人体运动姿态测量方法国内外研究现状
时间:2017-03-18 16:09 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
| 目前存在的人体运动姿态测量方法有以下几种：采用刚性连杆和多关节构成的机械式、利用超声波相位差测量的声学式、利用发射源产生规律分布的电磁场进行测量的电磁式、对目标上特定光点监视和跟踪来完成运动捕捉测量的光学式以及采用惯性和磁传感器式。每项技术有各自的特长与应用方向，同时也有需要突破的瓶颈。6607 1.2.1 机械式运动捕捉 发展历史: 1950年,机械式(Mechanical)操作手臂，主要代替人在比较危险的环境工作。 1983年,卡尔弗特教授使用分压计作为角度传感器进行人体分析。 1983年,拉涅尔发明了机械式的数据手套。 1985年,VPL研究中心开发了虚拟现实技术，其中机械式运动捕捉为主要技术核心。 1992年,机械式的面部跟踪系统“face waldo”。 特点： 机械式运动捕捉的优点是成本低，其花费可能只是光学式运动捕捉的1／4，电磁式捕捉的1／2。且装置定标简单，精度较高，可以很容易地做到实时数据捕捉。但是由于机械设备有尺寸以及重量等问题，使用起来非常不方便。因此机械结构对使用者的动作阻碍、限制很大，很多激烈的动作都无法完成。 1.2.2 光学式运动捕捉 发展历史： 1983年，金斯伯格和麦克斯韦教授第一次使用Op—Eye光学跟踪系统。 1984年，Motion Analysis实现通过二文跟踪实现三文定位技术。 1993年，Acclaim光学运动捕捉系统可以同时进行2人的动作捕捉，跟踪点可达100。 2000年，大连东锐软件有限公司自主研发了三文运动捕捉分析系统。 特点： 光学式运动捕捉的优点是人体活动范围大，无电缆和机械装置的限制，使用方便。采样速率较高，可以满足多数体育运动测量的需要。但系统价格昂贵，虽然它可以捕捉实时运动，但对于人体所在场地的光照、反射情况敏感。装置定标也较为繁琐，特别是当运动复杂的时候，不同部位的标志很容易混淆、遮挡，产生错误的结果。由于这些限制，几乎所有的光学跟踪系统都还需要依靠后序处理程序对捕捉的数据进行分析，加工和整理。 1.2.3 声学式运动捕捉 这类装置成本较低，但对运动的捕捉有较大延迟和滞后，实时性较差，精度一般也不高，声源和接收器间不能有大的遮挡物体，受噪声和多次反射等干扰较大。由于空气中声波的速度与气压、湿度、温度有关，所以还必须在算法中做出相应的补偿。由于此类运动捕捉系统使用时所受限制较多，影响较大，所以实际应用中较少使用。 1.2.4 电磁式运动捕捉 发展历史： 1970年，Bill polhemus首次开发电磁式运动捕捉。 1994年，第一套快速多通道的电磁式捕捉系统研制成功。 1991年，第一套名叫Mat the Ghost的实时角色动画制作系统研制成功，使用电磁式数据手套，midi等设备对模型实时控制。 特点： 电磁式运动捕捉技术的优点首先在于它记录的是优尔文信息，即不仅能得到空间位置，还能得到方向信息，这一点对某些特殊的应用场合很有价值。其次，电磁式运动捕捉速度快，实时性好，便于调整和修改。且装置的定标比较简单，技术较成熟，成本较低。其缺点在于对环境要求严格，附近不能有金属物品，否则会造成电磁场畸变，影响精度。 1.2.5 本论文研究方法现状 由于上述人体运动姿态测量方法应用中均有限制，本文拟采用基于MEMS惯性/地磁测量组件的人体运动跟踪与捕捉方法。利用MEMS惯性技术既避免了机械设备的尺寸以及重量大导致的使用起来不便的问题，也没有光学式或声学式运动捕捉技术对使用环境的严格要求，且时时性好。 (责任编辑：qin) |