基于微慣性全姿態(tài)測(cè)量的人體運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)研究.pdf

1、基于微慣性全姿態(tài)測(cè)量的人體運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)是一種不同于以光學(xué)、聲學(xué)或者電磁學(xué)為原理的運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)。它相對(duì)于傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)具有實(shí)時(shí)性高、不受使用場(chǎng)地限制、安裝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),成為了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一。近年來(lái),隨著微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的日臻成熟,促進(jìn)了微慣性系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展,使得微慣性敏感元件具有了體積小、重量輕、功耗低、低成本等特點(diǎn)。微慣性系統(tǒng)的發(fā)展又促進(jìn)了其理論和方法的不斷進(jìn)步,同時(shí),多傳感器數(shù)據(jù)融合理論和通信技術(shù)也日益完善。這

2、些理論技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步,為基于微慣性全姿態(tài)測(cè)量的人體運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
　　本文在對(duì)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)理論總結(jié)和分析的基礎(chǔ)上,提出了適用于人體運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)的微慣性航姿參考系統(tǒng)(MAHRS)設(shè)計(jì)理論方案,并推導(dǎo)出了具體計(jì)算方法。根據(jù)人體姿態(tài)捕捉系統(tǒng)中姿態(tài)測(cè)量的動(dòng)態(tài)要求和更新速率的要求,提出四階畢卡算法作為姿態(tài)更新解算方法,同時(shí),采用基于MARG的改進(jìn)卡爾曼濾波信息融合算法,設(shè)計(jì)出一款全姿態(tài)測(cè)量裝置,實(shí)驗(yàn)表明,完全滿足人體運(yùn)

3、動(dòng)捕捉系統(tǒng)的要求。提出了適合于基于微慣性全姿態(tài)測(cè)量人體運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)的人體模型,提出了人體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的角度解算方法,并給出了人體姿態(tài)推算流程。給出了人體運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)中的位置解算和速度解算方法,并且采用改進(jìn)的均值濾波法和死區(qū)處理技術(shù)提高了解算精度。
　　在理論分析和算法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,本文采用嵌入式技術(shù)設(shè)計(jì)完成了基于微慣性全姿態(tài)測(cè)量人體運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng),并采用C語(yǔ)言編寫了基于游戲引擎的插件,結(jié)合上位機(jī)建立的動(dòng)畫模型實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的運(yùn)行和顯示。實(shí)踐