人體姿態(tài)捕捉方法綜述(編輯修改稿)
2025-10-01 10:21 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 成者，應(yīng)用于體感領(lǐng)域，開辟了新式游戲玩法。微軟公司最近又發(fā)布了基于SoundWave技術(shù)的手勢捕捉技術(shù)，用于人機交互，極大地改進(jìn)了人機交互體驗。另外，基于手勢的人機交互開發(fā)，leap 3D設(shè)備。除以公司為代表的研發(fā)外，許多高校也進(jìn)行了人體動作捕捉技術(shù)的研究。其中，MIT的媒體實驗室的有形媒體小組，研發(fā)出了一種基于動作捕捉技術(shù)的增強現(xiàn)實技術(shù)T(ether)。只需要一個特制手套和一臺ipad，用戶就可以實現(xiàn)像科幻電影中那樣的虛擬場景。由于國內(nèi)這方面的研究起步較晚，因此還沒有成熟的商用技術(shù)推向市場。但由于動作捕捉技術(shù)越來越重要的地位，目前國內(nèi)不少高校實驗室開始了此方面的研究。. 常見動作捕捉技術(shù)介紹不同的觀察角度，造就了不同的分類方法，動作捕捉技術(shù)也是如此。粗略地說，如果從人們對人體運動捕捉的需求深淺來區(qū)分，可以分為全身運動捕捉和細(xì)節(jié)運動捕捉兩類（臉部、手部等）；如果從動作捕捉是否需要實時應(yīng)用來區(qū)分，可以分為實時捕捉和非實時捕捉兩類；如果從動作捕捉的原理來區(qū)分，則需要詳細(xì)說明一下分類方法。常用的運動捕捉技術(shù)從原理上說可分為光學(xué)式、機械式、電磁式、聲學(xué)式、視頻式、慣性式等六種。幾種捕捉方式在定位精度、實時操控、便捷性、價格成本、多Object 捕捉性能等方面各有優(yōu)劣，相輔相成。. 光學(xué)式動作捕捉[11] 張金劍, 陳福民. 光學(xué)動作捕捉中的攝像機標(biāo)定[J]. 計算機應(yīng)用，2004，24（6）：178181.是目前較為常用的方法，主要運用在電影和游戲中的動作捕捉，表情捕捉。光學(xué)式運動捕捉通過分布在空間中固定位置的多臺攝像機對目標(biāo)上特定光點（Maker）的監(jiān)視和跟蹤來完成運動捕捉的任務(wù)。目前常見的光學(xué)式運動捕捉大多基于計算機視覺原理。光學(xué)式動作捕捉的優(yōu)點：(1) 表演者活動范圍大，無電纜、機械裝置的限制； (2) 表演者可以自由地表演，使用很方便；(3) 采樣速率較高，一般可達(dá)每秒60幀的速率，可滿足大多數(shù)動作捕捉的需求；(4) Marker的價格便宜，便于擴充。 光學(xué)式動作捕捉的缺點：(1) 系統(tǒng)整體造價高昂，一套光學(xué)式動作捕捉系統(tǒng)的造價常高達(dá)數(shù)十萬甚至數(shù)百萬；(2) 系統(tǒng)對環(huán)境要求較高，表演者活動空間范圍有限。光學(xué)式動作捕捉系統(tǒng)對場地的光照及反射情況十分敏感，易造成Marker的誤采集，因此對場地的限制條件較高；(3) 后期處理成本大，實時性表現(xiàn)不佳。由于運動中各Marker很容易互相混淆和遮擋，從而產(chǎn)生錯誤的動作捕捉結(jié)果，因此需要人工后期介入處理數(shù)據(jù)。由于數(shù)據(jù)量巨大，通常一段5分鐘的動作捕捉結(jié)果需要一個動作捕捉師3天的工作才能完成后期的數(shù)據(jù)處理。. 機械式動作捕捉機械式運動捕捉依靠機械裝置來跟蹤和測量運動軌跡。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，可以采集關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動角度的變化情況，以此重繪該時刻被捕捉對象的形態(tài)。機械式運動捕捉的一種應(yīng)用形式是將欲捕捉的運動物體與機械結(jié)構(gòu)相連，物體運動帶動機械裝置，從而被傳感器實時記錄下來。XIst的FullBodyTracker是一種頗具代表性的機械式運動捕捉產(chǎn)品。機械式動作捕捉的優(yōu)點：(1) 成本低；(2) 精度高，可以較好的還原運動姿態(tài)；(3) 實時捕捉，由于數(shù)據(jù)量較小和數(shù)據(jù)處理過程簡單，可以實現(xiàn)實時捕捉；(4) 可以同時捕捉多個對象，同光學(xué)式相比，排除亮點標(biāo)記的相互影響，干擾較小。機械式動作捕捉的缺點：使用極不方便，機械結(jié)構(gòu)對表演者的動作阻礙和限制很大。由于裝置較難用于連續(xù)動作的實時捕捉，需要操作者不斷根據(jù)劇情要求調(diào)整裝置的姿勢，因此主要用于靜態(tài)造型捕捉和關(guān)鍵幀的確定；. 電磁式動作捕捉是目前較為常用的解決方案。系統(tǒng)主要由電磁發(fā)射源，接收傳感器和數(shù)據(jù)處理單元所組成。由電磁發(fā)射源產(chǎn)生一個低頻的空間穩(wěn)定分布的電磁場，被捕捉對象身上佩戴著若干個接收傳感器在電磁場中運動，接收傳感器切割磁感線完成模擬信號到電信號的轉(zhuǎn)換，再將信號傳送給數(shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)處理單元則根據(jù)接收到的信號推算出每個傳感器所處的空間方位。電磁式動作捕捉優(yōu)點：(1) 記錄信息豐富，因為它記錄的是六維信息，即不僅能得到空間位置，還能得到方向信息，這一點對某些特殊的應(yīng)用場合很有價值；(2) 速度快，實時性好，動畫系統(tǒng)中的角色模型可以同時反應(yīng)，便于排演、調(diào)整和修改；(3) 裝置的定標(biāo)比較簡單，技術(shù)較成熟，魯棒性好，成本相對低廉。電磁式動作捕捉缺點：(1) 為了減低抖動和干擾對動作捕捉的影響，一般采樣頻率被限定在了15HZ左右，因此對高速運動比如跑步等的捕捉效果失真度較高；(2) 對環(huán)境要求嚴(yán)格，在表演場地附近不能有金屬物品，否則會造成電磁場畸變，影響精度；(3) 系統(tǒng)的允許表演范圍小，特別是電纜對表演者的活動限制比較大，對于比較劇烈的運動和表演則不適用。. 聲學(xué)式動作捕捉1． 傳統(tǒng)聲學(xué)式主要由超聲波產(chǎn)生器，接收器和處理單元組成。超聲波產(chǎn)生器不間斷的向外發(fā)射超聲波，接收器內(nèi)部由3～4個超聲波探頭組成，通過超聲波到達(dá)不同探頭的時間差以計算出對應(yīng)接收器的空間位置和運動方向。傳統(tǒng)聲學(xué)式動作捕捉優(yōu)點：利用超聲波的穿透性很好的解決人體的遮擋問題，并且成本低廉。傳統(tǒng)聲學(xué)式動作捕捉缺點：(1) 對運動的捕捉有較大延遲和滯后，實時性較差；(2) 精度一般不很高；(3) 聲源和接收器間不能有大的遮擋物體，受噪聲和多次反射等干擾較大；(4) 由于空氣中聲波的速度與氣壓、濕度、溫度有關(guān)，所以還必須在算法中做出相應(yīng)的補償。2． 微軟Sound
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