什么是动作捕捉

动作捕捉？什么是动作捕捉？字面意思可以直观地理解为通过各种技术手段记录被观察对象（人或物，或是动物）的动作，并做有效的处理。从专业角度来看，动作捕捉是一项能够实时地准确测量、记录运动物体在实际三维空间中的各类运动轨迹和姿态，并在虚拟三维空间中重构这个物体每个时刻运动状态的高新技术。

不同原理的动作捕捉设备

既然是一项技术，那么总是有各类不同方式实现这项技术的。动作捕捉技术现阶段可以分为以下几种：光学式，惯性式，机械式，声学式，电磁式。

光学式动作捕捉，顾名思义，是通过光学原理来完场物体的捕捉和定位的。是通过光学镜头捕捉固定在人体或是物体上面的marker的位置信息来完成动作姿态捕捉。光学式动作捕捉依靠一整套精密而复杂的光学摄像头来实现，它通过计算机视觉原理，由多个高速摄像机从不同角度对目标特征点进行跟踪来完成全身的动作的捕捉。光学动作捕捉可分为被动式和主动式两种。这个分类是从marker来区别的。主动式是指marker是主动发光甚至可以自带ID编码的，这样镜头在视野中可以通过marker自身发光来观测它，并记录捕捉到其的运动轨迹。而被动式光学动作捕捉是通过镜头本身自带的灯板发出特定波长的红外光，照射到marker上，marker是通过特殊反光处理，可以反射镜头灯板发出的红外光，这样镜头就能在视野里捕捉记录该marker的运动轨迹。

惯性动作捕捉则是采用惯性导航传感器AHRS(航姿参考系统)、IMU(惯性测量单元)测量被捕捉者或物体的运动加速度、方位、倾斜角等特性。惯性动作捕捉需要各类无线控件，电池组，传感器等一些配件。类似一个整装衣服穿在身上，通过各个部位的传感器来捕捉人体或物体的数据。

机械式动作捕捉系统依靠机械装置来跟踪和测量运动轨迹。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情况。装置运动时，根据角度传感器所测得的角度变化和连杆的长度，可以得出杆件末端点在空间中的位置和运动轨迹。

声学式动作捕捉系统一般由发送装置、接收系统和处理系统组成。发送装置一般是指超声波发生器，接收系统一般由三个以上的超声探头组成。通过测量声波从一个发送装置到传感器的时间或者相位差，确定到接受传感器的距离，由三个呈三角排列的接收传感器得到的距离信息解算出超声发生器到接收器的位置和方向。

电磁式动作捕捉系统一般由发射源、接收传感器和数据处理单元组成。发射源在空间产生按一定时空规律分布的电磁场；接收传感器安置在表演者身体的关键位置，随着表演者的动作在电磁场中运动,接收传感器将接收到的信号通过电缆或无线方式传送给处理单元，根据这些信号可以解算出每个传感器的空间位置和方向。

动作捕捉设备应用现状

机械式动作捕捉虽然成本低，精度也较高，但是由于机械设备有尺寸及重量等问题，使用起来非常不方便。而声学式动作捕捉的延迟很大，精度不高，大部分动作捕捉的应用领域都无法使用。电磁式的动作捕捉设备对于环境的要求很严格，如果表演场地附近有金属物品，就会造成电磁场畸变，影响精度。所以，机械式、声学式与电磁式的动作捕捉系统在现代已较少应用。

目前主流的动作捕捉技术是惯性动作捕捉与光学动作捕捉。光学动作捕捉中，由于主动式marker需要供电，在固定marker时需要的配件和线路会影响使用，所以现在主流使用的光学动作捕捉几乎为被动式光学动捕。与被动式光学动作捕捉亚毫米级的精度相比，惯性动作捕捉的误差随着时间而累积，精度上不如被动式光学动作捕捉；在使用环境上，由于惯性动作捕捉的传感器长时间暴露在磁场中可能会造成传感器磁化，所以在使用时要远离磁场（包括但不限于电脑、键盘、电视等）。在自动化控制、运动分析、步态分析、虚拟现实、人机工效、影视动画等领域，被动式光学动作捕捉往往更具优势。考虑到惯性动作捕捉相对被动式光学动作捕捉具有的价格优势，在一些对精度要求不那么高的领域（如部分电影电视中的人群的动作捕捉），往往会选用惯性动作捕捉。