基于惯性传感器的Unity3D游戏控制系统的研究与应用

发布时间：2022-07-13 21:29

　　人机交互技术的不断发展促使人们开始研究人与计算机之间的自然交互。而从人机交互的发展史来看,从最原始的鼠标键盘的输入,到后来的有线交互设备比如跳舞机,再到现在流行的通过摄像头与光学的人机交互娱乐模式。这些都是全新的人机交互技术,虽然现在的光学捕捉技术比较成熟以及流行,但是也会受到类似光线以及角度的种种限制,无法让人全身心的投入到人机交互的娱乐模式种。因此,非光学的运动捕获技术顺势而生,负责研究计算机对人类行为的捕捉能力。运动捕获技术能够帮助计算机准确的理解人类的动作,实现逼真以及实时的人机交互。当下,随着计算机硬件技术的越来越发达,以及实行硬件动作捕获的数据获取器,也就是各类传感器也变得越来越优质。不经体积变小,携带时候很方便,而且数据获取的质量也越来愈高,当前动作捕获技术正处于上生的高峰期。目前动作捕获技术很多是在MEMS惯性传感器的支持下进行的,主要用于对动漫以及电影的制作,价格高;随着传感器的集成感越来越高,传感器在基础上也进行了新的技术设计,更符合人类运行规律。本文借鉴传统的MEMS动作捕获技术的模式,设计并实现一种普适性更好更加廉价同时高精度高实时的人体动作捕获系统原型,原型系... 

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 .课题研究背景
    1.2 .研究的目的及意义
    1.3 .国内外研究现状
        1.3.1 .惯性传感器设备研究现状
        1.3.2 .数据的采集与处理现状
        1.3.3 .数据融合传输的研究现状
        1.3.4 .Unity3D引擎软件使用现状
    1.4 .论文研究工作
    1.5 .论文组织结构
    1.6 .本章小结
第二章 LPMS-B2工作原理分析
    2.1 .LPMS-B2产品简介及组成结构
    2.2 .MEMS传感器简介及工作原理
        2.2.1 .三轴加速计
        2.2.2 .三轴陀螺仪
        2.2.3 .三轴磁力计
    2.3 .LPMS-B2产品的特点
    2.4 .LPMS-B2的主要误差来源
    2.5 .本章小结
第三章 原始数据的获取及优化处理
    3.1 .传感器的初始化操作及数据获取
        3.1.1 .传感器姿态复位方法
        3.1.2 .传感器的校准
        3.1.3 .传感器原始数据的获取
    3.2 .数据归类后误差的基础纠偏算法分析
        3.2.1 .基础误差的总结归类
        3.2.2 .数据的基础纠偏方法
        3.2.3 .基础纠偏可行性
    3.3 .利用最小二乘估计算法进行误差纠偏
        3.3.1 .针对传感器误差建立模型
        3.3.2 .非线性最小二乘估算
        3.3.3 .高斯牛顿法求解误差方程
        3.3.4 .算法测试与分析
    3.4 .本章小结
第四章 卡尔曼滤波器进行数据融合优化
    4.1 .传感器姿态的数学描述
        4.1.1 .传感器姿态进行数学描述
        4.1.2 .利用IMU模块测量姿态
    4.2 .利用陀螺仪进行姿态更新
        4.2.1 .龙格库塔积分
        4.2.2 .姿态更新
    4.3 .数据融合实现姿态估计
        4.3.1 .姿态估计的必要性
        4.3.2 .互补滤波
    4.4 .结合卡尔曼滤波器进行优化
        4.4.1 .融合卡尔曼滤波器的必要性和可行性
        4.4.2 .协方差
        4.4.3 .卡尔曼滤波器进行非线性处理
    4.5 .数据优化处理及分析
        4.5.1 .原始数据获取
        4.5.2 .选定融合后测试数据集
        4.5.3 .传统的互补滤波算法效果
        4.5.4 .卡尔曼滤波器的非线性优化效果
        4.5.5 .优化后姿态输出效果
    4.6 .本章小结
第五章 传感器在Unity3D中的控制方法
    5.1 .传感器作为摄像机的视角控制
    5.2 .传感器在游戏中的攻击控制
    5.3 .传感器在游戏中的释放技能控制
    5.4 .传感器控制游戏角色时的数据实时检测程序
        5.4.1 .传统卡尔曼滤波器数据控制游戏效果
        5.4.2 .结合最小二乘优化的卡尔曼数据控制游戏效果
    5.5 .结合最小二乘优化的卡尔曼数据控制游戏的效果对比
第六章 传感器姿态在Unity3D中的应用
    6.1 .需求分析
        6.1.1 .核心功能分析
        6.1.2 .软件特性分析
    6.2 .系统架构设计
        6.2.1 .程序主框架
        6.2.2 .软件开发环境
        6.2.3 .核心功能结构
    6.3 .系统数据库设计
        6.3.1 .数据库关系设计
        6.3.2 .数据库具体实现
    6.4 .系统核心功能的设计与实现
        6.4.1 .战斗系统
        6.4.2 .传感器数据绑定
        6.4.3 .数据优化过程
        6.4.4 .动画状态机
    6.5 .本章小结
第七章 结论与展望
    7.1 .本文总结
    7.2 .工作展望
参考文献
在学期间的研究成果
    一、发表论文
    二、参与课题
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]Using Kalman filter algorithm for short-term traffic flow prediction in a connected vehicle environment[J]. Azadeh Emami,Majid Sarvi,Saeed Asadi Bagloee.  Journal of Modern Transportation. 2019(03)
[2]游戏中的交互设计应用[J]. 胡方超.  大众文艺. 2019(15)
[3]数据库设计的重要性及原则[J]. 黄旭,圣文顺,李会.  网络安全技术与应用. 2019(08)
[4]计算机软件数据库设计的重要性以及原则研究[J]. 钱博韬.  中小企业管理与科技(下旬刊). 2018(11)
[5]VR机舱人机交互姿态追踪器的算法设计[J]. 李卫强,曹辉.  船海工程. 2018(04)
[6]虚拟现实（VR）动画的交互性设计研究[J]. 包春新.  电视技术. 2018(08)
[7]智能时代人机交互的一些思考[J]. 范俊君,田丰,杜一,刘正捷,戴国忠.  中国科学:信息科学. 2018(04)
[8]基于Unity 3D游戏开发流程分析[J]. 李兵川.  山东工业技术. 2018(07)
[9]九轴无线姿态传感器（LPMS-B）检测分析及应用[J]. 黄悦峰,王榜,张启鹏,朱婉莹,李标.  装备制造技术. 2018(01)
[10]深度卷积神经网络的发展及其在计算机视觉领域的应用[J]. 张顺,龚怡宏,王进军.  计算机学报. 2019(03)

硕士论文
[1]基于惯性传感器的多节点动作捕获技术的研究[D]. 程顺均.电子科技大学 2018
[2]基于Unity3D的体感游戏系统的研究[D]. 阚宇.江苏大学 2016
[3]基于物理的角色动画模拟研究与实现[D]. 代彪.电子科技大学 2012



本文编号：3660800