专利名称：一种级联刚体运动追踪、步行过程追踪方法与系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及微机械(MEMQ运动追踪领域，尤其涉及一种级联刚体运动追踪方法与系统、步行过程追踪方法与系统。
背景技术：
运动物体追踪技术，已广泛运用于各领域，尤其在航天航海、天线雷达、人体运动姿态建模等领域。近年，随着MEMS的迅速发展，运动追踪技术逐渐融合进MEMS的理念，将运动追踪所需的测量部件微型化、集成化，形成集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路等于一体的微型运动追踪设备。这些设备具有成本低、体积小、重量轻等特点，因而广受人们青睐。
运动物体追踪需要首先获得运动物体的姿态数据，姿态数据获得后利用该数据对该运动物体的虚拟模型进行驱动，从而实时再现运动物体的运动过程，实现追踪。现有技术中进行运动物体追踪主要有三种方式一是光捕捉式，通过安装于特定场地的多个不同角度的摄像头获取运动物体关键位置点的姿态数据，进而利用该数据进行模型驱动；二是电磁式，通过安装于运动物体不同部位的多个电磁传感器之间的电磁耦合强度获得姿态数据，进而利用该数据进行模型追踪驱动；三是加速度积分式，通过安装于运动物体不同部位的加速度计测量变化加速度，然后对加速度进行二次积分获得姿态数据，进而利用该数据进行模型驱动。这些方式应用于多段级联型运动物体追踪，取得的效果往往不理想光捕捉方式受限于光线明暗，得到的姿态数据不准确；电磁式受限于电磁强度，信号较弱时若无额外辅助电磁发射装置配合，得到的数据也不准确；加速度积分方式因积分过程无可避免地存在累积误差，姿态数据随着时间推移将偏离真实情况。为实现级联刚体运动物体追踪急切需要一种简洁方便、受限因素少、数据准确的追踪方法与系统。发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种级联刚体运动追踪方法与系统，通过利用级联刚体自身物理特点，准确获取坐标数据后进行模型驱动以实现级联刚体的追踪。
本发明提供了一种级联刚体运动追踪方法，该方法包括
测量级联刚体各个刚体的姿态数据，所述姿态数据包括刚体运动的俯仰角、横滚角、航向角；
根据所述姿态数据创建相应刚体的旋转矩阵；
构造由级联刚体的级联点、级联刚体的两个端点组成的级联点集；以级联点集为处理对象，选取级联点集中的一个点为已知点，将已知点的坐标与包含该已知点的刚体的旋转矩阵相乘，得到该刚体的另一个级联点的坐标；
将级联点集的坐标数据发送给运动追踪中心，由该追踪中心使用所述坐标数据驱动级联刚体模型的相应部位运动，并将运动过程虚拟呈现出来。
优选地，级联点集的坐标数据通过无线方式发送给运动追踪中心。
优选地，根据姿态数据创建得到的相应刚体的旋转矩阵为.
权利要求
1.一种级联刚体运动追踪方法，其特征在于，该方法包括测量级联刚体各个刚体的姿态数据，所述姿态数据包括刚体运动的俯仰角、横滚角、航向角；根据所述姿态数据创建相应刚体的旋转矩阵；构造由级联刚体的级联点、级联刚体的两个端点组成的级联点集；以级联点集为处理对象，选取级联点集中的一个点为已知点，将已知点的坐标与包含该已知点的刚体的旋转矩阵相乘，得到该刚体的另一个级联点的坐标；将级联点集的坐标数据发送给运动追踪中心，由该追踪中心使用所述坐标数据驱动级联刚体模型的相应部位运动，并将运动过程虚拟呈现出来。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，级联点集的坐标数据通过无线方式发送给运动追踪中心。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据姿态数据创建得到的相应刚体的旋转矩阵为
4.一种级联刚体运动追踪系统，其特征在于，该系统包括姿态数据测量单元、旋转矩阵创建单元、级联点处理单元、坐标数据发送单元和运动追踪中心，其中所述姿态数据测量单元，用于测量级联刚体各个刚体的姿态数据，所述姿态数据包括刚体运动的俯仰角、横滚角、航向角；所述旋转矩阵创建单元，用于根据姿态数据创建相应刚体的旋转矩阵； 所述级联点处理单元，用于构造由级联刚体的级联点、级联刚体的两个端点组成的级联点集；以级联点集为处理对象，选取级联点集中的一个点为已知点，将该已知点的坐标与包含该已知点的刚体的旋转矩阵相乘，得到该刚体的另一个级联点的坐标； 所述坐标数据发送单元，用于将级联点集的坐标数据发送给运动追踪中心； 所述运动追踪中心，用于接收所述级联点集的坐标数据后，使用所述坐标数据驱动级联刚体模型的相应部位运动，并将运动过程虚拟呈现出来。
5.一种步行过程追踪方法，其特征在于，该方法包括测量人体下肢各骨骼的姿态数据，所述姿态数据包括骨骼运动的俯仰角、横滚角、航向角；根据所述姿态数据创建相应骨骼的旋转矩阵；构建由骨骼与骨骼的连接点、下肢两个端点组成的级联点集，以该级联点集为处理对象，选取级联点集内下肢端点的触地点为已知点，将已知点的坐标与包含该已知点的骨骼的旋转矩阵相乘，得到该骨骼的另一个级联点的坐标；将级联点集的坐标数据发送给步行追踪中心，由该追踪中心使用所述坐标数据驱动人体模型的相应部位运动，并将人体步行过程虚拟再现出来。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括获取步行位移的步骤，该步骤为记录步行中移动肢的端点触地时刻的坐标，将该坐标与非移动肢的端点的坐标相减以得到步行位移。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步行中移动肢的端点触地时刻按照下述步骤判断测量人体脚端运动的角速度，将所述角速度与预设阀值进行比较，如果等于预设阀值，则该时刻为移动肢的端点触地时刻。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，级联点集的坐标数据通过无线方式发送给步行追踪中心。
9.根据权利要求5至8中任何一项所述的方法，其特征在于，测量人体下肢各骨骼的姿态数据之前采用T-POSE进行校准。
10.根据权利要求5至8中任何一项所述的方法，其特征在于，根据姿态数据创建得到的相应骨骼的旋转矩阵为
11.一种步行过程追踪系统，其特征在于，该系统包括姿态数据测量单元、旋转矩阵创建单元、级联点处理单元、坐标数据发送单元和步行追踪中心，其中所述姿态数据测量单元，用于测量人体下肢各骨骼的姿态数据，所述姿态数据包括骨骼运动的俯仰角、横滚角、航向角；所述旋转矩阵创建单元，用于根据姿态数据创建相应骨骼的旋转矩阵； 所述级联点处理单元，用于构建由骨骼与骨骼的连接点、下肢两个端点组成的级联点集，以该级联点集为处理对象，选取级联点集内下肢端点的触地点为已知点，将已知点的坐标与包含该已知点的骨骼的旋转矩阵相乘，得到该骨骼的另一个级联点的坐标； 所述坐标数据发送单元，用于将级联点集的坐标数据发送给步行追踪中心； 所述步行追踪中心，用于接收级联点集的坐标数据后，使用所述坐标数据驱动人体模型的相应部位运动，并将人体步行过程虚拟再现出来。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述系统还包括步行位移获取单元，该单元用于记录步行中移动肢的端点触地时刻的坐标，将该坐标与非移动肢的端点的坐标相减以得到步行位移。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述步行位移获取单元包括触地时刻判断子单元，用于测量人体脚端运动的角速度，将所述角速度与预设阀值进行比较，如果等于预设阀值，则该时刻为移动肢的端点触地时刻。
全文摘要
本发明提供了一种级联刚体运动追踪方法与系统。该方法包括测量级联刚体各个刚体的姿态数据；根据所述姿态数据创建相应刚体的旋转矩阵；构造由级联刚体的级联点、级联刚体的两个端点组成的级联点集；以级联点集为处理对象，选取级联点集中的一个点为已知点，将该点的坐标与相应刚体的旋转矩阵相乘，得到该刚体的另一个级联点的坐标；将级联点集的坐标数据发送给运动追踪中心，由该追踪中心使用所述坐标数据驱动级联刚体模型的相应部位运动，并将运动过程虚拟呈现出来。本发明还提供了一种步行过程追踪方法与系统。本发明提供的方法与系统使得运动追踪过程简洁方便、受限因素少、数据准确。
文档编号G06F19/00GK102508986SQ20111025623
公开日2012年6月20日 申请日期2011年8月31日 优先权日2011年8月31日
发明者周尤, 赵铁军 申请人:微迈森惯性技术开发(北京)有限公司