给飞机做动捕？国产高精度动捕系统FZMotion技术解析
我们公号后台每天面对粉丝们各种要求和请求。上个月某一天有个小伙伴后台说想找个做动捕的公司，我寻思这玩意还不是一找一大把。然后就加上微信，了解了下动捕需求。他一讲项目要求给我整惊呆了：给飞机做动捕！这还是第一次听说，既然都信誓旦旦的说了，必须得给咱铁粉联系一下，找了一圈动捕圈朋友，还别说真有一家是可以做的，而且还是他们自研的一个系统。
这些日子我们简单跟进了下这个项目内容，了解到这个系统来自凌云光，也通过这次机会了解到了关于国内人自研动捕技术的更多故事，对国内的光学动捕有了不同以往的认知和见解，还意外发现很多高精尖的技术内容，更深刻的感受到国内技术的发展与创新。
FZMotion——国人的自研动捕到底有多强
提起凌云光这里我简单介绍下，这是一家国内机器视觉领域的领军企业，在3D立体视觉关键技术领域获得了国家技术最高奖项，很多科技文娱应用背后都有他们的技术身影，他们以航空级标准研发的光学运动捕捉系统，就是我们文章内容的主角“FZMotion光学运动捕捉系统”。
FZMotion是Freeze Motion的缩减合成词，代表着“冻结每一帧的动作”，记录还原动作动画的本质，向具有百年历史的定格动画致敬。
光学运动捕捉系统的核心是一整套精密而复杂的动捕相机和动捕软件，相机从不同角度对目标特征点进行采集跟踪，软件对目标数据进行同步收集，并实现目标数据从二维到三维空间重建，从而完成刚体或全身的动作的捕捉。
常做动捕的小伙伴都知道动捕时棘手的问题是什么？对，空间小，精度低，目标多，交叉遮挡，捕捉数据不稳定。FZMotion的相机拥有高精度高速的成像芯片，工业级的可控光源，最高有1200万像素的分辨率，工作距离可达40m，帧率最高可达500FPS。FZMotion软件拥有高效的标定算法，精准的刚体匹配算法，全新的骨骼解算器等，使得动捕系统能够达到0.1mm/m的精度，稳定追踪刚体6DoF数据，也能够追踪类似机翼这样的变形体，以及复杂交互下被遮挡的人体，让这几个痛点上都完美的解决。
看到这里大家是不是想上手试试这个软件了？
硬核科普！光学动捕你不知道的应用场景
动捕技术大家最为熟知的是在影视动画行业的应用了。
2022春晚《金面》节目，北京冬奥冰雪嘉年华集光之夜，冬奥手语播报数字人，以及不少大型游戏（目前还没出街，可以敬请期待！）FZMotion系统都有参与幕后的制作。
除了我们所熟悉的CG领域，FZMotion系统依靠高精度、高稳定性、定制化的核心优势，在各个领域的应用上都有着不俗的表现。今天和大家分享点不一样的应用场景。
高精度测量系统如何在飞机中应用
先讲讲开头的飞机动捕，为了验证飞机设计的空气动力特征，在模拟飞行中需要测量其姿态、形变、轨迹等信息，而该测试过程需要在超大空间、超高风速等工程场景中进行，同时伴随高频振动干扰、电磁干扰等复杂因素，在这种环境下获取到高精数据是主要难点，对参与测量的软硬件都提出苛刻的要求。
FZMotion是如何各个击破这些难点，为飞机量身定制一套高精度测量系统完成任务的呢？
先介绍下工作原理：通过在飞机模型表面的特定位置贴红外反光涂层作为标记点，通过FZMotion的软件，采集获得清晰的图像数据，实现标记点2D图像坐标和3D空间坐标的计算，以实现模型姿态角和变形量的实时解算输出。
1.针对飞机模型在运动速度达到数百米每秒以上的高速测量场景，研制配备高速红外频闪光源，可在极短时间内进行频闪补光，避免在高速运动下成像模糊，为获取高精数据提供保障。
2.针对飞机变形测量，研制高速捕捉相机，可实时处理图像并输出测量数据，达到每秒500组测量数据输出，保障高速测量过程数据的高采样。
3.高速运动测量追踪时，系统软件独有的丢失补偿解算能力，使得在遮挡部分标记点的情况下也可以通过算法计算出其位置，当遮挡点再次出现时，也可以瞬时建立关联，这使得系统具备运动参数在线全自动解算能力，实现从传统录制数据、离线处理数据和分析数据到现在实时输出、显示、记录的全流程自动化测试流程，极大降低人工操作难度，保证测量可靠性。
4.系统更配备了工业测量仿真软件，解决在测量过程中观测不直接的问题，使用者可实时观测飞机运动状态，让微变量也可实现宏观观测。此外结合VR设备，让使用者在VR视角下可以实现身临其境的体验感，对细节部分实现精准的观测。
很多小伙伴可能会说，这么高端的技术跟我们CG行业也搭不上边哇？不一定呦，比如有了这个技术使气球、垫子、布料，篮球等等这一类的变形动画数据捕捉成为可能，还有就是柔性物体的变化以及弓箭武器快速运动的轨迹等等在CG领域都是急需的，是不？FZMotion已经在工业动态高速应用场景实现微变型的捕捉，未来是不是也可以拓展到CG领域来进行动捕特效拍摄？
动捕在XR中的关键作用
说回CG领域，近几年在大型舞台上XR的应用可谓是相当广泛，让XR虚拟制作成为主流。XR虚拟制作包含LED显示屏、摄影机跟踪系统及图形引擎，是将表演者实时放置在虚拟场景中的新制作方式。那么XR虚拟制作流程中什么是关键呢？摄像机跟踪！
摄像机跟踪是将“真实摄像机”的位置、姿态、镜头Zoom/Focus传递至引擎中的“虚拟摄像机”，渲染出对应画面，跟踪的准确性决定画面位置的准确性。传统摄像机跟踪技术多采用惯性传感器或InSide-Out光学方式进行跟踪，在多机位、大空间等复杂场景下，跟踪效果较差、操作繁琐、成本较高。
凌云光与中央广播电视总台联合研发的摄像机跟踪系统，基于FZMotion在大空间拍摄场景下实现了演播室内多摄像机同步跟踪，跟踪精度达到亚毫米级别。
其工作原理是通过对FZMotion、摄像机、镜头进行联合标定，计算出摄像机光心与标记点的偏移、不同镜头焦距对应的视场角与畸变，并制作出镜头文件。在拍摄的时候，基于FZMotion实时解算摄像机的位置与姿态，并融合镜头传输的Zoom与Focus，以FreeD协议实时传输至渲染引擎中的虚拟摄像机。
更值得称赞的是，这套系统不仅能够跟踪多台摄像机，同时还能够定位人体、道具。对于虚拟制作来说，仅仅用一个系统，就能实现多种对象的跟踪，简化系统部署及操作流程。
VR优秀沉浸感的幕后技术支持
VR最近两年可谓相当火爆，无论是炒的最火的元宇宙概念还是各种硬件应用和VR大型体验场馆，都让虚拟现实技术得到了蓬勃发展。我们的小伙伴一定都体验过VR头显或者去玩过VR游戏体验等等，那么大家知道VR中让你得到优秀体验沉浸感的重要技术支持是什么么？对，动捕的精准定位。
为了保证给用户带来一个精度更高、稳定性更好的设备，在研发设备的过程中采用光学运动捕捉系统，作为尺子一样的计量工具，为VR头显自身定位系统提供groundtruth（真值），分析校验定位追踪的效果。以全球顶尖VR设备meta旗下Oculus Quest为例，其定位精度最高约0.5mm，作为计量工具来定位精度，运动捕捉系统定位精度至少应高于VR头显定位精度的5倍以上，即精度至少要优于0.1mm，目前国际上能够满足如此高精度的光学运动捕捉系统并不多，FZMotion就是其中之一。此外，FZMotion系统置信区间高达99.7%以上，定位精度可靠性提升了一个量级，测量超差率下降了90%，这对于高精度的计量工具来讲至关重要，能为用户的定位系统提供更可靠的真值数据，排查暴露出来的定位追踪问题，帮助用户提升自身的定位可靠性。
总而言之，光学运动捕捉系统的定位精度及其可靠性的提升是一个复杂的系统工程，从光学设计选型、结构设计到嵌入式处理再到软件中系统校准、3D重建以及目标位姿解算算法等一系列技术细节共同决定了系统的精度品质，任一环节缺陷都会直接导致精度品质的下降。FZMotion从顶尖客户的极端需求出发，深入研究每一细节技术问题，将每一环节优化工作尽可能做到极致，以达到更高的精度水平，在高精度大空间定位、智能体位姿定位、仿真训练、装备制造、教育培训、虚拟现实等等行业都可以广泛应用。
动捕技术助力元宇宙交互变革
欧美行业巨头凭借技术优势与多年的经营优势，很长一段时间把持着全球的市场。但是近几年，我国动作捕捉系统发展非常迅速，无论是技术研发还是实际应用都取得了长足的进步，在未来发展更是会突破层层技术难关，此外自研的系统，供应链自主可控，无论是用户的购买的成本和使用成本，都将大幅降低。FZMotion研发负责人杜华表示，数字内容是元宇宙的基本要素，不论是建模或者动画的工具，我们希望能够在整个的内容制作工艺流程上面，引入更多AI技术和视觉技术，帮助整个流程大幅度的减少人工量，提升自动化的效率以及工艺品质。
其实除了今天我们介绍的凌云光之外，就我了解和知道的很多公司也都在努力研发自己的核心技术，在这个更新换代迅速的时代，他们却满怀一股传统的“工匠精神”，只为打造出国内最一流的技术，打破垄断，坚定不移的走自主研发之路，在CG和更多领域做出属于国人的一片天空！
看小编嘚吧这么多技术内容，是不是很想试试这个FZMotion系统了？来给你把玩入口！
