一种用于三维空间动画场景构建的高精度动作捕捉设备

摘要

本发明公开了一种用于三维空间动画场景构建的高精度动作捕捉设备，包括第一固定夹、第二固定夹、内套筒、外套筒、设备安装座、倾斜套筒、支撑轴、电动缸、动作捕捉摄像机、投影标定设备、距离标定设备，第一固定夹、第二固定夹内腔均设有压板，且第一固定夹、第二固定夹上分别设有若干与压板抵接的夹紧螺栓；外套筒与内套筒套设，内套筒上端设有外凸环以及第一齿轮。本发明所述的一种用于三维空间动画场景构建的高精度动作捕捉设备，其结构合理，具有结构简单、使用方便、安全、可靠、节约项目资金、方便表演者表演、提高动作质量等优点，有效解决现有动作捕捉设备功能单一的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及动作捕捉设备领域，尤其是涉及一种用于三维空间动画场景构建的高精度动作捕捉设备。

背景技术

动作捕捉又称运动捕捉Motion capture,简称Mocap，该技术通过在运动物体的关键部位设置跟踪器，由Motion capture系统捕捉跟踪器位置，再经过计算机处理后得到三维空间坐标的数据，当数据被计算机识别后，可以应用在动画制作，步态分析，生物力学，人机工程等领域。

现有Motion capture系统的动作捕捉设备通常按一定规律安装在桁架上，因为桁架相对固定，且现有支架通常不具有升降和位置调整功能，当需要对动作捕捉设备进行安装、调整、更换或者维修时就必须利用梯子等进行高空作业，不仅非常麻烦，而且高空作业具有一定的危险性。因为运动捕捉摄像机是固定在桁架上不能移动，为了提高运动捕捉的精度，得到更多的图像数据，通常需要安装多台运动捕捉摄像机。此外，因为在运动捕捉过程中，表演者缺乏实际参照物，需要通过外部人员指令做动作，做动作时容易不到位，影响后期效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服上述中存在的问题，提供了一种用于三维空间动画场景构建的高精度动作捕捉设备，其结构合理，具有结构简单、使用方便、安全、可靠、节约项目资金、方便表演者表演、提高动作质量等优点，有效解决现有动作捕捉设备功能单一的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于三维空间动画场景构建的高精度动作捕捉设备，包括第一固定夹、第二固定夹、内套筒、外套筒、设备安装座、倾斜套筒、支撑轴、电动缸、动作捕捉摄像机、投影标定设备、距离标定设备，所述的第一固定夹、第二固定夹均为“C”字形结构，第一固定夹、第二固定夹内腔均设有压板，第一固定夹、第二固定夹分别与桁架卡接，且第一固定夹、第二固定夹上分别设有若干与压板抵接的夹紧螺栓，压板与桁架抵接固定；

所述的外套筒通过转轴与第二固定夹转动连接；所述的内套筒套设在外套筒的内腔中并相互转动连接，内套筒上端设有外凸环，外凸环上固定设置有第一齿轮，外凸环与外套筒上端之间还设有若干滚珠；

所述的支撑轴上设有外螺纹，内套筒的内腔中设有与支撑轴螺纹连接的内螺纹；所述的倾斜套筒是与支撑轴套设并滑动连接；所述支撑轴的下端通过阻尼轴与设备安装座连接；所述的倾斜套筒上设有第一连接块，第一固定夹上设有第二连接块，第一连接块、第二连接块分别与电动缸的两端铰接；

所述的第二固定夹上还设置有电机安装座，电机安装座上固定设置有电机，电机通过第二齿轮与第一齿轮传动连接；所述的设备安装座具有“C”字形结构，设备安装座的上端与阻尼轴连接，设备安装座的底部设有微控制器；

所述的动作捕捉摄像机、投影标定设备、距离标定设备是固定设置在设备安装座上；所述的距离标定设备包括壳体、第一红外发射器、第二红外发射器、螺杆、螺纹套筒以及第二电机，第二电机、第一红外发射器分别固定设置在壳体上，螺杆套设在螺纹套筒内腔中且均竖直设置，螺杆上端与第二红外发射器固定连接，螺纹套筒下端与第二电机传动连接。

进一步地，所述的第二固定夹内腔设有压板，且第二固定夹上还设有若干从第二固定夹底部穿入的夹紧螺栓。

进一步地，所述的第一连接块与电动缸的工作轴端铰接，第二连接块与电动缸的壳体端铰接。

进一步地，所述的内套筒上端设有一体式结构的外凸环，外凸环上固定设置有一体式结构的第一齿轮。

进一步地，所述的外套筒上还设置有倾角传感器。

进一步地，所述的微控制器内集成有无线通讯设备以及距离传感器。

本发明的有益效果是：一种用于三维空间动画场景构建的高精度动作捕捉设备，以电机为动力，通过内套筒与支撑轴螺纹传动提升或者降下设备安装座，通过电动缸的伸缩调整支撑轴的倾斜角度，进而达到调整设备安装座向两侧移动调整的目的，动作捕捉摄像机、投影标定设备、距离标定设备安装在设备安装座上，随着表演者的移动而移动，从而减少动作捕捉设备的数量，投影标定设备向表演场地投影虚拟场景景物、标志以及动作提示，方便表演者的表演，并促使动作更加到位，距离标定设备用于在表演场地投射一定的距离的两个标志点作为比例参考，方便在后期制作时参考动作幅度，在阻尼轴的作用下，既能保证动作捕捉设备在调节过程中的平稳，防止损坏，又能保证调节完毕后安装角度不变；其结构合理，具有结构简单、使用方便、安全、可靠、节约项目资金、方便表演者表演、提高动作质量等优点，有效解决现有动作捕捉设备功能单一的问题。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明所述一种用于三维空间动画场景构建的高精度动作捕捉设备的整体结构示意图；

图2是本发明所述一种用于三维空间动画场景构建的高精度动作捕捉设备的第二固定夹、外套筒、内套筒、电机、支撑轴的连接结构示意图；

图3是本发明所述一种用于三维空间动画场景构建的高精度动作捕捉设备的内套筒与外套筒结构示意图；

图4是本发明所述一种用于三维空间动画场景构建的高精度动作捕捉设备的第一固定夹结构示意图；

图5是本发明所述一种用于三维空间动画场景构建的高精度动作捕捉设备的距离标定设备结构示意图。

附图中标记分述如下：

1、第一固定夹，2、第二固定夹，21、压板，22、夹紧螺栓，3、内套筒，31、外凸环，32、第一齿轮，33、滚珠，4、桁架，5、第二连接块，6、外套筒，61、倾角传感器，62、转轴，63、电机安装座，7、第一连接块，8、阻尼轴，9、微控制器，10、设备安装座，11、倾斜套筒，12、支撑轴，13、电动缸，14、第一电机，141、第二齿轮，15、动作捕捉摄像机，16、投影标定设备，17、距离标定设备，171、壳体，172、第二红外发射器，173、第一红外发射器，174、螺杆，175、螺纹套筒，176、第二电机。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1至图5所示的一种用于三维空间动画场景构建的高精度动作捕捉设备，主要用于动画场景创建时所需的动作捕捉，包括第一固定夹1、第二固定夹2、内套筒3、外套筒6、设备安装座10、倾斜套筒11、支撑轴12、电动缸13、动作捕捉摄像机15、投影标定设备16、距离标定设备17。

所述的第一固定夹1、第二固定夹2均为“C”字形结构，第一固定夹1、第二固定夹2内腔均设有压板21，第一固定夹1、第二固定夹2分别与桁架4卡接，且第一固定夹1、第二固定夹2上分别设有若干与压板21抵接的夹紧螺栓22，旋转夹紧螺栓22使得压板21与桁架4抵接固定。

所述的外套筒6通过转轴62与第二固定夹2转动连接，为了防止外套筒6脱出，转轴62应穿入第二固定夹2的内腔，并在位于内腔的一端上设置转轴62的轴向限位装置，如螺母、轴肩等。

所述的内套筒3套设在外套筒6的内腔中并相互转动连接，内套筒3上端设有外凸环31与外套筒6上端抵接，外凸环31上固定设置有第一齿轮32，外凸环31与外套筒6上端均设有环槽，环槽内设有若干滚珠33，环槽、第一齿轮32、内套筒3内腔、内套筒3外壁曲面以及外套筒6内腔共中心轴线，使其运动时绕同一中心轴线转动。

所述的支撑轴12上设有外螺纹，内套筒3的内腔中设有与支撑轴12螺纹适配连接的内螺纹；所述的倾斜套筒11内腔为光滑的圆形壁面，支撑轴12套设在倾斜套筒11内腔中，支撑轴12与倾斜套筒11内腔相互滑动连接。

所述支撑轴12的下端通过阻尼轴8与设备安装座10连接，阻尼轴8使设备安装座10调节时平缓运动，并在调节完成后设备的安装角度保持不变。

所述的倾斜套筒11上设有第一连接块7，第一固定夹1上设有第二连接块5，第一连接块7、第二连接块5分别与电动缸13的两端铰接；通过电动缸13的伸缩，调节支撑轴12的倾斜角度，完成设备安装座10的左右位置调节。

在一种实施例中，第二固定夹2的两侧均设有第一固定夹1，并设置相应的第一连接块7、第二连接块5、电动缸13。在另一种实施例中，第二固定夹2单独一侧设有第一固定夹1，并设置相应的第一连接块7、第二连接块5、电动缸13。

所述的第二固定夹2上还设置有电机安装座63，电机安装座63上固定设置有第一电机14，第一电机14通过第二齿轮141与第一齿轮32传动连接。通过螺纹传动升降支撑轴12。

所述的设备安装座10具有“C”字形结构，设备安装座10的上端与阻尼轴8连接，设备安装座10的底部设有微控制器9。

所述的动作捕捉摄像机15、投影标定设备16、距离标定设备17是固定设置在设备安装座10上；所述的距离标定设备17包括壳体171、第一红外发射器173、第二红外发射器172、螺杆174、螺纹套筒175以及第二电机176，第二电机176、第一红外发射器173分别固定设置在壳体171上，螺杆174套设在螺纹套筒175内腔中且均竖直设置，螺杆174上端与第二红外发射器172固定连接，螺纹套筒175下端与第二电机176传动连接。

所述的动作捕捉摄像机15用于捕捉表演者身上跟踪器(marker)的运动；投影标定设备16用于向表演场地投影，投影内容如虚拟场景、表演者行进方向、标志点、文字提示等，使得表演者有身临其境的感觉，在有虚拟场景参照的情况下，表演者的动作也更能贴近现实，质量更高。

在动画场景创建过程中，通常先创建一个虚拟动画场景，再通过运动捕捉获得运动数据，再把运动数据与人物模型结合，最后把人物设置到虚拟动画场景中，由于虚拟场景和表演场地存在比例关系，直接采用会导致场景与人物结合不理想，现有技术中智能凭借制作人员的经验不断调整。

距离标定设备17通过红外发射器向场景中投射两道红外线用于标定实际距离，这段距离可用作比例参考，如表演者的步幅大小、行进距离的长短等，使用时只需要根据动画虚拟场景与实际表演场景的比例调节参数即可。此外两个红外发射器还能通过第二电机176转动调节相对距离，适应不同的距离调节需求，标记不同长度用于参考。为了避免投射过程中倾斜角度对标定效果的影响，结合设备安装座10的倾斜角度，利用勾股定理即可计算出实际标定距离。

在一种实施例中，所述的第二固定夹2内腔设有压板21，且第二固定夹2上还设有若干从第二固定夹2底部穿入的夹紧螺栓22。

在一种实施例中，所述的第一连接块7与电动缸13的工作轴端铰接，第二连接块5与电动缸13的壳体端铰接。

在一种实施例中，所述的内套筒3上端设有一体式结构的外凸环31，外凸环31上固定设置有一体式结构的第一齿轮32。

在一种实施例中，所述的外套筒6上还设置有倾角传感器61，所述的微控制器9内集成有无线通讯设备以及距离传感器，传感器用于检测倾斜角度和实施高度，结合微控制器9的计算将设备调节到指定位置。

本发明所述的一种用于三维空间动画场景构建的高精度动作捕捉设备，其结构合理，以电机为动力，通过内套筒与支撑轴螺纹传动提升或者降下设备安装座，通过电动缸的伸缩调整支撑轴的倾斜角度，进而达到调整设备安装座向两侧移动调整的目的；动作捕捉摄像机、投影标定设备、距离标定设备安装在设备安装座上，动作捕捉摄像机捕捉跟踪表演者的运动轨迹，同时动作捕捉摄像机、投影标定设备、距离标定设备随着表演者的移动轨迹而移动，在大场景运动捕捉时，通过调整运动捕捉摄像机的位置代替临近摄像机的工作，达到减少动作捕捉设备的数量的目的；投影标定设备向表演场地投影虚拟场景景物、标志以及动作提示，在投影时具体画面应对正表演场地，投影场景随设备安装座移动而变化，而非一成不变的画面，方便表演者的表演，并促使动作更加到位；距离标定设备用于在表演场地投射一定的距离的两个标志点作为比例参考，方便在后期制作时参考动作幅度；在阻尼轴的作用下，既能保证动作捕捉设备在调节过程中的平稳，防止损坏，又能保证调节完毕后安装角度不变；其结构合理，具有结构简单、使用方便、安全、可靠、节约项目资金、方便表演者表演、提高动作质量等优点，有效解决现有动作捕捉设备功能单一的问题。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。