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,相較於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、多用於室內場景等特點,系統建立過程可分為系統搭建,數據采集與傳輸,數據識別與處理三部分。
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、動作捕捉軟件、反光標志點、POE交換機、線纜、標定框、以及三腳架等鏡頭固定裝置組成。
首先將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,確保鏡頭視野能夠覆蓋捕捉區域,然后將所有鏡頭通過網線連接到POE交換機。鏡頭通過POE交換機進行供電和數據傳輸,並連接到電腦中的動作捕捉軟件。軟件啟動后,先在頁面中實時模式操作連接上動作捕捉鏡頭。
1.2場地標定
系統軟硬件搭建並相互連接成功后,下一步就是場地的標定,分為L型標定與T型標定。其作用在於給動作捕捉區域建立XYZ坐標系,計算每個鏡頭在坐標系中的位置和姿態,只有完成標定后,才可以正確獲取到場地中各個Marker點的三維坐標數據。
L型標定通過將L型標定桿置於場地中央,在軟件中進行相應設置來完成,其目的有兩個:首先是確定統一的坐標系,通過對L型桿上四個點的定位,系統可區分出其長軸與短軸,從而定義出世界坐標軸的朝向和原點位置,其次,這一過程能夠給看到L桿的鏡頭一個初始參數,作為后面參數尋優的初值。
T型標定的作用是給每個鏡頭足夠的數據,使其能夠在原有初值的基礎上進行一個參數的迭代尋優。在這一過程,軟件處於T型標定模式,操作人員手持T型桿在場地中進行揮動,鏡頭實時捕捉大量數據。
2數據采集與傳輸
2.1數據采集
完成標定后,即可進行被捕捉物空間數據的獲取。在需要定位的人或物體表面貼上反光標記點(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,同時接收反光標記點反射回來的紅外光。當多個光學鏡頭同時“看到”一個標記點后,這一標記點在空間中的三維位置就會被確定。
2.2數據傳輸
鏡頭獲取到的反光標記點位置信息需要實時傳輸到電腦中,以進行數據的處理與使用。在光學動作捕捉系統中,所有鏡頭通過網線與交換機相連,當鏡頭獲取到反光標記點空間位置信息后,這些信息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,並實時被動作捕捉軟件接收。
3數據識別與處理
軟件獲取到多個反光標記點的三維空間位置后,下一步是進行物體的識別。在同一物體表面貼有多個反光標記點,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,並將點之間用線進行連接,表示兩點間的相互關系,這一組點名稱與連線信息在軟件中被操作記錄為一組Markerset。當具有這組Markerset信息的物體出現在場地中時,即被系統識別為一個獨立物體。
一些人體動作捕捉需要大量貼點捕捉數據,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標記點,並在軟件中進行點的識別、連接與骨骼綁定。
當系統能夠實時識別被捕捉物后,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,捕捉得到的模型數據還可實時根據效果在軟件中進行調整與矯正。根據不同領域方向的需要,光學動作捕捉系統還可實現與測力台等設備同步進行運動與測力數據捕捉、連接三維軟件進行虛擬人物生成等操作。