客位姿数据应用方法，上述方法提取的大型游乐设施乘客位姿数据，用于制作调试对应该大型游乐设施同步虚拟视听影片的画面动作或场景，包括以下步骤：

步骤a，获取实体的大型游乐设施的乘客位姿数据；

步骤b，在效果调试软件中，用步骤a获取的所述乘客位姿数驱动虚拟镜头或视角标记点的运动；

步骤c，所述虚拟镜头或视角标记点的运动再关联驱动所建的影片画面帧，得到与视角标记点相适应的最佳画面帧的角度和位置配置；

步骤d，将调整后的各帧画面进行时程输出后应用于对应所述大型游乐设施的VR头盔场景或其他视听画面。

上述应用方法的步骤a中，所述大型游乐设施的虚拟样机仿真模型为：过山车、大摆锤和六自由度平台中的任一种。

上述应用方法的步骤b中，所述的效果调试软件采用Maya或3dMax。

本发明实施例进一步还提供一种大型游乐设施乘客位姿数据应用方法，上述提取方法所提取的大型游乐设施乘客位姿数据，用于逆向设计对应模拟该大型游乐设施效果的模拟体验小平台的自由度和动作，包括以下步骤：

步骤a1，获取实体的大型游乐设施乘客位姿数据；

步骤b1，根据所述步骤a1)获取的乘客位姿数据，以实现所述乘客位姿数据逆向复原为目标，设计模拟体验小平台的关节链自由度和动作方案；具体是在CAD软件中设计，然后再导入多体动力学软件中建立对应仿真模型；

步骤c1，初步设计的模拟体验小平台的概念尺寸模型完成后，将所述步骤a1)获取的乘客位姿数据再次输入逆向驱动模拟体验小平台的末端运动，并数值解算出所述模拟体验小平台各关节的运动范围和动力数据；

步骤d1，按照所述步骤c1)得到的关节的运动范围和动力数据设计所述模拟体验小平台各关节的结构尺寸并确定动力类型。

本发明提取方法是一种借助多体运动仿真软件(MSC.ADAMS或功能类同的动力学仿真软件均可)进行大型游乐设施的虚拟样机运动模拟(虚拟样机仿真模型中建立乘客刚体位姿标记跟踪坐标系)，然后输出乘客位姿标记坐标系(相对于大地全局坐标系)空间6坐标位移(三方向平动位移，三方向RPY转角位移)、来快速获取大型游乐设备乘客对应位姿的实时虚拟提取方法；提取得到的乘客位姿数据能应用到制作调试同步虚拟视听影片画面动作或场景，以及逆向设计大型游乐设施对应的模拟体验小平台的自由度和动作。

由于目前对乘客位姿的实物测量方式主要有光学式、电磁式和机械式方法，此三种测量方法均需在被测对象上布置发射或测量标识(光、磁标识点或MEMS传感器等)，然后测量装置记录传感器的状态改变量转换为对应的数据量实现位姿的测量获取。而本申请的提取方法相较于现有实物仪器提取方式，是一种虚拟实时提取方法，无需采购任何硬件设备；而相较于一些繁琐、实际应用性不太强的手工理论计算或视频数据分析的(乘客位姿)虚拟提取方法(数据运算量有限)，该方法可快速实现任何数据量大、动作复杂的大型游乐设施乘客的位姿提取，具有高效、简易、实操性强的优点，在游乐设施领域具备应用推广价值。

下面对本发明实施例大摆锤乘客位姿提取作进一步地详细描述。

本实施例提供一种大型游乐设施乘客位姿数据提取方法，包括以下步骤：

步骤a)、根据CAD三维设计模型文件，在多体动力学软件中建立大摆锤的虚拟样机仿真模型，建立好各种连接和运动关系后，进行数值运行试算；

步骤b)、待数值运行试算通过后，在乘客位置处建立前述的位姿跟随坐标系marker_a、并建立和该marker_a位置重合的大地绝对坐标系marker_b；

步骤c)、动力关节处进行实际的控制驱动后再次运行仿真计算；

步骤d)、仿真计算完成后，对步骤b建立的位姿跟随坐标系marker_a建立相对于marker_b的x\y\z三方向平动位移测量和RPY转角测量；

步骤e)、对步骤d的六个位移测量值进行数据输出即得到大摆锤的乘客空间6方向位姿数据，图示3即为建立的大摆锤虚拟样机仿真模型和得到的该样机的乘客位姿数据。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种大型游乐设施乘客位姿数据提取方法，其特征在于，包括：

步骤1，在多体运动仿真软件中搭建尺寸精准的大型游乐设施的虚拟样机仿真模型；

步骤2，在所述步骤1搭建的所述大型游乐设施的虚拟样机仿真模型的乘客位置放置位置互不重合且不共线的三个标记点，通过所述三个标记点建立跟随所述大型游乐设施的乘客运动的位姿输出坐标系标记点；利用所述多体运动仿真软件的物理量跟踪输出功能，在数值仿真前建立该乘客位姿输出坐标系标记点的三方向平动位移测量和三方向RPY转角测量，在所述虚拟样机仿真模型仿真运行过程中，对所建立的测量同步进行跟踪解算，仿真运行完成后得到所述虚拟样机仿真模型的测量数据；

步骤3，利用所述步骤2得到的所述虚拟样机仿真模型的测量数据，得出所述位姿输出坐标系相对于大地全局坐标系的三方向平动和三方向转动位移历程曲线数据，来形成乘客空间六坐标位姿数据，该乘客空间六坐标位姿数据作为提取的大型游乐设施乘客位姿数据。

2.根据权利要求1所述的大型游乐设施乘客位姿数据提取方法，其特征在于，所述方法中，在多体运动仿真软件中搭建尺寸精准的大型游乐设施的虚拟样机仿真模型为：过山车、大摆锤和六自由度平台中的任一种；

所述多体运动仿真软件采用多体动力学软件。

3.根据权利要求1或2所述的大型游乐设施乘客位姿数据提取方法，其特征在于，所述方法中，在所述大型游乐设施的仿真模型的乘客位置放置位置互不重合且不共线的三个标记点为：

在乘客刚体中心点处放置一中心标记点D0，其余两标记点D1、D2和中心标记点D0连线能分别定位乘客的头部和手部方向。

4.根据权利要求3所述的大型游乐设施乘客位姿数据提取方法，其特征在于，所述方法中，通过所述三个标记点建立跟随所述大型游乐设施的虚拟样机仿真模拟中乘客运动的位姿输出坐标系为：

中心标记点D0为原点，中心标记点D0和一个标记点D1定向坐标系Y轴、中心标记点D0和另一个标记点D2定向坐标系Z轴，由YZ轴方向、右手定则确定坐标系X轴。

5.根据权利要求1或2所述的大型游乐设施乘客位姿数据提取方法，其特征在于，所述方法中，三方向RPY转角测量中，采用的是以RPY角表示的位姿转角。

6.一种大型游乐设施乘客位姿数据应用方法，其特征在于，用于制作调试对应该大型游乐设施同步虚拟视听影片的画面动作或场景，包括：

步骤a，采用权利要求1-5任一项所述的大型游乐设施乘客位姿数据提取方法获取实体的大型游乐设施的乘客位姿数据；

步骤b，在效果调试软件中，用所述步骤a获取的所述乘客位姿数据驱动虚拟镜头或视角标记点的运动；

步骤c，所述虚拟镜头或视角标记点的运动再关联驱动所建的影片画面帧，得到与虚拟镜头或视角标记点相适应的最佳画面帧的角度和位置配置；

步骤d，将调整后的各帧画面进行时程输出后应用于对应所述大型游乐设施的VR头盔场景或其他视听画面。

7.根据权利要求6所述的大型游乐设施乘客位姿数据应用方法，其特征在于，所述步骤a中，所述大型游乐设施的虚拟样机仿真模型为：过山车、大摆锤和六自由度平台中的任一种。

8.根据权利要求6或7所述的大型游乐设施乘客位姿数据应用方法，其特征在于，所述步骤b中，所述的效果调试软件采用Maya或3dMax。

9.一种大型游乐设施乘客位姿数据应用方法，其特征在于，用于逆向设计对应模拟该大型游乐设施效果的模拟体验小平台的自由度和动作，包括：

步骤a1，采用权利要求1-5任一项所述的大型游乐设施乘客位姿数据提取方法获取实体的大型游乐设施乘客位姿数据；

步骤b1，根据所述步骤a1)获取的乘客位姿数据，以实现所述乘客位姿数据逆向复原为目标，设计模拟体验小平台的关节链自由度和动作方案；

步骤c1，初步设计的模拟体验小平台的概念尺寸模型完成后，将所述步骤a1)获取的乘客位姿数据再次输入逆向驱动模拟体验小平台的末端运动，并数值解算出所述模拟体验小平台各关节的运动范围和动力数据；

步骤d1，按照所述步骤c1)得到的关节的运动范围和动力数据设计所述模拟体验小平台各关节的结构尺寸并确定动力类型。

Images