论文分享 | 北京理工大学基于运动捕捉的机翼形变测量方法

在航空工业中，飞机整机及部件的研发是至关重要的环节，而机翼形变测量不仅可以有效地加快相关产品的研发过程，还可以大大降低相关产品的研发成本，为机翼形变理论研究及实际生产提供有效数据支撑。因此，机翼形变测量具有重要的意义。

当前，机翼形变测量已取得一定的研究进展，但在实际应用中，现有方案大都存在着一定的不足，如成本高昂、流程烦琐、环境要求高、实时性差等。

研究团队采用高精度运动捕捉技术，通过多台高精度红外相机对机翼表面物理标记点的绝对坐标进行实时捕捉。基于拉普拉斯坐标的网格形变插值算法（Laplacian mesh deformation, LMD），将机翼数字模型与物理标记点坐标进行绑定，获得机翼网格顶点的实时坐标，并通过比较这些坐标与初始坐标的差异，得到机翼的实时形变数据。（流程图如下）

为验证该方案有效性，研究团队在具体实验中使用了等比例缩小的飞机模型进行测试，通过高精度运动捕捉摄像机及配套软件实时捕捉物理标记点，计算并处理数据，最终实现机翼形变的可视化测量。

具体步骤如下：

分别使用 LMD 和 IDW 算法对2段运动捕捉数据进行插值，计算验证集中各点插值结果与真实测量结果相比误差的平均值。

实验结果表明，基于运动捕捉技术的方法能够实时、精确地测量机翼形变。通过LMD和IDW算法的比较，LMD算法在误差和运行速度方面均表现优秀，系统测试环境的设置和实验结果的可视化展示进一步验证了该方案的有效性和实用性。

通过引入高精度运动捕捉技术和先进算法，不仅提高了测量的精度和效率，还降低了成本和复杂度，具有广泛的应用前景。这一创新方法为航空工业中的机翼形变测量提供了新思路。

是凌云光设立的全资子公司，主要面向元宇宙虚拟现实、Web3.0时代数字人、沉浸媒体、全息通信、计算光学成像等应用，已形成光场建模、运动捕捉、全景成像、XR 拍摄等在内的产品布局。

FZMotion智能体位姿追踪系统是自主开发的运动捕捉采集与分析系统，可以实时跟踪测量并记录三维空间内点的轨迹、刚体的运动姿态以及人体动作，空间定位精度可以达到亚毫米级。

FZMotion动捕系统在无人机室内定位、仿生机器人运动规划、机械臂示教学习、气浮台位姿验证、水下运动捕捉等领域得到广泛应用，目前已经与清华大学、中国科学技术大学、北京航空航天大学、北京理工大学、哈尔滨工业大学等高校开展合作。致力于为高校提供完备的解决方案，助力科研发展。