人体运动数据捕捉-

人体运动数据捕捉主线人体运动运动捕捉技术应用几种捕捉方式分类机械式电磁式光学式惯性式运动监测仪系统前景与总结人体运动

人体是由200多个旋转关节组成的复杂形体,不仅可完成高度复杂的动作,而且由于人类具有高度智能性,其运动具有特别好的协调性,因此对人体运动的研究一直是机器人设计、智能控制、人机工程、仿真等领域研究的热点。

运动是以骨为杠杆,关节为枢纽,肌肉的收缩作为动力而构成的。因此运动系统包括骨、关节及肌肉3个部分。骨、关节与肌肉还构成了人体的支架与基本形状。

人体运动人体结构的24个关节点表示与七类运动特征定义人体运动太极瑜伽体操人体运动 长期坚持运动锻炼,可使肌肉中的毛细血管形态结构发生变化,出现囊泡状,从而增加肌肉的血液供应量,有利于肌肉持续长时间紧张的活动。此外,运动也能够使人体其她系统在形态与结构上发生改变,并有助于人体健康。

人体运动捕捉具有广泛的实际应用价值,可应用于工业、农业、交通、文教卫生与体育等许多行业,特别是在医学、体育科学研究、运动训练指导、现代影视动画与游戏制作等领域的应用。目前,国内差不多建设的运动捕捉平台有中国科学院计算机技术研究所、北京大学、浙江大学、中国传媒大学等多家科研机构,中央电视台、国家体育总局、上海市第六人民医院以及全国各大城市动漫基地分别建设捕捉平台以满足实际应用需求。运动捕捉技术应用1、影视制作近年,3D技术与计算机仿真技术越来越成熟,极大改变了影视制作的工作方式。许多电影、动漫与电视剧的制作过程都采纳了运动捕捉与三维重构技术。猩球黎明阿凡达电影制作动漫制作影视制作场景视频1、运动捕捉技术2、影视制作--阿凡达 目前许多大型游戏的开发都差不多开始利用动作捕捉与三维重构技术来使计算机虚拟世界中的人物模型与动作更加逼真,使虚拟世界与现实世界更加接近。

2、游戏设计3、医疗健康 人体运动与人体健康医疗是息息相关的,随着社会的发展与科技的进步,人们对生活质量的期望与对身体健康的重视程度也越来越高。运动捕捉技术能够应用于理疗与健康监护等诸多医疗领域,通过采集病人的病前运动与康复后运动数据,依据正常人的运动数值对比分析能够得出康复效果。帮助医生更好的掌握治疗效果。 体育训练运动捕捉技术能够捕捉运动员的动作,便于进行量化分析,结合人体生理学、物理学原理,研究改进的方法,使体育训练摆脱纯粹的依靠经验的状态,进入理论化、数字化的时代。还能够把成绩差的运动员的动作捕捉下来,将其与优秀运动员的动作进行对比分析,从而帮助其训练。4、体育5、运动数据库a、非物质文化遗产,是人类文明的象征与宝贵财富。然而一些依靠口传心授的文化遗产正在不断消失,许多传统技艺濒临消亡。因此能够依靠运动捕捉技术将其录取保存。b、机器人的发展是下一个时代特征,机器人是通过模仿人类的行为动作来运动的,能够将人类运动采集存储,然后机器通过运动数据库来处理应用几种捕捉方式分类第一类:接触式与非接触式第二类:图像与数据第三类:第一类第二类1、对包罗人体运动的图像序列进行提取处理,从而得到人体的运动信息2、利用传感器对人体的运动数据采集,进行人体的分析与研究第三类:机械式、电磁式、光学式、惯性式机械式:运动捕捉依靠机械装置来跟踪与测量人体的运动轨迹。电磁式:运动捕捉由发射源、接收传感器与数据处理单元组成。光学式:运动捕捉由在表演者关键部位粘贴上一些主动或者被动 反光的标识点,在捕捉过程中利用多个高频摄像机对标 记点进行检测与跟踪,并通过电脑获得三维人体运动数 据。惯性式:运动捕捉系统主要依赖地球重力与磁场。运动捕捉进化史-----电影界机械式 机械式典型的系统由多个关节与刚性连杆组成,在可转动的关节中装有角度传感器,能够测得关节转动角度的变化情况。装置运动时,依照角度传感器所测得的角度变化与连杆的长度,能够得出杆件末端点在空间中的位置与运动轨迹。实际上,装置上任何一点的运动轨迹都能够求出,刚性连杆也能够换成长度可变的伸缩杆,用位移传感器测量其长度的变化。早期出现过火柴人,魂斗罗特点: 机械式运动捕捉的一种应用形式是将欲捕捉的运动物体与机械结构相连,物体运动带动机械装置,从而被传感器实时记录下来。X-Ist的FullBodyTracker是一种颇具代表性的机械式运动捕捉产品。优缺点: 这种方法的优点是成本低,精度也较高,能够做到实时测量,还可容许多个角色同时表演。但其缺点也特别明显,主要是使用起来特别不方便,机械结构对表演者的动作阻碍与限制特别大。电磁式表演者在电磁场内表演时,接收传感器将接收到的信号通过电缆传送给处理单元,依照这些信号能够解算出每个传感器的空间位置与方向优点: 首先在于它记录的是六维信息,即不仅能得到空间位置,还能得到方向信息,这一点对某些特别的应用场合特别有价值。其次是速度快,实时性好,表演者表演时,动画系统中的角色模型能够同时反应,便于排演、调整与修改。装置的定标比较简单,技术较成熟,成本相对低廉。缺点: 在于对环境要求严格,在表演场地附近不能有金属物品,否则会造成电磁场畸变,影响精度。系统的允许表演范围比光学式要小,特别是电缆对表演者的活动限制比较大,关于比较剧烈的运动与表演则不适用。光学式目前常见的光学式运动捕捉大多基于计算机视觉原理。从理论上说,关于空间中的一个点,只要它能同时为两部相机所见,则依照同一时刻两部相机所拍摄的图像与相机参数,能够确定这一时刻该点在空间中的位置。当相机以足够高的速率连续拍摄时,从图像序列中就能够得到该点的运动轨迹。指环王---咕噜基于LED灯的光学式动作捕捉技术光学设备拍摄设备被动标记点 MotionAnalysis公司是该领域的佼佼者。典型的光学式运动捕捉系统通常使用6～8个相机环绕表演场地排列,这些相机的视野重叠区域就是表演者的动作范围。为了便于处理,通常要求表演者穿上单色的服装,在身体的关键部位,如关节、髋部、肘、腕等位置贴上一些特制的标志或发光点,称为"Marker",视觉系统将识别与处理这些标志。系统定标后,相机连续拍摄表演者的动作,并将图像序列保存下来,然后再进行分析与处理,识别其中的标志点,并计算其在每一瞬间的空间位置,进而得到其运动轨迹。优点: 表演者活动范围大,无电缆、机械装置的限制,表演者能够自由地表演,使用特别方便。其采样速率较高,能够满足多数高速运动测量的需要。Marker数量可依照实际应用购置添加,便于系统扩充。缺点: 系统价格昂贵,它能够捕捉实时运动,但后处理(包括Marker的识别、跟踪、空间坐标的计算)的工作量较大,适合科研类应用、电影动漫大型游戏的制作。惯性式通过惯性传感器、IMU(惯性测量单元)捕捉表演者运动加速度、方位、倾斜角等特性。不受环境干扰影响,不怕遮挡。捕捉精确度高,采样速度高,达到每秒1000次或更高。惯导传感器佩戴在表演者头上,或通过17个传感器组成数据服穿戴,通过USB线、蓝牙、2、4GzhDSSS无线等与主机相联,分别能够跟踪头部、全身动作,实时显示完整的动作。惯性动作捕捉全身式Perceptionlegacy惯性式--动作捕捉头盔常用的惯性式动作捕捉系统演示图惯性式问:MEMS是什么意思微机电系统,是指可批量制作的,集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理与控制电路、直至接口、通信与电源等于一体的微型器件或系统。MENS惯性传感器第一类:三轴加速度计(ax、ay、az)第二类:三轴加速度计与三轴角速率陀螺仪 (ax、ay、az与gx、gy、gz)两类传感器应用,测量围绕三个正交坐标轴的静态与动态的角速度与加速度ADI公司主要产品:放大器与线性产品、数据转换器、音频与视频产品、宽带产品、时钟与定时IC、光纤与光通信产品、接口与隔离、MEMS与传感器、电源与散热管理、处理器与DSP、RF与IFICs、开关与多路复用器等等。ADXL345ADXL345是一款小而薄的超低功耗3轴加速度计,分辨率高(13位),测量范围达±16g。数字输出数据位16位二进制补码格式,可通过SPI或I2C数字接口访问ADIS16405内置一个三轴陀螺仪与一个三轴加速度计(还有一个三轴磁强计),体积小,便于安装与携带。三轴数字加速度计测量范围:±18g;三轴数字陀螺仪,数字范围调整设置:±75°/秒、±150°/秒、±300°/秒ax、ay、az与gx、gy、gz功能框图SPI与I2CSPI(SerialPeripheralInterface)串行外设接口,是一种高速的,全双工,同步的通信总线。它以主从方式工作,这种模式通常有一个主设备与一个或多个从设备,需要至少4根线,事实上3根也能够(单向传输时)。也是所有基于SPI的设备共有的,它们是SDI(数据输入)、SDO(数据输出)、SCLK(时钟)、CS(片选)。I2C(Inter－IntegratedCircuit)是由PHILIPS公司开发的两线式串行总线,用于连接微控制器及其外围设备。是微电子通信控制领域广泛采纳的一种总线标准。通过串行数据(SDA)线与串行时钟(SCL)线在连接到总线的器件间传递信息。ADXL345模块实物特点: 不受外界影响,不存在象声学传感器、光学传感器受遮挡或环境噪音影响,或象电磁传感器受金属影响,精度高,如±1º动态条件下所有方向,采样速率快达数每秒几百至1000次,适合高动态运动,因为是高度集成芯片模块,尺寸特别小、重量特别轻,数据传输方便、简单。 可广泛应用于:机器人、动作捕捉、定位与稳定、人员导航与跟踪、医疗监测、无人机/陆地/水下车辆导航、教育与表演艺术、游戏及运动控制、虚拟现实技术与人体仿真。