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光學動作捕捉系統原理

NOKOV度量光學動作捕捉系統是以紅外光學為原理的動作捕捉系統,相較于慣性原理動作捕捉系統,GPS定位系統等定位手段,具有精度高、延遲低、實時性強、多用于室内場景等特點,系統建立過程可分為系統搭建,資料采集與傳輸,資料識别與處理三部分。

光學動作捕捉系統原理

1系統搭建

1.1場地搭建

一套光學動作捕捉系統由紅外光學鏡頭、動作捕捉軟體、反光标志點、POE交換機、線纜、标定框、以及三腳架等鏡頭固定裝置組成。

光學動作捕捉系統原理

首先将紅外光學鏡頭通過三腳架、夾具等鏡頭固定裝置布置在場地周圍,確定鏡頭視野能夠覆寫捕捉區域,然後将所有鏡頭通過網線連接配接到POE交換機。鏡頭通過POE交換機進行供電和資料傳輸,并連接配接到電腦中的動作捕捉軟體。軟體啟動後,先在頁面中實時模式操作連接配接上動作捕捉鏡頭。

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1.2場地标定

系統軟硬體搭建并互相連接配接成功後,下一步就是場地的标定,分為L型标定與T型标定。其作用在于給動作捕捉區域建立XYZ坐标系,計算每個鏡頭在坐标系中的位置和姿态,隻有完成标定後,才可以正确擷取到場地中各個Marker點的三維坐标資料。

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L型标定通過将L型标定杆置于場地中央,在軟體中進行相應設定來完成,其目的有兩個:首先是确定統一的坐标系,通過對L型杆上四個點的定位,系統可區分出其長軸與短軸,進而定義出世界坐标軸的朝向和原點位置,其次,這一過程能夠給看到L杆的鏡頭一個初始參數,作為後面參數尋優的初值。

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T型标定的作用是給每個鏡頭足夠的資料,使其能夠在原有初值的基礎上進行一個參數的疊代尋優。在這一過程,軟體處于T型标定模式,操作人員手持T型杆在場地中進行揮動,鏡頭實時捕捉大量資料。

2資料采集與傳輸

2.1資料采集

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完成标定後,即可進行被捕捉物空間資料的擷取。在需要定位的人或物體表面貼上反光标記點(一種表面塗有特殊反光物質的銀灰色小球),動作捕捉鏡頭上的LED燈向外發射紅外光,同時接收反光标記點反射回來的紅外光。當多個光學鏡頭同時“看到”一個标記點後,這一标記點在空間中的三維位置就會被确定。

2.2資料傳輸

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鏡頭擷取到的反光标記點位置資訊需要實時傳輸到電腦中,以進行資料的處理與使用。在光學動作捕捉系統中,所有鏡頭通過網線與交換機相連,當鏡頭擷取到反光标記點空間位置資訊後,這些資訊會通過網線傳輸到交換機,再由交換機統一傳輸到相連的電腦中,并實時被動作捕捉軟體接收。

3資料識别與處理

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軟體擷取到多個反光标記點的三維空間位置後,下一步是進行物體的識别。在同一物體表面貼有多個反光标記點,這些特定點之間的距離是不變的,因而,對同一物體上貼有的有的點進行命名,并将點之間用線進行連接配接,表示兩點間的互相關系,這一組點名稱與連線資訊在軟體中被操作記錄為一組Markerset。當具有這組Markerset資訊的物體出現在場地中時,即被系統識别為一個獨立物體。

光學動作捕捉系統原理

一些人體動作捕捉需要大量貼點捕捉資料,有專門的貼點模型供選擇使用,根據所提供的貼點模型,在人體固定位置粘貼反光标記點,并在軟體中進行點的識别、連接配接與骨骼綁定。

當系統能夠實時識别被捕捉物後,一個完整的光學動作捕捉系統就已建立完成,接下來可直接進行動作捕捉,捕捉得到的模型資料還可實時根據效果在軟體中進行調整與矯正。根據不同領域方向的需要,光學動作捕捉系統還可實作與測力台等裝置同步進行運動與測力資料捕捉、連接配接三維軟體進行虛拟人物生成等操作。

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