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《吉林大学》 2011年
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基于加速度传感器的动作捕捉系统的研究

刘晓祥  
【摘要】:随着运动捕捉技术的发展,高效、快速的获取逼真的人体运动信息已经成为现实,运动捕捉技术已成功应用于体育竞技、动画游戏、影视制作等众多领域,目前的动作捕捉系统有机械式动作捕捉系统、声学式动作捕捉系统、磁性动作捕捉系统和光学动作捕捉系统。 针对以上四种常见动作捕捉系统的优缺点,利用加速度传感器,本论文设计了一套基于STC89C58微控制器、CC1100无线数传模块和MMA7455(加速度传感器)的二维动作捕捉系统。系统结构简单,成本低,运动测定效果比较理想,使用时只需要在被测试者身上固定传感器即可,不对外界环境有过多要求,也无需另外添置设备,对于使用者来说操作简便,易于使用。 传感器应用方面:本文选用了目前应用最广泛之一的三轴加速度传感器MMA7455,性价比高,低功耗,电路工作在125Hz模式下进行采集加速度数据,为了准确测量人体的姿态动作,本文决定使用10个传感器分别放在左踝、右踝、左膝、右膝、左手腕、右手腕、左肘、右肘、颈部和腰关节处。传感器的放置方向保持一致,方便对程序的编写。 单片机方面:采用低功耗的STC89C58单片机来驱动传感器并获取传感器数据。单片机模拟I2C总线驱动加速度传感器,每两个端口挂载一个传感器,一共挂载10个传感器。 无线通信模块方面:使用同时自带发送和接收功能的UHF无线通信芯片CC1100,来实时将传感器测得数据通过无线传输给接收端CC1100。接收端CC1100将数据通过USB转串口将接收到的数据提交给上位机处理。 人体模型方面:采用了简单直观的人体二维棍状模型,即一组表示关节、人体特征的点和一组连接这些特征点的线段来表示肢体和躯干。 上位机方面:采用VB6.0编写上位机程序,添加MSCOMM控件,设置为字节接收模式,串口波特率设置为115200bps,接收并处理接收端CC1100上传的数据。通过对传感器误差分析,提出了几种数字滤波算并进行了比较,最后利用了算术平均限幅滤波法来减少加速度传感器的采集误差,并对传感器输出量进行转换,变换为加速度形式输出。利用空间角度坐标变换算法,对数据进行分析、计算,得出了加速度传感器MMA7455的倾斜角度。然后通过对人体姿态分析得出人体运动的关节角度,从而得出了人体肢体运动二维空间位移,其中对肢体在三维空间中的动作做了投影处理,使人体动作更加真实生动。最后上位机运行画图程序,在定时器中不断对窗口进行重绘,得到人体运动图像使至实时。同时系统可以对特定点的加速度数据进行绘制,生成加速度曲线,通过对曲线的分析,可实时观察加速度的变化。 本系统与同类的其他的动作捕捉器相比,性价比高,使用方便,抗干扰能力强,对环境的要求低,适用于大中专院校、中小企业等场所。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TP212.9

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【引证文献】
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