动作跟踪系统介绍

动作跟踪系统
技术概述
动作跟踪顾名思义动作捕捉，动作捕捉（Motion capture），简称动捕（Mocap），是指记录并处理人或其他物体动作的技术。

它广泛应用于军事，娱乐，体育，医疗应用，计算机视觉以及机器人技术等诸多领域。

在电影制作和电子游戏开发领域，它通常是记录人类演员的动作，并将其转换为数字模型的动作，并生成二维或三维的计算机动画。

捕捉面部或手指的细微动作通常被称为表演捕捉（performance capture）。

在许多领域，动作捕捉有时也被称为运动跟踪（motion tracking），但在电影制作和游戏开发领域，运动跟踪通常是指运动匹配（match moving）。

《魔戒》里的咕噜姆、《泰迪熊》里的毛绒熊、《阿凡达》里的部落公主……电影里那些经典虚拟形象生动的表演总能深深打动观众，而它们被赋予生命的背后都源于一项重要的科技技术——动作捕捉。

多个摄影机捕捉真实演员的动作后，将这些动作还原并渲染至相应的虚拟形象身上。

这个过程的技术运用即动作捕捉，英文表述为Motion Capture。

这项上世纪70年代就被利用于电影动画特效制作的技术，如今正在被广泛应用在电影制作和游戏开发等领域。

以《指环王》中的虚拟数字角色咕噜为例：
第一步、捕捉真实演员的肢体和面部运动数据
第二步、将真实演员的动作赋予数字角色
图三、最终合成的效果
对于动画企业而言，在前期脚本、原画完成后，动画制作的主要工作集中在角色动画的调关键帧上，如果面对一个40集的生活动画片，那么其中角色动画部分就有最少320分钟的角色部分，需要6个高级调帧工程师调整几个月才能实现，而且后期的修改还需要很多时间。

如果是动作要求更多的动画片，比如说武打题材的动画片，则需要更多的人，更长的周期。

运用运动捕捉就可以完全越过这些枯燥的技术操作，将动画师的精力都放在片子的创意上，动画制作只需要找到合适的演员捕捉就可以了，运动捕捉平台可以将捕捉对象的动作实时生成动画，人物的动作、动物的动作、甚至多人的动作都能够迅速生成。

可以让动画企业大大提高效率。

运动捕捉效率对比（以6人工作小组为参照）
在动画企业创作超逼真的的拟人动画的时候（例如《最终幻想》），创作者只需要按照故事的情节选择演员，设计动作，一切按照真实拍摄的步骤去做，那么得到的作品的动画和真人的动作如出一辙。

因为运动捕捉系统是将捕捉对象的真实动作实时捕捉下来后，按照模型与真人一致的捕捉点位置还原生成的，绝对不会出现动作不协调的问题。

当动画企业需要做一些夸张的动画片的时候，运动捕捉同样能够起到高效的辅助作用，任何夸张的动作的来源都是常规动作，那么通过运动捕捉平台将片中夸张动作的原形捕捉完成后，就形成了动作模版，这些模版同样是关键帧动画。

制作者可以根据需求进行调节，快速的完成自己希望的夸张动画。

动作跟踪系统
动作跟踪系统提供非凡的简单工作流程以及无可挑剔的身体跟踪数据，包括精确的手指跟踪，无论是最好的好莱坞工作室还是独立的小型团队都能够满足需求。

使用Prime 17W镜头与传统光学捕捉系统相比，获得了大范围、宽视角和红外照明三个优势。

红外：没有红色破坏、干扰演员的注意力。

宽视角：最大化采集区域，适合大的工作室环境安装。

系统组件
Prime 17W镜头
Prime17W是一款用于中高端影视娱乐内容制作的全身运动捕捉系统的摄像头，它采用红外光学运动捕捉方式，具有无干扰、跟踪精度高等特点，最大可实现360Hz的人体运动进行精确捕捉。

170万（1664*1088）红外摄像头，具有高分辨率、低畸变，高通光量等特点，适合多种应用可对各种红外Marker点进行高精度高速捕捉。

镜头特点
业界领先的高精度
Prime 17W给出了精确度的定义。

拥有业界最智能处理的像素1.7 MP，Prime 17W提供的像素性能大大超过其他所有摄像机–价格却不到竞争产品的三分之一。

得益于公司最新款1664*1088热像仪的卓越性能，我们才得以设计并打
造出这一超高精度。

满足制作的捕捉场地面积
Prime 17W是一个大容量的利器，能够从80多英寸远的距离跟踪一个16mm的标记。

结合公司专有的“fast glass”镜头技术和强大的红外线频闪，周边仅有一台相机设置–输出精确、无噪音的数据。

70°的视域下，达到该跟踪体积所需的摄像机数量要少于大型安装中通常需要的摄像机数量。

直观与优雅的设计
Prime 系列产品在设计过程中，我们考虑了摄像头的整个生命周期- 从拆箱到安装、捕捉和拆卸。

每个工序都经过精心设计打造，追求最大的简单性和可用性。

除了您所习惯的性能之外，您还会发现一些需要琢磨的新功能，我们的产品创新包括单用户设置的瞄准辅助技术、同步参考视频与3D数据的覆盖，以及我们的摄像机视觉健康和活动指示灯。

瞄准辅助
采用我们的相机瞄准辅助技术，用户可以有效地设置并对准一个完整的Prime 17W系统。

只需轻触按钮，便可即时将摄像机视图转为全屏，设置灰度图像，并增加辅助照明曝光和更好的图像清晰度。

通过这些设置能够轻松查看图像，从而不再需要将参考标记放置在捕获地面上。

每个摄像机的对准方便、准确，甚至无需触摸软件界面。

一旦相机已经对准，只需按一个按钮便可接着进行下一步操作。

参考视频与三维覆盖
通过运行任何Prime 17W灰度模式下的全景摄像头，您可以将其转换成一个参考摄像头，监控活动范围。

参考摄像头经校准并同步跟踪相机后可提供场景视频，并3D覆盖标记和骨骼数据–改良骨骼定义和预览应用的完美之选。

我们独特的摄像头、实时MJPEG压缩将确保您的高清晰度参考视频不会增加系统的带宽。

相机状态指示灯
新推出的相机可视化预警系统提供有关相机健康和活动的可视化反馈，使用摄像头前部的一个RGB 环形液晶灯。

当相机状态发生变化时，指示灯也会有相应变化。

颜色和亮度设置可以自定义，因此您可以根据个人偏好进行设置。

相机图像处理
我们的预测实时、相机图像分析技术可为您的电脑提供清洁、可靠的数据，以获得有效的标记处理和参考视频。

图像处理类型包括：
●对象：采用我们最精确的灰度处理方法，执行标记位置、大小、圆滑
度的相机检测。

通过最小的CPU占用提供出色的精度。

●精密灰度：类似于对象处理，但向电脑发送标记的选择性灰度图像，
以计算对象数据。

提供最详细的标记信息，但相比对象处理需要更多
的CPU资源。

●分段：类似于精密灰度处理，分段模式在相机和CPU之间划分处理，
为CPU有效的标记检测提供简化的标记信息。

提供精度和处理负载
之间的一种平衡。

●MJPEG压缩灰度：全分辨率灰度帧，经过相机压缩以获得高度可扩展
的参考视频功能。

●原始灰度：全分辨率，未压缩的灰度信息。

千兆以太网和PoE
千兆以太网I/O和PoE + 为Prime 17W提供了广泛的布线范围（最大到300'）、巨大的带宽能力。

结合相机MJPEG图像压缩，GigE数据传输可使多个摄像机同时在全画幅灰度进行操作。

外部同步输入/输出，同步锁相，时间码
Prime 17W摄像头几乎可与eSync的任何信号同步。

摄像头可同步至如一个专业视频同步锁相信号源，也可通过从通用输入和软件命触发进行记录。

使用同步输出信号或DAQ触发可进行生物力学测力板的数据对齐。

SMTPE时间码也可以实现高度精确的帧时，从而便于编辑和记录。

摄像头控制
使用任何软件应用程序访问各种Prime 17W设置，从而对摄像头捕捉信息及软件报告处理信息实现更好地控制。

可用设置包括：
图像处理类型：
●帧速率
●曝光
●阈值
●照明
●状态LED控制
其他更多...
Motive软件
动捕软件Motive：Body是一款直观的动作捕捉软件，结合了数据捕捉、编辑和输出等功能。

运动捕捉技术可以给动画人物赋予自然逼真的动作效果，但通常设备安装比较复杂，需要进行大量的人员培训，而且还必须由多个操
作人员共同协作完成。

而借助Motice：Body软件，用户既可以充当操作员又可以作演员，提供了空前的灵活性。

Motive：Body软件与摄像头等动作捕捉工具配合使用，为用户提供了准确的捕捉数据，并可对最终输出序列进行控制。

单用户控制：配有用户自定义计时器，用于对捕捉流程进行控制，还具有实时3D视图反馈功能，用户一个人既可充当操作员又可以作演员；
轻松摄像头校准：最多可对96台摄像头进行校准，捕捉范围可达25m×45m；
骨架和标记物自动分配：此流程过去通常需要几小时，现在只需要几分钟即可完成，简单易用的骨架程序可以自动进行骨架与标记物分配；
实时数据捕捉：实时预览动作捕捉数据，并配有全身数据处理功能；
内置数据编辑器：高级编辑工具，让用户能对他们的捕获数据进行编辑；
灵活的数据导出：以BVH、C3D等格式实时导出至MotionBuilder软件。

系统优势
其优势包括：
一键式校准
新的骨骼校准，只需简单地单击鼠标，就能很快完成，当你准备将数据发送给MotionBuilder，系统将输出预设好的角色，准确的骨骼比例，以及准备好的标记。

精确的手指跟踪
全身系统利用行业最精确的3D跟踪数据，以及我们新的人体运动学标记可以生成无可挑剔的手指跟踪数据。

优化标记点统计
人体运动学标记点进行了优化，以跟踪更多数量的标记点，能够在大场地捕捉更多的人。

人体运动学标记
全身系统清楚了解各个运行环境的骨骼结构来生成标记标签，提供了惊人的精确数据，实时输出。

详细功能
跟踪、解算和标记
一键校准，快速设置；
新的高密度标记点设置，带脚趾、手指跟踪；
基本37个标记点；
脚趾41个标记点；
带脚趾、手指49个标记点；
人体运动学标记，能应付复杂点云的高性能采集；
实时和离线应用程序支持；
最精确的点云重建，跟踪标记点达2000个；
手动标记非骨骼点云；
一键骨骼创建；
自定义骨骼解算，包括：
●灵活、偏转；
●动态、静态的限制；
●标记共享；
●卡尔曼平滑；
系统健康状况监视、事件日志记录，确保工作流中的每一阶段，当出现性能问题时以最佳方式处理，及识别潜在的问题；
多摄像机绑定跟踪；
每个绑定最少3个标记；
每个绑定最大7个标记；
最多骨骼数量32；
关闭冗余骨骼标记点。

相机控制和帧同步
相机管理，在相机组之间拖放；
设置预设以快速调整相机功能；
●跟踪；
●引用；
●瞄准；
自定义；
相机设置完全控制；
●帧速率；
●曝光；
●阈值；
●照明；
●增益；
●滤镜切换器
同步控制，包括帧交付和快门偏移量；
全帧、同步，校准带3D叠加的参考视频；
集成相机的对焦协同；
一键自动屏蔽所有2D相机视图；
标记点数据反向投影到2D相机的图像
外部整合
SMPTE 时码记录，流式数据（通过eSync）支持；
灵活的实时流媒体：
免费MotionBuilder插件；
●IKinema Action for Maya (2009-2013)；
●VRPN；
●Trackd
●通过NatNet SDK的自定义网络开发；
绕过Motive UI，通过Motive API开发本地应用整合；
外部同步输入输出：
●通过eSync同步锁相；
●通用同步输入输出，通过eSync或OptiHub；
●触发远程设备，开始/停止记录，广播单XML UDP数据包；
●兼容3D Shutter Glasses，通过eSync或OptiHub；
校准
自动镜头检测，支持自定义透镜；
支持OptiWands或自定义校准棒；
具有独特设置，校准多个相机组；
3D捕捉体积可视化、可扩展所需的重叠相机；
运行新的校准或者改进现有的校准；
利用体积可视化和测量工具评估健康度和精度。

数据管理
新的数据管理系统；
●拖放式地操作资产管理；
●从剪贴板中粘贴到镜头列表；
●新的有效文件包括2D、3D和骨骼数据，可选2D数据存档；
●每个操作的详细元数据，包括资产和健康度；
可选离线轨迹；
●改进复杂、高密度点云的解算；
●新相机或场景的重建轨迹；
新数据清理；
●采用健康度指数解释差距；
●X、Y、Z通道预览、编辑；
●在跟踪视图下快速识别、重新标记、重建轨迹；
轨迹编辑工具；
●修复更换的轨迹；
●上下移动轨迹；
●平滑，具有自定义滤波截除频率；
●收到标记，包括自定义标记点；
●骨骼数据解算，或输出到外部解算；
输出格式：
●C3D 光学数据；
●FBX光学、绑定和骨骼数据；
●BVH绑定和骨骼数据；
●CSV光学和绑定数据；
捕捉服装
透气和吸光材料，标记点可以粘贴上面，包括：尼龙搭扣、帽子等，附带不同大小的标记点。

千兆交换机
同步器
同步锁相、SMPTE时码同步输入输出。

测量工具
T形标定尺，体积测量工具，测量场地；
L形标定尺。

虚拟摄像机
场地布置示意图下图为场地布置示意图：。