虚拟现实中的惯性动作捕捉系统原理及应用

VR惯性动作捕捉系统原理及优缺点 一、惯性式动作捕捉系统原理 惯性式动作捕捉系统是一种基于惯性传感器的动作捕捉技术，通过在运动物体的重要节点佩戴集成加速度计、陀螺仪和磁力计等惯性传感器设备，捕捉目标物体的运动数据，包括身体部位的姿态、方位等信息。数据处理单元通过惯性导航原理对采集到的数据进行处理，从而完成运动目标的姿态角度测量。 二、加速度计、陀螺仪和磁力计的工作原理 加速度计是用来检测传感器受到的加速度的大小和方向的，它通过测量组件在某个轴向的受力情况来得到结果，表现形式为轴向的加速度大小和方向（XYZ）。陀螺仪的工作原理是通过测量三维坐标系内陀螺转子的垂直轴与设备之间的夹角，并计算角速度，通过夹角和角速度来判别物体在三维空间的运动状态。磁力计的强项在于定位设备的方位，可以测量出当前设备与东南西北四个方向上的夹角。 三、惯性式动作捕捉系统的优缺点 惯性式动作捕捉系统的优点有： * 高精度：惯性式动作捕捉系统可以提供高精度的运动数据，满足各种应用的需求。 * 实时性强：惯性式动作捕捉系统可以实时地捕捉运动数据，满足实时应用的需求。 * 广泛应用：惯性式动作捕捉系统可以应用于动画制作、步态分析、生物力学、人机工程等领域。 惯性式动作捕捉系统的缺点有： * 成本高：惯性式动作捕捉系统的成本相对较高，限制了其在某些应用中的使用。 * 精度不高：惯性式动作捕捉系统的精度受到加速度计、陀螺仪和磁力计等传感器的限制，可能会出现一定的误差。 四、国际上代表性的产品 目前国际上最富代表性的产品是荷兰Xsens公司研发的XsensMVN惯性式动作捕捉系统以及美国Innalabs公司研发的3DSuit惯性式动作捕捉系统。MVN是一种全身莱卡套装（也可以采用绑带），使用方便，用户可以在15分钟内设置好整个系统。它采用微型惯性传感器、生物力学模型、以及传感器融合算法，带有17个惯性跟踪器，可以满足各种应用的需求。 惯性式动作捕捉系统是一种基于惯性传感器的动作捕捉技术，具有高精度、实时性强、广泛应用等优点，但也存在成本高、精度不高等缺点。国际上有许多代表性的产品，满足各种应用的需求。