一种三维动作捕捉系统及其方法技术方案

本发明专利技术的技术方案包括一种三维动作捕捉系统及其方法，用于实现：面部采集模块，用于捕捉待测对象面部区域数据；动作采集模块，用于安装在待测对象全身及关节点上，采集待测对象的地磁坐标系中的坐标、角速度和加速度；数据传输模块，用于接收面部采集模块和动作采集模块采集到的信息，并将信息汇总发送到数据处理模块；数据处理模块，用于接收数据传输模块发送的信息并进行对应处理得到处理后的动作数据；骨骼模型建立模块，用于建立骨骼模型并套用数据处理模块处理后的动作数据，从而实现骨骼模型的驱动。本发明专利技术的有益效果为：有着便携，可以随演员进行流动，方便易用，且价格特别低廉的优点，更利于动作捕捉系统的普及。

A Three-Dimensional Motion Capture System and Its Method

The technical scheme of the present invention includes a three-dimensional motion capture system and its method for realizing: a facial acquisition module for capturing facial area data of the object to be measured; a motion acquisition module for installing the whole body and joint points of the object to be measured to collect coordinates, angular velocity and acceleration of the geomagnetic coordinate system of the object to be measured; and a data transmission module for receiving facial acquisition. The information collected by the module and the action acquisition module is sent to the data processing module; the data processing module is used to receive the information sent by the data transmission module and process it accordingly to get the action data processed; the skeleton model building module is used to build the skeleton model and apply the action data processed by the data processing module to realize the skeleton model. Drive. The invention has the advantages of portability, mobility with actors, convenience and ease of use, especially low cost, and is more conducive to the popularization of motion capture system.

【技术实现步骤摘要】
一种三维动作捕捉系统及其方法
本专利技术涉及一种三维动作捕捉系统及其方法，属于动作捕捉领域。
技术介绍
动作捕捉(MOCAP)——技术涉及尺寸测量、物理空间里物体的定位及方位测定等方面可以由计算机直接理解处理的数据。在运动物体的关键部位设置跟踪器，由Motioncapture系统捕捉跟踪器位置，再经过计算机处理后得到三维空间坐标的数据。当数据被计算机识别后，可以应用在动画制作，步态分析，生物力学，人机工程等领域。这种技术专利技术已经多年，最早被美国和日本所专利技术和使用，多用于好莱坞电影拍摄和后期制作中，日本主要在游戏中用来制作游戏或过场动画中角色的动作信息。动作捕捉系统比传统人工手调动画更加优秀的方面在于，这提供了一个更加精准的动作效果，而且速度更快更方面快捷。不过传统的动作捕捉系统必须部署到专业的动作捕捉室中，不能随演员进行流动，且价格特别昂贵。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种三维动作捕捉系统及其方法，包括面部采集模块，用于捕捉待测对象面部区域数据；动作采集模块，用于安装在待测对象全身及关节点上，采集待测对象的地磁坐标系中的坐标、角速度和加速度；数据传输模块，用于接收面部采集模块和动作采集模块采集到的信息，并将信息汇总发送到数据处理模块；数据处理模块，用于接收数据传输模块发送的信息并进行对应处理得到处理后的动作数据；骨骼模型建立模块，用于建立骨骼模型并套用数据处理模块处理后的动作数据，从而实现骨骼模型的驱动。本专利技术解决其问题所采用的技术方案一方面是：一种三维动作捕捉系统，其特征在于，该系统包括以下模块：面部采集模块，用于捕捉待测对象面部区域数据；动作采集模块，用于安装在待测对象全身及关节点上，采集待测对象的地磁坐标系中的坐标、角速度和加速度；数据传输模块，用于接收面部采集模块和动作采集模块采集到的信息，并将信息汇总发送到数据处理模块；数据处理模块，用于接收数据传输模块发送的信息并进行对应处理得到处理后的动作数据；骨骼模型建立模块，用于建立骨骼模型并套用数据处理模块处理后的动作数据。进一步的，所述动作采集模块包括：加速度传感器，用于测量关节节点的加速度信号；角速度传感器，用于测量关节节点的角速度信号；位置传感器，用于测量待测对象在地磁坐标系中的坐标。进一步的，所述采集模块还包括手指关节采集模块。进一步的，所述数据传输模块为无线蓝牙传输模块。进一步的，所述面部采集模块为红外高感度摄像机。进一步的，所述数据处理模块包括：角速度处理模块，用于将角速度信号进行一次积分得到角度姿态；加速度处理模块，用于根据加速度信号进行重力分量估算关节点的横滚角和俯仰角。进一步的，所述数据处理模块还包括：二次数据判断模块，根据角速度处理模块和加速度处理模块得到的数据，与对比库模块中储存的正常动作数据做对比，判断获得的动作数据是否正常。对比库模块，用于存储正常动作数据。进一步的，所述骨骼模型建立模块还包括：姿态编辑模块，用于根据动作数据构建运动结构和姿态并驱动骨骼模型；模型建立模块，用于从曲线图到曲面图最终到3ds模型，建立骨骼模型；本专利技术解决其问题所采用的技术方案另一方面是：一种应用权利要求1-8任一所述的三维动作捕捉方法，其特征在于，包括以下步骤：对面部采集模块进行预先设置，包括采集区域大小以及采集频率；面部采集模块捕捉待测对象面部区域信息，建立面部区域三维模型；动作采集模块实时采集被测对象自身局部位置的位置、角速度和加速度；数据传输模块获取面部采集模块和动作采集模块的数据，并将其发送给数据处理模块；数据处理模块对采集到的原始数据进行处理分析，得到处理后的动作数据；骨骼模型建立模块建立骨骼模型，并将处理后的动作数据应用在骨骼模型的面部和肢体动作。进一步的，所述对采集到的原始数据进行处理分析包括：将角速度信号进行一次积分得到角度姿态；加速度信号进行重力分量估算关节点的横滚角和俯仰角；将处理后的数据使用方向余弦矩阵或欧拉角或四元素进行处理得到计算机可读取的数据格式；所述将处理后的动作数据应用在骨骼模型的面部和肢体动作中使用动作数据应用在肢体动作包括：计算各个骨骼之间的旋转矩阵；根据旋转矩阵得到指定节点的骨骼空间位置；使用深度优先的原则对整个骨骼关节按顺序遍历，得到完整的骨骼空间位置。本专利技术的有益效果是：有着便携，可以随演员进行流动，方便易用，且价格特别低廉的优点，更利于动作捕捉系统的普及。附图说明图1所示为三维动作捕捉系统结构示意图；图2所示为三维动作捕捉方法流程示意图；图3所示为三维动作捕捉方法实施例一示意图；图4所示为根据本专利技术的实施例示意图；图5所示为根据本专利技术的采集装备示意图。具体实施方式以下将结合实施例和附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本专利技术的目的、方案和效果。需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本公开中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本公开各组成部分的相互位置关系来说的。在本公开中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本
的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本专利技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但这些元件不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的元件彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一元件也可以被称为第二元件，类似地，第二元件也可以被称为第一元件。本文所提供的任何以及所有实例或示例性语言(“例如”、“如”等)的使用仅意图更好地说明本专利技术的实施例，并且除非另外要求，否则不会对本专利技术的范围施加限制。参照图1所示为三维动作捕捉系统结构示意图，系统包括面部采集模块，用于捕捉待测对象面部区域数据；动作采集模块，用于安装在待测对象全身及关节点上，采集待测对象的地磁坐标系中的坐标、角速度和加速度；数据传输模块，用于接收面部采集模块和动作采集模块采集到的信息，并将信息汇总发送到数据处理模块；数据处理模块，用于接收数据传输模块发送的信息并进行对应处理得到处理后的动作数据；骨骼模型建立模块，用于建立骨骼模型并套用数据处理模块处理后的动作数据。以3DSUIT为例，3DSUIT是一套惯性动作捕捉系统，主要包括以下4个部分：(1)传感器，其主要用来向PC机提供运动物体的相关信息；(2)信号捕捉设备，主要负责信号的捕捉；(3)数据传输设备，将捕捉到的数据实时地传输至PC机(3DSUIT使用的是无线蓝牙技术或USB接口传输技术)；(4)数据处理设备，主要负责对采集到的数据进行加工、处理，包括数据处理硬件(如PC机等)和软件设备(如MotionBuilder等动画制作软件)。3DSUIT的操作过程非常简单，并且与光学动作捕捉系统相比对环境的要求相对较低，只需要将衣服设备穿在被捕捉的物体上，将各个传感器连接起来，记录传感器在人体相应位置的编号后即可进行实时地动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维动作捕捉系统，其特征在于，该系统包括以下模块：面部采集模块，用于捕捉待测对象面部区域数据；动作采集模块，用于安装在待测对象全身及关节点上，采集待测对象的地磁坐标系中的坐标、角速度和加速度；数据传输模块，用于接收面部采集模块和动作采集模块采集到的信息，并将信息汇总发送到数据处理模块；数据处理模块，用于接收数据传输模块发送的信息并进行对应处理得到处理后的动作数据；骨骼模型建立模块，用于建立骨骼模型并套用数据处理模块处理后的动作数据。

【技术特征摘要】
1.一种三维动作捕捉系统，其特征在于，该系统包括以下模块：面部采集模块，用于捕捉待测对象面部区域数据；动作采集模块，用于安装在待测对象全身及关节点上，采集待测对象的地磁坐标系中的坐标、角速度和加速度；数据传输模块，用于接收面部采集模块和动作采集模块采集到的信息，并将信息汇总发送到数据处理模块；数据处理模块，用于接收数据传输模块发送的信息并进行对应处理得到处理后的动作数据；骨骼模型建立模块，用于建立骨骼模型并套用数据处理模块处理后的动作数据。2.根据权利要求1所述的三维动作捕捉系统，其特征在于，所述动作采集模块包括：加速度传感器，用于测量关节节点的加速度信号；角速度传感器，用于测量关节节点的角速度信号；位置传感器，用于测量待测对象在地磁坐标系中的坐标。3.根据权利要求1所述的三维动作捕捉系统，其特征在于，所述采集模块还包括手指关节采集模块。4.根据权利要求1所述的三维动作捕捉系统，其特征在于，所述数据传输模块为无线蓝牙传输模块。5.根据权利要求1所述的三维动作捕捉系统，其特征在于，所述面部采集模块为红外高感度摄像机。6.根据权利要求1所述的三维动作捕捉系统，其特征在于，所述数据处理模块包括：角速度处理模块，用于将角速度信号进行一次积分得到角度姿态；加速度处理模块，用于根据加速度信号进行重力分量估算关节点的横滚角和俯仰角。7.根据权利要求6所述的三维动作捕捉系统，其特征在，所述数据处理模块还包括：二次数据判断模块，根据角速度处理模块和加速度处理模块得到的数据，与对比库模...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺子彬，胡文彬，杜庆焜，张李京，
申请(专利权)人：武汉西山艺创文化有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42