什么是面部表情捕捉

　　動(dòng)作捕捉？什么是面部表情捕捉？從字面上可以直觀地理解為通過各種技術(shù)手段記錄被觀察對象(人或物，或動(dòng)物)的動(dòng)作，并做有效的處理。但用專業(yè)術(shù)語來說，它是一種能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地測量和記錄物體在實(shí)際三維空間中的各種運(yùn)動(dòng)軌跡和姿態(tài)，并在虛擬三維空間中重建這個(gè)運(yùn)動(dòng)物體在每一時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)的高科技技術(shù)。是的，動(dòng)作捕捉是一項(xiàng)技術(shù)。

　　面部表情捕捉原理不同的設(shè)備

　　既然是技術(shù)，總有不同的實(shí)現(xiàn)方式。動(dòng)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。

　　Optical動(dòng)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(dòng)作和姿態(tài)。Optical動(dòng)作捕捉由一整套精密復(fù)雜的光學(xué)相機(jī)實(shí)現(xiàn)?；谟?jì)算機(jī)視覺原理，多個(gè)高速攝像機(jī)從不同角度跟蹤目標(biāo)特征點(diǎn)，捕捉全身動(dòng)作。Optical動(dòng)作捕捉可分為被動(dòng)式和主動(dòng)式。這種分類不同于標(biāo)記。主動(dòng)是指標(biāo)志物主動(dòng)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(yùn)動(dòng)軌跡。無源光學(xué)動(dòng)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(shí)物。標(biāo)識(shí)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(shí)物在視野內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡。

　　光學(xué)動(dòng)作捕捉系統(tǒng)捕捉人體運(yùn)動(dòng)。

　　慣性動(dòng)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(yùn)動(dòng)加速度、方位角、傾斜角等特征。慣性動(dòng)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(gè)部位的傳感器捕捉人體或物體的數(shù)據(jù)。

　　Mechanical動(dòng)作捕捉system依靠機(jī)械裝置來跟蹤和測量運(yùn)動(dòng)軌跡。典型的系統(tǒng)由多個(gè)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(yùn)動(dòng)時(shí)，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(diǎn)在空間的位置和運(yùn)動(dòng)軌跡。

　　Acoustic動(dòng)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(gè)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(shí)間差或相位差，確定到接收器的距離，并根據(jù)三個(gè)三角形接收傳感器獲得的距離信息計(jì)算超聲波發(fā)生器到接收器的位置和方向。

　　電磁動(dòng)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(shí)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(dòng)時(shí)，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８鶕?jù)這些信號，可以計(jì)算每個(gè)傳感器的空間位置和方向。

　　動(dòng)作捕捉設(shè)備應(yīng)用狀態(tài)

　　機(jī)械動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(huì)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(dòng)作捕捉系統(tǒng)。

　　目前主流的動(dòng)作捕捉技術(shù)有慣性動(dòng)作捕捉和光學(xué)動(dòng)作捕捉。在optical動(dòng)作捕捉中，由于主動(dòng)式標(biāo)記器需要電源，固定標(biāo)記器所需的配件和電路會(huì)影響其使用，所以目前主流使用的optical動(dòng)作捕捉幾乎都是被動(dòng)式光學(xué)動(dòng)態(tài)捕捉。與被動(dòng)光學(xué)動(dòng)作捕捉亞毫米級的精度相比，慣性動(dòng)作捕捉的誤差隨時(shí)間積累，其精度不如被動(dòng)光學(xué)動(dòng)作捕捉；在使用環(huán)境中，慣性動(dòng)作捕捉的傳感器長時(shí)間暴露在磁場中可能會(huì)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(shí)。無源光學(xué)動(dòng)作捕捉在自動(dòng)控制、運(yùn)動(dòng)分析、步態(tài)分析、虛擬現(xiàn)實(shí)、人體工程學(xué)、影視動(dòng)畫等領(lǐng)域往往更具優(yōu)勢?？紤]到慣性動(dòng)作捕捉相對于無源光學(xué)動(dòng)作捕捉的價(jià)格優(yōu)勢，在一些對精度要求不高的領(lǐng)域(比如電影、電視劇中針對某些人的動(dòng)作捕捉)往往會(huì)選擇慣性動(dòng)作捕捉。