CN112043276A - 一种肢体长度的测量方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种肢体长度的测量方法和肢体长度的测量装置。在本发明实施例中，获取所述肢体的旋转角度，获取所述肢体的运动位移，采用所述旋转角度与所述运动位移，便可自动计算得到所述肢体的长度，本发明无需人工进行测量及输入，大大提升了人体虚拟模型的构建效率，另外，减少了误差，能使人体虚拟模型更接近使用者实际的身体。

Description

一种肢体长度的测量方法和装置

技术领域

本发明涉及肢体长度测量技术领域，特别是涉及一种肢体长度的测量方 法和一种肢体长度的测量装置。

背景技术

虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，其利 用计算机生成一种模拟环境，使用户沉浸到该环境中。虚拟现实技术利用现 实生活中的数据，通过计算机技术产生的电子信号，将其与各种输出设备结 合使其转化为能够让人们感受到的现象，这些现象可以是现实中真真切切的 物体，也可以是我们肉眼所看不到的物质，通过三维模型表现出来。

虚拟现实的场景中，惯性动捕是利用惯性传感器进行的全身动作捕捉， 目标是使用户的动作能正确映射到虚拟空间的人体模型上。在开始进行动捕 之前，用户需要根据自己身体情况为人体模型设定大小，以保证动作映射的 准确性。目前的动捕设备系统，都是依靠预先输入使用者的身体数据来生成 虚拟模型。输入类型可以分为详细输入和模糊输入两种。详细输入是指使用 者需要输入自身每一段肢体的长度，例如臂展、腿长等，来保证生成模型的 准确性。但一个模型有十几段肢体，多次的测量和输入是一件十分麻烦的事情，会大大增加用户的使用成本；模糊输入是指使用者只需输入自身的一两 个人体参数，例如身高、体重，就能生成一个泛用模型。虽然数据输入量降 低了不少，但模型的效果还是会受到影响。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明实施例以便提供一种克服上述问题或者至 少部分地解决上述问题的一种肢体长度的测量方法和相应的一种肢体长度 的测量装置。

为了解决上述问题，本发明实施例公开了一种肢体长度的测量方法，所 述方法包括：

获取所述肢体的旋转角度；

获取所述肢体的运动位移；

采用所述旋转角度与所述运动位移，计算得到所述肢体的长度。

可选地，获取所述肢体的旋转角度的步骤包括：

确定所述肢体的姿态值；

采用所述姿态值，计算得到所述肢体的旋转量；

采用所述肢体的旋转量，计算得到所述肢体的旋转角度。

可选地，确定所述肢体的姿态值的步骤包括：

获取所述肢体运动的加速度值；

获取所述肢体运动的角速度值；

获取所述环境磁场参数；

采用所述加速度值、角速度值、环境磁场参数，计算得到所述肢体的姿 态值。

可选地，所述获取所述肢体的运动位移的步骤包括：

获取所述肢体运动的加速度值；

采用所述加速度值，计算得到所述肢体的运动位移。

可选地，采用所述旋转角度与所述运动位移，计算得到所述肢体的长度 的步骤包括：

采用所述旋转角度与所述运动位移，计算得到旋转半径；

将所述旋转半径确定为所述肢体的长度。

本发明实施例还公开了一种肢体长度的测量装置，所述装置包括：

旋转角度获取模块，用于获取所述肢体的旋转角度；

运动位移获取模块，用于获取所述肢体的运动位移；

肢体长度计算模块，用于采用所述旋转角度与所述运动位移，计算得到所述 肢体的长度。

可选地，所述旋转角度获取模块包括：

姿态值确定子模块，用于确定所述肢体的姿态值；

旋转量计算子模块，用于采用所述姿态值，计算得到所述肢体的旋转量；

旋转角度计算子模块，用于采用所述肢体的旋转量，计算得到所述肢体 的旋转角度。

可选地，所述姿态值确定子模块包括：

加速度值获取单元，用于获取所述肢体运动的加速度值；

角速度值获取单元，用于获取所述肢体运动的角速度值；

环境磁场参数获取单元，用于获取所述环境磁场参数；

姿态值计算单元，用于采用所述加速度值、角速度值、环境磁场参数， 计算得到所述肢体的姿态值。

可选地，所述运动位移获取模块包括：

加速度值获取子模块，用于获取所述肢体运动的加速度值；

运动位移获取子模块，用于采用所述加速度值，计算得到所述肢体的运 动位移。

可选地，所述肢体长度计算模块包括：

旋转半径计算子模块，用于采用所述旋转角度与所述运动位移，计算得 到旋转半径；

肢体长度确定子模块，用于将所述旋转半径确定为所述肢体的长度。

本发明实施例包括以下优点：在本发明实施例中，获取所述肢体的旋转 角度，获取所述肢体的运动位移，采用所述旋转角度与所述运动位移，便可 自动计算得到所述肢体的长度，本发明无需人工进行测量输入，大大提升了 人体虚拟模型的构建效率，另外，减少了误差，能使人体虚拟模型更接近使 用者实际的身体。

附图说明

图1是本发明的一种肢体长度的测量方法实施例一的步骤流程图。

图2是测量小臂长度对应的预设动作示意图。

图3是测量上臂长度对应的预设动作示意图。

图4是测量小腿长度对应的预设动作示意图。

图5是测量大腿长度对应的预设动作示意图。

图6是测量头部与脖子长度对应的预设动作示意图。

图7是测量背部长度对应的预设动作示意图。

图8是本发明的一种肢体长度的测量装置实施例一的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图 和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1，示出了本发明的一种肢体长度的测量方法实施例一的步骤流 程图，具体可以包括如下步骤：

步骤101，获取所述肢体的旋转角度；

本发明可通过多个放置于身体各个部位的惯性传感器来获取人体运动 数据。具体地，所述惯性传感器具体可放置于人体的头部的顶部、背部、胯 部、左右肩部、左右上臂的肘部、左右小臂的手腕、左右手的手指末端、左 右大腿的膝盖、左右小腿脚腕和左右脚的脚掌末端等。所述惯性传感器包括 三轴陀螺仪，三轴加速度计和三轴磁力计。

当所述惯性传感器布置完成后，只需要其他肢体保持不动，待测量肢体 完成预设动作，惯性传感器便能够完成该待测量肢体的数据的获取，以此类 推，当所有的肢体的运动数据完成获取后，便可计算出所有肢体的长度，在 虚拟场景中构建出一个准确的人体模型。

在本发明的一种可选实施例中，首先获取所述肢体的旋转角度，其步骤 可以包括：

子步骤1011，确定所述肢体的姿态值；

确定所述肢体的姿态值的步骤包括：

获取所述肢体运动的加速度值；

获取所述肢体运动的角速度值；

获取所述环境磁场参数；

采用所述加速度值、角速度值、环境磁场参数，计算得到所述肢体的姿 态值。

所述姿态值代表着三维空间的旋转信息及定向信息，可采用四元数来表 示。所述肢体运动的加速度值可采用三轴陀螺仪测量，所述肢体运动的角速 度值可采用三轴加速度计测量，所述环境磁场参数可采用三轴磁力计测量。 当所述加速度值、角速度值、环境磁场参数完成采集后，利用姿态值计算算 法，便可计算得到所述肢体的姿态值。

子步骤1012，采用所述姿态值，计算得到所述肢体的旋转量；

当计算出姿态值后，可采用所述姿态值计算肢体的旋转量，具体的计算 公式为：

q_r(i+1)＝q_i ^-1*q_i+1

在肢体运动过程中，惯性传感器持续不断地进行数据的采样。

其中，

i为采样序号；

q_i为第i次取样时的姿态值；

q_i+1为第i+1次取样时的姿态值；

q_r(i+1)为从第i次采样到第i+1次采样，肢体的旋转量。

子步骤1013，采用所述肢体的旋转量，计算得到所述肢体的旋转角度。

具体的，所述肢体的旋转角度的计算公式为：

θ_i＝arccos(q_ri.w)

其中，

q_ri为第i-1次采样到第i次采样，肢体的旋转量；

w为所述旋转量的实部；

θ_i为为第i-1次采样到第i次采样，肢体的旋转角度。

步骤102，获取所述肢体的运动位移；

在本发明实施例中，所述运动位移为肢体末端的运动位移，获取所述肢 体的运动位移的步骤可以包括：

子步骤1021，获取所述肢体运动的加速度值；

子步骤1022，采用所述加速度值，计算得到所述肢体的运动位移。

具体的，所述肢体的运动位移的计算公式为：

其中，

Δt为采样时间；

v_i为在第i次采样时，肢体的运动速度；

v₀为未开始采样时，肢体的运动速度；

a_i为在第i次采样时，肢体的运动加速度；

a_i+1在第i+1次采样时，肢体的运动加速度；

v_i+1为在第i+1次采样时，肢体的运动速度；

s₀为未开始采样时，肢体的运动位移；

s_i为在第i-1次采样到第i次采样，肢体的运动位移；

s_i+1为第i次采样到第i+1次取样，肢体的运动位移。

步骤103，采用所述旋转角度与所述运动位移，计算得到所述肢体的长 度。

其中，采用所述旋转角度与所述运动位移，计算得到所述肢体的长度的 步骤包括：

子步骤1031，采用所述旋转角度与所述运动位移，计算得到旋转半径；

子步骤1032，将所述旋转半径确定为所述肢体的长度。

当肢体旋转时，肢体扫过的图形为扇形，在得到肢体运动的旋转角度与 运动位移后，采用扇形半径计算公式便可计算得到旋转半径，即，所述肢体 的长度。

在惯性传感器采样了多次数据，计算得到多组的肢体长度后，可通过平 均法或者分布曲线拟合法求得最终的肢体的长度，以减少误差的影响。

图2示出了对小臂的长度进行测量时，使用者需要尽量保持上臂不动， 匀速、来回移动小臂和手部，手部旋转角度应该和小臂相同。小臂的长度为 旋转半径。

图3示出了对上臂的长度进行测量时，使用者需要尽量保持肩部不动， 匀速、来回移动整个手臂(上臂、小臂以及手部)，整个手臂的旋转角度保 持一致。上臂的长度为旋转半径减去小臂长度。

图4示出了对小腿的长度进行测量时，使用者需要尽量大腿不动，匀速、 来回移动小腿与脚部，小腿与脚部的旋转角度保持一致。小腿的长度为小腿 半径。

图5示出了对大腿的长度进行测量时，使用者需要尽量保持胯部不动， 匀速、来回移动大腿、小腿与脚部，大腿、小腿与脚部的旋转角度保持一致。 大腿的长度为旋转半径减去小腿的长度。

图6示出了对头部与脖子的长度进行测量时，使用者需要尽量保持背部 不动，匀速、来回移动头部与脖子。头部与脖子的长度为旋转半径。

图7示出了对背部的长度进行测量时，使用者需要尽量保持胯部不动， 匀速、来回移动头部、脖子与背部，头部、脖子与背部的旋转角度保持一致。 背部的长度为旋转半径减去头部与脖子的长度。

在本发明实施例中，获取所述肢体的旋转角度，获取所述肢体的运动位 移，采用所述旋转角度与所述运动位移，便可自动计算得到所述肢体的长度， 本发明无需人工进行测量输入，大大提升了人体虚拟模型的构建效率，另外， 减少了误差，能使人体虚拟模型更接近使用者实际的身体。

需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系 列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述 的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或 者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例 均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。

参照图5，示出了本发明的一种肢体长度的测量装置实施例一的结构框 图，具体可以包括如下模块：

旋转角度获取模块201，用于获取所述肢体的旋转角度；

运动位移获取模块202，用于获取所述肢体的运动位移；

肢体长度计算模块203，用于采用所述旋转角度与所述运动位移，计算 得到所述肢体的长度。

在本发明实施例中，所述旋转角度获取模块包括：

姿态值确定子模块，用于确定所述肢体的姿态值；

旋转量计算子模块，用于采用所述姿态值，计算得到所述肢体的旋转量；

旋转角度计算子模块，用于采用所述肢体的旋转量，计算得到所述肢体 的旋转角度。

在本发明实施例中，所述姿态值确定子模块包括：

加速度值获取单元，用于获取所述肢体运动的加速度值；

角速度值获取单元，用于获取所述肢体运动的角速度值；

环境磁场参数获取单元，用于获取所述环境磁场参数；

姿态值计算单元，用于采用所述加速度值、角速度值、环境磁场参数， 计算得到所述肢体的姿态值。

在本发明实施例中，所述运动位移获取模块包括：

加速度值获取子模块，用于获取所述肢体运动的加速度值；

运动位移获取子模块，用于采用所述加速度值，计算得到所述肢体的运 动位移。

在本发明实施例中，所述肢体长度计算模块包括：

旋转半径计算子模块，用于采用所述旋转角度与所述运动位移，计算得 到旋转半径；

肢体长度确定子模块，用于将所述旋转半径确定为所述肢体的长度。

对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较 简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本发明实施例还提供了一种装置，包括：

包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并能够在所述处理器上运行 的计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述一种肢体长度的测量 方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再 赘述。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质 上存储计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述一种肢体长度的测 量方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不 再赘述。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明 的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见 即可。

本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装 置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全 软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例 可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介 质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程 序产品的形式。

本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(系统)、和计 算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令 实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框 图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、 专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生 一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的 指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或 多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理 终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读 存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个 流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设 备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计 算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用 于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中 指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦 得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以， 所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所 有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语 仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求 或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术 语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得 包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且 还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或 者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……” 限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中 还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种肢体长度的测量方法和一种肢体长度的测 量装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方 式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心 思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施 方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对 本发明的限制。

Claims (10)

1.一种肢体长度的测量方法，其特征在于，所述方法包括：

获取所述肢体的旋转角度；

获取所述肢体的运动位移；

采用所述旋转角度与所述运动位移，计算得到所述肢体的长度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取所述肢体的旋转角度的步骤包括：

确定所述肢体的姿态值；

采用所述姿态值，计算得到所述肢体的旋转量；

采用所述肢体的旋转量，计算得到所述肢体的旋转角度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，确定所述肢体的姿态值的步骤包括：

获取所述肢体运动的加速度值；

获取所述肢体运动的角速度值；

获取所述环境磁场参数；

采用所述加速度值、角速度值、环境磁场参数，计算得到所述肢体的姿态值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述肢体的运动位移的步骤包括：

获取所述肢体运动的加速度值；

采用所述加速度值，计算得到所述肢体的运动位移。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用所述旋转角度与所述运动位移，计算得到所述肢体的长度的步骤包括：

采用所述旋转角度与所述运动位移，计算得到旋转半径；

将所述旋转半径确定为所述肢体的长度。

6.一种肢体长度的测量装置，其特征在于，所述装置包括：

旋转角度获取模块，用于获取所述肢体的旋转角度；

运动位移获取模块，用于获取所述肢体的运动位移；

肢体长度计算模块，用于采用所述旋转角度与所述运动位移，计算得到所述肢体的长度。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述旋转角度获取模块包括：

姿态值确定子模块，用于确定所述肢体的姿态值；

旋转量计算子模块，用于采用所述姿态值，计算得到所述肢体的旋转量；

旋转角度计算子模块，用于采用所述肢体的旋转量，计算得到所述肢体的旋转角度。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述姿态值确定子模块包括：

加速度值获取单元，用于获取所述肢体运动的加速度值；

角速度值获取单元，用于获取所述肢体运动的角速度值；

环境磁场参数获取单元，用于获取所述环境磁场参数；

姿态值计算单元，用于采用所述加速度值、角速度值、环境磁场参数，计算得到所述肢体的姿态值。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述运动位移获取模块包括：

加速度值获取子模块，用于获取所述肢体运动的加速度值；

运动位移获取子模块，用于采用所述加速度值，计算得到所述肢体的运动位移。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述肢体长度计算模块包括：

旋转半径计算子模块，用于采用所述旋转角度与所述运动位移，计算得到旋转半径；

肢体长度确定子模块，用于将所述旋转半径确定为所述肢体的长度。

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