VR利器惯性动作捕捉系统原理及优缺点

VR利器惯性动作捕捉系统原理及优缺点 惯性动作捕捉系统是一种先进的技术，它能够捕捉物体运动的状态，并将其转换成虚拟现实中的相应运动。该系统主要包括数据采集设备、数据传输设备、数据处理单元三个部分。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，这些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。然后通过数据传输设备将这些数据传输到数据处理单元，经过数据修正、处理后，最终建立起三维模型，并使得三维模型随着运动物体真正、自然地运动起来。 加速度计、陀螺仪和磁力计的工作原理各不相同。加速度计用于检测传感器受到的加速度的大小和方向，它通过测量组件在某个轴向的受力情况来得到结果。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，以此来判别物体在三维空间的运动状态。磁力计则用于定位设备的方位，可以测量出当前设备与东南西北四个方向上的夹角。在动作捕捉系统中，陀螺仪传感器用于处理旋转运动，加速计用来处理直线运动，磁力计用来处理方向。 惯性动作捕捉系统的优势主要体现在技术优势、使用便捷的优势和成本优势。它使用方便，设备小巧轻便，便于佩戴。采集到的信号量少，便于实时完成姿态跟踪任务，解算得到的姿态信息范围大、灵敏度高、动态性能好。对捕捉环境适应性高，不受光照、背景等外界环境干扰，并且克服了光学动捕系统摄像机监测区域受限的缺点。此外，惯性动作捕捉系统还可以实现多目标捕捉。相比于光学动作捕捉成本低廉，使其不但可以应用于影视、游戏等行业，也有利于推动VR设备更快地走进大众生活。 然而，惯性动作捕捉系统也存在一些劣势。一般情况下惯性动作捕捉系统采用MEMS三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴磁力计组成的惯性测量单元（IMU）来测量传感器的运动参数。而由IMU所测得的传感器运动参数有严重噪声干扰，MEMS器件又存在明显的零偏和漂移，使得惯性动作捕捉系统无法长时间地对人体姿态进行精确的跟踪。为了解决这一问题，一些解决方案被提出。比如，Xsens公司对IMU所测得的传感器运动数据做预处理，滤掉原始惯性数据中掺杂的噪声干扰，然后不断地进行标定和校准，以解决MEMS器件的零偏和漂移，提高其数据的精确度和可靠程度。此外，国内的G-Wearables则采用IK+室内定位技术作为动作捕捉算法，利用室内定位技术对惯性动作捕捉技术做实时校准，避免了不断校准的麻烦。 惯性动作捕捉技术有着对捕捉环境的高适应性，它的技术优势、成本优势和使用便捷的优势，使得它在影视动画、体验式互动游戏、虚拟演播室、真人模拟演练、体育训练、医疗康复等领域都有着优异的表现。随着技术的发展，相信在不久的将来，惯性动作捕捉系统能够更好地克服现有的缺陷，发挥更大的作用。