動(dòng)作捕捉系統(tǒng)的技術(shù)對(duì)比

技術(shù)對(duì)比

上世紀(jì)七、八十年代，動(dòng)作捕捉開(kāi)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(kāi)始拓展到教育、訓(xùn)練、運(yùn)動(dòng)、電腦動(dòng)畫(huà)、電視、電影、視頻游戲等領(lǐng)域。使用者在各個(gè)關(guān)節(jié)處配備有標(biāo)記點(diǎn)（Marker），通過(guò)標(biāo)記點(diǎn)間位置和角度的變化來(lái)識(shí)別動(dòng)作。

動(dòng)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(huì)受到某些限制。

● 光學(xué)式使用光學(xué)感知來(lái)確定對(duì)象的實(shí)時(shí)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(hào)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(jiàn)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(shí)性強(qiáng)的場(chǎng)合，在小范圍內(nèi)工作效果好。紅外被動(dòng)光學(xué)式動(dòng)捕工作原理：多個(gè)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(duì)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(guò)多個(gè)相機(jī)對(duì)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(dòng)捕系統(tǒng)將完成對(duì)表演者的動(dòng)作連續(xù)拍攝、圖像存儲(chǔ)、分析、處理，完成對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡的實(shí)時(shí)記錄。

● 慣性式通過(guò)盲推得出被跟蹤物體的位置，也就是說(shuō)*通過(guò)運(yùn)動(dòng)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(méi)有外界干擾，有無(wú)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(jià)格比較便宜、準(zhǔn)確度較高和響應(yīng)時(shí)間短的系統(tǒng)。它可以測(cè)量物體整個(gè)身體運(yùn)動(dòng)，沒(méi)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(chǎng)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(wèn)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(dòng)。相對(duì)于其他運(yùn)動(dòng)捕捉設(shè)備，它的價(jià)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(gè)磁跟蹤器跟蹤整個(gè)身體運(yùn)動(dòng)，并且增加了跟蹤運(yùn)動(dòng)的范圍。缺點(diǎn)是易受電子設(shè)備、鐵磁場(chǎng)材料的干擾，可能導(dǎo)致磁場(chǎng)變形引起誤差。測(cè)量距離加大時(shí)誤差增加，時(shí)間延遲交大（33ms），有小的抖動(dòng)。