WIMUSim: simulating realistic variabilities in wearable IMUs for human activity recognition
Notice bibliographique
Résumé
Introduction Physics simulation has emerged as a promising approach to generate virtual Inertial Measurement Unit (IMU) data, offering a solution to reduce the extensive cost and effort of real-world data collection. However, the fidelity of virtual IMU depends heavily on the quality of the source motion data, which varies with motion capture setups. We hypothesize that improving virtual IMU fidelity is crucial to fully harness the potential of physics simulation for virtual IMU data generation in training Human Activity Recognition (HAR) models. Method To investigate this, we introduce WIMUSim, a 6-axis wearable IMU simulation framework designed to accurately parameterize real IMU properties when deployed on people. WIMUSim models IMUs in wearable sensing using four key parameters: Body (skeletal model), Dynamics (movement patterns), Placement (device positioning), and Hardware (IMU characteristics). Using these parameters, WIMUSim simulates virtual IMU through differentiable vector manipulations and quaternion rotations. A key novelty enabled by this approach is the identification of WIMUSim parameters using recorded real IMU data through gradient descent-based optimization, starting from an initial estimate. This process enhances the fidelity of the virtual IMU by optimizing the parameters to closely mimic the recorded IMU data. Adjusting these identified parameters allows us to introduce physically plausible variabilities. Results Our fidelity assessment demonstrates that WIMUSim accurately replicates real IMU data with optimized parameters and realistically simulates changes in sensor placement. Evaluations using exercise and locomotion activity datasets confirm that models trained with optimized virtual IMU data perform comparably to those trained with real IMU data. Moreover, we demonstrate the use of WIMUSim for data augmentation through two approaches: Comprehensive Parameter Mixing, which enhances data diversity by varying parameter combinations across subjects, outperforming models trained with real and non-optimized virtual IMU data by 4–10 percentage points (pp); and Personalized Dataset Generation, which customizes augmented datasets to individual user profiles, resulting in average accuracy improvements of 4 pp, with gains exceeding 10 pp for certain subjects. Discussion These results underscore the benefit of high-fidelity virtual IMU data and WIMUSim's utility in developing effective data generation strategies, alleviating the challenge of data scarcity in sensor-based HAR.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».