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2016年，全球范圍內(nèi)VR商業(yè)化、普及化的浪潮正在向我們走來。VR是一場交互方式的新革命，人們正在實現(xiàn)由界面到空間的交互方式變遷，這樣的交互極其強(qiáng)調(diào)沉浸感，而用戶想要獲得完全的沉浸感，真正“進(jìn)入”虛擬世界，動作捕捉系統(tǒng)是必須的，可以說動作捕捉技術(shù)是VR產(chǎn)業(yè)隱形鑰匙。 目前動作捕捉系統(tǒng)有慣性式和光學(xué)式兩大主流技術(shù)路線，而光學(xué)式又分為標(biāo)定和非標(biāo)定兩種。那么我們可以將動作捕捉系統(tǒng)分為以下三大主類：基于計算機(jī)視覺的動作捕捉系統(tǒng)（光學(xué)式非標(biāo)定）、基于馬克點的光學(xué)動作捕捉系統(tǒng)（光學(xué)式標(biāo)定）和基于慣性傳感器的動作捕捉系統(tǒng)（慣性式）。接下來我們對這三種形式的動作捕捉系統(tǒng)進(jìn)行簡單的解析。 1.基于計算機(jī)視覺的動作捕捉系統(tǒng) 該類動捕系統(tǒng)比較有代表性的產(chǎn)品分別有捕捉身體動作的Kinect，捕捉手勢的Leap Motion和識別表情及手勢的RealSense實感。 該類動捕系統(tǒng)基于計算機(jī)視覺原理，由多個高速相機(jī)從不同角度對目標(biāo)特征點的監(jiān)視和跟蹤來進(jìn)行動作捕捉的技術(shù)。理論上對于空間中的任意一個點，只要它能同時為兩部相機(jī)所見，就可以確定這一時刻該點在空間中的位置。當(dāng)相機(jī)以足夠高的速率連續(xù)拍攝時，從圖像序列中就可以得到該點的運動軌跡。這類系統(tǒng)采集傳感器通常都是光學(xué)相機(jī)，基于二維圖像特征或三維形狀特征提取的關(guān)節(jié)信息作為探測目標(biāo)。 基于計算機(jī)視覺的動作捕捉系統(tǒng)進(jìn)行人體動作捕捉和識別，可以利用少量的攝像機(jī)對監(jiān)測區(qū)域的多目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控，精度較高；同時，被監(jiān)測對象不需要穿戴任何設(shè)備，約束性小。 然而，采用視覺進(jìn)行人體姿態(tài)捕捉會受到外界環(huán)境很大的影響，比如光照條件、背景、遮擋物和攝像機(jī)質(zhì)量等，在火災(zāi)現(xiàn)場、礦井內(nèi)等非可視環(huán)境中該方法則完全失效。另外，由于視覺域的限制，使用者的運動空間被限制在攝像機(jī)的視覺范圍內(nèi)，降低了實用性。 2.基于馬克點的光學(xué)動作捕捉系統(tǒng) 具有代表性的是美國的Motion Analysis。 該類系統(tǒng)的原理是在運動物體關(guān)鍵部位（如人體的關(guān)節(jié)處等）粘貼Marker點，多個動作捕捉相機(jī)從不同角度實時探測Marker點，數(shù)據(jù)實時傳輸至數(shù)據(jù)處理工作站，根據(jù)三角測量原理精確額計算Marker點的空間坐標(biāo)，再從生物運動學(xué)原理出發(fā)解算出骨骼的6自由度運動。根據(jù)標(biāo)記點發(fā)光技術(shù)不同還分為主動式和被動式光學(xué)動作捕捉系統(tǒng)。 基于馬克點的光學(xué)動作捕捉系統(tǒng)采集的信號量大，空間解算算法復(fù)雜，其實時性與數(shù)據(jù)處理單元的運算速度和解算算法的復(fù)雜度有關(guān)。且該系統(tǒng)在捕捉對象運動時，肢體會遮擋標(biāo)記點，另外對光學(xué)裝置的標(biāo)定工作程序復(fù)雜，這些因素都導(dǎo)致精度變低，價格也相對昂貴。 基于馬克點的光學(xué)動作捕捉系統(tǒng)可以實現(xiàn)同時捕捉多目標(biāo)。但在捕捉多目標(biāo)時，目標(biāo)間若產(chǎn)生遮擋，將影響捕捉系統(tǒng)精度甚至?xí)䜩G失捕捉目標(biāo)。 3.基于慣性傳感器的動作捕捉系統(tǒng) 代表性的產(chǎn)品有諾亦騰開發(fā)的Perception Neuron。 基于慣性傳感器的動捕系統(tǒng)需要在身體的重要節(jié)點佩戴集成加速度計，陀螺儀和磁力計等慣性傳感器設(shè)備，然后通過算法實現(xiàn)動作的捕捉。該系統(tǒng)由慣性器件和數(shù)據(jù)處理單元組成，數(shù)據(jù)處理單元利用慣性器件采集到的運動學(xué)信息，通過慣性導(dǎo)航原理即可完成運動目標(biāo)的姿態(tài)角度測量。 基于慣性傳感器的動捕系統(tǒng)采集到的信號量少，便于實時完成姿態(tài)跟蹤任務(wù)，解算得到的姿態(tài)信息范圍大、靈敏度高、動態(tài)性能好，且慣性傳感器體積小、便于佩戴、價格低廉。相比于上面提到的兩種動作捕捉系統(tǒng)，基于慣性傳感器的動作捕捉系統(tǒng)不會受到光照、背景等外界環(huán)境的干擾，又克服了攝像機(jī)監(jiān)測區(qū)域受限的缺點，并可以實現(xiàn)多目標(biāo)捕捉。 但是由于測量噪聲和游走誤差等因素的影響，慣性傳感器無法長時間地對人體姿態(tài)進(jìn)行精確的跟蹤。 4.各解決方案對比 最后，我們可以通過下面的表格對這幾種動作捕捉系統(tǒng)進(jìn)行簡單的對比： 除了慣性式和光學(xué)式這兩條主線外，還有機(jī)械電動式、聲學(xué)式、電磁式等形式的動作捕捉系統(tǒng)。 文章來源：YiViAn |
