基于微型惯性传感器的人体动作捕捉系统软件设计

本文是一篇专业学位硕士学位论文，标题为"人体动作捕捉系统软件设计"，由作者陈义新撰写，工程领域为控制工程，学号31509071，于2017年4月25日在大连理工大学完成，指导教师为王哲龙教授。论文探讨了人体动作捕捉技术这一跨学科领域，它结合了惯性导航、通信、人体工程学和计算机图形学等多种技术。 动作捕捉技术随着传感器技术的进步、惯性导航技术的创新以及计算硬件的提升，得到了迅速发展。如今，这项技术已经应用于医疗、影视制作、虚拟现实等多个行业，例如在3D游戏制作中，光学运动捕捉技术和虚拟现实技术的结合，能实现高度逼真的角色动画效果。在电影制作中，《角斗士》和《魔界》等电影的成功，离不开人体动作捕捉技术，使得角色表现更为生动。 论文的核心部分构建了一个由下位机和上位机构成的人体动作捕捉系统框架。下位机分布在人体各部位，通过无线模块实时收集传感器节点的数据，并将这些数据传输给PC上的上位机软件平台。上位机软件负责接收数据，对其进行分析和处理，利用数据融合算法整合来自多个传感器的数据，准确解算出人体的姿态，进一步在虚拟3D环境中实时重构人体动作。 论文采用微型惯性传感器技术，结合惯性导航原理，通过数据融合算法和计算机图形学技术进行编程，实现了人体姿态捕捉软件平台的开发。该平台的主要功能包括实时接收多传感器节点的数据包，进行数据拆包和预处理，然后通过数据融合技术精确计算人体姿态，并驱动3D人体模型在屏幕上的实时展示。通过简化人体模型和采用蒙皮骨骼动画技术，确保了动作捕捉结果的逼真度和计算效率。 论文还强调了软件系统在Windows系统下的兼容性和性能优化，选择了DirectX图形界面库与MFC框架作为基础架构，确保软件在实际应用中的稳定运行。通过调用DirectX接口，成功实现了3D人体模型的加载和驱动，从而达到高质量的动作捕捉效果。 这篇论文深入研究了人体动作捕捉技术的关键环节，从硬件到软件设计，展示了作者在该领域的扎实理论功底和实践能力，为动作捕捉技术在不同领域的应用提供了有价值的设计方案。