基于惯性传感器系统的动作捕捉技术

动作捕捉技术

动作捕捉技术是一种利用传感器捕捉人体动作并转化为数字数据的技术。通过这种技术，可以准确地记录和还原人体运动过程，为许多领域提供了重要的帮助。

动作捕捉技术最早是在电影制作中使用的，用于准确记录演员的动作，并在计算机生成的场景中实现完美的动画。现如今，这项技术已经广泛应用于电子游戏、体育训练、人体仿真、医学研究等领域。

动作捕捉技术的基本原理是利用传感器追踪特定部位或全身的运动。常用的传感器包括惯性传感器、光学传感器和磁性传感器等。这些传感器能够精确地记录人体运动的速度、角度和方向，并将这些数据传输到计算机中进行分析和处理。

在电子游戏领域，动作捕捉技术被广泛应用于角色动画的制作。通过捕捉真实人体的动作，游戏开发者可以更好地塑造游戏中的角色形象，并使其运动更加自然逼真。这为玩家提供了更好的游戏体验。

在体育训练领域，动作捕捉技术可以帮助运动员改善运动技巧和姿势。通过分析运动员的动作数据，教练可以找出不足之处，并提供针对性的训练建议。这有助于提高运动员的竞技水平，并减少运动伤害的风险。

在医学研究领域，动作捕捉技术被用于研究人体的运动功能。通过准确记录和分析患者的运动数据，医生可以更好地了解和诊断运动障碍，制定更有效的康复计划。

除了以上应用领域，动作捕捉技术还被用于人体仿真、虚拟现实等领域。例如，在人体仿真中，可以利用动作捕捉技术将真实人体的动作转化为虚拟角色的动作，从而实现高度逼真的仿真效果。在虚拟现实中，动作捕捉技术可以实时捕捉玩家的动作，并将其应用到虚拟世界中，提供沉浸式的游戏体验。

总之，动作捕捉技术已经成为现代科技中不可或缺的一部分。它在电影制作、游戏开发、体育训练、医学研究、人体仿真和虚拟现实等领域发挥着重要作用。随着技术的不断进步，动作捕捉技术将会在更多领域得到创新和应用，为人们带来更多的便利和惊喜。

基于惯性传感器的动作捕捉系统的实现

刘沛娟;陈海龙;刘艺;张盛

【期刊名称】《今日电子》

【年(卷),期】2014(000)010

【总页数】3页(P59-61)

【作 者】刘沛娟;陈海龙;刘艺;张盛

【作者单位】意法半导体研发(深圳)有限公司;清华大学深圳研究生院;清华大学深圳研究生院;清华大学深圳研究生院

【正文语种】中 文

动作捕捉技术是一种实时准确测量、跟踪、记录运动物体在三维空间中运动状况，并对实时的运动进行分析和重现的技术。动作捕捉系统有着广泛的应用，传统的动作捕捉系统使用外部传感器如摄像头等来捕捉人体动作，这种方法往往会受到场地、环境的限制。随着微机电系统(MEMS)技术的迅速发展，小巧、便宜的基于MEMS技术的可穿戴设备获得了巨大的发展空间，MEMS技术使得用惯性传感器实现人体跟踪成为了可能。

本文利用意法半导体公司的iNEMO传感套件设计了一套人体动作捕捉系统。该系统在身体各处放置传感器，使用惯性导航算法、磁强计矫正算法及卡尔曼滤波算法计算各部分的姿态角，然后通过蓝牙设备发送到PC上，在PC上用OpenGL构建三维人体模型，实现对人体运动姿态的实时跟踪。本系统可以应用在电影特效与动画制作、虚拟现实与人机交互、智能家居与健康监测以及体育项目或是舞蹈等技巧性项目的（远程）教学中。除此之外，还有很多潜在的市场值得我们去继续挖掘。 1 系统结构

作为传统基于摄像机技术的运动捕捉系统的改进，本系统是为无线、无外部传感器限制而设计的人体运动跟踪系统。目前可进行身体7个部位的动作跟踪，未来有望将该数字扩大到14个。系统通过采集全身各个传感节点的数据，在计算机上使用OpenGL显示人体的运动情况。

本系统使用ST公司的iNEMO传感套件（产品编号STEVAL-MKI062）作为MEMS核心器件，该器件集成了加速度传感器、陀螺仪、磁强计、气压传感器和温度传感器。本系统对iNEMO使用的AHRS算法简单改进后进行姿态估计，同时利用蓝牙2.1模块将得到一系列数据发送至PC，在PC上进行进一步的数据分析，对这些数据进行利用。每个模块都可独立单独使用，和其他模块没有任何依赖性，并单独使用锂电池供电，工作时间达5小时以上，充电使用mini USB接口，5V/500mA。

基于李代数的人体手臂惯性动作捕捉算法

刘丹;王鑫;片锦香

【摘 要】In order to realize the real time tracking of human arm motion,a

method for realizing the tracking of human arm motion with an inertial

sensor was proposed.With the quaternion information obtained by the

inertial measurement unit (IMU),the joint positions of wrist,elbow and

shoulder were obtained.The inertial data were transmitted to a host

computer through bluetooth wireless communication method.Through

adopting the OptiTrack optical motion tracking device with millimeter level

motion tracking accuracy,the position data of human arm were obtained

and taken as the reference position data. The position information in the

IMU coordinate system was transformed into the information in the

OptiTrack coordinate system for comparison.The results show that the

proposed method is suitable for the motion tracking in the free motion

常见的VR虚拟现实硬件设备

常见的VR虚拟现实硬件设备

现在VR技术处于一个快速发展时期，所以有很多的人都看好VR设备的未来。下面为您精心推荐了VR虚拟现实硬件设备，希望对您有所帮助。

VR硬件设备

1、VR建模设备。VR建模是利用虚拟现实技术将数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感与测量技术、仿真与人工智能等多学科融于一体，为人们建立起一种逼真的、虚拟的、交互式的三维空间环境。常见的如3D扫描仪设备。

2、三维视觉显示设备。包括实时三维计算机图形技术，广角(宽视野)立体显示技术，对观察者头、眼和手的跟踪技术等。常见的如3D展示系统，大型投影系统如CAVE，头戴式立体显示器等。

3、VR声音设备，包含三维立体声和语音识别。三维声音是由计算机生成的、能由人工设定声源在空间中的三维位置的一种合成声音;VR语音识别系统让计算机具备人类的听觉功能，是人机以语言这种人类最自然的方式进行信息交换。常见如三维的声音系统以及非传统意义的立体声。

4、交互设备。包括位置追踪仪、数据手套、3D输入设备、动作捕捉设备、眼动仪、力反馈设备以及交互设备。

VR设备中常见的动作

1.激光定位技术

基本原理就是在空间内安装数个可发射激光的装置，对空间发射横竖两个方向扫射的激光，被定位的物体上放置了多个激光感应接收器，通过计算两束光线到达定位物体的角度差，从而得到物体的三维坐标，物体在移动时三维坐标也会跟着变化，便得到了动作信息，完成动作的捕捉。

代表：HTC Vive - Lighthouse定位技术

HTC Vive的Lighthouse定位技术就是靠激光和光敏传感器来确定运动物体的位置，通过在空间对角线上安装两个高大概2米的“灯塔”，灯塔每秒能发出6次激光束，内有两个扫描模块，分别在水平和垂直方向轮流对空间发射激光扫描定位空间。

HTC Vive的头显和两个手柄上安装有多达70个的光敏传感器，其通过计算接收激光的时间来得到传感器位置相对于激光发射器的准确位置，利用头显和手柄上不同位置的多个光敏传感器从而得出头显/手柄的位置及方向。