[发明专利]一种运动平台与3D视频数据匹配互动方法及系统

摘要

本发明提供了一种运动平台与3D视频数据匹配互动方法，包括以下步骤：A.获取第一3D视频镜头姿态数据，第一3D视频镜头姿态数据包括第一旋转数据；B.将第一旋转数据中的跳变数据滤除后得到第二旋转数据；C.将第二旋转数据进行分段压缩，使分段压缩后得到的压缩数据在运动平台所承受的范围内；D.建立参考坐标系，依据压缩数据中的旋转信息来模拟运动平台运动；E.在参考坐标系中利用三维旋转公式计算出运动平台控制杆的伸缩量；F.依据运动平台控制杆的伸缩量数据来控制运动平台相应运动。本发明提供的运动平台与3D视频数据匹配互动方法，能够保证运动平台的运动和游戏或影片内容保持同步，提高了最终控制数据准确性。

主权项

一种运动平台与3D视频数据匹配互动方法，其特征在于，所述运动平台包括平台控制杆，所述方法包括以下步骤：A.获取第一3D视频镜头姿态数据，所述第一3D视频镜头姿态数据包括第一旋转数据；B.将所述第一旋转数据中的跳变数据滤除后得到第二旋转数据：首先对第一数据作处理，抑制数据中可能存在的跳变点，保证其曲线平滑、连续：Δ＝RotateX[i]‑RotateX[i‑1]if fabs(Δ)＞270°$RotateX\[i\]=RotateX\[i\]+\frac{fabs\left(\mathrm{\Δ}\right)}{\mathrm{\Δ}}*360$其中：fabs是取绝对值操作；C.将所述第二旋转数据进行分段压缩，使分段压缩后得到的压缩数据在所述运动平台所承受的运动范围内；D.建立参考坐标系，依据所述压缩数据中的旋转信息来模拟运动平台运动；E.在所述参考坐标系中利用三维旋转公式计算出运动平台控制杆的伸缩量；在三维坐标系下，点(x0,y0,z0)绕z轴旋转θ后到达(x1,y1,z1)，显然z1＝z0；在初始位置时，点的坐标轴可以表示：x0＝L*sinα，y0＝L*cosα，旋转之后新坐标为：x1＝L*sin(α+θ)＝L*sinα*cosθ+L*cosα*sinθy1＝L*cos(α+θ)＝L*cosα*cosθ‑L*sinα*sinθz1＝z0用向量和矩阵来描述上述过程，可以描述成：$\left[\begin{array}{c}x1\\ y1\\ z1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}cos\mathrm{\θ}& sin\mathrm{\θ}& 0\\ -\sin \mathrm{\θ}& cos\mathrm{\θ}& 0\\ 0& 0& -1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}x0\\ y0\\ z0\end{array}\right]=M_z\left[\begin{array}{c}x0\\ y0\\ z0\end{array}\right]---\left(6\right)$$M_z=\left[\begin{array}{ccc}cos\mathrm{\θ}& \sin \mathrm{\θ}& 0\\ -sin\mathrm{\θ}& cos\mathrm{\θ}& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]$同理，点绕x轴旋转α可以表示成：$\left[\begin{array}{c}x1\\ y1\\ z1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos \mathrm{\θ}& \sin \mathrm{\θ}\\ 0& -\sin \mathrm{\θ}& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}x0\\ y0\\ z0\end{array}\right]=M_z\left[\begin{array}{c}x0\\ y0\\ z0\end{array}\right]---\left(7\right)$$M_z=\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& cos\mathrm{\θ}& \sin \mathrm{\θ}\\ 0& -sin\mathrm{\θ}& cos\mathrm{\θ}\end{array}\right]$同理，点绕y轴旋转β角可以表示成：$\left[\begin{array}{c}x1\\ y1\\ z1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}cos\mathrm{\θ}& 0& -sin\mathrm{\θ}\\ 0& 1& 0\\ \sin \mathrm{\θ}& 0& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}x0\\ y0\\ z0\end{array}\right]=M_z\left[\begin{array}{c}x0\\ y0\\ z0\end{array}\right]---\left(8\right)$$M_z=\left[\begin{array}{ccc}cos\mathrm{\θ}& 0& -sin\mathrm{\θ}\\ 0& 1& 0\\ \sin \mathrm{\θ}& 0& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right]$则，在固定的三维坐标系下，一个点依次绕x、y、z轴旋转α、β和θ角后最终的新坐标为：$\left[\begin{array}{c}x1\\ y1\\ z1\end{array}\right]=M_z{M}_y{M}_x\left[\begin{array}{c}x0\\ y0\\ z0\end{array}\right]---\left(9\right)$针对实际情况下具体的运动平台，初始状态时，坐标系中有些参数是固定的定值，例如：上下平台的三个铰点(A、B、C)所在外接圆的半径R固定，假设上下平台一致，也有可能不一致，方法类似，不影响后面推导，三点所在外接圆的分段圆弧都为120°，上下平台的距离D，O′O＝D固定，根据这些初始的固定参数，可以很容易计算出上下平台中A、B、C、D、E、F六个铰点的初始状态的坐标，分别记为：(x_A，y_A，z_A)、(x_B，y_B，z_B)、(x_C，y_C，z_C)、(x_D，y_D，z_D)、(x_E，y_E，z_E)、(x_F，y_F，z_F)，然后根据这六个初始坐标不难求出六根控制杆的初始长度，即三维空间内两点之间的欧氏距离：L1、L2、L3、L4、L5、L6，六自由度运动平台模拟运动时，下平台固定不动，上平台在可接受范围内发生运动，包括旋转和平移，假设，上平台依次绕X、Y、Z轴旋转α、β和θ角，则，根据公式(9)，A、B、C三点在三维空间中的坐标将会变为：(x′_A，y′_A，z′_A)、(x′_B，y′_B，z′_B)、(x′_C，y′_C，z′_C)其中：M_x、M_y、M_z见公式(6)、(7)、(8)同理，依次计算出B点和C点的新坐标，这样，六个铰点中上平台的三个铰点(A、B、C)的坐标由于平台的运动发生了改变，改变后A、B、C、D、E、F六个铰点的坐标依次记为：(x′_A，y′_A，z′_A)、(x′_B，y′_B，z′_B)、(x′_C，y′_C，z′_C)、(x_D，y_D，z_D)、(x_E，y_E，z_E)、(x_F，y_F，z_F)，此时，再根据新的坐标不难再次计算出六根控制杆的长度：L1‘、L2‘、L3‘、L4‘、L5‘、L6‘，至此，对比初始状态，每根控制杆的伸缩量可以求得：Δ1＝L1′‑L1Δ2＝L2′‑L2Δ3＝L3′‑L3Δ4＝L4′‑L4Δ5＝L5′‑L5 Δ6＝L6′‑L6(10)；F.依据所述运动平台控制杆的伸缩量来控制运动平台相应运动。