影視動(dòng)漫慣性動(dòng)作捕捉技術(shù)應(yīng)用發(fā)展

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摘要:隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們生活質(zhì)量的提高，影視動(dòng)漫已經(jīng)逐漸成為豐富人們?nèi)粘蕵?lè)和文化交流的重要手段?；趧?dòng)作捕捉基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的慣性動(dòng)作捕捉技術(shù)加快了影視動(dòng)漫的發(fā)展進(jìn)程，使影視動(dòng)畫(huà)效果更加豐富多彩，動(dòng)作更加精確到位。本文將針對(duì)慣性動(dòng)作捕捉技術(shù)在影視動(dòng)漫中的應(yīng)用和發(fā)展進(jìn)行探討和研究，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)工作人士提供參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞:慣性動(dòng)作捕捉;影視動(dòng)漫;應(yīng)用;發(fā)展

慣性動(dòng)作捕捉技術(shù)是基于慣性傳感系統(tǒng)和較為尖端的傳感器數(shù)據(jù)融合算法而研發(fā)的無(wú)需攝像機(jī)參與的人體動(dòng)作捕捉系統(tǒng)。慣性動(dòng)作捕捉技術(shù)的出現(xiàn)擺脫了傳統(tǒng)的光學(xué)動(dòng)作捕捉攝像技術(shù)的束縛，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)作捕捉技術(shù)新的飛躍。

1慣性動(dòng)作捕捉技術(shù)概述

慣性動(dòng)作捕捉技術(shù)是一種新型的動(dòng)作捕捉技術(shù)，它的出現(xiàn)打破了光學(xué)動(dòng)作捕捉在影視動(dòng)漫中的市場(chǎng)主導(dǎo)格局。這種技術(shù)是基于傳感器技術(shù)與人體動(dòng)力學(xué)、無(wú)線傳輸技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高度融合而研發(fā)的具有綜合性的動(dòng)作捕捉技術(shù)［1］。

2慣性動(dòng)作捕捉技術(shù)在影視動(dòng)漫中的應(yīng)用

2．1慣性動(dòng)作捕捉技術(shù)系統(tǒng)原理

慣性動(dòng)作捕捉系統(tǒng)主要有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)關(guān)鍵部件由加速度計(jì)、陀螺儀和磁力計(jì)構(gòu)成慣性傳感器對(duì)人體運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行捕捉和采集，包括人體各部位在不同姿態(tài)下的姿態(tài)和方位信息，這些數(shù)據(jù)采集后傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理設(shè)備中，進(jìn)行數(shù)據(jù)的矯正和處理，建立三維立體模型，使三維影像模型具有人體運(yùn)動(dòng)的真實(shí)、自然的運(yùn)動(dòng)效果［2］。

2．1．1慣性動(dòng)作捕捉技術(shù)中加速度計(jì)的運(yùn)用加速度計(jì)是慣性動(dòng)作捕捉系統(tǒng)中主要構(gòu)件之一，加速度計(jì)能夠?qū)?lái)自人體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的加速度和運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)過(guò)程主要通過(guò)對(duì)加速度計(jì)軸向受力情況檢測(cè)實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)建立三維立體坐標(biāo)的方式，表現(xiàn)出加速度的方向和大小。加速度計(jì)所測(cè)量的數(shù)據(jù)是相對(duì)于地面作為參照而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，需要通過(guò)陀螺儀的補(bǔ)償才能夠使測(cè)量精度更加精確。

2．1．2慣性動(dòng)作捕捉技術(shù)中陀螺儀的運(yùn)用陀螺儀是通過(guò)對(duì)陀螺轉(zhuǎn)子在三維坐標(biāo)內(nèi)的垂直軸向與設(shè)備之間形成的夾角進(jìn)行測(cè)量，對(duì)角速度進(jìn)行精確計(jì)算得出人體在三維空間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。陀螺儀在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中具有較好的測(cè)量效果。

2．1．3慣性動(dòng)作捕捉技術(shù)中磁力計(jì)的運(yùn)用慣性動(dòng)作捕捉系統(tǒng)中，陀螺儀能夠?qū)υO(shè)備旋轉(zhuǎn)動(dòng)作做出準(zhǔn)確測(cè)量，但是在確定設(shè)備方位方面存在不足，磁力計(jì)能夠?qū)ν勇輧x存在的不足進(jìn)行有效的補(bǔ)償，準(zhǔn)確測(cè)量出設(shè)備在不同方向上的夾角。慣性動(dòng)作捕捉系統(tǒng)通過(guò)加速度計(jì)、陀螺儀和磁力計(jì)的互相補(bǔ)償協(xié)調(diào)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)人體運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)，從而得出人體運(yùn)動(dòng)信息數(shù)據(jù)。

2．2慣性動(dòng)作捕捉技術(shù)傳感器融合算法

2．2．1IK算法概述IK反向運(yùn)動(dòng)學(xué)理論是根據(jù)人體的形成各個(gè)動(dòng)作的主關(guān)節(jié)最終角度確定人體骨架的運(yùn)動(dòng)，有不同運(yùn)動(dòng)約束的關(guān)節(jié)連接而成分級(jí)結(jié)構(gòu)骨架，分級(jí)結(jié)構(gòu)骨架由許多環(huán)節(jié)鏈構(gòu)成，通過(guò)效應(yīng)器來(lái)帶動(dòng)各個(gè)部位的同時(shí)運(yùn)動(dòng)，只要確定了動(dòng)作起始位置和結(jié)束位置以及運(yùn)動(dòng)的途徑，就能夠按反方向運(yùn)動(dòng)學(xué)算出人體部位的運(yùn)動(dòng)信息數(shù)據(jù)。

2．2．2IK算法在慣性動(dòng)作捕捉技術(shù)中的應(yīng)用IK反向運(yùn)動(dòng)學(xué)通常被稱作室內(nèi)定位技術(shù)，在定位過(guò)程中，通過(guò)激光發(fā)生裝置對(duì)佩戴者身上的傳感器進(jìn)行位置追蹤，獲得位置信息和方向數(shù)據(jù)，然后利用IK算法進(jìn)行反向推算，得出人體的運(yùn)動(dòng)信息。由于激光定位過(guò)程會(huì)存在遮擋情況，需要用慣性動(dòng)作捕捉技術(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。

2．2．3慣性動(dòng)作捕捉技術(shù)在影視動(dòng)漫中的應(yīng)用慣性動(dòng)作捕捉系統(tǒng)在影視動(dòng)漫制作中的應(yīng)用極大程度上降低了后期制作處理中的難度，降低了后期制作成本，提高影視動(dòng)漫的拍攝效率。慣性動(dòng)作捕捉與光學(xué)動(dòng)作捕捉相比，克服了時(shí)間和空間的限制，解決了光學(xué)動(dòng)作捕捉技術(shù)存在對(duì)特殊動(dòng)作不能實(shí)時(shí)還原的缺陷，使動(dòng)作捕捉適應(yīng)于更多場(chǎng)景下進(jìn)行，智能化水平更高;慣性動(dòng)作捕捉技術(shù)利用了無(wú)線傳感器，演員的佩戴不受束縛，使演員的動(dòng)作更加協(xié)調(diào)，動(dòng)作更加平穩(wěn)，捕捉的動(dòng)作幅度更大。因此，這種技術(shù)受到各領(lǐng)域的關(guān)注和信任。

3慣性動(dòng)作捕捉對(duì)影視動(dòng)漫產(chǎn)業(yè)的影響和發(fā)展

3．1慣性動(dòng)作捕捉技術(shù)擴(kuò)大了故事講述的發(fā)揮空間

慣性動(dòng)作捕捉技術(shù)在影視動(dòng)漫產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用，讓導(dǎo)演的創(chuàng)意能夠得到更加淋漓盡致的發(fā)揮，尤其在科幻電影拍攝和制作過(guò)程中，能夠?qū)⑻摂M現(xiàn)實(shí)效果與實(shí)際拍攝效果有機(jī)結(jié)合起來(lái)，場(chǎng)面更加逼真，動(dòng)作更加接近生活。在國(guó)外影視發(fā)達(dá)的國(guó)家，這種技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到了影視拍攝中，帶來(lái)了很高的社會(huì)效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效益，影視動(dòng)漫的故事講述創(chuàng)造了更加廣闊的發(fā)揮空間。

3．2慣性動(dòng)作捕捉技術(shù)提高影視動(dòng)漫制作效率

慣性動(dòng)作捕捉技術(shù)帶來(lái)了影視動(dòng)漫制作的巨大變革，不僅在成本上具有更大的優(yōu)勢(shì)，還大幅度縮短了影視動(dòng)漫拍攝和制作時(shí)間，提高了影視制作的工作效率，為實(shí)現(xiàn)影視行業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)提供了更大的活力，促進(jìn)影視行業(yè)的快速發(fā)展［3］。

4結(jié)語(yǔ)

慣性動(dòng)作捕捉技術(shù)是基于傳統(tǒng)光學(xué)動(dòng)作捕捉技術(shù)基礎(chǔ)上的新的發(fā)展階段，在影視動(dòng)漫行業(yè)中具有較高的應(yīng)用和推廣價(jià)值。相信隨著慣性動(dòng)作捕捉技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，定能夠從技術(shù)上創(chuàng)造更多的優(yōu)勢(shì)，解決掉測(cè)量精度上的不足，在各領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。

參考文獻(xiàn):

［1］王建磊．面部表情捕捉技術(shù)及其在動(dòng)畫(huà)游戲中的應(yīng)用研究［J］．藝術(shù)品鑒，2018(11):93－94．

［2］張洪超，史衛(wèi)亞，趙建偉．基于無(wú)線慣性傳感器的人體動(dòng)作捕捉系統(tǒng)［J］．電腦知識(shí)與技術(shù)，2019，15(5):257－260．

［3］王建磊．動(dòng)作捕捉技術(shù)在三維游戲制作中的應(yīng)用研究［J］．科技展望，2017(25):133－134．

作者：白國(guó)亮 劉芳 單位：黑龍江工程學(xué)院