机械式运动捕捉依靠机械装置来跟踪和测量运动，典型的系统由多个关节和刚性连杆组成。在可转动的关节中装有角度传感器，可以测得关节转动角度的变化。装置运动时，根据角度传感器的数据和连杆的长度，可以得出A点在空间的运动轨迹。实际上，装置上任何一点的运动轨迹都可以求出。刚性连杆也可以换成长度可变的伸缩杆，用位移传感器测量其长度的变化。
运动捕捉的一种应用形式是将欲捕捉的运动物体与机械结构相连，物体运动带动机械装置运动，从而被传感器记录下来。另一种形式是用带角度传感器的关节和连杆构成一个“可调姿态的数字模型”，其形状可以模拟人体，也可以模拟其它动物、物体。使用者根据剧情的需要，调整模型的姿势，然后锁定。关节的转动被角度传感器测量记录，依据这些角度和模型的机械尺寸，计算出模性的姿态。这些姿态数据传给动画软件，使其中的角色模型也做出一样的姿势，这是一种较早出现的运动捕捉装置。
直到现在仍有一定的市场，国外给这种装置起了个很形象的名字：“猴子”。但“猴子”较难用于连续动作的实时捕捉，需要操作者不断根据剧情要求，调整“猴子”的姿势，很麻烦，主要用于静态造型捕捉和关键帧的确定。
现代的机械式运动捕捉技术则不必再去调整模型的姿态，而是可以实时采集人体的运动数据，只需利用一套外骨骼系统将角度传感器固定在表演者的身上，就可以进行人体的动作数据采集。
优点：
成本低，它的花费可能只是光学式运动捕捉的1/4，电磁式捕捉的1/2。装置定标简单，精度也较高。可以很容易地做到实时数据捕捉，还可以容许多个角色同时表演。
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