文档介绍：基于虚拟现实技术的武术训练动作模拟系统设计
摘 要: 针对传统武术训练动作模拟系统不含贴片式压力传感器,从而造成无法在系统中显示出武术训练动作的力量值的问题,设计一种基于虚拟现实技术的武术训练动作模拟系统。硬件部分使用C80虚拟现實技术就是利用现实生活中的数据,通过计算机技术产生电子信息,将其与各种输出设备结合,使其转化为能够让人们感受到的实景现象[1]。武术训练动作模拟系统可以记录武术训练动作,将武术训练分为基本功、基本动作和典型动作的整学零练再到整套训练或是格斗训练四个不同的层次[2]。循序渐进地引导武术学****者完成武术的训练。本文设计基于虚拟现实技术的武术训练动作模拟系统,可将传授者的动作使用虚拟现实技术直接投放到武术学****者身边,打造出一种 “一对一”式武术教学,提高武术学****者的学****效率[3]。
1 模拟系统硬件设计
设计采集设备
采集设备使用C8051F410单片机采集卡,利用采集卡上的串口功能,连接一个模拟外设,模拟外设设计一个12位ADC,保证24个外部输入与200 Kb/s的可编程的转换率[4]。采集卡内设两个12位的电流输出DAC、两个比较器、一个欠压检测器,将电压基准[5] V。数字外设部分设计24个I/O端口、4个通用16位计数器/定时器。使用硬件SMBus,SPI和UART串口。 MHz的内部振荡器,用来支持UART操作[6]。外部振荡器选用外部时钟, smaRTClock振荡器选用32 kHz晶体谐振器。将片调试调整为全速、非侵入式的系统调试功能,选用支持断点、观察及修改储存器的寄存器[7]。储存器选用256 B+2 048 B RAM,使用64 B的电池后备。设计的C8051F410单片机采集卡如图1所示。 为更加精细地采集到武术训练动作的力量值,在压力采集卡上,设计采集压力的贴片式压力传感模块, cm× cm、~ mm。传感器的压力感测范围为1~100 N, N。实际贴片式压力传感器如图2所示。
贴片式压力传感器与数据采集卡连接后,设计支持采集卡运行的电源模块,将电源输入口设计为AC 100~240 V、50/60 Hz,输出口为DC 9 V、600 mA。传感采集卡设计完毕后,再设计一款虚拟现实眼镜,支持武術训练者日常训练时使用[8]。
设计虚拟现实VR眼镜
眼镜选用采样刷新率为1 600 Hz、内含螺旋仪、16位加速器的6轴运动传感器,镜片选用38 mm的高透镜片。调整眼镜的可视场角,将镜片的透光率调整为93%,支持600°近视以及200°远视,将头围尺寸控制在525~630 mm之间[9],分辨率调整为单眼为1 600×1 440。设计的VR眼镜如图3所示。
VR眼镜使用一个多路复合的方式,将武术动作显示在武术训练者的视野中,镜片材质选用液晶材料[10]。贴片式压力传感器会安装在武术训练者的关键发力部位上,VR眼镜此时会呈现出武术训练者的动作,以及根据压力传感器传输出来的力量数值,判断训练者的武术动作是否达到标准,将武术动作的力量数值使用软件呈现在VR眼镜的视野中[11]。
2 模