NOKOV度量光学动作捕捉系统工作流程

如果你对影视、动画或者游戏有一定关注，相信你一定听说过“动作捕捉”。事实上，无论是屏幕中的战场，还是真实的军事领域，从2K游戏中的虚拟球员，到医疗、康复、运动领域的专业研究；从机器人/无人机的研发设计，到海底隧道的测量工作；科研、工业、教育、娱乐、军事等各个领域中，光学动作捕捉都在提供无比精准的数据支持。那么问题来了，一套光学动作捕捉系统是如何工作的呢？

一套光学动作捕捉系统由红外动作捕捉镜头、反光标识点、POE连接器、动作捕捉软件和若干配件组成（如标定工具和镜头云台等）。其工作原理是：通过镜头发射红外线，红外线照射到标识点上会被反射，镜头上的感应矩阵可接收到反射回来的红外线，两个镜头同时工作，就可以确定标识点在三维空间内的坐标；大量坐标数据通过POE连接器传输给动作捕捉软件，便可以解算出目标在空间中的位置、方向和运动轨迹等信息，实现对目标的追踪。

下面我们会探索光学动作捕捉系统的具体工作流程，以及它是如何在不同领域的应用中发挥作用的。

校准

虽然理论上两个镜头就可以确定目标在三维空间中的坐标，但在实际应用中，目标身上的部分标记点有被遮挡住的可能，因此一套光学动作捕捉系统会配备多个镜头。校准的过程就是使用标定工具，让动作捕捉软件计算出镜头的准确空间位置和角度，建立三维空间坐标（XYZ轴），为精确的动作捕捉做好准备。

NOKOV度量光学三维动作捕捉系统在校准时使用的标定工具，通过L型标定工具确定空间中的X、Y、Z三个坐标轴的方向和原点位置

采集和跟踪

在光学动作捕捉系统中，每个红外动作捕捉镜头上都有红外（长波）发射器，镜头会发射出红外光；被捕捉的目标上附着了能够反射红外光线的标识点（Marker），标识点反射的红外光会被多个镜头上的感应器矩阵接收。

NOKOV度量光学三维动作捕捉系统在工作状态时，高性能红外动作捕捉镜头会发射红外光线。

不同位置的镜头采集到标识点的位置后，就可以计算出这个点在空间中的三维坐标，通过这种原理，动作捕捉系统可以同时采集到目标上多个标识点的一系列三维坐标。

动作捕捉的主要目的是跟踪并还原目标的运动信息，在一段时间轴上，多个镜头持续采集标记点的位置，就可以跟踪到标记点的运动轨迹和动作信息。

在采集过程中，动作捕捉镜头的分辨率和频率非常重要，这直接决定了动作捕捉的精度。无论是娱乐产业，还是科研、工业、军事等领域，对动作捕捉的精度要求都非常严格。目前，世界顶级的动作捕捉镜头的分辨率可达1200万像素，频率可达340Hz，精度可以达到亚毫米级。

反光标识点是动作捕捉中应用最广的传感器，因为它轻便、小巧、成本低，不易损坏，无论捕捉目标是演员、动物、无人机、机器人，还是残障病患、职业运动员，这种标识点都不会对目标的动作造成干扰，从而达到最真实、精准的动作捕捉。

识别目标

在光学动作捕捉系统完成采集和跟踪后，还有一项重要的任务：识别。

无论动作捕捉的目标是表演者、机器人/无人机、还是船舶、车辆模型，都需要分析出各个标识点之间的相互位置关系。因此，在动作捕捉系统第一次工作时，系统需要为每个标识点编码，从而建立目标整体的参考模板（比如目标是人，这个模板就是人的骨骼模型），之后，动作捕捉系统就会根据这个模板完成识别工作。

NOKOV度量光学三维动作捕捉系统用于步态分析测试实验，系统将目标身上的各个标识点建立成整体的腿部模型

实时数据传输/二次处理

光学动作捕捉在众多动作采集、追踪的解决方案中，最显著的优势其一是精准性，其二便是实时性。而实时输出可用数据，也是光学动作捕捉工作的最后一个环节。

例如NOKOV度量光学三维动作捕捉系统在获取目标的位置、方向、关节6自由度等数据后，其动作捕捉软件通过编写底层代码，可实时生成SDK广播，并向多种第三方软件传输，其同步误差达到亚毫秒级，从而帮助使用者实现对目标的实时监测、定位、追踪、测量或渲染。

通过动作捕捉系统对无人机的姿态进行实时监测

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