表演动画中的运动捕捉技术
基于运动捕捉技术的3D动画制作研究
基于运动捕捉技术的3D动画制作研究运动捕捉技术是一项应用广泛的技术，可用于电影、视频游戏、动画等多个领域。
在3D动画制作中，运动捕捉技术可以使人物动作更自然、流畅。
本文将探讨基于运动捕捉技术的3D动画制作研究。
一、运动捕捉技术概述运动捕捉技术是一项通过传感器捕捉人体、动物或物体运动的技术。
它可以记录一个对象在三维空间中的运动轨迹，以便后续测量、分析和生成动画。
传感器可以采用惯性导航系统、光电传感器、电容传感器等不同的技术。
在运动捕捉技术中，最常用的就是光电传感器。
二、运动捕捉技术在3D动画制作中的应用运动捕捉技术可以为3D动画制作提供真实、自然的动作效果。
在制作3D动画中，使用运动捕捉可以将真实角色的运动记录下来，然后将其应用到3D模型上，使得3D模型的动作更加符合真实人物的运动形态。
在制作视频游戏、电影中，运动捕捉技术也发挥着重要作用。
三、运动捕捉技术的优点通过运动捕捉技术，可以快速、准确地记录对象的运动，随后使用记录的运动数据生成3D动画。
运动捕捉可以让虚构的角色或物体以更自然、流畅的方式移动和行动。
在电影制作中，运动捕捉技术可以节省制作成本和时间，同时提高动作效果的真实性。
四、运动捕捉技术的局限性运动捕捉技术需要使用高昂的捕捉设备，比如光电传感器等。
此外，设备的校准、设置和安装都需要特殊的技能和经验。
另外，由于数据收集的限制，运动捕捉制作的3D模型往往是局限于已记录的信息。
在实际动作制作中，很难捕捉到所有可能的动作形式和细节。
在使用运动捕捉技术时，还需要进行后期处理和修正。
五、运动捕捉技术的未来发展随着技术的不断进步，运动捕捉技术的应用已经不仅限于电影、游戏领域，而且在医疗保健、体育训练、机器人等多个领域也得到了广泛的应用。
未来，运动捕捉技术将会更普及、更便捷、更完善，其应用领域也将更为广阔。
六、结论基于运动捕捉技术的3D动画制作是一项高度技术化的工作。
运动捕捉不仅可以为3D动画制作带来真实、自然的动作效果，而且可以大大提高效率，并节省制作成本。
运动捕捉技术在影视创作中的发展
运动捕捉技术在影视创作中的发展运动捕捉技术是指通过传感器、相机等设备，对人体或物体的运动进行实时跟踪，并将其转化为数字数据。
随着科技的不断发展，运动捕捉技术在影视创作中得到了广泛的应用和发展。
运动捕捉技术在动画制作中起到了至关重要的作用。
传统的动画制作过程需要逐帧绘制角色的动作，非常繁琐且耗时。
而运动捕捉技术通过捕捉实际演员的动作，并将其应用于虚拟角色上，能够大大节省制作时间和成本。
在电影《阿凡达》的制作过程中，运动捕捉技术被广泛应用，使得虚拟角色的动作更加逼真，为整部电影增添了许多亮点。
运动捕捉技术在电影特效制作中也发挥了重要的作用。
通过运动捕捉技术，特效制作团队能够捕捉到现实世界中各种复杂的运动，例如人物的跳跃、飞行、战斗等动作。
这些数据能够给特效制作师提供非常准确的参考，使得特效场景的动作更加逼真精确。
在电影《猩球崛起：黎明之战》中，运动捕捉技术被用来制作人类与猩猩之间的战斗场景，使得整个场景更加震撼和真实。
运动捕捉技术也在游戏制作中发挥了重要的作用。
通过运动捕捉技术，游戏开发者能够将现实世界中的人体动作转化为游戏中的角色动作，使得游戏中的角色动作更加自然流畅。
这不仅提升了游戏的可玩性和观赏性，也增强了玩家的身临其境感。
在游戏《刺客信条》系列中，运动捕捉技术被广泛应用，使得游戏人物的动作更加逼真。
运动捕捉技术在影视创作中的发展还面临一些挑战和改进空间。
传感器精度和数据处理能力的提升仍然是一个重要的问题。
目前的运动捕捉设备还存在着数据漂移、延迟等问题，需要进一步提高设备的性能和精确度。
运动捕捉技术应用于虚拟场景中仍然存在一定的限制。
复杂的服装纹理、发型以及细节部分的捕捉仍然面临一定的难度。
需要进一步改进设备和算法，提高对细节部分的捕捉精度和逼真度。
运动捕捉技术在影视创作中发展迅速，并获得了广泛的应用。
它在动画制作、电影特效制作和游戏制作等领域中发挥了重要的作用。
随着技术的不断发展和改进，相信运动捕捉技术将在未来的影视创作中发挥更加重要的作用。
动作捕捉技术
动作捕捉技术动作捕捉技术是一种利用传感器捕捉人体动作并转化为数字数据的技术。
通过这种技术，可以准确地记录和还原人体运动过程，为许多领域提供了重要的帮助。
动作捕捉技术最早是在电影制作中使用的，用于准确记录演员的动作，并在计算机生成的场景中实现完美的动画。
现如今，这项技术已经广泛应用于电子游戏、体育训练、人体仿真、医学研究等领域。
动作捕捉技术的基本原理是利用传感器追踪特定部位或全身的运动。
常用的传感器包括惯性传感器、光学传感器和磁性传感器等。
这些传感器能够精确地记录人体运动的速度、角度和方向，并将这些数据传输到计算机中进行分析和处理。
在电子游戏领域，动作捕捉技术被广泛应用于角色动画的制作。
通过捕捉真实人体的动作，游戏开发者可以更好地塑造游戏中的角色形象，并使其运动更加自然逼真。
这为玩家提供了更好的游戏体验。
在体育训练领域，动作捕捉技术可以帮助运动员改善运动技巧和姿势。
通过分析运动员的动作数据，教练可以找出不足之处，并提供针对性的训练建议。
这有助于提高运动员的竞技水平，并减少运动伤害的风险。
在医学研究领域，动作捕捉技术被用于研究人体的运动功能。
通过准确记录和分析患者的运动数据，医生可以更好地了解和诊断运动障碍，制定更有效的康复计划。
除了以上应用领域，动作捕捉技术还被用于人体仿真、虚拟现实等领域。
例如，在人体仿真中，可以利用动作捕捉技术将真实人体的动作转化为虚拟角色的动作，从而实现高度逼真的仿真效果。
在虚拟现实中，动作捕捉技术可以实时捕捉玩家的动作，并将其应用到虚拟世界中，提供沉浸式的游戏体验。
总之，动作捕捉技术已经成为现代科技中不可或缺的一部分。
它在电影制作、游戏开发、体育训练、医学研究、人体仿真和虚拟现实等领域发挥着重要作用。
随着技术的不断进步，动作捕捉技术将会在更多领域得到创新和应用，为人们带来更多的便利和惊喜。
影视动画制作中运动捕捉技术的运用分析-计算机应用技术论文-计算机论文
影视动画制作中运动捕捉技术的运用分析-计算机应用技术论文-计算机论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——动画制作论文第八篇：影视动画制作中运动捕捉技术的运用分析摘要：计算机技术的进步推动了影视动画制作技术的飞速发展, 运动捕捉技术则是影视动画制作过程中非常重要的一项技术, 使影视动画的场景更加形象和生动。
本文立足于运动捕捉技术的原理, 详细分析了三维重建等技术在影视动画制作过程中的具体应用。
关键词：运动捕捉技术; 动画制作; 场景设计; 三维重建;Analysis of the application of motion capture technology in movie and TV animation productionLIU BingCollege of Fine Arts, Hubei University of Arts and SciencesAbstract：The progress of computer technology to promote the rapid development of the film and television animation technology, motion capture technology is very important in the process of film and television animation a technology, make the film and television animation scene more image and vivid.Based on the principle of motion capture technology, this paper analyzes in detail the application of 3 d reconstruction technology in the process of film and television animation production.影视动画制作是一项系统、复杂的工作, 传统技术制作动画不仅耗时长, 而且效果并不好。
运动捕捉技术在影视创作中的发展
运动捕捉技术在影视创作中的发展随着科技的不断进步和发展，运动捕捉技术（Motion Capture，简称MoCap）在影视创作领域中的应用越来越广泛。
运动捕捉技术是一种可以将真实运动转化为虚拟人物或动画角色运动的技术，通过捕捉动作的细微变化，精确复制人类的动作。
运动捕捉技术最早起源于20世纪60年代，在那时，它主要是通过无线传感器来捕捉人体运动。
由于技术限制，这种方法的精确度不高，存在许多问题，比如动作的延迟、陀螺仪漂移等。
随着时间的推移，技术逐渐进步，现代运动捕捉技术采用了更先进的成像设备，例如红外线摄像机、激光扫描器和传感器。
运动捕捉技术的发展给影视创作带来了很大的变革。
通过运动捕捉技术可以实现更真实、更自然的角色动作。
无论是人物间的互动，还是人物与环境的互动，利用运动捕捉技术都可以使角色动作更加逼真。
运动捕捉技术还可以加快动画制作的速度。
传统的动画制作需要绘制、排版、涂色等多个步骤，非常耗时耗力。
而采用运动捕捉技术，可以通过捕捉人体动作快速生成动画，大大提高了制作效率。
运动捕捉技术还可以为导演和演员提供更多的创作空间。
导演可以更精确地控制角色的动作，演员可以更好地通过身体语言来传达角色的情感。
除了在传统影视制作中的应用，运动捕捉技术在虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）和增强现实（Augmented Reality，简称AR）领域也发挥着重要作用。
虚拟现实是一种通过计算机生成的环境，增强现实是一种将计算机生成的图像在现实世界中展示的技术。
这两种技术都需要准确捕捉用户的动作以生成相应的反馈。
运动捕捉技术可以实现人体与虚拟环境之间的互动，让用户身临其境地感受到虚拟世界的真实性。
运动捕捉技术在影视创作中的应用不仅限于人体动作的捕捉，还可以应用于其他物体的运动捕捉。
运动捕捉技术可以用来捕捉汽车的运动轨迹，从而帮助导演和工程师精确调整汽车的动作和外观。
运动捕捉技术还可以用于体育竞赛的录像回放，通过捕捉运动员的动作来进行分析和判断。
运动捕捉技术在影视创作中的发展
运动捕捉技术在影视创作中的发展运动捕捉技术是一种通过采集和记录人体运动数据的技术，可以将人体和物体的动作实时转化为计算机生成的动画。
早在20世纪60年代，运动捕捉技术就已经出现，但是由于技术限制和成本问题，并没有在影视创作中得到广泛应用。
直到20世纪90年代，随着计算机技术的发展和成本的降低，运动捕捉技术才开始在影视创作中得到广泛应用并取得重要进展。
运动捕捉技术的发展有助于提高角色动作的真实感和表现力。
在过去，动画角色的动作往往是由动画师手工绘制的，无法准确再现真实人体的运动细节。
而运动捕捉技术可以抓住人体运动的细微差异和特点，并将其精确地转化为动画。
这样不仅可以提高角色的表现力，还可以更好地表现各种细节，如肢体运动、行走姿势、面部表情等，使得角色更加真实和生动。
在电影制作中，运动捕捉技术可以帮助演员更好地与虚拟角色互动。
很多影片中会有虚拟角色的出现，如各种怪兽、外星生物等。
演员需要在没有真实角色存在的情况下进行表演，这对演员来说是一项非常具有挑战性的任务。
运动捕捉技术可以帮助演员更好地理解虚拟角色的动作和表情，并在表演中与虚拟角色进行实时互动。
这样不仅可以帮助演员更好地表现角色的情感和特点，也可以让观众更好地接受虚拟角色的存在。
在游戏制作中，运动捕捉技术是不可或缺的一部分。
随着游戏行业的不断发展，玩家对游戏的真实性要求也越来越高。
而运动捕捉技术可以帮助游戏开发者更好地呈现角色的动作和表情，提高游戏的享受度和沉浸感。
在体育游戏中，运动捕捉技术可以实时捕捉运动员的动作，并将其精确地转化为游戏角色的动作，使得游戏更加真实和具有代入感。
除了影视和游戏领域，运动捕捉技术还在许多其他领域得到应用。
在医学领域，运动捕捉技术可以帮助研究人员研究人体运动的规律和特点，以便更好地治疗运动障碍和康复训练。
在体育训练领域，运动捕捉技术可以用于分析和评估运动员的运动技术和动作，帮助他们改进训练方法和提高竞技水平。
运动捕捉技术在影视创作中的发展对于提高角色动作的真实感和表现力有着重要作用。
动漫设计中的动作捕捉与动画制作技术
动漫设计中的动作捕捉与动画制作技术动漫（Animation）是一种以连续的静态图像为基础，通过快速播放这些图像来产生连续动作的艺术形式。
在动漫的制作过程中，动作捕捉（Motion Capture）和动画制作技术起着至关重要的作用。
本文将探讨动漫设计中的动作捕捉技术和动画制作技术的发展与应用。
一、动作捕捉技术动作捕捉技术是将真实世界中的动作转化为数字形式，以便在计算机上进行编辑和处理的过程。
它通过使用传感器和摄像机等设备，捕捉演员的动作并将其转化为计算机中的三维模型。
动作捕捉技术的应用使得动漫设计更加真实、生动，为观众带来更好的视觉体验。
动作捕捉技术最早出现在电影制作领域，随着科技的进步，它逐渐应用于动漫设计中。
动作捕捉技术的发展离不开硬件设备的进步，如惯性导航系统、光学跟踪系统等。
这些设备能够精确地捕捉演员的动作，并将其转化为数字形式，为后续的动画制作提供了基础。
动作捕捉技术在动漫设计中的应用广泛而多样化。
它可以用于角色动作的制作，使得角色的动作更加真实自然。
同时，动作捕捉技术还可以用于特效的制作，如爆炸、飞行等。
通过捕捉真实的物理动作，特效的表现更加逼真，增加了观众的沉浸感。
二、动画制作技术动画制作技术是指将静态图像按照一定的顺序播放，形成连续动作的过程。
在传统的动画制作中，每一帧都是由动画师手绘而成，需要耗费大量的时间和人力。
而随着计算机技术的发展，动画制作逐渐实现了数字化，大大提高了制作效率。
在动画制作中，常用的技术包括关键帧动画（Keyframe Animation）、插值动画（Interpolation Animation）和物理模拟（Physical Simulation）等。
关键帧动画是指动画师在动画序列中标记关键帧，计算机会自动填充中间帧。
插值动画则是通过计算机自动计算出中间帧，使得动画更加流畅。
物理模拟是指利用物理学规律模拟物体的运动，使得动画更加真实。
动漫设计中的动画制作技术不仅仅局限于二维动画，还包括三维动画的制作。
动漫设计中的动作捕捉技术应用
动漫设计中的动作捕捉技术应用动漫作为一种受众广泛的艺术形式，其设计与制作过程中的技术应用一直备受关注。
其中，动作捕捉技术作为一种重要的技术手段，在动漫设计中的应用也愈发广泛。
本文将从动作捕捉技术的基本原理、应用场景以及对动漫设计的影响等方面进行论述，以探讨动作捕捉技术在动漫设计中的重要性和价值。
动作捕捉技术，顾名思义，就是通过特定设备对人体或物体的运动进行捕捉和记录。
它的基本原理是通过传感器和摄像机等设备，捕捉人体或物体的运动轨迹，并将其转化为数字化的数据。
这些数据可以被导入到计算机软件中，通过计算和处理，再次呈现出真实的动作效果。
动作捕捉技术的应用场景非常广泛，除了动漫设计，还包括电影制作、游戏开发等领域。
在动漫设计中，动作捕捉技术的应用可以大大提高动画的真实性和流畅度。
传统的动画制作过程需要动画师通过手工绘制每一帧的画面，这是一项非常费时费力的工作。
而动作捕捉技术的出现，使得动画师可以通过捕捉真实的动作来快速生成动画，大大提高了制作效率。
此外，动作捕捉技术还可以帮助动画师更准确地把握人物的动作细节，使得动画作品更加精细和逼真。
除了提高制作效率和动画质量，动作捕捉技术还为动漫设计带来了更多创作的可能性。
通过动作捕捉技术，动画师可以捕捉到各种各样的动作，包括人体动作、动物动作等，这些动作可以被用于创作不同类型的动漫作品。
比如，通过捕捉舞蹈演员的动作，可以制作出舞蹈类的动漫作品；通过捕捉武术表演者的动作，可以制作出武侠类的动漫作品。
动作捕捉技术的应用为动漫设计带来了更多的创作灵感和可能性。
然而，动作捕捉技术的应用也存在一些挑战和限制。
首先，动作捕捉设备和软件的价格较高，对于一些小型动漫制作公司来说，可能难以承担。
其次，动作捕捉技术虽然可以捕捉人体的运动，但对于一些特殊效果和非人体动作的表现，仍然需要动画师进行手工绘制。
此外，动作捕捉技术的应用还需要动画师具备一定的技术和操作能力，这对于一些刚入行的动画师来说可能是一个挑战。
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金 刚 华中理工大学图象识别与人工智能研究所博士研究生.主要研究方向为计算机视觉、模式识别、图象处理、人工智能、三维数字化技术,发表论文十余篇.中华博士园地 这是本刊特为海内外正在就读和学成立业的博士、博士后青年学者们开辟的一片科普园地.深学浅著是一门德识、慧学、素质修养的学问.你们的新知识、新调研、新观察、新目光、新展望,能够用尽可能深入浅出、通俗流畅的语言,汇报给祖国人民、家乡父老子弟乡亲们吗?中华博士园地,乃耕耘忠孝之地,科教兴国、民族昌盛之地.要用慈母听得懂的语言,写出你们的心声!中图分类号:T P 391.41 文章编号:100628961(2000)0320264204表演动画中的运动捕捉技术金 刚 李德华 周学泳(华中理工大学图象识别与人工智能研究所,国家教育部图象信息处理与智能控制开放研究实验室,武汉 430074)1 表演动画与运动捕捉[1]计算机特技的应用在现代影视特技制作中已成为不可或缺的手段,各种各样的平面、三维计算机特技制作技术给观众带来了全新的感受,而表演动画技术则可以说是当前最高级、最热门的计算机动画技术之一.在传统的动画制作中,制作者必须将画面根据剧情要求逐帧画出,工作量非常巨大.引入计算机动画技术后,可以利用计算机先设计造型,再按照剧情确定关键帧,然后动画师调整关键帧的造型姿势,动画软件则根据关键帧生成图象序列.但是,对于一个长的动画作品,逐个确定关键帧仍然是一项相当麻烦的工作.表演动画技术的诞生,彻底改变了这一局面.它综合运用计算机图形学、电子、机械、光学、计算机视觉、计算机动画等技术,捕捉表演者的动作甚至表情,用这些动作或表情数据直接驱动动画形象模型.图1表示了一个典型表演动画系统的组成和工作流程.在该系统中,有表演者和“角色模型”.制作者利用三维构型软件制作数字化的“角色模型”,例如卡通形象,或者利用三维扫描技术获得人物或动物立体彩色数字模型,形成所谓的“虚拟演员”.而表演者则负责根据剧情作出各种动作和表情,运动捕捉系统将这些“动作”和“表情”捕捉记录下来,然后利用动画软件,以这些动作和表情“驱动”角色模型,角色模型就能作出与表演者一样的动作和表情,并生成最终所见的动画序列.表演动画的出现,是动画制作技术的一次革命,这一技术将从根本上改变现有的影视动画制作乃至特技制作方法,极大地缩短动画制作的时间,降低成本,使得动画制作过程更为直观,效果更为生动、逼真,甚至能使影片中的人物、动物等做出不可能作出的动作,达到惊人的特技效果.运动捕捉是表演动画系统中最关键的技术,它实时地检测、记录表演者的肢体在三维空间的运动轨迹,捕获表演者的动作(甚至包括方向信息),转化为数字化的“抽象运动”,以便动画软件将它“赋予”模型,使模型做出和表演者一样的动作,并生成最终的动画序列.实际上,运动捕捉的对象不仅仅是表演者的动作,还可以包括物体的运动,表演者的表情,以及相机、灯光的运动等.这一技术是目前表演动画系统中最关键、最复杂也是最不成熟的一个环节,但也是表演动画系统不可缺少的部分.此外,运动捕捉技术在虚拟现实、三维游戏、人体生物工程学等许多方面都有重要的应用.从技术的角度来说,运动捕捉的实质就是要测量、记录物体在三维空间中的运动轨迹.2 表演动画系统中常用的运动捕捉技术及其评价[1～3] 在表演动画系统中,通常并不要求捕捉表演者身上每个点的动作,而只需要捕捉若干个关键点的运动轨迹,再根据造型中各部分的物理、生理约束就可以合成最终的运动画面.从应用角度来看,表演动画系统主要有表情捕捉和身体运动捕捉两类.从实时性来分,可分为实时捕捉系统和非实时捕捉系统两种.从工作原理来看,目前常用的方式主要有机械式、声学式、电磁式和光学式运动捕捉.各种技术均有自己的优缺点和适用场合.因此对于不同的方法,一般只能从成本、实时性、使用的方便程度、精度等方面进行比较.2.1 机械式运动捕捉机械式运动捕捉依靠机械装置来跟踪和测量运动.典型的系统由多个关节和刚性连杆组成(如图2所示).在可转动的关节中装有角度传感器,可以测得关节转动角度的变化.装置运动时,根据角度传感器的数据和连杆的长度,可以得出A点在空间中的运动轨迹.实际上,装置上任何一点的运动轨迹都可以求出.刚性连杆也可以换成长度可变的伸缩杆,用位移传感器测量其长度的变化.图2 机械式运动捕捉机械式运动捕捉的一种应用形式是将欲捕捉的运动物体与机械结构相连,物体运动带动机械装置运动,从而被传感器记录下来.另一种形式是用带角度传感器的关节和连杆构成一个“可调姿态的数字模型”,其形状可以模拟人体,也可以模拟其它动物、物体.使用者根据剧情的需要,调整模型的姿势,然后锁定,关节的转动被角度传感器测量记录,依据这些角度和模型的机械尺寸,计算出模型的姿态,这些姿态数据传给动画软件,使其中的角色模型也做出一样的姿势.这是一种出现较早的运动捕捉装置,直到现在仍有一定的市场,国外给这种装置起了个很形象的名字:“猴子”.这种方法的优点是成本低,装置定标简单,精度也较高,可以作到实时测量,还可以容许多个角色同时表演.但其缺点也非常明显,主要是使用起来非常不方便,机械结构对表演者的动作阻碍、限制很大.而“猴子”较难用于连续动作的实时捕捉,需要操作者不断根据剧情要求,调整“猴子”的姿势,很麻烦,主要用于静态造型捕捉和关键帧的确定.2.2 电磁式运动捕捉电磁式运动捕捉系统一般由3个部分组成(见图3),即发射源、接收传感器和数据处理单元.发射源在空间产生按一定时空规律分布的电磁场;接收传感器(通常有10～20个)安置在表演者身体的关键位置,传感器通过电缆与数据处理单元相连.表演者在电磁场内表演时,接收传感器也随着运动,并将接收到的信号通过电缆传送给处理单元,根据这些信号可以解算出每个传感器的空间位置和方向.该方法的优点首先在于它记录的是六维信息,图3 电磁式运动捕捉系统即不仅能得到空间位置,还能得到方向信息.其次是速度快、实时性好.使用时,表演者一边表演,动画系统中的角色模型可以同时反应,便于排演、调整和修改.装置的定标比较简单,技术较成熟,鲁棒性好,成本相对低廉.其缺点是对环境要求严格,在表演场地附近不能有金属物品,否则会造成电磁场畸变,影响精度.该系统允许的表演范围比光学式要小.特别是电缆对表演者的活动限制比较大,对于比较剧烈的运动、表演不适用.目前这类系统的采样速率一般为每秒15～120次(依赖于模型和传感器的数量),为了消除抖动和干扰,采样速率一般在15H z以下.对于一些高速的运动,如体育运动,采样速度不能满足要求.2.3 声学式运动捕捉常用的声学式运动捕捉装置由发送器、接收器和处理单元组成.发送器是一个固定的超声波发生器;接收器一般由呈三角形排列的3个超声探头组成.系统通过测量、计算声波从发送器到接收器的时间,可以确定接收器的位置和方向.由于声波的速度与温度有关,还必须有测温装置,并在算法中作出相应的补偿.这类装置成本较低,但对运动的捕捉有较大的延时和滞后,精度差,还要求声源和接收器间不能有遮挡,且受噪声等干扰较大,系统扩展困难.2.4 光学式运动捕捉光学式是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.目前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,对于空间中一个点,只要它能同时为两台摄像机所见,则根据同一瞬间两相机所拍摄的图象和相机参数,即可以确定这一时刻该点的空间位置.当相机以足够高的速率连续拍摄时,从图象序列中就可以得到该点的运动轨迹.典型的光学式运动捕捉系统通常有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“M arker”,视觉系统只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,并将图象序列保存下来,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,要求相机要有较高的拍摄速率,一般要求达到每秒60帧以上.为测量发光点的运动,还可以用PSD器件代替CCD 相机.在表演者的脸部表情关键点贴上M arker,可以实现表情捕捉.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,使用很方便.其采样速率较高,可以满足多数体育运动测量的需要.M arker 价格便宜,便于扩充.这种方法的缺点是系统价格昂贵,虽然它可以捕捉实时运动,但后处理(包括M arker的识别、跟踪、空间坐标的计算)时间长,目前尚不能做到实时驱动角色模型及实时的观看效果.这类系统对于表演场地的光照、反射情况敏感.装置定标也较为繁琐.特别是当运动复杂时,不同部位的M arker很容易发生混淆、遮挡,产生错误的结果,经常需要人工干预后处理过程.如果进一步改进算法和系统,基于此原理的实时“运动捕捉2驱动”是可以实现的.基于类似的原理,还有多种类型的光学式运动捕捉设备,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的过程等.目前正在进一步研究不依靠M arker,而应用图象识别、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.3 运动捕捉技术的应用前景运动捕捉技术不仅是表演动画中的关键环节,在其它领域也有非常广泛的应用前景.表演动画技术的出现给影视特技制作、动画技术带来革命性的变化.它极大地提高了动画制作的效率,降低了成本(只有传统方法的十分之一左右),而且使动画制作过程更为直观,效果更为生动.综合运用表演动画、三维扫描、虚拟演播室等新技术,可望获得魔幻般的特技效果.可以想象,先用三维扫描技术对一个八十岁的白发老妪进行扫描,形成一个数字化人物模型,然后将乔丹的动作捕捉下来,用以驱动老人模型的运动,观众将看到八十老太空中扣篮的场面.甚至可以用演员的表演驱动动物的模型,拍摄真正的动物王国故事.随着技术的进一步成熟,表演动画技术将会得到越来越广泛的应用.而运动捕捉技术作为表演动画系统不可缺少的、最关键的部分,必然显示出更加重要的地位.表情和动作是人类情绪、愿望的重要表达形式,运动捕捉技术完成了将表情和动作数字化的工作,提供了新的人机交互手段,比传统的键盘、鼠标更直接方便,不仅可以实现“三维鼠标”和“手势识别”,还能使操作者以自然的动作和表情直接控制计算机,并为最终实现可以理解人类表情、动作的计算机系统、机器人提供了技术基础.在虚拟现实系统中[4,5],为实现人与虚拟环境及系统的交互,必须确定参与者的头部、手、身体等的位置与方向,准确地跟踪、测量参与者的动作,将这些动作实时检测出来,以便将这些数据反馈给显示和控制系统,这些工作对虚拟现实系统是必不可少的,也正是运动捕捉技术的研究内容.运动捕捉技术还可用于机器人遥控.机器人将危险环境的信息传送给控制者,控制者根据信息做出各种动作,运动捕捉系统将动作捕捉下来,实时传送给机器人并控制其完成同样的动作,与传统的遥控方式相比,这种系统可以实现更为细致、复杂、灵活而快速的动作控制,从而可大大提高机器人应付复杂情况的能力.在当前机器人全自主控制远未成熟的情况下,这一技术有特别重要的意义.现代高级三维、仿真游戏,强调游戏者的“参与感”和“沉浸感”,强调游戏者与游戏环境的互动性.现在也可以借助三维扫描技术得到游戏者数字模型,将其置于游戏环境,再利用运动捕捉技术捕捉游戏者的各种动作,用以驱动其数字模型,这样可以给游戏者以全新的感受,开发出真实感极强的游戏系统.在体育训练中,运动捕捉技术可以捕捉运动员的动作,便于进行量化的分析,结合人体生理学、物理学原理,研究改进的方法,使得体育训练摆脱了纯粹依靠经验的状态,进入理论化、数字化的时代.还可以将成绩差的运动员动作捕捉下来与优秀运动员进行对比分析,从而帮助训练.在人体工程学研究、模拟训练、生物力学研究等领域,运动捕捉技术同样大有可为.可以预料,随着技术本身的发展和相关应用领域技术水平的提高,运动捕捉技术将会得到越来越广泛的应用.参考文献1 D avid J.Stur m an,A B rief H isto ry of M o ti on Cap ture fo r Com2 puter Character A ni m ati on.S IGGRA PH’94,1994.2 T akash i Sakaguch i.H um an M o ti on cap ture by intergrating gyro2 scopes and accelerom eters.IEEE P ro.M F IS,1996,470～475. 3 王人成,黄昌华,王季军,金德闻.基于摄像机的人体运动分析系统标志点图象处理.清华大学学报(自然科学版),1999,39(2): 75～77.4 曾芬芳.虚拟现实技术.上海:上海交通大学出版社,1997.65 汪成为,高文,王行仁.灵境(虚拟现实)技术的理论、实现及应用.北京:清华大学出版社,1996,9.。