[发明专利]建立数字运动人库的方法

说明书

一种建立数字运动人库的方法，包括：对人体结构建模，得到人体结构模型；通过运动捕获和力矩捕获，得到运动数据；对运动数据进行数据标准化处理，得到标准化运动数据；以及将标准化运动数据与人体结构模型结合，产生数字运动人库。

技术领域

本发明涉及数字化技术，更具体地，涉及建立数字运动人库的方法。

背景技术

“数字人”也称“数字化虚拟人”，即在电脑里合成的三维人体详细结构，全部数据来自真实人体，用于模拟人体的新陈代谢、生长发育、病理生理变化等。数字运动人是专注于模仿人类运动步态的数字人，在人形机器人研究和人机工程领域应用广泛。

人行走步态重点每一个动作都不是身体某一部分的单一运动，而是在神经系统的统一协调下的整体运动，包括步态的实现和体态的调整。在传统研究机器人运动的方法中，常只注重步态实现部分，并没有对整体的体态进行统一设定。同时，对模拟数据通常是现用现采集，没能重复利用实验数据，造成一定程度上的资源浪费。

发明内容

本发明的一个方面提供了一种建立数字运动人库的方法，包括：对人体结构建模，得到人体结构模型；通过运动捕获和力矩捕获，得到运动数据；对运动数据进行数据标准化处理，得到标准化运动数据；以及将标准化运动数据与人体结构模型结合，产生数字运动人库。

可选地，对人体结构建模，得到人体结构模型包括通过对人体的自由度、尺寸、惯量、运动范围等数据进行分析，获得标准三维人体模型。

可选地，自由度包括人在运动时有明显变化的关节数目及位置；尺寸包括人体头、上下躯干、上臂、前臂、手、大腿、小腿、足的尺寸参数，以及步行和慢跑状态下的步长、步频和步速；惯量包括人体头、上下躯干、上臂、前臂、手、大腿、小腿、足的惯性指标；以及运动范围包括人体肩、肘、腕、髋、膝、踝等主要关节在随意运动及强迫运动时的运动范围。

可选地，所述运动数据包括人行走过程中各个关节角转速变化或关节坐标变化数据、肌电信息变化数据、脚底压力变化数据。

可选地，所述数据标准化处理包括数据异常处理和数据格式转换。

可选地，数据异常处理包括通过前后时间节点上采集到的运动数据用样条曲线插补法对明显错误或缺失的数据进行增补。

可选地，数据格式转换包括将运动数据转换为统一格式，所述统一格式中同时包含了标准化运动数据的关节点三维坐标及在世界坐标中的运动曲线、关节夹角及其变化曲线的运动数据。

可选地，将标准化运动数据与人体结构模型结合包括将人体结构模型、采集点运动轨迹数据、采集点力矩数据相融合，得到形如：

关节i(位置数据、角度数据、关节力数据)的数据内容，

其中，关节i为人体模型的第i个关节，位置数据包括t时刻运动数据中关节i的位置坐标、线速度、线加速度数据，角度数据包括t时刻运动数据中关节i的角度、角速度、角加速度等数据，关节力数据包括t时刻运动数据中关节i的关节力数据。

根据本发明建立的数字运动人库，能够实现全面而详细的数据采集，在数据使用方面形成积累和完善，更能通过积累与分析剔除实验中采集的错误数据，对机器人的运动规划提供参考及指导，还可以用于对人类运动的一些不正确姿势进行校正。

附图说明

使用以下附图，通过对示例性实施例的描述，以上和其他目的及优点将变得清楚，在附图中：

图1示出了根据本发明实施例的建立数字运动人库的方法的流程图；以及

图2示出了根据本发明实施例的建立数字运动人库的方法的细节及各步骤之间的关系。

具体实施方式