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1、光学式动作捕捉动作捕捉1是实时地准确测量、记录物体在真实三维空间中的运动轨迹或姿态，并在虚 拟三维空间中重建运动物体每一时刻运动状态的高新技术。光学式动作捕捉2 3是基于计算机视觉原理，由多个高速相机从不同角度对目标特征点 的监视和跟踪来进行动作捕捉的技术。理论上对于空间中的任意一个点，只要它能同时为两 部相机所见，就可以确定这一时刻该点在空间中的位置。当相机以足够高的速率连续拍摄时， 从图像序列中就可以得到该点的运动轨迹。这类系统采集传感器通常都是光学相机，不同的 是目标传感器类型不一，一种是在物体上不额外添加标记，基于二维图像特征或三维形状特 征提取的关节信息作为探测目标，这类系统可统称为
2、无标记点式光学动作捕捉系统，另一种 是在物体上粘贴标记点作为目标传感器，这类系统称为标记点式光学动作捕捉。无标记点式光学动作捕捉4原理大致有三种：第一种是基 于普通视频图像的运动捕捉，通过二维图像人形检测提取关 节点在二维图像中的坐标，再根据多相机视觉三维测量计算 关节的三维空间坐标。由于普通图像信息冗杂，这种计算通 常鲁棒性较差，速度很慢，实时性不好，且关节缺乏定量信 息参照，计算误差较大，这类技术目前多处于实验室研究阶 段；第二种是基于主动热源照射分离前后景信息的红外相机 图像的运动捕捉，即所谓的热能式动作捕捉，原理与第一种 类似，只是经过热光源照射后，图像前景和背景分离使得人 形检测速度
3、大幅提升，提升了三维重建的鲁棒性和计算速率；第三种是三维深度信息的运动 捕捉，系统基于结构光编码投射实时获取视场内物体的三维深度信息，根据三维形貌进行人 形检测，提取关节运动轨迹。无标记点式光学动作捕捉技 术普遍存在关节定位计算误差大、缺少骨骼自旋运动自由 度、层级骨骼运动误差累积导致动作变形等问题。标记点式光学动作捕捉系统一般由光学标识点 (Markers)、动作捕捉相机、信号传输设备以及数据处理 工作站组成，人们常称的光学式动作捕捉系统通常是指这 类标记点式动作捕捉系统。在运动物体关键部位(如人体 的关节处等)粘贴 Marker 点，多个动作捕捉相机从不同 角度实时探测Marker点，数据
4、实时传输至数据处理工作站，根据三角测量原理精确额计算 Marker 点的空间坐标，再从生物运动学原理出发解算出骨骼的6 自由度运动。这里根据标 记点发光技术不同还分为主动式和被动式光学动作捕捉系统：主动式光学动作捕捉系统的 Marker 点由 LED 组成， LED 粘贴于人体各个主要关节部位，LED 之间通过线缆连接，由绑在人体表面的电源装置供电，可在一定程度上进行室外动作捕 捉，LED受脉冲信号控制明暗，以此对LED进行时域编码识别，识别鲁棒性好，有较高的跟 踪准确率；缺点是存在捕捉精度不够高，容易因遮挡引起数据缺失，受原理局限的运动变形 导致不利于快速动作的捕捉等问题。被动式光学动作捕捉
5、系统，也称反射式光学动作捕捉系统，其 Marker 点通常是一种高亮 回归式反光球，粘贴于人体各主要关节部位，由动作捕捉镜头上发出的LED照射光经反光球 反射至动捕相机，进行Marker的检测和空间定位。其主要优点是技术成熟，精度高、采样 率高、动作捕捉准确，表演和使用灵活快捷， Marker 点可以很低成本地随意增加和布置， 适用范围很广；缺点是受视场内阳光干扰不适于室外应用， Marker 点容易混淆需要在后处 理中进行人工干预的数据清洗，工作量大。不过新一代的Vicon5、天远的3DMoCap6等专 业动作捕捉系统都植入了先进的智能捕捉技术，具有很强的Marker点自动识别和纠错能力，
6、很大程度上满足了现场实时动画演示的需要，并且大大降低了人工干预的工作量，从本质上 进一步提升了系统的实用性。参考文献1. Motion Capture.维基百科.2014.5.28 引用日期：2014-6-3.2. A Survey of Computer Vision-Based Human Motion Capture . Computer Vision and Image Understanding 81, 231-268(2001)3. A survey of advances in vision-based human motion capture and analysis.Computer Vision and Image Understanding 104, 90-126(2006)4. Markerless Based Human Motion Capture: A Survey, Vision and VR Group, Brunel University5. Vicon Mocap System. Vicon Motion Systems Ltd.6. Tenyoun MoCap System. Tenyoun 3D Technology Co., Ltd
光学式动作捕捉
