基于微機(jī)械傳感器的人體動作捕捉系統(tǒng)的研究.pdf

1、運(yùn)動捕捉是準(zhǔn)確測量運(yùn)動物體在三維空間運(yùn)動狀況的技術(shù),它是實(shí)現(xiàn)計算機(jī)3D動畫快速制作和人體運(yùn)動數(shù)據(jù)采集的最佳途徑,動作捕捉系統(tǒng)在動畫中的應(yīng)用越來越廣泛。動作捕捉技術(shù)的應(yīng)用解決了動畫制作過程的瓶頸問題,提高了動畫制作的效率和質(zhì)量。本文主要講述了基于微機(jī)械傳感器的人體動作捕捉系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)和設(shè)計與實(shí)現(xiàn)。對于整個動作捕捉系統(tǒng)來講,人體運(yùn)動姿態(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)動數(shù)據(jù),不能保證傳輸?shù)姆€(wěn)定性和實(shí)時性,動作捕捉的后續(xù)研究就

2、無法展開。
　　本文在對傳感器的型號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。通過建立基于動力學(xué)原理的人體模型,對無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包含的傳感節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計。
　　本文對簇首節(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,以STM32F103CBT6芯片作為核心主控制器和基于Zigbee技術(shù)的JN5139無線傳輸模塊,為系統(tǒng)提供更新率為60Hz的實(shí)時運(yùn)動數(shù)據(jù),保證了運(yùn)動數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時性和穩(wěn)定性,同時具備電池電量檢測的功

3、能。人體運(yùn)動重建軟件部分,根據(jù)人體關(guān)節(jié)的限制和約束條件,研究了人體運(yùn)動姿態(tài)的標(biāo)定方法和圖形顯示軟件的實(shí)現(xiàn)過程,圖形顯示軟件能夠全方位地觀看人體動作的實(shí)時捕捉動畫。在完成了各個模塊設(shè)計和研究的同時,實(shí)現(xiàn)了整個人體動作捕捉系統(tǒng)的設(shè)計,并演示了整個系統(tǒng)在三維動畫模型軟件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、ZigBee網(wǎng)絡(luò)

4、無線傳輸技術(shù)、以及人體模型實(shí)時圖形重建軟件設(shè)計,解決了有線通信連接方式的局限性。系統(tǒng)通過綁定在人體關(guān)鍵關(guān)節(jié)點(diǎn)處的17個微機(jī)械傳感器采集運(yùn)動人體的姿態(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,然后無線接收模塊通過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)過反向運(yùn)動學(xué)算法將人體的運(yùn)動姿態(tài)解算,驅(qū)動三維人體模型運(yùn)動,實(shí)現(xiàn)了人體運(yùn)動姿態(tài)的重現(xiàn),并對系統(tǒng)采集到的姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行保存和應(yīng)用