Inertiamittayksikkö-pohjainen kehon liikkeenkaappaus

Abstract

Monet käytössä olevista liikkeenkaappausjärjestelmistä käyttävät joko ulkoisia kameroita tai tukiasemia. Nämä ulkoiset järjestelmät tarvitsevat näköyhteyden toimiakseen, rajoittaen mahdollisia paikkoja tai tilanteita, joissa liikkeenkaappausjärjestelmää voidaan käyttää, esimerkiksi paikoissa, joissa on paljon näkyvyyttä estäviä asioita tai muissa ahtaissa paikoissa.

Opinnäytetyössä tarkasteltiin yhtä mahdollista liikkeenkaappausjärjestelmää, joka ei tarvitse ulkoisia järjestelmiä, käyttämällä inertiamittausyksikköä (IMU) liikkeenkaappaukseen. Työssä taustoitetaan IMU-antureita, miten IMU-antureista kerättyä dataa käytetään, rakennetaan toimiva prototyyppi liikkeenkaappauspuvusta sekä pohditaan järjestelmän etuja ja haittoja verrattuna perinteisempiin liikkeenkaappausjärjestelmiin.

Liikkeenkaappausmenetelmä rakennettiin keräämällä liikedataa IMU-antureilta ja lähettämällä ne langattomasti MQTT-yhteyden kautta Unitylle, jossa se sitten visualisoitiin käyttämällä 3D-hahmoa. Liikedataa kerättiin CSV-tiedostoon, josta se pystyttiin toistamaan halutessa.

Työssä tehty liikkeenkaappauspuku toimi riittävästi datan keräykseen ja uudelleentoistamiseen. Kokeiluiden perusteella IMU-anturipohjainen liikkeenkaappauspuku pystyi käytännössä toimimaan yksinkertaisena ratkaisuna tietyissä tilanteissa.

Laajempi testausympäristö IMU-antureiden suorituskyvyn luokitteluun liikkeenkaappaustarkoitukseen on tarpeellinen. Sopivamman IMU-anturin valinta voisi mahdollistaa myös erilaisen mikrokontrollerin, mikä voisi yksinkertaistaa rakentamista entisestään ja vähentää kokoonpanokustannuksia.

Many of the motion capture systems use either external cameras or base stations. These external systems need line of sight to operate, limiting the possible locations or situations where the motion capture system can be used, for example in places with a lot of things blocking visibility or in other tight spaces.

This work looked at one possible motion capture system that did not need external systems using an inertial measurement unit (IMU) for motion capture. The thesis gave background on IMU sensors, how the data collected from them was used, built a working prototype of the motion capture suit, and considered the advantages and disadvantages of this system compared to more traditional motion capture systems.

The motion capture method was built by collecting motion data from the IMU sensors and sending it wirelessly over an MQTT connection to Unity where it was then visualized using a 3D avatar. The motion data were collected in a CSV file from which movement could be reproduced if desired.

The motion capture suit functioned sufficiently for data collection and replay. Based on the experiments, the IMU sensor-based motion capture suit could in practice work as a simple solution in certain situations.

A wider testing environment to classify the performance of IMU sensors for motion capture purposes is necessary. Choosing a more suitable IMU sensor might also allow for a different microcontroller which could further simplify construction and reduce assembly costs.