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(lái)。VR 是一場(chǎng)交互方式的新革命，人們正在實(shí)現(xiàn)由界面到空間的交互方式變遷，這樣的交互極其強(qiáng)調(diào)沉浸感，而用戶想要獲得完全的沉浸感，真正 “進(jìn)入” 虛擬世界，動(dòng)作捕捉系統(tǒng)是必須的，可以說(shuō)動(dòng)作捕捉技術(shù)是 VR 產(chǎn)業(yè)隱形鑰匙。

　　目前動(dòng)作捕捉系統(tǒng)有慣性式和光學(xué)式兩大主流技術(shù)路線，慣性式雖然后于光學(xué)式出現(xiàn)，但以其超低廉成本和簡(jiǎn)便成熟的處理流程，以及完全實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)計(jì)算和回傳機(jī)制，成為了更加炙手可熱的技術(shù)。接下來(lái)為大家解析一下慣性式動(dòng)作捕捉系統(tǒng)。

　　慣性式動(dòng)作捕捉系統(tǒng)原理?

　　動(dòng)作捕捉系統(tǒng)的一般性結(jié)構(gòu)主要分為三個(gè)部分：

　　數(shù)據(jù)采集設(shè)備

　　數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備

　　數(shù)據(jù)處理單元

　　慣性式動(dòng)作捕捉系統(tǒng)即是將慣性傳感器應(yīng)用到數(shù)據(jù)采集端，數(shù)據(jù)處理單元通過(guò)慣性導(dǎo)航原理對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而完成運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的姿態(tài)角度測(cè)量。

　∵體實(shí)現(xiàn)流程如下：

　　在運(yùn)動(dòng)物體的重要節(jié)點(diǎn)佩戴集成加速度計(jì)，陀螺儀和磁力計(jì)等慣性傳感器設(shè)備，傳感器設(shè)備捕捉目標(biāo)物體的運(yùn)動(dòng)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(guò)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理設(shè)備中，經(jīng)過(guò)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(yùn)動(dòng)物體真正、自然地運(yùn)動(dòng)起來(lái)。經(jīng)過(guò)處理后的動(dòng)捕數(shù)據(jù)，可以應(yīng)用在動(dòng)畫(huà)制作，步態(tài)分析，生物力學(xué)，人機(jī)工程等領(lǐng)域。

　　接下來(lái)我們具體看一下加速度計(jì)，陀螺儀和磁力計(jì)是如何工作的。

　　加速計(jì)：用來(lái)檢測(cè)傳感器受到的加速度的大小和方向的，它通過(guò)測(cè)量組件在某個(gè)軸向的受力情況來(lái)得到結(jié)果，表現(xiàn)形式為軸向的加速度大小和方向(XYZ)，但用來(lái)測(cè)量設(shè)備相對(duì)于地面的擺放姿勢(shì)，則精確度不高，該缺陷可以通過(guò)陀螺儀得到補(bǔ)償。

　　陀螺儀：工作原理是通過(guò)測(cè)量三維坐標(biāo)系內(nèi)陀螺轉(zhuǎn)子的垂直軸與設(shè)備之間的夾角，并計(jì)算角速度，通過(guò)夾角和角速度來(lái)判別物體在三維空間的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。它的強(qiáng)項(xiàng)在于測(cè)量設(shè)備自身的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，但不能確定設(shè)備的方位。

　　磁力計(jì)：磁力計(jì)又剛好可以彌補(bǔ)上面陀螺儀的那個(gè)缺陷，它的強(qiáng)項(xiàng)在于定位設(shè)備的方位，可以測(cè)量出當(dāng)前設(shè)備與東南西北四個(gè)方向上的夾角。

　　在動(dòng)作捕捉系統(tǒng)中，陀螺儀傳感器用于處理旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，加速計(jì)用來(lái)處理直線運(yùn)動(dòng)，磁力計(jì)用來(lái)處理方向。通俗易懂的講，陀螺儀知道 “我們是否轉(zhuǎn)了身”，加速計(jì)知道 “我們運(yùn)動(dòng)多長(zhǎng)距離”，而磁力計(jì)則知道 “我們的運(yùn)動(dòng)方向” 的，在動(dòng)作捕捉系統(tǒng)中三種傳感器充分利用各自的特長(zhǎng)，來(lái)跟蹤目標(biāo)物體的運(yùn)動(dòng)。

　　慣性式動(dòng)作捕捉系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)在哪里?

　　首先是技術(shù)優(yōu)勢(shì)：慣性式動(dòng)作捕捉系統(tǒng)采集到的信號(hào)量少，便于實(shí)時(shí)完成姿態(tài)跟蹤任務(wù)，解算得到的姿態(tài)信息范圍大、靈敏度高、動(dòng)態(tài)性能好;對(duì)捕捉環(huán)境適應(yīng)性高，不受光照、背景等外界環(huán)境干擾，并且克服了光學(xué)動(dòng)捕系統(tǒng)攝像機(jī)監(jiān)測(cè)區(qū)域受限的缺點(diǎn);克服了 VR 設(shè)備常有的遮擋問(wèn)題，可以準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地還原如下蹲、擁抱、扭打等動(dòng)作。此外，慣性式動(dòng)作捕捉系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)捕捉。

　　其次是使用便捷的優(yōu)勢(shì)：使用方便，設(shè)備小巧輕便，便于佩戴。

　　還有成本優(yōu)勢(shì)：相比于光學(xué)動(dòng)作捕捉成本低廉，使得其不但可以應(yīng)用于影視、游戲等行業(yè)，也有利于推動(dòng) VR 設(shè)備更快的走進(jìn)大眾生活。

　　總的來(lái)說(shuō)，慣性式動(dòng)作捕捉技術(shù)有著對(duì)捕捉環(huán)境的高適應(yīng)性，它的技術(shù)優(yōu)勢(shì)、成本優(yōu)勢(shì)和使用便捷的優(yōu)勢(shì)，使得它在影視動(dòng)畫(huà)、體驗(yàn)式互動(dòng)游戲、虛擬演播室、真人模擬演練、體育訓(xùn)練、醫(yī)療康復(fù)等領(lǐng)域都有著優(yōu)異的表現(xiàn)。

　　慣性式動(dòng)作捕捉系統(tǒng)產(chǎn)品有哪些?

　　目前國(guó)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(dòng)作捕捉系統(tǒng)以及美國(guó) Innalabs 公司研發(fā)的 3DSuit 慣性式動(dòng)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(shè)置好整個(gè)系統(tǒng)。它采用先進(jìn)的微型慣性傳感器、生物力學(xué)模型、以及傳感器融合算法，帶有 17 個(gè)慣性跟蹤器，可以在 6 自由度跟蹤身體移動(dòng)。

　　Xsens MVN 則具有快速的周轉(zhuǎn)時(shí)間且數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定、無(wú)誤，可節(jié)約高達(dá) 80% 的后期處理時(shí)間。

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