1.動作捕捉技術
動作捕捉技術是指利用外部設備對人體結構的運動進行數據記錄和姿態還原的技術。
動作捕捉系統通常由硬件和軟件兩部分構成。硬件包含剛體標記點、采集設備、傳輸設備及數據處理設備等;軟件包含系統設置、空間標定、運動捕捉、數據處理以及3D模型映射模型等功能模塊。
2.主流動作捕捉技術
2.1 光學動作捕捉技術
光學動作捕捉系統基于計算機視覺原理,由多個高速相機從不同角度對目標特征點的監視和跟蹤,同時結合骨骼解算的算法來完成動作捕捉。理論上對于空間中的任意一個點,只要它能同時被兩臺以上相機所見,就可以確定這一時刻該點在空間中的3D位置。當相機以高幀率連續拍攝時,從圖像序列中就可以得到該點的運動軌跡。
光學動捕采集設備通常是光學相機,分兩種:一種是在物體上不額外添加標記,基于二維圖像特征或三維形狀特征提取的關節信息作為探測目標,這類系統統稱為無標記點式光學動作捕捉系統;另一種是在物體上粘貼標記點作為目標探測點,這類系統稱為標記點式光學動作捕捉。
2.1.1無標記點式光學動作捕捉
主流的無標記點式光學動作捕捉采用三維深度信息進行運動捕捉,系統基于結構光編碼投射實時獲取視場內物體的三維深度信息,根據三維形貌進行人形檢測,提取關節概括性的運動軌跡描繪,普遍捕捉解算幀率和精度較低。
2.1.2標記點式光學動作捕捉
標記點式光學動作捕捉系統由光學標記點、動作捕捉相機、傳輸設備以及數據處理工作站組成,市場常說的光學動作捕捉系統通常是指這類標記點式動作捕捉系統。在運動物體關鍵部位(如人體的關節處等)粘貼Marker點,多個動作捕捉相機從不同角度實時探測Marker點,數據實時傳輸至數據處理工作站,根據三角測量原理精確計算Marker點的空間坐標,再從生物運動學原理出發解算出骨骼的6自由度運動數據信息。
根據標記點發光技術不同還分為主動式和被動式光學動作捕捉系統:
2.1.2.1主動式光學動作捕捉
主動式光學動作捕捉系統的Marker點由主動發光LED組成,LED粘貼于人體主要關節部位,安裝比較簡便。采用高亮LED發光,LED受脈沖信號控制明暗,以此對LED進行時域編碼識別,識別效果較好,有較高的跟蹤準確率;LED剛體需進行持續充電,并且由于識別原理原因,在一些需要超高幀率高速運動捕捉、大范圍覆蓋的需求上并不推薦使用,但系統剛體結構不容易損壞,易用性強。
2.1.2.2被動式光學動作捕捉
被動式光學動作捕捉系統,也稱反射式光學動作捕捉系統,其Marker點通常是一種高亮反射式反光球,粘貼于人體各主要關節部位,由動作捕捉相機上發出的LED紅外光經反光球反射至動捕相機,進行Marker的檢測和空間定位。主要優點是技術成熟穩定,采樣率高、動作捕捉準確,表演和使用靈活快捷,空間定位精度誤差通常小于亞毫米級別,識別輸入延遲低于2.9~5毫秒以下;能在不依靠更多外接設備的前提下,僅靠增加Marker點數量而讓系統獨立捕捉更多人的動作,Marker點可以很低成本地隨意增加和布置,對被捕捉物的物體形態種類和空間范圍上適用度較廣。
2.2激光動作捕捉技術
從捕捉原理上,激光動作捕捉技術同屬于主動光學式動作捕捉技術,激光動作捕捉技術基本原理是在空間內安裝多個可發射激光裝置,對空間發射橫豎兩個方向掃射的激光,被定位的物體上放置了多個激光感應接收器,通過計算兩束光線到達定位物體的角度差獲取物體的三維坐標和運動變化信息,完成空間內目標物的定位捕捉。由于系統獨立對每個人體關節多個部位同時進行定位較為困難,通常與慣性動捕設備結合在一起進行全身動捕的使用。在需要捕捉每個骨骼關鍵、姿態動作分析的需求上較不推薦使用。
2.3 其他動作捕捉技術
此外,動作捕捉還有機械式、聲學式、電磁式等動作捕捉技術,但是由于此類技術成本、可行性、精度等均無法達到主流動作捕捉技術水平,所以較少量產應用。
3.北京視動世紀大激光定位系統
STEP持有的激光定位技術及算法全部為自主研發,已申報各項專利近百項,其中已授權國際國內發明專利13項,實用新型專利15項,軟件著作權6項。是全球目前唯一持有全套可用于大空間及異形空間內的激光定位及動作捕捉方案的企業,具備獨家核心知識產權,形成了很高的行業技術壁壘同時產品的性價比極高,穩定性及易用性好。