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动作捕捉系统的技术对比

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技术对比
上世纪七、八十年代,动作捕捉开始是作为生物力学研究中的摄影图像分析工具,随着技术的日渐成熟,该技术开始拓展到教育、训练、运动、电脑动画、电视、电影、视频游戏等领域。使用者在各个关节处配备有标记点(Marker),通过标记点间位置和角度的变化来识别动作。
动作捕捉系统有机械链接、磁传感器、光传感器、声传感器和惯性传感器。每种技术各有优点,但不论何种技术,用户都会受到某些限制。
● 光学式使用光学感知来确定对象的实时位置和方向。光学式设备主要包括感光设备(接收器)、光源(发射器)以及用于信号处理的控制器。感光设备多种多样,例如普通摄像机、光敏二极管等。光源可以是环境光,也可以是结构光。为了防止可见光的干扰,通常采用红外线、激光等作为光源。由于光的传播速度很快,因此光学式设备最显著的优点是速度快、具有较高的更新率和较低的延迟,较适合实时性强的场合,在小范围内工作效果好。红外被动光学式动捕工作原理:多个相机组成的捕捉空间,相机上的近红外LED照射目标物上的反射标记点(上图中周围的一圈光源就是近红外光源),相机对标记点进行红外成像,提取标记点的二维信息,通过多个相机对同一标记点反馈的空间数据,计算出Marker点的三维位置信息,动捕系统将完成对表演者的动作连续拍摄、图像存储、分析、处理,完成对运动轨迹的实时记录。
● 惯性式通过盲推得出被跟踪物体的位置,也就是说完全通过运动系统内部的推算。优点是不存在发射源、不怕遮挡、没有外界干扰,有无限大的工作空间。缺点是快速积累误差。 [6] 
● 机械式是比较古老的跟踪方式,使用连杆装置组成。是价格比较便宜、精确度较高和响应时间短的系统。它可以测量物体整个身体运动,没有延迟,而且不受声、光、电磁波等外界干扰。另外,它能够与力反馈装置组合在一起。缺点是比较笨重,不灵活,而且有惯性。由于机械连接的限制,其工作空间也受到一定的限制,而且工作空间中还有一块中心地带是不能进入的,俗称机械系统死角,使机械设备不能进入。
● 电磁式利用磁场的强度进行位置和方位跟踪。一般包括发射器、接收器、接口和计算机。优点是不存在遮挡问题,接收器与发射器之间允许有其他物体,也就允许用户走动。相对于其他运动捕捉设备,它的价格较低、精度适中、采样率高(可达120次/秒)、工作范围大(可达60m),允许多个磁跟踪器跟踪整个身体运动,并且增加了跟踪运动的范围。缺点是易受电子设备、铁磁场材料的干扰,可能导致磁场变形引起误差。测量距离加大时误差增加,时间延迟交大(33ms),有小的抖动。
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