Building a low-cost motion capture suit for animation

Capstone Project submitted to the Department of Engineering, Ashesi University in partial fulfillment of the requirements for the award of Bachelor of Science degree in Computer Engineering, May 2021Motion capture has become a major player in the film and animation industry. Mimicking natural and subtle movements of humans and animals has made animation a lot more believable and engaging. This paper presents a low-cost design of a motion capture unit based on the ESP32 and a 9-DOF inertial sensor Bno055. A calibration method based on a standing posture is used. The sensors data are retrieved via the serial port of the Arduino IDE and sent to Blender, a 3D program, to display real-time motion. If a believable performance can be achieved with low-cost inertial sensors, then the overall cost of existing motion capture technology can be reduced.Ashesi Universit

Комп’ютерно-інтегрована інерціальна система захоплення руху людини

Актуальність на сьогоднішній день актуальною лишається проблема використання точних систем захоплення руху людини (СЗР), що не залежать від умов проведення експе-рименту. Використання інерціальних систем захоплення руху дозволяє розширити діапазон використання таких систем. Важливою проблемою є розробка завадостійкого алгоритму оці-нки орієнтації та методи підвищення точності. Магістерська дисертація виконана відповідно до основних напрямків наукових дослі-джень кафедри. Мета магістерської дисертації є підвищення завадостійкості та точності інерціальної системи захоплення руху. Завдання: 1. Огляд систем захоплення руху, опис основних принципів, коротка характерис-тика. 2. Аналіз алгоритмів орієнтації, що використовують інерціальні датчики. 3. Вибір базового алгоритму орієнтації, опис його мат. моделі. 4. Розробка алгоритму підвищення завадостійкості системи на основі сигналів гі-роскопів, акселерометрів, магнітометрів. 5. Калібрування датчиків, експериментальна перевірка розроблених макетів. 6. Розробка власного макету інерціальної системи захоплення руху. Об’єкт: процес захоплення руху людини та система захоплення руху людини Предмет: Підвищення точності та завадостійкості алгоритмів оцінки орієнтації об’єктів та системи захоплення руху людини, калібрування та врахування особливостей ма-тематичної моделі датчиків інерціального вимірювального блоку. Методи дослідження: Методи оптимальної обробки сигналів, методи чисельної ма-тематики, методи теоретичної механіки, методи теорії оптимального оцінювання, алгоритми фільтрації Наукова новизна: 1. Вперше запропоновано метод розділення каналів корекції кватерніонного до-повняльного фільтру оцінки орієнтації, у алгоритмі якого мінімізовано кількість обчислюва-льних операцій. 5 2. Запропоновано використання слідкуючого П-регулятора для обмеження гли-бини корекції. Практичне значення: розроблено алгоритмічне забезпечення із підвищеною завадо-стійкістю для системи захоплення руху, яке також може використовуватися для систем ста-білізації та орієнтації; Створено платформу для тестування нового алгоритмічного забезпе-чення. Апробація результатів дисертації (виступи на науково технічних конференціях): 1. ХХ Міжнародна молодіжна науково-практична конференція «Людина і кос-мос», Дніпро, 2018 2. Міжнародна науково-технічна XI конференція молодих вчених «Електроніка - 2018», Київ, 2018 3. Науково-практична конференція студентів та аспірантів «Погляд у майбутнє приладобудування», Київ, 2018The urgency to date is the problem of the use of precise human motion capture system (MoCap), which do not depend on the conditions of the experiment. The use of inertial motion cap-ture systems allows to extend the range of use of such systems. An important problem is the devel-opment of a perturbation-tolerant algorithm and methods of improving accuracy for estimating ori-entation. The master's thesis is executed in accordance with the main directions of scientific research of the department. The purpose of the master's thesis is to increase the perturbation immunity and accuracy of the inertial motion capture system. Task: 1. Overview of the motion capture systems, describe basic principles, describe their charac-teristics. 2. Analysis of orientation algorithms using inertial sensors. 3. Select the basic orientation algorithm, description of its mat. model. 4. Development of the algorithm for increasing noise immunity of the system based on the signals of gyroscopes, accelerometers, magnetometers. 5. Instrument calibration, experimental check of the developed models. 6. Development of own motion capture system. Object: the process of capturing the movement of a person and MoCap system. Subject: Improvement of precision and algorithms perturbation immunity for estimating the orientation of objects and for MoCap system, calibration and taking into account the features of the mathematical model of sensors of an inertial measuring unit. Methods of research: Methods of optimal signal processing, numerical methods, methods of theoretical mechanics, methods of theory of optimal evaluation, filtration algorithms Scientific novelty: 1. For the first time, the method of separating channels of correction of a quaternion-to-full-blown filter of orientation evaluation is proposed. 2. The use of a follower of the P-regulator for limiting globin correction is proposed. Practical significance: algorithmic support with increased noise immunity for the motion capture system, which can also be used for stabilization and orientation systems, is developed; A platform for testing new algorithms is created

Innovative intelligent sensors to objectively understand exercise interventions for older adults

The population of most western countries is ageing and, therefore, the ageing issue now matters more than ever. According to the reports of the United Nations in 2017, there were a total of 15.8 million (26.9%) people over 60 years of age in the United Kindom, and the numbers are projected to reach 23.5 million (31.5%) by 2050. Spending on medical treatment and healthcare for older adults accounts for two-fifths of the UK National Health Service (NHS) budget. Keeping older people healthy is a challenge. In general, exercise is believed to benefit both mental and physical health. Specifically, resistance band exercises are proven by many studies that they have potentially positive effects on both mental and physical health. However, treatment using resistance band exercise is usually done in unmonitored environments, such as at home or in a rehabilitation centre; therefore, the exercise cannot be measured and/or quantified accurately. Despite many years of research, the true effectiveness of resistance band exercises remains unclear. [Continues.]</div