動作捕捉系統(tǒng)
動作捕捉是實(shí)時地準(zhǔn)確測量、記錄物體在真實(shí)三維空間中的運(yùn)動軌跡或姿態(tài)，并在虛擬三維空間中重建運(yùn)動物體每一時刻運(yùn)動狀態(tài)的高新技術(shù)。
動作捕捉最典型的應(yīng)用是對人物的動作捕捉，可以將人物肢體動作或面部表情動態(tài)進(jìn)行三維數(shù)字化解算，得到三維動作數(shù)據(jù)，用來在CG制作等領(lǐng)域中逼真地模仿、重現(xiàn)真人的各種復(fù)雜動作和表情，從本質(zhì)上提升CG動作效果；更重要的是讓CG動作制作效率提高數(shù)百倍，大大節(jié)省了人力成本和制作周期，制作者可以將更多精力投入在CG創(chuàng)意和細(xì)節(jié)刻畫等方面，大幅提升產(chǎn)品的整體制作水平。動作捕捉系統(tǒng)是指用來實(shí)現(xiàn)動作捕捉的專業(yè)技術(shù)設(shè)備。
系統(tǒng)組成 編輯本段
不同的動作捕捉系統(tǒng)依照的原理不同，系統(tǒng)組成也不盡相同。總體來講，動作捕捉系統(tǒng)通常由硬件和軟件兩大部分構(gòu)成。硬件一般包含信號發(fā)射與接收傳感器、信號傳輸設(shè)備以及數(shù)據(jù)處理設(shè)備等；軟件一般包含系統(tǒng)設(shè)置、空間定位定標(biāo)、運(yùn)動捕捉以及數(shù)據(jù)處理等功能模塊。
信號發(fā)射傳感器通常位于運(yùn)動物體的關(guān)鍵部位，例如人體的關(guān)節(jié)處，持續(xù)發(fā)出的信號由定位傳感器接收后，通過傳輸設(shè)備進(jìn)入數(shù)據(jù)處理工作站，在軟件中進(jìn)行運(yùn)動解算得到連貫的三維運(yùn)動數(shù)據(jù)，包括運(yùn)動目標(biāo)的三維空間坐標(biāo)、人體關(guān)節(jié)的6自由度運(yùn)動參數(shù)等，并生成三維骨骼動作數(shù)據(jù)，可用于驅(qū)動骨骼動畫，這就是動作捕捉系統(tǒng)普遍的工作流程。
系統(tǒng)分類 編輯本段
動作捕捉系統(tǒng)種類較多，一般地按照技術(shù)原理可分為：機(jī)械式、聲學(xué)式、電磁式、慣性傳感器式、光學(xué)式等五大類，其中光學(xué)式根據(jù)目標(biāo)特征類型不同又可分為標(biāo)記點(diǎn)式光學(xué)和無標(biāo)記點(diǎn)式光學(xué)兩類。近期市場上出現(xiàn)所謂的熱能式動作捕捉系統(tǒng)，本質(zhì)上屬于無標(biāo)記點(diǎn)式光學(xué)動作捕捉范疇，只是光學(xué)成像傳感器主要工作在近紅外或紅外波段。機(jī)械式動作捕捉系統(tǒng) 依靠機(jī)械裝置來跟蹤和測量運(yùn)動軌跡。典型的系統(tǒng)由多個關(guān)節(jié)和剛性連桿組成，在可轉(zhuǎn)動的關(guān)節(jié)中裝有角度傳感器，可以測得關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動角度的變化情況。
裝置運(yùn)動時，根據(jù)角度傳感器所測得的角度變化和連桿的長度，可以得出桿件末端點(diǎn)在空間中的位置和運(yùn)動軌跡。X-1st是這類產(chǎn)品的代表，其優(yōu)點(diǎn)是成本低，精度高，采樣頻率高，但最大的缺點(diǎn)是動作表演不方便，連桿式結(jié)構(gòu)和傳感器線纜對表演者動作約束和限制很大，特別是連貫的運(yùn)動受到阻礙，難以實(shí)現(xiàn)真實(shí)的動態(tài)還原。
聲學(xué)式動作捕捉系統(tǒng)
一般由發(fā)送裝置、接收系統(tǒng)和處理系統(tǒng)組成。發(fā)送裝置一般是指超聲波發(fā)生器，接收系統(tǒng)一般由三個以上的超聲探頭陣列組成。通過測量聲波從一個發(fā)送裝置到傳感器的時間或者相位差，確定到接受傳感器的距離，由三個呈三角排列的接收傳感器得到的距離信息解算出超聲發(fā)生器到接收器的位置和方向。這類產(chǎn)品的典型生產(chǎn)廠家有Logitech、SAC等，其最大優(yōu)點(diǎn)是成本低，但缺點(diǎn)是精度較差，實(shí)時性不高，受噪聲和多次反射等因素影響較大。
電磁式動作捕捉系統(tǒng)
一般由發(fā)射源、接收傳感器和數(shù)據(jù)處理單元組成。發(fā)射源在空間產(chǎn)生按一定時空規(guī)律分布的電磁場；接收傳感器安置在表演者身體的關(guān)鍵位置，隨著表演者的動作在電磁場中運(yùn)動，接收傳感器將接收到的信號通過電纜或無線方式傳送給處理單元，根據(jù)這些信號可以解算出每個傳感器的空間位置和方向。Polhemus和Ascension公司是這類產(chǎn)品生產(chǎn)商的代表，其最大特點(diǎn)是使用簡單、魯棒性和實(shí)時性好，缺點(diǎn)是對金屬物體敏感，金屬物引起的電磁場畸變對精度影響大，采樣率較低，不利于快速動作的捕捉，線纜式的傳感器連接同樣對動作表演形成束縛和障礙，不利于復(fù)雜動作的表演。
慣性傳感器式動作捕捉系統(tǒng)
由姿態(tài)傳感器、信號接收器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。姿態(tài)傳感器固定于人體各主要肢體部位，通過藍(lán)牙等無線傳輸方式將姿態(tài)信號傳送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，進(jìn)行運(yùn)動解算。其中姿態(tài)傳感器集成了慣性傳感器、重力傳感器、加速度計(jì)、磁感應(yīng)計(jì)、微陀螺儀等元素，得到各部分肢體的姿態(tài)信息，再結(jié)合骨骼的長度信息和骨骼層級連接關(guān)系，計(jì)算出關(guān)節(jié)點(diǎn)的空間位置信息。
代表性的產(chǎn)品有Xsens、3D Suit等，這類產(chǎn)品主要的優(yōu)點(diǎn)是便攜性強(qiáng)，操作簡單，表演空間幾乎不受限制，便于進(jìn)行戶外使用，但由于技術(shù)原理的局限，缺點(diǎn)也比較明顯，一方面?zhèn)鞲衅鞅旧聿荒苓M(jìn)行空間絕對定位，通過各部分肢體姿態(tài)信息進(jìn)行積分運(yùn)算得到的空間位置信息造成不同程度的積分漂移，空間定位不準(zhǔn)確；另一方面原理本身基于單腳支撐和地面約束假設(shè)，系統(tǒng)無法進(jìn)行雙腳離地的運(yùn)動定位解算；此外，傳感器的自身重量以及線纜連接也會對動作表演形成一定的約束，并且設(shè)備成本隨捕捉對象數(shù)量的增加成倍增長，有些傳感器還會受周圍環(huán)境鐵磁體影響精度。
光學(xué)式動作捕捉系統(tǒng)
基于計(jì)算機(jī)視覺原理，由多個高速相機(jī)從不同角度對目標(biāo)特征點(diǎn)的監(jiān)視和跟蹤來完成運(yùn)動捕捉的任務(wù)。理論上對于空間中的任意一個點(diǎn)，只要它能同時為兩部相機(jī)所見，就可以確定這一時刻該點(diǎn)在空間中的位置。當(dāng)相機(jī)以足夠高的速率連續(xù)拍攝時，從圖像序列中就可以得到該點(diǎn)的運(yùn)動軌跡。這類系統(tǒng)采集傳感器通常都是光學(xué)相機(jī)，不同的是目標(biāo)傳感器類型不一，一種是在物體上不額外添加標(biāo)記，基于二維圖像特征或三維形狀特征提取的關(guān)節(jié)信息作為探測目標(biāo)，這類系統(tǒng)可統(tǒng)稱為無標(biāo)記點(diǎn)式光學(xué)動作捕捉系統(tǒng)，另一種是在物體上粘貼標(biāo)記點(diǎn)作為目標(biāo)傳感器，這類系統(tǒng)稱為標(biāo)記點(diǎn)式光學(xué)動作捕捉。
無標(biāo)記點(diǎn)式光學(xué)動作捕捉
原理大致有三種：第一種是基于普通視頻圖像的運(yùn)動捕捉，通過二維圖像人形檢測提取關(guān)節(jié)點(diǎn)在二維圖像中的坐標(biāo)，
再根據(jù)多相機(jī)視覺三維測量計(jì)算關(guān)節(jié)的三維空間坐標(biāo)。由于普通圖像信息冗雜，這種計(jì)算通常魯棒性較差，速度很慢，實(shí)時性不好，且關(guān)節(jié)缺乏定量信息參照，計(jì)算誤差較大，這類技術(shù)目前多處于實(shí)驗(yàn)室研究階段；
無標(biāo)記點(diǎn)式光學(xué)系統(tǒng)
第二種是基于主動熱源照射分離前后景信息的紅外相機(jī)圖像的運(yùn)動捕捉，即所謂的熱能式動作捕捉，原理與第一種類似，只是經(jīng)過熱光源照射后，圖像前景和背景分離使得人形檢測速度大幅提升，提升了三維重建的魯棒性和計(jì)算速率，但熱源從固定方向照射，導(dǎo)致動作捕捉時人體運(yùn)動方向受限，難以進(jìn)行360度全方位的動作捕捉，例如轉(zhuǎn)身、俯仰等動作并不適用，且同樣無法突破因缺乏明確的關(guān)節(jié)參照信息導(dǎo)致計(jì)算誤差大的技術(shù)壁壘；
第三種是三維深度信息的運(yùn)動捕捉，系統(tǒng)基于結(jié)構(gòu)光編碼投射實(shí)時獲取視場內(nèi)物體的三維深度信息，根據(jù)三維形貌進(jìn)行人形檢測，提取關(guān)節(jié)運(yùn)動軌跡，這類技術(shù)的代表產(chǎn)品是微軟公司的kinect傳感器，其動作識別魯棒性較好，采樣速率高，價格非常低廉，有不少愛好者嘗試使用kinect進(jìn)行動作捕捉，效果并不盡如人意，這是因?yàn)閗inect的應(yīng)用定位是一款動作識別傳感器，而不是精確捕捉，同樣存在關(guān)節(jié)位置計(jì)算誤差大，層級骨骼運(yùn)動累積變形等問題。
無標(biāo)記點(diǎn)式動作捕捉
普遍存在的問題是動作捕捉精度低，并且由于原理固有的局限導(dǎo)致運(yùn)動自由度解算缺失（如骨骼的自旋信息等）造成動作變形等問題。標(biāo)記點(diǎn)式光學(xué)動作捕捉系統(tǒng)一般由光學(xué)標(biāo)識點(diǎn)（Markers）、動作捕捉相機(jī)、信號傳輸設(shè)備以及數(shù)據(jù)處理工作站組成，人們常稱的光學(xué)式動作捕捉系統(tǒng)通常是指這類標(biāo)記點(diǎn)式動作捕捉系統(tǒng)。在運(yùn)動物體關(guān)鍵部位（如人體的關(guān)節(jié)處等）粘貼Marker點(diǎn)，多個動作捕捉相機(jī)從不同角度實(shí)時探測Marker點(diǎn)，數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸至數(shù)據(jù)處理工作站，根據(jù)三角測量原理精確計(jì)算Marker點(diǎn)的空間坐標(biāo)，再從生物運(yùn)動學(xué)原理出發(fā)解算出骨骼的6自由度運(yùn)動。
這里根據(jù)標(biāo)記點(diǎn)發(fā)光技術(shù)不同還分為主動式和被動式光學(xué)動作捕捉系統(tǒng)：主動式光學(xué)動作捕捉系統(tǒng)的Marker點(diǎn)由LED組成，LED粘貼于人體各個主要關(guān)節(jié)部位，LED之間通過線纜連接，由綁在人體表面的電源裝置供電，市場上最具代表性的產(chǎn)品是美國的PhaseSpace，其主要優(yōu)點(diǎn)是采用高亮LED作為光學(xué)標(biāo)識，可在一定程度上進(jìn)行室外動作捕捉，LED受脈沖信號控制明暗，以此對LED進(jìn)行時域編碼識別，識別魯棒性好，有較高的跟蹤準(zhǔn)確率；缺點(diǎn)是：第一，時序編碼的LED識別原理本質(zhì)上是依靠相機(jī)在不同時刻對不同的Marker采集成像來進(jìn)行ID標(biāo)識，相當(dāng)于在同一個動作幀中分別針對每個Marker進(jìn)行逐次曝光，破壞了動作捕捉的Markers檢測的同步性，導(dǎo)致運(yùn)動變形，不利于快速動作的捕捉；第二，由于相機(jī)幀率很大部分用于單幀內(nèi)對不同Marker點(diǎn)的識別，因此有效動作幀采樣率較低，這點(diǎn)上也不利于快速運(yùn)動的捕捉和數(shù)據(jù)分析；第三，LED Marker可視角度小(發(fā)射角120度左右)，一個捕捉鏡頭內(nèi)部通常集成了兩個相機(jī)近距離采集，這種窄基線結(jié)構(gòu)導(dǎo)致視覺三維測量精度較低，并且在運(yùn)動過程中由于動作遮擋等問題仍然不可避免地導(dǎo)致頻繁的數(shù)據(jù)缺失，如果為盡量避免遮擋造成的數(shù)據(jù)缺失，需要成倍增加動作捕捉鏡頭的數(shù)量彌補(bǔ)遮擋盲區(qū)問題，設(shè)備成本也隨之成倍增加；第四，由于時序編碼的原理局限，系統(tǒng)可支持的Marker總數(shù)有嚴(yán)格限制，在保證足夠的采樣率前提下，同時采集人數(shù)一般不宜超過2人，且Marker點(diǎn)數(shù)量越多，單幀逐點(diǎn)曝光時間越長，運(yùn)動變形越嚴(yán)重。
被動式光學(xué)動作捕捉系統(tǒng)
被動式光學(xué)動作捕捉系統(tǒng)
也稱反射式光學(xué)動作捕捉系統(tǒng)，其Marker點(diǎn)通常是一種高亮回歸式反光球，粘貼于人體各主要關(guān)節(jié)部位，由動作捕捉鏡頭上發(fā)出的LED照射光經(jīng)反光球反射至動捕相機(jī)，進(jìn)行Marker的檢測和空間定位。這類產(chǎn)品市場上最典型的品牌是美國Motion Analysis、英國的Vicon以及中國的天遠(yuǎn)，其主要優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟，精度高、采樣率高、動作捕捉準(zhǔn)確，表演和使用靈活快捷，Marker點(diǎn)可以很低成本地隨意增加和布置，適用范圍很廣；主要缺點(diǎn)是：第一，對捕捉視場內(nèi)的陽光敏感，陽光在地面形成的光斑可能被誤識別為Marker點(diǎn)，造成目標(biāo)干擾，因此系統(tǒng)一般需要在室內(nèi)環(huán)境下正常工作；第二，Marker點(diǎn)識別容易出錯，由于反光式Marker點(diǎn)沒有唯一對應(yīng)的ID信息，在運(yùn)動過程中出現(xiàn)遮擋等問題容易造成目標(biāo)跟蹤出錯，導(dǎo)致Marker點(diǎn)ID混淆，這種情況通常導(dǎo)致運(yùn)動捕捉現(xiàn)場實(shí)時動畫演示效果不好，動作容易錯位，并且需要在后處理過程中通過人工干預(yù)進(jìn)行數(shù)據(jù)修復(fù)，工作量大幅增加。不過新一代的Vicon軟件以及天遠(yuǎn)的3DMoCap都植入了先進(jìn)的智能捕捉技術(shù)，具有很強(qiáng)的Marker點(diǎn)自動識別和糾錯能力，很大程度上滿足了現(xiàn)場實(shí)時動畫演示的需要，并且大大降低了人工干預(yù)的工作量，從本質(zhì)上進(jìn)一步提升了系統(tǒng)的實(shí)用性。
特點(diǎn)分析 編輯本段
不同原理的動作捕捉系統(tǒng)各有優(yōu)缺點(diǎn)，一般可從以下幾個方面進(jìn)行性能評估：定位精度、采樣頻率、動作數(shù)據(jù)質(zhì)量、快速捕捉能力、多目標(biāo)捕捉能力、運(yùn)動范圍、環(huán)境約束、使用便捷性、適用性等，據(jù)此對當(dāng)前市場上常見的幾種動作捕捉系統(tǒng)進(jìn)行對比如下：
系統(tǒng)對比選擇動作捕捉系統(tǒng)沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，用戶應(yīng)充分衡量自身的需求和一般使用情況，通常可以采取以下步驟篩選最適合自身使用的系統(tǒng)：
動作捕捉系統(tǒng)
1. 一般情況下，注重綜合性能的，包括精度、動作數(shù)據(jù)質(zhì)量和適用性等，首先考慮被動式光學(xué)系統(tǒng)，可以得到很好的精度和動作效果，適用性強(qiáng)，是現(xiàn)有動作捕捉技術(shù)中最為成熟的一種，應(yīng)用案例最多，經(jīng)典的電影特效和CG作品中大多采用這種技術(shù)，較為實(shí)用，適合多數(shù)用戶使用；
2. 強(qiáng)調(diào)室外應(yīng)用并且具備較好的定位精度的，考慮主動式光學(xué)系統(tǒng)，盡管在其他性能方面做出一定程度的讓步，但可以兼顧室外應(yīng)用和定位精度的特殊應(yīng)用需求；
3. 強(qiáng)調(diào)室外應(yīng)用并且運(yùn)動范圍幾乎不受限制的，考慮慣性式系統(tǒng)，系統(tǒng)受環(huán)境約束很少，前提是對動作質(zhì)量要求不高；
4. 強(qiáng)調(diào)便捷性，特別是應(yīng)用于人機(jī)交互、動作識別領(lǐng)域，對動作精度、質(zhì)量及可靠性要求較低的，考慮無標(biāo)記點(diǎn)式系統(tǒng)，如微軟的Kinect傳感器，在實(shí)用性和成本方面是其它系統(tǒng)無法比擬的。
系統(tǒng)參數(shù)及其在實(shí)際應(yīng)用中的物理意義動作捕捉相機(jī)分辨率 光學(xué)動作捕捉系統(tǒng)，不論是無標(biāo)記點(diǎn)式還是標(biāo)記點(diǎn)式，動作捕捉相機(jī)分辨率都是系統(tǒng)的一個重要參數(shù)。與影視行業(yè)的攝像機(jī)分辨率意義不同，動作捕捉相機(jī)分辨率意義并不在于畫面的細(xì)膩程度和視覺體驗(yàn)，因?yàn)橄到y(tǒng)并不需要精細(xì)的畫面，而是能夠分辨出視場內(nèi)的標(biāo)記點(diǎn)或目標(biāo)特征即可，因此動作捕捉相機(jī)的物理分辨率通常不需要影視級攝像機(jī)那么高，但是這里的分辨率具有兩大物理意義：
一是空間尺寸分辨能力，同樣的視場范圍，同樣的工作距離下，分辨率越高，可識別的最小特征尺寸越小，通常這個意義在于，高分辨率的相機(jī)可以使用更小尺寸的Marker，Marker過大容易對動作表演造成干擾，一般情況下Marker大小不宜超過直徑20mm，但也不宜過小，太小容易被遮擋，可視角度隨之變小，一般肢體捕捉Marker點(diǎn)不宜小于直徑10mm；
二是定位精度，盡管精度本身受分辨率、硬件同步性能、軟件標(biāo)定和三維重建算法等諸多因素影響，但分辨率決定了空間尺寸的分辨能力，一定程度上決定了空間定位的不確定度，造成三維數(shù)據(jù)不同程度的抖動，從而限制了定位精度，在其它因素控制較好的情況下，分辨率對系統(tǒng)精度起到?jīng)Q定性作用。動作捕捉相機(jī)分辨率直接影響系統(tǒng)成本，通常更高的分辨率意味著更高的設(shè)備成本，因此對于大部分追求實(shí)用性和性價比的用戶來講，分辨率能夠滿足自身的需求即可，無需盲目追求高分辨率。對于一般的動作捕捉應(yīng)用來說，捕捉數(shù)據(jù)用來進(jìn)行動畫制作，其捕捉精度在亞毫米量級已經(jīng)足夠，因?yàn)檫@個量級的誤差在動畫中人眼是很難分辨的，在分辨率一定、相機(jī)視角一定的情況下，決定這個精度的因素主要在于相機(jī)工作距離，更直觀地說，就是適用場地尺寸大小，捕捉場地越大，絕對精度越低，當(dāng)場地大小超過絕對精度在亞毫米量級的要求時，應(yīng)該采用更高分辨率的動作捕捉相機(jī)。
動作數(shù)據(jù) 編輯本段
動作捕捉相機(jī)采集幀率 動作捕捉相機(jī)采集幀率與通常所說的相機(jī)幀率一致，是指單位時間內(nèi)圖像數(shù)據(jù)采集的次數(shù)，單位一般是fps，即幀/秒。相機(jī)采集幀率對于動作捕捉來講具有兩大物理意義：一是限定了動作采樣頻率，動作采樣頻率最大不超過相機(jī)采集幀率（在下面“采樣頻率”一節(jié)會詳細(xì)闡述）；二是直接決定了運(yùn)動跟蹤算法的有效性，進(jìn)而決定了動作捕捉的正確率。
運(yùn)動跟蹤貫穿動作捕捉的整個過程，一方面軟件需要通過跟蹤進(jìn)行不同目標(biāo)的識別和區(qū)分，另一方面通過跟蹤預(yù)測可以縮小目標(biāo)探測區(qū)域，有效地提升計(jì)算速率和捕捉實(shí)時性。一旦跟蹤失敗，往往動作捕捉數(shù)據(jù)會出錯，嚴(yán)重的會導(dǎo)致丟失關(guān)鍵幀，影響捕捉的實(shí)時性。一般地講，相機(jī)幀率越高，跟蹤性能越好，即捕捉數(shù)據(jù)正確率越高（主動式光學(xué)系統(tǒng)除外，參見下節(jié)）。
通常為了實(shí)現(xiàn)較好的動作捕捉性能，專業(yè)的動作捕捉系統(tǒng)制造商都會進(jìn)行深入的研究以平衡硬件性能參數(shù)來滿足使用要求。其中，動作捕捉相機(jī)分辨率和采集幀率是比較重要的一對相關(guān)參數(shù)，簡單地說，分辨率越高應(yīng)該對應(yīng)越高的采集幀率，因?yàn)榉直媛试黾酉喈?dāng)于目標(biāo)在圖像上的運(yùn)動預(yù)測不確定度增加，為保證計(jì)算速度，在跟蹤搜索窗口不變的情況下，目標(biāo)逃離跟蹤窗口的概率大幅增加造成跟蹤失敗，解決這個問題最有效的方法就是提高采集幀率，降低運(yùn)動預(yù)測的不確定度，以確保跟蹤正確率。專業(yè)的動作捕捉相機(jī)分辨率與幀率的關(guān)系一般應(yīng)滿足如下關(guān)系：
當(dāng)系統(tǒng)不能達(dá)到足夠的采集幀率時，最明顯的使用問題是快速運(yùn)動捕捉能力差，例如對人體進(jìn)行擊打、踢腿等動作捕捉時，運(yùn)動數(shù)據(jù)往往會頻繁出錯，造成無法進(jìn)行現(xiàn)場動畫演示，且大大增加數(shù)據(jù)后處理的工作量，系統(tǒng)實(shí)用性低。
當(dāng)系統(tǒng)不能達(dá)到足夠的采集幀率時，最明顯的使用問題是快速運(yùn)動捕捉能力差，例如對人體進(jìn)行擊打、踢腿等動作捕捉時，運(yùn)動數(shù)據(jù)往往會頻繁出錯，造成無法進(jìn)行現(xiàn)場動畫演示，且大大增加數(shù)據(jù)后處理的工作量，系統(tǒng)實(shí)用性低。
動作采樣頻率 一般地，人們會認(rèn)為相機(jī)采集頻率越高越好，大部分情況下是可以這樣理解的，但這個理解并不全面，有個別情況屬于例外。事實(shí)上，相機(jī)采集頻率并不等于動作采樣頻率，用戶真正關(guān)心的實(shí)際是動作采樣頻率而不是相機(jī)采集頻率。采樣頻率指動作捕捉系統(tǒng)單位時間內(nèi)采集動作關(guān)鍵幀的頻率，其中動作關(guān)鍵幀是指某一時刻得到的一套完整的動作數(shù)據(jù)。畢竟動作采樣頻率才決定了動作捕捉的細(xì)膩程度和采樣密度，特別是對于動作分析的用戶來講，采樣頻率對運(yùn)動學(xué)計(jì)算意義重大，例如計(jì)算速度、加速度等參數(shù)時，較高的動作采樣頻率尤其重要。
對于無標(biāo)記點(diǎn)式光學(xué)系統(tǒng)和被動式光學(xué)系統(tǒng)來講，動作采樣頻率和相機(jī)采集幀率一致，相機(jī)每曝光一次即得到一幀完整的動作數(shù)據(jù)，這時將相機(jī)幀率等價于動作采樣頻率是沒有問題的；但是，對于主動式光學(xué)系統(tǒng)來講，原理截然不同，由于采用時序編碼的LED Marker點(diǎn)，不同的LED隨時間交替明暗變化，相機(jī)每曝光一次實(shí)際只對空間中的一個或幾個Marker點(diǎn)進(jìn)行采集，以此實(shí)現(xiàn)對不同Marker點(diǎn)的ID識別區(qū)分，捕捉時視場內(nèi)往往有幾十甚至上百個Marker點(diǎn)，當(dāng)對所有Marker點(diǎn)完成一次采集時，才算作一次完整的動作采集，即一個動作關(guān)鍵幀，而相機(jī)采集次數(shù)可能已經(jīng)進(jìn)行了幾十次，這時動作采樣頻率遠(yuǎn)小于相機(jī)幀率，這類系統(tǒng)往往標(biāo)注很高的相機(jī)幀率，但實(shí)際的動作采樣率往往在30fps甚至更低。
同步采集時間精度 專業(yè)的動作捕捉系統(tǒng)，特別是各類光學(xué)動作捕捉系統(tǒng)，同步采集的時間精度是另一大重要的硬件參數(shù)，其物理意義是能夠影響系統(tǒng)定位精度。同步采集時間精度是指系統(tǒng)在獲取一個動作關(guān)鍵幀時，各相機(jī)曝光時刻間的時間差別，理論上講在同一個動作關(guān)鍵幀采集時，各相機(jī)須在完全相同的時刻同步曝光，才能保證視覺三維測量的準(zhǔn)確性，在實(shí)際應(yīng)用中，專業(yè)的生產(chǎn)廠商會采用同步控制裝置對系統(tǒng)進(jìn)行精確同步控制，時間同步精度往往在百萬分之一秒以上。沒有同步控制裝置或同步精度低的，直接導(dǎo)致空間定位偏差大，或者頻繁出現(xiàn)異常噪聲直接影響動作捕捉的數(shù)據(jù)質(zhì)量和使用效率。
動作捕捉相機(jī)配置數(shù)量 動作捕捉相機(jī)配置數(shù)量具有重要的物理意義：視覺三維測量原理是特征目標(biāo)被多個相機(jī)同時觀測到，才能進(jìn)行三維重建，當(dāng)只有一個相機(jī)或沒有相機(jī)觀測到該目標(biāo)時，對目標(biāo)的重建就會失敗，造成數(shù)據(jù)缺失，這種情況多是由于復(fù)雜動作、多人表演或與道具結(jié)合的表演過程中的各種遮擋導(dǎo)致。相機(jī)數(shù)量越多，布置的空間視點(diǎn)越多，目標(biāo)被完全遮擋的概率就越小，數(shù)據(jù)缺失的也就越少，捕捉質(zhì)量也就越好，降低數(shù)據(jù)后處理的復(fù)雜度和工作量。
此外，從視覺三維測量的原理出發(fā)，相機(jī)數(shù)量越多，也可以在一定程度上提升目標(biāo)空間定位的精度。因此，在架設(shè)動作捕捉系統(tǒng)時，一定要考察清楚相機(jī)配置數(shù)量是否能夠滿足自身的捕捉需要，一般來講，動作捕捉場地越大，捕捉的對象越多，動作越復(fù)雜，需要的動作捕捉相機(jī)數(shù)量越多，數(shù)量配置與場地大小的大致對應(yīng)關(guān)系可參考下表：
人體模型標(biāo)記點(diǎn)（Marker）配置數(shù)量 光學(xué)動作捕捉系統(tǒng)通常在軟件中提供不同的人體標(biāo)記點(diǎn)模型供用戶選擇，即動作捕捉時單人身上布置的標(biāo)記點(diǎn)總數(shù)，這個數(shù)量的物理意義在于它關(guān)系到骨骼運(yùn)動解算的準(zhǔn)確度。系統(tǒng)通過身上的標(biāo)記點(diǎn)運(yùn)用運(yùn)動學(xué)原理解算關(guān)節(jié)運(yùn)動信息，理論上標(biāo)記點(diǎn)數(shù)量越多，動作解算越準(zhǔn)確；為了反映全身各主要關(guān)節(jié)的6自由度運(yùn)動信息，模型規(guī)劃的基本標(biāo)記點(diǎn)數(shù)量至少應(yīng)大于36個，否則會缺失某些關(guān)節(jié)的某些運(yùn)動自由度，造成骨骼動作數(shù)據(jù)失真。
人體模型標(biāo)記點(diǎn)（Marker）配置數(shù)量 光學(xué)動作捕捉系統(tǒng)通常在軟件中提供不同的人體標(biāo)記點(diǎn)模型供用戶選擇，即動作捕捉時單人身上布置的標(biāo)記點(diǎn)總數(shù)，這個數(shù)量的物理意義在于它關(guān)系到骨骼運(yùn)動解算的準(zhǔn)確度。系統(tǒng)通過身上的標(biāo)記點(diǎn)運(yùn)用運(yùn)動學(xué)原理解算關(guān)節(jié)運(yùn)動信息，理論上標(biāo)記點(diǎn)數(shù)量越多，動作解算越準(zhǔn)確；為了反映全身各主要關(guān)節(jié)的6自由度運(yùn)動信息，模型規(guī)劃的基本標(biāo)記點(diǎn)數(shù)量至少應(yīng)大于36個，否則會缺失某些關(guān)節(jié)的某些運(yùn)動自由度，造成骨骼動作數(shù)據(jù)失真。
反光標(biāo)記點(diǎn)（Marker）尺寸大小 反光標(biāo)記點(diǎn)尺寸大小沒有嚴(yán)格限定，其物理意義在于與動作捕捉相機(jī)適配，保證在相機(jī)中能夠被有效地探測到，同時不影響動作表演的自由性。
一方面為避免遮擋引起的標(biāo)記點(diǎn)可視角度過小等問題，標(biāo)記點(diǎn)尺寸一般不小于直徑10mm；另一方面為避免標(biāo)記點(diǎn)過大影響動作表演，尺寸一般不大于直徑20mm。具體尺寸一般與系統(tǒng)相機(jī)分辨率相對應(yīng)，分辨率越高，標(biāo)記點(diǎn)標(biāo)配尺寸越小，例如130萬像素以下系統(tǒng)一般使用20mm左右的標(biāo)記點(diǎn)，而500萬像素系統(tǒng)一般使用10mm左右標(biāo)記點(diǎn)。
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