[发明专利]一种基于有限输入信息的虚拟人体运动实时交互控制方法

摘要

本发明涉及一种虚拟维修仿真中虚拟人体运动的实时交互控制方法，利用单只数据手套和空间位置跟踪装置中单个传感器获取的有限输入信息，对虚拟人体运动进行实时交互控制；根据虚拟维修的主要操作动作和VR交互外设的功能，将其坐标系原点与虚拟人体某一关节点绑定下的初始坐标并跟随人体运动做相应平移和旋转；在各关节点建立局部的关节参考坐标系统。同现有技术相比，改变了以机器及设备性能与复杂的方法为代价的状况，实现了虚拟人运动控制流畅，运算量小，对软硬件环境要求不高，能够在使用单只数据手套以及仅配备单个传感器的空间位置跟踪装置的条件下，方便地实现实时交互控制，降低了开发成本及难度，提高开发效率。

主权项

一种基于有限输入信息的虚拟人体运动实时交互控制方法，其特征在于：根据虚拟维修的操作动作和VR交互外设的功能，基于建立的虚拟人体简化骨架结构模型进行关节点的选取，所选取的关节点包括根关节点mkr_1、右肩关节点mkr_2、右肘关节点mkr_3、右腕关节点mkr_4、左肩关节点mkr_5、左肘关节点mkr_6、左腕关节点mkr_7；对于虚拟人体坐标系统，其坐标系原点Vb与虚拟人体根关节点mkr_1绑定的初始坐标为Vb＝[xb,yb,zb]T，并跟随人体运动做相应平移和旋转；在各关节点空间位置坐标Ji(i＝1,2,…|J|；|J|为选取的关节点总数)上建立局部的关节参考坐标系统；根据维修操作将虚拟人体运动设计为不同的动作序列，通过设定不同情况下的运动控制条件和构建虚拟人体空间坐标变换方程组，建立能够完整正确描述维修操作过程的人体运动模型为：(1)站立，保持身体自然直立；(2)行走，按照设定的步距进行周期移动；(3)转身，以根关节点为轴心，沿顺时针或逆时针方向旋转一定角度，取值范围为0°～180°；(4)蹲下，采用双膝下蹲，左、右膝同步运动；(5)起立，身体由下蹲变为直立；(6)手部操作，使用工具维修设备操作，由数据手套驱动；(7)手臂动作，由手部动作引起的牵连运动；将人体运动模型映射为虚拟人体的运动，在虚拟人体运动阶段，单个传感器的输入数据用于驱动虚拟人体根关节点mkr_1的空间位置Vb；数据手套的传感器输入信息用于确认人体运动控制指令；通过判断虚拟人体姿态和运动位置，根据空间位置传感器获取的位移或旋转信息并对其相关处理后，对虚拟人体运动过程进行控制；虚拟人体运动过程依据人体结构、运动规律进行实时仿真；当虚拟人体进入到维修对象可触摸范围内时，依据相关判断条件，虚拟人体的运动过程中止；此时，数据手套的传感器输入信息改变，数据手套实时获取人体手部运动信息，进而驱动手指动作，完成相关的虚拟维修任务。