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2016年，全球范圍內VR商業(yè)化、普及化的浪潮正在向我們走來(lái)。VR是一場(chǎng)交互方式的新革命，人們正在實(shí)現由界面到空間的交互方式變遷，這樣的交互極其強調沉浸感，而用戶(hù)想要獲得完全的沉浸感，真正“進(jìn)入”虛擬世界，動(dòng)作捕捉系統是必須的，可以說(shuō)動(dòng)作捕捉技術(shù)是VR產(chǎn)業(yè)隱形鑰匙。 目前動(dòng)作捕捉系統有慣性式和光學(xué)式兩大主流技術(shù)路線(xiàn)，而光學(xué)式又分為標定和非標定兩種。那么我們可以將動(dòng)作捕捉系統分為以下三大主類(lèi)：基于計算機視覺(jué)的動(dòng)作捕捉系統（光學(xué)式非標定）、基于馬克點(diǎn)的光學(xué)動(dòng)作捕捉系統（光學(xué)式標定）和基于慣性傳感器的動(dòng)作捕捉系統（慣性式）。接下來(lái)我們對這三種形式的動(dòng)作捕捉系統進(jìn)行簡(jiǎn)單的解析。 1.基于計算機視覺(jué)的動(dòng)作捕捉系統 該類(lèi)動(dòng)捕系統比較有代表性的產(chǎn)品分別有捕捉身體動(dòng)作的Kinect，捕捉手勢的Leap Motion和識別表情及手勢的RealSense實(shí)感。 該類(lèi)動(dòng)捕系統基于計算機視覺(jué)原理，由多個(gè)高速相機從不同角度對目標特征點(diǎn)的監視和跟蹤來(lái)進(jìn)行動(dòng)作捕捉的技術(shù)。理論上對于空間中的任意一個(gè)點(diǎn)，只要它能同時(shí)為兩部相機所見(jiàn)，就可以確定這一時(shí)刻該點(diǎn)在空間中的位置。當相機以足夠高的速率連續拍攝時(shí)，從圖像序列中就可以得到該點(diǎn)的運動(dòng)軌跡。這類(lèi)系統采集傳感器通常都是光學(xué)相機，基于二維圖像特征或三維形狀特征提取的關(guān)節信息作為探測目標。 基于計算機視覺(jué)的動(dòng)作捕捉系統進(jìn)行人體動(dòng)作捕捉和識別，可以利用少量的攝像機對監測區域的多目標進(jìn)行監控，精度較高；同時(shí)，被監測對象不需要穿戴任何設備，約束性小。 然而，采用視覺(jué)進(jìn)行人體姿態(tài)捕捉會(huì )受到外界環(huán)境很大的影響，比如光照條件、背景、遮擋物和攝像機質(zhì)量等，在火災現場(chǎng)、礦井內等非可視環(huán)境中該方法則完全失效。另外，由于視覺(jué)域的限制，使用者的運動(dòng)空間被限制在攝像機的視覺(jué)范圍內，降低了實(shí)用性。 2.基于馬克點(diǎn)的光學(xué)動(dòng)作捕捉系統 具有代表性的是美國的Motion Analysis。 該類(lèi)系統的原理是在運動(dòng)物體關(guān)鍵部位（如人體的關(guān)節處等）粘貼Marker點(diǎn)，多個(gè)動(dòng)作捕捉相機從不同角度實(shí)時(shí)探測Marker點(diǎn)，數據實(shí)時(shí)傳輸至數據處理工作站，根據三角測量原理精確額計算Marker點(diǎn)的空間坐標，再從生物運動(dòng)學(xué)原理出發(fā)解算出骨骼的6自由度運動(dòng)。根據標記點(diǎn)發(fā)光技術(shù)不同還分為主動(dòng)式和被動(dòng)式光學(xué)動(dòng)作捕捉系統。 基于馬克點(diǎn)的光學(xué)動(dòng)作捕捉系統采集的信號量大，空間解算算法復雜，其實(shí)時(shí)性與數據處理單元的運算速度和解算算法的復雜度有關(guān)。且該系統在捕捉對象運動(dòng)時(shí)，肢體會(huì )遮擋標記點(diǎn)，另外對光學(xué)裝置的標定工作程序復雜，這些因素都導致精度變低，價(jià)格也相對昂貴。 基于馬克點(diǎn)的光學(xué)動(dòng)作捕捉系統可以實(shí)現同時(shí)捕捉多目標。但在捕捉多目標時(shí)，目標間若產(chǎn)生遮擋，將影響捕捉系統精度甚至會(huì )丟失捕捉目標。 3.基于慣性傳感器的動(dòng)作捕捉系統 代表性的產(chǎn)品有諾亦騰開(kāi)發(fā)的Perception Neuron。 基于慣性傳感器的動(dòng)捕系統需要在身體的重要節點(diǎn)佩戴集成加速度計，陀螺儀和磁力計等慣性傳感器設備，然后通過(guò)算法實(shí)現動(dòng)作的捕捉。該系統由慣性器件和數據處理單元組成，數據處理單元利用慣性器件采集到的運動(dòng)學(xué)信息，通過(guò)慣性導航原理即可完成運動(dòng)目標的姿態(tài)角度測量。 基于慣性傳感器的動(dòng)捕系統采集到的信號量少，便于實(shí)時(shí)完成姿態(tài)跟蹤任務(wù)，解算得到的姿態(tài)信息范圍大、靈敏度高、動(dòng)態(tài)性能好，且慣性傳感器體積小、便于佩戴、價(jià)格低廉。相比于上面提到的兩種動(dòng)作捕捉系統，基于慣性傳感器的動(dòng)作捕捉系統不會(huì )受到光照、背景等外界環(huán)境的干擾，又克服了攝像機監測區域受限的缺點(diǎn)，并可以實(shí)現多目標捕捉。 但是由于測量噪聲和游走誤差等因素的影響，慣性傳感器無(wú)法長(cháng)時(shí)間地對人體姿態(tài)進(jìn)行精確的跟蹤。 4.各解決方案對比 最后，我們可以通過(guò)下面的表格對這幾種動(dòng)作捕捉系統進(jìn)行簡(jiǎn)單的對比： 除了慣性式和光學(xué)式這兩條主線(xiàn)外，還有機械電動(dòng)式、聲學(xué)式、電磁式等形式的動(dòng)作捕捉系統。 文章來(lái)源：YiViAn |
