基于MEMS的人體運(yùn)動(dòng)跟蹤算法研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的狂飆式更新進(jìn)步，人們對(duì)生產(chǎn)生活的方方面面都提出了新的更高要求。基于視頻序列的運(yùn)動(dòng)跟蹤技術(shù)已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)某删?，但在各方面還存在很多局限性。最近幾年，基于慣性傳感器和三維虛擬動(dòng)畫(huà)技術(shù)的動(dòng)作跟蹤技術(shù)越來(lái)越受到專(zhuān)業(yè)人士的青睞。動(dòng)作跟蹤技術(shù)可以被用在醫(yī)療、探險(xiǎn)、游戲開(kāi)發(fā)和影視制作等多個(gè)領(lǐng)域，可以給生產(chǎn)和生活帶來(lái)很多便利。
　　本課題的動(dòng)作跟蹤是基于慣性傳感器和三維虛擬動(dòng)畫(huà)技術(shù)的。首先，對(duì)人體建模的相關(guān)理論進(jìn)行了討論，介紹了二維

2、模型和三維模型各自的優(yōu)缺點(diǎn)以及在正向運(yùn)動(dòng)學(xué)和逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)中末端效應(yīng)器位置和姿態(tài)的求解方法，闡述了生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)θ梭w骨骼關(guān)節(jié)的描述，在以上研究的基礎(chǔ)之上，選擇了將人體簡(jiǎn)化為骨架模型的建模方法，并且視為剛體結(jié)構(gòu)，在人體的關(guān)節(jié)處加上必要的限制，更加符合人體運(yùn)動(dòng)的真實(shí)情況。
　　其次，研究人體骨骼關(guān)節(jié)的位置和姿態(tài)的表示方法，根據(jù)導(dǎo)航學(xué)中的方法，利用坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換最終確定骨骼的姿態(tài)。在這一過(guò)程中，需要建立多個(gè)坐標(biāo)系，例如骨骼坐標(biāo)系、MEMS

3、傳感器坐標(biāo)系等，還需要通過(guò)設(shè)定一系列的規(guī)定動(dòng)作來(lái)求解各個(gè)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換矩陣即各個(gè)坐標(biāo)系之間最初的相對(duì)位置。最終能夠通過(guò)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系得到任意一塊骨骼相對(duì)于另一塊骨骼的轉(zhuǎn)換矩陣。
　　再次，對(duì)MEMS傳感器MTi-G進(jìn)行了分析，了解其參數(shù)信息和輸出的數(shù)據(jù)格式。因?yàn)橹苯佑猛勇萁馑愕淖藨B(tài)誤差較大且易發(fā)散，我們用陀螺儀、磁強(qiáng)計(jì)、加速度計(jì)做組合，利用卡爾曼濾波的方法重新解算姿態(tài)，并進(jìn)行了仿真，得到的效果有了很好的改善。
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