CN113157093A - 一种虚拟人物对象姿态同步控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及计算机仿真领域,具体的说是一种虚拟人物对象姿态同步控制系统。本发明包括软件和硬件两部分。硬件包括Kinect一套、数据手套两套和图形工作站一台,软件部分由OSG实现。具体实现步骤如下:规划了44个关键位置描述人体姿态;从Kinect和数据手套获取44个关键位置的姿态信息;由OSG将44个关键位置的姿态信息同步更新到虚拟人物对象上,达到虚拟人物和真实人物动作同步的目的。本发明能够有效地控制虚拟人物和真实人物保持姿态同步,降低了虚拟人物动作制作成本,提高了仿真逼真度。
Description
技术领域
本发明涉及计算机仿真领域,具体的说是一种利用Kinect对人体姿态进行捕捉,利用数据手套对人体手部姿态进行捕捉,进而同步控制计算机中的虚拟人物对象的系统。
背景技术
虚拟现实和增强现实中,经常需要进行人与虚拟人物对象的交互。目前普遍使用的方法是通过3DMAX等建模工具制作动作动画,然后通过程序控制,当产生特定事件时触发特定动画,产生交互现象。这种交互可做到的姿态有限,而且无法做到虚拟对象与用户动作的同步进行。
发明内容
本发明提供了一种用户同步控制虚拟人物对象动作的方法,包括肢体动作和手部动作,能够有效提高虚拟对象的动作逼真度。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是:一种虚拟人物对象姿态同步控制系统,包括以下装置:
(1) Kinect 2.0 一套;
(2) 数据手套两套;
(3) 图形工作站一台。
具体实现步骤:
(1)构建虚拟人物三维模型;
(2)使用CREATOR为虚拟人物对象构建16个关键位置的局部坐标系,可分别控制每个关键位置的转动;
(3)为虚拟人物对象构建每个手部14个关节的局部坐标系,可分别控制每个关节转动;
(4)使用Kinect获取人体姿态中的16个关键位置的数据;
(5)建立关键位置与虚拟人物模型间的一一映射关系,将Kinect获取的关节数据赋予虚拟人物对象,可获得基本的同步动作姿态;
(6)由于Kinect对手部姿态的获取不够详细,仅能获取拇指和手部尖端的位置,而且数据不准确,因此通过数据手套获取手部14个关节的姿态数据,并与虚拟手部关节建立一一映射关系;
(7)依据实时获取到的关节数据,使用OSG(OpenSceneGraph)同步对虚拟人物的关节数据进行更新渲染,达到虚拟人物与用户同一姿态的目的;
(8)当用户做出动作时,由Kinect获取16个关键位置的位姿数据,数据手套获取每个手部14个关节点的位姿数据,转换到每个在局部坐标系下三个方向的位姿变化,由OSG进行渲染绘制。
本发明具有以下优点及有益效果:
(1) 可以实时依据用户动作控制虚拟人物对象进行同步动作,提高虚拟人物对象的仿真逼真度;
(2) 克服了kinect无法对手部姿态进行细致提取的弊端,可以准确控制手部的拳、掌等姿态,提高动作的仿真逼真度。
附图说明
图1为本发明的系统架构图。
图2为从kinect中提取的16个用于描述身体姿态的关键位置。
图3为手部14个关节局部坐标系的示意图。
具体实施方式
(1)使用3Dmax构建虚拟人物三维模型,包括手部的14个关节点模型,并输出为FLT格式。
(2)使用CREATOR导入FLT模型,为虚拟人物对象构建包含手部关节的30个关键位置建立DOF节点,并建立相应的局部坐标系,以分别在每个局部坐标系下描述关键位置的转动。
(3)将FLT模型转换成ive模型,通过OSG导入虚拟环境并为每个关键位置建立局部坐标系。
(4)实现OSG环境下的姿态控制算法:关键位置的运动轨迹取决于和它相关联的其他关键位置的运动轨迹。例如,手部的运动轨迹取决于连接肩膀到手部的三个关节的运动,可视为连杆运动。依据DH运动模型,将每个关节的局部坐标系都看作一个连杆坐标系,在此基础上可以计算出关节的运动模型。设连杆变换表示连杆坐标系i相对于连杆坐标系i-1的变换,则根据D-H算法,有
连杆系统中第三个位置相对于第1个位置的运动变换矩阵可以描述为:
由此,可以推算连杆系统中每个关节位置的运动矩阵。
(5)以10次/秒的速度获取44个关节位置的数据(身体关键位置16个,每个手部关节14个),由OSG解算为各个局部坐标系下的姿态角(Pitch、Yaw、Roll),并同步更新虚拟人物的关键位置和手部关节姿态。
Claims (5)
1.一种虚拟人物对象姿态同步控制系统,其特征在于,包括硬件和软件两部分内容:
硬件部分包括:
(1)Kinect 2.0 一套
(2)数据手套 两套
(3)图形工作站 一台
软件部分由OSG开发完成。
2.根据权利要求1所述的一种虚拟人物对象姿态同步控制系统,其特征在于,使用3Dmax创建FLT格式的虚拟人物模型,并选取了身体上的16个关节位置和每只手部14个关节位置,共44个数据描述人体姿态。
3.根据权利要求1所述的一种虚拟人物对象姿态同步控制系统,其特征在于,使用CREATOR创建DOF节点并初始化局部坐标系。
4.根据权利要求1所述的一种虚拟人物对象姿态同步控制系统,其特征在于, OSG将FLT格式数据转换为ive格式数据进行操作控制。
5.根据权利要求1所述的一种虚拟人物对象姿态同步控制系统,其特征在于,基于DH算法计算关键位置姿态信息,并使用OSG以10次/秒的速度进行动作解算并绘制更新。
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CN202110421468.8A CN113157093A (zh) | 2021-04-20 | 2021-04-20 | 一种虚拟人物对象姿态同步控制系统 |
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