動作捕捉技術(shù)原理探究

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1、新生研討課報告題目：動作捕捉技術(shù)原理探究院（系）計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專業(yè)計算機(jī)類學(xué)生楊義威學(xué)號1160300804班號1603008指導(dǎo)教師楊明日期2017.420/20動作捕捉技術(shù)一．動作捕捉技術(shù)及背景u動作捕捉動作捕捉英文Motioncapture,簡稱Mocap。技術(shù)涉及尺寸測量、物理空間里物體的定位及方位測定等方面可以由計算機(jī)直接理解處理的數(shù)據(jù)。在運動物體的關(guān)鍵部位設(shè)置跟蹤器，由Motioncapture系統(tǒng)捕捉跟蹤器位置，再經(jīng)過計算機(jī)處理后得到三維空間坐標(biāo)的數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)被計算機(jī)識別后，可以應(yīng)用在動畫制作，步態(tài)分析，生物力學(xué)，人機(jī)工程等領(lǐng)域。2012年由詹姆斯·

2、卡梅隆導(dǎo)演的電影《阿凡達(dá)》全程運用動作捕捉技術(shù)完成，實現(xiàn)動作捕捉技術(shù)在電影中的完美結(jié)合，具有里程碑式的意義。[1]??其他運用動作捕捉技術(shù)拍攝的著名電影角色還有《猩球崛起》中的猩猩之王凱撒，以及動畫《指環(huán)王》系列中的古魯姆，都為動作捕捉大師安迪·瑟金斯飾演[2]??。2014年8月14日，由夢工廠制作的全息動作捕捉動畫電影《馴龍高手2》在中國大陸上映。除了電影之外，動作捕捉在游戲領(lǐng)域也應(yīng)用的極為廣泛，諸如《光暈：致遠(yuǎn)星》、《神鬼寓言3》、《全面戰(zhàn)爭：幕府將軍2》、《狙擊精英V2》等主機(jī)游戲都應(yīng)用了動作捕捉技術(shù)。u背景動作捕捉的起源普遍被認(rèn)為是費舍爾（Fleischer）

3、在1915年發(fā)明的影像描摹（rotoscope）。這是一個在動畫片制作中產(chǎn)生出的一種技術(shù)。藝術(shù)家通過精細(xì)的描繪播放給他們的真人錄影片段當(dāng)中的每一幀靜態(tài)畫面來模擬出動畫人物在虛擬世界中的具備真實感的表演。這個過程本身是20/20枯燥乏味的。但是對于這些動畫師來說，幸運且具有紀(jì)念意義的是，1983年麻省理工學(xué)院（MIT）研發(fā)出了一套圖形牽線木偶。這套系統(tǒng)使用了早期的光學(xué)動作捕捉系統(tǒng)，叫做“Op-Eye”，它依賴于一系列的發(fā)光二極管，通過制定動作，來生成動畫腳本（Sturman,1999）。本質(zhì)上，這個牽線木偶充當(dāng)了第一套“動作捕捉服裝”。它自帶非常有限數(shù)量的感應(yīng)球,這些球能

4、粗略的定位人體結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵骨骼點的位置。這套技術(shù)的產(chǎn)生，迅速的奠定了動作捕捉在之后迅速發(fā)展的基礎(chǔ)，為后續(xù)各種動作捕捉提供了追尋的方向，也引領(lǐng)了之后動作捕捉技術(shù)的風(fēng)潮，包括今天的動作捕捉技術(shù)在內(nèi)?，F(xiàn)在我們提到動作捕捉技術(shù)，最常聯(lián)想到的圖畫是一個動作捕捉演員身穿全黑的緊身衣，全身關(guān)鍵位置布上了白色的感應(yīng)小球。實際上，這套系統(tǒng)就是依賴于早期光學(xué)跟蹤系統(tǒng)的。關(guān)于動作捕捉最新的發(fā)展實際上也可以說成是圖形提線木偶系統(tǒng)的最終完善的遺產(chǎn)。即使如此，這套標(biāo)準(zhǔn)對比與最新的無感應(yīng)點動作掃描技術(shù)也快速的顯得過時。微軟開發(fā)的應(yīng)用在游戲主機(jī)xbox360上的“kinect”技術(shù)，可以不借助感應(yīng)點掃描

5、并捕捉對象的細(xì)微動作。而NewYork’sOrganicMotion公司注冊的技術(shù)通過即時測量數(shù)臺不同攝像機(jī)之間畫面的精確到毫秒單位的微小交錯時間來測量空間動作數(shù)據(jù)一．動作捕捉技術(shù)基本原理動作捕捉系統(tǒng)是指用來實現(xiàn)動作捕捉的專業(yè)技術(shù)設(shè)備。不同的動作捕捉系統(tǒng)依照的原理不同，系統(tǒng)組成也不盡相同?？傮w來講，動作捕捉系統(tǒng)通常由硬件和軟件兩大部分構(gòu)成。硬件一般包含信號發(fā)射與接收傳感器、信號傳輸設(shè)備以及數(shù)據(jù)處理設(shè)備等；軟件一般包含系統(tǒng)設(shè)置、空間定位定20/20標(biāo)、運動捕捉以及數(shù)據(jù)處理等功能模塊。信號發(fā)射傳感器通常位于運動物體的關(guān)鍵部位，例如人體的關(guān)節(jié)處，持續(xù)發(fā)出的信號由定位傳感器接收

6、后，通過傳輸設(shè)備進(jìn)入數(shù)據(jù)處理工作站，在軟件中進(jìn)行運動解算得到連貫的三維運動數(shù)據(jù)，包括運動目標(biāo)的三維空間坐標(biāo)、人體關(guān)節(jié)的6自由度運動參數(shù)等，并生成三維骨骼動作數(shù)據(jù)，可用于驅(qū)動骨骼動畫，這就是動作捕捉系統(tǒng)普遍的工作流程。動作捕捉系統(tǒng)種類較多，一般地按照技術(shù)原理可分為：機(jī)械式、聲學(xué)式、電磁式、慣性傳感器式、光學(xué)式等五大類，其中光學(xué)式根據(jù)目標(biāo)特征類型不同又可分為標(biāo)記點式光學(xué)和無標(biāo)記點式光學(xué)兩類。近期市場上出現(xiàn)所謂的熱能式動作捕捉系統(tǒng)，本質(zhì)上屬于無標(biāo)記點式光學(xué)動作捕捉范疇，只是光學(xué)成像傳感器主要工作在近紅外或紅外波段。A.機(jī)械式機(jī)械式動作捕捉系統(tǒng)依靠機(jī)械裝置來跟蹤和測量運動軌跡。

7、典型的系統(tǒng)由多個關(guān)節(jié)和剛性連桿組成，在可轉(zhuǎn)動的關(guān)節(jié)中裝有角度傳感器，可以測得關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動角度的變化情況。裝置運動時，根據(jù)角度傳感器所測得的角度變化和連桿的長度，可以得出桿件末端點在空間中的位置和運動軌跡。X-1st是這類產(chǎn)品的代表，其優(yōu)點是成本低，精度高，采樣頻率高，但最大的缺點是動作表演不方便，連桿式結(jié)構(gòu)和傳感器線纜對表演者動作約束和限制很大，特別是連貫的運動受到阻礙，難以實現(xiàn)真實的動態(tài)還原。20/20A.聲學(xué)式聲學(xué)式動作捕捉系統(tǒng)一般由發(fā)送裝置、接收系統(tǒng)和處理系統(tǒng)組成。發(fā)送裝置一般是指超聲波發(fā)生器，接收系統(tǒng)一般由三個以上的超聲探頭陣列組成。