Arduino 2 Blender 串口通讯实现动作捕捉

Xsens动作捕捉 2023-04-11 3321

整个架构是：

Arduino 读取 4 个电位器的模拟电压值，通过 ADC 采集并转换为浮点数据，通过串口发送给上位机（电脑）

上位机上运行 Blender 中的 Python 代码，读取串口数据并转换，将数据转送给全局的关节数据字典，同时另一个线程中读取字典的值并将关节角度绑定到骨架上


Arduino 程序

/** Blender_Serial_Comm_Arduino_Code.ino


 * 


 * Demonstrates reading four(4) potentiometer sensor readings from a robotics arm


 * and sending the data to Blender running Python via the Serial port.


 */


/* 取消下面这样的注释来输出 DEBUG 信息 | uncomment the line below to view floating point data via Serial monitor. */


//#define DEBUG




void setup() {


  /* 初始化串口通讯 | setup the serial port */


  Serial.begin(115200);


}


void loop() {


  float data[4];


  /* 读取四个电位器的值 | read and process the potentiometer data */


  data[0] = analogRead(A0) - 100;


  data[1] = analogRead(A1) - 500;


  data[2] = analogRead(A2) - 540;


  data[3] = analogRead(A3) - 870;


  data[0] *= 0.0013;


  data[1] *= 0.0013;


  data[2] *= 0.0013;


  data[3] *= 0.0013;


  


  #ifndef DEBUG


  for (int i=0; i<4; i+=1) {


    /* 将 32 位的 float 型转换为 4 个字节并从串口输出


       | convert the 32-bit floating point into 4 8-bit uint8_t buffer array */


    uint8_t *buffer;


    buffer = (uint8_t *)&data[i];


    Serial.write(buffer[0]);


    Serial.write(buffer[1]);


    Serial.write(buffer[2]);


    Serial.write(buffer[3]);


  }


  #else


  Serial.print(data[0]);  Serial.print("\t");


  Serial.print(data[1]);  Serial.print("\t");


  Serial.print(data[2]);  Serial.print("\t");


  Serial.print(data[3]);  Serial.print("\t");


  #endif




  /* 输出一个换行代表消息结束 | this is the end-of-message flag */


  Serial.print("\n\n");


  


  delay(20);


}


Python 这边需要安装 pyserial 这个第三方库，而且需要安装到 Blender 自带的 py 环境中

在 Blender 中的 Python 是独立于系统的单独环境，所以需要在这个环境下安装第三方的库。方法如下：


在 Blender 的 Python Terminal 中输入

import sys


sys.exec_prefix

即可得到 Blender 的 Python 的文件位置

Arduino 2 Blender 串口通讯实现动作捕捉 第1张


打开 Powershell, cd 到那个文件路径下的 bin 文件夹中 (python 的版本是 3+，那个 2.82 是 Blender 版本)

cd D:\Documents\Blender\2.82\python\bin

该文件路径下有一个 python.exe，这个就是 Blender 所使用的 Python 文件

运行 pip

.\python.exe -m pip install pyserial
Arduino 2 Blender 串口通讯实现动作捕捉 第2张

现在即可在 Blender 中调用这个第三方 serial 库


Blender Python 程序

import math


import struct


from threading import Thread


import bpy


import serial


# 定义全局变量 | define global variables


stop_flag = 0


position_data = []


# 从 Blender 获取场景物体 | get the blender scene objects


# 先获取骨架


armature = bpy.data.objects["Armature"]


bone0 = armature.pose.bones.get("Bone")


bone0.rotation_mode = AXIS_ANGLE


bone1 = armature.pose.bones.get("Bone.001")


bone1.rotation_mode = AXIS_ANGLE


# 这里改变一下骨头的旋转轴，设置成围绕 y 轴旋转


bone2 = armature.pose.bones.get("Bone.002")


bone2.rotation_mode = AXIS_ANGLE


bone2.rotation_axis_angle[1:] = [0, 1, 0]


bone3 = armature.pose.bones.get("Bone.003")


bone3.rotation_mode = AXIS_ANGLE


# 定义一个定时器来负责场景的刷新


class ModalTimerOperator(bpy.types.Operator):


    # 这两个名字是必须的，是 Blender 的标识符


    bl_idname = "wm.modal_timer_operator"


    bl_label = "Modal Timer Operator"


    _timer = None


    


    def __init__(self):


        pass


    


    def modal(self, context, event):


        global stop_flag


        # 侦听 Blender 窗口的活动，如果按下了 ESC 键就停止所有线程


        if event.type == ESC:


            stop_flag = 1


            


            # bpy.utils.unregister_class(ModalTimerOperator)


            return self.cancel(context)


        # 如果是定时器更新，说明我们需要刷新页面了


        if event.type == TIMER:


            # 确保接收到串口的数据后，更新四个骨骼的旋转


            if len(position_data) >= 4:


                bone0.rotation_axis_angle[0] = (position_data[0] * math.pi)


                bone1.rotation_axis_angle[0] = (position_data[1] * math.pi)


                bone2.rotation_axis_angle[0] = (position_data[2] * math.pi)


                bone3.rotation_axis_angle[0] = -(position_data[3] * math.pi)


        # 返回 "PASS_THROUGH"，这样可以让其他 Handler 依旧接收到所有事件


        return {PASS_THROUGH}


    def execute(self, context):


        # 启动计时器，间隔为 0.1 秒


        self._timer = context.window_manager.event_timer_add(0.1, window=context.window)


        context.window_manager.modal_handler_add(self)


        return {RUNNING_MODAL}


    def cancel(self, context):


        # 停止计时器


        context.window_manager.event_timer_remove(self._timer)


        return {CANCELLED}


# 定义一个从串口读取数据的函数


def readData(ser):


    c = b""


    buffer = b""


    while True:


        c = ser.read(1)


        if c == b"\n":


            # detect for end-of-message flag


            if ser.read(1) == b"\n":


                break


        buffer += c


    return buffer


# 这个函数负责管理串口的连接和通讯


def serialCommHandler():


    global position_data


    


    # 开启串口 | open serial port


    ser = serial.Serial(port="COM3", baudrate=115200)


    


    while not stop_flag:


        try:


            # 读取串口数据并按照四个 float 的格式解码


            position_data = struct.unpack("<ffff", readData(ser))


        except Exception as e:


            print(e)


    


    print("Exit condition detected.")


    ser.close()


        


if __name__ == "__main__":


    bpy.utils.register_class(ModalTimerOperator)


    # 串口通讯在子线程中运行


    t = Thread(target=serialCommHandler, args=())


    t.start()    


    # 启动 Blender 的 timer | run blender loop


    bpy.ops.wm.modal_timer_operator()


另外还有一段单独的 Python 程序用来调试

""" read_serial.py


"""


import struct


import serial


ser = serial.Serial(port="COM3", baudrate=115200)


print(ser.name)


def readData():


    c = b""


    buffer = b""


    while True:


        c = ser.read(1)


        if c == b"\n":


            if ser.read(1) == b"\n":


                break


        


        buffer += c


    return buffer


while True:


    data = struct.unpack("<ffff", readData())


    print(data)

The End

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