Vicon_动作分析系统

Vicon 动作分析系统

Vicon Motion Analysis System

整理：关鹏、曾祥林、刘国奇

基本原理。Vicon 是英国OLM公司所生产的光学动能分析系统，它以强大的性能在动作分析硬体领域获得极高的评价，并且改变了动作分析系统传统意义上所涵盖的内容。Vicon 是一套结合红外线摄影机以及资料处理的动作分析系统。不同于光点主动发光的设计，Vicon 透过由受试者身上反光球执行反射回来的光线，将摄影机所拍摄的2D 资料转换为3D的图像。和一般动作分析系统比较起来，Vicon具有更多的摄影机取象，这表示Vicon有更大的取像范围，同时也有着更多的物体能够被捕捉。

应用范围。Vicon 是一种动能分析及追踪系统，专门用来收集3D 资料并以及时的速度传输到你电脑中，以便你的虚拟人形富有真实的动作或者是受试者之动作能够透过光球完整地建构出来，Vicon的动能追踪被广泛运用到各式各样的领域，从临床分析、医学、重物力学研究、视觉效果以及游戏产品等。同时Vicon更有在同一采样区域里追踪多个运动物体，并且可以反所有追踪到的细微的动作回传到你的电脑中的功能。

元件规格。一、Vicon资料处理器

资料处理器的功用便在于控制摄影机，并且将摄影机收集到的资料传

送至电脑中的WORKSTA TION来加以分析。由外观看来资料处理器

（下图ViconMotion Capture)就像是一部标准的横躺式的个人一般电

脑。

二．M2摄影机

摄影机身光圈系统是Vicon系统硬体的一部分，主要是用来收集由受试者身上反光点传回来的记号。光圈和摄影机结合可以将光线由受试者身体上的光点所反射来的光及时的收取。而由光点反射的光线在传回来摄影机时通过一个滤波器，这个滤波器可以确保传回摄影机的光波都是同一种波长。而滤波器的设定则

是要看投影机敏感度的停整而定。

三．Workstation是安装在电脑中用来控

制资料处理器的软体。因此安装Workstation 有时会被当作Workstation或者Workstation专

用的电脑。Workstation 是Vicon 分析软件中的核心部分，主要是用来收集以及处理摄影机接收的初步资料。从每部摄影机传回来的2D 信号，经过Workstation 的整合之后，便可以重新建立为3D 型的能的档案。Workstation 也

可说是整个动作捕捉过程中的核心部分。此

外，为了提供使用者一个控制的界面，

Workstation 还可以编辑以及清除所收集的动

作抓取的资料。

四．Bodybuilder 资料处理软件

Bodybuilder 可说是一种多功能软件，主要便是用来探讨人体的运动。这项个人化设计的软件可以依照个人要求的不同设计出不同难易度的模组以及得到简繁不一的结果。软件主要包含Bodybuilder 和reporter 两种不同的界面。Bodybuilder 是负责资料处理以及各个各个处理模组的设计；reporter 则是负责重复的图片绘制。Bodybuilder 主要功能包括：处理Workstation 收取的资料、编辑及模拟物体的轨迹、建立人体关节及肢段的模型、建立运动学及动力学参数模组、光球点模组设计、计算角度及动作等等。本资料处理软件为选择配置。

五Polygon 是一种帮助使用者制作报告及发表的工具软件。主要是经由视觉报告呈现的方式，来训练实验室人员，使其能够容易且快速制作受试者的分析报告。事实上Polygon 可以多方面运用在生物力学上，例如运动、动作控制以及后健研究等方面。Polygon 是由Vicon Workstation 以及vicon bodybuilder 所共同同组成。透过这两种软件的处理，抓取动作得到的资料便可利用Polygon 软件读取以及分析。本资料处理软件为选择配置。

标准实验流程如下：

Rb

场地布置

仪器的架设与校正 动作试拍 资料的确认 相关资料的输

出

完成拍摄

实验完成 开始拍摄

摄影机调整的方法

一、捕捉空间的设定

一般而言，小范围的捕捉空间的决定较容易，只要在预期的拍摄范围上摆上反光球，再调整CAMERA的位置即可，不过当考虑到希望有一个较大的拍摄范围，而大小均未知，只希望能够有最大的拍摄空间时，可能会遇到一些困扰，就是无法决定地面反光球的摆设位置，此时可以利用manual中提供的资料来解决，决定理论上可能的最大的拍摄范围，摆上反光球后再利用camera检视修正。

二、camera相关的调整

基本上硬件部分的调整应Calibration之前，也就是若更动摄影机的位置达到不同的拍摄目的，上上述相关的参数都应重新确认，相关调整叙述如下：

焦距

为求拍摄范围达到最大，将焦距调在17.视拍摄需要而定，若需较小的拍摄范围可再往上调，最多至35.

光圈

光圈的调整应视需要而定，首先决定拍摄所使用的maker，并利用同样尺寸的maker在地上排列，检视camera中的maker状况，最远的maker需有3条线。最近的maker不能变形，通常在无距离的拍摄与使用较小的maker都会将光圈调到最大2.8.

Focal Length Ring :保持在无限远处。

Back Focus Ring:每半年做一次调整，校正完后应确实锁紧。

Camer Rear Panel Swith :一般保持在5.

校正

进行摄影机校正时，检查每台camera，只能看到L-Frame上的四个反光球，如果有其他的反光点便要将其他移除或覆盖或调整确定至少有两台以上的camera可以完整的看到L-frame。接下来则利用View i Diagnostic Mode调整camera sensttivities,务必使拍摄到的光尽量呈三条线，圆形。及稳定的形状。P231

资料输出时主要可以分为以下两个部分，分别为资料的编修与后续运动学计算，主要步骤如下：1，确定分析的资料后，将相关的资料存成c3d档，并在Workstation系统中完成资料的编修。2，将编修好的动能资料以。C3d档的形式汇入bodybuiderk中。最后配合加入动能资料的c3d档与事先转换成。Mod档，依照上syp0步骤在BodyBouilder中进行运动学的计算，