一種基于運(yùn)動(dòng)捕捉的浸入式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種基于運(yùn)動(dòng)捕捉的浸入式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，包括：運(yùn)動(dòng)捕捉裝置、環(huán)境反饋裝置及3D虛擬環(huán)境仿真器，運(yùn)動(dòng)捕捉裝置包括：多個(gè)運(yùn)動(dòng)捕捉模塊，分別綁定在身體的不同部位，每一運(yùn)動(dòng)捕捉模塊包括：用于測(cè)量加速度信號(hào)的三軸MEMS加速度傳感器、用于測(cè)量角速度信號(hào)的三軸MEMS角速度傳感器及用于測(cè)量地磁信號(hào)的三軸MEMS磁力計(jì)；中央處理芯片，連接運(yùn)動(dòng)捕捉模塊，接收加速度、角速度信號(hào)及地磁信號(hào)，并將加速度、角速度信號(hào)及地磁信號(hào)生成的人體部位的姿態(tài)及位置信息通過第一接口發(fā)送給3D虛擬環(huán)境仿真器；環(huán)境反饋裝置包括：多個(gè)不同的環(huán)境反饋器件，分別連接3D虛擬環(huán)境仿真器，多個(gè)不同的環(huán)境反饋器件分別用于把視頻、音頻、力及觸覺控制信號(hào)反饋到人體的不同部位。
【專利說明】—種基于運(yùn)動(dòng)捕捉的浸入式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型是關(guān)于運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，特別是關(guān)于一種基于運(yùn)動(dòng)捕捉的浸入式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)可以以數(shù)字的方式記錄對(duì)象的動(dòng)作，當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)主要包括以下幾種:
[0003]機(jī)械式運(yùn)動(dòng)捕捉:依靠機(jī)械裝置來測(cè)量運(yùn)動(dòng)，該機(jī)械裝置由多個(gè)關(guān)節(jié)和剛性連桿組成，在關(guān)節(jié)處裝有角度傳感器以測(cè)量關(guān)節(jié)角度變化，剛性連桿也可以換成長(zhǎng)度可變的伸縮桿，并安裝位移傳感器以測(cè)量長(zhǎng)度的變化。運(yùn)動(dòng)捕捉通過將待捕捉的物體與機(jī)械裝置相連，運(yùn)動(dòng)物體帶動(dòng)機(jī)械裝置運(yùn)動(dòng)，從而通過機(jī)械裝置上的傳感器記錄下待測(cè)物體運(yùn)動(dòng)。機(jī)械式運(yùn)動(dòng)捕捉成本低、標(biāo)定簡(jiǎn)單、精度較高并且容易實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)捕捉而不受場(chǎng)地限制。但是機(jī)械式運(yùn)動(dòng)捕捉方式難以實(shí)現(xiàn)對(duì)于多自由度的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)捕捉，同時(shí)由于自身尺寸和重量，對(duì)待測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)(特別是劇烈運(yùn)動(dòng))造成比較嚴(yán)重的阻礙和干涉。
[0004]電磁式運(yùn)動(dòng)捕捉:一般由發(fā)射源、接收器和數(shù)據(jù)處理單元組成。發(fā)射場(chǎng)產(chǎn)生按一定時(shí)空分布的交變電磁場(chǎng)；接收器安裝在待測(cè)物體的關(guān)鍵位置，接收器跟隨待測(cè)物體而運(yùn)動(dòng)，并將接收到的信號(hào)通過有線方式傳遞給數(shù)據(jù)處理單元。這種運(yùn)動(dòng)捕捉方式不僅能夠得到空間位置信息，還能得到方位信息，并且實(shí)時(shí)性好。但是這種運(yùn)動(dòng)捕捉方式對(duì)于環(huán)境要求嚴(yán)格，附近不能有金屬物品，并且有線電纜對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)限制比較大，而且采樣頻率較低。
[0005]聲學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉:與電磁式運(yùn)動(dòng)捕捉比較類似，由超聲發(fā)射器、接收器和處理單元組成。它將多個(gè)發(fā)射器固定在待測(cè)物體的各個(gè)部位，發(fā)射器持續(xù)發(fā)出超聲波，每個(gè)接收器通過計(jì)算聲波從發(fā)射器到接收器的時(shí)間得出發(fā)射器與接收器之間的距離，3個(gè)構(gòu)成三角形的接收器就可以確定發(fā)射器的空間位置。聲學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉成本較低，但是精度差并且要求發(fā)射器與接收器之間無遮擋。
[0006]光學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉:通常包含10?20個(gè)相機(jī)，環(huán)繞待測(cè)物體排列，待測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)范圍處于相機(jī)的重疊區(qū)域。待測(cè)物體的關(guān)鍵部位貼上一些特質(zhì)的反光點(diǎn)或者發(fā)光點(diǎn)作為視覺識(shí)別和處理的標(biāo)志。系統(tǒng)標(biāo)定后，相機(jī)連續(xù)拍攝物體的運(yùn)動(dòng)并把圖像序列保存下來進(jìn)行分析和處理，計(jì)算每一個(gè)標(biāo)志點(diǎn)在某一瞬間的空間位置，并從而得到其準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)軌跡。光學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉的優(yōu)點(diǎn)是沒有機(jī)械裝置、有線電纜等的限制，允許物體的運(yùn)動(dòng)范圍較大，并且采樣頻率較高，能夠滿足多數(shù)體育運(yùn)動(dòng)測(cè)量的需要，但是這種系統(tǒng)價(jià)格昂貴，系統(tǒng)的標(biāo)定比較繁瑣，只能捕捉相機(jī)重疊區(qū)域的物體運(yùn)動(dòng)，而且當(dāng)運(yùn)動(dòng)比較復(fù)雜時(shí)，標(biāo)志容易混淆和遮擋，從而產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)果。
[0007]基于慣性傳感器的運(yùn)動(dòng)捕捉:傳統(tǒng)的機(jī)械式慣性傳感器長(zhǎng)期應(yīng)用于飛機(jī)、船舶的導(dǎo)航，隨著微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的高速發(fā)展，微型慣性傳感器的技術(shù)成熟，近年來，人們開始嘗試基于微型慣性傳感器的運(yùn)動(dòng)捕捉?；痉椒ㄊ前褢T性測(cè)量單元(IMU)連接到待測(cè)物體上并跟隨待測(cè)物體一起運(yùn)動(dòng)。慣性測(cè)量單元通常包括微加速度計(jì)(測(cè)量加速度信號(hào))以及微陀螺儀(測(cè)量角速度信號(hào))，通過對(duì)加速度信號(hào)的二次積分以及陀螺儀信號(hào)的積分，可以得到待測(cè)物體的位置信息以及方位信息。由于MEMS技術(shù)的應(yīng)用，IMU的尺寸和重量可以做的很小，從而對(duì)待測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)影響很小，并且對(duì)于場(chǎng)地的要求低，允許的運(yùn)動(dòng)范圍大，同時(shí)系統(tǒng)的成本比較低。該技術(shù)的缺點(diǎn)是傳感器的積分容易產(chǎn)生漂移，并且傳感器本身容易受到干擾，因而對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求比較高。
[0008]虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù):涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)交互技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能等領(lǐng)域，它用計(jì)算機(jī)生成逼真的三維視、聽、觸覺、嗅覺等感覺，使人作為參與者通過適當(dāng)裝置，自然地對(duì)虛擬世界進(jìn)行體驗(yàn)和交互作用。使用者進(jìn)行位置移動(dòng)時(shí)，電腦可以立即進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算，將精確的3D世界影像傳回產(chǎn)生臨場(chǎng)感。該技術(shù)集成了計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、人工智能、傳感技術(shù)、顯示技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)并行處理等技術(shù)的最新發(fā)展成果，是一種由計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助生成的高技術(shù)模擬系統(tǒng)。浸入度是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的一個(gè)重要特征，指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實(shí)程度。理想的模擬環(huán)境應(yīng)該使用戶難以分辨真假，使用戶全身心地投入到計(jì)算機(jī)創(chuàng)建的三維虛擬環(huán)境中，該環(huán)境中的一切看上去是真的，聽上去是真的，動(dòng)起來是真的，如同在現(xiàn)實(shí)世界中的感覺一樣。交互性是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的另一個(gè)重要特征，指用戶對(duì)模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度(包括實(shí)時(shí)性)。例如，用戶可以用手去直接抓取模擬環(huán)境中虛擬的物體，這時(shí)手有握著東西的感覺，并可以感覺物體的重量，視野中被抓的物體也能立刻隨著手的移動(dòng)而移動(dòng)。
[0009]美國(guó)專利US6839041揭示了一種虛擬現(xiàn)實(shí)瀏覽系統(tǒng)和方法。該方法在頭部的各個(gè)旋轉(zhuǎn)軸上都安裝光學(xué)編碼器來測(cè)量頭部的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)測(cè)量到的頭部方位生成與頭部視角對(duì)應(yīng)的圖像并顯示到頭部安裝的顯示器上。由于顯示的圖像恰好對(duì)應(yīng)于視角而且沒有延時(shí)，從而給用戶一種浸入指定的虛擬環(huán)境的感覺。該系統(tǒng)根據(jù)測(cè)量到的頭部運(yùn)動(dòng)的速度、加速度信息計(jì)算頭部將要達(dá)到的位置，從而可以提前生成相應(yīng)視角對(duì)應(yīng)的圖像從而消除時(shí)延。該虛擬現(xiàn)實(shí)瀏覽系統(tǒng)也可以采用遠(yuǎn)程攝像機(jī)來創(chuàng)建圖像。當(dāng)采用遠(yuǎn)程攝像機(jī)創(chuàng)建圖像時(shí)，根據(jù)光學(xué)編碼器測(cè)量到的位置、速度、加速度等信息計(jì)算的頭部方位，攝像機(jī)移動(dòng)到與視角對(duì)應(yīng)的位置。攝像機(jī)移動(dòng)以及圖像傳遞等的時(shí)延通過頭部速度、加速度等信息進(jìn)行提前計(jì)算補(bǔ)償。
[0010]上述方案采用光學(xué)編碼器對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行捕捉，光學(xué)編碼器體積較大(比如一個(gè)部位3個(gè)軸的測(cè)量需要3個(gè)獨(dú)立的傳感器)，安裝固定麻煩，因而不能對(duì)移動(dòng)的人體進(jìn)行全身運(yùn)動(dòng)捕捉；光學(xué)編碼器還會(huì)對(duì)人體的運(yùn)動(dòng)造成影響和限制；因?yàn)橹贿M(jìn)行定點(diǎn)的頭部姿態(tài)朝向捕捉，同時(shí)只能對(duì)旋轉(zhuǎn)角度信息進(jìn)行測(cè)量，該方案只能改變視角進(jìn)行瀏覽，而沒有辦法把全身完全的代入虛擬環(huán)境中去，，引入頭部的平移位置變化因而整個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的浸入度以及交互性都不高。
[0011]美國(guó)專利US8217995揭示了結(jié)合球形攝相機(jī)以及運(yùn)動(dòng)捕捉的協(xié)作浸入式虛擬環(huán)境。該系統(tǒng)包括虛擬環(huán)境仿真器、光學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)、球形攝像機(jī)、頭部安裝的顯示器等。虛擬環(huán)境仿真器根據(jù)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)數(shù)據(jù)，產(chǎn)生環(huán)繞用戶的三維立體仿真畫面。光學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)在用戶頭部或者全身貼上標(biāo)記，并在周圍墻上或者三腳架上安裝多個(gè)攝像機(jī)，根據(jù)捕捉到的用戶頭部?jī)A斜以及轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)時(shí)的對(duì)用戶顯示的畫面進(jìn)行變換(比如縮放、平移、傾斜等)。該系統(tǒng)允許多個(gè)用戶同時(shí)進(jìn)入同一個(gè)虛擬環(huán)境對(duì)該虛擬環(huán)境進(jìn)行觀察。該系統(tǒng)也能檢測(cè)虛擬環(huán)境中用戶的化身與環(huán)境的沖突，比如虛擬環(huán)境中人觸碰到墻面,則改變?cè)搲γ娴念伾?。通過球形攝像機(jī)，虛擬環(huán)境仿真器可以在仿真與實(shí)際遠(yuǎn)程拍攝畫面之間進(jìn)行切換。根據(jù)運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)對(duì)頭部角度的測(cè)量，也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際遠(yuǎn)程拍攝畫面進(jìn)行縮放、平移等操作，從而造成遠(yuǎn)程出席的感覺。
[0012]上述方案采用光學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行捕捉，設(shè)備比較昂貴。如果采用墻面固定安裝的攝像機(jī)，則會(huì)受到運(yùn)動(dòng)捕捉的場(chǎng)地限制；如果采用三腳架安裝攝像機(jī)，則系統(tǒng)的標(biāo)定會(huì)很繁瑣，并且如果活動(dòng)范圍比較大時(shí)，可能需要多次移動(dòng)三腳架以及需要多次進(jìn)行標(biāo)定；當(dāng)運(yùn)動(dòng)比較復(fù)雜時(shí)，光學(xué)標(biāo)志容易產(chǎn)生混淆或者遮擋，從而造成錯(cuò)誤；因?yàn)闆]有采用專門的諸如觸覺的交互性設(shè)備，該方案主要實(shí)現(xiàn)視覺上的感受，而不能給用戶帶來虛擬環(huán)境的多方位感受。例如在虛擬環(huán)境中感受到了觸墻，該方案僅能在虛擬環(huán)境的畫面上做出相應(yīng)的顯示而不能在觸覺之類的感官上給以用戶體驗(yàn)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0013]本實(shí)用新型提供一種基于運(yùn)動(dòng)捕捉的浸入式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，，以使真實(shí)世界的人與虛擬環(huán)境可以進(jìn)行視覺、觸覺、力、聽覺等全方位的互動(dòng)。
[0014]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供一種基于運(yùn)動(dòng)捕捉的浸入式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，該浸入式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)包括:運(yùn)動(dòng)捕捉裝置、環(huán)境反饋裝置及3D虛擬環(huán)境仿真器，所述的運(yùn)動(dòng)捕捉裝置無線或有線連接所述3D虛擬環(huán)境仿真器的第一接口，所述的3D虛擬環(huán)境仿真器通過多個(gè)信號(hào)接口無線或有線連接所述的環(huán)境反饋裝置；
[0015]所述的運(yùn)動(dòng)捕捉裝置包括:
[0016]多個(gè)運(yùn)動(dòng)捕捉模塊，分別綁定在身體的不同部位，每一所述的運(yùn)動(dòng)捕捉模塊包括:用于測(cè)量加速度信號(hào)的三軸MEMS加速度傳感器、用于測(cè)量角速度信號(hào)的三軸MEMS角速度傳感器及用于測(cè)量地磁信號(hào)的三軸MEMS磁力計(jì)；
[0017]中央處理芯片，連接所述的多個(gè)運(yùn)動(dòng)捕捉模塊，接收所述加速度、角速度信號(hào)及地磁信號(hào)，并將加速度、角速度信號(hào)及地磁信號(hào)生成的人體部位的姿態(tài)及位置信息通過所述第一接口發(fā)送給所述的3D虛擬環(huán)境仿真器；
[0018]所述的環(huán)境反饋裝置包括:多個(gè)不同的環(huán)境反饋器件，分別連接所述的3D虛擬環(huán)境仿真器，所述的多個(gè)不同的環(huán)境反饋器件分別用于把視頻、音頻、力及觸覺控制信號(hào)反饋到人體的不同部位。
[0019]在一實(shí)施例中，所述的中央處理芯片為MCU、DSP或FPGA。
[0020]在一實(shí)施例中，所述的運(yùn)動(dòng)捕捉模塊的個(gè)數(shù)為3個(gè)，3個(gè)所述運(yùn)動(dòng)捕捉模塊分別綁定在頭部、軀干及臀部，或者分別綁定在頭部、雙上臂之一及雙前臂之一。
[0021 ] 在一實(shí)施例中，所述的運(yùn)動(dòng)捕捉模塊的個(gè)數(shù)為6個(gè)，6個(gè)所述運(yùn)動(dòng)捕捉模塊分別綁定在頭部、臀部、雙大腿及雙小腿，或者分別綁定在頭部、軀干、臀部、雙上臂之一、雙前臂之一及雙手之一。
[0022]在一實(shí)施例中，所述的運(yùn)動(dòng)捕捉模塊的個(gè)數(shù)為9個(gè)，9個(gè)所述運(yùn)動(dòng)捕捉模塊分別綁定在頭部、軀干、臀部、雙大腿、雙小腿、雙上臂之一及雙前臂之一，或者分別綁定在頭部、軀干、臀部、雙上臂、雙前臂及雙手。
[0023]在一實(shí)施例中，所述的運(yùn)動(dòng)捕捉模塊的個(gè)數(shù)為11個(gè)，11個(gè)所述運(yùn)動(dòng)捕捉模塊分別綁定在頭部、軀干、臀部、雙大腿、雙小腿、雙腳、雙上臂之一及雙前臂之一，或者分別綁定在頭部、軀干、臀部、雙大腿、雙小腿、雙上臂及雙前臂。
[0024]在一實(shí)施例中，所述的運(yùn)動(dòng)捕捉模塊的個(gè)數(shù)為15個(gè)，分別綁定在頭部、軀干、臀部、雙大腿、雙小腿、雙腳、雙上臂、雙前臂及雙手。
[0025]在一實(shí)施例中，所述的運(yùn)動(dòng)捕捉模塊的個(gè)數(shù)為17個(gè)，分別綁定在頭部、軀干、臀部、雙大腿、雙小腿、雙腳、雙上臂、雙前臂、雙手及雙肩。
[0026]在一實(shí)施例中，所述的運(yùn)動(dòng)捕捉模塊的個(gè)數(shù)為18至20個(gè)，分別綁定在頭部、軀干、臀部、雙大腿、雙小腿、雙腳、雙上臂、雙前臂、雙手、雙肩及I至3個(gè)手持式道具。
[0027]在一實(shí)施例中，所述的環(huán)境反饋器件包括:用于將視頻控制信號(hào)反饋到人眼的3D頭盔或3D眼鏡。
[0028]在一實(shí)施例中，所述的環(huán)境反饋器件包括:用于將力控制信號(hào)反饋到人體的力反饋手套、力反饋上衣、力反饋外骨骼、可控跑步機(jī)及電刺激貼片。
[0029]在一實(shí)施例中，所述的環(huán)境反饋器件包括:用于將音頻控制信號(hào)反饋到人耳的音響。
[0030]在一實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)捕捉模塊還包括:用于無線傳輸?shù)纳漕l芯片，連接所述的中央處理芯片。
[0031]進(jìn)一步地，運(yùn)動(dòng)捕捉模塊還包括:電源及電壓轉(zhuǎn)換電路。
[0032]本實(shí)用新型的有益效果在于，本實(shí)用新型的運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)中采用的運(yùn)動(dòng)捕捉模塊體積小、重量輕，綁定到人身上時(shí)不影響人體的運(yùn)動(dòng)；采樣速度高，可以對(duì)復(fù)雜、高速運(yùn)動(dòng)進(jìn)行采集；運(yùn)動(dòng)捕捉模塊的配置靈活，可以對(duì)局部(比如頭部)、全身以及手持式器件的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行捕捉；運(yùn)動(dòng)捕捉不受場(chǎng)地限制，捕捉效果不受真實(shí)環(huán)境中物體的遮擋影響；運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)成本相對(duì)較低。本實(shí)用新型因?yàn)槟軌驅(qū)崟r(shí)的把現(xiàn)實(shí)世界的人體(包括其軀干，四肢，手持道具等)及其運(yùn)動(dòng)引入虛擬世界，并映射于相應(yīng)的角色上，并且通過恰當(dāng)?shù)姆绞綄?shí)時(shí)的把虛擬環(huán)境對(duì)角色的作用反饋到現(xiàn)實(shí)世界人的感知上，因而大大提高了虛擬現(xiàn)實(shí)的浸入感，同時(shí)增加了角色與虛擬環(huán)境的交互性，使人能夠得到更加真切的體驗(yàn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0034]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例中基于運(yùn)動(dòng)捕捉的浸入式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例中一個(gè)運(yùn)動(dòng)捕捉模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例中3D虛擬環(huán)境仿真器的虛擬環(huán)境示意圖；
[0037]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例中3D虛擬環(huán)境仿真器的語音識(shí)別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0039]如圖1所示，本實(shí)施例提供一種基于運(yùn)動(dòng)捕捉的浸入式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，該浸入式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)包括:運(yùn)動(dòng)捕捉裝置101、環(huán)境反饋裝置102及3D虛擬環(huán)境仿真器103。運(yùn)動(dòng)捕捉裝置101以無線或有線方式連接3D虛擬環(huán)境仿真器103的接口 1，并且3D虛擬環(huán)境仿真器103通過多個(gè)信號(hào)接口(如圖1所示的接口 2至接口 8，本實(shí)用新型的接口數(shù)量不以此為限)以無線或有線方式連接環(huán)境反饋裝置102。
[0040]如圖1所示，運(yùn)動(dòng)捕捉裝置101包括:多個(gè)運(yùn)動(dòng)捕捉模塊(如圖所示的模塊I至模塊 18)。
[0041]具體實(shí)施時(shí)，運(yùn)動(dòng)捕捉模塊的個(gè)數(shù)可以根據(jù)情況任意選擇，在一實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)捕捉模塊的個(gè)數(shù)為3個(gè)，3個(gè)所述運(yùn)動(dòng)捕捉模塊分別綁定在頭部、軀干及臀部，或者分別綁定在頭部、雙上臂(左上臂及右上臂)之一及雙前臂(左前臂及右前臂)之一。
[0042]在一實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)捕捉模塊的個(gè)數(shù)為6個(gè)，6個(gè)所述運(yùn)動(dòng)捕捉模塊分別綁定在頭部、臀部、雙大腿(左大腿及右大腿)及雙小腿(左小腿及右小腿)，或者分別綁定在頭部、軀干、臀部、雙上臂之一、雙前臂之一及雙手(左手及右手)之一。
[0043]在一實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)捕捉模塊的個(gè)數(shù)為9個(gè)，9個(gè)所述運(yùn)動(dòng)捕捉模塊分別綁定在頭部、軀干、臀部、雙大腿、雙小腿、雙上臂之一及雙前臂之一，或者分別綁定在頭部、軀干、臀部、雙上臂、雙前臂及雙手。
[0044]在一實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)捕捉模塊的個(gè)數(shù)為11個(gè)，11個(gè)所述運(yùn)動(dòng)捕捉模塊分別綁定在頭部、軀干、臀部、雙大腿、雙小腿、雙腳(左腳及右腳)、雙上臂之一及雙前臂之一，或者分別綁定在頭部、軀干、臀部、雙大腿、雙小腿、雙上臂及雙前臂。
[0045]在一實(shí)施例中，所述的運(yùn)動(dòng)捕捉模塊的個(gè)數(shù)為15個(gè)，分別綁定在頭部、軀干、臀部、雙大腿、雙小腿、雙腳、雙上臂、雙前臂及雙手。
[0046]在一實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)捕捉模塊的個(gè)數(shù)為17個(gè)，分別綁定在頭部、軀干、臀部、雙大腿、雙小腿、雙腳、雙上臂、雙前臂、雙手及雙肩。
[0047]在一實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)捕捉模塊的個(gè)數(shù)為18至20個(gè)，其中，17個(gè)運(yùn)動(dòng)捕捉模塊綁定于人體，分別綁定在頭部、軀干、臀部、雙大腿、雙小腿、雙腳、雙上臂、雙前臂、雙手及雙肩；1至3個(gè)運(yùn)動(dòng)捕捉模塊綁定于手持式道具。
[0048]上述對(duì)運(yùn)動(dòng)捕捉模塊的個(gè)數(shù)為3個(gè)、6個(gè)、9個(gè)、11個(gè)、15個(gè)、17個(gè)、18至20個(gè)的情
況進(jìn)行的簡(jiǎn)單說明，僅為例舉作用，本實(shí)用新型運(yùn)動(dòng)捕捉模塊的個(gè)數(shù)及綁定位置不以此為限。
[0049]具體實(shí)施時(shí)，運(yùn)動(dòng)捕捉模塊除了綁定在人的身體上，還可以綁定在人的手持式道具上，所以在另一實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)捕捉模塊的個(gè)數(shù)可以為18個(gè)(如圖所示的模塊I至模塊18)，模塊I至模塊17分別綁定在臀部、頭部、胸部、兩條大腿、兩條小腿、兩只腳、兩個(gè)肩部、兩個(gè)上臂、兩個(gè)下臂及兩只手，模塊18綁定在手持式道具上。
[0050]如圖2所示，每一個(gè)運(yùn)動(dòng)捕捉模塊201均包括:三軸MEMS加速度傳感器、三軸MEMS角速度傳感器(又叫陀螺儀傳感器)及三軸MEMS磁力計(jì)(又叫電子羅盤傳感器)。
[0051]三軸MEMS加速度傳感器用于測(cè)量加速度信號(hào)，三軸MEMS角速度傳感器用于測(cè)量角速度信號(hào)，三軸MEMS磁力計(jì)用于測(cè)量地磁信號(hào)。加速度信號(hào)、角速度信號(hào)及地磁信號(hào)通過數(shù)據(jù)傳輸總線I發(fā)送給中央處理芯片203進(jìn)行處理，生成位移及方位信息。[0052]較佳地，運(yùn)動(dòng)捕捉模塊201還可以包括:微處理器202，與三軸MEMS加速度傳感器、三軸MEMS角速度傳感器及三軸MEMS磁力計(jì)分別連接。
[0053]微處理器202接收加速度信號(hào)、角速度信號(hào)及地磁信號(hào)，可以對(duì)角速度信號(hào)進(jìn)行
積分，生成方位信息，積分公式為
【權(quán)利要求】
1.一種基于運(yùn)動(dòng)捕捉的浸入式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，其特征在于，所述的系統(tǒng)包括:運(yùn)動(dòng)捕捉裝置、環(huán)境反饋裝置及3D虛擬環(huán)境仿真器，所述的運(yùn)動(dòng)捕捉裝置無線或有線連接所述3D虛擬環(huán)境仿真器的第一接口，所述的3D虛擬環(huán)境仿真器通過多個(gè)信號(hào)接口無線或有線連接所述的環(huán)境反饋裝置； 所述的運(yùn)動(dòng)捕捉裝置包括: 多個(gè)運(yùn)動(dòng)捕捉模塊，分別綁定在身體的不同部位，每一所述的運(yùn)動(dòng)捕捉模塊包括:用于測(cè)量加速度信號(hào)的三軸MEMS加速度傳感器、用于測(cè)量角速度信號(hào)的三軸MEMS角速度傳感器及用于測(cè)量地磁信號(hào)的三軸MEMS磁力計(jì)； 中央處理芯片，連接所述的多個(gè)運(yùn)動(dòng)捕捉模塊，接收所述的所述加速度、角速度信號(hào)及地磁信號(hào)，并將加速度、角速度信號(hào)及地磁信號(hào)生成的人體部位的姿態(tài)及位置信息通過所述第一接口發(fā)送給所述的3D虛擬環(huán)境仿真器； 所述的環(huán)境反饋裝置包括:多個(gè)不同的環(huán)境反饋器件，分別連接所述的3D虛擬環(huán)境仿真器，所述的多個(gè)不同的環(huán)境反饋器件分別用于把視頻、音頻、力及觸覺控制信號(hào)反饋到人體的不同部位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的中央處理芯片為MCU、DSP或FPGA。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的運(yùn)動(dòng)捕捉模塊的個(gè)數(shù)為3個(gè)，3個(gè)所述運(yùn)動(dòng)捕捉模塊分別綁定在頭部、軀干及臀部，或者分別綁定在頭部、雙上臂之一及雙前臂之一。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的運(yùn)動(dòng)捕捉模塊的個(gè)數(shù)為6個(gè)，6個(gè)所述運(yùn)動(dòng)捕捉模塊分別綁定在頭部、臀部、雙大腿及雙小腿，或者分別綁定在頭部、軀干、臀部、雙上臂之一、雙前臂之一及雙手之一。`
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的運(yùn)動(dòng)捕捉模塊的個(gè)數(shù)為9個(gè)，9個(gè)所述運(yùn)動(dòng)捕捉模塊分別綁定在頭部、軀干、臀部、雙大腿、雙小腿、雙上臂之一及雙前臂之一，或者分別綁定在頭部、軀干、臀部、雙上臂、雙前臂及雙手。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的運(yùn)動(dòng)捕捉模塊的個(gè)數(shù)為11個(gè)，11個(gè)所述運(yùn)動(dòng)捕捉模塊分別綁定在頭部、軀干、臀部、雙大腿、雙小腿、雙腳、雙上臂之一及雙前臂之一，或者分別綁定在頭部、軀干、臀部、雙大腿、雙小腿、雙上臂及雙前臂。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的運(yùn)動(dòng)捕捉模塊的個(gè)數(shù)為15個(gè)，分別綁定在頭部、軀干、臀部、雙大腿、雙小腿、雙腳、雙上臂、雙前臂及雙手。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的運(yùn)動(dòng)捕捉模塊的個(gè)數(shù)為17個(gè)，分別綁定在頭部、軀干、臀部、雙大腿、雙小腿、雙腳、雙上臂、雙前臂、雙手及雙肩。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的運(yùn)動(dòng)捕捉模塊的個(gè)數(shù)為18至20個(gè)，分別綁定在頭部、軀干、臀部、雙大腿、雙小腿、雙腳、雙上臂、雙前臂、雙手、雙肩及I至3個(gè)手持式道具。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的環(huán)境反饋器件包括:用于將視頻控制信號(hào)反饋到人眼的3D頭盔或3D眼鏡。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的環(huán)境反饋器件包括:用于將力控制信號(hào)反饋到人體的力反饋手套、力反饋上衣、力反饋外骨骼、可控跑步機(jī)及電刺激貼片。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的環(huán)境反饋器件包括:用于將音頻控制信號(hào)反饋到人耳的音響。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，運(yùn)動(dòng)捕捉模塊還包括:用于無線傳輸?shù)纳漕l芯片，連接所述的中央處理芯片。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系 統(tǒng)，其特征在于，運(yùn)動(dòng)捕捉模塊還包括:電源及電壓轉(zhuǎn)換電路。
【文檔編號(hào)】G06F3/01GK203405772SQ201320558125
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月9日
【發(fā)明者】劉昊揚(yáng), 戴若犁, 李龍威, 陳金舟 申請(qǐng)人:北京諾亦騰科技有限公司