光学动作捕捉系统原理有哪些

　　Optical动作捕捉system是一款基于红外光学原理的动作捕捉system。与惯性原理动作捕捉system、GPS定位系统等定位方式相比，具有精度高、延迟低、实时性强的特点，多用于室内场景。系统建立过程可分为三个部分:系统构建、数据采集与传输、数据识别与处理。

　　1系统建设

　　1.1现场施工

　　一套光学动作捕捉系统由红外光学镜头、动作捕捉软件、反光标识器、POE开关、线缆、标定架、三脚架等镜头固定装置组成。

　　首先通过三脚架、夹子等镜头固定装置将红外光学镜头布置在场地周围，保证镜头视野能够覆盖抓拍区域，然后将所有镜头通过网线连接到POE交换机。镜头通过POE开关供电和数据，连接到电脑中的动作捕捉software。软件启动后，在页面中的实时模式操作中连接动作捕捉lens。

　　1.2现场校准

　　系统软硬件搭建成功并互联后，接下来就是现场标定，分为L型标定和T型标定。它的功能是为动作捕捉area建立XYZ坐标系，并计算每个镜头在坐标系中的位置和姿态。只有在标定完成后，才能正确获得野外每个标志点的三维坐标数据。

　　L形校准是通过将L形校准杆放在场地中心并在软件中进行相应设置来完成的。其目的有两个:第一，确定一个统一的坐标系。通过在L形杆上定位四个点，系统可以区分其长轴和短轴，从而定义世界坐标轴的方向和原点位置。其次，这个过程可以给看到L形杆的镜片一个初始参数，可以作为后期参数优化的初始值。

　　TT.jpg

　　T形标定的作用是给每个镜头足够的数据，使其在原有初始值的基础上迭代优化一个参数。在这个过程中，软件处于T型标定模式，操作者在场地中挥舞T型杆，镜头实时捕捉大量数据。

　　2数据采集和传输

　　2.1数据采集

　　在校准之后，可以获取被捕获对象的空间数据。在待定位的人或物体表面贴上反光标志点(涂有特殊反光物质的银灰色小球)。动作捕捉镜片上的LED灯向外发射红外光，接收反射标志点反射的红外光。当多个光学镜头同时“看到”一个标志点时，标志点在空间的三维位置就确定了。

　　2.2数据传输

　　镜头采集的反光标志点的位置信息需要实时传输到计算机进行数据处理和使用。在optical动作捕捉系统中，所有镜头都通过网线连接到交换机。当镜头获得反射标记的空间位置信息后，信息会通过网线传输到交换机，再由交换机传输到连接的计算机，由动作捕捉软件实时接收。

　　3数据识别和处理

　　在软件获得多个反射标记的三维位置之后，下一步是识别物体。同一物体表面有许多反光标记，这些特定点之间的距离是恒定的。因此，同一物体上的一些点被命名，这些点用线连接起来，以表示两点之间的关系。这组点名称和连接信息通过软件中的操作被记录为一组标记集。当具有这组标记集信息的对象出现在字段中时，它被系统识别为独立对象。

　　有些人体动作捕捉需要大量贴片来捕捉数据，有专门的贴片型号可供选择。根据提供的贴片模型，在人体的固定位置粘贴反光标记，在软件中进行点的识别、连接和骨骼的绑定。

　　当系统可以实时识别被抓拍物体时，已经建立了完整的光学动作捕捉系统，然后可以直接进行动作捕捉。抓取的模型数据也可以根据效果在软件中实时调整修正。根据不同领域的需要，optical动作捕捉系统还可以与测功机等设备同步捕捉运动和力的数据，连接3D软件生成虚拟角色。