動作捕捉系統(tǒng)的技術對比

技術對比

上世紀七、八十年代，動作捕捉開始是作為生物力學研究中的攝影圖像分析工具，隨著技術的日漸成熟，該技術開始拓展到教育、訓練、運動、電腦動畫、電視、電影、視頻游戲等領域。使用者在各個關節(jié)處配備有標記點（Marker），通過標記點間位置和角度的變化來識別動作。

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

● 光學式使用光學感知來確定對象的實時位置和方向。光學式設備主要包括感光設備（接收器）、光源（發(fā)射器）以及用于信號處理的控制器。感光設備多種多樣，例如普通攝像機、光敏二極管等。光源可以是環(huán)境光，也可以是結構光。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，因此光學式設備顯著的優(yōu)點是速度快、具有較高的更新率和較低的延遲，較適合實時性強的場合，在小范圍內工作效果好。紅外被動光學式動捕工作原理：多個相機組成的捕捉空間，相機上的近紅外LED照射目標物上的反射標記點（上圖中周圍的一圈光源就是近紅外光源），相機對標記點進行紅外成像，提取標記點的二維信息，通過多個相機對同一標記點反饋的空間數(shù)據(jù)，計算出Marker點的三維位置信息，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，完成對運動軌跡的實時記錄。

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

● 機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、準確度較高和響應時間短的系統(tǒng)。它可以測量物體整個身體運動，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。缺點是比較笨重，不靈活，而且有慣性。由于機械連接的限制，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入的，俗稱機械系統(tǒng)死角，使機械設備不能進入。

● 電磁式利用磁場的強度進行位置和方位跟蹤。一般包括發(fā)射器、接收器、接口和計算機。優(yōu)點是不存在遮擋問題，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。相對于其他運動捕捉設備，它的價格較低、精度適中、采樣率高（可達120次/秒）、工作范圍大（可達60m），允許多個磁跟蹤器跟蹤整個身體運動，并且增加了跟蹤運動的范圍。缺點是易受電子設備、鐵磁場材料的干擾，可能導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。