基于微機(jī)械傳感器的人體動(dòng)作捕捉系統(tǒng)的研究.pdf

1、運(yùn)動(dòng)捕捉是準(zhǔn)確測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體在三維空間運(yùn)動(dòng)狀況的技術(shù),它是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)3D動(dòng)畫快速制作和人體運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)采集的最佳途徑,動(dòng)作捕捉系統(tǒng)在動(dòng)畫中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。動(dòng)作捕捉技術(shù)的應(yīng)用解決了動(dòng)畫制作過(guò)程的瓶頸問(wèn)題,提高了動(dòng)畫制作的效率和質(zhì)量。本文主要講述了基于微機(jī)械傳感器的人體動(dòng)作捕捉系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)和設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。對(duì)于整個(gè)動(dòng)作捕捉系統(tǒng)來(lái)講,人體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的采集及傳輸是最重要的環(huán)節(jié),如果不能獲得原始運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù),不能保證傳輸?shù)姆€(wěn)定性和實(shí)時(shí)性,動(dòng)作捕捉的后續(xù)研究就

2、無(wú)法展開。
　　本文在對(duì)傳感器的型號(hào)選擇和性能分析的基礎(chǔ)上,研究了微機(jī)械傳感器的集成原理。通過(guò)建立基于動(dòng)力學(xué)原理的人體模型,對(duì)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包含的傳感節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
　　本文對(duì)簇首節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了功能分析和詳細(xì)的電路設(shè)計(jì),以STM32F103CBT6芯片作為核心主控制器和基于Zigbee技術(shù)的JN5139無(wú)線傳輸模塊,為系統(tǒng)提供更新率為60Hz的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù),保證了運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和穩(wěn)定性,同時(shí)具備電池電量檢測(cè)的功

3、能。人體運(yùn)動(dòng)重建軟件部分,根據(jù)人體關(guān)節(jié)的限制和約束條件,研究了人體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的標(biāo)定方法和圖形顯示軟件的實(shí)現(xiàn)過(guò)程,圖形顯示軟件能夠全方位地觀看人體動(dòng)作的實(shí)時(shí)捕捉動(dòng)畫。在完成了各個(gè)模塊設(shè)計(jì)和研究的同時(shí),實(shí)現(xiàn)了整個(gè)人體動(dòng)作捕捉系統(tǒng)的設(shè)計(jì),并演示了整個(gè)系統(tǒng)在三維動(dòng)畫模型軟件Poser7和MotionBuilder中的應(yīng)用。系統(tǒng)演示結(jié)果表明:系統(tǒng)功能完整,數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定。
　　該人體動(dòng)作捕捉系統(tǒng)主要涉及傳感器技術(shù)、傳感節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、ZigBee網(wǎng)絡(luò)

4、無(wú)線傳輸技術(shù)、以及人體模型實(shí)時(shí)圖形重建軟件設(shè)計(jì),解決了有線通信連接方式的局限性。系統(tǒng)通過(guò)綁定在人體關(guān)鍵關(guān)節(jié)點(diǎn)處的17個(gè)微機(jī)械傳感器采集運(yùn)動(dòng)人體的姿態(tài)數(shù)據(jù),經(jīng)主控制器系統(tǒng)的獲取、整理和發(fā)送給接收模塊,然后無(wú)線接收模塊通過(guò)USB接口傳至PC端姿態(tài)顯示軟件。傳感器采集到的人體姿態(tài)數(shù)據(jù)需要映射到虛擬角色的模型上,軟件內(nèi)部經(jīng)過(guò)反向運(yùn)動(dòng)學(xué)算法將人體的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)解算,驅(qū)動(dòng)三維人體模型運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)了人體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的重現(xiàn),并對(duì)系統(tǒng)采集到的姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行保存和應(yīng)用