四川运动光学动作捕捉软件专业技术

    电影《魔戒》里的咕噜姆、《泰迪熊》里的毛绒熊、《阿凡达》里的部落公主……电影里那些经典虚拟形象生动的表演总能深深打动观众，而它们被赋予生命的背后都源于一项重要的科技技术——动作捕捉。动作捕捉（Motioncapture），简称动捕（Mocap），是指记录并处理人或其他物体动作的技术。多个摄影机捕捉真实演员的动作后，将这些动作还原并渲染至相应的虚拟形象身上。这个过程的技术运用即动作捕捉，英文表述为MotionCapture。动作捕捉技术涉及尺寸测量、物理空间里物体的定位及方位测定等方面可以由计算机直接理解处理的数据。在运动物体的关键部位设置**器，由Motioncapture系统捕捉**器位置，再经过计算机处理后得到三维空间坐标的数据。当数据被计算机识别后，可以应用在动画制作，步态分析，生物力学，人机工程等领域。动作捕捉技术的背景动作捕捉的起源普遍被认为是费舍尔（Fleischer）在1915年发明的影像描摹（rotoscope）。这是一个在动画片制作中产生出的一种技术。艺术家通过精细的描绘播放给他们的真人录影片段当中的每一帧静态画面来模拟出动画人物在虚拟世界中的具备真实感的表演。这个过程本身是枯燥乏味的。但是对于这些动画师来说，幸运且具有纪念意义的是。随着技术的进一步成熟，表演动画技术将会得到越来越***的应用;四川运动光学动作捕捉软件专业技术

    这时计算机会把他的表演记录下来，作为角色咕噜的动作数据。**后，动画师会根据瑟金斯的表演，不断完善咕噜的面部细节和动作，之后把制作好的咕噜放回实景镜头中，代替被擦掉的瑟金斯。神神叨叨的咕噜，让人们见识到了动作捕捉的巨大魅力，甚至在《首映》杂志的评选中，咕噜还获得了“史上100个**伟大的电影人物”的第十名。动作捕捉技术塑造了一个电影史上的经典角色。户外捕捉记录面部《猩球崛起》（2011年）拍摄《猩球崛起》时，表演者们已经能够走出捕捉车间，亲近大自然了。因为传统的动作捕捉技术主要是光学式动作捕捉，即通过监视和**演员身上的特定光点来完成动作捕捉，所以非常害怕光线干扰。为了走到户外，负责动作捕捉的维塔工作室必须要解决光线干扰问题，**后他们变被动为主动，把演员身上的反光标记点换成了主动发射红外线的LED灯，再用红外摄像机进行数据捕捉，光干扰问题也就迎刃而解了。拍摄续集《猩球黎明》时，当环境较暗甚至拍摄夜戏，就会在动作捕捉服上安装更亮的LED灯，使摄影机能更好地捕捉动作数据。此外，动作捕捉摄影机的线缆也消失了，全部换成无线数据传输。《猩球崛起》中，安迪·瑟金斯戴上专用头盔。辽宁运动光学动作捕捉软件交互定位这些工作对虚拟现实系统是必不可少的，这也正是运动捕捉技术的研究内容。

    动作捕捉的原理是测量、**、记录物体或标记点的空间坐标与轨迹，数据经过处理后，驱动虚拟角色运动。动作捕捉设备包括传感器，信号捕捉设备，数据传输设备与数据处理设备。二、动作捕捉技术新特点与新趋势（一）由摄影棚捕捉发展为户外实景动作捕捉在电影工业中，一般动作捕捉都是在摄影棚中完成的。例如2009年上映的电影《阿凡达》（Avatar）制作时，剧组建立有史以来比较大的拍摄与动作捕捉影棚，里面有140个专用摄像机，主要采用光学式动捕设备。在摄影棚拍摄与动作捕捉是有缺点的，演员缺乏与实景环境之间的参考与互动，摄影棚与户外完全不同的光学环境，活动范围有限，表演者更希望在实景中拍摄。但户外实景拍摄对动作捕捉技术要求很高，一是要求动捕设备重要是**减少，易于携带，不影响表演。二是光学捕捉系统在实景捕捉中要解决环境光干扰的问题。至2011年，由于技术发展，动捕设备已经很轻巧，不会对表演产生较大影响，并且开发出主动频闪红外光LED标记点新技术，户外实景动作捕捉技术已经成熟，并在多部影片中应用。（二）由单一角色捕捉发展为多角色与多道具捕捉在早期的动作捕捉中，由于受到技术限制，一般是在动捕影棚中对单一角色或单个道具进行捕捉。

    另一方面原理本身基于单脚支撑和地面约束假设，系统无法进行双脚离地的运动定位解算；此外，传感器的自身重量以及线缆连接也会对动作表演形成一定的约束，并且设备成本随捕捉对象数量的增加成倍增长，有些传感器还会受周围环境铁磁体影响精度。光学式动作捕捉系统基于计算机视觉原理[2][3]，由多个高速相机从不同角度对目标特征点的监视和**来完成运动捕捉的任务。理论上对于空间中的任意一个点，只要它能同时为两部相机所见，就可以确定这一时刻该点在空间中的位置。当相机以足够高的速率连续拍摄时，从图像序列中就可以得到该点的运动轨迹。这类系统采集传感器通常都是光学相机，不同的是目标传感器类型不一，一种是在物体上不额外添加标记，基于二维图像特征或三维形状特征提取的关节信息作为探测目标，这类系统可统称为无标记点式光学动作捕捉系统，另一种是在物体上粘贴标记点作为目标传感器，这类系统称为标记点式光学动作捕捉。无标记点式光学动作捕捉[4]原理大致有三种：***种是基于普通视频图像的运动捕捉，通过二维图像人形检测提取关节点在二维图像中的坐标，无标记点式光学系统图册再根据多相机视觉三维测量计算关节的三维空间坐标。由于普通图像信息冗杂。研究人员正在研究不依靠 Marker而应用图像识别、分析技术;

    系统实用性低。动作采样频率一般地，人们会认为相机采集频率越高越好，大部分情况下是可以这样理解的，但这个理解并不***，有个别情况属于例外。事实上，相机采集频率并不等于动作采样频率，用户真正关心的实际是动作采样频率而不是相机采集频率。采样频率指动作捕捉系统单位时间内采集动作关键帧的频率，其中动作关键帧是指某一时刻得到的一套完整的动作数据。毕竟动作采样频率才决定了动作捕捉的细腻程度和采样密度，特别是对于动作分析的用户来讲，采样频率对运动学计算意义重大，例如计算速度、加速度等参数时，较高的动作采样频率尤其重要。对于无标记点式光学系统和被动式光学系统来讲，动作采样频率和相机采集帧率一致，相机每曝光一次即得到一帧完整的动作数据，这时将相机帧率等价于动作采样频率是没有问题的；但是，对于主动式光学系统来讲，原理截然不同，由于采用时序编码的LEDMarker点，不同的LED随时间交替明暗变化，相机每曝光一次实际只对空间中的一个或几个Marker点进行采集，以此实现对不同Marker点的ID识别区分，捕捉时视场内往往有几十甚至上百个Marker点，当对所有Marker点完成一次采集时，才算作一次完整的动作采集，即一个动作关键帧。运动捕捉技术不仅是表演动画中的关键环节，在其他领域也有着非常***的应用前景。四川运动光学动作捕捉软件专业技术

识别其中的标志点，并计算其在每一瞬间的空间位置，进而得到其运动轨迹。四川运动光学动作捕捉软件专业技术

    2016年，全球范围内VR商业化、普及化的浪潮正在向我们走来。VR是一场交互方式的新革命，人们正在实现由界面到空间的交互方式变迁，这样的交互极其强调沉浸感，而用户想要获得完全的沉浸感，真正“进入”虚拟世界，动作捕捉系统是必须的，可以说动作捕捉技术是VR产业隐形钥匙。目前动作捕捉系统有惯性式和光学式两大主流技术路线，而光学式又分为标定和非标定两种。那么我们可以将动作捕捉系统分为以下三大主类：基于计算机视觉的动作捕捉系统（光学式非标定）、基于马克点的光学动作捕捉系统（光学式标定）和基于惯性传感器的动作捕捉系统（惯性式）。接下来我们对这三种形式的动作捕捉系统进行简单的解析。1.基于计算机视觉的动作捕捉系统该类动捕系统比较有**性的产品分别有捕捉身体动作的Kinect，捕捉手势的LeapMotion和识别表情及手势的RealSense实感。该类动捕系统基于计算机视觉原理，由多个高速相机从不同角度对目标特征点的监视和**来进行动作捕捉的技术。理论上对于空间中的任意一个点，只要它能同时为两部相机所见，就可以确定这一时刻该点在空间中的位置。当相机以足够高的速率连续拍摄时，从图像序列中就可以得到该点的运动轨迹。四川运动光学动作捕捉软件专业技术

上海青瞳视觉科技有限公司是一家专注于红外光学位置追踪系统及虚拟现实平台研发的高科技企业，成立于2015年8月，公司位于上海大学科技园内，是国内光学动作捕捉系统生产商之一。公司由一支高素质的研发团队组建，主要成员来自于中科院自动化所、上海交通大学等国内知名高校且具有多年研发经验。目前公司具有完全自主知识产权、自行生产的光学动作捕捉设备和软件，成功研发并推出CMTracker动作捕捉、IQFace表情捕捉、VirtualHand手势捕捉、SLAM定位、VRWizard虚拟仿真平台等产品。系统服务于虚拟现实主题乐园，影视，游戏等泛娱乐等文化产业，也可应用于医疗、运动分析、工业仿真、机器人、无人机等领域。在VR和AR技术影响世界科技创新浪潮之际，团队专注于交互方案研究，为客户提供稳定，满意的交互方案。