基于MA和5DT手套的上肢在線動作捕捉系統(tǒng).pdf

1、人體上肢動作捕捉技術(shù)在人機(jī)交互、疾病康復(fù)、腦機(jī)接口等諸多領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。隨著相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，對于運(yùn)動數(shù)據(jù)的實(shí)時性、穩(wěn)定性和精確性有著越來越高的要求。本文利用MA(Motion Analysis)光學(xué)動作捕捉系統(tǒng)在線捕捉手臂的運(yùn)動信息，并且對丟失標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行在線預(yù)測;同時利用5DT數(shù)據(jù)手套來獲取手部運(yùn)動信息。最終將手臂運(yùn)動信息與手部運(yùn)動信息整合起來，驅(qū)動虛擬上肢模型，實(shí)時重建人體上肢運(yùn)動。本文主要研究內(nèi)容如下:
　　基于光學(xué)動作捕捉

2、系統(tǒng)計(jì)算手臂關(guān)節(jié)運(yùn)動信息。將手臂運(yùn)動簡化為一個7自由度的模型，利用相應(yīng)的標(biāo)記點(diǎn)模塊坐標(biāo)來計(jì)算關(guān)節(jié)空間位置。針對不同的標(biāo)記點(diǎn)丟失情況，分別設(shè)定相應(yīng)的預(yù)測方法，實(shí)時預(yù)測丟失標(biāo)記點(diǎn)的空間坐標(biāo);利用貼放在皮膚表面的標(biāo)記點(diǎn)與相應(yīng)關(guān)節(jié)的固定位置關(guān)系，建立損失函數(shù)，使用最小二乘法求解標(biāo)記點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)中心，該旋轉(zhuǎn)中心即為相應(yīng)關(guān)節(jié)的空間位置。
　　基于數(shù)據(jù)手套計(jì)算各個手指關(guān)節(jié)的空間位置。本文采用了26自由度的手部運(yùn)動模型，將手指各個自由度的旋轉(zhuǎn)角度與數(shù)

3、據(jù)手套傳感器數(shù)值對應(yīng)起來。利用傳感器數(shù)據(jù)計(jì)算手指關(guān)節(jié)自由度的旋轉(zhuǎn)角度。最后通過前向運(yùn)動學(xué)方法計(jì)算手指關(guān)節(jié)位置。
　　統(tǒng)一手臂與手部坐標(biāo)并實(shí)時繪制上肢運(yùn)動。利用手部和前臂的標(biāo)記點(diǎn)計(jì)算得到手腕坐標(biāo)。利用手部的三個標(biāo)記點(diǎn)計(jì)算得到手的方向。根據(jù)手腕坐標(biāo)和手的方向?qū)⑹值倪\(yùn)動映射到手臂上，得到完整的人體上肢骨骼關(guān)節(jié)運(yùn)動信息。根據(jù)這些信息，利用OpenGL實(shí)時繪制一個可以與真實(shí)人體上肢同步運(yùn)動的虛擬上肢。
　　通過計(jì)算，MA丟失標(biāo)記點(diǎn)的預(yù)