穿戴式体感交互平台的研究与实现

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随着电子科学技术的发展和人们生活水平的提高,人们对体感互动技术的需求越来越大,而穿戴式的体感交互技术不仅可以解决非接触式体感交互技术受使用范围、有无遮挡、光线强度等多种因素限制的困局,还能提供实时、无障、多人、泛在的体感互动体验,所以穿戴式的体感交互设备具有广阔的市场前景。目前体感交互设备可以分为非接触式和接触式两大类,其中非接触式体感交互设备主要是基于光学传感器的,基于光学传感器的系统普遍存在诸如范围、遮挡、光线、高速移动等限制;接触式的体感交互设备分为惯性传感器式和肌电式两类,基于惯性传感系统的可穿戴全身体感类平台有XSense、3DSuit等,他们的使用虽然不受范围、光线、遮挡等影响,但是技术复杂且价格昂贵,以XSense为例其价格在每套60万左右,高昂的价格成为基于惯性传感系统的体感交互设备普及率不高的重要原因,基于肌电系统的体感交互设备,由于肌电信号采集复杂且区分度不高能够识别的动作有限,所以目前并没有广泛的使用。  针对以上问题,本文从系统构成,降低算法时间复杂度等方面考虑设计了一款基于CAN总线和惯性传感器的穿戴式体感交互平台,该设备不仅能够提供实时、无障、泛在的体感互动体验,而且使用方便、价格低廉。穿戴式体感交互平台能够在多种场景中使用,如体感游戏互动,体育竞技,游戏动漫制作,康复治疗等等。本文的主要工作内容:  (1)针对穿戴式体感交互平台的具体应用需求,提出了基于 STM32微处理器和 MEMS惯性传感器 MPU6050,HMC5883L的全身体感交互的总体设计,并完成了惯性传感节点和数据汇聚传输节点的硬件电路设计。  (2)在硬件平台上完成了基于互补融合滤波算法的姿态解算程序的移植,分析了数据通信的基本要求,实现了基于CAN总线的数据传输程序。  (3)实现了惯性传感节点采集到的全身运动数据帧驱动虚拟3D人物模型的软件设计。  (4)最后对最本文所描述的穿戴式体感交互平台进行了功能测试和性能测试,测试结果表明本设计达到了穿戴式体感交互平台的功能。
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