Optical動(dòng)作捕捉system是一款基于紅外光學(xué)原理的動(dòng)作捕捉system。與慣性原理動(dòng)作捕捉system、GPS定位系統(tǒng)等定位方式相比，具有精度高、延遲低、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的特點(diǎn)，多用于室內(nèi)場(chǎng)景。系統(tǒng)建立過程可分為三個(gè)部分:系統(tǒng)構(gòu)建、數(shù)據(jù)采集與傳輸、數(shù)據(jù)識(shí)別與處理。

　　1系統(tǒng)建設(shè)

　　1.1現(xiàn)場(chǎng)施工

　　一套光學(xué)動(dòng)作捕捉系統(tǒng)由紅外光學(xué)鏡頭、動(dòng)作捕捉軟件、反光標(biāo)識(shí)器、POE開關(guān)、線纜、標(biāo)定架、三腳架等鏡頭固定裝置組成。

　　首先通過三腳架、夾子等鏡頭固定裝置將紅外光學(xué)鏡頭布置在場(chǎng)地周圍，保證鏡頭視野能夠覆蓋抓拍區(qū)域，然后將所有鏡頭通過網(wǎng)線連接到POE交換機(jī)。鏡頭通過POE開關(guān)供電和數(shù)據(jù)，連接到電腦中的動(dòng)作捕捉software。軟件啟動(dòng)后，在頁(yè)面中的實(shí)時(shí)模式操作中連接動(dòng)作捕捉lens。

　　1.2現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)

　　系統(tǒng)軟硬件搭建成功并互聯(lián)后，接下來(lái)就是現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定，分為L(zhǎng)型標(biāo)定和T型標(biāo)定。它的功能是為動(dòng)作捕捉area建立XYZ坐標(biāo)系，并計(jì)算每個(gè)鏡頭在坐標(biāo)系中的位置和姿態(tài)。只有在標(biāo)定完成后，才能正確獲得野外每個(gè)標(biāo)志點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

　　L形校準(zhǔn)是通過將L形校準(zhǔn)桿放在場(chǎng)地中心并在軟件中進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置來(lái)完成的。其目的有兩個(gè):第一，確定一個(gè)統(tǒng)一的坐標(biāo)系。通過在L形桿上定位四個(gè)點(diǎn)，系統(tǒng)可以區(qū)分其長(zhǎng)軸和短軸，從而定義世界坐標(biāo)軸的方向和原點(diǎn)位置。其次，這個(gè)過程可以給看到L形桿的鏡片一個(gè)初始參數(shù)，可以作為后期參數(shù)優(yōu)化的初始值。

　　TT.jpg

　　T形標(biāo)定的作用是給每個(gè)鏡頭足夠的數(shù)據(jù)，使其在原有初始值的基礎(chǔ)上迭代優(yōu)化一個(gè)參數(shù)。在這個(gè)過程中，軟件處于T型標(biāo)定模式，操作者在場(chǎng)地中揮舞T型桿，鏡頭實(shí)時(shí)捕捉大量數(shù)據(jù)。

　　2數(shù)據(jù)采集和傳輸

　　2.1數(shù)據(jù)采集

　　在校準(zhǔn)之后，可以獲取被捕獲對(duì)象的空間數(shù)據(jù)。在待定位的人或物體表面貼上反光標(biāo)志點(diǎn)(涂有特殊反光物質(zhì)的銀灰色小球)。動(dòng)作捕捉鏡片上的LED燈向外發(fā)射紅外光，接收反射標(biāo)志點(diǎn)反射的紅外光。當(dāng)多個(gè)光學(xué)鏡頭同時(shí)“看到”一個(gè)標(biāo)志點(diǎn)時(shí)，標(biāo)志點(diǎn)在空間的三維位置就確定了。

　　2.2數(shù)據(jù)傳輸

　　鏡頭采集的反光標(biāo)志點(diǎn)的位置信息需要實(shí)時(shí)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和使用。在optical動(dòng)作捕捉系統(tǒng)中，所有鏡頭都通過網(wǎng)線連接到交換機(jī)。當(dāng)鏡頭獲得反射標(biāo)記的空間位置信息后，信息會(huì)通過網(wǎng)線傳輸?shù)浇粨Q機(jī)，再由交換機(jī)傳輸?shù)竭B接的計(jì)算機(jī)，由動(dòng)作捕捉軟件實(shí)時(shí)接收。

　　3數(shù)據(jù)識(shí)別和處理

　　在軟件獲得多個(gè)反射標(biāo)記的三維位置之后，下一步是識(shí)別物體。同一物體表面有許多反光標(biāo)記，這些特定點(diǎn)之間的距離是恒定的。因此，同一物體上的一些點(diǎn)被命名，這些點(diǎn)用線連接起來(lái)，以表示兩點(diǎn)之間的關(guān)系。這組點(diǎn)名稱和連接信息通過軟件中的操作被記錄為一組標(biāo)記集。當(dāng)具有這組標(biāo)記集信息的對(duì)象出現(xiàn)在字段中時(shí)，它被系統(tǒng)識(shí)別為獨(dú)立對(duì)象。

　　有些人體動(dòng)作捕捉需要大量貼片來(lái)捕捉數(shù)據(jù)，有專門的貼片型號(hào)可供選擇。根據(jù)提供的貼片模型，在人體的固定位置粘貼反光標(biāo)記，在軟件中進(jìn)行點(diǎn)的識(shí)別、連接和骨骼的綁定。

　　當(dāng)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)識(shí)別被抓拍物體時(shí)，已經(jīng)建立了完整的光學(xué)動(dòng)作捕捉系統(tǒng)，然后可以直接進(jìn)行動(dòng)作捕捉。抓取的模型數(shù)據(jù)也可以根據(jù)效果在軟件中實(shí)時(shí)調(diào)整修正。根據(jù)不同領(lǐng)域的需要，optical動(dòng)作捕捉系統(tǒng)還可以與測(cè)功機(jī)等設(shè)備同步捕捉運(yùn)動(dòng)和力的數(shù)據(jù)，連接3D軟件生成虛擬角色。