[发明专利]一种光学式人体运动捕捉中手臂信息补偿方法

摘要

本发明涉及一种光学式人体运动捕捉数据缺失情况下的信息补偿方法，尤其涉及一种基于空间位置跟踪装置的手臂运动信息补偿方法。其特征在于利用空间位置跟踪装置获取到的手腕位置信息和角度信息，结合手臂上各Marker点的初始位置信息及大小臂的长度，根据人体运动学方程，求解得出手臂运动过程中的各Marker点空间位置信息。同现有技术相比，不容易造成累积误差和用于单个Marker点在连续多帧数据缺失情况下的预测；可以用于长时间丢失的单独点不多的情况下的预测，计算量少，易于实现对Marker点空间位置的准确预测。

主权项

一种光学式人体运动捕捉中手臂信息补偿方法，其特征在于：利用空间位置跟踪装置获取到的手腕位置信息和角度信息，结合手臂上各Marker点的初始位置信息及大小臂的长度，根据人体运动学方程，求解得出手臂运动过程中的各Marker点空间位置信息，具体步骤如下：步骤1：将空间位置跟踪装置中的信号源发射器固定在某物体表面，在虚拟维修环境中以世界坐标系某坐标点为原点形成参考坐标系，即位置跟踪坐标系；步骤2将两个位置传感器分别固定于维修训练人员的左右手腕部位，相当于在两个手腕关节点处建立了相对于PTCS的局部坐标系LCS，此局部坐标系LCSLwrist和LCSRwrist与手腕固连；步骤3：当光学式人体运动捕捉系统能正常跟踪手臂Marker点位置信息时，系统不读入空间位置跟踪装置采集的数据信息；当光学式人体运动捕捉系统捕捉手臂Marker点信息缺失或出现明显错误时，按照以下步骤分析和解算空间位置跟踪装置所采集的数据，以实现对手臂运动信息的补偿；步骤4：当维修训练人员在实际环境中进行操作时，空间位置跟踪装置可以获取每一时刻手腕关节点PLwrist和PRwrist在PTCS中的相对空间位置和姿态，并计算出虚拟人体骨架中左右手腕部位的位置信息，即有：其中，在式(1)中，PLwrist(t)和PRwrist(t)分别为t时刻左右手腕节点在WCS中的空间位置， LPLwrist(t)和RPRwrist(t)分别为此刻左右手腕节点在LCSLwrist和LCSRwrist中的相对位置；TPTCS为PTCS对应于WCS的平移变换矩阵；为PTCS相对WCS的旋转矩阵；WPp为PTCS原点在WCS中的空间位置；步骤5：根据肘部Marker点安放位置，确定左右肘部Marker点在LCSLwrist和LCSRwrist 中的坐标LwPLeblow(t)和RwPReblow(t)为[x1，y1，z1]T；根据已知的TPTCS及小臂在PTCS中的旋转矩阵和初始位置，计算出肘关节r时刻在WCS中的位置PLelbow(t)和PRelbow(t)，即为：步骤6：将左右肩关节上相对于WCS的局部坐标系与人体主躯干固连，分别为LCSLshould和LCSRshould，坐标轴方向；通过光学式人体运动捕设备实时获取LCSLshould和LCSRshould相对于WCS的齐次变换矩阵WTLshould(t)和WTRshould(t)；步骤7：假定左右大臂上第三个Marker点相对于LCSlarm和LCSRarm的初始坐标为LP1和 RP1，左右小臂上第三个Marker点相对于LCSLwrist和LCSRwrist的初始坐标为LP2和RP2，则其在WCS中的位置为：至此，将手臂运动过程中肩、肘、腕关节及其它位置Marker点的空间位置坐标都捕捉或计算出来，实现了对光学式人体运动捕捉手臂信息缺失条件下的数据补偿。