CN115861496A - 基于动捕系统的电力场景虚拟人体驱动方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于动捕系统的电力场景虚拟人体驱动方法及装置，方法包括：在Xsens动捕系统与虚拟现实编辑器之间建立通信连接并进行实时驱动接口设置；在虚拟现实编辑器中加载课件场景数据；执行设备检修方案并获取动作捕捉数据；基于实时驱动接口，通过动作捕捉数据驱动虚拟人进行实时操作。本发明通过对Xsens动捕系统软件接口定制开发，利用现有虚拟现实编辑器MakeReal3D，结台检修课件数据，开发用于交互式课件的动作捕捉接口，该接口支持操作者身穿动作捕捉装置，驱动虚拟场景中的模似人，可执行人物的行走、蹲起、跑跳等指令，配合人机工效模块，可进行水电厂检修方案验证；根据安规操作守则，可进行安全操作应急演练及完成各类人物动作动画的录制调用等。
Description
技术领域
本发明涉及虚拟现实技术领域，尤其涉及一种基于动捕系统的电力场景虚拟人体驱动方法及装置。
背景技术
“动作捕捉”就是通过特定的捕捉设备将动捕演员的运动信息记录下来，作为制作动画用的原始数据。这些原始数据将用来驱动虚拟的三维动画角色模型。相对于直接绘制三维动画角色的运动，上述方法一方面降低了对美术人员工作经验的依赖，降低了相关动画制作的人力成本；另一方面它也使得所制作的动画更为逼真流畅。目前，制作虚拟角色的软件越来越多，技术也走向成熟，越来越多的人能够参与到虚拟角色的构建工作中。
传统的全身动捕设备由于包含大量的高精度器件，因此价格高昂，一般需要数万元甚至几十万、几百万，因此不利于低成本制作。另外大部分动捕设备在结合手部动作时效果较差，只能实现手掌的方向，不能生成手指精细的动作数据，难以结合虚拟场景做出手部交互的效果。
Xsens MVN是一款便于操作、配置高端的惯性动作捕捉系统。MVN动作捕捉系统采用最新的惯性传感技术，具有强大且可靠的硬件，并可生成用于使用的数据，硬件效能与软件功能方面均获得大幅的提升，适用于3D人物动画制作、游戏开发、虚拟偶像、游戏电影艺术、人机交互、人机工效、虚拟现实，运动分析、训练和模拟等领域。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于动捕系统的电力场景虚拟人体驱动方法及装置，用以解决上述至少一个技术问题。
根据本发明说明书的一方面，提供一种基于动捕系统的电力场景虚拟人体驱动方法，包括：
在Xsens动捕系统与虚拟现实编辑器之间建立通信连接并进行实时驱动接口设置；
在虚拟现实编辑器中加载课件场景数据；
执行设备检修方案并获取动作捕捉数据；
基于所述实时驱动接口，通过动作捕捉数据驱动虚拟人进行实时操作。
作为进一步的技术方案，所述方法还包括：基于现有虚拟现实编辑器中的功效学人体执行任务的行走、蹲起、跑跳指令。
作为进一步的技术方案，所述方法还包括：根据虚拟现实编辑器中功效学人体的骨骼ID建立动捕系统的格式化数据驱动配置，在虚拟现实编辑器中功效学人体骨架组成结构驱动节点与动捕系统的数据结构节点之间建立匹配连接。
作为进一步的技术方案，所述方法还包括：在动作捕捉驱动时，采用动作捕捉的头部跟踪数据驱动头盔第一人称视点进行可视性验证。
作为进一步的技术方案，所述方法还包括：在人体穿戴动作捕捉系统时，初始化预设姿态以得到初始位姿数据，并将初始位姿数据导入虚拟现实编辑器，以触发实时驱动接口启动。
根据本发明说明书的一方面，提供一种基于动捕系统的电力场景虚拟人体驱动装置，用于实现所述的方法，所述装置包括：
连接设置模块，用于在Xsens动捕系统与虚拟现实编辑器之间建立通信连接并进行实时驱动接口设置；
课件加载模块，用于在虚拟现实编辑器中加载课件场景数据；
数据捕获模块，用于执行设备检修方案并获取动作捕捉数据；
人体驱动模块，用于基于所述实时驱动接口，通过动作捕捉数据驱动虚拟人进行实时操作。
根据本发明说明书的一方面，提供一种电子设备，所述电子设备包括处理器、存储器，以及存储在所述存储器上并可被所述处理器执行的计算机程序，其中所述计算机程序被所述处理器执行时，实现所述的基于动捕系统的电力场景虚拟人体驱动方法的步骤。
根据本发明说明书的一方面，提供一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其中所述计算机程序被处理器执行时，实现所述的基于动捕系统的电力场景虚拟人体驱动方法的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明通过对Xsens MVN BIOMECHLINK动捕系统软件接口定制开发，利用现有虚拟现实编辑器MakeReal3D，结台检修课件数据，开发用于交互式课件的动作捕捉接口，该接口支持操作者身穿动作捕捉装置，驱动虚拟场景中的模似人，可执行人物的行走、蹲起、跑跳等指令，配合人机工效模块，可进行水电厂检修方案验证；根据安规操作守则，可进行安全操作应急演练以及完成各类人物动作动画的录制调用等功能。
附图说明
图1为根据本发明实施例的基于动捕系统的电力场景虚拟人体驱动方法的流程图。
图2为根据本发明实施例的动捕系统软件接口实现示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述发实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
根据本发明说明书的一方面，提供一种基于动捕系统的电力场景虚拟人体驱动方法，该方法通过对Xsens MVN BIOMECHLINK动捕系统软件接口定制开发，利用现有虚拟现实编辑器MakeReal3D，结台检修课件数据，开发用于交互式课件的动作捕捉接口，该接口支持操作者身穿动作捕捉装置，驱动虚拟场景中的模似人，可执行人物的行走、蹲起、跑跳等指令，配合人机工效模块，可进行水电厂检修方案验证。
同时，本发明所述方法还能够根据安规操作守则，进行安全操作应急演练以及完成各类人物动作动画的录制调用等功能。
如图1所示，所述方法包括：
步骤1，在Xsens动捕系统与虚拟现实编辑器之间建立通信连接并进行实时驱动接口设置。
步骤2，在虚拟现实编辑器中加载课件场景数据。
步骤3，执行设备检修方案并获取动作捕捉数据。
步骤4，基于所述实时驱动接口，通过动作捕捉数据驱动虚拟人进行实时操作。
本发明基于Xsens MVN BIOMECHLINK动捕系统软件接口定制开发，利用现有的编辑器实现基于工效学人体的动作捕捉数据采集、检修方案验证、根据安规操作守则进行安全操作应急演练以及完成各类人物动作动画的录制调用功能。
如图2所示，Xsens MVN BIOMECHLINK动捕系统软件接口定制开发的功能实现流程，基本实现方法如下：
通过动捕系统驱动接口的API进行通信接口开发，以将动捕系统捕获的数据实时传输给MakeReal3D虚拟现实编辑器。
Xsens MVN BIOMECHLINK动捕系统的硬件数据通过驱动的API接口开发在MakeReal3D中建立通信接口即实时通信，通过实时通信的开关、数据接收、实时存储获得Xsens MVN BIOMECHLINK动捕系统的原始数据，然后通过获得的原始数据进行解析开发，将解析开发的数据进行转换开发为MakeReal3D虚拟现实编辑器实时驱动数据。
可选地，实时驱动接口主要为用户设定和操作提供驱动接口，驱动接口一般包括数据连接、数据校准、数据设定、数据关闭等设定的开发。
在接口开发阶段，除了解决基于Xsens MVN BIOMECHLINK的数据通信、体实时驱动接口开发、交互接口等，另外需要基于现有的MakeReal3D虚拟现实人机工效学分析验证功能和工效学人体进行开发，并开发工效学人体的人物动作录制与调用功能。
Xsens MVN BIOMECHLINK动捕系统软件接口驱动工效学人体，执行人物的行走、蹲起、跑跳等指令，需要基于现有的MakeReal3D虚拟现实编辑器中的工效学人体进行实现，其实现流程如下：
根据虚拟现实编辑器中功效学人体的骨骼ID建立动捕系统的格式化数据驱动配置，在虚拟现实编辑器中功效学人体骨架组成结构驱动节点与动捕系统的数据结构节点之间建立匹配连接。
MakeReal3D实时人体工效学分析验证主要为可视可达舒适度等工效学分析功能，实时驱动并在人体实现以上人体工效学验证，是需要在交互场景中调用该功能，即需在交互场景中增加人机工效学入口。
可视性主要以人体主观的视觉判断，动作捕捉驱动的时，采用动作捕捉的头部跟踪数据驱动头盔第一人称视点进行可视性。
可达性、舒适性等人机工效需增加VR交互下的入口交互UI进行进入，通过菜单调用人机工效学分析验证。
作为一种实施方式，操作者穿戴此全身动作捕捉系统，驱动场景中的虚拟人物进行1：1运动模拟，在现有模型资源场景中，利用此接口，对设备检修方案进行人机功效仿真，通过动作捕捉系统驱动虚拟人进行实时操作，驱动可视可达性以及舒适度分析进行人机功效模拟。
通过Xsens全身动作捕捉系统，操作者可以驱动场景中的虚拟人物进行1：1运动模拟，真实模拟实际操作过程，验证操作者的视界可达性、活动空间舒适性是否符合规范。同时，操作者穿戴设备，可以在虚拟场景中真实模拟实际工况中的全部操作过程，方便快捷的实现对新员工的模拟训练。如场景选在发电电动机层，利用场景中的电力柜进行操作模拟验证。
穿戴好全身动作捕捉系统设备，调试完成之后进入程序，利用设备操纵场景中的虚拟人物进行动作，其中包括：
1、视界可达性验证与动作舒适性验证
操作者操纵虚拟人物时，是1：1实时动作。操作者可以操纵场景中的虚拟人物进行行走、半蹲、全蹲等动作，程序实时显示虚拟人物的视界界面，验证操作过程中的世界可达性，避免实际操作过程中，有不可见或者不易见的设备操作；同时，操作者在不同位置操作设备时，可以亲身感受操作过程中的人体舒适度，验证实际操作中的操作舒适程度。
2、拾取、放置、拆装
在装配、检修场景中，操作者可以在任意时间、场合操纵场景中的虚拟人物对场景中的模型进行交互。例如，打开机柜柜门，操作机柜中的电力设备按钮等。在xsens全身动作捕捉系统的辅助下，操作者可以在场景中操作虚拟人物进行真实的操作过程模拟，学习、熟练操作过程，考核人员操作水平。
根据本发明说明书的一方面，还提供一种基于动捕系统的电力场景虚拟人体驱动装置，用于实现所述的方法，所述装置包括：
连接设置模块，用于在Xsens动捕系统与虚拟现实编辑器之间建立通信连接并进行实时驱动接口设置；
课件加载模块，用于在虚拟现实编辑器中加载课件场景数据；
数据捕获模块，用于执行设备检修方案并获取动作捕捉数据；
人体驱动模块，用于基于所述实时驱动接口，通过动作捕捉数据驱动虚拟人进行实时操作。
所述装置可利用方法实施方式来实现。
本发明一方面还提供一种电子设备，该电子设备可以为工控机、服务器或计算机终端。
所述电子设备包括处理器、存储器，以及存储在所述存储器上并可被所述处理器执行的计算机程序，其中所述计算机程序被所述处理器执行时，实现所述的基于动捕系统的电力场景虚拟人体驱动方法的步骤。
该电子设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口，其中，存储器可以包括非易失性存储介质和内存储器。
非易失性存储介质可存储操作系统和计算机程序。该计算机程序包括程序指令，该程序指令被执行时，可使得处理器执行任意一种基于动捕系统的电力场景虚拟人体驱动方法。
处理器用于提供计算和控制能力，支撑整个电子设备的运行。内存储器为非易失性存储介质中的计算机程序的运行提供环境，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器执行任意一种基于动捕系统的电力场景虚拟人体驱动方法。
该网络接口用于进行网络通信，如发送分配的任务等。
应当理解的是，处理器可以是中央处理单元(CentralProcessingUnit，CPU)，该处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignalProcessor，DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-ProgrammableGateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。其中，通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
其中，在一个实施例中，所述处理器用于运行存储在存储器中的计算机程序，以实现如下步骤：
在Xsens动捕系统与虚拟现实编辑器之间建立通信连接并进行实时驱动接口设置；
在虚拟现实编辑器中加载课件场景数据；
执行设备检修方案并获取动作捕捉数据；
基于所述实时驱动接口，通过动作捕捉数据驱动虚拟人进行实时操作。
本发明一方面还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其中所述计算机程序被处理器执行时，实现所述的基于动捕系统的电力场景虚拟人体驱动方法的步骤。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案。
Claims (8)
1.基于动捕系统的电力场景虚拟人体驱动方法，其特征在于，包括：
在Xsens动捕系统与虚拟现实编辑器之间建立通信连接并进行实时驱动接口设置；
在虚拟现实编辑器中加载课件场景数据；
执行设备检修方案并获取动作捕捉数据；
基于所述实时驱动接口，通过动作捕捉数据驱动虚拟人进行实时操作。
2.根据权利要求1所述基于动捕系统的电力场景虚拟人体驱动方法，其特征在于，所述方法还包括：基于现有虚拟现实编辑器中的功效学人体执行任务的行走、蹲起、跑跳指令。
3.根据权利要求2所述基于动捕系统的电力场景虚拟人体驱动方法，其特征在于，所述方法还包括：根据虚拟现实编辑器中功效学人体的骨骼ID建立动捕系统的格式化数据驱动配置，在虚拟现实编辑器中功效学人体骨架组成结构驱动节点与动捕系统的数据结构节点之间建立匹配连接。
4.根据权利要求2所述基于动捕系统的电力场景虚拟人体驱动方法，其特征在于，所述方法还包括：在动作捕捉驱动时，采用动作捕捉的头部跟踪数据驱动头盔第一人称视点进行可视性验证。
5.根据权利要求1所述基于动捕系统的电力场景虚拟人体驱动方法，其特征在于，所述方法还包括：在人体穿戴动作捕捉系统时，初始化预设姿态以得到初始位姿数据，并将初始位姿数据导入虚拟现实编辑器，以触发实时驱动接口启动。
6.基于动捕系统的电力场景虚拟人体驱动装置，用于实现权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述装置包括：
连接设置模块，用于在Xsens动捕系统与虚拟现实编辑器之间建立通信连接并进行实时驱动接口设置；
课件加载模块，用于在虚拟现实编辑器中加载课件场景数据；
数据捕获模块，用于执行设备检修方案并获取动作捕捉数据；
人体驱动模块，用于基于所述实时驱动接口，通过动作捕捉数据驱动虚拟人进行实时操作。
7.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括处理器、存储器，以及存储在所述存储器上并可被所述处理器执行的计算机程序，其中所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如权利要求1至5中任一项所述的基于动捕系统的电力场景虚拟人体驱动方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其中所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至5中任一项所述的基于动捕系统的电力场景虚拟人体驱动方法的步骤。
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