人體動作捕捉系統(tǒng)軟件設(shè)計.pdf

1、動作捕捉技術(shù)涉及慣性導(dǎo)航、通訊、人體工程學(xué)、計算機圖形學(xué)等多個交叉學(xué)科。近年來，隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，慣性導(dǎo)航技術(shù)的革新和計算硬件水平的不斷提高，動作捕捉技術(shù)得到了飛快發(fā)展。動作捕捉在國內(nèi)外均發(fā)展到一定水平，無論是高校研究所還是企業(yè)都對動作捕捉領(lǐng)域進(jìn)行了深度探索，市場上出現(xiàn)了性能穩(wěn)定的商業(yè)化產(chǎn)品?，F(xiàn)已經(jīng)在醫(yī)療、影視制作、虛擬現(xiàn)實等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。比如在大型的3D游戲制作過程中，已經(jīng)將光學(xué)運動捕獲技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)完美結(jié)合，做出非常真

2、實的人物的動畫效果。在影視制作領(lǐng)域，《角斗士》和《魔界》等膾炙人口的電影都大量的使用了人體運動捕獲技術(shù)，從而使里面的角色更加逼真，賦有生命力。
　　本文涉及的人體動作的捕捉系統(tǒng)的整體框架由下位機和上位機組成。下位機為分布在全身的傳感節(jié)點，實時將傳感節(jié)點的數(shù)據(jù)，通過無線模塊，發(fā)送給 PC。上位機軟件平臺運行在PC上，PC通過無線天線實時接收個傳感節(jié)點的數(shù)據(jù)，軟件平臺分析并處理這些數(shù)據(jù)，將解算出的人體姿態(tài)實時重構(gòu)為計算機圖形，對人體動

3、作在虛擬的3D場景中實時重構(gòu)。
　　本文基于微型慣性傳感器技術(shù)，結(jié)合慣性導(dǎo)航原理，通過應(yīng)用數(shù)據(jù)融合算法、計算機圖形學(xué)相關(guān)原理和技術(shù)以及相應(yīng)的編程技術(shù)，最終設(shè)計完成了人體姿態(tài)捕捉系統(tǒng)軟件平臺。該軟件系統(tǒng)平臺主要實現(xiàn)了對多個傳感節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)包進(jìn)行實時接收，數(shù)據(jù)包進(jìn)行拆包以及數(shù)據(jù)的預(yù)處理；運用了數(shù)據(jù)融合算法，對多個傳感器數(shù)據(jù)的進(jìn)行融合，完成了人體姿態(tài)的解算。使用四元數(shù)描述人體姿態(tài)并完成對人體模型實時驅(qū)動，進(jìn)而完成人體動作重構(gòu)。

4、　　本文針對人體的運動規(guī)律和人體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了相關(guān)研究，并且簡化了人體模型。為了使人體動作重構(gòu)的效果逼真且計算量小，本文采用了蒙皮骨骼動畫技術(shù)。為了使該軟件系統(tǒng)能夠在Windows系統(tǒng)下，能夠良好的運行，本文選擇了DirectX圖形界面庫與MFC框架結(jié)合作為軟件的基本框架。調(diào)用了DirectX界面庫的相應(yīng)接口，完成了3D人體模型的加載。將人體各個肢體在導(dǎo)航系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為屏幕坐標(biāo)，完成對人體模型的驅(qū)動。從最終的演示動作捕捉效果來看，人體動作跟