一種基於單姿態傳感器識別投擲動作的方法及裝置製造方法

2023-07-04 03:24:01 1

一種基於單姿態傳感器識別投擲動作的方法及裝置製造方法
【專利摘要】一種基於單傳感器投擲動作識別方法及裝置，所述方法為相對於投擲者的右、前、下建立參考坐標系，右上臂矢量為從右肩指向右肘的單位矢量，參考矢量、和，分別表示投擲者的下、前、右，令右上臂矢量與的夾角為，右上臂矢量在與形成的平面上的投影與之間的夾角為；將參考坐標系右半空間劃分成若干個姿態區域，將測量出來的投擲區域映射到參考區域中；將所測量到參考區域及時序與預定投擲順序作比較，如果相同，則為投擲動作，否則為非投擲動作。本發明通過配置單個傳感器，實時採集姿態信息並分析，實現在虛擬訓練場景下單兵投擲姿態辨別，判別準確率在98%以上，易於在各類沉浸式虛擬訓練系統中推廣應用。
【專利說明】一種基於單姿態傳感器識別投擲動作的方法及裝置

【技術領域】
[0001] 本申請涉及動作捕獲領域，具體的，涉及一種利用單姿態傳感器對投擲動作進行 識別的方法和裝置。

【背景技術】
[0002] 目前對於動作捕獲常用的方法有光學式動作捕捉。光學式動作捕捉通過對人體上 特定的光點的監視和跟蹤來完成動作捕捉的任務，其原理是同時採用多部攝像機對人體上 的光點進行連續拍攝，在任意一個時刻通過相機拍攝的畫面和預先設定的參數即可計算出 該點在空間中的位置，然後根據位置再進行姿態融合解算從而獲得相應的動作。其缺點是 成本高、配置複雜。要準備捕獲動作首先需要一個"純淨"的背景環境，人體需要穿上單色 的服裝，在關鍵的部位裝配上光點，同時需要安置多部高速率相機。對於虛擬訓練的場景來 說，無法達到該技術的要求。
[0003] 對於沉浸式的單兵虛擬訓練場景中，投擲是一個重要的戰術動作，目前對於投擲 動作的判別主要還是基於"功能按鍵"的方式進行。但是基於按鍵的方式進行人機互動，無 法對投擲的過程、力度和方向有效的捕獲，並且會降低交互的體驗度。
[0004] 因此，如何能夠提出一種新的動作捕獲方式，對投擲動作進行識別，以在保證交互 體驗度的同時，提高投擲動作識別的判別準確度成為現有技術亟需解決的技術問題。


【發明內容】

[0005] 本發明的目的是為了解決目前對於投擲動作識別的多種不足，提出一種基於但傳 感器的投擲動作識別方法及裝置，以提高識別的準確度和體驗度。
[0006] 為達此目的，本發明採用以下技術方案：
[0007] -種基於單傳感器投擲動作識別方法，包括如下步驟：
[0008] SllO?參考坐標系建立步驟：
[0009] 分別相對於投擲者的下、前、右建立參考坐標系0XYZ，其中，OX軸指向下，其單位 方向矢量在大地坐標系中用下矢量^表示，OY軸指向前，其單位方向矢量在大地坐標系 中用前矢量表示，OZ軸指向右，其單位方向矢量用右矢量表示，右上臂在參考坐標 系OXYZ中的角位置可以描述右上臂的姿態，令右上臂矢量為從右肩指向右肘的單位矢量， 右上臂矢量在傳感器坐標中用遼表示，右上臂矢量在大地坐標系中用符號表示，令立2與 立/?的夾角為9,〇°彡9彡90°，[^在^^與^^形成的平面上的投影與^^之間的夾角為 小，-180°彡小彡180° ;
[0010] S120?參考角度計算步驟：
[0011] 右上臂矢量、參考矢量右、前、下，在大地坐標系中分別表示為：立2、立/?、^和 $>，利用上述矢量通過如下公式計算e和小，
[0012] 0 = arccos(722 'Ur),
[0013]

【權利要求】
1. 一種基於單傳感器投擲動作識別方法，包括如下步驟： SllO.參考坐標系建立步驟： 分別相對於投擲者的下、前、右建立參考坐標系OXYZ，其中，OX軸指向下，其單位方 向矢量在大地坐標系中用下矢量Ud表示，OY軸指向前，其單位方向矢量在大地坐標系中 用前矢量^7表示，OZ軸指向右，其單位方向矢量用右矢量拓?.表示，右上臂在參考坐標系 OXYZ中的角位置可以描述右上臂的姿態，令右上臂矢量為從右肩指向右肘的單位矢量，右 上臂矢量在傳感器坐標中用迂表示，右上臂矢量在大地坐標系中用符號1?表示，令豆2與 $?的夾角為9,〇°彡9彡90°，立2在:^與^7形成的平面上的投影與;^之間的夾角為 Φ，-180° 彡 Φ 彡 180° ; S120.參考角度計算步驟： 右上臂矢量、參考矢量右、前、下，在大地坐標系中分別表示為：?2、--β, 利 用上述矢量通過如下公式計算Θ和φ，
S130.參考區域建立以及映射步驟： 根據上臂矢量立2在參考坐標系OXYZ可能經過的區域，將OXYZ右半空間的姿態劃分成 若干個姿態區域，其中
將姿態空間映射到單位極坐標 圓內，若干個姿態區域對應單位極坐標圓內的若干個參考區域；將測量出來的投擲所經過 的區域映射到所述參考區域中； S140.投擲動作判斷步驟： 將在預定時間Tmx所測量到的映射的參考區域時序與預定投擲順序作比較，如果相同， 則判斷為投擲動作，如果切換順序不一致或到達Tmx後切換未完成，判斷為非投擲動作，其 中，Tmx為根據批量實驗或經驗得到的一次投擲動作的最大時長。
2. 根據權利要求1所述的基於單傳感器投擲動作識別方法，其特徵在於： 步驟S130中，所述將測量出來的投擲所經過的區域映射到所述參考區域為： 傳感器安裝於右上臂，儘量使右臂自然下垂狀態下，傳感器的某個軸與鉛垂方向平行， 令右上臂矢量在傳感器坐標系中的坐標為
，右上臂矢量在大地坐標 系中表示為：
其中為從傳感器坐標繫到大地坐標系中的坐標轉換矩陣，下 矢量是已知的為前矢量和右矢量?4用投擲動作開始前的前矢量拓7和右矢量代 替，並認為直到投擲動作結束，前矢量和右矢量不變，然後利用％?、Wf和^3'計算出 Θ和Φ以及姿態映射狀態（r，Φ)。
3. 根據權利要求2所述的基於單傳感器投擲動作識別方法，其特徵在於： 在計算投擲動作開始前矢量和右矢量^?.是，前矢量％7 = X 右矢量
4. 根據權利要求1-3中任意一項所述的基於單傳感器投擲動作識別方法，其特徵在 於： 在步驟S130中，所述參考區域的劃分根據實驗實際情況增加或減少，邊界值也能夠通 過實驗來選定。
5. 根據權利要求4所述的基於單傳感器投擲動作識別方法，其特徵在於： 在步驟S140中，投擲預定的順序根據投擲中的蓄勢、軀幹發力、右臂發力和擲出後收 勢來確定。
6. -種基於單傳感器投擲動作識別裝置，包括如下單元： 參考坐標系建立單元： 分別相對於投擲者的下、前、右建立參考坐標系OXYZ，其中，OX軸指向下，其單位方 向矢量在大地坐標系中用下矢量Gd.表示，OY軸指向前，其單位方向矢量在大地坐標系中 用前矢量表示，OZ軸指向右，其單位方向矢量用右矢量·^表示，右上臂在參考坐標系 OXYZ中的角位置可以描述右上臂的姿態，令右上臂矢量為從右肩指向右肘的單位矢量，右 上臂矢量在傳感器坐標中用立表示，右上臂矢量在大地坐標系中用符號立 2.表示，令立2與 $?的夾角為θ，〇°彡Θ彡90°，豆2在立/)與^7形成的平面上的投影與拓>之間的夾角為 Φ，-180° 彡 Φ 彡 180° ; 參考角度計算單元： 右上臂矢量、參考矢量右、前、下，在大地坐標系中分別表示為：立2、立/?、和豆D，利 用上述矢量通過如下公式計算Θ和Φ，
參考區域建立以及映射單元： 根據上臂矢量立2,在參考坐標系OXYZ可能經過的區域，將OXYZ右半空間的姿態劃分成 若干個姿態區域，其中
，將姿態空間映射到單位極坐標 圓內，若干個姿態區域對應單位極坐標圓內的若干個參考區域；將測量出來的投擲所經過 的區域映射到所述參考區域中； 投擲動作判斷單元： 將在預定時間Tmx所測量到的映射的參考區域時序與預定投擲順序作比較，如果相同， 則判斷為投擲動作，如果切換順序不一致或到達Tmx後切換未完成，判斷為非投擲動作，其 中，Tmx為根據批量實驗或經驗得到的一次投擲動作的最大時長。
7. 根據權利要求6所述的基於單傳感器投擲動作識別裝置，其特徵在於： 在所述參考區域建立以及映射單元中，所述將測量出來的投擲所經過的區域映射到所 述參考區域為： 傳感器安裝於右上臂，儘量使右臂自然下垂狀態下，傳感器的某個軸與鉛垂方向平行， 令右上臂矢量在傳感器坐標系中的坐標為
，右上臂矢量在大地坐標 系中表示為
為從傳感器坐標繫到大地坐標系中的坐標轉換矩陣，下 矢量是已知的為立￡)，前矢量^和右矢量--β用投擲動作開始前的前矢量和右矢量％?代 替，並認為直到投擲動作結束，前矢量和右矢量不變，然後利用
汁算出 Θ和Φ以及姿態映射狀態（r，Φ)。
8. 根據權利要求7所述的基於單傳感器投擲動作識別裝置，其特徵在於： 在計算投擲動作開始前矢量和右矢量知是，前矢邏
右矢量
9. 根據權利要求6-8中任意一項所述的基於單傳感器投擲動作識別裝置，其特徵在 於： 在在參考區域建立以及映射單元中，所述參考區域的劃分根據實驗實際情況增加或減 少，邊界值也能夠通過實驗來選定。
10. 根據權利要求9所述的基於單傳感器投擲動作識別，其特徵在於： 在投擲動作判斷單元中，投擲預定的順序根據投擲中的蓄勢、軀幹發力、右臂發力和擲 出後收勢來確定。
【文檔編號】G06F3/01GK104391573SQ201410637623
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月10日 優先權日:2014年11月10日
【發明者】陳敏傑, 張柯, 孫昊, 胡明昱 申請人:北京華如科技股份有限公司