运动捕捉是准确测量运动物体在三维空间运动状况的技术，它是实现计算机3D动画快速制作和人体运动数据采集的最佳途径，动作捕捉系统在动画中的应用越来越广泛。动作捕捉技术的应用解决了动画制作过程的瓶颈问题，提高了动画制作的效率和质量。本文主要讲述了基于微机械传感器的人体动作捕捉系统的相关技术和设计与实现。对于整个动作捕捉系统来讲，人体运动姿态的采集及传输是最重要的环节，如果不能获得原始运动数据，不能保证传输的稳定性和实时性，动作捕捉的后续研究就无法展开。本文在对传感器的型号选择和性能分析的基础上，研究了微机械传感器的集成原理。通过建立基于动力学原理的人体模型，对无线传感网络系统包含的传感节点进行设计。本文对簇首节点和汇聚节点进行了功能分析和详细的电路设计，以STM32F103CBT6芯片作为核心主控制器和基于Zigbee技术的JN5139无线传输模块，为系统提供更新率为60Hz的实时运动数据，保证了运动数据传输的实时性和稳定性，同时具备电池电量检测的功能。人体运动重建软件部分，根据人体关节的限制和约束条件，研究了人体运动姿态的标定方法和图形显示软件的实现过程，图形显示软件能够全方位地观看人体动作的实时捕捉动画。在完成了各个模块设计和研究的同时，实现了整个人体动作捕捉系统的设计，并演示了整个系统在三维动画模型软件Poser7和MotionBuilder中的应用。系统演示结果表明：系统功能完整，数据传输稳定。该人体动作捕捉系统主要涉及传感器技术、传感节点设计、ZigBee网络无线传输技术、以及人体模型实时图形重建软件设计，解决了有线通信连接方式的局限性。系统通过绑定在人体关键关节点处的17个微机械传感器采集运动人体的姿态数据，经主控制器系统的获取、整理和发送给接收模块，然后无线接收模块通过USB接口传至PC端姿态显示软件。传感器采集到的人体姿态数据需要映射到虚拟角色的模型上，软件内部经过反向运动学算法将人体的运动姿态解算，驱动三维人体模型运动，实现了人体运动姿态的重现，并对系统采集到的姿态数据进行保存和应用。通过对本系统单人动作捕捉系统的研究，为多人动作捕捉系统的开发提供了一定的理论依据。