动作捕捉技术与产业分析：多应用领域的潜力技术

Xsens动作捕捉 2023-05-08 4266

（报告出品方/作者：中信证券，许英博）

动作捕捉

动作捕捉（Motion Capture）是指记录并处理人或者其他物体动作，并生成对应的虚拟资产动作动画的技术。这项技术广泛运用于娱乐、体育、医疗、机器人等领域。随着动作捕捉技术的发展，精度变高，门槛变低，其应用范围越来越广。例如为了追求内容的质量，越来越多生产商选择使用动作捕捉技术来让动画显得更加逼真和自然。动作捕捉有三个方向发展，分别是身体捕捉、面部捕捉和手指捕捉。

动作捕捉的应用领域

根据VICON的收入构成显示，其应用领域中，生物力学、电影游戏、机器人VR应用分别约占50%、25%、25%。在医疗康复，运动分析领域，许多大学和医疗机构里都会配有动作捕捉实验室来更好地分析人体动作的数据，运动员也会在训练中通过动作捕捉技术来完善自己的动作。在影视游戏领域，动作捕捉能够让动画或者虚拟人物的动作更加流畅自然提高内容质量，特别是逼真的面部表情和肢体动作都无法靠动画师实现。这样的应用类似于《指环王》《猩球崛起》等电影。

在VR领域，动作捕捉使得体验者可以看到自己的身体运动，并且能够与虚拟人物进行更深入的互动，是真正沉浸式体验的保证，也是元宇宙进程中的底层技术之一。

在无人机应用上，主要是对无人机进行实验室内实时定位，捕捉无人机的运动数据和位置数据。在室外，无人机使用GPS进行定位，但对于无人机算法验证阶段的实验室环境中，对精度的要求就无法使用GPS，需要用到动作捕捉系统。

在工业领域，人机交互是一个应用方向，通过动作捕捉的数据在一个环境内可以形成闭环系统从而实现人机交互。例如带有标记点的人快速通过无人机编队，无人机会以极快的速度避开，这可以在仓库环境中得到应用；再比如利用VR实现操作无人机，操作者通过VR 的画面小幅度调整身体动作被捕捉到后实现控制无人机的运动，大大降低了无人机操作的难度和增加了精度。

光学动捕、惯性动捕

从技术方向来看，3D动作捕捉主要朝着两个方向发展，分别是光学动捕和惯性动捕。光学动捕：光学动作捕捉基于红外光从标记点反射到不同位置的摄像机，对标记点进行绝对定位的得到三维坐标，再对所得到的数据进行处理得到多个标记点空间运动的基本信息。简单来说，就是对人体上的标记点进行绝对定位来构建三维模型还原运动。

光学动捕的设备：光学动捕的设备由一组摄像机，数据处理服务器和标记点组成，光学镜头对外发射红外光，红外光再场地中接触到反光体产生反射，相机将反光信息采集到软件中处理为空间坐标。惯性动捕：惯性动作捕捉通过惯性传感器来捕捉人的关键骨骼旋转信息，对人体运动进行测量，最后通过无线方式将数据传输到计算机上去还原人体运动。惯性动捕的设备：惯性动作捕捉系统由一组传感器和处理软件构成。

动作捕捉技术的未来趋势

无标记点：无标记点是利用摄影机扫描人体，软件跟踪人体运动来获得运动数据，无标记点技术现在初步实现，但其误差相对于标记点更大，应用范围并不广泛。随着技术的发展，无标记点如果能够解决误差问题，那么可以很好地解决标记点的缺点。软件算法持续升级：软件的技术在过去已经实现了很大的进步，受益于PC的发展和技术的算法的升级，动作捕捉所需要的时间大大缩小，未来更智能化、修复和模拟能力更强的软件算法将成为动作捕捉技术商的核心竞争力之一。

光学捕捉领先公司：VICON

VICON于1984年在英国牛津成立，其母公司Oxford Metrics(OMG.L)在伦敦证券交易所上市。VICON是动作捕捉行业具有领先地位的公司，它的首要技术是被动式光学运动捕捉，并且拥有惯性捕捉、无标记捕捉等现有的主流动作捕捉系统。VICON于2017年收购了惯性传感技术的创造者IMeasureU，正在结合光学和惯性为运动捕捉提供更好的支持。VICON拥有行业领先的硬件和算法，可以提供高精度并且减少后期的处理成本。

VICON的应用案例

VICON在2018年GDC上联合Epic Games等公司推出虚拟人物Siren，Siren由一位女演员穿着动捕服和面部捕捉设备实时显示，是动捕的一大标志性发展，相比于之前的Epic Games旗下的游戏Hellblade， Siren在捕捉上花费的时间大大减少，更多的时间被用来制作更为逼真的虚拟人物。VICON著名的应用是指环王系列，取得巨大成功的指环王系列中的角色咕噜被人们熟知，这个角色的成功也离不开动作捕捉技术，当然还有安迪·瑟金斯精湛的演技。 Vicon还应用于自动驾驶，在Bell航天公司的案例中， vicon的引入为自动驾驶和飞行提供了一个室内的模拟GPS来定位其他设备的位置，从而代替真实的机队。

Motion Analysis

Motion Analysis于1982年在Santa Rosa成立，它的首要技术是被动式光学捕捉，其应用领域在动画、运动分析、广播、以及工业与机器人上。其中广播演播室是Motion Analysis独特的应用分类，这为广播提供VR和AR的摄像头跟踪方案。

BaSix Go：稳轻量级动捕程序，允许在一分钟之内完成装备标记后的传输工作，系统设置和校准很快，学习使用很容易； Raptor 12HS：Raptor 12HS是Motion Analysis的最高端摄像机，拥有1250万像素，每秒300帧，拥有LED显示面板； Cortex：Cortex是Motion Analysis最最优的动作捕捉软件，提供一套最完整的可视化工具，用于实时监控校准状态提供标记计数，Cortex能够解决任何骨架包括四足动物甚至面部动画。

Optitrack

Natural Point公司于2005年在美国成立新的产品线Optitrack，自成立以来致力于制造高精度、低延时、系统稳定的动作捕捉技术和降低动作捕捉硬件和系统的成本，凭借着性价比优势获得较大的市场份额。在2017年 Natural Point被中国上市公司利亚德（300296.SZ）收购，成为利亚德VR部门的一部分。 Prime41：号称全球可追踪最大空间的运动捕捉摄像机。高性价比：Optitrack的目标是帮助客户用行业内其他公司一半的预算来搭建拥有更多摄像头更为精准的动作捕捉系统。 Motive光学运动捕捉软件：Motive最新的骨骼解算器能够估计骨骼姿势在标记遮挡时推算骨骼，并且拥有设置和操作简单的特点，仅一人就可设置大型系统。 Optitrack应用于广泛的行业：除了我们熟知的游戏《使命召唤-现代战争》和电影《狮子王》之外，Optitrack还应用在了实时外科手术上，为外科手术提供精细的导航跟踪功能；并且Optitrack在无人机上也有相关应用

Xsens

Xsens于2000年在荷兰创立，是惯性动作捕捉方向的领头羊，经过20多年的发展，Xsens的产品品质卓越，易用性高，专注于人体运动测量并应用于专业和消费市场。全条件抗磁+任何地点捕捉：Xsens号称是唯一一家做到全条件抵抗磁干扰，加上设备的便携性和易操作性，其系统可以实现随时随地动作捕捉。 Motion Cloud：动作捕捉到的数据可以传至云端共享、处理，这使得捕捉和处理异地成为可能，大大降低了电影游戏的地理成本，还可以建立运动数据库，是Xsens在数据上的一大创举。防冲撞捕捉服：Xsens为了应对冲击力大的运动，有内嵌设计的捕捉服，可以有效防止传感器掉落。 Xsens的应用非常广泛：在FIFA22的应用中，同时捕捉数十名运动员说明了Xsens系统的处理能力和适用范围。并且Xsens开发出的Gloves使得手指动作捕捉成为现实。

诺亦滕

诺亦滕（noitom）于2012年在北京创立，其名字源于英文motion的倒序拼写，也是主打惯性动捕技术的公司，以自主研发的多传感器数字技术和运动追踪算法为基础，推出动作捕捉以及虚拟现实系统等，为在将来使得每一位有需求的个人和组织都能享受到动作捕捉技术而发展。光惯混合系统：诺亦滕于2020年推出光惯混合系统，具有大范围，手部捕捉以及全面抗磁的特点。诺亦滕Perception Neuron + iClone：支持iClone系列动画软件，套装为角色制作提供完整的解决方案。诺亦滕在体育：美国冠军高尔夫球手使用诺亦滕mySwing全方位观察自己的击球动作并且于其他职业选手横向比较，来调整自己的动作到最佳水平。诺亦滕在虚拟直播：在虚拟直播，诺亦滕都有一套完整的套装Neuron + Tvmini使得虚拟直播在几分钟之内便可轻松上手。