基于手势SEMG信号控制的虚拟人机交互系统

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1、中国科技大学硕士论文摘要摘要随着计算机技术的进步和应用面的拓宽，通过键盘、鼠标向计算机输入信息的交互方式已成为人机通信的瓶颈，虚拟现实技术的诞生和发展，使这种限制变得更加明显。以人为中心、自然、高效的多通道交互是新一代人机交互的主要目标。近年来，通过识别人类的不同行为，并将识别结果转换为机器命令的交互方式成为国内外研究的热点【l】【2】。作为人类日常生活中最自然的交互方式之一的手势，在此领域具有重要的研究价值。本文基于不同手势动作产生的SEMG信号的特征差异，通过对手势动作SEMG信号的检测、处理和识别，将识别结果作为虚拟环境中虚拟物体运动的控制信息，实现

2、了人与虚拟环境的实时交互，为新一代人机交互方式的发展作出贡献。本文的主要研究内容和研究成果如下：1．虚拟环境的设计和实现。完成虚拟草地、虚拟天空和虚拟飞机的制作，并实现虚拟飞机3个可控自由度的动画制作，以及对三维动画进行仿真测试，测试结果显示该交互动画生动形象。2．手势动作SEMG信号的分类识别，包括离散手势识别和连续手势识别。在离散手势信号识别方面，采用20Hz～300Hz的带通滤波器抑制噪声；利用移动平均值方法进行活动段检测；并采用绝对值积分(IAV)和4阶AR模型方法提取特征；最后采用线性分类器对信号特征空间进行划分，且在此基础上对信号进行分类。连续

3、手势SEMG信号识别，则先按照一定时间长度对信号进行时域分帧，然后运用离散手势动作识别的方法，对每个时间帧进行分类识别。3．虚拟人机交互平台的构建。基于MFC和OpenGL软件开发环境，实现虚拟人机交互平台。该平台分别实现基于离散手势的人机交互和基于连续手势的人机交互两种控制方式，平台主要功能包括：多通道手势动作SEMG信号的采集、识别以及对虚拟飞机的控制等。针对该交互平台系统，本文并且设计单用户和多用户控制方案对其进行测试和结果分析，结果分析证明该系统交互效果十分优异。关键词：表面肌电信号；虚拟环境；人机交互：模式识别AbstractInrecentye

4、ars，埘ththeswiftandviolentgrowingofthecomputersciencetechnology,thedemandoftheconveniencefortheusingofcomputerisincreasing．Sopeople．centered．naturalandefficientmultichannelinteractionbecamethehotresearchofhuman．computerinteraction．Inthisarea，thegestuersasthemostnaturalhunaninteract

5、ionhavetheimportantvalue．Thepaperpresentsareal·-timevirtualhuman·-machineinteractionsystembasedonthesurfaceEMG-basedgesturerecognitiontechnology．SurfaceEMGsignalswerecollectedfromtheupperlimbsofthesubjectwhentheydidsixdefinedhandgestures．ThensurfaceEMGpatternrecognitionalgorithmwa

6、sconductedonthemandtheresultswereusedasinputcommandstocontrol3-DOF(degreeoffreedom)movementsofthevirtualplaneinavirtualenvironment．Sothecontributiontothedevelopmentofanewgenerationhuman-computerinteractionisgivenfromthispaper．Theworkofthispaperfocusesonthefollowingpoints：(1)Thevir

7、tualturf,thevirtualskyandthevirtualplanewerecreatedbasedonOpenGL．AndthevirtualaircraftWascompletedwith3-DOFanimation．Inadditionaexperimentofthesimulationenvironmentisgiven．Theexperimentresultsshowthatthissimulationenvironmentperformedwell．(2)ThediscreteSEMGsingalsrecognitionalgori

8、thmWasachieved．EffectiveSEMGsigna