光学捕捉技术(6篇)

光学捕捉技术篇1

关键词:虚拟人行走模型运动控制

中图分类号:TP2文献标识码:A文章编号:1672-3791(2012)04(b)-0019-01

虚拟人是人在计算机上生成空间中几何特性与行为特性的逼真表示。在虚拟环境中,我们利用虚拟人来模仿真人的各种行为,尤其是人类最普遍的正常行走运动,而且能模拟军事的运用训练和医学的仿真实验中,还能设计产品增加产品的真实性。

1虚拟人行走模型

1.1虚拟人行走模型的建立

虚拟人是由计算机合成的真实的人,人体是个复杂的机构,如果要建模生成一个三维立体的人体模型就要对真人身体的头、四肢、躯干、皮肤肌肉等部位进行严格的分析,还包括人体上百个关节和细密器官的分析,建立一个运动模型,人体中肢体与肢体之间是相关联系的,可以将人体的关节看成几个点,各个骨骼之间形成一条一条的链条,根据关节之间不同的旋转和身体部位安置的角度让身体的各个部分相互融洽连接。

1.2虚拟人行走过程

人体行走的过程看似简单但是相对与虚拟过程就比较复杂,人在行走时每条腿会经历承受期和摆动期,腿的承受期主要分为脚后跟着地到脚尖接触到地面,行走周期是相对循环的,很多步子聚集到一起构成人体进行路线行走的平移,还要对支撑脚与地面之间进行准确的碰撞测试,由于两条腿的来回摆动,以两步为周期平移一步,以此循环也就形成了两条腿的摆动过程,进一步地实现了在水平地面上的连续行走。

2虚拟人的运动控制技术

2.1运动控制的关键帧方法

关键帧技术来源与动画片的制作方法,最初关键帧技术只是通过编入帧与帧之间的卡通的形状,在动画片中,所有的影像画面都通过设计关键帧中位置角度的一些参数问题来设计,关键帧技术根据人体的运动和活动状态将人体的动作分解成一系列的动作,每个动作对应相应的帧,但是电脑技术有时不会考虑人体的物理等一些特殊特性,所以会存在不恰当的插入导致虚拟人的不合理的动作,所以通常采用双值插入的方法来有效解决关键帧出现运动轨迹错误的现象,通过设定动作和运动速度的插值参数,让速度来控制动作形成流畅的轨迹。

2.2运动捕捉技术

随着技术的进一步成熟,运动捕捉技术有着非常广泛的应用领域。运动捕捉方法是指通过记录三维空间中的人体运动轨迹,并将运动轨迹转化为运动数据,对这些数据合成编辑以此合成虚拟人运动的过程。用于动画设计的运动捕捉技术通过一种光学设置将演员的表演姿势头部运动以及表情投射在计算机上,通过调整数据再加入真实的情感来完成制作。运动捕捉技术最大的优点在于能有效的捕捉真人的运动数据,数据传输能将运动数据从捕捉设备准确迅速地传送到主机系统再生成很多高难度的动作,因而虚拟人的运动能和真人运动十分相似,模仿度逼真度超高。但运动捕捉技术同样存在设备昂贵虚拟人本身的条件制约等一些缺陷,动力学控制虚拟人的运动体现了人体运动的真实性,但运动性太强。还可能因为冗杂的或者错误的数据和设备本身的干扰造成虚拟人身上跟踪器的移位反而导致画面运动的失真。但是运动捕捉技术仍然因能自动捕捉到人体运动的各个细节广泛运用在各领域。

2.3物理的仿真技术

物理的仿真技术利用生物学动力学等物理定律完成运动,从而弥补了关键帧技术的不足之处,一般有半物理仿真技术和全物理仿真技术,半物理仿真技术的逼真度较高,主要重视人机之间的关系,全物理仿真采用物理模型的仿真,主要通过对实物的模拟完成仿真。我们通常应用人体关节的基本动力学和动力学模型,通过分析物理规律计算运动的过程,来完成动态的仿真,使得创作出的虚拟人的运动更加逼真。物理的仿真技术的优点主要是能结合动力学相关物理定律实现关键帧技术无法实现的理想运动控制。优越于其它运动控制技术的优点主要表现在:首先,利用基于物理的仿真技术可以生成用关键帧技术无法实现的完全符合物理特性的理想的运动,人机之间的更多的交流使得捕捉到的技术更加精确。

3虚拟运动的进一步发展

3.1虚拟人运动控制的研究现状

近几年,国内外研究虚拟人运动控制的团体日渐壮大,国外相关团队对虚拟人的运动行走运动控制技术和捕捉进行了透彻研究,还有团队研究虚拟人面部的表情头发衣服进行了动画研究,实现了运动的仿真。国内的研究机构致力研究虚拟人运动的实时控制,通过对虚拟人身体部位的相关约束实现了虚拟人步行跑步等运动方式的拓展。

3.2虚拟人的广泛应用

虚拟人广泛应用在国防航天和医学等人类活动领域,应用虚拟人可以制作出符合中国人航天服的数据,在汽车防撞的实验中也可以运用虚拟人检测防撞强度质量,在医学领域,虚拟人可以有效的帮助医生观察人体组织,提高医学效率。例如美国公司开发了Jack的虚拟人行走,能实现人体模型的建立和行走的仿真控制,通过关键帧动画方法,用户可以自己实现虚拟人姿态的调节,拓展了虚拟人行走的仿真功能。Jack虚拟人除了能直立行走还能跑跳弯腰低头行走,还能进行攀登跳跃等高难度的动作。本文对目前虚拟人几何模型建市的几种常用方法进行了阐述,并对它们的优缺点进行了对比分析,同时对走步、跑步等几种典型的运动的控制方法进行了概述和对比研究。总而言之,随着科学技术的发展,虚拟人运动控制技术逐渐成为虚拟现实技术的关键,已经日益广泛的渗透到人们的日常生活中,因而受到人们的关注和重视。我们应当继续对虚拟人行走建模进行深究,通过多种技术的相融合解决运动控制的各方面问题满足虚拟技术的需要和快速发展。

4我们的工作

通过对虚拟人行走建模及运动控制的研究,我们建立了自主虚拟人智能行为的通用框架,包括两个模块,模块一主要解决虚拟人骨架建模方法,虚拟人运动建模方法,骨骼蒙皮方法,模块二重点解决了虚拟人运动控制问题,包括参数化关键帧方法,逆向动力学ik求解,基于运动融合技术的运动切换。该框架实现了一种生成真实感智能行为反应动画的方法,具有较好的真实感。在实时虚拟环境中进行的仿真实验结果表明作者提出的通用框架可有效进行自主虚拟人建模,为实时交互虚拟环境创建具有高度自主性、环境感知能力智能行为决策与运动控制能力的真实感虚拟人。

参考文献

光学捕捉技术篇2

的微观世界

《蚁人》讲述了因劫富济贫而蹲监狱的斯科特・朗（保罗・路德饰）在出狱之后打算重新开始，现实的残酷使得他不得不重操旧业，斯科特・朗却无意中盗取了生化学家汉克・皮姆（迈克尔・道格拉斯饰）的蚁人战服，这是由一种可使原子距离缩短的特殊物质“皮姆粒子”制造而成的超小型特殊战衣，一旦穿上以后身体会缩小至蚂蚁大小的体积。在强大敌人的威胁下，斯科特・朗与汉克・皮姆博士精心策划并执行了一场惊天骗局来拯救世界。最终斯科特・朗不仅战胜了恶势力，而且还收获了亲情和爱情。

“蚁人”这一超级英雄形象与漫威电影的其他英雄形象有很大的不同。首先是体型上，如果给漫威电影中的超级英雄：蜘蛛侠、钢铁侠、美国队长、雷神托尔、绿巨人、金刚狼、恶灵骑士、蚁人等8000多名漫画角色和复仇者联盟、神奇四侠、X战警、银河护卫队等超级英雄团队按照体型大小来排名的话，你会如何排？我相信无论如何排列，蚁人肯定是漫威电影中体型最小的那个。其次，是能力的对比，相较于漫威其他的超级英雄，斯科特・朗本身并不存在什么超能力，只有在穿上蚁人战服后，才会拥有缩小、变大的超能力。

尽管蚁人体型较小、能力较弱，但却依然俘虏了相当多的影迷朋友。影片以蚂蚁的独特视角来显现人类正常的世界，并且蚁人战服可伸缩自如，却又力量无穷。在正常世界和蚂蚁世界中随意切换，指挥着浩荡的蚂蚁大军，快速爬行、穿过蚁洞、在空中急速飞行，使得影片的视觉效果十分出众。并且，影片在喜剧效果上下足了功夫，拥有大量喜剧表演经验的男主角保罗・路德把饰演的斯科特的草根一面展现得非常到位。而他的盗窃小团队的三个小伙伴也是一大亮点，扮演一号跟班的迈克尔・佩纳更是一出场就让人开怀大笑。

从“蚁人”的角度来看，这个世界充满了大量惊人的细节，其中大部分是我们平时难以看到的。这种细节的需求最终推动了“蚁人”眼中宏观场景的创建工作。通过一系列技术上的努力，影片获得了最佳视觉效果。

幕后制作特效揭秘

《蚁人》要为这个时代的观众们打造一个出色的微观世界。导演佩顿・里德在采访中透露：影片的理念就是要让微缩世界显得与我们眼前的世界迥异，但又不失真实感。据以往的经验而言，会发现变小时是部冒险片，而变大时就成了灾难片。导演佩顿・里德使用了微距摄影和微距摄像技术，加上动作捕捉技术、微缩模型拍摄的技术以及CGI等特效，成功地把观众们带入一个本来熟悉却又陌生的微观世界。比起爆炸、飞行和战斗场面，电影中这些部分更加令人惊艳，尤其是斯科特・朗首次缩小后的一系列镜头，使人印象深刻。

对于《蚁人》来说，影片中最大的挑战无疑是当“蚁人”缩小到最小时，如何处理立体效果？导演佩顿・里德解释道，我们用了很多技术来创造缩小的效果，有很多运动影像微距摄影，固定影像微距摄影，还有动作捕捉，我们会让保罗・路德还有替身演员穿上特制服装，用数码技术录影。不管我们有什么样的全景拍摄场景，都会有一个相应的微缩场景，我们会用一些特殊的镜头来拍摄，然后会在后期重制它们，因为你想要把所有的质地都还原，这样才能感觉真实。“蚁人”斯科特・朗与博士指挥蚂蚁大军的“蚁人"

微距摄影

影片《蚁人》的许多场景都是采用微距拍摄完成的。微距摄影是指物距在十几厘米以内的近距离对细小物体或物体的细微部分进行拍摄的过程。它的像与物的放大倍率m通常定义在0.1～1之间，有些文献甚至将其扩展至10。放大倍率又称复制比，是影像大小（指胶片上或影像传感器上的影像大小）与被摄物体的实际大小的比例。

微距摄影形同用放大镜看东西，一些小型的物体会让你看清楚，一些看不清楚的细节突然会出现，并且它都可以记录下来，所以它的首要应用体现在科学技术上。通过照片或者影像观察分析细小物体的清晰全貌，该技术的应用范围十分广泛包括：医学、考古、生理解剖、纺织等各个方面。它能够把人类肉眼所不能看见或者不常见的场景拍摄下来，供科研人员仔细观察、分析研究。

动作捕捉

运动捕捉，就是通过捕捉表演者的动作甚至表情，用这些动作或者表情数据直接驱动动画，虚拟对象模型，制作出形象逼真的动画。

光学捕捉技术篇3

用机器人取代人类进行未知生物的探索与捕捉，可减少危险的发生；用机器取代化学药品杀死害虫便可减少农药对人体与环境的危害，而且顺应了当代环境保护这一课题。为此我们发明了捕虫系列机器人，捕虫系列机器人主要有三个部分组成：猪笼草仿生机器人、捕蝇草仿生机器人和蜥蜴仿生机器人，如下图所示。

猪笼草仿生机器人：设计此机器人主要是为了捕捉活体昆虫新物种和捕杀害虫两大功能，其更侧重于对活体昆虫的捕捉。设计此机器人最初的设想是当昆虫飞过此装置时，它会通过内部的感应器感知生物，待其进入捕捉范围后自动关闭捕虫器然后将昆虫捉住。因为这是一种捕捉活体昆虫的装置，因此它十分有利于科学家对昆虫的研究。实际应用时还可通过太阳能维持其运行，以减少对环境的危害。在实际操作过程中，此机器人采用的是乐高机器人套材中的光感传感器来感知昆虫的到来，当传感器感知到昆虫时，电机自动运行并通过履带进行传动，将捕虫器关闭。

捕蝇草仿生机器人：此机器人的功能和猪笼草仿生机器人的功能很相似，也具有捕捉昆虫新生物种和捕杀害虫两大功能，但其更侧重于对害虫的捕杀。它也是采用乐高机器人套材中的光感传感器来感知昆虫的到来，当传感器感知到昆虫时，电机自动运行将机械臂迅速放下将昆虫杀死。此外我们在此机器人中还设定了一个延时程序，一段时间（如5秒）后机械臂会自动抬起，以便捕捉下一只昆虫。因这款机器人已将先前捕获的昆虫杀死，所以即使机械臂抬起昆虫也不会跑掉，而在实际应用中还可以在其内部加入一些装置通过物理方式杀死害虫，以此取代化学药剂的使用，减小化学药剂对人体和环境的危害。

光学捕捉技术篇4

关键词：移动目标；跟踪算法；算法原理

中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044（2015）09-0241-02

伴随着现代技术信息的高速发展，计算机技术的大量运用在通信行业中，并且这些技术被大量的运用到图像成像技术中，这些技术也使得计算机图像处理技术变得越来越先进。那么在计算机图像处理中对于移动目标的检测与跟踪是其最为重要和主要方向研究的核心技术之一，计算机图像处理技术大量的融合了很多先进的技术其中就包括有图像处理以及目标识别、人工智能判断以及自动智能控制等多种技术学科进行相互交织的领域进行的技术研究，这一技术手段被大量的运用到了社会中各个方面其中就包含有军事领域的研究或者是航空行业以及其它的视频监控领域等，在这些研究领域中对于移动目标在复杂背景下的跟踪研究取得了很大的研究成果和重要的实际意义。

现在最为流行的无疑是双帧和三帧以及背景差分和光流算法这几种，这几种方法不是彼此之间相互独立的，而是可以相互之间进行变换和融合的。所谓的移动目标跟踪就是要创建一个以移动目标为对象的实时移动的数据模型来进行实时的跟踪计算。采用一种好的算法能够很大程度上保证最后得到的移动目标的计算跟踪结果更加精确和精准。这一算法将在以后的时间中一样被人们所热爱和研究，因为这些算法还有很大的提升空间来进行改进和创新。

1运动目标跟踪的原理

运动目标跟踪是根据每一个移动的物体在每一个画面像素之间的序列位置来进行的移动目标的跟踪计算处理分析。那么随着社会科学技术的进步，对于这一方法出现了很多种的方法来进行移动目标的跟踪计算分析处理。那么主要的就是有下面的几种来进行我们的移动目标的跟踪计算分析结果处理。本文主要列举了几个简单具有明显特征的方法来进行移动目标跟踪信息的分析与计算处理。

1.1针对区域的跟踪

针对于某一个区域进行的移动目标的跟踪计算分析的主要中心思想是：首先把得到的捕捉的图像进行加工分割处理划分为一个个包含有有用信息的一些压缩包的模式板块，然后设定一个标准的量来进行模块的选取，在原油的图像目标中进行有用信息的收集处理。那么因为开始在进行额分割处理以后的一些小的模块中含有大量的完整的信息，所以在移动目标能够看见前，这一方法能够达到很高的精确度来进行移动目标的跟踪和计算分析。并且具有跟踪性能十分稳定等特点。但是主要缺点还是过于耗费时间，尤其是在一些较大的区域进行这种方法时，耗费的时间一般都较长。所以这一方法在进行区域性搜索时一般是运用于区域性较小的地方，或者是阴暗对比较差的区域来进行的。

1.2针对于特征的跟踪

针对于某一个特征的跟踪计算分析处理的中心思想是：首先对于一个目标的某一个局部特点进行提取记录，然后再用计算机配对法里斯进行图像信息的对比，最后达到跟踪移动目标的目的。这一方法主要的优点就是即使被捕捉的目标某一个地方被掩盖，也能够通过局部特征法来进行跟踪分析计算，从而达到跟踪目标的目的。那么这一方法一般是和卡尔曼滤波器相互进行使用，这样能够达到最好的效果，所以这一目标一般常用的场所就是在一些较为复杂的背景下进行目标的跟踪。

1.3针对于活动轮廓的跟踪

针对于活动轮廓的目标跟踪的中心思想是：运用了曲线的封闭性能来进行的移动目标的跟踪计算和分析。主要是依靠了目标特征和数学计算来进行的曲线函数的数学运用更新，达到目标跟踪的目的。这一方法自从被发明出来以后，就被大家广泛的应用到目标搜索中去，因为它具有减少清晰敏感度的优点，并且能够在移动目标被物体所压盖以后还能够自动的进行目标对象的跟踪处理。但是这一方法主要的缺点也是受开始输入数据和噪音系数的影响较大。

1.4针对于模型的跟踪

针对于模型的跟踪方法的主要的中心思想是：首先由一定的数据库来进行目标数据的建模处理，然后再经过匹配计算达到跟踪目标的目的，并且能够自动的进行数据模型库的实时更新。从而得到较为完整的具有鲜明特点的数据结构据。但是背景差分法最大的缺点就是对于环境的要求太高，尤其是光的敏感度的干扰特别严。从而更好的确定目标的信息帧数，达到更为清晰的画面的展示。帧数之间的差分法对于背景为移动画面时的移动目标的画面捕捉是最为适合的，因为帧数差分法对于移动的物体更加的敏感，或者说这一方法只适合运用到移动的物体间。人工智能判断以及自动智能控制等多种技术学科进行相互交织的领域进行的技术研究，这一技术手段被大量的运用到了社会中各个方面其中就包含有军事领域的研究或者是航空行业以及其它的视频监控领域等，在这些研究领域中对于移动目标在复杂背景下的跟踪研究取得了很大的研究成果和重要的实际意义。尤其是对于大量运动物体的移动能够提取相关的信息输入进大脑，然后进行综合计算得到有用的信息。并且能够捕捉到有用的信息以后进行下一步移动物体的预算处理。

2运动目标检测算法分析

从复杂的背景情况中进行移动目标图像信息的获取就是我们的移动目标跟踪技术。主要分别在于摄像机和我们的移动目标之间的动静关系的确定，其中分为两种，第一种是在背景为静态时移动目标信息的获取和第二种移动背景下移动目标信息的获取。第一种就是指我们的摄像机不产生移动，在整个的拍摄过程中保持静止的状态来进行拍摄。第二种就是我们的摄像机在拍摄时发生了平移或者是旋转等方向的移动而进行的拍摄。

2.1背景差分法

这一方法是目前为止在进行这一移动目标信息获取方面最为人们所常用的一种方法，这一背景差分法中心思想就是在得到了一个收集了的数据背景模型以后，将现有的帧数和背景模块中的帧数进行减法运算得到一个差值，那么这一差值的结果如果大于一定的标准就可以知道这一信息为移动目标的信息，如果没有大于这一标准就可以判定这一信息为我们的背景模型中的数据。利用背景差分法能够有效的进行移动目标信息的判别，从而得到较为完整的具有鲜明特点的数据结构据。

但是背景差分法最大的确定就是对于环境的要求太高，尤其是光的敏感度的干扰特别严。那么针对于这一情况我们的技术人员最主要的方法就是创造出不同的背景模型来进行移动目标的跟踪计算，这样能够最大限度的减小因为环境因素的影响从而产生的对移动目标跟踪计算出现的失误等现象。对移动目标的跟踪计算至关重要的就是对于背景模型的创立和模式选取以及背景阴影的摒弃，将在很大程度上对整个的移动目标跟踪计算的结果造成关键性的影响。这一方法对于仪器设备的要求不是太高，能够简单的实现，除了要在固定不移动的背景下进行捕捉以外，其余的性能都很好，能够做到快速的进行移动目标信息的获取，从而能够精确的进行信息的取缔。但是这一方法最大的缺陷就是对于环境的要求很苛刻，容易受到光线强弱变化的影响，而这一影响将给整个计算带来严重的偏差。

图1背景差分法算法流程

2.2帧间差分法

这一方法主要就死利用三三两两相互靠近的帧数在连续像素中的变化，利用时间差值来进行的时间差值分化从而进行的移动目标的信息帧数获取。这一方法对于移动的帧数具有相当强硬的适应性，但是帧数差分法主要的缺陷就是不能够提出所有的移动目标的关键性像素，从而导致最后的呈像会出现一些空洞的现象。那么针对于这一重大的缺点我们的技术人员就运用了我们的对称帧数差分法来进行缺陷的修补。

这一方法主要就是在进行获取了的图像帧数中针对于每三帧数的图像信息来进行的对称差分法的修补，对称差分法主要就是运用了从上一帧数的图像信息中进行模块的切割来进行的移动目标的帧数范围的确定，这样能够得到一个较为清晰的移动目标帧数的移动范围，从而更好的确定目标的信息帧数，达到更为清晰的画面的展示。帧数之间的差分法对于背景为移动画面时的移动目标的画面捕捉是最为适合的，因为帧数差分法对于移动的物体更加的敏感，或者说这一方法只适合运用到移动的物体间。其实，帧数间差分法捕捉的主要就是相对来说是移动的物体，从而造成了捕捉到的两个画面之间的时间值很短，所以就会不容易受到外界光照等因素的影响。这也是帧数间差分法和上一方法之间最大的区别之一，帧数间差分法具有简单有效并且不容易受到外界的影响，具有效果稳定，反应速度快等特点。

2.3光流法

这一方法能够充分的用捕捉到的图像信息来进行移动目标信息的获取。运动场能就是移动在空间力矩中的表示，那么要在一个平面上表现物体的移动就是通过平面中的阴暗对比色调来进行移动物体的展示的。最后就会使得整个的运动场在画面上进行展示，这种现象我们称之为光流现象。那么光流就是指一瞬间产生的运动力场而变现的现象，其中就有一些基本的移动物体的很多信息。那么针对于光流现象我们就采用了时间变化而变化的光速效应，因为光速流中包含有大量的信息可以进行有效的利用。在理想状态下可以进行移动目标的测量，并且可以不用其余的参照物来进行参照对比。能够做到最大限度的得到移动物体的移动信息，可以运用进行背景动态运转时对于移动目标物体的跟踪计算测量。

但是这一方法主要的缺点就是对于仪器设备的要求很高，不能够第一时间的进行分析计算处理。对称差分法主要就是运用了从上一帧数的图像信息中进行模块的切割来进行的移动目标的帧数范围的确定，这样能够得到一个较为清晰的移动目标帧数的移动范围，从而更好的确定目标的信息帧数，达到更为清晰的画面的展示。帧数之间的差分法对于背景为移动画面时的移动目标的画面捕捉是最为适合的，因为帧数差分法对于移动的物体更加的敏感，或者说这一方法只适合运用到移动的物体间。

3结束语

跟踪目标的算法现在已经有很多种，每一种的类型和方式都是不一样的，但是这些算法无一例外都是只能够针对于某一种情况或者是多种情况来进行移动目标的跟踪计算分析处理，并不能够做到所有的环境都使用一种算法的理想状态，所以这也是以后要研究和解决的地方。现在最为流行的无疑是双帧和三帧以及背景差分和光流算法这几种，这几种方法不是彼此之间相互独立的，而是可以相互之间进行变换和融合的。所谓的移动目标跟踪就是要创建一个以移动目标为对象的实时移动的数据模型来进行实时的跟踪计算。其实，帧数间差分法捕捉的主要就是相对来说是移动的物体，从而造成了捕捉到的两个画面之间的时间值很短，所以就会不容易受到外界光照等因素的影响。这也是帧数间差分法和上一方法之间最大的区别之一，帧数间差分法具有简单有效并且不容易受到外界的影响，具有效果稳定，反应速度快等特点。采用一种好的算法能够很大程度上保证最后得到的移动目标的计算跟踪结果更加精确和精准。这一算法将在以后的时间中一样被人们所热爱和研究，因为这些算法还有很大的提升空间来进行改进和创新。

参考文献：

[1]施家栋，王建中.动态场景中运动目标检测与跟踪[J].北京理工大学学报，2009（10）.

光学捕捉技术篇5

关键词：动捕（运动捕捉）；跟踪点；映射；层级；关键帧简化

1.运动捕捉技术的历史

1983年金斯伯格和麦克斯韦教授使用Op—Eye光学跟踪系统。

1984年MotionAnalysis实现通过二维跟踪三维定位技术。

1988年英国OxfordMetricsLimited公司第一套应用在影视的动画制作领域的MotionCapture系统—Vicon。这是世界上第一个设计用于动画制作的光学MotionCapture系统，它专门为动画制作量身定做，是一套专业化的MotionCapture系统。现在已被许多非常著名的动画制作公司采购、使用。它的出现意味着运动捕捉技术正式进入影视动画制作。

1993年Acclaim光学运动捕捉系统可以同时进行2人的动作捕捉，跟踪点(Marker)可达100.

1996年MotionAnalysis公司实现跟踪点(Marker)的自动标识。

2007年3D动画电影《贝奥武夫Beowulf》的角色的表演完全由动作捕捉技术来展现。

2010年《阿凡达》导演利用3D立体、动作捕捉技术通过《阿凡达》将自己的想象力完美地呈现给了全球影迷，使《阿凡达》取得了前所未有的成绩。

2．光学式运动捕捉技术的工作流程

运动捕捉技术从原理上说可分为机械式、声学式、电磁式、主动光学式和被动光学式。不同原理的设备各有其优缺点，一般可从以下几个方面进行评价：定位精度；实时性；使用方便程度；可捕捉运动范围大小；抗干扰性；多目标捕捉能力；以及与相应领域专业分析软件连接程度。

光学式运动捕捉（MotionCapture）技术，是通过高速摄像机阵列来捕捉表演对象身上的跟踪点，把跟踪点在物理空间中的运动数据，映射到计算机的虚拟三维空间中，一般是记录跟踪点的三个维度（x、y、z）的移动（Translation）和旋转(Rotation)数据，因此动捕数据包含的信息主要对应于虚拟骨骼系统每一层级关节的TranslateX、TranslateY、TranslateZ、RotateX、RotateY、RotateZ六个属性的值。

目前光学式运动捕捉技术大多基于计算机视觉原理。从理论上说，对于空间中的一个点，只要它能同时为两部摄像机所见，根据同一时间点的两部摄像机所拍摄的图像像素等数值，可以确定这一时间点该点在空间中的位置。当摄像机以足够高的速率连续拍摄时，从图像序列中就可以得到该点的运动轨迹。在表演对象的关键部位设置跟踪点，由高速摄像机阵列捕捉跟踪点在三维空间中运动的轨迹，再经过计算机处理后，生成可以在动画制作中应用的数据。动画师可以将这些数据映射到动画角色，生成动画。也可以在相关软件中调整动画效果。这些数据应用范围非常广泛，就娱乐产业而言，涉及到电影、电视、MV、电子游戏等领域。

通过多个高速摄像机捕捉的跟踪点（Marker）所获得的数据，因为高速摄像机镜头存在死角，所以捕捉到的数据很多时候会存在丢帧现象，因此跟踪点在表演对象身上放置，必须与其骨骼系统的关节点相对应，具体的做法很简单，在表演对象身上放置跟踪点之前，我们可以先在动捕软件中创建角色骨骼系统的框架模型ModelMarkers，除了在关节点上的主要跟踪点之外，还需要在关节点周围放置附加的标记点（理论上附加标记点越多越有利于修复丢帧），这些标记点之间由Stick根据人体基本结构的方式相连接。有点像人类的骨骼一样，这些Stick是长度一定的RigidBodies，这就保证了跟踪点阵列的相对稳定。丢帧现象一般是一个或多个跟踪点丢失导致的，丢失的跟踪点的数据可以根据附近其它跟踪点的数据推算出来，当然如果丢失的跟踪点太多，就得手工修复了。见图一。图1

3．运动捕捉数据的类型

针对不同的三维动画软件，可以输出的运动捕捉数据格式种类较多，例如(*.asf,*.amc)(*.bvh)(*.htr)(*.trc)(*.c3d)，较常用的格式是(*.bvh)和(*.c3d)，通过外部插件,Maya可以直接使用(*.bvh)(*.htr)(*.trc)(*.c3d)这几种格式的数据，当然，最常用的调用动捕数据软件是AutoDesk公司的MotionBuilder。

MotionBuilder支持以上所有格式的动捕数据，可以将MotionBuilder作为中转站，将任何格式的动捕数据导入MotionBuilder，处理后存为(*.fbx),现在主流三维动画软件对(*.fbx)数据的支持还是很不错的，处理后的(*.fbx)数据可以应用到很多主流三维动画软件中。据说VICON公司的新版动捕软件Blade可以直接由跟踪点生成(.fbx)骨骼，并把动画数据直接传递给这种(.fbx)骨骼，省去了大量的修补丢帧数据的工作，进一步提高了工作质量和效率。

4．运动捕捉数据的应用

我们以(*.bvh)和(*.c3d)这两种格式在MotionBuilder中的使用为例。

MotionBuilder虽然能够导入(*.bvh)格式数据，但无法直接将(*.bvh)文件格式使用到角色上，需要重新映射到MotionBuilder的基本骨骼上才能使用。我们可以导入任意(*.bvh)数据到MotionBuilder中，旋转、移动其关节成标准的T-POSE状态，这就得到我们需要的基本骨骼，用MotionBuilder的Character节点来角色化基本骨骼，选择基本骨骼的关节，按Base(required)的关节列表，一一对应拖入CharaterDefintion的ModelList中，并激活Characterize选项，完成基本骨骼的角色化，并另存为不带动画的(*.fbx)文件。需要使用(*.bvh)数据到自定义动画角色的时候，可以先导入这个文件，再导入(*.bvh)数据到这个文件的基本骨骼上，选择BVHReplaceAnimation,动画数据会附加到基本骨骼上，然后在自定义动画角色的CharacterSetting下的InputType中使用CharacterInput的数据输入方式。

再来说(*.c3d)或(*.trc)，这两种格式的处理方式基本一样。将(*.c3d)导入到MotionBuilder中，将MotionBuilder的Actor节点拖放进Viewer。(*.c3d)或(*.trc)数据中的人物大小与MotionBuilder中Actor的并不相同，用移动和缩放工具将二者对齐（对得越齐动画效果越好），在ActorSetting中创建MarkerSet，将Actor的关节点拖入到MarkerSet中，激活Active和Snap选项，就完成了(*.c3d)或(*.trc)数据与MotionBuilder中Actor的绑定。需要使用(*.c3d)或(*.trc)数据到自定义动画角色的时候，在自定义动画角色的CharacterSetting下的InputType中使用ActorInput的数据输入方式即可。

光学捕捉技术篇6

关键词：甲醛；甲醛的危害；甲醛的检测方法；甲醛的控制。

1、家具的甲醛污染

随着人们生活水平的日益提高、人类对居室装修的标准及家具材料的环保性日益重视。家具中游离的甲醛超标问题，已成为目前人们选择家具考虑的首要问题。

目前市场上出售的家具90%以上是由UF树脂胶粘合而成的胶合板制成。由于UF树脂胶制备简单、价格低廉,无色、水溶性好、胶合强度高而被广泛使用。但UF树脂胶在制造、使用及固化后的各阶段,都会释放出甲醛,即使在装饰加工之后仍有游离甲醛释放造成室内污染。

2001年8月24日上海解放日报公布了对70家企业销售的家具甲醛含量的抽检结果：用穿孔法测定有半数产品超过40mg/100g，最高的竟达114mg/100g。又据有关调查报告显示，2001年上半年，我国15个城市约有16％到22.3％的消费者因购买的家具产生异味而诱发疾病。因此，解决板式家具的甲醛释放量超标问题，已是当务之急。

2、甲醛、甲醛的代谢与毒理学效应

2.1甲醛

甲醛又称乙醛，是最简单的醛类,具有杀菌和防腐功能。甲醛是一种无色，有强烈刺激型气味的气体。易溶于水、醇和醚。甲醛在常温下是气态，通常以水溶液形式出现。甲醛是一种重要的有机原料，主要用于人工合成黏结剂，如：制酚醛树脂、脲醛树脂、合成纤维、皮革工业、医药、染料等。甲醛的化学性质活泼，易于其他化合物反应，并可自行聚合为高分子的多聚甲醛。甲醛聚合物受热易发生结聚，在室温下放出微量气态甲醛，为减少其聚合，常在甲醛中加入甲醇或其他物质作为稳定剂，加入甲醇的浓度可达到15%。[1]聚集大量纸张和油墨的档案室、有大量藏书的图书馆等都是空气中富含甲醛的危险地区。[2]

2.2甲醛的代谢

甲醛易经呼吸道、胃肠道吸收，经皮肤吸收甚微。鼻腔是甲醛的主要沉淀部位，大鼠吸入甲醛含量以肺部最高，其次是血、脑、肝、肾。[3]甲醛的生物转化可使其解毒。进入体内的甲醛一部分不与大分子反应，迅速被细胞中的依赖谷胱甘肽（GSH）的甲醛脱氢酶（FDH）和线粒体中不依赖GSH的醛脱氢酶（aldehydedehydrogenaseAldDH）氧化为甲酸盐，大部分进一步氧化为二氧化碳后经呼吸道排出。小部分以甲酸盐形式经肾脏岁尿排出。甲醛氧化通路的限速步骤为甲酸（甲酸盐）向CO2[4]的转化。甲醛也可以和阻止中的氨基酸、蛋白质、核酸共价结合形成加合物。[5]

2.3甲醛的毒理学效应

a、刺激作用

甲醛的主要危害表现为对皮肤黏膜的刺激作用，甲醛是原浆毒物质，能与蛋白质结合、高浓度吸入时出现呼吸道严重的刺激和水肿、[6]眼刺激、头痛。

b、致敏作用

皮肤直接接触甲醛可引起过敏性皮炎、色斑、坏死，吸入高浓度甲醛时可诱发支气管哮喘。

c、致突变作用

高浓度甲醛还是一种基因毒性物质。实验动物在实验室高浓度吸入的情况下，可引起鼻咽肿瘤。

d、甲醛的突出表现及生殖毒性

头痛、头晕、乏力、恶心、呕吐、胸闷、眼痛、嗓子痛、胃纳差、心悸、失眠、体重减轻、记力减退以及植物神经紊乱等；孕妇长期吸入可能导致胎儿畸形，甚至死亡，男子长期吸入可导致男子畸形、死亡等。

3、甲醛的检测方法

3.1穿孔法测定值

用穿孔萃取法测定的从100g人造板中萃取出的甲醛量（单位：mg/100g）

提示：国际上建议的分类：E1

3.2干燥器法测定值

用干燥器法测定的试件释放于吸收液（蒸馏水）中的甲醛量（单位：mg/L）

3.3气候箱法测定值

以标准规定的气候箱测定的试件向空气中释放达稳定状态时的甲醛量（单位：mg/m³）

4、控制甲醛释放量的措施

4.1使用甲醛释放量达到E1级或E2级或无甲醛含量的人造板基材。

使用E1级或E2级的人造板制造家具，再通过家具的装饰方式进行有效封闭，家具的甲醛释放量就有可能达标。无甲醛含量的人造板大多是使用非醛系粘合剂制造的。非甲醛系粘合剂主要指聚氨酯，乙烯基脲树脂，环氧树脂，以及不饱和聚酯树脂等。也可以使用添加了甲醛捕捉剂的脲醛树脂，这些捕捉剂往往与甲醛有较高的反应活性，例如：尿素，硫脲，淀粉，三聚氰胺，聚乙烯醇，低级醇(含碳3－5)等，而且它们不仅能降低甲醛含量和释放量，同时对脲醛树脂还有改性作用。

4.2使用具有甲醛捕捉性的装饰板

由于采用直接向甲醛系树脂中添加有机化合物作为甲醛捕捉刑，会影响到粘合强度，特别是初期的粘合强度，所以有人采用在装饰板的纸质基材上制造甲醛捕捉层，以及在其表面保护层中加入甲醛捕捉剂的方法，用来有效地捕捉从其内层材料(胶合板，刨花板和中密度纤维板)中释放的甲醛，同时也可捕捉从室内其它物品中放出的甲醛。直接使用它来进行家具的表面装饰，效果很好，但成本较高。

4.3在家具内部贴含水溶性甲醛捕捉剂的纸

这种纸上附着的水溶性亚硫酸氢钠或钾，其可与空气中的甲醛和乙醛反应，生成羟甲基和羟乙基钠或钾，从而达到捕捉甲醛的目的。亚硫酸氢盐和乳液混合后涂布在纸质上，形成含有水溶性物质1.0—50g/m2的具有捕捉甲醛性能的纸。它可贴在家具的内侧，吸收家具里释放的甲醛。

4.4对脲醛树脂木制品进行后处理。

对用甲醛系树脂胶制得的木制品，可用氨水，氯化胺或尿素的水溶液进行清洗或浸渍，以达到其加工或使用的过程中减少甲醛的释放量。对热压纤维板，可将其放置于真空容器中，在25～45和(6.27～6.93)×104Pa的条件下．处理30～40分钟．可减少20％的甲醛释放量。

4.5常用方法去除甲醛。

开窗通风；绿色植物吸收；放活性炭；纳米光催化技术：利用纳米光催化分解甲醛；遮盖技术（喷雾、粉刷）：对污染源进行遮盖处理；氧化技术：利用强氧化特性，分解污染；甲醛分解技术，利用贵重金属铂金在常温下把甲醛分解成二氧化碳和水。使用除甲醛的喷雾或者喷雾剂比如（除甲醛剂、AQ空气净化喷雾）

5、结论

随着国家环保法规的严格实施，环保意识的逐步提高，家具甲醛污染的控制和治理越来越受到重视。党和政府出台了许多英明决策，各级政府和有关部门通过各项具体活动，认真落实家具环境污染甲醛治理工作就有了保障。就能实现人和自然的和谐发展，家庭和社会的和谐发展。

参考文献：

[1]朱桂珍.甲醛中毒的诊断与治疗（J）.临床药物治疗杂志，2006，4（1）：57—60.

[2]吴嘉慧，吴科颖，宋会荣，等。某高校图书馆甲醛浓度的测定（J）.齐齐哈尔医学院学报，2006,27（5）：583—584.

[3]杨玉花，袭著革，晁福寰。甲醛污染与人体健康研究进展（J）.预防医学研究杂志，2005,63,（1）68—71.

[4]LeeB,YulinotoH,SakaiY,etalPhysiologicalroleoftheglutathione---dependentfornaldehydedehydrogenaseinthemethylotrophicyeastCandidaboidinii（J）.Microbiology,2002,148:2697.