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运动捕捉,让教育学习变得和“呼吸”一样简单

文章出处:欧雷 人气:发表时间:2018-03-08

  上世纪七、八十年代,动作捕捉开始是作为生物力学研究中的摄影图像分析工具,随着技术的日渐成熟,该技术开始拓展到教育、训练、运动、电脑动画、电视、电影、视频游戏等领域。使用者在各个关节处配备有标记点(Marker),通过标记点间位置和角度的变化来识别动作。

北京欧雷运动捕捉系统应用效果案例展示
北京欧雷运动捕捉系统应用案例:《猩球崛起》

 
  随着计算机软硬件技术的飞速发展和动画制作要求的提高,在发达国家,运动捕捉已经进入了实用化阶段,成功地用于虚拟现实、游戏、人体工程学研究、模拟训练、生物力学研究等许多方面。从技术的角度来说,运动捕捉的实质就是要测量、跟踪、记录物体在三维空间中的运动轨迹,典型的运动捕捉设备一般由以下几个部分组成:

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  传感器:所谓传感器是固定在运动物体特定部位的跟踪装置,它将向Motion capture系统提供运动物体运动的位置信息,一般会随着捕捉的细致程度确定跟踪器的数目。

  信号捕捉设备:这种设备会因 Motion capture 系统的类型不同而有所区别,它们负责位置信号的捕捉。对于机械系统来说是一块捕捉电信号的线路板,对于光学 Motion capture 系统则是高分辨率红外摄像机。

  数据传输设备:Motion capture 系统,特别是需要实时效果的 Motion capture 系统需要将大量的运动数据从信号捕捉设备快速准确地传输到计算机系统进行处理,而数据传输设备就是用来完成此项工作的。

  数据处理设备:经过 Motion capture 系统捕捉到的数据需要修正、处理后还要有三维模型向结合才能完成计算机动画制作的工作,这就需要我们应用数据处理软件或硬件来完成此项工作。软件也好硬件也罢它们都是借助计算机对数据高速的运算能力来完成数据的处理,使三维模型真正、自然地运动起来。

欧雷新宇动画告诉你为何使用动作捕捉设备

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  以往的建模方式一般采用3dmax或者Maya这样的建模工具实现。制作周期长,实现难度大。比如在模型制作中我们需要对虚拟人物的动作进行一祯一祯的制作(而一秒的动作则需要24祯,一般的一个动作约为1-2秒),传统方式只能采取原始的手工方式,在软件中一帧一帧的去调整人物的骨骼数据,同时由于调整骨骼动作对技术人员的要求很高,很难在短时间里做出满意的结果,动作常常是古怪变形,所以大量的时间都耗费在了骨骼动作调整上,直接造成了所有涉及到骨骼动作的作品进度严重缓慢的结果;通知由于耗费的时间过长,影响了制作的进度周期。

  根据科学的统计:一秒钟的高品质动画制作的市场价超过150美元,一秒钟的劳力消耗约为8人/小时,其中5.5个单位是动画人的关键桢制作。而使用惯性动作捕捉,1秒钟的劳力消耗少于1人/小时,这在节省4.5个小时的同时,仍可以再制作超过4.5秒的动画。 

  北京欧雷新宇光学式运动捕捉通过对目标上特定光点的监视和跟踪来完成运动捕捉的任务,常见的光学式运动捕捉大多基于计算机视觉原理。从理论上说,对于空间中的一个点,只要它能同时为两部相机所见,则根据同一时刻两部相机所拍摄的图像和相机参数,可以确定这一时刻该点在空间中的位置。当相机以足够高的速率连续拍摄时,从图像序列中就可以得到该点的运动轨迹。


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  北京欧雷新宇光学式运动捕捉系统通常使用6~8个相机环绕表演场地排列,这些相机的视野重叠区域就是表演者的动作范围。为了便于处理,通常要求表演者穿上单色的服装,在身体的关键部位,如关节、髋部、肘、腕等位置贴上一些特制的标志或发光点,称为 "Marker",视觉系统将识别和处理这些标志,系统定标后,相机连续拍摄表演者的动作,并将图像序列保存下来,然后再进行分析和处理,识别其中的标志点,并计算其在每一瞬间的空间位置,进而得到其运动轨迹。为了得到准确的运动轨迹,相机应有较高的拍摄速率,一般要达到每秒60帧以上。

  如果在表演者的脸部表情关键点贴上Marker,则可以实现表情捕捉,大部分表情捕捉都采用光学式。有些光学运动捕捉系统不依靠Marker作为识别标志,例如根据目标的侧影来提取其运动信息,或者利用有网格的背景简化处理过程等。北京欧雷新宇研究人员正在研究不依靠Marker而应用图像识别、分析技术,由视觉系统直接识别表演者身体关键部位并测量其运动轨迹的技术,估计将很快投入实用。

  北京欧雷新宇光学式运动捕捉的优点是表演者活动范围大,无电缆、机械装置的限制,表演者可以自由地表演,使用很方便。其采样速率较高,可以满足多数高速运动测量的需要。Marker数量可根据实际应用购置添加,便于系统扩充。

  动作捕捉系统的软件开发工具包为用户提供了高性价比的人体动作捕捉解决方案,客户可以在任何实际的追踪应用需要中使用业内最热门的动作捕捉装置。