基于無線傳輸技術(shù)的慣性動作捕捉系統(tǒng)研究與設(shè)計.pdf

1、人體動作捕捉技術(shù)自出現(xiàn)以來發(fā)展迅速，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于虛擬現(xiàn)實、人機(jī)交互、影視制作等領(lǐng)域。在其發(fā)展過程中，分別出現(xiàn)了機(jī)械式、電磁式、聲學(xué)式、光學(xué)式、慣性式動作捕捉系統(tǒng)。近年來，MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）技術(shù)日趨成熟，憑借其體積小、功耗低、成本低等特點，基于MEMS傳感器的慣性動作捕捉系統(tǒng)研究成為熱點。慣性動作捕捉系統(tǒng)主要包括三個部分:數(shù)據(jù)采集前端、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)處理后端。其原理是通過放置在人體關(guān)鍵位置的慣性傳感器不斷采集人體的運動信息，然后

2、將運動信息數(shù)據(jù)傳輸至處理后端完成人體姿態(tài)解算。在現(xiàn)有的慣性動作捕捉技術(shù)中，數(shù)據(jù)采集前端節(jié)點的功耗較高，導(dǎo)致系統(tǒng)續(xù)航能力較差;數(shù)據(jù)傳輸多采用有線數(shù)據(jù)傳輸方式，并且傳輸線比較復(fù)雜，嚴(yán)重影響用戶體驗。針對上述問題，本文設(shè)計了一種基于低功耗藍(lán)牙技術(shù)的慣性動作捕捉系統(tǒng)，實現(xiàn)了人體運動動作的實時捕捉。本文主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)在對比分析了國內(nèi)外現(xiàn)有慣性動作捕捉系統(tǒng)的優(yōu)缺點并深入研究了低功耗藍(lán)牙技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了基于低功耗藍(lán)牙無線通信

3、技術(shù)的慣性動作捕捉系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸方案。采用低功耗藍(lán)牙無線通信技術(shù)實現(xiàn)采集節(jié)點數(shù)據(jù)的傳輸，解決了復(fù)雜傳輸線造成的用戶體驗較差的問題，并且降低了系統(tǒng)的功耗。
　　(2)完成了慣性動作捕捉系統(tǒng)的整體架構(gòu)設(shè)計，以及系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集模塊與數(shù)據(jù)傳輸模塊的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。針對MEMS傳感器存在的測量誤差及漂移問題，采用了滑動窗口濾波算法對九軸傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并使用基于卡爾曼濾波的數(shù)據(jù)融合算法對濾波后的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行姿態(tài)解算。
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