[发明专利]三维动作捕捉的扬声器系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种动作捕捉技术，具体涉及一种三维动作捕捉的扬声器系统。

背景技术

动作捕捉技术涉及尺寸测量、物理空间里物体的定位及方位测定等方面技术，其目的是为了获得人体关键骨骼，再经过计算机处理后向用户通过可以在动画制作中应用的数据。当数据被计算机识别后，动画师即可以在计算机产生的镜头中调整、控制运动的物体。 

从应用角度来看，表演动画系统主要有表情捕捉和身体运动捕捉两类；从实时性来看，可分为实时捕捉系统和非实时捕捉系统两种。

当前人体动作捕捉系统一般有几种类型：机械式、声学式、电磁式和光学式。同时，不依赖于专用传感器，而直接识别人体特征的运动捕捉技术也将很快走向实用。

机械式 - 机械式运动捕捉依靠机械装置来跟踪和测量运动轨迹。典型的系统由多个关节和刚性连杆组成，在可转动的关节中装有角度传感器，可以测得关节转动角度的变化情况。装置运动时，根据角度传感器所测得的角度变化和连杆的长度，可以得出杆件末端点在空间中的位置和运动轨迹。实际上，装置上任何一点的运动轨迹都可以求出，刚性连杆也可以换成长度可变的伸缩杆，用位移传感器测量其长度的变化。

电磁传感器类型，利用主动发射靶标信号（比如电磁信号）的标记点，向多个参考原点的信号接收端发射特定频谱或者经加密的信号，然后利用三角定位原理，由连接参考原点接收端的分析系统计算出每个靶标的三维空间位置数据；在人体关键关节位置上绑定多个靶标后，利用上述原理即可获取连续的人体关节动作信息；此方案的优点是：靶标、参考原点接收端子、分析系统均可设计成便携式，随身携带，因此，无需设置额外的固定式信号捕捉终端，不论人体怎样运动，均没有捕捉范围的限制。缺点是：对环境要求严格，在表演场地附近不能有金属物品，否则会造成电磁场畸变，影响精度。

声学方式，常用的声学式运动捕捉装置由发送器、接收器和处理单元组成。发送器是一个固定的超声波发生器，接收器一般由呈三角形排列的三个超声探头组成。通过测量声波从发送器到接收器的时间或者相位差，系统可以计算并确定接收器的位置和方向。这类装置成本较低，但对运动的捕捉有较大延迟和滞后，实时性较差，精度一般不很高，声源和接收器间不能有大的遮挡物体，受噪声和多次反射等干扰较大。由于空气中声波的速度与气压、湿度、温度有关，所以还必须在算法中做出相应的补偿。

带标记点的光学方式，光学式运动捕捉通过对目标上特定光点的监视和跟踪来完成运动捕捉的任务。目前常见的光学式运动捕捉大多基于计算机视觉原理。从理论上说，对于空间中的一个点，只要它能同时为两部相机所见，则根据同一时刻两部相机所拍摄的图像和相机参数，可以确定这一时刻该点在空间中的位置。当相机以足够高的速率连续拍摄时，从图像序列中就可以得到该点的运动轨迹。 

典型的标记式光学式运动捕捉系统通常使用 6 ～ 8 个相机环绕表演场地排列，这些相机的视野重叠区域就是表演者的动作范围。为了便于处理，通常要求表演者穿上单色的服装，在身体的关键部位，如关节、髋部、肘、腕等位置贴上一些特制的标志或发光点，称为 Marker ，视觉系统将识别和处理这些标志。系统定标后，相机连续拍摄表演者的动作，并将图像序列保存下来，然后再进行分析和处理，识别其中的标志点，并计算其在每一瞬间的空间位置，进而得到其运动轨迹。为了得到准确的运动轨迹，相机应有较高的拍摄速率，一般要达到每秒 60 帧以上。 

如果在表演者的脸部表情关键点贴上 Marker标记点，则可以实现表情捕捉。目前大部分表情捕捉都采用光学式。 

有些光学运动捕捉系统不依靠 Marker 作为识别标志，例如根据目标的侧影来提取其运动信息，或者利用有网格的背景简化处理过程等。目前研究人员正在研究不依靠 Marker ，而应用图像识别、分析技术，由视觉系统直接识别表演者身体关键部位并测量其运动轨迹的技术，估计将很快投入实用。 

光学式运动捕捉的优点是表演者活动范围大，无电缆、机械装置的限制，表演者可以自由地表演，使用很方便。其采样速率较高，可以满足多数高速运动测量的需要。 Marker 的价格便宜，便于扩充。 

这种方法的缺点是系统价格昂贵，虽然它可以捕捉实时运动，但后处理（包括 Marker 的识别、跟踪、空间坐标的计算）的工作量较大，对于表演场地的光照、反射情况有一定的要求，装置定标也较为烦琐。特别是当运动复杂时，不同部位的 Marker 有可能发生混淆、遮挡，产生错误结果，这时需要人工干预后处理过程。