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方案十一:三维空间定位追踪分析系统方案

一、基于运动捕捉技术在三维空间定位追踪的应用

      1、机器人领域:生物优化、仿生机器人的动态反馈、人机交互、机器人的检验检测以及远程遥操作等;

      2、无人机领域:无人机定位追踪及控制研究,实时捕捉多翼无人机的6自由度数据,传输给飞行控制系统作为实际的参考数据,来校正多旋翼无人机的飞行轨迹,确保其在事先设定的航线上飞行;

      3、人机交互领域:实时追踪人的头部、手部以及全身数据,进行人的空间定位追踪,在人机交互研究领域提供人的实时追踪定位信息;如互动游戏、虚拟教学培训、以及虚拟工业设计等;

      4、其他空间定位应用领域:实时捕捉目标物的空间6自由度数据,进行目标物的空间运动轨迹和位置姿态分析。如遥控小车轨迹追踪;地质灾害与环境研究;海洋表面漂浮物运动姿态研究等。

二、系统构成

      本系统包括的设备及配套软件:

      1、东方新锐®DIMS-9100三维运动捕捉系统           1套(4-24台相机)

      2、动作捕捉轨迹数据分析显示平台软件                 1套

      3、动作捕捉实时控制平台软件                             1套

      4、控制反馈系统(机器人、无人机等)                 1套

三、运动捕捉技术三维空间定位追踪案例
      人形机器人肢体动作控制:基于东方新锐三维运动捕捉系统机器人NAO遥操作。

      我司通过与某研究所用户双方合作,成功实现基于我司三维运动捕捉系统的机器人NAO实时远程运动控制。这为我国机器人运动控制的进一步研究和特殊领域的机器人远程控制应用提供了成熟的解决方案。


动作捕捉数据实时驱动机器人NAO调试现场



      基于东方新锐三维运动捕捉系统无人机运动追踪

      实时捕捉多旋翼无人机空间位置姿态即六自由度数据,包括三维空间XYZ轴坐标和偏航角Yaw,横摇角Roll,俯仰角Pitch三轴角度。数据实时显示,同时可以发送给控制分析系统作为实际的参考数据来校正多旋翼无人机的飞行轨迹,确保其在事先设定的航线上飞行。多架多旋翼无人机按照指定的轨迹或数据飞行,即形成了整齐的编队飞行效果。


多翼无人机定位追踪



多翼无人机定位追踪

      人机交互领域:虚拟训练、虚拟装配工业设计等。

      基于东方新锐运动捕捉系统实时进行人体头部、手部以及目标物的空间位置姿态追踪,实时将6自由度数据发送给Unity3D等第三方虚拟引擎软件,实现虚拟场景下的人机交互,身临其境的实现虚拟训练、虚拟装配、虚拟工业设计等研究。


虚拟现实中 人、工具、设备的定位追踪



虚拟现实中 人、工具、设备的定位追踪


      基于东方新锐三维运动捕捉系统遥控小车运动追踪。

      我司通过与某理工院校双方合作,成功实现基于我司三维运动捕捉系统的无人机、小车机器人实时远程轨迹控制,通过高性能自动识别功能,根据模板自动进行标识点匹配,实时计算输出刚体的空间位置姿态的6自由度数据。


遥控小车运动轨迹追踪


      在水槽和水池试验中同时测量或经数据处理得到多个浮体或潜体的6自由度运动状态。

      我司通过与某理工院校双方合作,搭建海洋实验室,在水槽和水池内同时测量20个浮体,并随水面波浪运动,同时直接测量或经数据处理得到多个物体的6自由度运动状态。同时能够提供传感器采集信号离线或实时数据二次开发接口,协助实验室进行开次开发并提供技术支持。


漂浮体运动轨迹追踪



架设图

      在地质灾害与环境领域的研究。

      基于我司三维捕捉分析系统的三峡大学“地质与环境省协同创新中心建设项目”中的大型石块滚动下落的定位追踪及运动分析。


滚动下落大型石块运动轨迹追踪


四、系统特点

       1、数据采集精度更高

      基于大连东锐DorealSoft CAMERA DIMS系列光学数字式专用摄像机(分辨率高达503万像素),对于细微动作都有精细捕捉。相机前端特有的处理芯片具有FPGA编成功能,实现海量数据的高速处理。相机采用圆形拟合算法的标识点(Marker)中心演算功能实现独立的标识点高精度识别。相机采用144个LED照明,在保证亮度前提下效率更高。

       2、系统更加稳定可靠

      系统采用标准TCP/IP协议网络数据传输方式,构成简单,无需专用采集设备,一台计算机控制所有相机。集成为一根的摄像机专用综合电缆具有采样同步控制信号传输;LED照明同步控制信号传输;摄像机和LED照明供电传输多种功能的同时,极大地简化了系统布线结构同时,使系统数据传输更稳定。

      3、系统功能更强大

      高性能自动识别功能,根据模板自动进行标识点匹配,实时计算输出人或刚体的空间位置姿态的6自由度数据。强大的后期数据自动插值、滤波和手动修改等编辑功能以及CSM、BVH、FBX、BIP、DRS、TRC、C3D等通用数据格式转换功能,完全满足动漫游戏、体育、医疗等不同领域的应用需求。全面支持第三方软件相结合使用接口(如Unity3D、MotionBuilder、3DMax、Maya、Delt3D或测力平台、肌电仪以及客户自主开发平台软件等,进行数据的实时、定时传送及各种同步触发控制接口)

      4、系统操作更简洁便利

      系统根据中国用户设计,在保证完美实现功能的前提下极大的简化了系统操作中繁琐的人机交互模块,使整个系统操作流程更加方便快捷。系统架设灵活,可以根据环境和使用者意愿来搭建捕捉系统,捕捉范围可根据房间大小和用途随时调整。相机独立的LED编号显示,使架设和调整操作更方便。同等捕捉空间标识点更精小,(3mm,5mm,10mm,15mm,20mm,25mm规格),表演者运动更自如。