基于無線傳輸技術的慣性動作捕捉系統(tǒng)研究與設計.pdf

1、人體動作捕捉技術自出現(xiàn)以來發(fā)展迅速，已經(jīng)廣泛應用于虛擬現(xiàn)實、人機交互、影視制作等領域。在其發(fā)展過程中，分別出現(xiàn)了機械式、電磁式、聲學式、光學式、慣性式動作捕捉系統(tǒng)。近年來，MEMS（微機電系統(tǒng)）技術日趨成熟，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)絡和數(shù)據(jù)處理后端。其原理是通過放置在人體關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中，數(shù)據(jù)采集前端節(jié)點的功耗較高，導致系統(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，并且傳輸線比較復雜，嚴重影響用戶體驗。針對上述問題，本文設計了一種基于低功耗藍牙技術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。本文主要研究內容如下:
　　(1)在對比分析了國內外現(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牙技術的基礎上，提出了基于低功耗藍牙無線通信

3、技術的慣性動作捕捉系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸方案。采用低功耗藍牙無線通信技術實現(xiàn)采集節(jié)點數(shù)據(jù)的傳輸，解決了復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)的整體架構設計，以及系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集模塊與數(shù)據(jù)傳輸模塊的硬件設計和軟件設計。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)進行預處理，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)進行姿態(tài)解算。
　　(