光學(xué)動(dòng)捕設(shè)備有哪些（光學(xué)動(dòng)捕設(shè)備有哪些廠家）

大家好！今天讓創(chuàng)意嶺的小編來(lái)大家介紹下關(guān)于光學(xué)動(dòng)捕設(shè)備有哪些的問(wèn)題，以下是小編對(duì)此問(wèn)題的歸納整理，讓我們一起來(lái)看看吧。

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本文目錄:

• 動(dòng)作捕捉的運(yùn)動(dòng)捕捉設(shè)備
• 完整的動(dòng)作捕捉設(shè)備都包含什么？
• 有哪位朋友了解動(dòng)作捕捉設(shè)備，是怎么實(shí)現(xiàn)三維光學(xué)動(dòng)態(tài)測(cè)量分析運(yùn)動(dòng)控制的？
• 國(guó)內(nèi)有哪些優(yōu)質(zhì)的用于機(jī)器人室內(nèi)定位的動(dòng)作捕捉設(shè)備？

動(dòng)作捕捉的運(yùn)動(dòng)捕捉設(shè)備

隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的飛速發(fā)展和動(dòng)畫(huà)制作要求的提高，在發(fā)達(dá)國(guó)家，運(yùn)動(dòng)捕捉已經(jīng)進(jìn)入了實(shí)用化階段，有多家廠商相繼推出了多種商品化的運(yùn)動(dòng)捕捉設(shè)備，如 MotionAnalysis 、 Polhemus 、 Sega Interactive 、 MAC 、 X-Ist 、 FilmBox 等，成功地用于虛擬現(xiàn)實(shí)、游戲、人體工程學(xué)研究、模擬訓(xùn)練、生物力學(xué)研究等許多方面。
從技術(shù)的角度來(lái)說(shuō)，運(yùn)動(dòng)捕捉的實(shí)質(zhì)就是要測(cè)量、跟蹤、記錄物體在三維空間中的運(yùn)動(dòng)軌跡。典型的運(yùn)動(dòng)捕捉設(shè)備一般由以下幾個(gè)部分組成：
· 傳感器。所謂傳感器是固定在運(yùn)動(dòng)物體特定部位的跟蹤裝置，它將向 Motion capture 系統(tǒng)提供運(yùn)動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)的位置信息，一般會(huì)隨著捕捉的細(xì)致程度確定跟蹤器的數(shù)目。
· 信號(hào)捕捉設(shè)備。這種設(shè)備會(huì)因 Motion capture 系統(tǒng)的類型不同而有所區(qū)別，它們負(fù)責(zé)位置信號(hào)的捕捉。對(duì)于機(jī)械系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是一塊捕捉電信號(hào)的線路板，對(duì)于光學(xué) Motion capture 系統(tǒng)則是高分辨率紅外攝像機(jī)。
· 數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。 Motion capture 系統(tǒng)，特別是需要實(shí)時(shí)效果的 Motion capture 系統(tǒng)需要將大量的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)從信號(hào)捕捉設(shè)備快速準(zhǔn)確地傳輸?shù)接?jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理，而數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備就是用來(lái)完成此項(xiàng)工作的。
· 數(shù)據(jù)處理設(shè)備。經(jīng)過(guò) Motion capture 系統(tǒng)捕捉到的數(shù)據(jù)需要修正、處理后還要有三維模型向結(jié)合才能完成計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)制作的工作，這就需要我們應(yīng)用數(shù)據(jù)處理軟件或硬件來(lái)完成此項(xiàng)工作。軟件也好硬件也罷它們都是借助計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)高速的運(yùn)算能力來(lái)完成數(shù)據(jù)的處理，使三維模型真正、自然地運(yùn)動(dòng)起來(lái)。
技術(shù)之一：機(jī)械式運(yùn)動(dòng)捕捉
機(jī)械式運(yùn)動(dòng)捕捉依靠機(jī)械裝置來(lái)跟蹤和測(cè)量運(yùn)動(dòng)軌跡。典型的系統(tǒng)由多個(gè)關(guān)節(jié)和剛性連桿組成，在可轉(zhuǎn)動(dòng)的關(guān)節(jié)中裝有角度傳感器，可以測(cè)得關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)角度的變化情況。裝置運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)角度傳感器所測(cè)得的角度變化和連桿的長(zhǎng)度，可以得出桿件末端點(diǎn)在空間中的位置和運(yùn)動(dòng)軌跡。實(shí)際上，裝置上任何一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡都可以求出，剛性連桿也可以換成長(zhǎng)度可變的伸縮桿，用位移傳感器測(cè)量其長(zhǎng)度的變化。
早期的一種機(jī)械式運(yùn)動(dòng)捕捉裝置是用帶角度傳感器的關(guān)節(jié)和連桿構(gòu)成一個(gè) 可調(diào)姿態(tài)的數(shù)字模型 ，其形狀可以模擬人體，也可以模擬其他動(dòng)物或物體。使用者可根據(jù)劇情的需要調(diào)整模型的姿態(tài)，然后鎖定。角度傳感器測(cè)量并記錄關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，依據(jù)這些角度和模型的機(jī)械尺寸，可計(jì)算出模型的姿態(tài)，并將這些姿態(tài)數(shù)據(jù)傳給動(dòng)畫(huà)軟件，使其中的角色模型也做出一樣的姿態(tài)。這是一種較早出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)捕捉裝置，但直到現(xiàn)在仍有一定的市場(chǎng)。國(guó)外給這種裝置起了個(gè)很形象的名字： 猴子 。
機(jī)械式運(yùn)動(dòng)捕捉的一種應(yīng)用形式是將欲捕捉的運(yùn)動(dòng)物體與機(jī)械結(jié)構(gòu)相連，物體運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)機(jī)械裝置，從而被傳感器實(shí)時(shí)記錄下來(lái)。
這種方法的優(yōu)點(diǎn)是成本低，精度也較高，可以做到實(shí)時(shí)測(cè)量，還可容許多個(gè)角色同時(shí)表演。但其缺點(diǎn)也非常明顯，主要是使用起來(lái)非常不方便，機(jī)械結(jié)構(gòu)對(duì)表演者的動(dòng)作阻礙和限制很大。而 猴子 較難用于連續(xù)動(dòng)作的實(shí)時(shí)捕捉，需要操作者不斷根據(jù)劇情要求調(diào)整 猴子 的姿勢(shì)，很麻煩，主要用于靜態(tài)造型捕捉和關(guān)鍵幀的確定。
技術(shù)之二：聲學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉
常用的聲學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉裝置由發(fā)送器、接收器和處理單元組成。發(fā)送器是一個(gè)固定的超聲波發(fā)生器，接收器一般由呈三角形排列的三個(gè)超聲探頭組成。通過(guò)測(cè)量聲波從發(fā)送器到接收器的時(shí)間或者相位差，系統(tǒng)可以計(jì)算并確定接收器的位置和方向。
這類裝置成本較低，但對(duì)運(yùn)動(dòng)的捕捉有較大延遲和滯后，實(shí)時(shí)性較差，精度一般不很高，聲源和接收器間不能有大的遮擋物體，受噪聲和多次反射等干擾較大。由于空氣中聲波的速度與氣壓、濕度、溫度有關(guān)，所以還必須在算法中做出相應(yīng)的補(bǔ)償。
技術(shù)之三：電磁式運(yùn)動(dòng)捕捉
電磁式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)是比較常用的運(yùn)動(dòng)捕捉設(shè)備。一般由發(fā)射源、接收傳感器和數(shù)據(jù)處理單元組成。發(fā)射源在空間產(chǎn)生按一定時(shí)空規(guī)律分布的電磁場(chǎng)；接收傳感器（通常有 10 ～ 20 個(gè)）安置在表演者身體的關(guān)鍵位置，隨著表演者的動(dòng)作在電磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng) , 通過(guò)電纜或無(wú)線方式與數(shù)據(jù)處理單元相連，見(jiàn)圖 2 和圖 3 所示。
表演者在電磁場(chǎng)內(nèi)表演時(shí)，接收傳感器將接收到的信號(hào)通過(guò)電纜傳送給處理單元，根據(jù)這些信號(hào)可以解算出每個(gè)傳感器的空間位置和方向。 Polhemus 公司和 Ascension 公司均以生產(chǎn)電磁式運(yùn)動(dòng)捕捉設(shè)備而著稱。這類系統(tǒng)的采樣速率一般為每秒 15 ～ 120 次（依賴于模型和傳感器的數(shù)量），為了消除抖動(dòng)和干擾，采樣速率一般在 15Hz 以下。對(duì)于一些高速運(yùn)動(dòng)，如拳擊、籃球比賽等，該采樣速度還不能滿足要求。電磁式運(yùn)動(dòng)捕捉的優(yōu)點(diǎn)首先在于它記錄的是六維信息，即不僅能得到空間位置，還能得到方向信息，這一點(diǎn)對(duì)某些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合很有價(jià)值。其次是速度快，實(shí)時(shí)性好，表演者表演時(shí)，動(dòng)畫(huà)系統(tǒng)中的角色模型可以同時(shí)反應(yīng)，便于排演、調(diào)整和修改。裝置的定標(biāo)比較簡(jiǎn)單，技術(shù)較成熟，魯棒性好，成本相對(duì)低廉。
它的缺點(diǎn)在于對(duì)環(huán)境要求嚴(yán)格，在表演場(chǎng)地附近不能有金屬物品，否則會(huì)造成電磁場(chǎng)畸變，影響精度。系統(tǒng)的允許表演范圍比光學(xué)式要小，特別是電纜對(duì)表演者的活動(dòng)限制比較大，對(duì)于比較劇烈的運(yùn)動(dòng)和表演則不適用。
技術(shù)之四：光學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉
光學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉通過(guò)對(duì)目標(biāo)上特定光點(diǎn)的監(jiān)視和跟蹤來(lái)完成運(yùn)動(dòng)捕捉的任務(wù)。常見(jiàn)的光學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉大多基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)原理。從理論上說(shuō)，對(duì)于空間中的一個(gè)點(diǎn)，只要它能同時(shí)為兩部相機(jī)所見(jiàn)，則根據(jù)同一時(shí)刻兩部相機(jī)所拍攝的圖像和相機(jī)參數(shù)，可以確定這一時(shí)刻該點(diǎn)在空間中的位置。當(dāng)相機(jī)以足夠高的速率連續(xù)拍攝時(shí)，從圖像序列中就可以得到該點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。
典型的光學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)通常使用 6 ～ 8 個(gè)相機(jī)環(huán)繞表演場(chǎng)地排列，這些相機(jī)的視野重疊區(qū)域就是表演者的動(dòng)作范圍。為了便于處理，通常要求表演者穿上單色的服裝，在身體的關(guān)鍵部位，如關(guān)節(jié)、髖部、肘、腕等位置貼上一些特制的標(biāo)志或發(fā)光點(diǎn)，稱為 Marker ，視覺(jué)系統(tǒng)將識(shí)別和處理這些標(biāo)志，如圖 4 所示。系統(tǒng)定標(biāo)后，相機(jī)連續(xù)拍攝表演者的動(dòng)作，并將圖像序列保存下來(lái)，然后再進(jìn)行分析和處理，識(shí)別其中的標(biāo)志點(diǎn)，并計(jì)算其在每一瞬間的空間位置，進(jìn)而得到其運(yùn)動(dòng)軌跡。為了得到準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)軌跡，相機(jī)應(yīng)有較高的拍攝速率，一般要達(dá)到每秒 60 幀以上。
如果在表演者的臉部表情關(guān)鍵點(diǎn)貼上 Marker ，則可以實(shí)現(xiàn)表情捕捉，如圖 5 所示。大部分表情捕捉都采用光學(xué)式。
有些光學(xué)運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)不依靠Marker 作為識(shí)別標(biāo)志，例如根據(jù)目標(biāo)的側(cè)影來(lái)提取其運(yùn)動(dòng)信息，或者利用有網(wǎng)格的背景簡(jiǎn)化處理過(guò)程等。研究人員正在研究不依靠 Marker而應(yīng)用圖像識(shí)別、分析技術(shù)，由視覺(jué)系統(tǒng)直接識(shí)別表演者身體關(guān)鍵部位并測(cè)量其運(yùn)動(dòng)軌跡的技術(shù)，估計(jì)將很快投入實(shí)用。
光學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉的優(yōu)點(diǎn)是表演者活動(dòng)范圍大，無(wú)電纜、機(jī)械裝置的限制，表演者可以自由地表演，使用很方便。其采樣速率較高，可以滿足多數(shù)高速運(yùn)動(dòng)測(cè)量的需要。Marker 數(shù)量可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用購(gòu)置添加，便于系統(tǒng)擴(kuò)充。
這種方法的缺點(diǎn)是系統(tǒng)價(jià)格昂貴，它可以捕捉實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)，但后處理（包括 Marker 的識(shí)別、跟蹤、空間坐標(biāo)的計(jì)算）的工作量較大，適合科研類應(yīng)用。
技術(shù)之五：慣性導(dǎo)航式動(dòng)作捕捉
通過(guò)慣性導(dǎo)航傳感器AHRS(航姿參考系統(tǒng))、IMU(慣性測(cè)量單元)測(cè)量表演者運(yùn)動(dòng)加速度、方位、傾斜角等特性。 不受環(huán)境干擾影響，不怕遮擋。捕捉精確度高，采樣速度高，達(dá)到每秒1000次或更高。由于采用高集成芯片、模塊，體積小、尺寸小，重量輕，性價(jià)比高。慣導(dǎo)傳感器佩戴在表演者頭上，或通過(guò)17個(gè)傳感器組成數(shù)據(jù)服穿戴，通過(guò)USB線、藍(lán)牙、2.4Gzh DSSS無(wú)線等與主機(jī)相聯(lián)，分別可以跟蹤頭部、全身動(dòng)作，實(shí)時(shí)顯示完整的動(dòng)作。
運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用
將運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)用于動(dòng)畫(huà)制作，可極大地提高動(dòng)畫(huà)制作的水平。它極大地提高了動(dòng)畫(huà)制作的效率，降低了成本，而且使動(dòng)畫(huà)制作過(guò)程更為直觀，效果更為生動(dòng)。隨著技術(shù)的進(jìn)一步成熟，表演動(dòng)畫(huà)技術(shù)將會(huì)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，而運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)作為表演動(dòng)畫(huà)系統(tǒng)不可缺少的、最關(guān)鍵的部分，必然顯示出更加重要的地位。
運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)不僅是表演動(dòng)畫(huà)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在其他領(lǐng)域也有著非常廣泛的應(yīng)用前景。
提供新的人機(jī)交互手段 表情和動(dòng)作是人類情緒、愿望的重要表達(dá)形式，運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)完成了將表情和動(dòng)作數(shù)字化的工作，提供了新的人機(jī)交互手段，比傳統(tǒng)的鍵盤(pán)、鼠標(biāo)更直接方便，不僅可以實(shí)現(xiàn) 三維鼠標(biāo) 和 手勢(shì)識(shí)別 ，還使操作者能以自然的動(dòng)作和表情直接控制計(jì)算機(jī)，并為最終實(shí)現(xiàn)可以理解人類表情、動(dòng)作的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和機(jī)器人提供了技術(shù)基礎(chǔ)。
虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng) 為實(shí)現(xiàn)人與虛擬環(huán)境及系統(tǒng)的交互，必須確定參與者的頭部、手、身體等的位置與方向，準(zhǔn)確地跟蹤測(cè)量參與者的動(dòng)作，將這些動(dòng)作實(shí)時(shí)檢測(cè)出來(lái)，以便將這些數(shù)據(jù)反饋給顯示和控制系統(tǒng)。這些工作對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是必不可少的，這也正是運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)的研究?jī)?nèi)容。
機(jī)器人遙控 機(jī)器人將危險(xiǎn)環(huán)境的信息傳送給控制者，控制者根據(jù)信息做出各種動(dòng)作，運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)將動(dòng)作捕捉下來(lái)，實(shí)時(shí)傳送給機(jī)器人并控制其完成同樣的動(dòng)作。與傳統(tǒng)的遙控方式相比，這種系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)更為直觀、細(xì)致、復(fù)雜、靈活而快速的動(dòng)作控制，大大提高機(jī)器人應(yīng)付復(fù)雜情況的能力。在當(dāng)前機(jī)器人全自主控制尚未成熟的情況下，這一技術(shù)有著特別重要的意義。
互動(dòng)式游戲 可利用運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)捕捉游戲者的各種動(dòng)作，用以驅(qū)動(dòng)游戲環(huán)境中角色的動(dòng)作，給游戲者以一種全新的參與感受，加強(qiáng)游戲的真實(shí)感和互動(dòng)性。
體育訓(xùn)練 運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)可以捕捉運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作，便于進(jìn)行量化分析，結(jié)合人體生理學(xué)、物理學(xué)原理，研究改進(jìn)的方法，使體育訓(xùn)練擺脫純粹的依靠經(jīng)驗(yàn)的狀態(tài)，進(jìn)入理論化、數(shù)字化的時(shí)代。還可以把成績(jī)差的運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作捕捉下來(lái)，將其與優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作進(jìn)行對(duì)比分析，從而幫助其訓(xùn)練。
另外，在人體工程學(xué)研究、模擬訓(xùn)練、生物力學(xué)研究等領(lǐng)域，運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)同樣大有可為。
可以預(yù)計(jì)，隨著技術(shù)本身的發(fā)展和相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域技術(shù)水平的提高，運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)將會(huì)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

完整的動(dòng)作捕捉設(shè)備都包含什么？

動(dòng)作捕捉(Motion Capture)是指利用外部設(shè)備對(duì)人體結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄和姿態(tài)還原的技術(shù)。

動(dòng)作捕捉系統(tǒng)通常由硬件和軟件兩部分構(gòu)成。硬件包含剛體標(biāo)記點(diǎn)、采集設(shè)備、傳輸設(shè)備及數(shù)據(jù)處理設(shè)備等；軟件包含系統(tǒng)設(shè)置、空間標(biāo)定、運(yùn)動(dòng)捕捉、數(shù)據(jù)處理以及3D模型映射模型等功能模塊。

以目前非常流行的被動(dòng)式光學(xué)動(dòng)作捕捉系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)也稱為反射式光學(xué)動(dòng)作捕捉系統(tǒng)。其Marker點(diǎn)通常是一種高亮反射式反光球，粘貼于人體各主要關(guān)節(jié)部位，由動(dòng)作捕捉相機(jī)上發(fā)出的LED紅外光經(jīng)反光球反射至動(dòng)捕相機(jī)，進(jìn)行Marker的檢測(cè)和空間定位。主要優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟穩(wěn)定，采樣率高、動(dòng)作捕捉準(zhǔn)確，表演和使用靈活快捷，空間定位精度誤差通常小于亞毫米級(jí)別，識(shí)別輸入延遲低于2.9~5毫秒以下；能在不依靠更多外接設(shè)備的前提下，僅靠增加Marker點(diǎn)數(shù)量而讓系統(tǒng)獨(dú)立捕捉更多人的動(dòng)作，Marker點(diǎn)可以很低成本地隨意增加和布置，對(duì)被捕捉物的物體形態(tài)種類和空間范圍上適用度較廣。

瑞立視動(dòng)作捕捉系統(tǒng)示意

有哪位朋友了解動(dòng)作捕捉設(shè)備，是怎么實(shí)現(xiàn)三維光學(xué)動(dòng)態(tài)測(cè)量分析運(yùn)動(dòng)控制的？

動(dòng)作捕捉設(shè)備是一種能夠在三維空間中全面記錄物體運(yùn)動(dòng)的設(shè)備，它可以根據(jù)不同的原理分為機(jī)械式、聲學(xué)式、電磁式、光學(xué)式和慣性式。其中，光學(xué)式動(dòng)作捕捉設(shè)備是利用多臺(tái)高速攝像機(jī)從不同角度拍攝被測(cè)物體上附著的反光標(biāo)記或發(fā)光標(biāo)記，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件對(duì)圖像進(jìn)行處理，恢復(fù)出物體的三維坐標(biāo)和姿態(tài)。這種設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)高頻率高精度的動(dòng)態(tài)測(cè)量分析運(yùn)動(dòng)控制，并且可以與其他設(shè)備如表面肌電儀、三維測(cè)力平臺(tái)、足底壓力測(cè)量?jī)x等同步運(yùn)行。光學(xué)式動(dòng)作捕捉設(shè)備廣泛應(yīng)用于機(jī)器人、無(wú)人機(jī)編隊(duì)、多智能體協(xié)同控制、6dof定位、虛擬直播、數(shù)字人制作、ai虛擬主播制作、人體運(yùn)動(dòng)捕捉與分析、三維步態(tài)分析、電影動(dòng)畫(huà)、游戲制作等領(lǐng)域。

國(guó)內(nèi)有哪些優(yōu)質(zhì)的用于機(jī)器人室內(nèi)定位的動(dòng)作捕捉設(shè)備？

運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)是無(wú)人機(jī)、機(jī)器人、自動(dòng)駕駛等涉及運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)領(lǐng)域的重要技術(shù)和算法。光學(xué)三維動(dòng)作捕捉系統(tǒng)可以通過(guò)多個(gè)高速攝像機(jī)對(duì)目標(biāo)特征點(diǎn)進(jìn)行跟蹤，以完成全身動(dòng)作的捕捉。這樣，無(wú)人機(jī)和機(jī)器人就可以模仿人體的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)更高的智能化和靈活性。比如北京理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院利用NOKOV的光學(xué)三維動(dòng)作捕捉系統(tǒng)，獲取無(wú)人機(jī)的位姿信息，實(shí)現(xiàn)多無(wú)人機(jī)的空地協(xié)同控制。這是一種利用動(dòng)作捕捉技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)化控制的應(yīng)用。

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