人体位姿跟踪算法研究及应用

论文摘要

随着现代科技的不断发展,不管是在军事领域,还是在日常生活方面,对于虚拟现实技术的要求不断提高。研究基于人体位姿跟踪的虚拟现实技术正在受到广泛的关注,具有重要的研究意义和应用价值。开发设计新型的人体位姿跟踪系统和人体位姿跟踪方法,在游戏娱乐、体育、医疗等领域都具有重大的实用价值。本文对人体位姿跟踪算法进行研究和运用,基于加速度传感器设计了一个用于人体姿态跟踪的虚拟系统,用来演示人体位姿跟踪算法。论文主要包括以下几方面的工作：1.分析了改进的人体位姿跟踪算法的基本原理和使用条件。利用加速度值计算方法采集人体动作信息进行比较,证明利用角度算法对人体位姿的特征记录比利用加速度值更加优越可靠。2.建立了对人体姿态进行跟踪的应用系统模型并改进算法。分析了人体运动的基本规律,利用机械式研究方法的思想设计了人体位姿跟踪系统原型中的模型结构,给出了人体位姿跟踪系统工作的整体框架。3.设计了相应的传感器模块。硬件部分主要包括有传感器信号采集模块、单片机信号处理模块和无线传感器网络无线通信模块。软件部分利用时域的快速信号处理方法。根据需要,将加速度传感器的信号提取出来,在单片机上实现信号处理,并通过无线网络发送到上位机。4.设计开发了人体位姿跟踪系统的人体模型。人体模型是在3Ds MAX软件下建立与优化,模型的控制是以OSG三维渲染引擎为基础,在Visual Studio 2005平台上,采用C++语言实现。5.对开发的人体位姿跟踪原型系统进行实验与分析评估。设计了一组比较实验,分别利用加速度和角度来记录人体运动的位姿信息,并进行比较,分析得出利用角度信息记录比较准确。对人体的四肢运动分别进行可视化跟踪实验,分析了利用角度算法来进行实体跟踪遇到的一些问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景及研究意义
• 1.2 人体运动的生理参数跟踪方法
• 1.2.1 光学式运动跟踪方法
• 1.2.2 电磁式跟踪方法
• 1.2.3 机械式跟踪方法
• 1.3 国内外研究概况
• 1.3.1 人体位姿跟踪方法研究概况
• 1.3.2 MEMS加速度传感器发展概况
• 1.3.3 无线通信技术概况
• 1.4 论文的结构和内容安排
• 第2章 人体位姿跟踪系统硬件平台设计
• 2.1 信号采集处理模块设计
• 2.2 加速度传感器模块设计
• 2.3 无线传感器节点模块设计
• 2.3.1 无线传感器节点模块硬件设计
• 2.3.2 无线传感器网络组网分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 人体位姿跟踪系统软件平台设计
• 3.1 人体运动的特点
• 3.2 系统模型的搭建
• 3.2.1 基于3Ds MAX的骨骼模型制作
• 3.2.2 基于3Ds MAX的模型外观设计
• 3.3 系统模型的控制设计
• 3.3.1 三维渲染引擎OpenSceneGraph概述
• 3.3.2 模型坐标的确定
• 3.3.3 模型运动控制的实现
• 3.4 本章小结
• 第4章 三维改进角度算法设计
• 4.1、测量方法比较
• 4.1.1 基本方法
• 4.1.2 当前的研究方法分析
• 4.1.3 本文改进的方法分析
• 4.2 基于加速度传感器的角度算法实验
• 4.3 本章小结
• 第5章 人体位姿跟踪角度算法可视化实验
• 5.1 跟踪点标定方法
• 5.2 角度算法与加速度算法比较实验
• 5.2.1 实验介绍
• 5.2.2 实验准备
• 5.2.3 实验数据采集与处理
• 5.3 人体位姿跟踪可视化实验设计
• 5.3.1 实验准备
• 5.3.2 实验数据处理
• 5.3.3 实验结果与分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研项目