Оптические системы захвата движений работают на основе инфракрасной оптики и, по сравнению с инерционными системами захвата движений, GPS-позиционированием и другими методами локализации, обладают высокой точностью, низкой задержкой, сильными возможностями в реальном времени и в основном используются в помещениях. Процесс настройки системы можно разделить на три части: построение системы, сбор и передача данных, распознавание и обработка данных.

1 Системное строительство

1.1 Строительные работы на объекте

Оптическая система захвата движений состоит из инфракрасных оптических камер, программного обеспечения для захвата движений, отражающих маркеров, коммутаторов POE, кабелей, калибровочных рам и оборудования для монтажа камер на штативе.

Сначала инфракрасные оптические камеры размещаются вокруг места съемки с использованием штативов, зажимов и других устройств для крепления камер, чтобы обеспечить охват области захвата поля зрения камеры.Затем все камеры подключаются к коммутатору POE с использованием Ethernet-кабелей.Камеры питаются и передают данные через коммутатор POE, а также подключены к программному обеспечению для захвата движения на компьютере.После запуска программного обеспечения камеры захвата движения подключаются в режиме реального времени через интерфейс.

1.2 Полевая калибровка

После успешной сборки и взаимного подключения аппаратного и программного обеспечения системы следующим шагом является калибровка места, которая включает калибровку типа L и типа T.Их цель - установить систему координат XYZ для области захвата движения, рассчитать положение и ориентацию каждой камеры в системе координат, и только после калибровки можно точно получить данные о 3D-координатах каждой метки на месте.

Калибровка в форме буквы L проводится путем размещения калибровочного стержня L-образной формы в центре поля и настройки соответствующих параметров в программном обеспечении. Этот процесс имеет две цели: во-первых, создать единую систему координат путем определения четырех точек на стержне L, что позволяет системе различать его длинную ось от короткой, тем самым определяя ориентацию и исходное положение осей мировой системы координат. Во-вторых, этот процесс обеспечивает начальный набор параметров для камер, зафиксировавших стержень L, служа точкой отсчета для дальнейшей оптимизации параметров.

T-калибровка предназначена для предоставления каждой камере достаточного количества данных для итерации и оптимизации параметров на основе начальных значений. Во время этого процесса программное обеспечение находится в режиме T-калибровки, и оператор машет T-образным стержнем в пределах зоны, позволяя камерам захватывать большое количество данных в реальном времени.

2 Сбор и передача данных

2.1 Сбор данных

После калибровки можно получить пространственные данные объекта, который требуется зафиксировать. На поверхность человека или объекта устанавливаются отражающие маркеры (маленькие серебристо-серые сферы, покрытые специальным отражающим веществом). Камеры системы захвата движения излучают инфракрасный свет со своих светодиодов, который затем отражается от отражающих маркеров. Когда несколько оптических камер одновременно «видят» маркер, определяется его трехмерное положение в пространстве.

2.2 Передача данных

Информация о положении отражающих маркеров, зафиксированная камерами, должна передаваться в реальном времени на компьютер для обработки данных и использования. В оптической системе захвата движения все камеры подключаются к коммутатору через Ethernet-кабели. После того как камеры зафиксируют пространственное положение отражающих маркеров, эта информация передается по Ethernet-кабелям на коммутатор, а затем отправляется с коммутатора на подключенный компьютер, где она в реальном времени принимается программным обеспечением для захвата движения.

3 Распознавание и обработка данных

После того, как программа получает трехмерные пространственные позиции нескольких отражающих маркеров, следующим этапом является распознавание объектов. Когда несколько отражающих маркеров закреплены на поверхности одного объекта, расстояния между этими конкретными точками остаются постоянными. Таким образом, точки на одном и том же объекте получают названия, а взаимосвязи между точками отображаются с помощью соединительных линий. Этот набор названий точек и информации о линиях записывается в программе как набор маркеров. Когда объект с этой информацией о наборе маркеров появляется в поле зрения, система распознает его как независимый объект.

Некоторые процессы захвата движений человека требуют использования большого количества маркеров для сбора данных. Существуют специальные модели маркеров для использования. Отражающие маркеры закрепляются в заранее определенных позициях на теле человека, после чего маркеры распознаются, соединяются и привязываются к скелету в программе.

Как только система может идентифицировать объект для захвата в реальном времени, создается полноценная оптическая система захвата движений. Далее можно непосредственно проводить захват движений, а полученные данные модели можно корректировать и настраивать в реальном времени в программе. В зависимости от требований различных областей, оптические системы захвата движений также могут синхронизироваться с силовыми платформами и другими устройствами для одновременного захвата данных о движениях и силах или подключаться к 3D-программам для создания виртуальных персонажей.