動作捕捉系統本質上是一種定位系統,通常需要在目标物布置定位裝置進行追蹤。以紅外光學為原理的動作捕捉系統,主要由由光學鏡頭、動作捕捉軟體、反光辨別點、POE交換機、和若幹配件組成,其中反光辨別點(Marker點)即為布置在目标物上的一種特殊球體。

紅外光學原理的動作捕捉系統分為主動式和被動式,其差別之一就在于反光辨別點。主動式原理的反光辨別點需連接配接電源主動發光,進而光學相機能夠擷取其空間位置。而被動式光學原理中的反光辨別小球,是一種表面塗有反光材料的小球,無連接配接線,不需要電源,内部沒有任何電子元件,它固定在被捕捉物表面反射鏡頭發出的紅外光,進而被多個鏡頭上的感應器矩陣接收,并擷取其球心三維坐标。本文将進行被動式光學原理的動作捕捉系統中反光辨別點(Marker點)的相關介紹。
不同的應用場景下适配不同的反光辨別點(Marker點)類型,例如當被捕捉物尺寸偏小時,需要較小的Marker與之适配,而當其表面非常光滑時,又需要帶有雙面粘性底座的反光辨別點(Marker點)進行固定。
反光辨別點(Marker點)尺寸與固定方式
尺寸
反光辨別點的大小選擇選擇通常與被捕捉物類型與尺寸有關,當捕捉人體全身動作時,常用直徑12~15mm反光辨別點(Marker點),而捕捉人體手部、足部、面部的精細動作時,常使用直徑小于8mm的小尺寸反光辨別點(Marker點)。而在自動化方向常見的無人機、機器人等多智能體室内定位與位姿捕捉,通常使用8~12mm反光辨別點(Marker點),另外,如果是使用場景空間與被捕捉物尺寸都比較大的情況,則使用直徑大于15mm的Marker。
固定方式
為保證系統正常使用,需要反光辨別點(Marker點)能夠穩定地固定在被捕捉物表面,反光辨別點(Marker點)主要通過勾面底座、平面底座以及無底座三種方式進行固定。
勾面底座:即尼龍搭扣方式,通過勾面規定到被測物表面的貼有的背膠魔術貼。
平面底座:通常使用雙面膠,将底座固定在堅固平滑的被測物表面,或用于人體局部的細微動作捕捉。
無底座:反光辨別點(Marker點)通過螺絲、熱熔膠等方式直接與機械結構、亞克力闆、碳纖維棒等材質的表面進行固定,
反光辨別點(Marker點)貼點方式
反光辨別點(Marker點)的貼點通常有以下幾種注意事項:
① 為保證系統對被捕捉物建立剛體與多剛體模型,需要在被捕捉物表面至少設定三個反光辨別點(Marker點)去定義一個模型,以擷取其三維坐标,
② 兩個反光辨別點(Marker點)不能距離太近,否則易造成系統無法正确識别,
③ 反光辨別點(Marker點)之間需要以非直線、非對稱方式排布,使系統能夠正确識别其方向以及區分相應動作。
而在不同的應用方向,例如機器人無人機室内定位,影視動捕特效制作,大空間VR實訓,人體步态分析等,其對應貼點方式也有多種類型。
運動分析領域
通常有專門的人體貼點模闆,如Helen Hayes模型等,反光辨別點(Marker點)按照固定位置貼在人體皮膚表面或緊身衣上。
影視動畫制作領域
通常使用身着動作捕捉服裝方式進行貼點,一般在全身的貼點量通常大于或等于50個反光辨別點(Marker點),每個肢體段都保證附着有3~5個Marker,其貼點位置通常在骨性标志點的關節處以及肢體段的中心,以保證運動中對點的遮擋不會影響動作捕捉效果的穩定流暢。