mems动作捕捉系统演示幻灯片

1、基于MEMS惯导的机械手臂动画 系统MEMS-BASED INS MOTION TRACKING & CONTROL SYSTEM研究背景RESEARCH BACKGROUND随着的发展，高效、便捷地获取姿态在动漫制作、游戏开发、影视制作等众多领域具有重要的应用价值。体感互动与虚拟现实的运用和发展离不开动作捕捉与动画 技术的支持。目前，使用较多的是光学式动作捕捉技术，这种技术 一定的缺陷，比如成本高，对动作限制大，除 的实体外必须依靠大量的外部 支持等。需求分析DEMAND ANALYSIS依据目前的市场现状与需求，项目组计划进行基于MEMS惯导的 手臂动画 系统的开发。通过多个MEM

2、S惯性测量元件的手臂动作 ，经过数据融合和姿态解算算法获得 手臂的姿态角，通过蓝牙模块发送数据到上位机，上位机通过手臂建模及对接收到的多组姿态角数据进行处理，利用VC+编程和OpenGL最终实现虚拟 手臂动画的实时呈现。实现技术对比（一）THE TECHNICAL IMPLEMENTATION CONTRAST基于光学的动作捕捉Optical motion capture实现技术对比（二）THE TECHNICAL IMPLEMENTATION CONTRAST基于惯导的动作捕捉Motion capture based on inertial navigation成员分工MEMBERS AND

3、 DIVISION OF LABOR上位机姿态还原与绘制模块实现、文档、系统架构设计、通信协议设计负责部分小组成员禹 姿态还原策略算法、系统数学模型搭建、系统部署、文档、测试曹觉3D模型绘制、处理模块实现、传感器调试、通信模块实现聪系统节点通信模块设计实现、通信协议设计、传感器调试、测试技术路线TECHNICAL ROUTEOpen GL & C+U 3D & JavaQuaternionsEuler anglesSerial PortWifi 802.11系统开发及运行环境SYSTEM DEVELOPMENT & RUNNING ENVIRONMENT系统 环境：上位

4、机系统开发平台：Microsoft Visual Studio 2010 上位机系统开发语言：C+上位机串口数据调试工具：51 串口调试工具USR-VCOM v3.5.2 串口虚拟工具wifi模块设置设定工具：USR-WIFI232-SetupV1.1.0MEMS模块烧写工具： JLinkARM_V410i系统硬件配置（下位机）：MEMS惯导传感器模块型号：wifi串口透明传输模块型号：STA模式：USR-WIFI232-SAP模式：USR-WIFI232-G系统总体结构SYSTEM ARCHITECTURE系统部署SYSTEM DEPLOYMENTFontSupport.cpp显示数据处理S

5、erialPort.cpp串口数据处理系统代码结构SYSTEM SOFTWARE ARCHITECTUREmain.cpp主程序glQuaternion.cpp四元数矩阵运算工具 CMSet.cpp姿态模型处理M3DS.cpp3D文件加载初始化draw.cpp图像界面绘制结点动作捕捉ACTION CAPTURE OF NODE关于四元数矩阵QUATERNION MATRIX关于四元数矩阵QUATERNION MATRIX动作还原策略（一）ACTION RESTORE STRATEGY动作还原策略（二）ACTION RESTORE STRATEGY程序流程THE PROGRAM FLOW开始初始

6、化窗口、场景初始化模型初始化串口串口数据处理驱动模型转动显示姿态动作传感器节点电源管理模块三轴MEMS陀螺仪三轴MEMS磁力计ATTITUDE DATA ACQUISITION三轴MEMS计STM32单片机PC机WIFI传输模块姿态数据处理ATTITUDE DATA HANDLE姿态数据处理ATTITUDE DATA PROCESSING0xAB0xAB0xCD0xCD0wxyz帧起始标识位4byte结点标志位四元数数据每个4byte共16byte帧长共21字节，代表旋转的角度，N(i， j， k)是旋转轴的向量帧起始标识位， 4个字节结点标志位， 1个字节w：Cos(/2)， 4个字节x：S

7、in(/2)×Ni， 4个字节y：Sin(/2)×Nj， 4个字节z：Sin(/2)×Nk， 4个字节姿态角数据转置THE ATTITUDE ANGLE TRANSPOSE具体转换如下：头部、躯干、骨盆：(XX，YZ，ZX)左右大腿、左右小腿：(XZ，YX，ZY)校准补偿按“校准”键获取各个结点当前四元数数值各个结点当前四元数的逆四元数数值绘制进行校准补偿进行自身的旋转显示CALIBRATION AND COMPENSATION姿态模型绘制MMAPSTRATEGY抵消大腿补偿校准矩阵抵消大腿旋转矩阵绘制臀部 补偿自身校准矩阵进行自身旋转显示。绘制右大腿。抵消小腿补

8、偿校准矩阵抵消小腿旋转矩阵绘制左大腿 补偿自身校准矩阵进行自身旋转显示。绘制右小腿。抵消左脚补偿校准矩阵抵消左脚旋转矩阵绘制左小腿 补偿自身校准矩阵进行自身旋转显示。绘制右脚。绘制左脚补偿校准矩阵进行自身旋转显示导入3DS模型文件抵消躯干补偿校准矩阵抵消躯干旋转矩阵绘制头部补偿自身校准矩阵进行自身旋转显示。绘制右上臂。绘制右前臂。绘制右手。抵消臀部补偿校准矩阵抵消臀部旋转矩阵抵消躯干补偿校准矩阵抵消躯干旋转矩阵绘制左上臂补偿自身校准矩阵进行自身旋转显示绘制躯干补偿自身校准矩阵进行自身旋转显示绘制左前臂。绘制左手。绘制臀部。姿态模型绘制MMAPSTRATEGY姿态模型绘制MMAPSTRATEGY系统实际运行SYSTEM EXCUTION技术参数及性能TECHNICAL PARAMETERS AND PERFORMANCE650Hz内部更新频率惯导测量系统规格电池续航240min延迟100ms无线协议802.11g通讯范围（开放/室内）20m/10m静态精度(Roll/Pitch/Heading） 0.5deg WiFi Access Point度（维数/数值范围）3axes/±100m/s2角速度（维数/数值范围）3axes/±500deg穿戴时间510min磁场（维数/数值范围）3axes/±1.9Gauss技术参数及性能TECHNICAL