2016年，全球范圍內 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)產品有哪些?
目前國際上最富代表性的產品是荷蘭 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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