微型運動傳感器的動作捕捉技術分析及其應用

劉磊

(西安工程大學， 西安 710048)

0 引言

人體運動捕捉的實質就是通過各種設備對肢體的運動數據甚至是面部表情進行采集和處理，實現各種動作的仿真模擬[1]，其中應用了模式識別、虛擬現實及傳感器網絡技術。人體運動傳感器是運動捕捉的關鍵設備，主要分為慣性式、光學式、聲學式、電磁式、機械電動式等5種。隨著MEMS(微機電系統)技術的發展，由MEMS器件構成的微型人體運動傳感器顯示出了更加突出的優點，因此，本文以微型運動傳感器為研究對象對人體運動捕捉技術進行分析。

1 動作捕獲技術

在進行運動捕捉時，除了使用運動傳感器，還需將采集的數據通過無線網絡上傳至計算機，使用計算機實現運動傳感器信號的預處理，及運動姿態的計算等，計算機獲得數據計算之后，將計算結果虛擬映射角色的對應關節點上，并根據虛擬角色的環境條件和物理約束條件等進行動作調整，提高虛擬動作的精確性。在實施運動捕捉之前，首先需要在用戶的關鍵部位布設多個微型運動傳感器，如腰部、胸部、頭部、腿部及手臂等。運動捕捉系統如圖1和圖2所示。

微型運動傳感器包括三軸陀螺儀、三軸加速度計和三軸地磁傳感器，在運動捕捉方面每種傳感器各有優缺點，傳感

圖1 運動捕捉系統架構

器“融合”成為克服單個傳感器弱點的有效方法，使運動檢測結果更加精確。因此，本文在進行研究時使用了MEMS三軸加速度計、三軸陀螺儀和三軸磁力計，三軸加速度計可以得到載體三軸的加速度，三軸陀螺儀測量出旋轉角速度，而三軸磁力計輸出三個方向上的磁場感應量。……