動作捕捉系統(tǒng)的技術(shù)對比

技術(shù)對比

上世紀(jì)七、八十年代，動作捕捉開始是作為生物力學(xué)研究中的攝影圖像分析工具，隨著技術(shù)的日漸成熟，該技術(shù)開始拓展到教育、訓(xùn)練、運(yùn)動、電腦動畫、電視、電影、視頻游戲等領(lǐng)域。使用者在各個關(guān)節(jié)處配備有標(biāo)記點(diǎn)（Marker），通過標(biāo)記點(diǎn)間位置和角度的變化來識別動作。

動作捕捉系統(tǒng)有機(jī)械鏈接、磁傳感器、光傳感器、聲傳感器和慣性傳感器。每種技術(shù)各有優(yōu)點(diǎn)，但不論何種技術(shù)，用戶都會受到某些限制。

● 光學(xué)式使用光學(xué)感知來確定對象的實(shí)時位置和方向。光學(xué)式設(shè)備主要包括感光設(shè)備（接收器）、光源（發(fā)射器）以及用于信號處理的控制器。感光設(shè)備多種多樣，例如普通攝像機(jī)、光敏二極管等。光源可以是環(huán)境光，也可以是結(jié)構(gòu)光。為了防止可見光的干擾，通常采用紅外線、激光等作為光源。由于光的傳播速度很快，因此光學(xué)式設(shè)備顯著的優(yōu)點(diǎn)是速度快、具有較高的更新率和較低的延遲，較適合實(shí)時性強(qiáng)的場合，在小范圍內(nèi)工作效果好。紅外被動光學(xué)式動捕工作原理：多個相機(jī)組成的捕捉空間，相機(jī)上的近紅外LED照射目標(biāo)物上的反射標(biāo)記點(diǎn)（上圖中周圍的一圈光源就是近紅外光源），相機(jī)對標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行紅外成像，提取標(biāo)記點(diǎn)的二維信息，通過多個相機(jī)對同一標(biāo)記點(diǎn)反饋的空間數(shù)據(jù)，計(jì)算出Marker點(diǎn)的三維位置信息，動捕系統(tǒng)將完成對表演者的動作連續(xù)拍攝、圖像存儲、分析、處理，完成對運(yùn)動軌跡的實(shí)時記錄。

● 慣性式通過盲推得出被跟蹤物體的位置，也就是說*通過運(yùn)動系統(tǒng)內(nèi)部的推算。優(yōu)點(diǎn)是不存在發(fā)射源、不怕遮擋、沒有外界干擾，有無限大的工作空間。缺點(diǎn)是快速積累誤差。 [6] 

● 機(jī)械式是比較古老的跟蹤方式，使用連桿裝置組成。是價格比較便宜、準(zhǔn)確度較高和響應(yīng)時間短的系統(tǒng)。它可以測量物體整個身體運(yùn)動，沒有延遲，而且不受聲、光、電磁波等外界干擾。另外，它能夠與力反饋裝置組合在一起。缺點(diǎn)是比較笨重，不靈活，而且有慣性。由于機(jī)械連接的限制，其工作空間也受到一定的限制，而且工作空間中還有一塊中心地帶是不能進(jìn)入的，俗稱機(jī)械系統(tǒng)死角，使機(jī)械設(shè)備不能進(jìn)入。

● 電磁式利用磁場的強(qiáng)度進(jìn)行位置和方位跟蹤。一般包括發(fā)射器、接收器、接口和計(jì)算機(jī)。優(yōu)點(diǎn)是不存在遮擋問題，接收器與發(fā)射器之間允許有其他物體，也就允許用戶走動。相對于其他運(yùn)動捕捉設(shè)備，它的價格較低、精度適中、采樣率高（可達(dá)120次/秒）、工作范圍大（可達(dá)60m），允許多個磁跟蹤器跟蹤整個身體運(yùn)動，并且增加了跟蹤運(yùn)動的范圍。缺點(diǎn)是易受電子設(shè)備、鐵磁場材料的干擾，可能導(dǎo)致磁場變形引起誤差。測量距離加大時誤差增加，時間延遲交大（33ms），有小的抖動。