一种基于定格动画拍摄的人体模型动作捕捉设备

本发明涉及一种动作捕捉设备技术领域，具体是一种基于定格动画拍摄的人体模型动作捕捉设备。

背景技术：

动作捕捉是通过各种技术手段记录被观察对象(人或物，或是动物)的动作，并做有效的处理，能够实时地准确测量、记录运动物体在实际三维空间中的各类运动轨迹和姿态，并在虚拟三维空间中重构这个物体每个时刻运动状态的高新技术，动作捕捉技术现阶段可以分为以下几种：光学式，惯性式，机械式，声学式，电磁式。

光学式动作捕捉是通过光学原理来完场物体的捕捉和定位的。现有技术中，通过光学镜头捕捉固定在人体或是物体上面粘贴的marker的位置信息来完成动作姿态捕捉。光学式动作捕捉依靠一整套精密而复杂的光学摄像头来实现，它通过计算机视觉原理，由多个高速摄像机从不同角度对目标特征点进行跟踪来完成全身的动作的捕捉。marker是通过特殊反光处理或者是主动发光甚至可以自带id编码的标记点，这样镜头在视野中可以通过marker的发光来观测它，并记录捕捉到其的运动轨迹。

因此，动作捕捉设备中，影响其精度的主要是摄像机获取的marker在空间中的三维坐标和摄像机自身的三维坐标，其中，marker的空间坐标精度主要取决于marker的布置节点、摄像头的设置数量和位置、摄像头的分辨率，在相同的摄像设备条件下，摄像机获取的像场越大，即距离marker越远，其获取marker的分辨率也就越小。因此，理论上，为确保精度，摄像机距离被拍摄物越近越好，另外，在拍摄角度上，marker被遮挡的越少越好，其在像场内相对移动的幅度越大越好。

在现场拍摄中，由于被拍摄物活动所需场景的不同，摄像机的最适宜拍摄距离和角度也不同，现有技术中，由于需要确保摄像机自身三维坐标的准确性，摄像机并不能根据需求实时改变距离和角度，通常都是固定不动的，在确有需求时只能重新布置摄像机位置，并重新测量定位，拍摄效率低，适应性差，往往需要反复多次拍摄才能达到要求，使得动画制作成本更高。

因此，有必要提供一种基于定格动画拍摄的人体模型动作捕捉设备，以解决上述背景技术中提出的问题。

技术实现要素：

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于定格动画拍摄的人体模型动作捕捉设备，包括桁架、吊座组件、架设台组件，其中，所述桁架为具有一定高度的环形桁架，所述桁架顶部圆周分布有多条由圆心向边缘辐射的辐条梁，每根所述辐条梁下固定有主轨道；所述主轨道上可移动地设有与之配合的吊座组件，所述吊座组件下方通过伸缩杆固定有架设台组件，所述架设台组件上能够架设摄像机。

进一步的，作为优选，所述吊座组件包括滑动吊座，所述滑动吊座通过四个角的吊座轮抱紧在主轨道上，所述主轨道的两侧为凹轨道，所述吊座轮嵌入主轨道的两侧；

所述滑动吊座的下方设有可转动的吊座转盘，所述吊座转盘的边缘圆周分布有多个连接孔，所述吊座转盘的下方通过伸缩杆与架设台组件固定连接；

所述主轨道的一端设有直线驱动装置，所述直线驱动装置驱动滑动吊座在主轨道上移动。

进一步的，作为优选，所述主轨道的两端水平方向固定设置有与其垂直的导杆轨道组件，两个所述导杆轨道组件上分别可滑动地连接导杆的两端，所述导杆上可滑动地套设有直线轴承套，所述直线轴承套上固定连接有转盘连杆，所述转盘连杆的另一端可转动地连接在吊座转盘边缘的一个孔中。

进一步的，作为优选，所述导杆轨道组件包括导杆座滑槽，所述导杆座滑槽的一端与辐条梁/主轨道固定连接，所述导杆座滑槽由上下两条开设有滑槽的梁组成，其滑槽内通过上下各两个连接柱可移动地连接有导杆座，且所述导杆座滑槽其中一侧滑槽的内侧上有导杆座齿条，所述导杆座上可转动地设有与导杆座齿条啮合的导杆座齿轮，所述导杆座齿轮由设在导杆座底部的电机驱动；

且所述导杆座上端与导杆铰接。

进一步的，作为优选，所述架设台组件包括固定外壳、转动外壳和夹台组件，所述固定外壳为背面开口的环形腔体，且其表面沿半径方向圆周分布有三条滑槽，且每条滑槽上设有可延其移动的夹台组件；

所述固定外壳背面设有转动外壳，所述转动外壳上固定连接有嵌入固定外壳腔体内的平面螺纹盘，且所述转动外壳和平面螺纹盘能够相对固定外壳转动。

进一步的，作为优选，所述夹台组件内侧固定连接有弧形的夹瓦，每个夹台组件移动到最内侧时每个夹瓦共同围成一个圆。

进一步的，作为优选，所述夹瓦内侧的中心沿弧形方向开设有横槽，其中心沿横槽垂直方向开设有贯穿的纵槽；

所述摄像机的背部由圆柱体的摄像机固定座连接，所述摄像机固定座的外圆曲率与夹瓦内弧曲率相同，且所述摄像机固定座外壁有与横槽、纵槽对应大小的横条和纵条。

进一步的，作为优选，所述夹台组件包括夹台壳体、螺柱，所述夹台壳体内可转动地设有螺柱，所述螺柱的轴向与固定外壳一条径向重合，且所述螺柱的螺纹露出在夹台壳体的底壳外，且所述螺柱的螺纹与平面螺纹盘的螺纹啮合；

所述螺柱通过螺柱轴与夹台壳体连接，所述螺柱轴的一端同轴固定有螺柱齿轮。

进一步的，作为优选，所述夹台组件还包括锁止顶块、锁齿杆，所述夹台壳体在夹瓦的纵槽对应位置设有伸入其内的锁止顶块，所述锁止顶块通过挑杆弹簧支撑，所述锁止顶块中间固定有斜面压杆，所述斜面压杆的末端为斜面。

所述锁齿杆位于螺柱齿轮的上方，其中心可转动地设置在夹台壳体内，所述锁齿杆的一端为锁齿，所述锁齿杆上还设有扭力弹簧使锁齿下降到锁止螺柱齿轮的位置；

所述锁齿杆远离锁齿一端的前面的上方对应斜面压杆的位置。

进一步的，作为优选，所述螺柱齿轮上方的夹台壳体内开设有垂向的锁齿座滑槽，所述锁齿座滑槽中可移动地连接有锁齿座，所述锁齿座的中心与锁齿杆的中心铰接，所述锁齿座上方可转动地连接有提升螺杆，所述提升螺杆贯穿夹台壳体的上方，并与其螺纹连接，所述提升螺杆顶部固定有联动旋钮。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明中，直线驱动装置驱动吊座组件使摄像机改变与场景中心的距离，导杆轨道组件改变导杆的角度，使吊座转盘带着摄像机随距离的改变而旋转不同角度，且该角度能够由各个部件的长度和导杆在导杆轨道组件的位置计算得出精确数值，使摄像机能够始终保持最适宜拍摄距离和角度。摄像机自身坐标准确，marker坐标获取分辨率高，使得动作捕捉的精度高，能够适应不同的演出场景，拍摄效率高。

本发明中，摄像机还通过架设台组件与吊座组件相连，以确保其初始位置的准确性，夹台组件将摄像机固定座夹紧时，锁止顶块被纵条压入夹台壳体内，所述斜面压杆缩入，其末端的斜面压迫锁齿杆，将锁齿杆末端克服扭力弹簧而压下，从而使锁齿上升，螺柱齿轮接触锁止状态，当平面螺纹盘旋转时螺柱将自转，夹台壳体7固定不动，从而避免夹台组件在活动过程中松动。

附图说明

图1为一种基于定格动画拍摄的人体模型动作捕捉设备的结构示意图；

图2为一种基于定格动画拍摄的人体模型动作捕捉设备的主轨道及吊座组件结构示意图；

图3为一种基于定格动画拍摄的人体模型动作捕捉设备的导杆轨道组件结构示意图；

图4为一种基于定格动画拍摄的人体模型动作捕捉设备的架设台组件结构示意图；

图5为一种基于定格动画拍摄的人体模型动作捕捉设备的夹台组件结构示意图；

图6为一种基于定格动画拍摄的人体模型动作捕捉设备的夹台组件的螺柱齿轮一侧结构示意图；

图中：1、桁架；2、辐条梁；3、主轨道；4、直线驱动装置；6、吊座组件；7、架设台组件；8、摄像机；51、导杆；52、导杆轨道组件；53、直线轴承套；54、转盘连杆；521、导杆座滑槽；522、导杆座齿条；523、导杆座；524、连接柱；525、导杆座齿轮；61、滑动吊座；62、吊座轮；63、吊座转盘；71、固定外壳；72、转动外壳；73、平面螺纹盘；74、吊装口；75、夹瓦；76、夹台组件；77、纵槽；78、横槽；79、联动旋钮；81、摄像机固定座；82、横条；83、纵条；761、夹台壳体；762、螺柱；763、螺柱轴；764、螺柱齿轮；765、锁齿；766、锁齿座；767、锁齿座滑槽；768、提升螺杆；769、锁止顶块；7610、斜面压杆；7611、挑杆弹簧；7612、锁齿杆。

具体实施方式

请参阅图1，本发明实施例中，一种基于定格动画拍摄的人体模型动作捕捉设备，包括桁架1、吊座组件6、架设台组件7，其中，所述桁架1为具有一定高度的环形桁架，所述桁架1顶部圆周分布有多条由圆心向边缘辐射的辐条梁2，每根所述辐条梁2下固定有主轨道3；所述主轨道3上可移动地设有与之配合的吊座组件6，所述吊座组件6下方通过伸缩杆固定有架设台组件7，所述架设台组件7上能够架设摄像机8。

请参阅图2，本实施例中，所述吊座组件6包括滑动吊座61，所述滑动吊座61通过四个角的吊座轮62抱紧在主轨道3上，所述主轨道3的两侧为凹轨道，所述吊座轮62嵌入主轨道3的两侧，所述吊座轮62为橡胶轮，通过四角滚动连接的方式，完全限制其轴向转动，使滑动吊座61的移动震动小，平稳，精度高；

所述滑动吊座61的下方设有可转动的吊座转盘63，所述吊座转盘63的边缘圆周分布有多个连接孔，所述吊座转盘63的下方通过伸缩杆与架设台组件7固定连接；

所述主轨道3的一端设有直线驱动装置4，所述直线驱动装置4驱动滑动吊座61在主轨道3上移动，其可以通过丝杠装置/同步带/链传动中的一种方式驱动，此为现有技术不再赘述。

请参阅图2，本实施例中，主轨道3的两端水平方向固定设置有与其垂直的导杆轨道组件52，两个所述导杆轨道组件52上分别可滑动地连接导杆51的两端，所述导杆51上可滑动地套设有直线轴承套53，所述直线轴承套53上固定连接有转盘连杆54，所述转盘连杆54的另一端可转动地连接在吊座转盘63边缘的一个孔中；

也就是说，通过将导杆51的两端置于导杆轨道组件52上的不同位置，使导杆51相对主轨道3呈不同角度倾斜，而与其滑道连接的直线轴承套53移动到不同位置时，转盘连杆54推动吊座转盘63旋转不同角度，且该角度能够由各个部件的长度和导杆51在导杆轨道组件52的位置计算得出精确数值。

请参阅图3，本实施例中，所述导杆轨道组件52包括导杆座滑槽521，所述导杆座滑槽521的一端与辐条梁2/主轨道3固定连接，所述导杆座滑槽521由上下两条开设有滑槽的梁组成，其滑槽内通过上下各两个连接柱524可移动地连接有导杆座523，且所述导杆座滑槽521其中一侧滑槽的内侧上有导杆座齿条522，所述导杆座523上可转动地设有与导杆座齿条522啮合的导杆座齿轮525，所述导杆座齿轮525由设在导杆座523底部的电机驱动；

且所述导杆座523上端与导杆51铰接。

请参阅图4，本实施例中，所述架设台组件7包括固定外壳71、转动外壳72和夹台组件76，所述固定外壳71为背面开口的环形腔体，且其表面沿半径方向圆周分布有三条滑槽，且每条滑槽上设有可延其移动的夹台组件76；

所述固定外壳71背面设有转动外壳72，所述转动外壳72上固定连接有嵌入固定外壳71腔体内的平面螺纹盘73，且所述转动外壳72和平面螺纹盘73能够相对固定外壳71转动。

请参阅图4，本实施例中，所述夹台组件76内侧固定连接有弧形的夹瓦75，每个夹台组件76移动到最内侧时每个夹瓦75共同围成一个圆。

请参阅图4，本实施例中，所述夹瓦75内侧的中心沿弧形方向开设有横槽78，其中心沿横槽78垂直方向开设有贯穿的纵槽77；

所述摄像机8的背部由圆柱体的摄像机固定座81连接，所述摄像机固定座81的外圆曲率与夹瓦75内弧曲率相同，且所述摄像机固定座81外壁有与横槽78、纵槽77对应大小的横条82和纵条83；

也就是说，通过将摄像机固定座81的横条82和纵条83嵌入夹瓦75的横槽78和纵槽77，能够快速定位和提高夹瓦75夹持摄像机固定座81的稳定性。

请参阅图5，本实施例中，所述夹台组件76包括夹台壳体761、螺柱762，所述夹台壳体761内可转动地设有螺柱762，所述螺柱762的轴向与固定外壳71一条径向重合，且所述螺柱762的螺纹露出在夹台壳体761的底壳外，且所述螺柱762的螺纹与平面螺纹盘73的螺纹啮合；

所述螺柱762通过螺柱轴763与夹台壳体761连接，所述螺柱轴763的一端同轴固定有螺柱齿轮764。

请参阅图5图6，本实施例中，所述夹台组件76还包括锁止顶块769、锁齿杆7612，所述夹台壳体761在夹瓦75的纵槽77对应位置设有伸入其内的锁止顶块769，所述锁止顶块769通过挑杆弹簧7611支撑，所述锁止顶块769中间固定有斜面压杆7610，所述斜面压杆7610的末端为斜面；

所述锁齿杆7612位于螺柱齿轮764的上方，其中心可转动地设置在夹台壳体761内，所述锁齿杆7612的一端为锁齿765，所述锁齿杆7612上还设有扭力弹簧使锁齿765下降到锁止螺柱齿轮764的位置；

所述锁齿杆7612远离锁齿765一端的前面的上方对应斜面压杆7610的位置；

也就是说，当锁止顶块769被纵条83压入夹台壳体761内时，所述斜面压杆7610缩入，其末端的斜面压迫锁齿杆7612，将锁齿杆7612末端克服扭力弹簧而压下，从而使锁齿765上升，螺柱齿轮764接触锁止状态，当平面螺纹盘73旋转时螺柱762将自转，夹台壳体761固定不动。

请参阅图5图6，本实施例中，所述螺柱齿轮764上方的夹台壳体761内开设有垂向的锁齿座滑槽767，所述锁齿座滑槽767中可移动地连接有锁齿座766，所述锁齿座766的中心与锁齿杆7612的中心铰接，所述锁齿座766上方可转动地连接有提升螺杆768，所述提升螺杆768贯穿夹台壳体761的上方，并与其螺纹连接，所述提升螺杆768顶部固定有联动旋钮79，通过拧动联动旋钮79，能够使锁齿座766升降。

具体实施时，在被拍摄物的关键节点贴上marker并进入桁架1的圈内，多台摄像机8同时捕捉marker在其像场内的位置而合成每个marker的三维坐标，从而使被拍摄物的动作在计算机虚拟空间中重现；

其中，根据被拍摄物的动作、位置和活动场景，直线驱动装置4驱动吊座组件6使摄像机8改变与场景中心的距离，且该距离实时记录在计算机内；

导杆轨道组件52改变导杆51的角度，使吊座转盘63带着摄像机8随距离的改变而旋转不同角度，且导杆轨道组件52中导杆51两端的距离记录在计算机内，从而计算出摄像机8相对场景中心的转角；

摄像机8还通过架设台组件7与吊座组件6相连，以确保其初始位置的准确性，夹台组件76将摄像机固定座81夹紧时，锁止顶块769被纵条83压入夹台壳体761内，所述斜面压杆7610缩入，其末端的斜面压迫锁齿杆7612，将锁齿杆7612末端克服扭力弹簧而压下，从而使锁齿765上升，螺柱齿轮764接触锁止状态，当平面螺纹盘73旋转时螺柱762将自转，夹台壳体761固定不动，从而避免夹台组件76在活动过程中松动；

需要拆卸时，拧动联动旋钮79使锁齿座766下压，锁齿765锁止螺柱齿轮764，平面螺纹盘73旋转时螺柱762将带动夹台壳体761移动而松开摄像机固定座81。

以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。