运动捕捉技术通过一些方法将人体运动过程中的姿态数字化,转化为运动分析中的物理量。该技术广泛应用于影视游戏、康复医疗、体能训练、机器人等人机交互领域。本课题针对运动捕捉系统展开研究,设计了一种基于惯性传感单元的可穿戴式人体姿态实时跟踪设备,并对其姿态解算与动作再现算法进行讨论。本文研制的人体姿态跟踪设备采用星型+总线的混合拓扑结构,由多个采集单元和一个数据汇聚单元组成,其中采集单元佩戴在人体全身各关键部位,负责这些关节点的姿态跟踪和数字化,数据汇聚单元是整个设备的核心控制器,它采用RS485三总线并行传输的方式获取系统中各个采集单元的运动传感数据,并通过WIFI无线发送给PC终端。同时,采用时分多址的通信调度策略控制整个系统数据采集的有序性和同步性。本文设计了针对该系统的通用软件接口,将数据导入应用层程序进行姿态的分析和再现。针对惯性传感器的自身特性进行误差补偿,并优化了基于互补滤波的姿态融合算法。采用人体运动学自上而下的分析方法将姿态再现在虚拟人体模型上。本系统经实验测试,在60Hz和120Hz的数据更新率下可支持20个采集单元,系统延时为10ms;在180Hz时可支持15个采集单元,系统延时为7ms。并且该穿戴式实验装置已通过功能验证,可实际应用于人体运动姿态的捕捉。