一种基于惯性传感器网络的动作捕捉系统的实现
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科技风 "#$% 年 & 月
一种基于惯性传感器网络的动作捕捉系统的实现
刘莉琛
成都纺织高等专科学校!四川成都!('')%'
摘5要动作捕捉 D?O/?- ,:POQ;7 是一种记录或描绘人体以及其他物体动作的技术广泛运用于体育娱乐影视医疗军事 等领域 本文简要介绍一种基于惯性传感器与 R/ST77网络实现的动作捕捉系统 该系统通过安装在人体不同部位的惯性传感器 获得动作信息并通过 R/ST77无线传感器网络协议将数据上传给上位机
AB:/705/ D?O/?- ,:POQ;7/UOL7O7,L-?9?SV?W;7,?;X/-S?;X7P/,O/-SOL7@?87@7-O?WP7?P97?;?OL7;?T+7,OU&#O/UY/X79VQU7X /UP?;OU 7-O7;O:/-@7-OW/9@@:./-S @7X/,:9:PP9/,:O/?-U:-X @/9/O:;V&ZL/U:;O/,97/-O;?XQ,7U:@?O/?- ,:POQ;7UVUO7@T:U7X ?- /-7;O/:9U7-U?; :-X R/ST77-7OY?;.&ZL7UVUO7@?TO:/-UOL7:,O/?- /-W?;@:O/?- TVOL7/-7;O/:9U7-U?;U/- X/WW7;7-OP:;OU?WLQ@:- T?XV :-X QP9?:XUOL7X:O: O?OL7QPP7;@?-/O?;OL;?QSL OL7R/ST77Y/;797UUU7-U?;-7OY?;. P;?O?,?9&
C)9 >27<: #-7;O/:9U7-U?; @?O/?- ,:POQ;7 R/ST77 Y/;797UUU7-U?;-7OY?;.
一绪论 动作捕捉的起源一般被认为是动画师费舍尔) [97/U,L7;* 在 $'$3 年发明的% 动态影像描摹) \?O?U,?P/-S* & $ )% 世纪 1% 年代#人体动作捕捉系统开始应用在动画制作领域$ 4% 年代# 美国一些高校就开始进行动作捕捉的研究$ 目前#动作捕捉系 统已经广泛应用于电影制作#+ 指环王,"+ 猩球崛起,"+ 阿凡 达,等都采用了动作捕捉技术$ 除此之外#动作捕捉技术也已 经成功用在虚拟现实"游戏"人体工程学研究"模拟训练"生物 力学研究等许多方面$ 从技术的角度来说#运动捕捉的实质就是要测量"跟踪"记 录物体在三维空间中的运动轨迹$ 典型的运动捕捉设备一般 由传感器"信号捕捉设备"数据传输设备及数据处理设备组成$ 根据其中传感设备的不同#可以分为机械式"光学式"声学式" 电磁式以及惯性式$ 惯性式方案主要是基于惯性式传感器实 现人体动作捕捉的#利用惯性传感器采集到的运行信息#完成 人体运动目标的姿态角度测量$ 相对于其他动作捕捉实现方 案#采用惯性传感器实现的动作捕捉系统灵敏度高#动态性能 好#价格也更为低廉$ 二基于惯性传感器网络的动作捕捉系统简介
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先进的动力学解算与卡尔曼动态滤波算法#能够快速求解出模 块当前的实时运动姿态#测量精度达到 %&%$ 度#稳定性极高$ 需要注意的是在使用前#需要进行校准$ 处理单元及通信单元 采 用 CC)<(%[)<0 模 块# CC)<(% 是 用 于 )&32_`a #^^^ 4%)b$<b3 "R/SF77应 用 的 一 个 真 正 的 片 上 系 统# 结 合 业 界 领 先 的 R/SF77协议栈) R2EO:,.ZD* #CC)<(% 能够以非常低的成本建 立强大的网络节点#能够提供了一个完整的 R/SF77解决方案$ 电源模块采用的是 0<%@B的 1 号锂电池#电压为 (&18$ 传感 器节点结构框图如图 )2) T* 所示$
传感器节点实物图如图 )2) ,* 所示#惯性传感器 N]'%$ 采 集人体的姿态角数据信息#而 CC)<(% 模块通过 #)C读取姿态 角数据#然后再经由天线发送出去$
55555) :*: 传感器节点组成框图5 T 传感器节点结构框图 5 , 传感器节点实物图
图 $ 动作捕捉系统示意图 基于惯性传感器及 R/ST77网络的动作捕捉系统示意图如 图 $ 所示$ 可以看出#系统主要由 3 部分组成!)$* 固定在捕捉 对象身体不同部位上的传感器节点$ ))*传输人体姿态信息的 R/ST77网络$ )(* 管理节点对传感器网络进行配置和管理#发 布监测任务以及收集监测数据$ )3* 上位机$ 系统初始化后# 管理节点和传感器节点会利用 R/ST77技术自动构建一个无线 网络#传感器节点上的惯性传感器采集人体姿态角数据#并通 过 R/ST77无线网络协议将数据先传送给管理节点#然后通过串 口将人体的姿态信息上传给上位机$ 三系统硬件实现 本系统的硬件主要由传感器节点和管理节点组成$ 一 传感器节点的实现 传感器节点负责实现信息的采集"数据的处理以及无线通 信#一般包含四个基本单元!传感单元"处理单元"通信单元"以 及电源部分#如图 )2) :* 所示$ 在本系统中#传感单元采用 N]'%$ 模块#它是基于 D^DE 技术的高性能三维运动姿态传感器#采用高性能的微处理器和
关键词惯性传感器动作捕捉R/ST77无线传感器网络
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二 管理节点的实现 本系统中的管理节点主要工作有)$* 动态地管理整个无线 传感器网络#包括网络组建"维护"控制传感器节点的加入等$ ))* 通过2R/ST77协议与各个传感器节点通信#收集每个传感器 节点采集的姿态角信息$ )(* 获取姿态角数据后#通过串口将 捕捉对象的相关姿态角信息传输到上位机上$ 管理节点的结 构框图如图 (2) :* 所示) 实线部分* #实物图如图 (2) T* 所示$
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一种基于惯性传感器网络的动作捕捉系统的实现
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摘5要动作捕捉 D?O/?- ,:POQ;7 是一种记录或描绘人体以及其他物体动作的技术广泛运用于体育娱乐影视医疗军事 等领域 本文简要介绍一种基于惯性传感器与 R/ST77网络实现的动作捕捉系统 该系统通过安装在人体不同部位的惯性传感器 获得动作信息并通过 R/ST77无线传感器网络协议将数据上传给上位机
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一绪论 动作捕捉的起源一般被认为是动画师费舍尔) [97/U,L7;* 在 $'$3 年发明的% 动态影像描摹) \?O?U,?P/-S* & $ )% 世纪 1% 年代#人体动作捕捉系统开始应用在动画制作领域$ 4% 年代# 美国一些高校就开始进行动作捕捉的研究$ 目前#动作捕捉系 统已经广泛应用于电影制作#+ 指环王,"+ 猩球崛起,"+ 阿凡 达,等都采用了动作捕捉技术$ 除此之外#动作捕捉技术也已 经成功用在虚拟现实"游戏"人体工程学研究"模拟训练"生物 力学研究等许多方面$ 从技术的角度来说#运动捕捉的实质就是要测量"跟踪"记 录物体在三维空间中的运动轨迹$ 典型的运动捕捉设备一般 由传感器"信号捕捉设备"数据传输设备及数据处理设备组成$ 根据其中传感设备的不同#可以分为机械式"光学式"声学式" 电磁式以及惯性式$ 惯性式方案主要是基于惯性式传感器实 现人体动作捕捉的#利用惯性传感器采集到的运行信息#完成 人体运动目标的姿态角度测量$ 相对于其他动作捕捉实现方 案#采用惯性传感器实现的动作捕捉系统灵敏度高#动态性能 好#价格也更为低廉$ 二基于惯性传感器网络的动作捕捉系统简介
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先进的动力学解算与卡尔曼动态滤波算法#能够快速求解出模 块当前的实时运动姿态#测量精度达到 %&%$ 度#稳定性极高$ 需要注意的是在使用前#需要进行校准$ 处理单元及通信单元 采 用 CC)<(%[)<0 模 块# CC)<(% 是 用 于 )&32_`a #^^^ 4%)b$<b3 "R/SF77应 用 的 一 个 真 正 的 片 上 系 统# 结 合 业 界 领 先 的 R/SF77协议栈) R2EO:,.ZD* #CC)<(% 能够以非常低的成本建 立强大的网络节点#能够提供了一个完整的 R/SF77解决方案$ 电源模块采用的是 0<%@B的 1 号锂电池#电压为 (&18$ 传感 器节点结构框图如图 )2) T* 所示$
传感器节点实物图如图 )2) ,* 所示#惯性传感器 N]'%$ 采 集人体的姿态角数据信息#而 CC)<(% 模块通过 #)C读取姿态 角数据#然后再经由天线发送出去$
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图 $ 动作捕捉系统示意图 基于惯性传感器及 R/ST77网络的动作捕捉系统示意图如 图 $ 所示$ 可以看出#系统主要由 3 部分组成!)$* 固定在捕捉 对象身体不同部位上的传感器节点$ ))*传输人体姿态信息的 R/ST77网络$ )(* 管理节点对传感器网络进行配置和管理#发 布监测任务以及收集监测数据$ )3* 上位机$ 系统初始化后# 管理节点和传感器节点会利用 R/ST77技术自动构建一个无线 网络#传感器节点上的惯性传感器采集人体姿态角数据#并通 过 R/ST77无线网络协议将数据先传送给管理节点#然后通过串 口将人体的姿态信息上传给上位机$ 三系统硬件实现 本系统的硬件主要由传感器节点和管理节点组成$ 一 传感器节点的实现 传感器节点负责实现信息的采集"数据的处理以及无线通 信#一般包含四个基本单元!传感单元"处理单元"通信单元"以 及电源部分#如图 )2) :* 所示$ 在本系统中#传感单元采用 N]'%$ 模块#它是基于 D^DE 技术的高性能三维运动姿态传感器#采用高性能的微处理器和
关键词惯性传感器动作捕捉R/ST77无线传感器网络
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二 管理节点的实现 本系统中的管理节点主要工作有)$* 动态地管理整个无线 传感器网络#包括网络组建"维护"控制传感器节点的加入等$ ))* 通过2R/ST77协议与各个传感器节点通信#收集每个传感器 节点采集的姿态角信息$ )(* 获取姿态角数据后#通过串口将 捕捉对象的相关姿态角信息传输到上位机上$ 管理节点的结 构框图如图 (2) :* 所示) 实线部分* #实物图如图 (2) T* 所示$
