基于电磁式位置追踪器和运动捕捉系统的注册跟踪方法

摘要

本发明涉及一种基于电磁式位置追踪器和运动捕捉系统的注册跟踪方法，其特征在于：运动捕捉摄像机组从运动捕捉系统获取的特定标记点图像信息通过摄像机数据传输交换机传输给高性能图形工作站进行处理与识别计算；电磁接收器通过无线传输将六个自由度信息发送至高性能图形工作站；高性能图形工作站计算出注册跟踪需要的变换矩阵，最后通过高性能图形工作站的显示设备进行注册跟踪效果的预览；其借助电磁式位置追踪器接收到的六个自由度的空间向量信息对注册跟踪过程进行必要的补充以及修正；另一方面，电磁式位置追踪器被电磁场干扰，影响数据计算时能借助运动捕捉系统进行正常的注册跟踪。

主权项

基于电磁式位置追踪器和运动捕捉系统的注册跟踪方法，由运动捕捉摄像机组，摄像机数据传输交换机，高性能图形工作站，附加3个特定标记点的平面塑料板，电磁发射器，电磁接收器组成；其特征在于：运动捕捉摄像机组通过网线连接到摄像机数据传输交换机上，从运动捕捉系统获取的特定标记点图像信息通过摄像机数据传输交换机传输给高性能图形工作站进行处理与识别计算；电磁接收器接收电磁发射器发射的电磁信号并利用电磁接收器内部的计算单元计算出电磁接收器在电磁发射器中的六个自由度信息，电磁接收器通过无线传输将六个自由度信息发送至高性能图形工作站；高性能图形工作站获取到电磁接收器和附加3个特定标记点的平面塑料板的两组六个自由度信息后，便可计算出注册跟踪需要的变换矩阵，最后通过高性能图形工作站的显示设备进行注册跟踪效果的预览；具体步骤如下：步骤1、将电磁接收器固定在附加3个特定标记点的平面塑料板上，把附加3个特定标记点的平面塑料板放置在运动捕捉摄像机组的有效拍摄范围之内，该有效拍摄范围必须保证附加3个特定标记点的平面塑料板中每一个特定标记点都能够至少被3个摄像机拍摄到，保持附加3个特定标记点的平面塑料板和电磁接收器处于静止状态；步骤2、通过运动捕捉摄像机组从运动捕捉系统中获取附加3个特定标记点的平面塑料板中3个特定标记点组成的刚体的六个自由度信息：刚体空间位置信息（X_s，Y_s，Z_s）和刚体空间姿态信息（α_s，β_s，γ_s），刚体的六个自由度信息（X_s，Y_s，Z_s，α_s，β_s，γ_s）是相对于运动捕捉系统坐标系原点得到的数据；步骤3、通过电磁接收器获取电磁接收器在电磁发射器所产生磁场中的六个自由度信息：电磁接收器空间位置信息（X_m，Y_m，Z_m）和电磁接收器空间姿态信息（α_m，β_m，γ_m），电磁接收器的六个自由度信息（X_m，Y_m，Z_m，α_m，β_m，γ_m）是相对于电磁发射器的坐标系原点得到的数据；步骤4、使用方程组（1）和方程组（2）计算出电磁接收器相对于刚体六个自由度数据的差值，以便将电磁接收器的六个自由度信息变换到运动捕捉系统坐标系中：其中，分别表示电磁接收器空间位置信息（X_m，Y_m，Z_m）相对于运动捕捉系统坐标系原点在X轴、Y轴、Z轴方向上的差值，分别表示电磁接收器空间姿态信息（α_m，β_m，γ_m）相对于运动捕捉系统坐标系Z轴、X轴、Y轴偏转角度的差值；步骤5、设；步骤6、移动附加3个特定标记点的平面塑料板进行任意位置的旋转和平移，使用电磁接收器获取电磁接收器的空间位置信息（X_mn，Y_mn，Z_mn）和电磁接收器的空间姿态信息（α_mn，β_mn，γ_mn），使用运动捕捉摄像机组获取刚体的空间位置信息（X_sn，Y_sn，Z_sn）和刚体的空间姿态信息（α_sn，β_sn，γ_sn）；步骤7、如果使用运动捕捉摄像机组不能获取到刚体的空间位置信息（X_sn，Y_sn，Z_sn）和空间姿态信息（α_sn，β_sn，γ_sn），或者获取到的空间位置信息（X_sn，Y_sn，Z_sn）和空间姿态信息（α_sn，β_sn，γ_sn）满足不等式方程组（3）和不等式方程组（4），则继续执行步骤8，否则设置并跳转到步骤9执行；其中：为运动捕捉系统的最大平移差量，为运动捕捉系统的最大旋转角度差量；步骤8、如果使用电磁接收器不能接收到电磁接收器的空间位置信息（X_mn，Y_mn，Z_mn）和空间姿态信息（α_mn，β_mn，γ_mn），或者获取到的空间位置信息（X_mn，Y_mn，Z_mn）和空间姿态信息（α_mn，β_mn，γ_mn）满足不等式方程组（5）和不等式方程组（6），则跳转到步骤6执行，否则设置并继续执行步骤9；其中：为电磁式位置追踪器的最大平移差量，为电磁式位置追踪器的最大旋转角度差量；步骤9、根据空间位置信息（X_RT、Y_RT、Z_RT）和空间姿态信息（α_RT、β_RT、γ_RT）对三维模型进行平移和旋转操作，即：将三维模型平移到三维坐标点（X_RT、Y_RT、Z_RT）处、围绕Z轴进行α_RT角度的旋转、围绕X轴进行β_RT角度的旋转、围绕Y轴进行γ_RT角度的旋转，然后根据变换后的三维虚拟场景进行重新渲染并通过高性能图形工作站将渲染后得到的图像在显示设备上进行显示；步骤10、令，重新回溯到步骤6执行附加3个特定标记点的平面塑料板在新姿态下的三维虚拟景物的注册跟踪操作。