虛擬訓(xùn)練軟件及基于DSP和MEMS的人體動(dòng)作識(shí)別系統(tǒng)的介紹

　　為解決現(xiàn)有虛擬訓(xùn)練軟件的人體動(dòng)作輸入設(shè)備沉浸感和訓(xùn)練效果不足的問(wèn)題，采用DSP和微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）構(gòu)建人體動(dòng)作識(shí)別系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)用MEMS器件為核心構(gòu)建微慣性測(cè)量單元（MIMU）模塊，模塊的DSP芯片完成傳感器數(shù)據(jù)采集和人體姿態(tài)解算。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明系統(tǒng)樣機(jī)在動(dòng)態(tài)活動(dòng)測(cè)試中運(yùn)行穩(wěn)定可靠，動(dòng)態(tài)解算精度在1。以?xún)?nèi)，可準(zhǔn)確測(cè)量人體動(dòng)作，滿(mǎn)足虛擬訓(xùn)練要求。該研究提供了一種新型的虛擬訓(xùn)練軟件的硬件輸入設(shè)備，具有一定的市場(chǎng)價(jià)值。

　　虛擬訓(xùn)練軟件采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建相應(yīng)的三維交互模擬場(chǎng)景，具有訓(xùn)練周期短、訓(xùn)練效率高的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于高風(fēng)險(xiǎn)領(lǐng)域。為滿(mǎn)足訓(xùn)練效果，虛擬訓(xùn)練軟件一般需要較高的沉浸感，對(duì)人體動(dòng)作輸入設(shè)備的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性有很高的要求。目前，采用MEMS作為核心器件構(gòu)建的MIMU模塊已廣泛應(yīng)用于低精度姿態(tài)測(cè)量和慣性導(dǎo)航等領(lǐng)域，具有價(jià)格低、體積小、功耗低的特點(diǎn)¨1。本文將基于MIMU的慣性測(cè)量技術(shù)、高速信息處理芯片DSP和虛擬訓(xùn)練軟件相結(jié)合，開(kāi)發(fā)出人體動(dòng)作識(shí)別系統(tǒng)，以期準(zhǔn)確獲取受訓(xùn)者在突發(fā)事件中的動(dòng)作反映過(guò)程及應(yīng)對(duì)措施，驗(yàn)證系統(tǒng)作為虛擬訓(xùn)練軟件的人體動(dòng)作輸入設(shè)備的可行性。

　　測(cè)試表明為全面表現(xiàn)人俸動(dòng)作，至少需要獲得人體頭部、手部和腿部的三個(gè)部位的基本訓(xùn)練動(dòng)作。本系統(tǒng)將MIMU模塊配置于受訓(xùn)者的頭部、手部和腿部實(shí)時(shí)采集身體對(duì)應(yīng)部位的姿態(tài)信息，通信模塊將采集到的所有模塊數(shù)據(jù)打包定時(shí)發(fā)送到計(jì)算機(jī)的虛擬訓(xùn)練軟件中，通過(guò)系統(tǒng)實(shí)時(shí)識(shí)別人體動(dòng)作信息，并顯示在虛擬訓(xùn)練軟件場(chǎng)景中，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能。為提高系統(tǒng)獨(dú)立性和可移植性，系統(tǒng)各部分姿態(tài)測(cè)量模塊都使用硬件結(jié)構(gòu)相同的MIMU模塊，可以方便地根據(jù)需要改變模塊配置部位。

　　系統(tǒng)總框圖如圖1所示，分布于人體頭部、手部和腿部的MIMU模塊獲取相應(yīng)部位的姿態(tài)數(shù)據(jù)，通過(guò)通信模塊獲取三個(gè)模塊姿態(tài)信息并將其轉(zhuǎn)換為與虛擬訓(xùn)練軟件約定的數(shù)據(jù)通信格式，通過(guò)串口將打包好的人體動(dòng)作數(shù)據(jù)包發(fā)送到虛擬訓(xùn)練軟件。