不同原理的國產(chǎn)動作捕捉類型與應(yīng)用現(xiàn)狀
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2022-11-18
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Mechanical
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動作捕捉原理不同的設(shè)備,動作捕捉類型與應(yīng)用現(xiàn)狀也不會相同。
既然是技術(shù),總有不同的實現(xiàn)方式。國產(chǎn)動作捕捉技術(shù)目前可以分為以下幾種:光學(xué)、慣性、機(jī)械、聲學(xué)、電磁。
動作捕捉它通過光學(xué)鏡頭捕捉固定在人體或物體上的標(biāo)志物的位置信息,從而捕捉動作和姿態(tài)。動作捕捉由一整套精密復(fù)雜的光學(xué)相機(jī)實現(xiàn)。基于計算機(jī)視覺原理,多個高速攝像機(jī)從不同角度跟蹤目標(biāo)特征點,捕捉全身動作。動作捕捉可分為被動式和主動式。這種分類不同于標(biāo)記。主動是指標(biāo)志物主動發(fā)光甚至有自己的ID碼,這樣鏡頭就可以在視野內(nèi)觀察到標(biāo)志物自身的光,并記錄捕捉其運動軌跡。無源光學(xué)動作捕捉通過鏡頭本身的燈板發(fā)出特定波長的紅外光,照射標(biāo)識物。標(biāo)識物通過特殊的反射處理,可以反射反光鏡大燈板發(fā)出的紅外光,使鏡頭捕捉并記錄標(biāo)識物在視野內(nèi)的運動軌跡。
光學(xué)動作捕捉系統(tǒng)捕捉人體運動。
慣性動作捕捉是利用慣性導(dǎo)航傳感器AHRS(姿態(tài)參考系統(tǒng))和IMU(慣性測量單元)測量被捕獲的人或物體的運動加速度、方位角、傾斜角等特征。慣性動作捕捉需要各種無線控制,電池組,傳感器等配件。它就像穿在身上的一整套衣服,通過各個部位的傳感器捕捉人體或物體的數(shù)據(jù)。
動作捕捉system依靠機(jī)械裝置來跟蹤和測量運動軌跡。典型的系統(tǒng)由多個接頭和剛性連桿組成。角度傳感器安裝在可旋轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)中,可以測量關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度的變化。當(dāng)裝置運動時,根據(jù)角度傳感器測得的角度變化和連桿的長度,可以得到桿的端點在空間的位置和運動軌跡。
動作捕捉系統(tǒng)一般由發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和處理系統(tǒng)組成。發(fā)射裝置一般指超聲波發(fā)生器,接收系統(tǒng)一般由三個以上的超聲波探頭組成。通過測量聲波從發(fā)射器到傳感器的時間差或相位差,確定到接收器的距離,并根據(jù)三個三角形接收傳感器獲得的距離信息計算超聲波發(fā)生器到接收器的位置和方向。
電磁動作捕捉系統(tǒng)一般由發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和數(shù)據(jù)處理單元組成。發(fā)射源在空間產(chǎn)生按一定時空規(guī)律分布的電磁場;接收傳感器放置在表演者身體的關(guān)鍵位置。當(dāng)表演者在電磁場中移動時,接收傳感器通過電纜或無線將接收到的信號傳輸?shù)教幚韱卧?。根?jù)這些信號,可以計算每個傳感器的空間位置和方向。
動作捕捉設(shè)備應(yīng)用狀態(tài)
機(jī)械動作捕捉雖然成本低,精度高,但是由于機(jī)械設(shè)備的體積和重量,使用起來非常不方便。而聲學(xué)動作捕捉延遲大,精度低,在大多數(shù)應(yīng)用中無法使用。電磁動作捕捉設(shè)備對環(huán)境要求嚴(yán)格。如果演出場地附近有金屬物體,會造成電磁場畸變,影響精度。所以現(xiàn)代很少使用機(jī)械、聲學(xué)、電磁動作捕捉系統(tǒng)。
目前主流的動作捕捉技術(shù)有慣性動作捕捉和光學(xué)動作捕捉。在動作捕捉中,由于主動式標(biāo)記器需要電源,固定標(biāo)記器所需的配件和電路會影響其使用,所以目前主流使用的動作捕捉幾乎都是被動式光學(xué)動態(tài)捕捉。與被動光學(xué)動作捕捉亞毫米級的精度相比,慣性動作捕捉的誤差隨時間積累,其精度不如被動光學(xué)動作捕捉;在使用環(huán)境中,慣性動作捕捉的傳感器長時間暴露在磁場中可能會被磁化,所以要遠(yuǎn)離磁場(包括但不限于電腦、鍵盤、電視等。)使用時。無源光學(xué)動作捕捉在自動控制、運動分析、步態(tài)分析、虛擬現(xiàn)實、人體工程學(xué)、影視動畫等領(lǐng)域往往更具優(yōu)勢。考慮到慣性動作捕捉相對于無源光學(xué)動作捕捉的價格優(yōu)勢,在一些對精度要求不高的姿態(tài)分析領(lǐng)域(比如電影、電視劇中針對某些人的動作捕捉)往往會選擇慣性動作捕捉。