2.光學(xué)動(dòng)捕基礎(chǔ)和原理

光學(xué)動(dòng)捕基礎(chǔ)和原理李亮1第二章光學(xué)動(dòng)捕基礎(chǔ)原理光學(xué)鏡頭通過POE網(wǎng)線連接到交換機(jī)，同時(shí)用來安裝動(dòng)捕軟件的計(jì)算機(jī)通過交換機(jī)連接到同一局域網(wǎng)環(huán)境中。這樣的連接可以構(gòu)成一個(gè)光學(xué)捕捉的最小系統(tǒng)，大多光學(xué)捕捉系統(tǒng)的捕捉標(biāo)準(zhǔn)是：三個(gè)光學(xué)鏡頭同時(shí)捕獲到場地中的Marker點(diǎn)，則該Marker點(diǎn)被捕捉系統(tǒng)識(shí)別為有效點(diǎn)2第二章光學(xué)動(dòng)捕基礎(chǔ)原理光學(xué)鏡頭通過POE網(wǎng)線連接到交換機(jī)，同時(shí)用來安裝動(dòng)捕軟件的計(jì)算機(jī)通過交換機(jī)連接到同一局域網(wǎng)環(huán)境中。這樣的連接可以構(gòu)成一個(gè)光學(xué)捕捉的最小系統(tǒng)，大多光學(xué)捕捉系統(tǒng)的捕捉標(biāo)準(zhǔn)是：三個(gè)光學(xué)鏡頭同時(shí)捕獲到場地中的Marker點(diǎn)，則該Marker點(diǎn)被捕捉系統(tǒng)識(shí)別為有效點(diǎn)3第二章光學(xué)動(dòng)捕基礎(chǔ)原理光學(xué)鏡頭本身會(huì)對(duì)外發(fā)射紅外光，目前市面上主流鏡頭的光譜譜段在850nm左右，紅外光在捕捉場地中接觸到反光體，產(chǎn)生反射，當(dāng)反射強(qiáng)度達(dá)到捕捉的閾值后，相機(jī)將反光信息采集到軟件中，識(shí)別為點(diǎn)，下面是單個(gè)相機(jī)采集到的空間中的點(diǎn)位信息示意圖4第二章光學(xué)動(dòng)捕基礎(chǔ)原理如果只有一個(gè)相機(jī)的話，我們采集到的只是一幅2D的圖像，但是由于我們的場地中有多個(gè)相機(jī)，并且我們?cè)谑褂脛?dòng)捕之前對(duì)相機(jī)的高度進(jìn)行了標(biāo)定，因此相機(jī)的高度對(duì)我們來說是已知的，因此多個(gè)相機(jī)采集的信息，就可以在動(dòng)捕軟件中被還原為3D的點(diǎn)云信息5第二章光學(xué)動(dòng)捕基礎(chǔ)原理點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和標(biāo)簽之所以讓動(dòng)捕演員擺TPose來進(jìn)行人體標(biāo)定，就是因?yàn)樵赥Pose狀態(tài)下，動(dòng)捕演員的身體辨識(shí)度是最高的，點(diǎn)位之間也不會(huì)出現(xiàn)重合或者距離過近導(dǎo)致的識(shí)別錯(cuò)誤，在這個(gè)狀態(tài)下，軟件可以根據(jù)預(yù)制的模板，輕松地識(shí)別出，采集到的點(diǎn)位都來自于人體的什么位置6第二章光學(xué)動(dòng)捕基礎(chǔ)原理骨骼測量每個(gè)動(dòng)捕演員的骨骼長度都是有一定差異的，不同骨骼長度在還原動(dòng)捕姿態(tài)的時(shí)候效果也是不一樣的，就好像一個(gè)一米八的人一步半米我們覺得還OK，但是一個(gè)一米四的人一步跨半米，就有點(diǎn)像劈叉了，所以在我們讓動(dòng)捕演員穿上動(dòng)捕服擺TPose進(jìn)行人體標(biāo)定的時(shí)候，實(shí)際上動(dòng)捕軟件根據(jù)這些點(diǎn)位，完成了一個(gè)人體骨骼測量的過程。而這一測量的依據(jù)，來源于預(yù)設(shè)的人體模板，當(dāng)動(dòng)捕軟件知道了點(diǎn)位標(biāo)簽之后，根據(jù)這些標(biāo)簽所代表的關(guān)節(jié)點(diǎn)，軟件就可以自動(dòng)計(jì)算出人體各個(gè)關(guān)鍵骨骼的長度7第二章光學(xué)動(dòng)捕基礎(chǔ)原理計(jì)算出骨骼長度之后，動(dòng)作捕捉軟件就可以根據(jù)采集到的捕捉信息，實(shí)時(shí)對(duì)人體姿態(tài)進(jìn)行解算了，只要不同時(shí)丟失過多的點(diǎn)位，算法就會(huì)自動(dòng)追蹤這些帶標(biāo)簽的點(diǎn)位，是如何進(jìn)行運(yùn)動(dòng)變化的，并將核心關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)信息，記錄或者轉(zhuǎn)發(fā)出來，到這里為止，就是光學(xué)捕捉的基礎(chǔ)追蹤原理了8第二章光學(xué)動(dòng)捕基礎(chǔ)原理光學(xué)和慣性的相似之處在什么地方從捕捉上來講，紅外光學(xué)和慣性，以及激光，計(jì)算機(jī)視覺等分支，采用的確實(shí)是不一樣的技術(shù)，但是從本質(zhì)來說，捕捉數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和處理是比較類似的。所有格式的動(dòng)捕數(shù)據(jù)本質(zhì)上還是對(duì)人體姿態(tài)的還原，數(shù)據(jù)的主體都是人體關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)角，通過預(yù)設(shè)的骨骼進(jìn)行幀姿態(tài)的解算和還原。因此光學(xué)和慣性除了捕捉方式之外，數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)并無太大差異，條件允許的話，大家可以自行去拿一些標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)捕數(shù)據(jù)進(jìn)行一下比較和對(duì)照，就能看出一些端倪。910第二章光學(xué)動(dòng)捕基礎(chǔ)原理光學(xué)鏡頭通過POE網(wǎng)線連接到交換機(jī)，同時(shí)用來安裝動(dòng)捕軟件的計(jì)算機(jī)通過交換機(jī)連接到同一局域網(wǎng)環(huán)境中。這樣的連接可以構(gòu)成一個(gè)光學(xué)捕捉的最小系統(tǒng)，大多光學(xué)捕捉系統(tǒng)的捕捉標(biāo)準(zhǔn)是：三個(gè)光學(xué)鏡頭同時(shí)捕獲到場地中的Marker點(diǎn)，則該Marker點(diǎn)被捕捉系統(tǒng)識(shí)別為有效點(diǎn)11第二章光學(xué)動(dòng)捕基礎(chǔ)原理光學(xué)鏡頭本身會(huì)對(duì)外發(fā)射紅外光，目前市面上主流鏡頭的光譜譜段在850nm左右，紅外光在捕捉場地中接觸到反光體，產(chǎn)生反射，當(dāng)反射強(qiáng)度達(dá)到捕捉的閾值后，相機(jī)將反光信息采集到軟件中，識(shí)別為點(diǎn)，下面是單個(gè)相機(jī)采集到的空間中的點(diǎn)位信息示意圖12第二章光學(xué)動(dòng)捕基礎(chǔ)原理如果只有一個(gè)相機(jī)的話，我們采集到的只是一幅2D的圖像，但是由于我們的場地中有多個(gè)相機(jī)，并且我們?cè)谑褂脛?dòng)捕之前對(duì)相機(jī)的高度進(jìn)行了標(biāo)定，因此相機(jī)的高度對(duì)我們來說是已知的，因此多個(gè)相機(jī)采集的信息，就可以在動(dòng)捕軟件中被還原為3D的點(diǎn)云信息13第二章光學(xué)動(dòng)捕基礎(chǔ)原理點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和標(biāo)簽之所以讓動(dòng)捕演員擺TPose來進(jìn)行人體標(biāo)定，就是因?yàn)樵赥Pose狀態(tài)下，動(dòng)捕演員的身體辨識(shí)度是最高的，點(diǎn)位之間也不會(huì)出現(xiàn)重合或者距離過近導(dǎo)致的識(shí)別錯(cuò)誤，在這個(gè)狀態(tài)下，軟件可以根據(jù)預(yù)制的模板，輕松地識(shí)別出，采集到的點(diǎn)位都來自于人體的什么位置14第二章光學(xué)動(dòng)捕基礎(chǔ)原理骨骼測量每個(gè)動(dòng)捕演員的骨骼長度都是有一定差異的，不同骨骼長度在還原動(dòng)捕姿態(tài)的時(shí)候效果也是不一樣的，就好像一個(gè)一米八的人一步半米我們覺得還OK，但是一個(gè)一米四的人一步跨半米，就有點(diǎn)像劈叉了，所以在我們讓動(dòng)捕演員穿上動(dòng)捕服擺TPose進(jìn)行人體標(biāo)定的時(shí)候，實(shí)際上動(dòng)捕軟件根據(jù)這些點(diǎn)位，完成了一個(gè)人體骨骼測量的過程。而這一測量的依據(jù)，來源于預(yù)設(shè)的人體模板，當(dāng)動(dòng)捕軟件知道了點(diǎn)位標(biāo)簽之后，根據(jù)這些標(biāo)簽所代表的關(guān)節(jié)點(diǎn)，軟件就可以自動(dòng)計(jì)算出人體各個(gè)關(guān)鍵骨骼的長度15第二章光學(xué)動(dòng)捕基礎(chǔ)原理計(jì)算出骨骼長度之后，動(dòng)作捕捉軟件就可以根據(jù)采集到的捕捉信息，實(shí)時(shí)對(duì)人體姿態(tài)進(jìn)行解算了，只要不同時(shí)丟失過多的點(diǎn)位，算法就會(huì)自動(dòng)追蹤這些帶標(biāo)簽的點(diǎn)位，是如何進(jìn)行運(yùn)動(dòng)變化的，并將核心關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)信息，記錄或者轉(zhuǎn)發(fā)出來，到這里為止，就是光學(xué)捕捉的基礎(chǔ)追蹤原理了16第二章光學(xué)動(dòng)捕基礎(chǔ)原理光學(xué)和慣性的相似之處在什么地方從捕捉上來講，紅外光學(xué)和慣性，以及激光，計(jì)算機(jī)視覺等分支，采用的確實(shí)是不一樣的技術(shù)，但是從本質(zhì)來說，捕捉數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和處理是比較類似的。所有格式的