MocapApi Calc类型数据详解

• 北京诺亦腾科技有限公司
• 版本：v1.2
• 撰写人：刘午达
• 修改人：王莎
• 修改时间：2021年9月24日

文档概述

• MocapApi中的Calc数据主要包含六种数据，本文档详细介绍了这些数据的定义，格式，以及坐标系信息。

Calc数据项概述

• Calc数据项包括分为4段，段之间用-连接。

  1. 第一段为身体部分名称，如Hips，SpineBottom ，…，LeftHandPinkyTip等59种，详情请见后文“第一段（身体部分）说明”。

  2. 第二段为特征信息，包括传感器Sensor、关节Joint、骨骼Bone共3种。

  3. 第三段为物理量信息，包括姿态四元数Quat、角速度Gyro、加速度Acce、速度Velo、位置Posi共5种。另包括丢包标记Lost。

  4. 第四段为具体分量数值，包括x，y，z分量，其中四元数多一个w分量。

• 在Calc数据中，由上文中的第二段和第三段一共组合成了6种不同的数据进行输出，包括

  1. 传感器姿态四元数Sensor-Quat
  2. 传感器角速度Sensor-Gyro
  3. 传感器加速度Sensor-Acce
  4. 关节速度Joint-Velo
  5. 关节位置Joint-Posi
  6. 骨骼姿态四元数Bone-Quat。

第一段（身体部分）说明

• 在MocapApi输出的数据中，将人体分为59个部分，其中以臀部节点为根节点，后续每个节点都与一个父节点相连，具体顺序如下表所示
• Calc数据中的Joint-Velo与Joint-Posi数据会用到此连接关系。每个节点Joint的定义均为此节点与其父节点的连接处。比如“右前臂”的父节点为“右大臂”，其连接处为右臂肘关节，所以“右前臂”的Position和Velocity均指的是右臂肘关节的Postion和Velocity

第二段（特征信息）说明

• 传感器Sensor：在惯性动作捕捉中，有些身体部分上并没有绑定相应传感器，这些身体部分的“传感器数据”是由身体骨骼数据反算得出。现阶段MocapApi仅支持Perception Neuron Studio 传感器。

• 关节Joint：已在上一节“第一段（身体部分）说明”中解释

• 骨骼Bone：即代表该身体部分

坐标系与坐标原点说明

• 在说明第三段（物理量）与第四段（分量数据）之前，需要介绍具体的坐标系与坐标原点
• Calculation Data 文件中所有数据都是其在全局系下的数据，不是与父节点的相对系数据

  全局坐标系

• MocapApi输出的Calc文件中所有物理量均以北天东坐标系为全局坐标系

  传感器本体坐标系

• Perception Neuron Studio 传感器，其传感器经过下位机AHRS计算后，上位机收到的输出数据的本体坐标系如下图所示

人体本体坐标系

• 人体节点坐标系的定义遵从BVH格式的定义，每个节点输出数据坐标系为TPose情况下的左上前坐标系，如下图所示

  

位置零点

• Calc输出数据包含节点的Postion数据（Joint-Posi），其零点定义为Axis Studio软件中的红线与蓝线在地面上的交点，它也是Avatar坐完人体姿态校准后Hips节点所在位置在地面上的投影。如下图所示：

  

旋转零点：

• Calc输出数据包含身体每根骨骼的旋转数据（Bone-Quat），其零点定义为人体在TPose情况下面朝正东方的时候各节点的角度（即T-Pose下人体的左上前方向与全局系北天东坐标系重合）
• T-Pose的具体定义请参考Perception Neuron Studio 骨骼的BVH格式头文件描述

第三段（物理量）与第四段（分量数据）说明

• 四元数Quat：用标准四元数格式表述传感器和骨骼的旋转量。两者旋转是一致的，但由于坐标系不同，故有两种数据输出。
• 角速度Gyro：单位为弧度制，即rad/s
• 加速度Acce：国际标准单位m/s²
• 速度Velo：国际标准单位m/s
• 位置Posi：国际标准单位m

Calc数据具体示例说明

• 数据项名称（表头）一般分为4段，段之间用-连接，上文已解释。

• 帧序号，从0开始记号。

• 丢包标记Lost，取值1代表丢包，数据值通过算法得到。取值0代表正常，数据值为传感器测量值。

• 示例如下表。

输出文件格式

• 文件扩展名为csv，数据项主要通过逗号分隔。

• 文件的第1行为帧的总数。

• 文件的第2行为数据项表头说明。使用上表的表头说明。表头顺序为：第1列为Frame-No，然后先按59个身体部分的序号顺序输出，每个身体部分有21个数据，按照上面的表头说明顺序输出。所以数据总列数为：每个身体部分有21个量[(Lost标记)X1+(Sensor Quaternion)X4+(Sensor Gyro)X3+(Sensor Acce)X3+(Joint Velocity)X3+(Joint Position)X3+(Bone Quaternion)X4]，共59个身体部分，另外包括帧号，所以每1行一共59*21+1=1240项数据，即数据为1240列。

• 文件从第3行开始为数据部分，每1帧的数据为1行。数据间用逗号分隔，共1240列。

• 示例如下。名叫"Data"的数据文件，总帧数为998帧。

  data.csv

  998

  Frame-No,Hips-Sensor-Lost,Hips-Sensor-Quat-x,Hips-Sensor-Quat-y, …, LeftHandPinky3-Bone-Quat-w

  0, 0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0, -0.0036, -0.4065, 0.6567, -0.0036, -0.4065, 0.6567, … , 0.0,0.0,0.0,1.0

  1, 0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0, -0.0038, -0.4069, 0.6567, -0.0033, -0.4087, 0.6560, … , 0.0,0.0,0.0,1.0

  2, 1, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0, -0.0138, -0.4169, 0.6267, -0.0133, -0.4387, 0.6561, … , 0.0,0.0,0.0,1.0

  …………

  ……..

  997, 0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0, -0.0036, -0.4065, 0.6567, -0.0036, -0.4065, 0.6567, … , 0.0,0.0,0.0,1.0