全身动作捕捉系统方案

如需具体方案，请随时联系！

一、方案建设前景

1.1 概述

计算机科技进步，相关计算机动画软件相继推出，创作者可直接在计算机上绘制出多采多姿的动画，或是在动画绘制过程中使用计算机进行加工，这些都已经大量运用在商业动画的制作中。以大众娱乐型态兴起的计算机动画产业是近年备受瞩目的新兴产业，夹带着膨大的商机，让美国、日本、韩国、澳洲和英国等国家均积极投入。目前以美国在计算机动画产业中暂居龙头位置，其中迪斯尼与皮克斯(Pixar)动画工作室的作品最为观众熟悉。

一个好的动画不只是有高超的美术技巧，现代动画也注重故事性，例如海角七号、少年锦衣卫等近年来有名的国片，都是有一个好的故事性吸引目光。希望藉由动画工具的推动，利用计算机动画建立学生美学基础，增加学习者成就感与创造力。

1.2 背景

为了得到有真实感又能快速产出的动画，必须透过动作捕捉系统将演员的动作直接汇入到动画中，更准确的动作可结合动作捕捉系统能够用自己的身体来操控虚拟角色，并且实时的看到优化的平顺动作。专业脸部面部捕捉系统，透过体感互动设备可以直接与3D动画软件与绘图软件做串流，实时录制表情到动画模型里，快速制作动画。

1.3 构成

（1）全身人体惯性动作捕捉系统：Xsens MVN（荷兰）

（2）手部捕捉设备：Manus VR（荷兰）

（3）面部捕捉系统：Faceware（美国）

（4）开发引擎：Unity 3D Pro（美国）

二、系统详细介绍

2.1 Xsens MVN三维惯性人体动作捕捉系统

（1）、应用范围：

适用于3D人物动画制作、电影/游戏和广告预览、 游戏开发、游戏电影艺术、 电影和视觉特效：特技、电视广告、现场娱乐表演，演唱会和路演、训练和模拟、虚拟现实等领域。

（2）、基本介绍：

Xsens MVN是一款便于操作、经济实用的惯性动作捕捉系统。MVN独特之处在于不受环境光线与空间距离的限制，纯净的动作捕捉数据不需要进行后处理即可录制完成，非常适用于各种实时的表演应用。全新的MVN动作捕捉系统采用最新的惯性传感技术，硬件效能与软件功能方面均获得大幅的提升，彻底解决过去惯性动作捕捉系统在双脚同时离地、跳跃、爬楼等动作会产生数据漂移现象的问题。

（3）、技术特点：

? ■数据质量高

? ■超小跟踪器支持滚动和特技动作

? ■身体记忆缓冲120 s

? ■双脚可以离开地面

? ■启动快

? ■高度冗余

? ■最低延迟

? ■实时（插件）

（4）、产品特点

■准备时间短、操作简便、超长使用时间、高性价比

10分钟即可准备就绪

设备轻便，可穿在一般服装里面

MVN LINK最长连续工作时间可达9小时

传感器最大可承重50KG

■不受环境光线与空间的限制

不受空间限制，室内室外均可使用，使用范围可达200米

不受光线限制，任何照明条件下均可进行操作

■独特的缓存设计，动作数据不丢失

拥有断讯数据缓存功能，即使电脑连结讯号中断，所录制动作数据流畅不丢失

配备高速度与精度惯性传感器，可捕捉人体细微的肢体动作

无光学动补标记点遮档问题，所录制的动作数据所见即所得，不需进行后处理

■3D空间位移数据捕捉

透过独家的运算模式，可取得人体精准的空间位置数据，可录制跳跃或快速奔跑的动作数据(可完美录制双脚同时离地、跳跃、爬楼等动作)

能经过外部连接点对人体进行碰撞检测，可以对爬行、坐卧或侧翻…等动作数据进行捕捉全新的传感器技术内部刷新率高达每秒1000Hz，使得动作数据更加精准

■支持多人同时进行动作捕捉

一套软件最多支持四人进行实时动作捕捉，MVN LINK与MVN AWIDA可以同时录制

（5）、硬件参数：

（6）、硬件有线版本与无线版本对比

（7）、软件系统（MVN Animate Pro动作捕捉软件http://www.souvr.com/Shop/UploadPhotos0906/201412/2014120315435564.jpg）：

Xsens发布了MVN Animate一款颠覆性的软件解决方案，MVN Animate是唯一基于惯性的运动捕捉解决方案，并可与光学系统在数据准确性方面保持一致，且可在户外所有条件下传送好莱坞级惯性动捕数据。

MVN Animate pro与过去的版本有着根本的不同，它是Xsens第一款解决“无法解决”的动作捕捉软件版本 - 它弥补了过去困扰惯性运动捕捉的主要问题；磁性失真。 这意味着用户可以在任何时间，任何地点捕捉数据，而不必担心其环境，并获取好莱坞级的数据。

过去，使用惯性技术获取的数据由于家具，建筑物，车辆或其他物体中金属的存在而导致环境磁场变形。MVN Animate解决了这个问题 - 它不受磁性失真的影响，这要归功于一个新的动作捕捉引擎，可以从相同的数据中提取更多的信息。MVN Animate将所有类型的运动捕捉的优势融入一个简化的程序包中，将灵活性、精确度和生产级数据集中在一个解决方案中。

MVN Animate消除了惯性运动捕捉技术先前迭代的缺陷，如漂移，滑脚，接触点处理以及高度跟踪扭曲和3D位置。 使用MVN Animate 意味着将大大减少昂贵的净化工作- 捕获后的数据非常完整。 MVN Animate可以立即使用：即插即用，可与Unity，Unreal，Autodesk等主要3D软件包无缝协作。

MVN Animate pro是Xsens专有的动作捕捉软件。它与Xsens MVN硬件配合使用以记录，监控和分析运动，Xsens MVN解决方案基于惯性技术使用陀螺仪、加速度计、磁力计，相比需要标记点，空间和相机的光学解决方案，Xsens惯性技术可以在任何地方使用。 用户可以在任何地点，任何环境下完全可靠的捕捉无需进行大量的数据净化或编辑。以这种方式捕捉动作的简单性，可靠性和坚固性与运动相机领域的GoPro相当。

特征：

1、易于快速校准

2、实时可视化

3、回放和编辑动作捕捉数据直观接口

4、为Autodesk MotionBuilder?, 3ds Max?, Maya? Houdini, Cinema 4D 和其他应用程序提供现成的接口

5、为Autodesk MotionBuilder, Maya 和 Unity3D提供无缝实时集成的插件

6、Network Streamer与UDK 和 CryEngine相兼容

7、支持的输出格式 ：

BVH (Biovision Hierarchical数据)

FBX (Motion Builder)

MVNX – (MVN Open XML格式)

C3D输出 (坐标3D)

（8）、原厂介绍

Xsens Technologies公司是荷兰一家基于微型MEMS惯性传感技术的运动、方向和位置测量产品的供应商，并在该领域处于领先地位。 Xsens公司产品为低成本、高精确度的小型3D运动测量设备。该产品的这些特性支持在小型（无人）车辆的控制、稳定和导航中的应用；此外，产品还应用于诸如惯性全身人体运动捕捉（无摄影机式角色动画、VR训练和模拟、运动和医疗中适用）等全新领域当中。

Xsens公司研制开发出最先进的小型MEMS惯性传感器（加速计、回转仪）、辅助技术（GPS/GNSS、视觉、气压计、磁场传感器）及具有所有权的“传感器融合”软件算法。

2.2 Manus Xsens专业数据手套

Manus虚拟现实手套是高端数据手套，让用户在虚拟世界中进行直观的互动，使用尖端技术实现真实的沉浸式体验。荷兰Manus VR公司是数据手套行业的全球领军企业，产品使用全球最先进的虚拟现实技术。

产品特点:

■用户交互界面直观，可调整手套和软件保护器设置

■在窗口中显示手部的三维虚拟图形，方便用户实时观测

■虚拟手套的标定流程简单快捷，一分钟内用户即可完成

■提供Unity和Unreal Engine的插件

■一台电脑最多支持4双虚拟现实手套、4个无线软件保护器

■用户可以使用C++软件开发工具包，开发定制集成软件

■用户可以通过网络传输虚拟现实手套的数据流

方便易用的虚拟现实手套

全指追踪

每只手套使用12个高精度传感器、一个陀螺仪、一个加速度计和一个磁力计，测量手部姿态

无线通信、延迟时间短

Manus虚拟现实手套全部使用无线传输，延迟时间小于5ms，没有线缆干扰全沉浸式体验

即插即用

Manus虚拟现实手套几乎不耗电，只要把手套连接电脑再把手套开关打开即可使用，无须任何使用经验。

电池寿命长

每只手套配有最先进的德国瓦尔塔牌电池，可连续长时间工作4至6小时

手腕绑带

尺寸：均码，弹性面料适合中号，大号和特大号手掌

穿戴方式：螺纹适合HTC Vive追踪器

软件保护器

接口：USB-A公头

传输范围：理想状态下大于20米。

通信：兼容人机接口设备(HID)

硬件参数 ：

尺寸：均码（弹性面料适合中号，大号和特大号手掌）

重量：68.5克

延迟：5 ms

传感器采样率：200 Hz

通信：2.4 GHz射频(无线)

充电： 5伏Micro USB接口 (产品含线缆)

电池寿命：4~6小时连续使用

指部传感器类型：柔性模拟传感器对指关节和第一指关节（近侧指间关节）进行测量。独立测量关节，总计十个传感器区

姿态传感器：拇指，使用九自由度惯性测量单元测量拇指的姿态

姿态传感器：手背，使用九自由度惯性测量单元测量手背的姿态

指部传感器精度：+/- 3度

指部传感器重复性：超过1,000,000次弯曲

姿态传感器精度：+/- 3度

面料性能：优质、抗菌、运动型涤纶

2.3 Faceware面部捕捉系统

Faceware是全球领先的单摄像机、无标记点的面部表情捕捉系统供应商，支持无线数据传输，兼容任意视频源，实时预览表情动画，捕捉效果精细，人性化的软件功能设计，迄今已为全球数百位专业用户提供先进的无标记点式面部表情捕捉解决方案，广泛应用于影视特效和AAA游戏制作。

清单：

1x GoPro Hero 5 Headcam System

1x HDMI to USB 3.0 Converter

1x Analyzer 3.0 Studio

1x Retargeter 5.0 Studio

1X Live2.5

Faceware的头部摄像机系统是为Faceware表情捕捉提供最佳面部视频的系统套件，仅仅使用一个捕捉头盔，你就可以创造那些令你惊叹的面部动画！

GoPro 面部表情捕捉系统特点：
? 无需任何标记点即可进行面部标定和捕捉
? 头盔式摄像系统，可自由调节摄像机相对位置
? 轻质结构，内置柔软填充物保证佩戴舒适度
? 形状和尺寸可任意调节适合不同用户佩戴
? 最大720P 120FPS和1080P 60FPS高清视频采集
? 通过WiFi或移动端APP远程控制
? 含音频的H.264 MP4文件存储到MicroSD卡
? 触屏控制，续航时长2-3小时

Faceware Analyzer专业面部跟踪软件

智能的面部特征识别技术和精准的像素级跟踪运算是制作真实面部表情动画的技术保障。通过Analyzer你能够用直观的工作流程快速智能的跟踪演员面部表现的最细微表情。

Faceware Retargeter专业面部匹配软件

支持Autodesk Maya, 3DS Max, Softimage, MotionBuilder等三维动画软件，全自动的工作流程可以节省80%的工作，并且可以支持任何动画角色，如：真人、卡通、动物等模型。

Faceware Live互动、实时表情软件

支持Motionbuilder、Unity3d、UE4等软件。无需设置，一键校准，即时匹配，实时互动。

2.4 Unity3D Pro跨平台开发引擎系统

Unity3D是一软专业3D游戏引擎，其备跨平台发布、离效能优化、高性价比，AAA级游戏画面演染效果等特点。目前Unity3D应用范围广泛，从手机游戏到联网的大型游戏，从严肃游戏到电子商务，再到虚拟现实VR均可完美呈现。

主要特点

? 支持多种格式导入

? AAA级图像渲染引擎

? 高性能的灯光照明系统

? NVIDIA专业的物理引擎

? 高效率的路径寻找与人群仿真系统

? 友善的专业开发工具

? 逼真的粒子系统

? 强大的地形编辑器

? 智能界面设计，细节凸显专业

目前全球已超过九十万名开发者使用Unity3D。而且作品数量不断的与日俱增.尤其目前在App Store内有超过1500种移动平台游戏以及横跨许多国家上百个的网页游戏都是以Unity3D为平台所 开发的。这些开发者也包含许多国际知名厂商，例如法国育碧Ubisoft,美商艺电Electronic Arts,德 国游戏巨头Bigpoint公司、迪斯尼Disney、乐高LEGO等。

技术参数

■支持主流3DSMAX、MAYA、Lightwave，Cheetah 3D、Cinema 4D、Blender、Carara、XSI5 、Lightware、Autodesk FBX导出的模型及骨架或动画

■强大的兼容性,可支持主流的图片格式*.psd、*.jpeg、*.png、*.gif、*.bmp、*.tga、*.iff、*.pict

■音频格式支持MP3、AIFF、WAV、OGG 视频格式，支持FMOD并可以通过衰减曲线进行编辑音频部分

■视频格式支持MOV、MPG 、MPEG、AVI 、ASF

■绘图引擎支持OpenGL、DirectX,最新版本支持Direct 11。

■支持先进光照系统：延迟光照，实时阴影，SSAO，光羽及炫光等镜头特效等

■支持高级渲染技术：延递渲染，表面着色器，遮挡剔除，世界级视口裁剪技术Umbra，全屏后处理效果，包含高质量景深、高质量粒子效果等

■内置100组Shader，并可以使用shaderLab编写属于自己的Shader

■内置强大地形编辑器，通过heightmap或地形刷，包括岩石层，地面层，细节纹理贴图等，植被系统丰富，并具有自动优化填充的功能

■内置世界领先的物理引擎NVIDIA PhysX。支持刚体和柔体，具有赛车专用物理器、刚体物理学、物理性连接器、布偶系统

■强大灵活的角色动画系统，可轻松地构建和编辑复杂的状态机器和混合的树形结构，以完全控制人物的移动。要让一大群人动起来。不仅角色设置精确有效，稳定性和强大性，结合新的优化，例如蒙皮网格实例，能确保平稳的运行性能。

■支持Substances：Allegorithmic Substances。物质将混合资源，可以有多个输出，生成完整贴图，贴图的设置是基于相同的参数设置。可微调和调整物质的参数，并在PC和Mac上运行时修改

■拥有3D应用开发编辑器和2D应用开发编辑器。不仅仅支持3D跨平台应用内容开发，并且支持2D游戏开发，无需插件扩展。

■支持一键发布至单机格式，支持Windows、MacOS、Linux Standalone无需二次移植移植。

■支持移动终端发布，一键发布至iPhone、iPodTouch、iPad,Android、Window Store、Windows Phone 8等移动平台，无需二次移植。

■Web Player 可支持 Windows下多种主流浏览器包括Internet Explorer, Firefox, Chrome, Safari, Opera或网页Facebook，硬件需求Windows 2000/XP/Vista/7。(可自动侦测,下载及安装Web Player )在Web浏览器运行时， 网页播放器可以无缝与网页沟通

■二次开发SDK ：支持三种脚本编程语言JavaScript，C#，Boo，以上三种语言在执行效率上是 一样快速的。

。。。。。。。。。