惯性技术如何实现动作捕捉
伽利略 16世纪末， 通过两个光滑斜面的实验证明了惯性的存在，并首次对惯性这个概念作出了解释。 他认为， “只要除去使物体加速和减速的外部原因，运动物体必将严格地保持它一旦获得的速度。” 牛顿 通过整理前人工作与大量实验， 最终建立了经典力学体系。 其中牛顿第一定律，也称惯性定律 “任何物体都要保持匀速直线运动或静止状态，直到外力迫使它改变运动状态为止。” 在一个惯性参考系中，我们可以算出物体运动状态的各项参数——如速度、加速度、角速度、距离等等。 在“地球是一个惯性参考系”的前提下，惯性传感器就被人们设计出来。 通常而言，惯性传感器包含三个主要部分。接下来 1 # Accelerometer # 加速度传感器 加速度传感器是一种能够测量加速度的传感器。有时候又被叫做加速度计，其内部通常由质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和适调电路等部分组成。加速度传感器在跟随物体进行加速过程中，通过对质量块所受惯性力的测量，利用牛顿第二定律获得加速度值。在测量惯性力的方法上，目前通常是利用加速度产生的惯性力让某个介质或敏感元件产生变形，通过测量其变形值并利用相关电路转化为电压输出，根据测量出的电压就可以得出惯性力的大小，然后通过牛顿第二定律——a（加速度）=F（惯性力）÷m（质量），即可算出加速度。 2 # Gyroscope # 角速度传感器 角速度传感器是一种基于角动量守恒理论测量角运动参数的传感器。通常情况下又被叫做陀螺仪，其内部往往由一个位于轴心且可旋转的转子构成。根据角动量守恒理论，物体高速旋转时，角动量很大，旋转轴会一直稳定指向一个方向，因此陀螺仪一旦开始旋转，由于转子存在角动量，陀螺仪有抗拒方向改变的趋向。利用弹性元件提供弹性约束来平衡陀螺仪因转动而产生的力矩，通过相关电路转为电压输出，根据测量出的电压就可以算出陀螺仪的转角、角速度和角加速度等参数。 3 # Magnetometer # 磁感应传感器 磁感应传感器是一种用于测试磁场强度和方向的传感器，有时候又被称为磁力计。其的原理跟指南针原理类似，可以测量出当前设备与东南西北四个方向上的夹角，进一步地，通过磁力计的特性，可以修正设备的横滚角、俯仰角和航向角，降低使用过程中因为外界磁场影响而产生的累积漂移误差，提高惯性传感器的准确度。 如果在人体身上各处关键节点绑定这样的惯性传感器，就可以获取到不同时间点下不同关键节点的运动状态参数，进一步地，就可以通过现有算法模型解算出人体在空间里的三维姿态。 现在，你应该清楚利用惯性传感器对人体进行动作捕捉的基本原理了吧！ 目前最主流的应用便是惯性式动作捕捉套装、惯性式动作捕捉服等产品形式。 在套装、服装对应的关键节点（如头部、腰部、双肩、双臂、双腿、双脚等）上嵌入惯性传感器，又或者是将惯性传感器以散件、模块的形式贴附在身上，通过跟随人体各部分的运动来测量加速度、转角以及朝向等参数，最终通过计算设备解算出人体姿态，实现动作捕捉。 在惯性动作捕捉技术研发上，广州幻境科技有限公司（下称幻境科技）有着丰富的经验。 在最新的惯性全身动作捕捉套装Vein系列产品中，幻境科技将人体全身分为17个关键节点，以关键节点为核心制作出17个穿戴式模块，并为每个关键节点对应的模块部署包含三轴加速度计、三轴陀螺仪以及三轴磁力计等元器件在内的九轴惯性传感器。此外，Vein还采用了人体工学设计与轻便的新型材料，大幅度降低了传统动捕服装的穿戴时间成本与设备重量负荷。而在算法上，幻境科技针对攀爬、跳跃、爬行、走阶梯等难以识别的传统动作进行了识别优化，能够支持使用在户外复杂地形做出各种不同动作，实现了惯性动作捕捉技术的重大突破。
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