簡介
運動捕捉系統(tǒng)是一種用于準確測量運動物體在三維空間運動狀況的高技術(shù)設(shè)備.它基于計算機圖形學(xué)原理，通過排布在空間中的數(shù)個視頻捕捉設(shè)備將運動物體（跟蹤器)的運動狀況以圖像的形式記錄下來，然后使用計算機對該圖象數(shù)據(jù)進行處理，得到不同時間計量單位上不同物體（跟蹤器）的空間坐標(biāo)（X,Y,Z)。

動作捕捉設(shè)備
動作捕捉設(shè)備一般由以下幾個部分組成:
a) 傳感器。所謂傳感器是固定在運動物體特定部位的跟蹤裝置，它將向Motion capture系統(tǒng)提供運動物體運動的位置信息，一般會隨著捕捉的細致程度確定跟蹤器的數(shù)目。
b) 信號捕捉設(shè)備。這種設(shè)備會因Motion capture系統(tǒng)的類型不同而有所區(qū)別，它們負責(zé)位置信號的捕捉。對于機械系統(tǒng)來說是一塊捕捉電信號的線路板，對于光學(xué)Motion capture系統(tǒng)則是高分辨率紅外攝像機。
c) 數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。Motion capture系統(tǒng)，特別是需要實時效果的Motion capture系統(tǒng)需要將大量的運動數(shù)據(jù)從信號捕捉設(shè)備快速準確地傳輸?shù)接嬎銠C系統(tǒng)進行處理，而數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備就是用來完成此項工作的。
d) 數(shù)據(jù)處理設(shè)備。經(jīng)過Motion capture系統(tǒng)捕捉到的數(shù)據(jù)需要修正、處理后還要有三維模型相結(jié)合才能完成相應(yīng)的工作，這就需要我們應(yīng)用數(shù)據(jù)處理軟件或硬件來完成此項工作。

技術(shù)分類
技術(shù)之一：機械式運動捕捉
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。實際上，裝置上任何一點的運動軌跡都可以求出，剛性連桿也可以換成長度可變的伸縮桿，用位移傳感器測量其長度的變化。

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。X-ist的FullBodyTracker是一種頗具代表性的機械式運動捕捉產(chǎn)品。

這種方法的優(yōu)點是成本低，精度也較高，可以做到實時測量，還可容許多個角色同時表演。但其缺點也非常明顯，主要是使用起來非常不方便，機械結(jié)構(gòu)對表演者的動作阻礙和限制很大。而"猴子"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"猴子"的姿勢，很麻煩，主要用于靜態(tài)造型捕捉和關(guān)鍵幀的確定。

技術(shù)之二：聲學(xué)式運動捕捉
常用的聲學(xué)式運動捕捉裝置由發(fā)送器、接收器和處理單元組成。發(fā)送器是一個固定的超聲波發(fā)生器，接收器一般由呈三角形排列的三個超聲探頭組成。通過測量聲波從發(fā)送器到接收器的時間或者相位差，系統(tǒng)可以計算并確定接收器的位置和方向。Logitech、SAC等公司都生產(chǎn)超聲波運動捕捉設(shè)備。

這類裝置成本較低，但對運動的捕捉有較大延遲和滯后，實時性較差，精度一般不很高，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。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。

技術(shù)之三：電磁式運動捕捉
電磁式運動捕捉系統(tǒng)是目前比較常用的運動捕捉設(shè)備。一般由發(fā)射源、接收傳感器和數(shù)據(jù)處理單元組成。發(fā)射源在空間產(chǎn)生按一定時空規(guī)律分布的電磁場；接收傳感器（通常有10～20個）安置在表演者身體的關(guān)鍵位置，隨著表演者的動作在電磁場中運動,通過電纜或無線方式與數(shù)據(jù)處理單元相連。

它的缺點在于對環(huán)境要求嚴格，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。系統(tǒng)的允許表演范圍比光學(xué)式要小，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。

技術(shù)之四：光學(xué)式運動捕捉
光學(xué)式運動捕捉通過對目標(biāo)上特定光點的監(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。從理論上說，對于空間中的一個點，只要它能同時為兩部相機所見，則根據(jù)同一時刻兩部相機所拍攝的圖像和相機參數(shù)，可以確定這一時刻該點在空間中的位置。當(dāng)相機以足夠高的速率連續(xù)拍攝時，從圖像序列中就可以得到該點的運動軌跡。 MotionAnalysis公司是該領(lǐng)域的佼佼者。

典型的光學(xué)式運動捕捉系統(tǒng)通常使用6～8個相機環(huán)繞表演場地排列，這些相機的視野重疊區(qū)域就是表演者的動作范圍。為了便于處理，通常要求表演者穿上單色的服裝，在身體的關(guān)鍵部位，如關(guān)節(jié)、髖部、肘、腕等位置貼上一些特制的標(biāo)志或發(fā)光點，稱為"Marker"，視覺系統(tǒng)將識別和處理這些標(biāo)志，如圖4所示。系統(tǒng)定標(biāo)后，相機連續(xù)拍攝表演者的動作，并將圖像序列保存下來，然后再進行分析和處理，識別其中的標(biāo)志點，并計算其在每一瞬間的空間位置，進而得到其運動軌跡。為了得到準確的運動軌跡，相機應(yīng)有較高的拍攝速率，一般要達到每秒60幀以上。

如果在表演者的臉部表情關(guān)鍵點貼上Marker，則可以實現(xiàn)表情捕捉，如圖5所示。目前大部分表情捕捉都采用光學(xué)式。

有些光學(xué)運動捕捉系統(tǒng)不依靠Marker作為識別標(biāo)志，例如根據(jù)目標(biāo)的側(cè)影來提取其運動信息，或者利用有網(wǎng)格的背景簡化處理過程等。目前研究人員正在研究不依靠Marker，而應(yīng)用圖像識別、分析技術(shù)，由視覺系統(tǒng)直接識別表演者身體關(guān)鍵部位并測量其運動軌跡的技術(shù)，估計將很快投入實用。

光學(xué)式運動捕捉的優(yōu)點是表演者活動范圍大，無電纜、機械裝置的限制，表演者可以自由地表演，使用很方便。其采樣速率較高，可以滿足多數(shù)高速運動測量的需要。Marker的價格便宜，便于擴充。

這種方法的缺點是系統(tǒng)價格昂貴，雖然它可以捕捉實時運動，但后處理（包括Marker的識別、跟蹤、空間坐標(biāo)的計算）的工作量較大，對于表演場地的光照、反射情況有一定的要求，裝置定標(biāo)也較為煩瑣。特別是當(dāng)運動復(fù)雜時，不同部位的Marker有可能發(fā)生混淆、遮擋，產(chǎn)生錯誤結(jié)果，這時需要人工干預(yù)后處理過程。

主要代表品牌
Motion、IS-1200、ReActor2、Vicon Organic、A.R.T.等等。