2016年，全球范圍內(nèi) VR 商業(yè)化、普及化的浪潮正在向我們走來。VR 是一場交互方式的新革命，人們正在實現(xiàn)由界面到空間的交互方式變遷，這樣的交互極其強調(diào)沉浸感，而用戶想要獲得完全的沉浸感，真正 “進入” 虛擬世界，動作捕捉系統(tǒng)是必須的，可以說動作捕捉技術是 VR 產(chǎn)業(yè)隱形鑰匙。
目前動作捕捉系統(tǒng)有慣性式和光學式兩大主流技術路線，慣性式雖然后于光學式出現(xiàn)，但以其超低廉成本和簡便成熟的處理流程，以及完全實時的數(shù)據(jù)計算和回傳機制，成為了更加炙手可熱的技術。接下來為大家解析一下慣性式動作捕捉系統(tǒng)。
慣性式動作捕捉系統(tǒng)原理?
動作捕捉系統(tǒng)的一般性結構主要分為三個部分：
數(shù)據(jù)采集設備
數(shù)據(jù)傳輸設備
數(shù)據(jù)處理單元
慣性式動作捕捉系統(tǒng)即是將慣性傳感器應用到數(shù)據(jù)采集端，數(shù)據(jù)處理單元通過慣性導航原理對采集到的數(shù)據(jù)進行處理，從而完成運動目標的姿態(tài)角度測量。
∵體實現(xiàn)流程如下：
在運動物體的重要節(jié)點佩戴集成加速度計，陀螺儀和磁力計等慣性傳感器設備，傳感器設備捕捉目標物體的運動數(shù)據(jù)，包括身體部位的姿態(tài)、方位等信息，再將這些數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸設備傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理設備中，經(jīng)過數(shù)據(jù)修正、處理后，最終建立起三維模型，并使得三維模型隨著運動物體真正、自然地運動起來。經(jīng)過處理后的動捕數(shù)據(jù)，可以應用在動畫制作，步態(tài)分析，生物力學，人機工程等領域。
接下來我們具體看一下加速度計，陀螺儀和磁力計是如何工作的。
加速計：用來檢測傳感器受到的加速度的大小和方向的，它通過測量組件在某個軸向的受力情況來得到結果，表現(xiàn)形式為軸向的加速度大小和方向(XYZ)，但用來測量設備相對于地面的擺放姿勢，則 度不高，該缺陷可以通過陀螺儀得到補償。
陀螺儀：工作原理是通過測量三維坐標系內(nèi)陀螺轉子的垂直軸與設備之間的夾角，并計算角速度，通過夾角和角速度來判別物體在三維空間的運動狀態(tài)。它的強項在于測量設備自身的旋轉運動，但不能確定設備的方位。
磁力計：磁力計又剛好可以彌補上面陀螺儀的那個缺陷，它的強項在于定位設備的方位，可以測量出當前設備與東南西北四個方向上的夾角。
在動作捕捉系統(tǒng)中，陀螺儀傳感器用于處理旋轉運動，加速計用來處理直線運動，磁力計用來處理方向。通俗易懂的講，陀螺儀知道 “我們是否轉了身”，加速計知道 “我們運動多長距離”，而磁力計則知道 “我們的運動方向” 的，在動作捕捉系統(tǒng)中三種傳感器充分利用各自的特長，來跟蹤目標物體的運動。
慣性式動作捕捉系統(tǒng)優(yōu)勢在哪里?
首先是技術優(yōu)勢：慣性式動作捕捉系統(tǒng)采集到的信號量少，便于實時完成姿態(tài)跟蹤任務，解算得到的姿態(tài)信息范圍大、靈敏度高、動態(tài)性能好;對捕捉環(huán)境適應性高，不受光照、背景等外界環(huán)境干擾，并且克服了光學動捕系統(tǒng)攝像機監(jiān)測區(qū)域受限的缺點;克服了 VR 設備常有的遮擋問題，可以準確實時地還原如下蹲、擁抱、扭打等動作。此外，慣性式動作捕捉系統(tǒng)還可以實現(xiàn)多目標捕捉。
其次是使用便捷的優(yōu)勢：使用方便，設備小巧輕便，便于佩戴。
還有成本優(yōu)勢：相比于光學動作捕捉成本低廉，使得其不但可以應用于影視、游戲等行業(yè)，也有利于推動 VR 設備更快的走進大眾生活。
總的來說，慣性式動作捕捉技術有著對捕捉環(huán)境的高適應性，它的技術優(yōu)勢、成本優(yōu)勢和使用便捷的優(yōu)勢，使得它在影視動畫、體驗式互動游戲、虛擬演播室、真人模擬演練、體育訓練、醫(yī)療康復等領域都有著優(yōu)異的表現(xiàn)。
慣性式動作捕捉系統(tǒng)產(chǎn)品有哪些?
目前國際上最富代表性的產(chǎn)品是荷蘭 Xsens 公司研發(fā)的 Xsens MVN 慣性式動作捕捉系統(tǒng)以及美國 Innalabs 公司研發(fā)的 3DSuit 慣性式動作捕捉系統(tǒng)。
MVN 是一種全身萊卡套裝(也可以采用綁帶)，使用方便，用戶可以在 15 分鐘內(nèi)設置好整個系統(tǒng)。它采用先進的微型慣性傳感器、生物力學模型、以及傳感器融合算法，帶有 17 個慣性跟蹤器，可以在 6 自由度跟蹤身體移動。
Xsens MVN 則具有快速的周轉時間且數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定、無誤，可節(jié)約高達 80% 的后期處理時間。
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