運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)是一種用于準(zhǔn)確測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體在三維空間運(yùn)動(dòng)狀況的高技術(shù)設(shè)備。它基于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)(傳感器) 原理，通過(guò)排布在空間中的數(shù)個(gè)視頻捕捉(傳感器)設(shè)備將運(yùn)動(dòng)物體(跟蹤器)的運(yùn)動(dòng)狀況以圖象的形式記錄下來(lái)，然后使用計(jì)算機(jī)對(duì)該圖象數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到不同時(shí)間計(jì)量單位上不同物體(跟蹤器)的空間坐標(biāo)(X，Y，Z)。該技術(shù)在眾多的領(lǐng)域中都有十分廣泛的應(yīng)用。

　　到目前為止，常用的運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)從原理上說(shuō)可分為機(jī)械式、物理慣性傳感器式、電磁式、光學(xué)式和聲學(xué)式。同時(shí)，不依賴于傳感器，而直接識(shí)別人體特征的運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)也走向應(yīng)用。不同原理的設(shè)備各有其優(yōu)缺點(diǎn)，一般可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)：定位精度;實(shí)時(shí)性;使用方便程度;可捕捉運(yùn)動(dòng)范圍大小;成本;抗干擾性;多目標(biāo)捕捉能力。

　　1.機(jī)械式運(yùn)動(dòng)捕捉

　　機(jī)械式運(yùn)動(dòng)捕捉依靠機(jī)械裝置來(lái)跟蹤和測(cè)量運(yùn)動(dòng)軌跡。典型的系統(tǒng)由多個(gè)關(guān)節(jié)和剛性連桿組成，在可轉(zhuǎn)動(dòng)的關(guān)節(jié)中裝有角度傳感器，可以測(cè)得關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)角度的變化情況。角度傳感器測(cè)量并記錄關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，依據(jù)這些角度和模型的機(jī)械尺寸，可計(jì)算出模型的姿態(tài)，并將這些姿態(tài)數(shù)據(jù)傳給動(dòng)畫軟件，使其中的角色模型也做出一樣的姿態(tài)。

　　機(jī)械式運(yùn)動(dòng)捕捉優(yōu)點(diǎn)是成本低，精度也較高，可以做到實(shí)時(shí)測(cè)量，還可容許多個(gè)角色同時(shí)表演。但其缺點(diǎn)也非常明顯，主要是使用起來(lái)非常不方便，機(jī)械結(jié)構(gòu)對(duì)表演者的動(dòng)作阻礙和限制很大。

　　2.物理慣性傳感器運(yùn)動(dòng)捕捉

　　物理慣性傳感器運(yùn)動(dòng)捕捉采用多個(gè)慣性傳感器，可以對(duì)人體主要骨骼部位的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。系統(tǒng)可根據(jù)反向運(yùn)動(dòng)學(xué)原理測(cè)算出人體關(guān)節(jié)的位置，并將數(shù)據(jù)施加到相應(yīng)的骨骼上。由于慣性傳感器主要依賴無(wú)處不在的地球重力和磁場(chǎng)，所以這類運(yùn)動(dòng)捕捉在任何地點(diǎn)都可以正常使用，無(wú)需事先作任何準(zhǔn)備工作。是未來(lái)動(dòng)作捕捉的趨勢(shì)之一。

　　3.電磁式運(yùn)動(dòng)捕捉

　　電磁式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)是目前比較常用的運(yùn)動(dòng)捕捉設(shè)備。一般由發(fā)射源、接收傳感器和數(shù)據(jù)處理單元組成。發(fā)射源在空間產(chǎn)生按一定時(shí)空規(guī)律分布的電磁場(chǎng);接收傳感器(通常有10～20個(gè))安置在表演者身體的關(guān)鍵位置，隨著表演者的動(dòng)作在電磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng),通過(guò)電纜或無(wú)線方式與數(shù)據(jù)處理單元相連。電磁式運(yùn)動(dòng)捕捉的優(yōu)點(diǎn)首先在于它記錄的是六維信息，即不僅能得到空間位置，還能得到方向信息，這一點(diǎn)對(duì)某些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合很有價(jià)值。其次是速度快，實(shí)時(shí)性好，表演者表演時(shí)，動(dòng)畫系統(tǒng)中的角色模型可以同時(shí)反應(yīng)，便于排演、調(diào)整和修改。裝置的定標(biāo)比較簡(jiǎn)單，技術(shù)較成熟，魯棒性好，成本相對(duì)低廉。它的缺點(diǎn)在于對(duì)環(huán)境要求嚴(yán)格，在表演場(chǎng)地附近不能有金屬物品，否則會(huì)造成電磁場(chǎng)畸變，影響精度。

　　4.光學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉

　　光學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉通過(guò)對(duì)目標(biāo)上特定光點(diǎn)的監(jiān)視和跟蹤來(lái)完成運(yùn)動(dòng)捕捉的任務(wù)。目前常見(jiàn)的光學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉大多基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)原理。從理論上說(shuō)，對(duì)于空間中的一個(gè)點(diǎn)，只要它能同時(shí)為兩部相機(jī)所見(jiàn)，則根據(jù)同一時(shí)刻兩部相機(jī)所拍攝的圖像和相機(jī)參數(shù)，可以確定這一時(shí)刻該點(diǎn)在空間中的位置。當(dāng)相機(jī)以足夠高的速率連續(xù)拍攝時(shí)，從圖像序列中就可以得到該點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。

　　光學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉的優(yōu)點(diǎn)是表演者活動(dòng)范圍大，無(wú)電纜、機(jī)械裝置的限制，表演者可以自由地表演，使用很方便。其采樣速率較高，可以滿足多數(shù)高速運(yùn)動(dòng)測(cè)量的需要。Marker的價(jià)格便宜，便于擴(kuò)充。

　　這種方法的缺點(diǎn)是系統(tǒng)價(jià)格昂貴，雖然它可以捕捉實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)，但后處理(包括Marker的識(shí)別、跟蹤、空間坐標(biāo)的計(jì)算)的工作量較大，對(duì)于表演場(chǎng)地的光照、反射情況有一定的要求，裝置定標(biāo)也較為煩瑣。特別是當(dāng)運(yùn)動(dòng)復(fù)雜時(shí)，不同部位的Marker有可能發(fā)生混淆、遮擋，產(chǎn)生錯(cuò)誤結(jié)果，這時(shí)需要人工干預(yù)后處理過(guò)程。

　　5.聲學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉

　　常用的聲學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉裝置由發(fā)送器、接收器和處理單元組成。發(fā)送器是一個(gè)固定的超聲波發(fā)生器，接收器一般由呈三角形排列的三個(gè)超聲探頭組成。通過(guò)測(cè)量聲波從發(fā)送器到接收器的時(shí)間或者相位差，系統(tǒng)可以計(jì)算并確定接收器的位置和方向。這類裝置成本較低，但對(duì)運(yùn)動(dòng)的捕捉有較大延遲和滯后，實(shí)時(shí)性較差，精度一般不很高，聲源和接收器間不能有大的遮擋物體，受噪聲和多次反射等干擾較大。由于空氣中聲波的速度與氣壓、濕度、溫度有關(guān)，所以還必須在算法中做出相應(yīng)的補(bǔ)償。