動作捕捉系統本質上是一種定位系統,通常需要在目標物布置定位設備進行追蹤。以紅外光學為原理的動作捕捉系統,主要由由光學鏡頭、動作捕捉軟件、反光標識點、POE交換機、和若干配件組成,其中反光標識點(Marker點)即為布置在目標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,其區別之一就在於反光標識點。主動式原理的反光標識點需連接電源主動發光,從而光學相機能夠獲取其空間位置。而被動式光學原理中的反光標識小球,是一種表面塗有反光材料的小球,無連接線,不需要電源,內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,並獲取其球心三維坐標。本文將進行被動式光學原理的動作捕捉系統中反光標識點(Marker點)的相關介紹。
不同的應用場景下適配不同的反光標識點(Marker點)類型,例如當被捕捉物尺寸偏小時,需要較小的Marker與之適配,而當其表面非常光滑時,又需要帶有雙面粘性底座的反光標識點(Marker點)進行固定。
反光標識點(Marker點)尺寸與固定方式
尺寸
反光標識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反光標識點(Marker點),而捕捉人體手部、足部、面部的精細動作時,常使用直徑小於8mm的小尺寸反光標識點(Marker點)。而在自動化方向常見的無人機、機器人等多智能體室內定位與位姿捕捉,通常使用8~12mm反光標識點(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,則使用直徑大於15mm的Marker。
固定方式
為保證系統正常使用,需要反光標識點(Marker點)能夠穩定地固定在被捕捉物表面,反光標識點(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,將底座固定在堅固平滑的被測物表面,或用於人體局部的細微動作捕捉。
無底座:反光標識點(Marker點)通過螺絲、熱熔膠等方式直接與機械結構、亞克力板、碳纖維棒等材質的表面進行固定,
反光標識點(Marker點)貼點方式
反光標識點(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置三個反光標識點(Marker點)去定義一個模型,以獲取其三維坐標,
② 兩個反光標識點(Marker點)不能距離太近,否則易造成系統無法正確識別,
③ 反光標識點(Marker點)之間需要以非直線、非對稱方式排布,使系統能夠正確識別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內定位,影視動捕特效制作,大空間VR實訓,人體步態分析等,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板,如Helen Hayes模型等,反光標識點(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於或等於50個反光標識點(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標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。