什么是动作捕捉?不同动作捕捉设备的原理详解

  动作捕捉​可以直观地理解为通过各种技术手段记录被观察物体(人、物体或动物)的运动,并对其进行有效处理。从专业的角度来说,动作捕捉设备技术是一种能够三维实时地精确测量和记录运动物体的运动轨迹和姿态,并在虚拟三维空间中重构运动物体的运动状态的新技术。

  现阶段,动作捕捉设备技术可以分为以下几类:光学、惯性、机械、声学和电磁。

  1、光学动作補捉,顾名思义,就是通过光学原理对视场中的物体进行補捉和定位。运动補捉是通过光学镜头補捉固定在人体或物体上的标记的位置来实现的。光学动作捕捉设备依赖于一组复杂的光学相机,它们采用计算机视觉的原理。许多高速摄像机从不同角度跟踪目标特征点,以補捉全身运动。

  2、惯性运动補捉使用惯性导航传感器AHRS和IMU来测量被補捉的人或物体的加速度、方向和倾斜角。惯性运动補捉需要各种无线控制、电池组、传感器和其他附件,与全身衣服类似,人体各部位的传感器補捉关于人体或物体的数据。

  3、机械运动補捉系统依靠机械设备来跟踪和测量运动轨迹。典型的系统由多个接头和刚性连杆组成。角度传感器安装在可旋转接头中,以测量接头的旋转角度。当装置运动时,根据角度传感器测得的角度变化和连杆的长度,可以得到杆的端点在空间的位置和运动轨迹。

  4、声学式动作捕捉设备系统一般由发射机、接收机和处理系统组成。发射装置通常指超声波发生器,接收系统通常由三个以上的超声波探头组成。通过测量声波从发射装置到传感器的相位差或相位差并确定到接收传感器的距离,由三个三角形接收传感器获得的距离信息确定超声波发生器到接纳器的位置和方向。

  5、电磁动作捕捉设备系统一般由发射机、接收机和数据处理单元组成。发射源在空间产生按一定时空规律分布的电磁场,接收传感器位于施术者体内的关键位置,当施术者经过电磁场时,接收传感器将接收到的信号通过有线或无线传输到处理单元,从中可以解算出各个传感器的空间位置和方向。

  动作捕捉设备的应用现状:机械式动作補捉虽然成本低、精度高,但是由于机械动作補捉设备的体积和重量,使用起来非常不方便。声学动作補捉具有高延迟和低精度,因此它不能用于大多数运动捕捉应用。电磁运动補捉设备对环境要求非常严格,如果演出场地附近有金属物体,会造成电磁场畸变,影响精度。因此,现代很少使用机械、声学和电磁运动補捉系统。惯性运动捕捉和光学动作補捉是目前流行的运动補捉技术。

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