技術特征：

1.一種慣性運動捕捉姿態瞬時校準方法，只需通過采用一個姿勢，即能瞬間快速完成慣性運動捕捉系統的姿態校準；所述慣性運動捕捉系統包括數據通信模塊、一個或多個姿態捕捉模塊和數據終端；姿態捕捉模塊包括九軸傳感器和微處理器或僅包含九軸傳感器，選擇其中一個姿態捕捉模塊作為基準模塊；所述姿態瞬時校準方法包括如下步驟：

1)姿態捕捉模塊直接捕捉并輸出的坐標系為世界坐標系，設定世界坐標系為V(w)；根據各個被捕捉的物體所處的坐標系定義物體統一坐標系，設定物體統一坐標系為V(o)；被捕捉的物體和安裝的姿態捕捉模塊之間的坐標系為安裝坐標系，設定安裝坐標系為V(a)；設定Vi(a)(i＝1,2,…n)表示第i個物體的安裝坐標系；

2)采用四元數(x,y,z,w)表示各個姿態捕捉模塊的世界坐標系V(w)，其中，x,y,z,w分別表示世界坐標系的其中一個坐標；通過式1將歐拉角轉換成四元數，統一各個姿態捕捉模塊之間的世界坐標系：

Quati(x,y,z,w)＝Etoq(YAWi，0，0)(i＝1,2,…n) (式1)

式1中，Quati(x,y,z,w)為第i個模塊的四元數；YAWi為歐拉角繞y軸的旋轉角度，其取值通過測量得到；當姿態捕捉模塊為基準模塊時，設定YAWi＝0；Etoq(yaw,pitch,roll)是歐拉角轉換四元數的方法，用式2表示：

其中，Quat(x,y,z,w)表示一個四元數；yaw、pitch和roll分別為歐拉角繞y軸、x軸、z軸的旋轉角度；

3)設定系統虛擬模型和系統標準Tpose，被捕捉物體穿戴上慣性運動捕捉系統并擺好初始校準姿態；定義被捕捉物體的初始姿態Tpose和坐標系；

4)獲取基準模塊的局部坐標系的X軸和被捕捉物體局部坐標系的X軸的相對偏移角度baseangle，獲取被捕捉物體保持初始姿態時各個姿態捕捉模塊輸出的歐拉角的yaw值YAWi，設姿態捕捉模塊i安裝時的姿態為初始校準姿態Eulor(yawi0,pitchi0,rolli0)，傳感器i的姿態輸出為Qi，通過計算得到物體i的姿態四元數為Qrlti，由此找出物體坐標系和世界坐標系的關系，從而實現運動捕捉的瞬時校準；具體包括如下步驟：

41)在固定在被捕捉物體上的姿態捕捉模塊中，所述基準姿態捕捉模塊的安裝位置和方向要使得基準模塊的局部坐標系的X軸和被捕捉物體局部坐標系的X軸的相對偏移角度是一個固定值，該固定值為基準模塊的局部坐標系和被捕捉物體的局部坐標系的X軸夾角α與被捕捉物體保持初始姿態時基準姿態捕捉模塊輸出的歐拉角的yaw值β之和，記為baseangle；

42)采用姿態捕捉模塊安裝在物體時的初始姿態來表示物體的安裝坐標系，記錄初始校準姿態下各姿態捕捉模塊的安裝坐標系(yawi0，pitchi0，rolli0)；

43)通過式3計算得到安裝坐標系與世界坐標系的關系：

Qi0(x,y,z,w)＝Etoq(yawi0,pitchi0,rolli0)^-1×Qi (式3)

式3中，Qi0(x,y,z,w)為第i個姿態捕捉模塊的安裝坐標系與世界坐標系的關系四元數；(yawi0，pitchi0，rolli0)為初始校準姿態下各姿態捕捉模塊的安裝坐標系；Qi為姿態捕捉模塊i的姿態輸出，是姿態捕捉模塊i的輸出四元數；

44)通過式4～5計算得到姿態捕捉模塊局部坐標系與世界坐標系的關系：

Qi1(x,y,z,w)＝Etoq(yawi0,0,0) (式4)

Qi2(x,y,z,w)＝Qi1×Qi0×Qi1^-1 (式5)

其中，Qi1為第i個姿態捕捉模塊水平旋轉了角度yawi0后的四元數；Qi2為第i個姿態捕捉模塊的局部坐標系與世界坐標系的關系四元數；(yawi0,0,0)為初始校準姿態下基準姿態捕捉模塊的安裝坐標系；

43)通過式6～7計算得到物體局部坐標系與世界坐標系的關系：

Qi3(x,y,z,w)＝Etoq(baseangle+YAWi-yawi0,0,0) (式6)

Qrlti＝Qi3*Qi2*Qi3^-1 (式7)

其中，Qi3為第i個姿態捕捉模塊水平角度旋轉角度(baseangle+YAWi-yawi0)后的四元數；Qrlti為物體i的姿態四元數；

通過上述過程，只需被捕捉物體保持初始校準姿態，即可實現運動捕捉系統的瞬間校準；進行校準之后，被捕捉物體在運動時的動態姿態由姿態捕捉模塊的輸出通過計算得到，并通過虛擬人物模型的動作實時反映出來。

2.如權利要求1所述瞬時校準方法，其特征是，步驟3)還包括對被捕捉物體擺出的初始校準姿勢Tpose進行拍照或圖像獲取得到影像圖片，再根據系統標準Tpose對穿戴上慣性運動捕捉系統的被捕捉物體所擺出的初始校準姿態進行糾偏處理。

3.如權利要求2所述瞬時校準方法，其特征是，所述糾偏處理的方法具體是：在軟件系統中設置標準Tpose，分析獲取得到的影像圖片，當發現人體擺出的初始校準姿勢Tpose不符合標準Tpose時，給出做反方向調整姿勢的提示，被捕捉物體根據提示進行姿勢糾偏，直到擺出的初始校準姿勢Tpose姿勢符合標準姿勢，再執行瞬時校準操作。

4.如權利要求1所述瞬時校準方法，其特征是，步驟3)還包括對被捕捉物體擺出的初始校準姿勢Tpose進行拍照或圖像獲取得到影像圖片，再通過骨骼比例進行快速模型配準來確定系統虛擬模型，將虛擬模型的骨骼比例調整得和實際被捕捉物體的骨骼比例一致。

5.如權利要求4所述瞬時校準方法，其特征是，所述快速模型配準方法具體通過對影像的分析，提取得到被捕捉物體的身體主要肢節的比例信息；再根據被捕捉物體的身體比例信息，調整已有虛擬人物模型各部分的比例，進行更新后作為當前的虛擬人物模型。

6.如權利要求5所述瞬時校準方法，其特征是，所述進行更新具體可在已有的虛擬人物模型庫中查找合適的模型進行更新，或選取合適的模型進行組裝獲得新的虛擬人物模型進行更新；或根據得到的被捕捉物體的身體主要肢節的比例信息重新生成一個適合的人體模型，作為當前的虛擬人物模型。

7.如權利要求5所述瞬時校準方法，其特征是，所述提取得到被捕捉物體的身體主要肢節的比例信息采用以下方法中的一種或多種，具體方法包括：通過對深度圖像的分析提取人體的主要骨骼模型；通過檢查關節的位置，通過各個關節直接的間距，根據關節間距的比例關系得到人體主要骨骼的比例；直接在關節處進行人工標注，通過圖像分析這些標記點的間距比例關系得到人體的骨骼模型；使用雙目視覺的方法提取出人體各主要肢節的比例關系。

8.一種實現如權利要求1～7所述慣性運動捕捉姿態瞬時校準方法的慣性動作捕捉系統，其特征是，所述慣性動作捕捉系統包括運動捕捉硬件系統和數據終端；所述運動捕捉硬件系統包括數據通信模塊和一個或多個姿態捕捉模塊；以其中一個姿態捕捉模塊為基準模塊；所述基準姿態捕捉模塊的安裝位置和方向要使得基準模塊的局部坐標系的X軸和被捕捉物體局部坐標系的X軸的相對偏移角度是一個固定值，該固定值為基準模塊的局部坐標系和被捕捉物體的局部坐標系的X軸夾角α與被捕捉物體保持初始姿態時基準姿態捕捉模塊輸出的歐拉角的yaw值β之和；所述姿態捕捉模塊用于采集傳感器捕捉的信息進行計算，并把計算好的姿態數據傳輸到通信模塊；通信模塊把姿態捕捉模塊發送過來的數據組織成幀發送給數據終端；數據終端接受通信模塊發過來的數據，先進行計算，再對數據進行顯示或保存。

9.如權利要求8所述慣性動作捕捉系統，其特征是，所述姿態捕捉模塊包括九軸傳感器；所述姿態捕捉模塊還可包括微處理器；所述微處理器用于采集傳感器捕捉的信息進行計算，并把計算好的姿態數據傳輸到通信模塊；當所述的姿態捕捉模塊不包含微處理器時，所述姿態捕捉模塊直接把捕捉到的信息傳給通信模塊。

10.如權利要求8所述慣性動作捕捉系統，其特征是，所述傳感器為九軸的傳感器；所述通信模塊包括電池、RF通信模塊和微處理器；電池用于給整個動作捕捉硬件系統供電，微處理器通過RF通信模塊進行數據的接收和發送。