贺岁片《疯狂外星人》中徐峥出演外星人？幕后动捕技术了解一下

在2019年央视春晚上，高科技“技能加满”，5G+4K+VR齐上阵，赚足眼球。当然，主角还得属5G。不过，本篇文章的主角不是5G，但也和春晚挂钩。

不知大家是否有注意到，在2019央视网络春晚中，撒贝宁和“空气”进行了完美的互动，演技满分。啥意思？原来，AI虚拟主持人即“撒贝宁孪生兄弟小撒”，惊喜亮相了。而“小撒”能成功登台并圆满完成任务，主要得益于成熟的AI、动作捕捉技术——让其能模拟原型的口语表达、脸部表情、手势、形体运动及场景互动等，并通过传感器及运动跟踪设备，最终呈现出来。

没错，本文主要想与大家聊一聊“动作捕捉”的那些事儿。比如当前的主流动作捕捉方案及代表产品、近一年有关动作捕捉外设或模组的一些新动态等。

三类主流动捕解决方案

据了解，动作捕捉系统主要可分为惯性式和光学式两大主流技术路线。在此基础上又可再分为三大主类：基于计算机视觉的动作捕捉系统（光学式非标定）、基于马克点的光学动作捕捉系统（光学式标定）和基于惯性传感器的动作捕捉系统（惯性式）。其中，第一类主要针对手指动作捕捉（以下简称“动捕”），后两类则主要针对全身。

|基于计算机视觉的动捕系统

该类动捕系统，由多个高速相机从不同角度，对目标特征点的监视和跟踪来进行动作捕捉。

其优势主要在于精度较高，可利用少量的摄像机对监测区域的多目标进行监控；同时，被监测对象不需要穿戴任何设备，约束性小。劣势则在于，容易受光照、背景、遮挡物和摄像机质量等外界环境影响，且视觉域的限制，使实用性也有所降低。

代表性产品有Leap Motion、微软Kinect、英特尔RealSense 3D实感摄像头等。

| 基于马克点的光学动捕系统

该解决方案，顾名思义：

在运动物体关键部位粘贴Marker点，多个动作捕捉相机从不同角度实时探测Marker点；将数据实时传输至数据处理工作站，以便根据三角测量原理精确额计算Marker点的空间坐标；再从生物运动学原理出发解算出骨骼的6自由度运动。

此外，该光学动捕系统根据标记点发光技术不同，还可细分为主动式和被动式两种。

该解决方案的优势在于，能实现同时捕捉多目标。劣势为精度有所降低，价格相对昂贵。主要原因有：采集信号量大，空间解算算法复杂，导致运算性能降低；肢体会遮挡标记点；对光学装置的标定工作程序复杂等。

代表性产品主要为美国Motion Analysis，其配置算是动捕中的顶级。主要应用在教育、医疗、科研等领域。

| 基于惯性传感器的动捕系统

基于惯性传感器的动捕系统，需在身体的重要关节点佩戴集成加速度计、陀螺仪、磁力计等惯性传感器设备，然后通过算法实现动作捕捉。

其优势有采集到的信号量少，便于实时完成姿态跟踪任务；解算得到的姿态信息范围大、灵敏度高、动态性能好；且惯性传感器体积小、便于佩戴、价格低廉。劣势为由于测量噪声和游走误差等因素，惯性传感器无法长时间对人体姿态进行精确跟踪。

代表产品主要为诺亦腾的Preception Neuron，主要针对全身的人体姿态进行跟踪。值得一提的是，Preception Neuron对迭代产品Perception Neuron Pro，是一套基于IMU传感器的全身动捕系统。由半无线变全无线；既支持纯惯性，也支持光学动捕和惯性动捕结合。

盘点近一年：动捕外设&模组

在介绍完当前三类主流动捕解决方案后，接下来，我们不妨再来了解一下过去一年内，主要的动捕外设&模组有哪些吧。

2019年1月|Teslasuit追踪套装，支持触觉反馈、温度控制

在CES 2019上 ，Teslasuit携同名产品参展。该产品搭载完整的触觉反馈，可根据屏幕事件进行响应，或由开发者自定义体验，提供定位性、半身或全身反馈。

据了解，分布于该产品套装各位置的11个全身运动传感器，支持动捕，以及兼容Windows、Linux、Mac和Android系统。动捕方面，Teslasuit目前已支持Unity、Unreal和Motion Blender。此外，Teslasuit允许用户近乎实时地改变温度、实现动态的温度平衡，同时统计一系列有用的生物数据。

2018年12月|WalkOVR用动捕方案代替VR跑步机？

据悉，VR初创公司WalkOVR在去年12月展出最新动捕方案，包括一套体感服和多个体感追踪器。用户通过小幅踮脚步，不用真实跑动即可实现在VR中跑起来，并且还呈现颠簸的逼真视觉效果（具体到动作方面，其支持走路、奔跑、向前向后、跳跃等）。

此外，支持蓝牙连接PC，以及4小时续航，价格相对低廉。不过，从展示视频来看，体验者身穿紧身衣，衣服上附着有追踪标记，似乎不适合消费级场景。目前该方案支持几十款VR游戏，包括《辐射4VR》、《天际VR》等。

值得一提的是，WalkOVR表示，该方案不再依靠笨重的紧身衣或厚重的套件，只需将动捕节点附在用户膝盖，脚踝和躯干上，即可实现更为自然的运动追踪。不过，具体效果，还有待更多验证。

9月|低成本高效率的手部动捕设备、交互模块？

本月，韩国研究人员为操纵虚拟对象，提出一种低成本高效率的三指外骨骼手部动捕设备，以及一种基于物理引擎的手部交互模块。其中，三指外骨骼手部动捕设备能通过独特的伞齿轮结构，以及六个3D磁传感器，来提供12个自由度的手指运动数据。

总体而言该设备优点主要有三：一，系统从磁传感器读取数据，可忽略运动追踪期间自我遮挡的存在；二，机械装置完全覆盖手指的运动范围，从而能提供准确的手指运动数据；三，或可实现以较低成本（整个机械装置预计低于200美元），提供准确的手部交互。

此外，研究人员研还发出基于物理的虚拟交互模块，可校正因缺乏触觉反馈而导致的真实手与虚拟手的不匹配。

8月|OptiTrack推出新动捕设备，体积较上一代缩减40%

为满足线下VR大空间市场的需求，VR动作捕捉公司OptiTrack对其Active动捕技术进行优化，推出名为Active Puck Mini的新设备。较第一代Active Puck， 新产品体积缩减40%，IMU稳定性更高，准确性和连贯性也得到提升。

与上文提到的WalkOVR动捕方案类似，使用者无需使用特殊的追踪套装，只需将跟踪信标穿戴在身体关键部位（集成惯性测量单元的缘故），接入Unreal或Unity引擎，便可轻松进行流畅的实时动作捕捉。

另外，Active追踪技术支持主动式摄像头系统和被动式摄像头系统。这意味着，如果已拥有基于以太网的系统，便可在现有工作流程中使用Active系列设备。

8月|Vicon面向线下VR街机娱乐，推出动捕套件Origin

Vicon在SIGGRAPH2018上，亮相其线下VR硬件产品Origin系列。产品套件包括Viper摄像头（220万像素、帧率240fps）、方形Pulsar追踪器（提供50多种不同配置的圆顶、支持同时追踪多个玩家、提供多种防止遮挡的模式）、Beacon无线中继发射器，以及与Unity和Unreal引擎等热门游戏引擎兼容的Evoke软件。

据悉，Origin系列旨在提供即插即用的解决方案，以解决街机店缺乏熟悉动捕的工作人员的问题。不过，尽管Origin专为线下VR体验而设计，但动捕亦可用于传统游戏，帮助提高动画的逼真程度。例如，Epic Games曾利用其动捕技术来创建逼真的Siren演示。

7月|Kaaya Tech发布全身动捕套装HoloSuit

同月，Kaaya Tech发布了一套拥有全身追踪技术的VR设备HoloSuit。其并未采用外部摄像头追踪定位系统，而是通过嵌入式的传感器完成所有追踪与动捕处理。

HoloSuit设备高级版拥有36个传感器、9个触觉反馈装置以及6个控制键位，分布在一对具备手指追踪机能的手套、一条包裹脚部的长裤以及一件包裹头部的外套上；售价1599美元。而标准版套装，在完整保留反馈系统和控制键的基础上，将传感器的数量减少到26个；售价999美元。

据了解，HoloSuit兼容HTC Vive、OculusRift、微软Windows MR、HoloLens、Gear VR等主流VR/AR设备。

7月|Leap Motion为动捕平台Motion LIVE，提供手部细节捕捉

Motion LIVE是一个专为表演动画设计的全身动捕平台，可聚合来自动捕设备的数据流，同时驱动3D角色的面部、双手和身体。而本月，Leap Motion向该平台分享了一个全新的引擎集成：Leap Motion Controller和iClone 7 Motion LIVE。

其中，借助Leap Motion Controller，用户将能实现从前臂到手指的更精细手部动画。此外，全新的Leap Motion集成，还支持用单、双手捕捉、切换左右手数据的快捷方式、桌面模式与头戴模式等多种功能。需要注意的是，目前Leap Motion建议使用V3软件。

2月-5月|诺亦腾多款产品，动态更新

2018年2月至5月，诺亦腾相关动捕产品的迭代与上新，较为频繁。具体动态更新如下：

5月，MR制作系统传神（Trance）发布

本月，诺亦腾面向影视特效行业，发布MR制作系统传神（Trance）。而这也是诺亦腾开发的国内首个虚拟拍摄+实时动捕+实时引擎的MR制作系统。该系统基于统一的时空坐标系定义，集合MR摄影机、实时动作捕捉、物理及虚拟道具、实拍抠像合成、全局时码同步等模块，通过统一的操作工具和界面，提供MR的跨媒体内容制作环境。

其中，传神追踪硬件模组Trance Mocap，采用全无线设计，重量轻、体积小、易于穿戴及调试，适用于室内外多种场合。Trance Mocap可输出较为精准的单人、多人动捕数据，包括重现极其细微柔和的手部动作，以及大动态的奔跑、跳跃、翻腾等动作。

4月，发布动捕系统Perception Neuron PRO

本月，诺亦腾宣布推出动捕系统Perception Neuron PRO。该套基于IMU传感器的全身动捕系统，从设计之处，该系统就瞄准专业级动捕市场。其无需设置光学摄像头，对空间、光线、遮挡等没有任何限制，节省时间、提高效率。

据了解，Perception Neuron PRO数据传输，可以直接从集线器发送到传感器。而120Hz的最大输出速率，能为用户提供流畅而准确的数据。此外，系统最重要的附件之一是“电池盒”箱，不仅能存储传感器，还可用于校准。

3月，Hi5 VR手套商业版正式发布

本月，诺亦腾在美国发布了Hi5 VR Glove的商业版本，旨在为VR带来逼真的双手交互。售价999美元，提供三种大小。据悉，Hi5 VR Glove商业版支持Unity和Unreal开发，兼容HTCVIVE Tracker在内的多种定位追踪设备。产品提供商业授权，支持企业自由开发自己的游戏、培训、模拟和娱乐产品。

Hi5VR Glove的主要亮点在于：无线、低延迟（低于5毫秒）、续航时间较长可更换电池、穿戴轻便舒适，以及通过可编程振动器提供触觉反馈。

2月，Perception Neuron 2.0版本推出

Perception Neuron是基于纯惯性（MEMS惯性传感器）的动捕产品。本月，诺亦腾发布Perception Neuron2.0版，对动捕方案进行升级，提高准确性与灵敏度，价格不变。Perception Neuron 2.0包含一个全新的安装与搭扣锁定机制，可方便地连接到设备支持的一系列新配件，使3D动画的制作变得更容易。

值得一提的是，诺亦腾并不希望从现在开始发布同一产品的多个版本，而是希望可用配件的范围令设备在市场上保持长期竞争力，为用户提供经济实惠的解决方案，而不是迫使购买全新的设备。

以上，即为小编对过去一年主要动捕外设&模组动态的回顾。当然，并不全面。毕竟除上述提到的厂商外，国外动捕产品供应商还有Motion Analysis、PhaseSpace等，国内也还有青瞳视觉、Nokov（度量）、G-WEARABLES（国承万通）等，尚未提及。

不过，以上回顾仍然能帮助我们更好地了解动捕产品，从而更容易理解动捕技术在影视、游戏、科研、教育，体育等多个方面的重要性。包括，对VR行业来说，也很重要（动捕技术已被工信部列为VR五大关键性技术之一）。VR正在不断发展，而将动捕技术整合其中，可以帮助解决VR系统里人机交互和追踪等问题；为用户带来更逼真的角色、运动与体验，以及更自然的协作等。

相信很多人和小编一样，期待接下来能看到来更多动捕技术的创新与突破、更多应用场景，以及更加惊喜的产品~

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