概述

基于摄像机的动作捕捉系统是人体动作捕捉的行业标准。一个典型的系统由一组摄像机与数据处理服务器组成，大多数采用8个安装在工作空间的墙体上摄像头追踪安装在人体身上的反射标记，捕捉过程中需要保证光点在摄像机可以看到的空间内。通过多个摄像机在不同的位置得到标记在人体上的光点位置推断在三维空间中的位置变化进行动作捕捉。

安装

由于光学摄像机都光线非常敏感，需要特定的房间内进行操作，并且需要多个摄像机悬挂起来，以对人体上的标记点进行不同方向的追踪，整个过程安装过程繁琐，施工要求很高，全程都需要专业人员进行指导。

精度

虽然光学系统的位置追踪精度取决于摄像头的数量和捕捉空间场地的面积等因素，典型的捕捉方案能够到达的均方根差都小于1毫米，关节角度的精度的取决于特定的身体位置标记，手臂和腿的部分很容易获得，一般可以到达0.2度的精度。虽然光学系统可以很好的描述的标记点的位置，但是皮肤与骨骼之前的相对滑动增加很大的误差。

帧率

虽然基于摄像机的光学追踪系统能够捕捉的速度超过2000Hz，通过高帧率的捕捉可以很好的对标记点进行追踪，解决光点解算的问题，使得捕捉的精度更高，但是经过必要的处理，除去冗余数据，最终的有效捕捉数据帧率常常在100Hz～400赫兹。

灵活性

基于摄像机的光学追踪系统采用的多个摄像机跟踪标记点位置变化进行运动捕捉，这是非常灵活的方式，更多的标记点可以放置在需要跟踪的物体上，例如身体背部、用户可以尽可能多的标记点进行动作捕捉。事实上，因为系统仅仅对标记点的位置进行动作捕捉，所以可以对任何物体的运动进行追踪，不仅不仅局限在人体的运动。对每一个标记点的转动量进行测量需要特殊的数学方法，并且取决于摄像机与标记点之间的位置关系。

动力学参数

对于人体运动捕捉经常需要获得关节的加速度和速度数据。采用基于摄像机的光学追踪系统仅仅是追踪到标记点的位置信息，如果需要获得速度与加速度就需要对其进行一次和二次求导计算。但是，通过摄像机获得的位置数据噪声很大，求导会对噪声起到放大的作用，导致获得的加速度、速度测量出现的误差很大。

标记点遮挡和不匹配

采用基于摄像机的光学系统在动作捕捉方面最大的问题是标记点的遮挡。标记点遮挡是指摄像机不能看到需要捕捉的光学标记点。如果摄像机看不到标记点,那么这个点的位置信息就会丢失。虽然可以采用冗余的标记点弥补，但仍然是一个非常严重的问题，尤其是多人进行动作捕捉时候。

摄像机看到的每一个标记点都是一样的点，不能够进行区分，这样就会造成标记点的不匹配，也就是错位，虽然系统在一定程度上能区分识别每一个标记，但还是会混淆，摄像机的对某一位置的标记点标记为X，获得的下一帧图像最为接近这个点的标记被预测估计为X标记，这种方式区别不同的标记点非常受限，在很短的时间内，捕捉系统就会混淆的不同的标记点，当标记点不匹配的时候，必须人为的进行干预以获得正确的捕捉数据，这个过程非常耗费时间，也最为繁琐。

校准

标定系统会采用特殊的标记装置进行，一般采用具有光学标记点的WAND在捕捉空间内进行移动，以进行初始标定，因为对人体的动作捕捉，仅仅追踪光学标记点的位置数据，所以不需要更多的校准过程。不过，这一标定方式也需要十多分钟才可以完成。

采用基于摄像机的光学追踪系统优点和缺点。

优点：

• 动作捕捉的位置精准度高
• 能够同时捕捉关节转动和位移数据
• 捕捉的灵活性高

缺点：

• 使用空间有限
• 校准时间长
• 对于系统搭建的复杂，需要特殊的基础设备安装，具有一定的施工需求
• 人体模型的拖尾严重
• 标记点丢失与不匹配
• 人体运动的动力学参数数据分辨率不高
• 由于皮肤与骨骼的错位导致测量精度下降
• 成本高

主要代表品牌

光学动作捕捉

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