光学动作捕捉系统中的反光标识点（Marker点）

Posted 2021-05-13 您家豆子

动作捕捉系统本质上是一种定位系统，通常需要在目标物布置定位设备进行追踪。以红外光学为原理的动作捕捉系统，主要由由光学镜头、动作捕捉软件、反光标识点、POE交换机、和若干配件组成，其中反光标识点（Marker点）即为布置在目标物上的一种特殊球体。

红外光学原理的动作捕捉系统分为主动式和被动式，其区别之一就在于反光标识点。主动式原理的反光标识点需连接电源主动发光，从而光学相机能够获取其空间位置。而被动式光学原理中的反光标识小球，是一种表面涂有反光材料的小球，无连接线，不需要电源，内部没有任何电子元件，它固定在被捕捉物表面反射镜头发出的红外光，进而被多个镜头上的感应器矩阵接收，并获取其球心三维坐标。本文将进行被动式光学原理的动作捕捉系统中反光标识点（Marker点）的相关介绍。

不同的应用场景下适配不同的反光标识点（Marker点）类型，例如当被捕捉物尺寸偏小时，需要较小的Marker与之适配，而当其表面非常光滑时，又需要带有双面粘性底座的反光标识点（Marker点）进行固定。

反光标识点（Marker点）尺寸与固定方式

尺寸

反光标识点的大小选择选择通常与被捕捉物类型与尺寸有关，当捕捉人体全身动作时，常用直径12~15mm反光标识点（Marker点），而捕捉人体手部、足部、面部的精细动作时，常使用直径小于8mm的小尺寸反光标识点（Marker点）。而在自动化方向常见的无人机、机器人等多智能体室内定位与位姿捕捉，通常使用8~12mm反光标识点（Marker点），另外，如果是使用场景空间与被捕捉物尺寸都比较大的情况，则使用直径大于15mm的Marker。

固定方式

为保证系统正常使用，需要反光标识点（Marker点）能够稳定地固定在被捕捉物表面，反光标识点（Marker点）主要通过勾面底座、平面底座以及无底座三种方式进行固定。

勾面底座：即尼龙搭扣方式，通过勾面规定到被测物表面的贴有的背胶魔术贴。

平面底座：通常使用双面胶，将底座固定在坚固平滑的被测物表面，或用于人体局部的细微动作捕捉。

无底座：反光标识点（Marker点）通过螺丝、热熔胶等方式直接与机械结构、亚克力板、碳纤维棒等材质的表面进行固定，

反光标识点（Marker点）贴点方式

反光标识点（Marker点）的贴点通常有以下几种注意事项：

①    为保证系统对被捕捉物建立刚体与多刚体模型，需要在被捕捉物表面至少设置三个反光标识点（Marker点）去定义一个模型，以获取其三维坐标，

②    两个反光标识点（Marker点）不能距离太近，否则易造成系统无法正确识别，

③    反光标识点（Marker点）之间需要以非直线、非对称方式排布，使系统能够正确识别其方向以及区分相应动作。

而在不同的应用方向，例如机器人无人机室内定位，影视动捕特效制作，大空间VR实训，人体步态分析等，其对应贴点方式也有多种类型。

运动分析领域

通常有专门的人体贴点模板，如Helen Hayes模型等，反光标识点（Marker点）按照固定位置贴在人体皮肤表面或紧身衣上。

影视动画制作领域

通常使用身着动作捕捉服装方式进行贴点，一般在全身的贴点量通常大于或等于50个反光标识点（Marker点），每个肢体段都保证附着有3~5个Marker，其贴点位置通常在骨性标志点的关节处以及肢体段的中心，以保证运动中对点的遮挡不会影响动作捕捉效果的稳定流畅。