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日本秋田大学采用Polhemus LIBERTY系统研制动作捕捉设备
介绍
人体的运动受运动神经控制，而运动神经区域按照功能进行分区，其中，手部区域与上下肢和躯干区域的总和几乎相同。这一生理特点说明人手的运动需要非常复杂的控制，只有这样才能完成类似于传动装置的精确动作。
动作捕捉（MoCap）技术可以按时间顺序将目标的位置和姿态进行数字化记录，在动画制作和CG领域得到了广泛应用。人的每只手有27根骨头和19个关节，要捕捉整个手的动作十分困难。现在最常用的人手动作捕捉工具是Immersion公司的CyberGlove，但也只能捕捉80%的手部动作。因此，要想精确捕捉一位钢琴师高速运动的手指动作基本是不可能的。
针对这一难题，Akita 大学使用Polhemus公司的LIBERTY 16电磁跟踪器（其采用小型光接收器）研制出了高精度手部动作捕捉系统。接收器的连接线采用超细电缆，丝毫不会阻挡手指的运动。
图1
系统设计
图1显示了手部动作捕捉系统的构成。磁力跟踪器由一个发射器（23 * 28 * 16毫米）和16个接收器（9.6 * 9.6 *9.6毫米）组成，可以记录发射器到接收器之间的距离（xyz坐标），还可以记录接收器与发射器的相对角度（方位角、仰角、转动）。系统会对每个接收器进行调整以符合手指的状态。每根手指配有三个接收器进行测量，手背一个接收器，每只手共使用16个接收器。此外，我们对适配装置也进行了改进，添加了弹力布带，可以适应任何手型尺寸。接收器用弹力胶带和液态塑料固定在手指上，可有效防止接收器滑落。
两套LIBERTY系统通过USB端口与电脑（IBM的ThinkPad）连接。手部动作捕捉系统可同时测量出32个接收器的六自由度数据，测量频率为240赫兹，空间分辨率为0.0038毫米，角度分辨率为0.0012度。
图2
评测
Akita 大学对接收器进行评测，以确定测量数据的精确度是否因为接收器距离太近而受影响。评测表明，即使接收器距离太近，测量精确度也不会受到影响。位置数据的差量在0.1毫米以下，角度的差量在0.1度以下。这种差量范围足以进行手指动作测量。
图3
为了评测系统对手指的符合程度，Akita 大学用手部动作捕捉系统测量了钢琴师的手指动作。演奏曲目是“A大调第十一号钢琴奏鸣曲，土耳其进行曲”（莫扎特）。手部动作捕捉数据会被转换为BVA格式，在FiLMBOX软件中读取。手部的骨架和模型也在FiLMBOX软件中读取，并与手部动作捕捉数据衔接。图3显示了钢琴师演奏的CG动画。
经过对比，可以确认CG动画与拍摄的视频图像非常相似。这表明，手部动作捕捉系统可以精确地记录下手指的动作。用手部动作捕捉数据制作成CG动画的过程一直是手动的，现在可以自动进行，有了很大提高。在以后的研究当中，Akita 大学会研究自动算法对手部动作捕捉数据进行校准。
这项研究由日本总务省“战略信息及通信研发推广项目”支持。
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