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摘要：本文首先梳理了动作捕捉技术的现状，分析四种类型的动作捕捉技术，并探索每一类型的捕捉技术的优劣势。综合比较几种主要方案的特点，有助于为业界在选择动作捕捉技术方面提供一个更优化的选择。
关键词：动作捕捉技术;传感器;技术类型
动作捕捉是一种特殊的效果技术，在近10年渐渐的开花结果，它被的简称是“mocap”（motion capture）。记录生物个体的真实的细节的运动，实时向虚拟平台软件传送数据，并将其应用于三维模型的技术。使用此技术可以为虚拟的角色提供逼真的，具有生物细腻特征的动作。基于 动作捕捉技术的出色适用性，它现在广泛的应用在电影、娱乐、电子游戏、体育、医疗保健甚至军事领域。随着美国好莱坞的科幻电影和现实的电子游戏在世界范围内流行，以“阿凡达”和“最终幻想”等形成文化现象的电影和游戏为媒介，动作捕捉等电影和动画的特殊效果和广泛应用于计算机游戏的技术越来越切身。但是，它是从哪里产生的呢？这种乍一看很巧妙，细微的技术是在多么短的时间内在整个社会的各种水平上被传承下来的呢？这些都是需要我们探索的地方。
一、动作捕捉技术的概况
为了能够更好的理解动作捕捉技术伴随着技术的发展给现代世界带来了多么大的影像，需要我们了解的一点还包括动作捕捉技术的起源。一般来说动作捕捉的起源被认为是1915年的时候，费舍尔Fleischer（Fleischer）发明的“影像描摹”（rotoscope），这个技术是在动画制作中产生的技术之一。 艺术家通过细致的描绘，使用向他们播放的真人视频剪辑中的各帧的静止画面，模拟虚拟世界中动画人物的真实表演。 这个过程本身就是枯燥无味的。 但是，对于这些动画制作者们来说，感到幸运的，也是值得纪念的是1983年MIT（麻省理工大学）开发的一组牵线木偶的图形。 该系统使用被称为“Op-Eye”的传统光学动作捕捉系统，通过依赖一系列发光二极管制作动作来生成动画脚本。 从本质上来讲，创造出来的这一套牵线木偶被用作最初的“动作捕捉服装”的组套。 它有一个数量有限的感应球，这些感应球可以根据指定的人体结构中重要的骨骼点进行位置的确定。这种技术的诞生，迅速地为动作捕捉在其后的快速发展奠定了基础，提供了追踪后续各种动作捕捉的方向，引领了包括今天的动作捕捉技术在内的其后的动作捕捉技术的热潮。
现在，一提到动作捕捉，就会想起在黑色紧身衣上，在人的全身的关键部位配置白色感应球的画面。实际上，动作捕捉技术这套系统是基于早期的光学跟踪系统而来的，它最新的发展其实也是上文所提到的牵线木偶系统的遗产。尽管如此，该规格与最新的无感应点动作扫描技术相比来说也是稍显老旧的。微软在游戏主机xbox360上使用的技术“kinect”，完全可以不通过传感器点的作用，就能扫描捕捉到对象所有的细腻动作。
二、 动作捕捉技术的类型与特点
在新媒体时代，伴随着科技技术的发展，现在主流的动作捕捉技术主要有五类，即分为光学式、机械式、电磁式、声学式和视频捕捉式，下文将分别对这五类动作捕捉技术进行探索，分析每一类技术的特点，为业界提供不同类型动作捕捉技术更细致的认识。
（一）光学式动作捕捉
在当前广泛使用的方法中，光学式动作捕捉技术主要是通过光点（Marker）监视和跟踪来完成的。它的运行原理主要是依赖于不同的摄像机在固定空间中的位置，只要捕捉到对象特定光点（Marker），并对其进行追踪，就能执行对象动作捕捉。
光学式动作捕捉具有以下优点：首先，表演者，也就是需要被捕捉到动作的对象，其动作幅度大，并且没有线缆和一些复杂的机械装置束缚在对象上，其表演动作是自由的;其次，采样速率很高，通常以每秒60帧，这样的速率已经基本能够满足绝大多数动作捕捉的需要来。第三，相对其它方式在价格上来看，Maker较为便宜，系统扩展的成本也相对比较低。
光学动作捕捉系统也有一些缺点：首先，虽然Maker相对便宜，但整个系统的整体造价较高，一般来说完整、典型的光学 动作捕捉系统是由32台左右的摄像机构成的，同时具有巨大又复杂的后处理设备，通常完整的光学动作捕捉系统组的价格高达数十万或数百万;其次，光学动作捕捉系统对环境的要求相对较高，表演对象的活动空间范围是有限的。由于对于光学动作捕捉系统来说，其对场地的照明情况和反射情况非常敏感，并且容易导致Marker采样错误，因此对场地的限制度很高。另外，由于摄像机分布的时候需要一定的空间，所以动作捕捉多限定在室内条件下进行。由于动作捕捉所需的场地不大，这一原因限制了需要制作大范围运动的动作捕捉内容。第三，光学动作捕捉在后期制作上需要的成本较大，实时性不好。 由于在动作中各Marker容易相互混淆或遮挡，会产生错误的动作捕捉结果，因此需要人工介入后处理数据。
（二）机械式动作捕捉
这是指需要使用机械装置才能完成运动信息的采集。想要运用典型的机械动作捕捉系统捕捉对象的形态，需要通过安装在每个关节上的角度传感器，才能完成每个时刻的关节形态的采集。
机械式动作捕捉具有以下四个优点：首先，相对于光学的动作捕捉系统来说，对外界环境的限制相对较少，不需要受到材料，布料，光条件等外在环境的限制;其次，它的捕捉精度高，对于捕捉对象的运动信息可以比较精准的还原其真实性;第三，由于数据处理量不大，而且实现捕捉的原理比较简单，能够满足实时动作捕捉的需求。第四，机械式动作捕捉的模块是独立的，也不会像光学式动作捕捉一样收到Marker的影像，因此，机械式动作捕捉可以同时捕捉到多个对象。但机械动作捕捉的缺点是，对捕捉对象的动作有所限制，若捕捉对象的動作太大，则不台适合使用机械式动作捕捉。
（三）电磁式动作捕捉
它也是目前常用的解决方案。该系统主要由电磁发射源，接收传感器和数据处理单元组成。其运作原理是，首先，电磁发射源产生一个电磁场，这个电磁场是低频空间稳定分布的。其次，捕捉对象需要佩戴若干个接收传感器，这个传感器主要是用来感应对象在磁场中的运动。接受传感器将磁场线切开，用来模拟信号的转换，并将信号发送到数据处理单元中去，从而帮助数据处理单元根据刚刚接收到的信号推算出每个传感器的空间方向。
电磁动作捕捉有两大优点：一是这项技术已经相对比较成熟了，且成本较低;二是同机械式动作捕捉一样可以进行实时捕捉。电磁式 动作捕捉的缺点：首先是对于像跑步这种高速运动时的捕捉效果来说会出现失真的情况。
（四）声学动作捕捉
声学动作捕捉是由超声发生器，接收器和处理单元组成。其原理是首先由超声波发生器不断地向外放出超声波，3～4个超声波探头构成了接收器的内部，根据超声波到达不同探头之前的时间差去计算对应接收器的空间位置以及其运动方向。
声学动作捕捉系统可利用超声的透射性解决人体遮蔽问题，且成本较低。但其缺点也较为明显，首先是捕捉存在较大的延迟，实时性差，不及前者;其次，精度不高，捕捉存在较大的误差;第三，接收器和发射器之间若存在大的屏蔽，则会影响声波传输;第四，声波的速度容易受到空气温度、湿度、气压等多种因素的影响。
参考文献：
[1]李晓丹，肖明，曾莉.人体动作捕捉技术综述以及一种新的动作捕捉方案陈述[J].中国西部科技，2011，10（15）：35 -37.
[2]周飞.深入浅出动作捕捉技术[J].湖北经济学院学报（人文社会科学版），2013，10（12）：25-26.
关键词：动作捕捉技术;传感器;技术类型
动作捕捉是一种特殊的效果技术，在近10年渐渐的开花结果，它被的简称是“mocap”（motion capture）。记录生物个体的真实的细节的运动，实时向虚拟平台软件传送数据，并将其应用于三维模型的技术。使用此技术可以为虚拟的角色提供逼真的，具有生物细腻特征的动作。基于 动作捕捉技术的出色适用性，它现在广泛的应用在电影、娱乐、电子游戏、体育、医疗保健甚至军事领域。随着美国好莱坞的科幻电影和现实的电子游戏在世界范围内流行，以“阿凡达”和“最终幻想”等形成文化现象的电影和游戏为媒介，动作捕捉等电影和动画的特殊效果和广泛应用于计算机游戏的技术越来越切身。但是，它是从哪里产生的呢？这种乍一看很巧妙，细微的技术是在多么短的时间内在整个社会的各种水平上被传承下来的呢？这些都是需要我们探索的地方。
一、动作捕捉技术的概况
为了能够更好的理解动作捕捉技术伴随着技术的发展给现代世界带来了多么大的影像，需要我们了解的一点还包括动作捕捉技术的起源。一般来说动作捕捉的起源被认为是1915年的时候，费舍尔Fleischer（Fleischer）发明的“影像描摹”（rotoscope），这个技术是在动画制作中产生的技术之一。 艺术家通过细致的描绘，使用向他们播放的真人视频剪辑中的各帧的静止画面，模拟虚拟世界中动画人物的真实表演。 这个过程本身就是枯燥无味的。 但是，对于这些动画制作者们来说，感到幸运的，也是值得纪念的是1983年MIT（麻省理工大学）开发的一组牵线木偶的图形。 该系统使用被称为“Op-Eye”的传统光学动作捕捉系统，通过依赖一系列发光二极管制作动作来生成动画脚本。 从本质上来讲，创造出来的这一套牵线木偶被用作最初的“动作捕捉服装”的组套。 它有一个数量有限的感应球，这些感应球可以根据指定的人体结构中重要的骨骼点进行位置的确定。这种技术的诞生，迅速地为动作捕捉在其后的快速发展奠定了基础，提供了追踪后续各种动作捕捉的方向，引领了包括今天的动作捕捉技术在内的其后的动作捕捉技术的热潮。
现在，一提到动作捕捉，就会想起在黑色紧身衣上，在人的全身的关键部位配置白色感应球的画面。实际上，动作捕捉技术这套系统是基于早期的光学跟踪系统而来的，它最新的发展其实也是上文所提到的牵线木偶系统的遗产。尽管如此，该规格与最新的无感应点动作扫描技术相比来说也是稍显老旧的。微软在游戏主机xbox360上使用的技术“kinect”，完全可以不通过传感器点的作用，就能扫描捕捉到对象所有的细腻动作。
二、 动作捕捉技术的类型与特点
在新媒体时代，伴随着科技技术的发展，现在主流的动作捕捉技术主要有五类，即分为光学式、机械式、电磁式、声学式和视频捕捉式，下文将分别对这五类动作捕捉技术进行探索，分析每一类技术的特点，为业界提供不同类型动作捕捉技术更细致的认识。
（一）光学式动作捕捉
在当前广泛使用的方法中，光学式动作捕捉技术主要是通过光点（Marker）监视和跟踪来完成的。它的运行原理主要是依赖于不同的摄像机在固定空间中的位置，只要捕捉到对象特定光点（Marker），并对其进行追踪，就能执行对象动作捕捉。
光学式动作捕捉具有以下优点：首先，表演者，也就是需要被捕捉到动作的对象，其动作幅度大，并且没有线缆和一些复杂的机械装置束缚在对象上，其表演动作是自由的;其次，采样速率很高，通常以每秒60帧，这样的速率已经基本能够满足绝大多数动作捕捉的需要来。第三，相对其它方式在价格上来看，Maker较为便宜，系统扩展的成本也相对比较低。
光学动作捕捉系统也有一些缺点：首先，虽然Maker相对便宜，但整个系统的整体造价较高，一般来说完整、典型的光学 动作捕捉系统是由32台左右的摄像机构成的，同时具有巨大又复杂的后处理设备，通常完整的光学动作捕捉系统组的价格高达数十万或数百万;其次，光学动作捕捉系统对环境的要求相对较高，表演对象的活动空间范围是有限的。由于对于光学动作捕捉系统来说，其对场地的照明情况和反射情况非常敏感，并且容易导致Marker采样错误，因此对场地的限制度很高。另外，由于摄像机分布的时候需要一定的空间，所以动作捕捉多限定在室内条件下进行。由于动作捕捉所需的场地不大，这一原因限制了需要制作大范围运动的动作捕捉内容。第三，光学动作捕捉在后期制作上需要的成本较大，实时性不好。 由于在动作中各Marker容易相互混淆或遮挡，会产生错误的动作捕捉结果，因此需要人工介入后处理数据。
（二）机械式动作捕捉
这是指需要使用机械装置才能完成运动信息的采集。想要运用典型的机械动作捕捉系统捕捉对象的形态，需要通过安装在每个关节上的角度传感器，才能完成每个时刻的关节形态的采集。
机械式动作捕捉具有以下四个优点：首先，相对于光学的动作捕捉系统来说，对外界环境的限制相对较少，不需要受到材料，布料，光条件等外在环境的限制;其次，它的捕捉精度高，对于捕捉对象的运动信息可以比较精准的还原其真实性;第三，由于数据处理量不大，而且实现捕捉的原理比较简单，能够满足实时动作捕捉的需求。第四，机械式动作捕捉的模块是独立的，也不会像光学式动作捕捉一样收到Marker的影像，因此，机械式动作捕捉可以同时捕捉到多个对象。但机械动作捕捉的缺点是，对捕捉对象的动作有所限制，若捕捉对象的動作太大，则不台适合使用机械式动作捕捉。
（三）电磁式动作捕捉
它也是目前常用的解决方案。该系统主要由电磁发射源，接收传感器和数据处理单元组成。其运作原理是，首先，电磁发射源产生一个电磁场，这个电磁场是低频空间稳定分布的。其次，捕捉对象需要佩戴若干个接收传感器，这个传感器主要是用来感应对象在磁场中的运动。接受传感器将磁场线切开，用来模拟信号的转换，并将信号发送到数据处理单元中去，从而帮助数据处理单元根据刚刚接收到的信号推算出每个传感器的空间方向。
电磁动作捕捉有两大优点：一是这项技术已经相对比较成熟了，且成本较低;二是同机械式动作捕捉一样可以进行实时捕捉。电磁式 动作捕捉的缺点：首先是对于像跑步这种高速运动时的捕捉效果来说会出现失真的情况。
（四）声学动作捕捉
声学动作捕捉是由超声发生器，接收器和处理单元组成。其原理是首先由超声波发生器不断地向外放出超声波，3～4个超声波探头构成了接收器的内部，根据超声波到达不同探头之前的时间差去计算对应接收器的空间位置以及其运动方向。
声学动作捕捉系统可利用超声的透射性解决人体遮蔽问题，且成本较低。但其缺点也较为明显，首先是捕捉存在较大的延迟，实时性差，不及前者;其次，精度不高，捕捉存在较大的误差;第三，接收器和发射器之间若存在大的屏蔽，则会影响声波传输;第四，声波的速度容易受到空气温度、湿度、气压等多种因素的影响。
参考文献：
[1]李晓丹，肖明，曾莉.人体动作捕捉技术综述以及一种新的动作捕捉方案陈述[J].中国西部科技，2011，10（15）：35 -37.
[2]周飞.深入浅出动作捕捉技术[J].湖北经济学院学报（人文社会科学版），2013，10（12）：25-26.