INFO.instruments 专业源于专注
常见问答
您现在的位置:首页 > 常见问答 > 如何选择动作捕捉系统?

如何选择动作捕捉系统?

什么是动作捕捉?
动作捕捉(Motion Capture)又称动态捕捉,是指记录并处理人或其它物体动作的技术。它广泛应用于军事、娱乐、体育、医疗、机器人技术等诸多领域,是人体工效学和生物力学相关研究中的重要研究方法。
三维运动捕捉
什么是三维动作捕捉系统?
三维动作捕捉系统是在三维空间中全面记录物体运动的设备,根据原理不同分为机械式运动捕捉、声学式运动捕捉、电磁式运动捕捉、光学式运动捕捉和惯性式运动捕捉。当前市面上主流的三维动作捕捉设备主要是后两种技术。

qualisys运动捕捉摄像头

qualisys运动捕捉摄像头

xsens惯性运动捕捉传感器

xsens惯性运动捕捉传感器

光学三维运动捕捉系统数据采集

光学三维运动捕捉系统数据采集

惯性三维运动捕捉系统数据采集

惯性三维运动捕捉系统数据采集

常见的光学式运动捕捉大多基于计算机视觉原理,它又可以分为基于Marker点和非Marker点的动作捕捉。基于Marker点的动作捕捉需要在目标物体的关键位置贴上反光点,俗称Marker点,利用高速红外摄像机捕捉目标物体上反光点的运动轨迹,从而反映目标物体在空间中的运动情况。从理论上说,对于空间中的一个点,只要它能同时为两部相机所见,则根据同一时刻两部相机所拍摄的图像和相机参数,可以确定这一时刻该点在空间中的位置。例如,对于人体进行运动捕捉时,经常需要在人体的各个关节和骨性标志处贴上反光球,通过红外高速摄像机拍摄反光点的运动轨迹,随后进行分析和处理,还原人体在空间的运动。近些年来,随着计算机科学的发展,另一种非Marker点的技术正在迅速发展,该方法主要利用图像识别和分析技术,直接对计算机拍摄的图像进行分析。该技术是受到环境干扰最厉害的一种,光线、背景、遮挡等变量都可能对捕捉效果产生较大的影响,但随着计算机视觉技术的不断发展,相信动作捕捉方法的拍摄精度将不断提高。

图像识别技术对人体姿态的自动识别

图像识别技术对人体姿态的自动识别

另外一种较为常见的动作捕捉系统是基于惯性传感器(Inertial Measurement Unit, IMU)的动作捕捉,实际上就是将芯片集成封装成小的模块绑定在身体的各个环节,通过芯片记录的人体环节的空间运动,后期通过计算机进行算法分析从而转化为人体的运动数据。由于惯性捕捉主要是在环节点固定惯性传感器(IMU),通过传感器的运动进行计算位置变化,因此惯性捕捉不容易受到外界环境的影响。但是从效果来进行对照的话,惯性捕捉的精度不如光学捕捉的效果。

惯性三维运动捕捉

惯性三维运动捕捉

三维动作捕捉系统的应用?
三维动作捕捉系统广泛应用于虚拟现实、电影制作、人机功效、康复医学、船舶姿态检测等等,未来必定还有更多的可拓展的发展方向。在电影制作和游戏开发领域,它通常是记录人类人体的动作,并将其转换为数字模型的动作,并生成二维或三维的计算机动画。在军事、体育、医疗等领域,它主要用来记录人体在不同运动情况下的动作信息,为军事装备设计、运动技术分析、损伤预防和术后康复等提供科学指导。在工业领域,它也应用于船舶、无人机等姿态追踪,通过反映真实情况下的运动学参数,帮助设计者调整设计方案。

三维运动捕捉应用案例(影视动画)

三维运动捕捉应用案例(影视动画)

三维运动捕捉应用案例(水下机器人)

三维运动捕捉应用案例(水下机器人)

三维运动捕捉数字模型

三维运动捕捉数字模型

如何选择三维动作捕捉系统?
瑞典Qualisys运动捕捉系统可适应潮湿、水下等极端环境条件,在运动科学、生物力学、工业检测等科研领域有较好的应用。目前惯性动作捕捉成熟度较高是荷兰的一家动作捕捉公司Xsens,他们从20世纪初就开始进行该领域的探索,目前在惯性式动作捕捉领域其产品算法的信效度较高。赢富仪器是以上两种主流三维动作捕捉设备的国内代理商,可为不同需求的动作捕捉要求提供较为全面的解决方案。

QUALISYS三维运动捕捉系统适应极端环境(水下)

QUALISYS三维运动捕捉系统适应极端环境(水下)

QUALISYS三维运动捕捉系统适应极端气候(雪地)

QUALISYS三维运动捕捉系统适应极端气候(雪地)

一般来说,三维动作捕捉系统的选择主要考虑一下两个方面:
根据捕捉场景:光学式和惯性式动作捕捉适用于不同的动作捕捉场景。光学式动作捕捉设备的捕捉的范围受摄像头数量的限制,易受环境影响。由于需要捕捉场景中的标记点,标记点的遮盖和环境中的反光体(玻璃、镜面)都会干扰摄像头数据的采集。因此,光学式动作捕捉适用于运动范围固定且环境中无噪点的区域。相比光学式动作捕捉系统,惯性式动作捕捉对于大范围的运动更加方面易行,且不受光线、环境等因素的影响,适用于环境复杂且运动区域较大的数据采集。

根据精度需求:现有市面上的光学式动作捕捉的设备已经可以达到毫米级别的精度,而惯性式动作捕捉的精度与光学式目前仍存在差距。通常科学研究中的动作捕捉都会优先选取动作光学式动作设备。同样,电影中的面部表情等的拍摄,通常使用光学捕捉来完成,如果是简单的关节或者动作捕捉,则通常采用惯性捕捉方案。