T-UWA 022.3-2023 信息技術(shù)面向虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的人體動(dòng)作捕捉系統(tǒng) 第3部分：慣性動(dòng)作捕捉系統(tǒng)軟件接口標(biāo)準(zhǔn)

ICS：35.240CCS：L81Informationtechnology-WearablemotioncapturesysteminvirtPart3:InterfacestandardforinertialmotioncaptureIT/UWA022.3-2023 2規(guī)范性引用文件 3術(shù)語(yǔ)和定義 4數(shù)據(jù)類型 4.1動(dòng)捕設(shè)備或演員ID 4.2慣性模塊所在部位 24.3時(shí)間 4.4慣性模塊姿態(tài) 74.5慣性模塊加速度 74.6慣性模塊角速度 74.7慣性模塊數(shù)據(jù)有效性 4.8身體部位的位置 74.9身體部位的姿態(tài) 74.10身體部位的速度 5慣性動(dòng)作捕捉軟件接口 5.1軟件接口編號(hào)格式 5.2軟件接口定義形式 5.3獲取慣性模塊姿態(tài) 5.4獲取慣性模塊加速度 5.5獲取慣性模塊角速度 5.6獲取慣性模塊數(shù)據(jù)有效性 5.7獲取身體部位位置 5.8獲取身體部位姿態(tài) 5.9獲取身體部位速度 T/UWA022.3-2023本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件是T/UWA022-2023《信息技術(shù)面向虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的人體動(dòng)作捕捉系統(tǒng)》的第3部分。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別這些專利的責(zé)任。本文件由世界超高清視頻產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟提出并歸口。本文件起草單位：北京理工大學(xué)、廈門大學(xué)、信通院（江西）科技創(chuàng)新研究院有限公司、中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院、上海市多媒體行業(yè)協(xié)會(huì)、上海青瞳視覺科技有限公司、凌云光技術(shù)股份有限公司、深圳市瑞立視多媒體科技有限公司、北京元客視界科技有限公司、北京元客方舟科技有限公司、合肥工業(yè)大學(xué)、北京圣威特科技有限公司、歌爾股份有限公司、深圳市奧拓電子股份有限公司、北京市博匯科技股份有限公司、數(shù)字電視國(guó)家工程研究中心、廣東博華超高清創(chuàng)新中心有限公司、北京虛擬動(dòng)點(diǎn)科技有限公司、深圳市洲明科技股份有限公司、咪咕文化科技有限公司、山東浪潮超高清智能科技有限公司、利亞德光電股份有限公司、青島海爾多媒體有限公司、深圳市酷開網(wǎng)絡(luò)科技股份有限公司、海信視像科技股份有限公司、暨南大學(xué)、北京度量科技有限公司、華為技術(shù)有限公司、北京諾亦騰科技有限公司、蘇州感織科技有限公司。本文件主要起草人：宋維濤、郭詩(shī)輝、胡開拓、李婧欣、耿一丹、端木海嬰、張海威、熊偉、許秋子、杜華、蔣再毅、劉博文、李琳、楊濤、遲小羽、吳昊、吳未、王榮芳、殷惠清、陳智敏、崔超、譚勝淋、郭佩佩、王敏、劉莉、王宗華、曾有蘭、劉衛(wèi)東、畢蕾、高博宇、孟杰、王志剛、劉午達(dá)、石祥仁。T/UWA022.3-2023T/UWA022擬由五個(gè)部分構(gòu)成?！?部分：通用技術(shù)要求。目的在于描述面向虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的人體動(dòng)作捕捉系統(tǒng)通用的功能要求和性能要求?！?部分：光學(xué)動(dòng)作捕捉系統(tǒng)軟件接口標(biāo)準(zhǔn)。目的在于規(guī)定光學(xué)動(dòng)作捕捉系統(tǒng)的外部軟件接口?！?部分：慣性動(dòng)作捕捉系統(tǒng)軟件接口標(biāo)準(zhǔn)。目的在于規(guī)定慣性動(dòng)作捕捉系統(tǒng)的外部軟件接口。——第4部分：數(shù)據(jù)手套軟件接口標(biāo)準(zhǔn)。目的在于規(guī)定數(shù)據(jù)手套的外部軟件接口?！?部分：臉部捕捉系統(tǒng)軟件接口標(biāo)準(zhǔn)。目的在于規(guī)定臉部捕捉系統(tǒng)的外部軟件接口。1T/UWA022.3-2023信息技術(shù)面向虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的人體動(dòng)作捕捉系統(tǒng)第3部分：慣性動(dòng)作捕捉系統(tǒng)軟件接口標(biāo)準(zhǔn)本文件規(guī)定了慣性動(dòng)作捕捉系統(tǒng)的外部軟件接口。本文件適用于慣性動(dòng)作捕捉系統(tǒng)與外部系統(tǒng)軟件接口的研發(fā)、應(yīng)用和維護(hù)。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。T/UWA022.1-2023《信息技術(shù)面向虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的人體動(dòng)作捕捉系統(tǒng)第1部分：通用技術(shù)要求》3術(shù)語(yǔ)和定義T/UWA022.1-2023界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。3.1慣性動(dòng)作捕捉算法inertialmotioncapturealgorithm將用戶的慣性動(dòng)作捕捉設(shè)備的采集信號(hào)轉(zhuǎn)化為人體動(dòng)作的位置、姿態(tài)結(jié)果過(guò)程中使用到的計(jì)算機(jī)程序。3.2慣性動(dòng)作捕捉人體模型inertialmotioncapturehumanbodymodel用于描述慣性動(dòng)作捕捉時(shí)，基于人體的肢體、骨骼、關(guān)節(jié)等因素，形成的由多個(gè)人體部位組合而成的人體模型，人體模型的各個(gè)部位在完成整個(gè)動(dòng)作的過(guò)程中不能發(fā)生形變。3.3慣性動(dòng)作捕捉人體部位inertialmotioncapturehumanbodypart為了描述慣性動(dòng)作捕捉人體模型的獨(dú)立的人體部位，每個(gè)人體部位假設(shè)為1個(gè)剛體，簡(jiǎn)稱為人體部位。3.4慣性動(dòng)作捕捉系統(tǒng)測(cè)量模塊inertialmotioncapturemeasuringunit慣性動(dòng)作捕捉設(shè)備通過(guò)慣性動(dòng)作捕捉系統(tǒng)測(cè)量模塊來(lái)采集信號(hào)，每個(gè)測(cè)量模塊將采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)作為慣性動(dòng)作捕捉算法的輸入數(shù)據(jù)。4數(shù)據(jù)類型4.1動(dòng)捕設(shè)備或演員ID建議參數(shù)名：avatar_id。取值：整型ID。2T/UWA022.3-2023說(shuō)明：用來(lái)區(qū)分不同動(dòng)捕設(shè)備或演員的id。4.2慣性模塊所在部位建議參數(shù)名：bone_id。取值：整型序號(hào)，占8個(gè)比特位。其中，0-58用于表示當(dāng)前定義的59個(gè)部位；59-255保留，用于表示未來(lái)可能用到的人體部位。說(shuō)明：基于人體骨骼系統(tǒng)，同時(shí)考慮人體肢體和關(guān)節(jié)，建立了人體部位（骨骼）列表。列表宜包含所有當(dāng)前或未來(lái)可能用到的人體部位（骨骼），共59個(gè)部位（也稱為59塊骨頭），編制了固定編號(hào)和名稱。如下表1所示。圖1、圖2、圖3分別描述了慣性傳感器固定位置分布、主要人體部位分布、手部部位分布。表1慣性模塊所在部位清單部分名稱標(biāo)識(shí)序號(hào)父節(jié)點(diǎn)臀部Hips0根節(jié)點(diǎn)右大腿RightUpLeg10右小腿RightLeg21右腳RightFoot32左大腿LeftUpLeg40左小腿LeftLeg54左腳LeftFoot65脊柱下部分Spine70脊柱中部分Spine187脊柱上部分Spine298頸部下部分Neck9頸部上部分Neck1頭部Head右肩RightShoulder8右大臂RightArm右前臂RightForeArm右手RightHand右拇指指根RightHandThumb1右拇指指中RightHandThumb2右拇指指尖RightHandThumb3右食指掌骨RightInHandIndex20右食指指根RightHandIndex12120右食指指中RightHandIndex22221右食指指尖RightHandIndex32322右中指掌骨RightInHandMiddle24右中指指根RightHandMiddle12524右中指指中RightHandMiddle22625右中指指尖RightHandMiddle32726右無(wú)名指掌骨RightInHandRing28右無(wú)名指指根RightHandRing129283T/UWA022.3-2023右無(wú)名指指中RightHandRing23029右無(wú)名指指尖RightHandRing33130右小指掌骨RightInHandPinky32右小指指根RightHandPinky13332右小指指中RightHandPinky23433右小指指尖RightHandPinky33534左肩LeftShoulder368左大臂LeftArm3736左前臂LeftForeArm3837左手LeftHand3938左拇指指根LeftHandThumb14039左拇指指中LeftHandThumb24140左拇指指尖LeftHandThumb34241左食指掌骨LeftInHandIndex4339左食指指根LeftHandIndex14443左食指指中LeftHandIndex24544左食指指尖LeftHandIndex34645左中指掌骨LeftInHandMiddle4739左中指指根LeftHandMiddle14847左中指指中LeftHandMiddle24948左中指指尖LeftHandMiddle35049左無(wú)名指掌骨LeftInHandRing5139左無(wú)名指指根LeftHandRing15251左無(wú)名指指中LeftHandRing25352左無(wú)名指指尖LeftHandRing35453左小指掌骨LeftInHandPinky5539左小指指根LeftHandPinky15655左小指指中LeftHandPinky25756左小指指尖LeftHandPinky35857注：表格中某節(jié)點(diǎn)的“父節(jié)點(diǎn)”表示在人體模型的樹狀結(jié)構(gòu)中，與該節(jié)點(diǎn)相連，并指向根節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)。例如，右大腿節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)為臀部，同時(shí)右大腿節(jié)點(diǎn)是右小腿的父節(jié)點(diǎn)。4T/UWA022.3-2023圖1慣性傳感器固定位置分布圖5T/UWA022.3-20236T/UWA022.3-2023圖2主要人體部位分布圖圖3手部部位分布圖7T/UWA022.3-20234.3時(shí)間戳建議參數(shù)名：time或者frame_id。取值：time為時(shí)、分、秒、毫秒的時(shí)間。frame_id為系統(tǒng)可識(shí)別整型序號(hào)。說(shuō)明：輸入數(shù)據(jù)的時(shí)間可以采用兩種方式來(lái)表達(dá)。其一為使用真實(shí)時(shí)間來(lái)表達(dá)，可以使用時(shí)、分、秒、毫秒來(lái)記錄。其二可以使用系統(tǒng)可分別的整型幀序號(hào)來(lái)表達(dá)。4.4慣性模塊姿態(tài)建議參數(shù)名：sensor_posture。取值：四元數(shù)（X,Y,Z,W），四個(gè)分量單精度實(shí)數(shù)。說(shuō)明：基于系統(tǒng)世界坐標(biāo)系下，慣性模塊的姿態(tài)（角位移），使用四元數(shù)表示。4.5慣性模塊加速度建議參數(shù)名：sensor_acceleration。取值：（X,Y,Z），三個(gè)分量單精度實(shí)數(shù)。說(shuō)明：基于慣性模塊坐標(biāo)系下，慣性模塊的加速度，單位為重力加速度g。4.6慣性模塊角速度建議參數(shù)名：sensor_angular_velocity。取值：（X,Y,Z），三個(gè)分量單精度實(shí)數(shù)。說(shuō)明：基于慣性模塊坐標(biāo)系下，慣性模塊的角速度，單位為弧度每秒。4.7慣性模塊數(shù)據(jù)有效性建議參數(shù)名：sensor_valid。取值：邏輯型，真或假。說(shuō)明：該條數(shù)據(jù)是否有效。4.8身體部位的位置建議參數(shù)名：body_position。取值：（X,Y,Z），三個(gè)分量單精度實(shí)數(shù)。說(shuō)明：基于系統(tǒng)世界坐標(biāo)系下，身體部位關(guān)鍵點(diǎn)的位置，單位為米。把身體部位視為剛體，理論上可以選擇任意點(diǎn)為中心點(diǎn)，一般可以取其連接的關(guān)節(jié)點(diǎn)為關(guān)鍵點(diǎn)。4.9身體部位的姿態(tài)建議參數(shù)名：body_posture。取值：四元數(shù)（X,Y,Z,W），四個(gè)分量單精度實(shí)數(shù)。說(shuō)明：基于系統(tǒng)世界坐標(biāo)系下，身體部位的姿態(tài)（角位移），使用四元數(shù)表示。4.10身體部位的速度建議參數(shù)名：body_velocity。取值：（X,Y,Z），三個(gè)分量單精度實(shí)數(shù)。說(shuō)明：基于系統(tǒng)世界坐標(biāo)系下，身體部位關(guān)鍵點(diǎn)的位置，單位為米每秒。把身體部位視為剛體，理論上可以選擇任意點(diǎn)為中心點(diǎn)，一般可以取其連接的關(guān)節(jié)點(diǎn)為關(guān)鍵點(diǎn)。5慣性動(dòng)作捕捉軟件接口8T/UWA022.3-20235.1軟件接口編號(hào)格式軟件接口的編號(hào)格式為X-Y，其中：——X：軟件接口種類；——Y：同一種類的軟件接口序號(hào)。5.2軟件接口定義形式5.3-5.9列舉了軟件接口應(yīng)包含的核心功能。軟件接口參數(shù)定義應(yīng)由編號(hào)、參數(shù)名、取值和說(shuō)明四部分組成。5.3獲取慣性模塊姿態(tài)軟件接口編號(hào)：10-1。建議軟件接口定義：voidget_sensor_posture(avatar_id,frame_id,bone_id,sensor_posture)。功能描述：獲取指定運(yùn)動(dòng)捕捉演員、指定時(shí)間、指定部位的慣性模塊姿態(tài)。輸入?yún)?shù)：avatar_id,frame_id,bone_id。輸出參數(shù)：sensor_posture。5.4獲取慣性模塊加速度軟件接口編號(hào)：10-2。建議軟件接口定義：voidget_sensor_acceleration(avatar_id,frame_id,bone_id,sensor_acceleration)。功能描述：獲取指定運(yùn)動(dòng)捕捉演員、指定時(shí)間、指定部位的慣性模塊加速度。輸入?yún)?shù)：avatar_id,frame_id,bone_id。輸出參數(shù)：sensor_acceleration。5.5獲取慣性模塊角速度軟件接口編號(hào)：10-3。建議軟件接口定義：voidget_sensor_angular_velocity(avatar_id,frame_id,bone_id,sensor_angular_velocity)。功能描述：獲取指定運(yùn)動(dòng)捕捉演員、指定時(shí)間、指定部位的慣性模塊角速度。輸入?yún)?shù)：avatar_id,frame_id,bone_id。輸出參數(shù)：sensor_angular_velocity。5.6獲取慣性模塊數(shù)據(jù)有效性軟件接口編號(hào)：10-4。建議軟件接口定義：voidget_sensor_valid(avatar_id,frame_id,bone_id,sensor_valid)。功能描述：獲取指定運(yùn)動(dòng)捕捉演員、指定時(shí)間、指定部位的慣性模塊數(shù)據(jù)有效性。輸入?yún)?shù)：av