Optical動作捕捉system是一款基于紅外光學原理的動作捕捉system。與慣性原理動作捕捉system、GPS定位系統(tǒng)等定位方式相比，具有精度高、延遲低、實時性強的特點，多用于室內(nèi)場景。系統(tǒng)建立過程可分為三個部分:系統(tǒng)構(gòu)建、數(shù)據(jù)采集與傳輸、數(shù)據(jù)識別與處理。

　　1系統(tǒng)建設(shè)

　　1.1現(xiàn)場施工

　　一套光學動作捕捉系統(tǒng)由紅外光學鏡頭、動作捕捉軟件、反光標識器、POE開關(guān)、線纜、標定架、三腳架等鏡頭固定裝置組成。

　　首先通過三腳架、夾子等鏡頭固定裝置將紅外光學鏡頭布置在場地周圍，保證鏡頭視野能夠覆蓋抓拍區(qū)域，然后將所有鏡頭通過網(wǎng)線連接到POE交換機。鏡頭通過POE開關(guān)供電和數(shù)據(jù)，連接到電腦中的動作捕捉software。軟件啟動后，在頁面中的實時模式操作中連接動作捕捉lens。

　　1.2現(xiàn)場校準

　　系統(tǒng)軟硬件搭建成功并互聯(lián)后，接下來就是現(xiàn)場標定，分為L型標定和T型標定。它的功能是為動作捕捉area建立XYZ坐標系，并計算每個鏡頭在坐標系中的位置和姿態(tài)。只有在標定完成后，才能正確獲得野外每個標志點的三維坐標數(shù)據(jù)。

　　L形校準是通過將L形校準桿放在場地中心并在軟件中進行相應(yīng)設(shè)置來完成的。其目的有兩個:第一，確定一個統(tǒng)一的坐標系。通過在L形桿上定位四個點，系統(tǒng)可以區(qū)分其長軸和短軸，從而定義世界坐標軸的方向和原點位置。其次，這個過程可以給看到L形桿的鏡片一個初始參數(shù)，可以作為后期參數(shù)優(yōu)化的初始值。

　　TT.jpg

　　T形標定的作用是給每個鏡頭足夠的數(shù)據(jù)，使其在原有初始值的基礎(chǔ)上迭代優(yōu)化一個參數(shù)。在這個過程中，軟件處于T型標定模式，操作者在場地中揮舞T型桿，鏡頭實時捕捉大量數(shù)據(jù)。

　　2數(shù)據(jù)采集和傳輸

　　2.1數(shù)據(jù)采集

　　在校準之后，可以獲取被捕獲對象的空間數(shù)據(jù)。在待定位的人或物體表面貼上反光標志點(涂有特殊反光物質(zhì)的銀灰色小球)。動作捕捉鏡片上的LED燈向外發(fā)射紅外光，接收反射標志點反射的紅外光。當多個光學鏡頭同時“看到”一個標志點時，標志點在空間的三維位置就確定了。

　　2.2數(shù)據(jù)傳輸

　　鏡頭采集的反光標志點的位置信息需要實時傳輸?shù)接嬎銠C進行數(shù)據(jù)處理和使用。在optical動作捕捉系統(tǒng)中，所有鏡頭都通過網(wǎng)線連接到交換機。當鏡頭獲得反射標記的空間位置信息后，信息會通過網(wǎng)線傳輸?shù)浇粨Q機，再由交換機傳輸?shù)竭B接的計算機，由動作捕捉軟件實時接收。

　　3數(shù)據(jù)識別和處理

　　在軟件獲得多個反射標記的三維位置之后，下一步是識別物體。同一物體表面有許多反光標記，這些特定點之間的距離是恒定的。因此，同一物體上的一些點被命名，這些點用線連接起來，以表示兩點之間的關(guān)系。這組點名稱和連接信息通過軟件中的操作被記錄為一組標記集。當具有這組標記集信息的對象出現(xiàn)在字段中時，它被系統(tǒng)識別為獨立對象。

　　有些人體動作捕捉需要大量貼片來捕捉數(shù)據(jù)，有專門的貼片型號可供選擇。根據(jù)提供的貼片模型，在人體的固定位置粘貼反光標記，在軟件中進行點的識別、連接和骨骼的綁定。

　　當系統(tǒng)可以實時識別被抓拍物體時，已經(jīng)建立了完整的光學動作捕捉系統(tǒng)，然后可以直接進行動作捕捉。抓取的模型數(shù)據(jù)也可以根據(jù)效果在軟件中實時調(diào)整修正。根據(jù)不同領(lǐng)域的需要，optical動作捕捉系統(tǒng)還可以與測功機等設(shè)備同步捕捉運動和力的數(shù)據(jù)，連接3D軟件生成虛擬角色。