光学动捕技术精选(九篇)

第1篇：光学动捕技术范文

光学动作捕捉技术虽然发展了很久，但是一直没有在电影制作以外的领域得到广泛应用。其本身使用过程的繁复和昂贵的使用成本是根本原因。

57万美金，这是北京诺亦腾科技有限公司（以下简称诺亦腾）最终交出的成绩单。就在此轮众筹结束前，诺亦腾还没有意识到自己刚刚创造了中国科技公司在Kickstarter（美国纽约的一个专为具有创意方案的企业筹资的众筹网站平台）上筹款的新纪录。创造这项记录的产品名叫Perception Neuron，是一款由诺亦腾自主研发的可以自由组合的轻量级动作捕捉系统。

在诺亦腾之前，来自中国的创意产品在Kickstarter上创造的最高纪录是近30余万美金。诺亦腾总经理刘昊扬在接受《中国经济周刊》独家专访时表示，诺亦腾此次能在Kickstarter上获得这样好的成绩，与诺亦腾的产品性能有很大的关系。“相比市场上或者Kickstarter上同类型的产品，我们的系统更便携、价格更低、功能却更完备。毫不谦虚地说，诺亦腾在基于可穿戴式传感器的智能动作捕捉领域，已经站在了全世界最领先的队伍里，而这个队伍不会超过三家。”

突破动作捕捉局限：

便捷、能耗低、成本低

还记得前段时间热映的《猩球崛起2：黎明之战》吗？在这部科幻巨制里，情感细腻、性格丰满的猩猩们成为了电影的主角。当然，这些演技高超的猩猩不可能是“真人上阵”，而逼真的效果也不是高超的化妆技术可以做到的。真相出人意料。在电影中看来声势浩大的猿族大军，其实只用了6到8个人扮演。背后的奥妙就是动作捕捉技术与计算机图形处理技术的完美结合。

动作捕捉技术是一种记录人体动作，并将其转换为数字模式的技术。从最早的《全面回忆》中的施瓦辛格经过X射线时的镜头，到《泰坦尼克号》的沉船场景，再到今天《猩球崛起2：黎明之战》中的表演，都离不开动作捕捉技术的贡献。目前最常见的是光学式动作捕捉系统，使用者在身体各个部位安装标记点，依靠多个摄像机跟踪标记点间位置和角度的变化来识别动作。

“光学动作捕捉技术经过几十年的发展，成熟度很高，目前已经可以精准到完美捕捉人的面部表情。但是光学动作捕捉技术也有它的局限性。”刘昊扬向《中国经济周刊》表示。

在刘昊扬看来，光学动作捕捉技术虽然发展了很久，但是一直没有在电影制作以外的领域得到广泛普及。其本身使用过程的繁复和昂贵的使用成本是根本原因。

光学动作捕捉系统的原理是捕捉人身上的反光点，一般现场会需要几十台到上百台摄像机。再加上每一个反光点在每个摄像机的位置都不同，因此就要对每一个摄像机的参数进行修正。

此外，发光贴片都是绑定在演员的外表皮肤上，所以最终得到的数据是皮肤层面的运动数据，而动作模拟需要的是骨骼数据，后期仍需要根据表皮运动数据去反算人体骨骼数据。

“光照是有局限性的，光的传播最怕被遮挡。” 刘昊扬一边扳动着手指一边向《中国经济周刊》解释，“光学动作捕捉系统最难的就是捕捉手部的动作，因为被遮挡的机会太大。而人在运动中难免身体部分会出现互相遮挡，数据的采集就会有丢帧的情况出现，你就得后期再去修补。”

在刘昊扬看来，基于传感器的动作捕捉技术的优势可以很好的弥补这些不足。诺亦腾的核心技术是通过把微型穿戴式的传感器穿戴在人体身上，利用传感器采集的组合来采集人的运动数据，然后使用无线技术输送到电脑上，由诺亦腾的算法与软件计算恢复出传感器穿戴者的连续人体动作，并形成数字模型。诺亦腾2013年推出了世界上第一套完全无线人体运动捕捉系统Perception Legacy。14年，诺亦腾最新的核心产品Percepiton Neuron由1到30个指甲盖大小的高精度九轴传感器组成，目前是全球范围内最小、最轻的无线动作姿态捕捉传感器模块。根据刘昊扬的介绍，Percepiton Neuron的精准度在全球范围内同类产品中目前排名第一。它能以每秒480帧的高速捕捉细微的人体姿态变化，而一般电影的播放速率大概是每秒20多帧画面。

“便携、能耗低、成本低，这几个因素对于任何一种技术的普及都至关重要。价格下来了，技术才能从少数高尖端的应用变成消费品。”刘昊扬告诉《中国经济周刊》，诺亦腾的目的就是通过提高动作捕捉技术水平，将其应用普及到更多更广的领域。

拥有自主知识产权核心算法

今年通过CCTV5观看世界杯的观众，一定会对每场比赛开始之前与评论嘉宾同时出现在演播厅的虚拟球员有着深刻的印象。这些拟真度极高的虚拟球员不但形象逼真，而且会配合嘉宾的话语做出相应的动作，进行各种热身动作，向观众招手、欢呼，甚至还能偶尔摆出俏皮的姿势。这个令人耳目一新的演播方式就应用了诺亦腾的传感器动作捕捉技术。这并不是诺亦腾动作捕捉技术在国内的第一次亮相，在今年的湖南卫视春晚上，著名歌手李谷一与30年前的自己跨时空对唱，也是诺亦腾动作捕捉技术在舞台交互效果上的又一次精彩呈现。

虽然光学动作捕捉系统是依靠电影制作而发扬光大，但是诺亦腾的野心并不仅仅局限在电影动漫制作市场上。

“我们最引以为傲的是拥有自主知识产权的核心算法。”刘昊扬说。诺亦腾截至目前已申请专利16项，其中发明专利5项、PCT国际专利2项，与多家国际科技公司合作，在各个领域开发制作硬件产品。

2013年，国务院发展研究中心将诺亦腾列为中国经济发展转型的一个典型案例，商务部实地考察了诺亦腾之后在商务部内部进行了诺亦腾《科技创新调研报告》的发放讨论。

诺亦腾技术的优势在于动作感知，姿势捕捉，可识别的场景会更多，且管理起来更加智能，这给了诺亦腾进入消费市场巨大的机遇。

刘昊扬告诉《中国经济周刊》，诺亦腾的核心算法使载体只需要通过一个模块，便可以感知到某些特殊场景和姿态，了解用户当前的状态。“以运动举例，它可以检测到更多有意思的数据。比如打篮球时可以计算出运球次数、传球次数、投篮次数、空跑时间、篮板球数量；打高尔夫可以计算出果岭距离、沙坑情况，可以通过你的挥杆动作和力度计算打球结果等等。”

“当这项低成本、高精度人体运动捕捉技术融入生活中的消费级产品，会带来更出色的生活和工作体验。”诺亦腾CTO戴若犁在接受媒体采访时表示，消费级穿戴式智能传感器未来潜力巨大，而“动作”则是穿戴式设备可提供的重要数据类型。

第2篇：光学动捕技术范文

一、数字化动画为从观察到的现实的运动的物体的动画动作创作过程提供了潜力

光学，机械或磁性传感器记录的运动，可以被转移到动画人物。这个过程通常称为动作捕获，虽然行为“捕捉”只是借助于观察到的现实运动动画创作的一个方面。创造动画的任务有一些独特的要求，只有考虑到这些要求，捕获方法在动画创作才是一个有用的工具。首先使用动作捕捉创造运动动画，并探讨了替代品。然后我们从动作捕捉角度考虑创造动画的整个过程中，并详细探讨其中的一些步骤。具体来说，我们审视目前的捕获技术和运动数据问题。通过讨论计算机视野在这过程中的机遇而得出结论。在动画界，动画师和动作捕捉技术或用户一直以来关系紧张。这种紧张来自于许多因素，其中一些是真正存在的和一些是凭感觉的。这一紧张的两个主要来源是对动作捕捉不现实的期望能（它可以自动产生运动而取代动画）和运动捕捉技术的发展没有考虑数据的使用，留给动画师难于处理的数据。

二、运动捕捉和动画的实际观察

1．运动捕捉不同于从观察创建动画过程运动捕捉可能有除了动画之外的多种原因，如生物医学分析，监控，运动性能分析或作为人机交互的输入机制。这些任务都具有创建动画问题的相似性和差异性。在每一个步骤的第一阶段，有需要对运动捕获等观察进而解释。许多用于动画的方法都根在生理或医学领域。捕捉运动只是使用此数据来创建动画的一部分，通常，运动捕捉这个术语是用来描述整个过程。问题是，它忽略了任务的其他方面，并建立了从传感器数据到动画，需要多少工作不合理的一些期望。不管怎样，让我们从抓住什么的问题开始。在某种意义上，一个摄像机对着一个人实际上是捕捉他们的运动。出于某种原因，这不是我们通常所说的运动捕捉。这种区别，至少对我来说，是动作捕捉创建一个从外观提取出运动的代表；以一种适合我们需要处理和分析的过程而编码。

2．运动捕捉的定义依赖于我们如何处理结果动作捕捉动画意味着我们会改变一些我们已经记录下来的东西，如果我们不打算改变什么，我们可以简单地重放视频。几乎总是，我们至少对要运用的人物的运动是从一个真实的人到一些图形模型的改变。根据定义，以动画意即赋予生命，所以在技术上，它使没有生命的物体（图形模式）动起来，即我们做动画。

三、运动捕捉和动画

在线运动捕捉是独特的，在于它是一种没有替代性的应用。然而，对于离线生产，运动捕获仅仅是创建运动动画几个方法中的一个。理解的替代品是有用的，可以帮助我们看到运动捕捉在哪个方面最有用的，了解创建动画为一个机制做点什么。传统上，运动动画已通过指定对象在每一个时刻的位置而创建。这些方法随着艺术的发展而得以高度发展的手册规范明显的缺点是劳苦的，但也需要通过一系列具体的姿势创作大量的技巧以创造令人信服的运动。而电脑可以自动插值帧减少一些劳动，手动规范运动仍然需要天赋和培训。创造运动，如一个具体的人，不管是现实和/或准确地模仿微妙的特点，是特别困难。对于离线生产，运动捕获必须提供优于其他现有的方法的优点。要成为一个可行的选择，无论在质量上产生的运动和范围，运动捕获必须提供足够的高质量的服务。例如，如果运动捕捉并没有提供足够的保真度区分不同的演员的微妙的差异，一个数据库中的一个标准的运动可能是足够的。或者，如果一个动作捕捉系统只能捕获范围有限的运动，可能被图书馆覆盖。现有运动创造的方法设定高标准，新的工具才能满足。

四、动作捕捉动画步骤

动作捕捉拍摄计划和随后的生产。使动画捕捉付诸实践，良好的规划是非常重要的。

1．动作捕捉动作捕捉动画历史很长但记录不足。最早的动作捕捉系统使用机械电枢测量角度。早期的例子用测角线束设计用于医疗驱动的计算机模拟分析。各种方法已被成功地用于“捕获”运动。因为不同的方法导致类似的结果，在每个层次上，实际记录和发送一个人的表现是不相关的。然而，每一个不同的方法都有一套不同的权衡并且会呈现结果的不同问题。而供应商的各种捕获系统正在不断改善所有品种的系统，用户体验在实践中仍然占主导地位，限制特定的设备。通常，这种后处理软件基于连续性的立场。光学系统通常喜欢高帧率以创造这样的连续性，即使所产生的数据将被下采样。当分析技术提高，软件技术尚不完善，需要手动清除。硬件解决使用如微型发光二极管的歧义活动的标志。由于光学捕获系统必须解决由于闭塞和对应失去标志，传统上磁系统一直偏爱表现动画。改进的光学加工软件正在改变这一点。同样，这两种技术正在迅速发展，改变了许多历史权衡其相对性价比。我们在光学捕获技术和计算机视觉捕捉技术之间做了一个主观性的区分。我们把一个基于视觉的技术定义为可以分析“标准”的视频流，进行某种形式的图像分析，确定演员在做什么。

2．运动编辑和运动捕捉运动捕捉技术，理想上应提供精彩的运动，何必要改变？如果一切都工作正常，运动捕捉数据是期望性能的现实的准确反映。然而，一旦我们拥有，而讨论如何改变运动捕捉是很大部分的一小部分。运动编辑技术和问题并非是动作捕捉独有的，是可用其他方法用于运动创造，如钥匙-校位和仿真等。有一些问题，与传统动画相比，使工作与运动捕捉数据更难。这些问题超出了用来捕捉运动的技术问题。运动捕捉系统通常不只是在重要的时间瞬间提供每个样本或框架的运动。这意味着大量的数据必须改变、编辑。只有描述性能的运动的数据。数据中没有迹象显示运动的重要性质，和什么应该改变以影响运动，也就是一个动画师所熟悉的“为什么”的运动。

第3篇：光学动捕技术范文

关键词：实时角色动画；Kinect镜头；实验教学；教学设计

0 引言

随着增强现实、虚拟现实和动作捕捉等高级计算机视觉技术的发展，计算机三维动画的应用范围日益宽广，在建筑场景交互展示、城市虚拟规划、工业产品展示、角色动画等领域均有较大市场，特别是《阿凡达》《变形金刚》《星球黎明》等一系列融合了三维建模、动作捕捉等计算机三维动画技术的电影热映以后，以动作捕捉技术为核心，演员实时驱动三维虚拟角色进行动作，记录生成动画的角色动画制作方式变得流行。

目前各个高校开设的三维动画课程在角色动画部分都以讲授传统动画技术为主，大致分为关键帧动画技术和渲染输出技术两大模块，对上述新兴的实时角色动画制作技术较少涉及。

1 动作捕捉与实时角色动画技术的特点

近年来，随着在动画制作、影视特效、体感交互等领域的广泛应用，动作捕捉及实时角色动画技术取得了长足发展。目前普遍应用的运动捕捉方式为电磁式和光学式两大类，无论使用哪种，一般都要求演员穿着专业的运动捕捉服记录动作，如图1所示。

运动捕捉基于计算机图形学原理，通过传感器――光学摄像头或电磁传感器将运动物体（如人）的运动状态记录下来，最终得到基于时间维度的各个观测点的三维空间坐标，其运动数据质量的高低取决于捕捉观测点的准确程度，因此在对运动状态记录精度要求较高的应用（如大型电影、面部表情动画、运动分析、精细肢端动作交互等）中均需使用专业运动捕捉服装并在服装上准确设置观测点标志，如光学式捕捉系统用的反光球或电磁式传感器与电缆。

上述动作捕捉得到的运动状态数据精度较高，实时性好，《变形金刚》《星球黎明》等电影的拍摄普遍采用此种方式。但对于教学实验而言，角色动画实验学时有限，每次实验都穿着服装并进行标定并不现实；同时，动作捕捉服装及其附件价格较高，受设备数量和维护需要等限制也难以在本科生课程实验中应用。

2 基于Kinect镜头的实时角色动画实验环境搭建

微软的Kinect价格较低，能实时采集RGB彩色图像和深度数据并可同时提供两人的骨骼数据追踪，镜头采用USB口与计算机相连，即插即用，硬件设置简单易行，如图2所示。

Kinect镜头可用于体感捕捉的原因是：设备本身提供了可以采集对象在立体空间中的深度信息的镜头组。基于Kinect镜头和计算机平台的实时角色动画制作实验开发环境可以用图3表示。

上图中层①为硬件基础层，核心部件是Kinect的传感器，包括镜头角度驱动马达、摄像头和麦克风阵列。实验中主要用到的是镜头组。Kinect的镜头共有2个，一个用于RGB彩色图像采集，一个用于深度信息采集。还有一个红外发射器，具体的原理可以参阅微软公司的Kinect产品网页。

层②为镜头设备的驱动层，设备通用性较高，开发系统具有良好的平台移植能力。Kinect镜头的驱动安装非常简单，需要调用的部分主要是设备访问、视频流控制和镜头组堆栈。

层③是自然人机接口NUI的API部分，也包括有音频识别等功能的API。

要实现骨骼数据的实时传输，需要借助微软的Kinect SDK，这个二次开发包中提供了软件类库和开发工具，通过它可以捕获体感交互中需要的自然数据，如人体的骨骼信息（动作信息）、深度信息（距离信息）、图像信息等。Kinect镜头采集的骨骼数据如图4所示。

3 Kinect骨骼数据驱动的实时角色动画实验教学设计

笔者以三维动画设计课程中的“角色动画制作实验项目”为例，给出实时角色动画实验教学设计。

3.1 实验项目概述

传统的角色动画实验教学中主要利用3DSMax软件中的骨骼动画技术完成角色动作的关键帧编辑，完成后将动作存储为BIP文件，最后绑定角色模型和BIP动作并渲染生成动画。笔者给出的方法主要是利用Kinect镜头实时采集演员动作并生成BVH动作数据，通过3DSMax脚本加载后实时驱动绑定好骨骼的角色模型，进而记录为动画。使用该方法，学生实验操作简单易行，能体会到流行的实时角色动画制作流程，调动学习热情，为学生进一步学习高级角色动画技术打下基础。

3.2 实验关键步骤

（1）设备连接：Kinect硬件连接后利用系统中安装的Kinect for windows Developer Toolkit进行测试，可以通过调用其中的Skeleton Basic，WPF来进行，以正确显示绿色的骨骼线条。

（2）角色导入：打开3DSMax软件，加载角色模型（已绑定好骨骼BIPED），加载实时BVH脚本。

（3）实时动作捕捉：实验演员在Kinect镜头前的有效范围内（离镜头1.4～3.8米）按预先编排的动作脚本进行动作。

（4）保存动作文件：设置渲染器并渲染输出动画。

Kinect骨骼数据驱动的实时动画制作如图5所示。

3.3 实验设计

本实验需6学时，分两次课进行，中间间隔1周，学生有较充分的课下准备时间。第1次课要求学生熟悉硬件设备环境和操作规程，完成角色模型的骨骼绑定对齐。第2次课要求学生进行实时动作捕捉并输出结果，除了得到动画视频文件外，还可以得到相应的动作文件BIP或BVH。

通过本次实验项目实践，学生将完整掌握Kinect骨骼数据驱动的实时角色动画制作技术，熟悉动作数据文件处理，为将来进行大型或精细动作的角色动画制作打下基础。实验项目同时培养了学生的创新性思维，使学生学习的内容紧跟技术的发展。

第4篇：光学动捕技术范文

关键词：信息技术；课堂教学；教学现状；闪光点；教学策略

中图分类号：G623.58 文献标志码：A 文章编号：1008-3561（2016）36-0080-01

随着我国教育事业的快速发展，信息技术教学水平的不断提高，教师在信息技术教学活动中只有发现学生的闪光点，引导学生积极思考，才能促进信息技术水平的提高。

一、营造愉快课堂氛围，捕捉学生的闪光点

教师积极去捕捉学生的闪光点，对于愉快课堂教学氛围的营造十分重要。在宽松与愉快的课堂氛围中引导学生接触信息技术知识，有利于学生的自主发展，让学生有机会在课堂中自由地表达个人思想，发挥个人信息技术才能。在信息技术教学中，教师要创新个人教学思维，从不同角度入手营造良好的教学氛围。首先，教师要发自内心地尊重学生，爱护学生。在信息技术课堂中，教师要鼓励学生提出问题，用平和的态度与教学的热情去感化学生，让学生相信自己能够学好信息技术知识。其次，教师要关注师生情感的创造。情感，是教学与学习的一种力量，更是教学与学习的资源。师生之间有更多的情感共鸣，才能让学生的学习兴趣得以激发，让学生展示出更多的优势。在信息技术知识的传授过程中，教师要用具有正能量的语言去引导学生思考，鼓励与表扬学生，让学生发现自己身上的闪光点，培养学生建立积极的学习情感。

比如，在讲解“认识键盘”内容时，很多学生知道“键盘”，也可以敲打键盘输入，但并不能利用正确的指法，也没有完全了解键盘各个键的功能。在教学中，教师要借助学生已有的键盘操作能力，让学生意识到自己“了不起”的地方。通过课堂提问，让学生为自己感到骄傲。在师生对话中，教师提出问题，学生回答问题，在学生给出想法后，教师及时回应并给予积极评价，能够促进师生平等、和谐关系的建立，让学生的闪光点被发现。教师转变个人教学理念，从教学氛围入手改变信息技术课堂教学现状，对于信息技术教学的进步十分重要。

二、接受学生个性差异，捕捉学生的闪光点

家庭成长环境不同、生活习惯与学习方式不同，因此在信息技术学习方面，学生具有不同的学习水平。教师要公平对待学生的学习差异，并做到尊重学生的个性与尊严。教师不能将学习成绩视为衡量学生好坏的唯一标准，而是要结合学生的成绩、课堂表现与学习习惯，找到每一位学生的优势与不足。教师要在发现学生闪光点与不足之后，对学生提出区别化的要求，让每一位学生都在信息技术学习中得以成长。将差异化教学理念落实在信息技术教学中，结合学生的具体学情，安排不同的学习目标与学习任务，才更容易在未来的教学工作中发现学生的闪光点。

比如，在讲解“填充颜色”时，在教学之前教师可以先给学生展示一个自己利用填充颜色技术完成的小作品，以此来吸引学生对信息技术学习的兴趣。接着利用学生的兴趣，告诉学生只要他们认真学习，就可以独立完成这样的作品。然后结合班级整体学生的学习水平，选择适中的速度讲解基本知识，从学生的学习能力与操作速度水平出发，给学生安排不同量的颜色填充任务。比如，在操作速度上有优势的学生要完成一个较为复杂的任务，像花丛颜色填充。在学习方面有优势的学生则要完成一个考究细节的任务，像有渐变颜色的填充，如彩虹颜色填充。这样，让学生在同样的时间内完成不同的学习任务，从自己擅长的地方着手，能够减小学生的学习心理差距，保护学生的尊严，更方便教师捕捉学生的学习闪光点。

三、关注学生个人心声，捕捉学生的闪光点

与初中、高中阶段的信息技术学习内容相比，小学信息技术学习内容简单。但信息技术知识的文字表述是抽象且难懂的，教师不能只从自己的角度出发去分析信息技术知识，而要关注学生的内心。在教学中，教师要以尊重信息技术学科特点为基础，捕捉学生的闪光点，优化教学内容与教学形式，使自己在信息技术课堂中与学生打成一片，让学生用自己的闪光点弥补不足，让信息技术课堂活动更加符合学生的心理特点。

比如，在讲解“编辑演示文稿”知识时，教师可以先用一个制作精良的演示文稿向学生讲授有关于此的一些知识，让学生在真实的演示文稿中认识演示文稿背景、标题、插图与文本等概念。学生的想象力强，教师借助学生的闪光点，引导学生想象一个自己想做的主题，能让他们找到学习与练习的力量。如有的学生说自己唱歌好，可以做一个有背景音乐的演示文稿，用自己的歌声作为背景音乐。教师要尊重学生的选择，并捕捉学生的闪光点，创新教学。

四、结束语

综上所述，信息技术学科具有特殊性与复杂性，需要教师调动多种教学方法组织信息技术教学，让学生发现自己身上的优势，建立积极的学习心态，从而促进学生信息技术应用能力与创新能力的提高。

参考文献：

[1]沈俊霞.激励策略在小学信息技术教学中的运用初探[J].成才之路，2010（36）.

第5篇：光学动捕技术范文

中图分类号：TN929.3文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）04-0000-00

从20世纪90年代初以来，全球向信息密集的工作方式和生活方式的转变，推动了通信技术的发展。然而，在当今经济技术知识爆炸的时代，随着行业及社会对信息需求的不断增长和应用的不断深化，只有实现通信系统在技术科技方面不断更新，加快通信系统向网络化、服务化、体系化与融合化方向的演进，才能突显通信系统在社会生活领域支撑引领的作用和地位，创造更好的发展空间。本文笔者结合工作实践，主要探讨了现代高新技术在有线通信系统和光通信系统中的应用。

1、分数阶Fourier变换技术在有线通信系统中的应用

有线通信是利用电线或者光缆作为通讯传导的通信形式，它通过对现有各类网络进行技术改造，与下一代新建网络互通和融合，成为现代通信系统的重要支柱。然而，在有线通信信道中存在各种噪声，如果不对其进行处理则会使误码率增加。因此，要消除不理想信道和噪声对信号的影响，必须应用新技术。分数阶Fourier变换(FRFT)的通信技术原理是以线性调频信号(chirp)作为调制信号，利用线性调频信号在分数阶里变换域的能量聚焦特性，通过接收机进行路径分集接收抑制有线通信信道多途效应所产生的码间干扰，从而提高系统的抗噪声干扰和频率选择性衰减的能力。具体应用程序如下：

1.1信号检测与参数估计

分数阶Fourier变换作为一种新型的线性时频工具，其实质是信号在时间轴上逆时针旋转任意角度到U轴上的表示(U轴被称为分数阶Fourier(FRF)域)，而该核是U域上的一组正交的chirp基，这就是分数阶Fourier变换的chirp基分解特性。所以，在适当的分数阶Fourier域中，一个chirp信号将表现一个冲击函数，即分数阶Fourier变换过程中，某个分数阶Fourier域对应的chirp信号具有很好的能量聚焦性，而这种能量聚焦性对chirp信号的监测和估计具有很好的作用。因此，在信号检测与参数估计中，我们的基本思路是以旋转角口为变量进行扫描，求出观测信号所有阶次的分数阶Fourier变换，于是形成信号能量在由分数阶域U和分数阶次P组成的二维参数平面上的分布。然后，我们按域值在在此平面上进行二维搜索，找出最大峰值位置。并根据最大峰值坐标可以检测出chirp信号，并估计出峰值所对应的分数阶次P和分数阶域坐标，估计出信号的参数。

1.2分集接收

分集接收是利用信号和信道的性质，将接收到的多径信号分离成互不相关的多路信号，然后将多径衰落信道分散的能量更有效的接收起来，处理之后进行判决，从而达到抗衰落的目的。本文采用分集合并技术，即取出那些幅度明显大于噪声背景的多径分量，对它们进行延时相加，使之在某一时刻对齐并按一定的准则合并，提高多径分集的效果。在通信系统中，RAKE接收机由N个并行相关器和个合并器组成，每个相关器与发射信号的一个多径分量匹配。在N个相关器前增加时移单元，就可在时间上将所有分量对齐，从而采用相同的本地参考信号。然后，相关器组的输出送给合并器，将合并器输出的判决变量送到检测器进行判决。最后，根据接收机使用的不同合并方法，在选择性合并方式下，在多支路接收信号中，选取信噪比最高的的支路信号作为输出信号。

1.3峰值输出

信噪比系数呈现出一个典型的振荡特性，且振荡频率与振荡幅度与时频面的旋转角度和输入信号相关。因此在采用分数阶Fourier变换技术的实际使用中，在进行近似计算处理时需要特别注意，必须对近似处理带来的误差进行评估。

2、ATP系统在光通信系统中的应用

随着科技发展的日新月异，自由激光空间光通信已经成为现代通信技术发展的新热点。但从技术实现方面来讲，由于激光通信具有信号光束窄、发散角小这样的特点，从而导致APT（Acquisition Pointing Tracking)捕获、跟踪、瞄准相距较远的运动体上的较窄信号光束相当困难。ATP系统是由粗跟踪和精跟踪单元构成的复合跟踪系统，其主要功能是在粗跟踪单元实现初始的捕获和跟踪，并将信标光引入精跟踪的视场范围内，然后精跟踪单元实现更高带宽的跟瞄，再将信标光稳定在可通信的视场之内，为最终空间站光通信系统工程实现奠定了一定的技术基础。

2.1粗跟踪单元

粗瞄准单元由一个安装在精密光机组件上的收发天线，万向支架驱动电机以及粗跟踪探测器（CCD）组成，主要作用是捕获目标和完成对目标的粗跟踪。在捕获阶段，粗瞄准机构接收由上位机根据已知的卫星运动轨迹或星历表给出的命令信号，将望远镜定位到对方通信终端的方向上。为确保入射的信标光在精跟瞄控制系统的动态范围内，必须根据粗跟踪探测器给出的目标脱靶量来控制万向支架上的望远镜，使它的跟踪精度必须保证系统的光轴处于精跟踪探测器视场内，从而把信标光引入精跟踪探测器的视场内。

2.2精跟踪单元

精跟踪单元的跟踪精度将决定整个系统的跟踪精度，它要求带宽非常高，带宽越高，对干扰的抑制能力就越强，从而可加快系统的反应速度，加强跟踪精度。因此，设计一个高带宽高精度的精跟踪环是整个ATP系统的关键所在。在这一单元我们可采用高帧频、高灵敏度、具有跳跃式读出模式的面阵电荷耦合器件（CCD）传感器。它基于深埋沟道移位寄存器技术，可以获得非常高的读出速率、非常低的噪声和非常高的动态范围。通过由捕获探测器（CCD）和定位探测器（OPI N）组成探测接收单元转换，CCD完成捕获与粗跟踪，并将接收光引导至OPI N上，在OPI N中进行误差信号的检测，从而提高信标光捕捉精度。

2.3控制单元

将捕捉的信号经放大、整形和A／D变换处理后，在计算机中按一定的数据分配流程将信号输入。然后通过计算机给出的速度控制信号和加速度控制信号，又经数据分配接口送入D／A转换与处理网络，使伺服电机按要求转动并带动天线转动机构分别在水平和俯仰两个方位转动，以调整天线的位置，达到自动捕获、跟踪、瞄准的目的。

3、结语

通信技术的发展促进了社会生活的进步，在未来通信技术的研究上，应不断探索、创新，追求高新技术在通信系统中的应用。

参考文献

第6篇：光学动捕技术范文

关键词：Mc9s12xs128；单片机；触发；轮对；检测

1 引言

在整个铁路车辆运行系统中，车辆轮对作为与钢轨直接接触的部件，是直接影响车辆是否能够安全行驶的重要因素[1， 2]。车辆轮对参数的测量方法主要包括两大类，即静态检测法和动态检测法[3]。

静态检测法是针对车辆在静止状态时进行检测，存在受操作者主观影响，自动化程度较低等问题[4]。动态检测方法采用机器视觉和图像处理技术，具有非接触和检测速度快等优点，能够减少检测过程中的人为误差，并提升检测效率[5， 6]。采用动态检测方法实现轮对在线检测首先要对被测物进行准确定位并采集图像。对于这种高精度触发装置，未见相关文献描述，本文基思卡尔MC9S12XS128单片机设计了一种适用于车辆轮对在线检测环境的实时图像采集触发装置。该装置实现了车辆轮对磨耗在线检测中，对多个不同工位车辆轮对的准确定位和对应相机的触发控制。

2 触发装置总体设计

触发装置主要用于实现轮对动态检测中控制图像采集设备在被测轮对到达设计位置的时刻，进行准确有效拍摄的关键功能。要准确描述轮对状态需对同一轮对的多个位置进行检测。为此设计的触发装置，分别在轨道左右侧各设置两组检测单元，对轮对图像进行多次采集。

以图1所示左一组检测单元为例，一组三个接近传感器安装在铁轨上，用于检测车辆的速度信息，结合最后一处传感器与CCD相机之间的距离由核心控制处理单元对相机拍摄时间进行计算。

图1 检测单元示意图

在经过一定的延时后，车辆轮对到达图1所示设定位置。在该位置，线激光源在轮对表面形成一条亮光带即光截曲线，触发装置产生外部触发信号控制CCD相机采集该光截曲线图像。所获图像中光截曲线的形状及位置包含了被测轮对的相关参数信息，在计算机上完成后续运算，通过与标准轮对的参数进行比对就能获得详细的磨耗信息。

触发装置需要实现控制四路通道的功能，如图2触发装置示意图所示，本装置设计了以MC9S12XS128单片机组为核心的控制电路，配合控制程序实现信号采集、处理与控制功能。综合考虑传感器数量较多和整体电路设计的简化，采用了以两块单片机为核心的控制处理单元设计方案，两块单片机分别负责一侧各两路通道的信号检测、处理与触发信号的输出控制。

3 电源控制

由于激光光源、激光位移传感器等设备使用寿命有限，而且长时间保持上电状态造成电力资源的浪费，因此触发装置通过左前和右后各一组两个接近传感器来判断对车辆是否处于检测段中，MCU通过改变引脚的高低位控制固态继电器来实现对电源开闭的控制。如图3进出线判断与控制软件流程图所示，当车辆第一只轮对进入检测段，依次触发进线组接近传感器，程序根据传感器检出时间初步判断轮对速度是否符合设计检测范围0-15km/h，速度合格则令固态继电器控制位为高，接通电源。当车辆最后一只轮对离开检测段，获得出线组接近传感器检出时间，当该值与系统当前时间之差超过限定时间，则认为车辆已全部离开检测段，关闭电源。

4 传感器输入信号捕捉

轮对在线检测中使用接近传感器来实现对轮对的探测，接近传感器在检出后产生一个具有一定脉宽的脉冲信号，因此需要控制处理单元实现对该信号的捕捉。输入捕捉功能是MC9S12XS128 MCU 的基本功能之一，用于监测外部事件的输入信号。当外部信号发生变化时，在输入捕捉引脚上发生一个指定的上升沿或下降沿沿跳变。若在该引脚的输入捕捉控制寄存器中设定允许输入捕捉中断，则该外部信号会导致单片机产生输入捕捉中断。在本系统中利用中断响应方法可以得到传感器信号发生变化的时刻。如图4所示，通过记录输入信号相邻的两个不同极性的沿跳变时间，可以计算出该脉冲信号中间时刻作为传感器检出时间。

MC9S12XS128 MCU的PT0～PT7是输入捕捉的外部针脚。当寄存器控制位IOSx=0时，则将与x值相应的通道设置成为输入捕捉通道。当该引脚检测到有上升沿或下降沿时，如果输入捕捉控制寄存器TIE中允许输入捕捉中断，则捕捉到传感器信号时，系统会进入对应中断服务程序。

5 相机触发信号控制

在获得同组三个传感器的检出时间后，结合事先标定测量的传感器实际安装间距，可以计算得到轮对在1号传感器和2号传感器之间的运行速度v1，2号传感器和3号传感器之间的运行速度v2，以及加速度a，则被测轮对到达相机拍摄位置的时间即相机触发信号的输出时间为

（1）

其中v3为被测轮对在3号传感器检出时的瞬时速度，s为3号传感器与设定拍摄位置间距。

6 系统实现与实验

由于触发装置需要处理多达16路接近传感器的检测信号，并控制4路相机、4路激光光源和2路激光位移传感器的电源供应和信号控制，因此设计了核心电路板来实现对多路信号的集中处理。单片机最小系统板设计为直插式，可随时插拔进行更换和维护，采用接插件对输入信号和控制信号进行转接，方便可靠，可维护性强。图5为触发装置核心电路板实物。

由于四个检测单元软硬件设计基本相同，为了验证触发装置工作的正常与否，对其中一个检测单元进行了验证测试。实验装置如图6所示，被测物以一定速度通过左侧一号检测单元。通过对运动状态下的被测物进行图像采集来测试触发装置对运动被测物的定位精度与图像采集效果。

在本次重复性实验中，通过对所有被测物在图像中的中心点坐标进行统计，被测物图像中心点最大像素偏移值为1像素长度，实际最大偏移距离小于0.1mm。

7 结束语

本文针对车辆轮对动态检测的实际需要，设计了一种四通道图像采集触发控制装置。装置功能能够满足轮对在线检测需要，对运动轮对的检测定位达到较高精度。整个触发装置能够稳定、可靠连续工作，实现对轮对的自动检测，所获图像清晰，位置准确，运动模糊小，可为图像处理步骤中进行后续参数计算提供良好的原始图像。

参考文献

[1]吴开华，张建华，严匡等.轮对综合参数光电自动检测系统[J].仪器仪表学报，2006，（03）：298-301.

[2]高向东，谢子方，赵传敏等.基于结构光视觉传感的轮对踏面擦伤快速检测[J].铁道学报，2008，（02）：23-27.

[3]李剑.轮对动态检测系统应用[J].铁道车辆，2012，（04）：39-42.

[4]贺永胜.有关铁路车辆轮对检测技术综述[J].科技传播，2013，（17）：67-68.

[5]冯其波，陈士谦，崔建英等.轮对几何参数动态测量系统[J].中国铁道科学，2008，（05）：138-144.

第7篇：光学动捕技术范文

1单细胞分离

单细胞分离的方法很多，包括显微操作技术（micromanipulation）、激光捕获显微切割技术（lasercapturemicrodissection,LCM）、微流控技术（microfluidicplatforms）等。目前在法医DNA检验中实际应用的技术平台有两种，显微操作技术和激光捕获显微切割技术。

1.1细胞染色由于在实际案件中获得的细胞，细胞形态并不是实验室理想的形态，为了更好的识别细胞，在普通显微镜下观察时需要对细胞进行染色。对于上皮细胞，我们研究组尝试了不同的染色方法，通过联用显微操作技术对龙胆紫浓度梯度及时间梯度染色进行研究发现，0.5μL龙胆紫染液（0.05g/mL）加入100μL细胞悬液，5min后胞核着色即已明显，能有效提高显微捕获单细胞分离检验技术的检测效能，另外，染色时间不影响DNA结果分析[7]。对于细胞染色，DiMartino等通过对比核固红与巴氏染色法，证实巴氏染色法不仅能清晰的观察细胞，而且不影响下游PCR扩增[8]。Sanders等通过大量的实验发现，苏木素/伊红染色法（H&E）染色后的细胞STR分型峰高下降幅度较小，不影响分型结果[9]。也可以用荧光原位杂交技术对细胞的性染色体进行标记。

1.2显微操作技术显微操作技术是在显微镜下通过微毛细管吸取单个细胞。典型的显微控制系统包含一个倒置显微镜加上一个操纵杆操作，电动精密控制平台。其优点是操作容易进行，通过显微镜直观地分离单个细胞，成本低，主要用于较小细胞群体中的目标细胞分离。该平台适合对案件中上皮细胞进行分离，3个口腔上皮细胞平行16次试验均可获得完整分型，甚至低至一个细胞也可得到完整分型，该方法已成功应用于一起案的检验。在该案件中，提取受害人皮肤上的唾液斑，通过在镜下分离有核的口腔上皮细胞（来自于犯罪嫌疑人）和无核角化的上皮细胞或细胞碎片（来自于受害者皮肤），成功获得嫌疑人的STR分型。在案件中常碰到的血烟头检材，由于血液量大，常规方法很难获得烟头上唾液来源个体的STR分型，即使用单细胞分离检验时，也常常获得混合STR分型。本课题组在显微操作标准流程的基础上进行改进，将吸取的细胞先在TNE缓冲液中清洗几次，以彻底去除血液细胞碎片和游离DNA，最终获得完整唾液来源个体的DNA分型。也有报道将显微操作分离的方法用于分离，但细胞体积非常小，直径只有约6μm，毛细管吸取操作相对困难，下面介绍的激光捕获显微切割技术平台更加适合细胞的分离操作。显微操作法存在以下几个方面的不足。第一，由于依赖手工操作，对实验员的经验与操作能力要求较高，自动化程度较低，而且玻璃吸针脆性大，操作时易碎。第二，耗时较长，操作繁琐。第三，对于涂片后的检材，必须在液体环境下进行操作，容易受蒸发的影响，检材蒸干后，再补水时容易造成检材的损失，甚至带来污染。第四，对于案件中陈旧样本，根据形态识别细胞容易出错。

1.3激光捕获显微切割技术激光捕获显微切割技术是利用UV（320~400nm）激光切割并捕获涂于覆膜玻片上的细胞。仪器设备较昂贵，自动化程度较显微操作技术平台高，是目前法医学应用最有效的单细胞分离方法，可用于上皮细胞、细胞、白细胞等不同类型的细胞分离。目前，该平台应用较多的是案中差异裂解法无法消除女性成分干扰的精斑检材，通过在显微镜下寻找并捕获细胞以消除女性成分。由于细胞是单倍体，理论计算证明捕获15~20个未降解的细胞，有很高的可能性获得完整的STR分型，实验证明至少捕获30个细胞可获得完整的STR分型。也有学者应用悬液荧光原位杂交（suspensionfluorescenceinsituhybridization，S-FISH）对案样本进行标记，通过这种方法可以明显减少前处理操作步骤。对于多个贡献者的混合精斑，差异裂解法不能将每个贡献者完全分离。近年来，我们研究组在这方面有深入的研究。通过联合使用激光捕获显微切割方法和低体积扩增技术，可以实现以单个细胞DNA为模板，进行Y-STR扩增检测，并成功获得三人混合精斑中各个来源人的Y-STR分型。研究组进一步使用荧光原位杂交技术标记Y型，特异性挑选Y型，通过优化组合Y-STR基因座与10个常染色体STR基因座（auto-STR），构建全新的YA-STR复合系统。其中，Y-STR基因座用于区分不同个体，通过组合Y-STR相同的图谱，实现个体的常染色体STR分型检验。首次尝试将该技术应用于三人混合精斑的检验，准确地获得了三个个体的STR分型。近年来，我们研究组还利用该平台建立了男女混合血液样本的分离检验技术方法。该平台在寻找细胞这一步骤时耗时耗力。有研究组开发了自动化的图像识别软件，通过分析图像中的光强、颜色和形状，可实现快速识别细胞，但是对不同种类细胞准确快速的识别仍需要进一步的研究。

1.4微流控技术最近兴起的微流控技术平台因其高通量、自动化、可有效防止污染而备受关注。微流控装置封闭的操作空间可以有效地避免污染，微升至纳升的操作体积可以保证较高的样品浓度，同时减少试剂消耗，虽然目前还没有在法医学单细胞分离中实际应用，但未来有很大的发展潜力。

2单细胞裂解

分离得到单细胞后，需将细胞裂解获得基因组DNA。传统的法医DNA检测需要对基因组DNA进行纯化，而对于单细胞检验，为了避免DNA的损失，常略去纯化步骤，裂解后直接进行PCR扩增。因此，裂解步骤要保证不影响后续PCR扩增反应的顺利进行。目前主要使用蛋白酶裂解，常用蛋白酶K或Protease（德国QIAGEN公司），酶解后高温使胞内蛋白质及蛋白酶K变性失活，利于基因组DNA的释放和下游PCR反应。对于细胞可加入DTT，打断二硫键，使细胞充分裂解。

3PCR扩增

一个细胞中的总DNA量仅有数匹克，常规的PCR管扩增需要的细胞数目较多，我们的研究结果显示至少20个口腔上皮细胞或60个细胞检测到Identifiler®PCR试剂盒（美国ABI公司）中全部分型。最近几年发展起来的微量化反应，即芯片-低体积PCR扩增（on-chiplowvolume-polymerasechainreaction，LV-PCR）系统[23,24]，在低至1.5μL的PCR体系中，DNA模板与引物和聚合酶结合的机会明显提高，使微量细胞甚至单个细胞进行DNA分型变为现实，不仅检测的灵敏度得到提高，而且检验范围也大大拓宽了。LV-PCR使用贝克曼公司的AG480FAmpliGridslide进行扩增，前期大量的研究都是使用该产品进行，而且实验证明该产品灵敏度、准确性可满足法医单细胞检验的要求。另外一种最新的方法也值得关注，是在微液滴里进行PCR扩增。首先将单个细胞和荧光标记引物结合的微珠随机扩散在1.5nL的油包裹的琼脂微流液滴中，在大量微液滴内进行平行的PCR扩增反应后，于PCR扩增管内进行二次扩增，常规毛细管电泳检测，通过对大量单个细胞进行平行9重STR检测，获得混合样本各成分的STR分型。

4数据分析

单细胞检验由于DNA模板量非常低，其缺带、多带等现象经常发生，stutter峰较常规扩增强，单细胞检验的数据分析和低拷贝DNA的分析方法类似，需平行扩增，综合多次结果获得最终的STR分型。一般来说至少需获得5次有效分型（获得13个基因座以上的结果）[28]，重复3次及以上的位点才能确认为有效位点。

5单细胞测序

在二代测序技术和全基因组扩增技术（wholegenomeamplification,WGA）发展的基础上，2011年，Navin等人首次发明了单细胞测序（single-cellsequencing,SCS）技术，测定了人体单个细胞的基因组DNA。单细胞测序的文章呈逐年递增状态，从2011～2014年，由5篇文章上升至近30篇，涉及生物学多个领域，发表于生物学顶级期刊上。2013年《，科学》杂志将单细胞测序列为年度领域榜首《，自然方法》杂志将单细胞测序列为2013年年度最重要的方法学进展。

5.1全基因组扩增技术由于单个细胞DNA含量有限，需进行全基因组扩增才能满足二代测序的最低DNA量。目前，已有多种以单个基因组为模板的全基因扩增技术，简称寡核苷酸引物PCR技术（degenerateoligonucleotideprimedPCR,DOP-PCR）和多重置换扩增技术（multipledisplacementamplification,MDA）。其中DOP-PCR方法覆盖率低，但可获得准确的拷贝数。MDA方法是在恒温下利用具有强模板结合的phi29DNA聚合酶和六聚物进行链置换扩增反应。Phi29DNA聚合酶具有3’5’外切酶活性，并且具有特殊的多重置换和连续合成特性，产生的DN段较大，约为50~100kb，可以覆盖基因组的90%以上，和DOP-PCR方法一样也会产生不同区域扩增不平衡性，MDA方法产生的不平衡性不具有重复性。2012年，首次报道了基于多次退火环状循环的扩增技术（multipleannealingandlooping-basedamplificationcycles,MALBAC），该方法结合MDA扩增技术和PCR扩增技术的优势，利用特殊设计的引物，巧妙地使扩增子的结尾通过互补而成环，进而在一定程度上防止了基因组DNA的指数性扩增，明显降低了扩增偏倚性，并显著提高覆盖度，但是该方法使用Bst聚合酶，没有校错活性（proofreadingactivity）。现有的商业化试剂盒各项参数见表1。全基因组扩增技术虽然仍然会有基因缺失等问题，但是相信随着时间的推移和技术的进步，扩增的准确性会逐步提高。

5.2二代测序技术对单细胞全基因组扩增后进行二代测序。二代测序技术具有快速、高效、低成本的优点。近两年来的研究表明，二代测序结果的准确性很高，与传统的Sanger测序相当。二代测序技术在法医学中应用研究很多，目前已经有两种商业化的试剂盒，美国ThermoFisherScientific公司开发的基于SNP的theHID-IonAmpliSeqTMIdentityPanel和theHID-IonAmpliSeqTMAncestryPanel，主要通过SNP检测进行个体识别和祖先推断；美国Illumina公司开发的ForenSeqTMDNASignaturePrepKit，在一个PCR反应中可以同时扩增27个常染色体STR，8个X-STR，25个Y-STR，95个个体识别SNPs，56个祖先信息标记(ancestryinformativemarkers,AIMs)和24个显性特征SNPs，更适合法医学应用。这两个公司使用的测序技术的优缺点见表2。

6单细胞检验展望

第8篇：光学动捕技术范文

关键词：三维角色；动画制作；关键技术

就我国计算机动画产业的发展状况来看，其发展空间非常大。但是，由于种种因素的制约，以至于我国三维动画的发展略有停滞。究其根本原因，除了资金缺乏、整体水平相对落后、缺乏专业教育人才等几项因素之外，技术基础薄弱是最为关键的影响因素。[1]为了稳定我国动画产业的发展态势，必须狠抓三维角色动画制作的质量。基于此，可从应用三维角色动画制作的关键技术为切入点深入分析。

1 三维角色动画

从20世纪90年代起，经历了近30年的发展变化，计算机三维动画逐渐走入大众的视野。作为采用计算机三维动画技术的首次亮相，中央电视台、北京电视台在1990年北京第十一届亚运会电视转播中制作电视片头效果明显。[2]这里所谓的三维动画，是新兴动画制作技术的一种表达，即3D动画。3D动画的制作机理：借助三维动画制作软件建立模拟环境――依据动画角色形象构架基础模型及动画场景――结合相应动画剧情设定角色基础模型的运动轨迹――确定并记录其动画设定参数――对角色基础模型进行材质合成――实施着色打光处理――输出，完成动画画面。[3]

在3D动画的制作过程中，不免需要运用到三维动画技术。将技术应用其中，主要目的是模拟真实物体及其动作，达到准确还原物体运动过程的目的。在电视剧制作过程中，采用该技术，主要展现电视剧特效及特技，展现出某些爆破场面、撞击场面，有非常震撼的效果。谈及三维角色动画制作，共包括四个步骤，依次是角色建模（几何建模技术、三维扫描仪技术、图像建模技术和专门的三维角色制作软件）、骨骼创建、蒙皮绑定、运动控制（基本的骨骼系统、专用角色动画制作的模块、运动捕捉技术和三维角色动作生成软件）。[4]尤以第一步和第四步的技术最为重要。各技术的特性突出，在选用过程中，需谨慎，并进行综合考虑，以达到较为满意的三维角色动画制作的效率和质量。

2 三维角色动画制作中的关键技术

2.1 三维角色动画制作中的建模技术

（1）几何建模技术。在三维角色动画制作中，应用的几何建模技术，即核心建模技术。涉及的内容较多，具体涵盖了表面建模、细分表面建模、多边形建模、NURBS建模以及雕刻建模。关于几何建模法，有相关的三维动画制作软件提供制作基础。但是，仍需要相关动画设计人员的美术功底过关，应对复杂的建模过程。

（2）三维扫描技术。三维角色动画制作中，需要对演员或表演动物进行全面扫描，以获取相关数据，此时需要应用到三维扫描系统。因此，将对演员或表演动物的表面采样数据过程称为三维扫描技术。其中，构建虚拟三维彩色模型就需要采集角色表面的三维坐标或其皮肤色彩信息。三维扫描技术的制作效率较高，完成复杂的建模过程较快。但该技术的应用，需要投入较高的设备成本。

（3）图像建模技术。该技术应用角色三维模型的构建，其间需要借助数码相机拍摄不同角度的角色形象，从而获取高清相片，使用软件，完成自动合成。该技术的建模效率较高，但是，存在一定的缺陷，即难以对细节进行系统微调，不能确保模型的准确率。

（4）三维角色的建模制作软件。可以完成符合三维角色动画制作要求的一种软件。以角色造型、角色物体等为基准，使相关工作人员创作出角色的头部、四肢等，进而完成基础角色模型。其间，对于需要调整的，可以采用参数盘调节。

2.2 三维角色动画制作中的运动控制技术

（1）基本的骨骼系统。关于基本的骨骼系统，一般是由三维动画制作软件提供。借此可创建骨骼指定层级关系。同时，对骨骼进行关键帧设置可以通过手动完成。使用过程中，灵活性较好。此外，为了更便于手动设置骨骼关键帧动画，使其最后动作的效果更加流畅，相关工作者需要了解和掌握正、反向运动学的知识。

（2）专用角色动画制作的模块。以3DSMAX内置的CharacterStudio为例，由于其提供了Bipe骨骼系统，因而减免了手动设置每根骨骼层级关系和各种的IK指定的过程。[5]在创建完整的人物骨骼时，非常便利，单击拖动鼠标于视图中即可。Bipe骨骼系统使用更加方便。另外，在CharacterStudio中，还有自动步迹动画，这对于难度增加的动画无疑是非常有利的。与此同时，其中的运动混合功能可实现多个动作的叠加，完成更加复杂动作的制作。总之，CharacterStudio制作动画效率较高，但是，唯一的不足之处即动画制作中关于复杂动作制作还是不够简便，且动作效果不理想。

（3）运动捕捉技术。谈及运动捕捉技术，其涉及的技术内容较为广泛，与计算机图形学、电子、机械、光学、计算机视觉、计算机动画等技术都有一定的相关性。运动捕捉技术，即通过运动捕捉系统捕捉运动物体关键部位的跟踪器，经计算机分析得出动画制作中应用数据的过程。其后，借助数据驱动三维模型即可生成动画。通常情况下，运动捕捉后的数据有两种途径完成动画制作，其一，直接调入三维动画中驱动三维模型；其二，借助第三方软件实施编辑。

（4）三维角色动作生成软件。三维角色动作生成软件是当下常见的一种应用手法。以Endorphin（英国NaturalMotion公司研发）为例，其可以实现自动生成三维角色动作。在设计模拟角色身体某部分过程中，通过参数设置，可以调整其强度和方向，进而自动产生翻滚的动作。该软件的优势在于，其能够模拟真实的动作。在三维角色动画制作中，一直以来，基于硬件的运动捕捉技术的生产效率和精度受到业内的认可。而三维角色动作生成软件与其不相上下。由于动画制作中，常常需要设置一些极其危险的动作（高空跳楼、撞击等），因而，应用三维角色动作生成软件，效果极佳。危险情况下的动作在制作过程中，较为负责，而该软件通过运用全新的动画制作技术（虚拟演员）可不需特殊的相关捕捉硬件设备而模拟出任何动作。由此可见，三维角色动作生成软件的应用前景极为广阔。

3 结语

三维角色动画制作中，其几项关键技术各有所长。在倡导创造精神的新世纪，这些技术均能够为动画制作行业增添光彩。三维角色动画制作的几项关键技术中，运动控制技术是重中之重，在结合角色形象和角色动作需要之后，综合性考虑选用其中的技术，不仅能够让动画角色进行生动、准确的表演，而且对于整个行业的发展也能够起到推进作用。另外，在技术的应用过程中，需要注重角色动作细节的刻画，以追求完美的动画效果。

参考文献：

[1] 司建楠.动画角色的动作设计对其性格塑造的探究[D].南京师范大学，2013.

[2] 李思H.运动中的人物角色动画的设计与实现[D].北京工业大学，2015.

[3] 刘洋，郭荧飞.三维角色动画制作关键技术的几点探讨[J].工业设计，2016（08）：188+190.

[4] 张兴华，孟艺.浅析运动规律在三维动画制作中的运用――三维角色的行走动画[J].艺术与设计（理论），2013（03）：100-102.

第9篇：光学动捕技术范文

PART1

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PART2

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