动作跟踪系统介绍

1、动作跟踪系统技术概述动作跟踪顾名思义动作捕捉，动作捕捉(Motion capture ),简称动捕( Mocap )， 是指记录并处理人或其他物体动作的技术。它广泛应用于军事 娱乐 ， 体 育， 医 疗 应用， 计 算 机视 觉 以 及机器 人 技 术等 诸 多 领域。 在 电 影制 作和电子游戏开发领域， 它通常是记录人类演员的动作， 并将其转换为数字 模型的动作， 并生成二维或三维的计算机动画。捕捉面部或手指的细微动作 通常被称为表演捕捉( performance capture )。在许多领域， 动作捕捉有时也 被称为运动跟踪( motion tracking )， 但在电影制作和游戏开

2、发领域， 运动跟 踪通常是指运动匹配( match moving )。魔戒里的咕噜姆、泰迪熊里的毛绒熊、阿凡达里的部落公主 电影里那些经典虚拟形象生动的表演总能深深打动观众， 而它们被赋予生命 的背后都源于一项重要的科技技术动作捕捉。多个摄影机捕捉真实演员的动作后， 将这些动作还原并渲染至相应的虚 拟 形 象 身 上 。这 个 过 程 的 技 术 运 用 即 动 作 捕 捉 ，英 文 表 述 为 Motion Capture 。 这项上世纪 70 年代就被利用于电影动画特效制作的技术，如今正在被广泛应 用在电影制作和游戏开发等领域。以指环王中的虚拟数字角色咕噜为例：第一步、捕捉真实演员的肢体和

3、面部运动数据第二步、将真实演员的动作赋予数字角色图三、最终合成的效果对于动画企业而言，在前期脚本、原画完成后，动画制作的主要工作集 中在角色动画的调关 键帧上，如 果面对一 个 40 集的生活动画片 ，那么其中角 色动画部分就有最少 320 分钟的角色部分， 需要 6 个高级调帧 工程师调整几 个月才能实现，而且后期的修改还需要很多时间。如果是动作要求更多的动 画片，比如说武打题材的动画片，则需要更多的人，更长的周期。运用运动 捕捉就可以完全越过这些枯燥的技术操作，将动画师的精力都放在片子的创 意上，动画制作只需要找到合适的演员捕捉就可以了，运动捕捉平台可以将 捕捉对象的动作实时生成动画，人物

4、的动作、动物的动作、甚至多人的动作 都能够迅速生成。可以让动画企业大大提高效率。运动捕捉效率对比（ 以 6 人工作小组为参照）动画制作工作量手动调节运动捕捉常规片20集11分钟/集500套动作90天15动画制作工作量手动调节运动捕捉常规片20集11分钟/集500套动作90天15天武打片20集1 30分钟/ 800套动作集150天25天游戏500套动作90天15天在动画企业创作超逼真的的拟人动画的时候（例如最终幻想），创作 者只需要按照故事的情节选择演员，设计动作，一切按照真实拍摄的步骤去 做，那么得到的作品的动画和真人的动作如出一辙。因为运动捕捉系统是将 捕捉对象的真实动作实时捕捉下来后，按照

5、模型与真人一致的捕捉点位置还 原生成的，绝对不会出现动作不协调的问题。当动画企业需要做一些夸张的动画片的时候，运动捕捉同样能够起到高 效的辅助作用，任何夸张的动作的来源都是常规动作，那么通过运动捕捉平 台将片中夸张动作的原形捕捉完成后，就形成了动作模版，这些模版同样是 关键帧动画。制作者可以根据需求进行调节，快速的完成自己希望的夸张动 画。动作跟踪系统动作跟踪系统提供非凡的简单工作流程以及无可挑剔的身体跟踪数据， 包括精确的手指跟踪，无论是最好的好莱坞工作室还是独立的小型团队都能 够满足需求。使用 Prime 17W 镜头与传统光学捕捉系统相比，获得了大范围、宽视角 和红外照明三个优势。红外：

6、没有红色破坏、干扰演员的注意力。宽视角：最大化采集区域，适合大的工作室环境安装。系统组件Prime 17W 镜头Prime17W 是一 款用 于 中高 端影 视娱 乐内 容 制作 的全 身运 动捕 捉 系统 的 摄像头，它采用红外光学运动捕捉方式，具有无干扰、跟踪精度高等特点 最大可实现 360Hz 的人体运动进行精确捕 捉。170 万( 1664*1088 )红外摄像头，具 有高 分辨率、低畸变 ，高 通光量等特点，适合多种应 用可对各种红外 Marker特点，适合多种应 用可对各种红外 Marker点进行高精度高速捕捉。镜头特点业界领先的高精度Prime 17W 给出了精 确度的定义。拥有

7、业 界最智能处理的像素 1.7 MP， Prime 17W提供的像素性能大大超过其他所有摄像机-价格却不到竞争产品 的三分之一。得益于公司最新款 1664*1088 热像仪的卓越性能，我们才得以设计并打造出这一超高精度。满足制作的捕捉场地面积Prime 17W 是一个大 容量的利器，能够从 80 多英寸远的距离跟 踪一个 16mm 的标记。结合公 司专有的“ fast glass ”镜头技术和强大 的 红外线频闪 周边仅有一台相机设置-输出精确、无噪音的数据。70。的视域下，达到该 跟踪体积所需的摄像机数量要少于大型安装中通常需要的摄像机数量。直观与优雅的设计Prime 系列产品在设计过程中，

8、我们考虑了摄像头的整个生命周期 - 从 拆箱到安装、 捕捉和拆卸。 每个工序都经过精心设计打造， 追求最大的简单 性和可用性。除了您所习惯的性能之外， 您还会发现一些需要琢磨的新功能， 我们的 产品创新包括单用户设置的瞄准辅助技术、 同步参考视频与 3D 数据的覆盖 以及我们的摄像机视觉健康和活动指示灯。瞄准辅助采用我们的相机瞄准辅助技术， 用户可以有效地设置并对准一个完整的 Prime 17W 系统。 只需轻触按钮， 便可即时将摄像机视图转为全屏， 设置灰 度图像， 并增加辅助照明曝光和更好的图像清晰度。 通过这些设置能够轻松 查看图像， 从而不再需要将参考标记放置在捕获地面上。 每个摄像机

9、的对准 方便、 准确， 甚至无需触摸软件界面。 一旦相机已经对准， 只需按一个按钮 便可接着进行下一步操作。参考视频与三维覆盖通过运行任何 Prime 17W 灰度模式下的全景摄像头， 您可以将其转换成 一个参考摄像头， 监控活动范围。 参考摄像头经校准并同步跟踪相机后可提 供场景视频，并3D覆盖标记和骨骼数据-改良骨骼定义和预览应用的完美之 选。 我们独特的摄像头、 实时 MJPEG 压缩将确保您的高清晰度参考视频不会 增加系统的带宽。相机状态指示灯 新推出的相机可视化预警系统提供有关相机健康和活动的可视化反馈， 使用摄像头前部的 一 个 RGB 环形液晶灯 。当 相机状态发生变化 时，指示

10、灯也 会有相应变化。颜色和亮度设置可以自定义，因此您可以根据个人偏好进行 设置。相机图像处理 我们的预测实时、相机图像分析技术可为您的电脑提供清洁、可靠的数 据，以获得有效的标记处理和参考视频。图像处理类型包括：对象：采用我们最精确的灰度处理方法，执行标记位置、大小、圆滑 度的相机检测。通 过最小的 CPU 占用提供 出色的精度。精密灰度： 类似于对象处理， 但向电脑发送标记的选择性灰度图像 以计算对象数据。提供最详细的标记信息，但相比对象处理需要更多 的 CPU 资 源 。分段：类似于精密灰度处理，分段模式在相机和 CPU 之间划分处理， 为 CPU 有效的标记检测提供简化的标记信息。提供精

11、度和处理负载 之间的一种平衡。MJPEG 压缩灰度：全分辨率灰度帧，经过相机压缩以获得高度可扩展 的 参 考 视 频 功 能 。原始灰度： 全分辨率， 未压缩的灰度信息。千 兆 以 太 网 和 PoE千 兆 以 太 网 I/O 和 PoE + 为 Prime 17W 提 供 了 广 泛 的 布 线 范 围 （ 最 大 到 300）、巨大的带宽能力。结合相机MJPEG图像压缩，GigE数据传输可使多个 摄像机同时在全画幅灰度进行操作。外部同步输入/输出，同步锁相，时间码Prime 17W 摄像头几乎 可与 eSync 的任何信 号同步。摄像头可 同步 至如一 个专业视频同步锁相信号源，也可通过从

12、通用输入和软件命触发进行记录。 使用同步输出信号或 DAQ 触发可进行生物 力学测力板的数据对 齐。 SMTPE 时 间码也可以实现高度精确的帧时，从而便于编辑和记录。摄像头控制使用任何软件应用程 序访问各种 Prime 17W 设置，从而对摄 像头捕捉信 息及软件报告处理信息实现更好地控制。可用设置包括：图像处理类型：帧速率曝光阈值照明状 态 LED 控 制其他更多.Cameras：Z 闵 型 Preset: Tracking Trackmgi (Group)FPSTrackmgi (Group)FPSEXPTHRLED Tracking (34) (Master)o120500200120

13、 1o120500200120 2o120500200120 3o120500200120 4G120500200120 5G120500200120 6G120500200120 7O120500200120 8O12050020012Motive 软 件动 捕 软 件 Motive ： Body 是 一 款 直 观 的 动 作 捕 捉 软 件 ， 结 合 了 数 据 捕 捉 、编辑和输出等功能。运动捕捉技术可以给动画人物赋予自然逼真的动作效果但通常设备安装比较复杂，需要进行大量的人员培训，而且还必须由多个操 作人员共同协作完成。而借助Motice : Body软件，用户既可以充当操作员又

14、可以作演员，提供了空前的灵活性。Motive : Body 软件与摄像头等动作捕捉工具配合使用， 为用户提供了准 确的捕捉数据， 并可对最终输出序列进行控制。单用户控制: 配有用户自定义计时器， 用于对捕捉流程进行控制， 还具有实时 3D 视图反馈功能， 用户一个人既可充当操作员又可以作演员；轻松摄像头校准：最多可对96台摄像头进行校准，捕捉范围可达25m X45m ；骨架 和 标 记物 自 动 分配 ： 此 流程 过 去 通常 需 要 几小 时 ， 现在 只 需 要几 分 钟即可完成， 简单易用的骨架程序可以自动进行骨架与标记物分配； 实时数据捕捉： 实时预览动作捕捉数据， 并配有全身数据处

15、理功能； 内置数据编辑器：高级编辑工具，让用户能对他们的捕获数据进行编辑； 灵活的数据导出： 以 BVH 、 C3D 等格式实时导出至 MotionBuilder 软件。系统优势其优势包括：一键式校准新的骨骼校准，只需简单地单击鼠标，就能很快完成，当你准备将数据发 送 给 MotionBuilder，系统将输出预设好的角色，准确的骨骼比例，以及准备好的标记。精确的手指跟踪全身系统利用行业最 精确的 3D 跟踪数据，以及我们新的人体 运 动学标记可以生成无可挑剔的手指跟踪数据。优化标记点统计人体运动学标记点进行了优化，以跟踪更多数量的标记点，能够在大场地捕捉更多的人。人体运动学标记全身系统清楚了

16、解各个运行环境的骨骼结构来生成标记标签，提供了惊人的精确数据，实时输出。详细功能跟踪、解算和标记一键校准，快速设置； 新的高密度标记点设置，带脚趾、手指跟踪； 基 本 37 个 标 记 点 ；脚 趾 41 个 标 记 点 ；带脚趾、手指 49 个标 记点； 人体运动学标记，能应付复杂点云的高性能采集 实时和离线应用程序支持；最精确的点云重建， 跟踪标记点达 2000 个；手动标记非骨骼点云；一键骨骼创建；自定义骨骼解算，包括：灵活、偏转；动态、静态的限制；标 记 共 享 ； 卡 尔 曼 平 滑 ；系统 健 康 状况 监 视 、 事 件 日 志记 录 ， 确保 工 作 流中 的 每 一阶 段 ，

17、 当出 现 性能问题时以最佳方式处理，及识别潜在的问题；多摄像机绑定跟踪；每个绑定最少 3 个标 记；每个绑定最大 7 个标 记；最多骨骼数量 32 ；关闭冗余骨骼标记点。相机控制和帧同步相机管理，在相机组之间拖放；设置预设以快速调整相机功能； 跟 踪 ； 引 用 ； 瞄 准 ；自定义；相机设置完全控制； 帧 速 率 ； 曝 光 ； 阈 值 ；照明；增益；滤 镜 切 换 器 同步控制，包括帧交付和快门偏移量；全 帧 、 同 步 ， 校 准 带 3D 叠 加 的 参 考 视 频 ； 集成相机的对焦协同；一 键 自 动 屏 蔽 所 有 2D 相 机 视 图 ； 标记点数据反向投影 到 2D 相机的

18、图像外部整合SMPTE 时 码 记 录 ， 流 式 数 据 ( 通 过 eSync ) 支 持 ； 灵活的实时流媒体：免 费 MotionBuilder 插 件 ； IKinema Action for Maya (2009 -2013) ； VRPN ； Trackd 通 过 NatNet SDK 的 自 定 义 网 络 开 发 ；绕 过 Motive UI ， 通 过 Motive API 开 发 本 地 应 用 整 合 ； 外部同步输入输出： 通 过 eSync 同 步 锁 相 ； 通用同步输入输出 ，通过 eSync 或 OptiHub ； 触发远程设备，开始/停止记录，广播单 XML UDP 数据包 兼 容 3D Shutter Glasses ， 通 过 eSync