人體姿態(tài)捕捉方法綜述(編輯修改稿)
2024-10-01 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(jī)交互，極大地改進(jìn)了人機(jī)交互體驗(yàn)。另外，基于手勢的人機(jī)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(shí)驗(yàn)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(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)T(ether)。只需要一個(gè)特制手套和一臺ipad，用戶就可以實(shí)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(shí)驗(yàn)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(yùn)動捕捉的需求深淺來區(qū)分，可以分為全身運(yùn)動捕捉和細(xì)節(jié)運(yùn)動捕捉兩類（臉部、手部等）；如果從動作捕捉是否需要實(shí)時(shí)應(yīng)用來區(qū)分，可以分為實(shí)時(shí)捕捉和非實(shí)時(shí)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(yùn)動捕捉技術(shù)從原理上說可分為光學(xué)式、機(jī)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(shí)時(shí)操控、便捷性、價(jià)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(jī)標(biāo)定[J]. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2004，24（6）：178181.是目前較為常用的方法，主要運(yùn)用在電影和游戲中的動作捕捉，表情捕捉。光學(xué)式運(yùn)動捕捉通過分布在空間中固定位置的多臺攝像機(jī)對目標(biāo)上特定光點(diǎn)（Maker）的監(jiān)視和跟蹤來完成運(yùn)動捕捉的任務(wù)。目前常見的光學(xué)式運(yùn)動捕捉大多基于計(jì)算機(jī)視覺原理。光學(xué)式動作捕捉的優(yōu)點(diǎn)：(1) 表演者活動范圍大，無電纜、機(jī)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(jià)格便宜，便于擴(kuò)充。 光學(xué)式動作捕捉的缺點(diǎn)：(1) 系統(tǒng)整體造價(jià)高昂，一套光學(xué)式動作捕捉系統(tǒng)的造價(jià)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(shí)時(shí)性表現(xiàn)不佳。由于運(yùn)動中各Marker很容易互相混淆和遮擋，從而產(chǎn)生錯(cuò)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(gè)動作捕捉師3天的工作才能完成后期的數(shù)據(jù)處理。. 機(jī)械式動作捕捉機(jī)械式運(yùn)動捕捉依靠機(jī)械裝置來跟蹤和測量運(yùn)動軌跡。典型的系統(tǒng)由多個(gè)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(shí)刻被捕捉對象的形態(tài)。機(jī)械式運(yùn)動捕捉的一種應(yīng)用形式是將欲捕捉的運(yùn)動物體與機(jī)械結(jié)構(gòu)相連，物體運(yùn)動帶動機(jī)械裝置，從而被傳感器實(shí)時(shí)記錄下來。XIst的FullBodyTracker是一種頗具代表性的機(jī)械式運(yùn)動捕捉產(chǎn)品。機(jī)械式動作捕捉的優(yōu)點(diǎn)：(1) 成本低；(2) 精度高，可以較好的還原運(yùn)動姿態(tài)；(3) 實(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)捕捉；(4) 可以同時(shí)捕捉多個(gè)對象，同光學(xué)式相比，排除亮點(diǎn)標(biāo)記的相互影響，干擾較小。機(jī)械式動作捕捉的缺點(diǎn)：使用極不方便，機(jī)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(shí)時(shí)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(gè)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(gè)接收傳感器在電磁場中運(yùn)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?jiǎng)t根據(jù)接收到的信號推算出每個(gè)傳感器所處的空間方位。電磁式動作捕捉優(yōu)點(diǎn)：(1) 記錄信息豐富，因?yàn)樗涗浀氖橇S信息，即不僅能得到空間位置，還能得到方向信息，這一點(diǎn)對某些特殊的應(yīng)用場合很有價(jià)值；(2) 速度快，實(shí)時(shí)性好，動畫系統(tǒng)中的角色模型可以同時(shí)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(diǎn)：(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(yùn)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(yùn)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(gè)超聲波探頭組成，通過超聲波到達(dá)不同探頭的時(shí)間差以計(jì)算出對應(yīng)接收器的空間位置和運(yùn)動方向。傳統(tǒng)聲學(xué)式動作捕捉優(yōu)點(diǎn)：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(diǎn)：(1) 對運(yùn)動的捕捉有較大延遲和滯后，實(shí)時(shí)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(bǔ)償。2． 微軟Sound
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