惯性动作捕捉前端设备与数据传输研究

发布时间：2017-07-15 19:22

  本文关键词：惯性动作捕捉前端设备与数据传输研究

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【摘要】：动作捕捉首先被用于分析人或动物的运动,后来又被应用于虚拟现实,人机交互等领域。由于技术的进步,分别出现了机械式、电磁式、声学式、光学式、惯性式运动捕捉系统,其中光学式运动捕捉系统是迄今为止应用范围最广的运动捕捉系统,但是由于其设备安装操作复杂且昂贵,正被使用更为简单方便的惯性式运动捕捉系统替代。本文研究的基于MEMS传感器和无线传感器网络的人体运动捕捉系统能够满足人体动作实时捕捉的要求。本文的主要工作有：(1)研究对比了现有的惯性式动作捕捉系统实现方案,并详细分析了其优缺点,设计实现了能够精确捕捉人体骨骼姿态的动作捕捉节点、能够管理并收集动作捕捉节点数据的发射节点以及汇总数据及管理无线网络的汇聚节点,并给出了他们的硬件设计及软件流程。(2)对比分析了现有惯性动作捕捉方案使用的网络系统,讨论了传统无线传感器网络使用在惯性动作捕捉系统上的瓶颈,最终采用了物理层数据速率2Mbit/s的无线射频芯片,设计实现了一种适用于惯性动作捕捉系统的无线传感器网络,经实际实验该网络能够实现100Hz的姿态数据传输频率,并且还给系统扩展留出了足够空间。(3)人体姿态能够实时传输给上位机,经过数据处理并与虚拟人物绑定,能够实时显示现实中人体动作。经过系统搭建并实际测试后表明,本文设计的惯性动作捕捉系统满足了设计需要,系统稳定可靠,具有一定的实际工程应用价值。
【关键词】：MEMS传感器 惯性动作捕捉 无线传感器网络
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要10-11
• ABSTRACT11-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 课题研究的技术背景与意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-18
• 1.3 论文的内容和结构18
• 1.4 论文章节的安排18-20
• 第二章 MEMS传感器20-26
• 2.1 加速度计20-22
• 2.1.1 加速度测量原理20-21
• 2.1.2 坐标系标定21-22
• 2.1.3 三轴输出值的物理意义22
• 2.2 陀螺仪22-24
• 2.2.1 陀螺仪测量原理22-23
• 2.2.2 坐标系标定23
• 2.2.3 三轴输出值的物理意义23-24
• 2.3 磁力计24-25
• 2.3.1 磁力计测量原理24
• 2.3.2 坐标系标定24-25
• 2.3.3 三轴输出值的物理意义25
• 2.4 本章小结25-26
• 第三章 惯性动捕硬件系统搭建26-38
• 3.1 采集节点27-34
• 3.1.1 方案对比27-29
• 3.1.2 MCU电路设计29-31
• 3.1.3 加速度计及陀螺仪电路设计31-33
• 3.1.4 磁力计电路设计33-34
• 3.2 发射节点34-35
• 3.3 汇聚节点35-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第四章 惯性动捕软件系统搭建38-45
• 4.1 采集及发射节点38-42
• 4.1.1 操作系统选择及移植38-40
• 4.1.2 软件任务流程40-42
• 4.2 汇聚节点42-44
• 4.2.1 操作系统选择及移植42-43
• 4.2.2 软件任务流程43-44
• 4.3 本章小结44-45
• 第五章 无线传感器网络设计45-51
• 5.1 无线传感器网络简介45
• 5.2 网络容量分析45-47
• 5.3 网络结构设计47-48
• 5.4 网络协议设计48-50
• 5.4.1 网络加入与建立48-49
• 5.4.2 网络数据传输49-50
• 5.5 本章小结50-51
• 第六章 姿态更新算法51-63
• 6.1 动作捕捉节点的姿态51-52
• 6.2 坐标系与坐标变换52-61
• 6.2.1 常用坐标系52-53
• 6.2.2 坐标变换53-54
• 6.2.3 初始校准54-57
• 6.2.4 欧拉角法57
• 6.2.5 四元数法57-61
• 6.3 姿态更新61-62
• 6.4 本章小结62-63
• 第七章 实验结果及分析63-72
• 7.1 数据预处理与实验结果64-67
• 7.1.1 加速度计数据预处理64-65
• 7.1.2 陀螺仪数据预处理65-67
• 7.2 动作捕捉节点调试67-70
• 7.3 综合调试70-71
• 7.4 本章小结71-72
• 第八章 工作总结与展望72-73
• 8.1 工作总结72
• 8.2 工作展望72-73
• 参考文献73-77
• 致谢77-78
• 攻读硕士研究生期间研究成果78-79
• 学位论文评阅及答辩情况表79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

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本文编号：545396