一种基于足底压力与惯性融合的动作捕捉方法、系统、计算机设备及存储介质

本发明涉及计算机，更具体地说，涉及一种基于足底压力与惯性融合的动作捕捉方法、系统、计算机设备及存储介质。

背景技术：

1、动作捕捉是跟踪并重建人体的空间姿态，是在身体各节段的表面设置跟踪器，计算机接收来自跟踪器的数据并计算出每个节段的三维坐标，通过与虚拟人体模型建立数据映射，进而驱动虚拟模型实现对真实人体姿态动作的模拟。随着相关技术的发展，动作捕捉被广泛应用于多个领域，包括但不限于动画制作、虚拟现实、运动康复等。目前，有两种主流动作捕捉方法：光学方法和惯性方法。

2、光学动作捕捉方法需要预先在空间安装多个摄像头，并在人体上布置光学标志，捕捉精度高，实时性强，可以同时捕捉多个人体目标，主要缺点是价格高，系统复杂，其依赖于已知的摄像机对准，使得该方法不适合日常生活或康复情境。

3、惯性方法使用传感器进行动作捕捉，其具有小型化、低成本和对不同环境的高鲁棒性等优点。但需注意的是，人体动作捕捉不仅仅是姿态的捕获，位移估计也是人体动作捕捉中的重要环节之一。目前惯性动作捕捉方法的位移估计往往依赖于不同阶段的支撑腿检测算法，由于解算精度以及传感器本身的测量噪声等因素往往会影响支撑腿判断不准导致位移估计误差累积等问题，尤其是在快速运动的情况下，具有较大的局限性。现有技术中尚未出现集成足底压力与惯性一体化的，传感网络同步精度可达毫秒级动作捕捉设备。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于足底压力与惯性融合的动作捕捉方法、系统、计算机设备及存储介质，有效解决了现有惯性方法进行动作捕捉存在的支撑腿判断不准导致位移估计误差累积等问题。

2、本发明提供一种基于足底压力与惯性融合的动作捕捉方法包括：

3、建立骨骼向量表，标定虚拟人体模型的初始姿态；

4、获取人体惯性姿态数据，通过姿态解算算法得到虚拟人体模型身体姿态，进行姿态更新；

5、同步获取人体左右脚足底压力数据，判断当前支撑脚；

6、以所述当前支撑脚为根节点，推算出当前虚拟人体质心坐标，进行位移更新。

7、进一步地，本发明还提供一种基于足底压力与惯性融合的动作捕捉系统，包括：

8、数据采集模块：用于同步实时采集身体姿态数据和左右脚足底压力数据；

9、汇聚终端模块，用于接收所述身体姿态数据和左右脚足底压力数据，并将所述身体姿态数据和左右脚足底压力数据发送给姿态解算模块；

10、姿态解算模块，接收所述汇聚终端模块传输的所述身体姿态数据和所述左右脚足底压力数据，并解算为身体姿态四元数，对当前姿态进行更新，同时更新当前人体质心坐标，进行位移更新；

11、人体姿态呈现模块：用于接收所述关节姿态四元数、身体姿态四元数和质心坐标，控制所述虚拟人体模型的运动，对当前人体动作进行实时呈现；

12、所述数据采集模块包括：

13、身体姿态采集模块，包括多个惯性传感器，用于采集所述身体姿态数据；

14、足底压力采集模块，包括左右脚足底压力鞋垫，用于采集所述左右脚足底压力数据，并将所述左右脚足底压力数据传给所述汇聚终端模块。

15、进一步地，本发明还提供一种计算机设备，所述计算机设备包括处理器及存储器；

16、所述存储器上存储有计算机程序；所述处理器用于执行所述存储器中存储的一个或者多个程序，以实现上述的基于足底压力与惯性融合的动作捕捉方法的步骤。

17、进一步地，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现上述的基于足底压力与惯性融合的动作捕捉方法的步骤。

18、有益效果

19、本发明提供一种基于足底压力与惯性融合的动作捕捉方法、系统、计算机设备及存储介质，有效的解决了现有技术的惯性动作捕捉方法的支撑腿检测问题，创造性的提出了集成足底压力与惯性一体化的动作捕捉系统，实时同步获取足底压力数据及惯性数据，根据使用者足底压力水平的准确判断，进行人体质心更新计算，同步进行人体姿态更新与位移更新，从而提高动作呈现中的人体动作捕捉精度。

技术特征：

1.一种基于足底压力与惯性融合的动作捕捉方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于足底压力与惯性融合的动作捕捉方法，其特征在于，所述人体惯性姿态数据包括通过惯性传感器采集的人体关节的加速度、角速度、磁场数据及所述人体关节的关节姿态四元数。

3.根据权利要求2所述的基于足底压力与惯性融合的动作捕捉方法，其特征在于，所述获取人体惯性姿态数据，通过姿态解算算法得到虚拟人体模型姿态，进行姿态更新包括：

4.根据权利要求1所述的基于足底压力与惯性融合的动作捕捉方法，其特征在于，所述同步获取人体左右脚足底压力数据包括；

5.根据权利要求4所述的基于足底压力与惯性融合的动作捕捉方法，其特征在于，所述根据所述左右脚足底压力数据，判断当前支撑脚包括：

6.根据权利要求5所述的基于足底压力与惯性融合的动作捕捉方法，其特征在于，以所述当前支撑脚为根节点，推算出当前人体质心坐标包括：

7.一种基于足底压力与惯性融合的动作捕捉系统，其特征在于，包括：

8.如权利要求7所述的基于足底压力与惯性融合的动作捕捉系统，其特征在于，

9.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括处理器及存储器；

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如权利要求1至6中任一项所述的基于足底压力与惯性融合的动作捕捉方法的步骤。

技术总结本发明提供一种基于足底压力与惯性融合的动作捕捉方法、系统、计算机设备及存储介质，有效的解决了现有技术的惯性动作捕捉方法的支撑腿检测问题，创造性的提出了集成足底压力与惯性一体化的动作捕捉系统，实时同步获取足底压力数据及惯性数据，根据使用者足底压力水平的准确判断，进行人体质心更新计算，同步进行人体姿态更新与位移更新，从而提高动作呈现中的人体动作捕捉精度。技术研发人员：张衡,汝旭,鲁永庆,王春水,杨李清受保护的技术使用者：西南大学技术研发日：技术公布日：2024/10/17