銘傳資工論文研討: 人類運動補捉資料之特徵描述與資料檢索

講課程 : 專題講座
日期 : 2011.09.30
時間 : 14:00 ~ 15:30
地點 : S516
作者 : 資工產碩(一)- 00366545 吳俊德
講者 : 義守大學資工系-杜維昌教授

運動捕捉系統是一種用於準確測量運動物體在三維空間運動狀況的高技術設備，它基於電腦圖形學原理，通過排布在空間中的數個視頻捕捉設備將運動物體(

跟蹤器)的運動狀況以圖像的形式記錄下來，然後使用電腦對該圖像資料進行處理，得到不同時間計量單位上不同物體(跟蹤器)的空間座標(X,Y,Z)。從技術的角度來說,運動捕捉的實質就是要測量、跟蹤、記錄物體在三維空間中的運動軌跡。

運動捕捉系統是在運動物體的關鍵部位設置跟蹤器，由Motion capture 系統捕捉跟蹤器位置，再經過電腦處理後向使用者通過可以在動畫製作中應用的資料。當資料被電腦識別後，動畫師即可以在電腦產生的鏡頭中調整、控制運動的物體。

從應用角度來看，表演動畫系統主要有臉部表情捕捉和身體運動捕捉兩類；從即時性來看，可分為即時捕捉系統和非即時捕捉系統兩種。

運動捕捉系統源自二次世界大戰之後，一開始主要應用在物理治療的領域中，對於傷殘、截肢與患有帕金森氏症患者的運動行為作一分析。近代的影視業開始與動畫科技相結合，而使用最普遍的系統為motion capture，正因此系統能夠準確的捕捉人體動態，並運用動畫科技，能創造出虛擬但卻真實的角色人物，使得影音媒體開始有了豐富性，成為製作電影中不可或缺的工作夥伴。

關於Motion Capture的發展主要分為四類:
(一)電磁式(Magnetic Motion Capture Systems)
(二)機械式(Mechanical Motion Capture)
(三)光學式(Optical Motion Capture Systems)
(四)聲學(超音波)式

運動捕捉用於動畫製作的技術出現可以追溯到 20 世紀 70 年代，迪士尼公司曾試圖通過捕捉演員的動作以改進動畫製作效果。之後從 20 世紀 80 年代開始，美國 Biomechanics 實驗室、 Simon Fraser 大學、麻省理工學院等開展了電腦人體運動捕捉的研究。此後，運動捕捉技術吸引了越來越多的研究人員和開發商的目光，並從試用性研究逐步走向了實用化。1988 年， SGI 公司開發了可捕捉人頭部運動和表情的系統。

運動捕捉技術在其他領域的應用遍及動畫製作、運動分析、工業測量與控制等各個領域:
將運動捕捉技術用於動畫製作，可極大地提高動畫製作的水準。提高了動畫製作的效率，效果更為生動。隨著技術的進一步成熟，表演動畫技術將會得到越來越廣泛的應用，而運動捕捉技術作為表演動畫系統不可缺少的、最關鍵的部分，必然顯示出更加重要的地位。

互動式遊戲可利用運動捕捉技術捕捉遊戲者的各種動作，用以驅動遊戲環境中角色的動作，給遊戲者以一種全新的參與感受，加強遊戲的真實感和互動性。

體育訓練方面運動捕捉技術可以捕捉運動員的動作，便於進行量化分析，結合人體生理學、物理學原理，研究改進的方法，使體育訓練擺脫純粹的依靠經驗的狀態，進入理論化、數位化的時代。還可以把成績差的運動員的動作捕捉下來，將其與優秀運動員的動作進行對比分析，從而幫助其訓練。另外，在人體工程學研究、模擬訓練、生物力學研究等領域，運動捕捉技術同樣大有可為。

於工業面運動捕捉提供新的人機交互手段，表情和動作是人類情緒、願望的重要表達形式，運動捕捉技術完成了將表情和動作數位化的工作，提供了新的人機交互手段，比傳統的鍵盤、滑鼠更直接方便，不僅可以實現 " 三維滑鼠 " 和 " 手勢識別 " ，還使操作者能以自然的動作和表情直接控制電腦，並為最終實現可以理解人類表情、動作的電腦系統和機器人提供了技術基礎。

另外於機器人遙控運用上，機器人將危險環境的資訊傳送給控制者，控制者根據資訊做出各種動作，運動捕捉系統將動作捕捉下來，即時傳送給機器人並控制其完成同樣的動作。與傳統的遙控方式相比，這種系統可以實現更為直觀、細緻、複雜、靈活而快速的動作控制，大大提高機器人應付複雜情況的能力。在當前機器人全自主控制尚未成熟的情況下，這一技術有著特別重要的意義。