計算機大空間多人交互技術

大空間交互正越來越受到VR線下市場的青睞，而鮮有人對其有足夠多的瞭解。近日，青瞳視覺聯合創始人祖厚超做客黑匣60Minutes，他的分享，也許能夠解開大家的疑惑。我們一起來看看計算機大空間交互技術解讀吧!

　　以下為祖厚超分享的內容：

青瞳視覺2015年成立,專注於光學的追蹤定位系統研發與應用。2016年1月份和米粒影業聯合打造了「星核VR」主題樂園，目前「VR主題公園」也是青瞳目前的一個主要方向。

在應用方向上青瞳除了在VR線下體驗,虛擬現實主題樂園的規劃外，自主研發的定位系統在其它領域的的重越來越高。自2015年The Void推出以來，線下體驗得到大家的重視,目前「VR體驗店」大街小巷隨處可見。尤其是在今年的Chinajoy上，可以明顯感覺到。

虛擬現實線下主題體驗,一直是我們比較重視的一塊市場。到目前為止使用我們光學追蹤定位設備的已經有40多家單位，其中60%主要分佈虛擬現實線下體驗用途。除了「星核VR」影視主題虛擬現實體驗，還有很多景區和虛擬現實內容開發團隊均有使用。

追蹤定位系統的迭代研發，我們也是一直在緊鑼密鼓的開展。針對不同的市場和用户，進一步的細化和梳理我們的產品和解決方案。目前除了最早的MC300 Tracker，還有 MC1300 Tracker將我們的追蹤距離提升到15米，在分辨率上也有提升，部署更加簡單方便。而最新的Mini Tracker 則是進一步的提升空間性價比，連同2個人揹包行走方案和動作捕捉，將整體費用更是控制在20萬以內。

如圖，是青瞳視覺最新推出的一個Mini Tracker的方案，是屬於更低成本的方案。

　　除了VR之外，青瞳視覺還涉及了其它不同領域。

第一個，是模擬訓練。在軍事領域，會將動作捕捉應用於針對地震、火災等活動的模擬訓練中。我們一直在完善動作捕捉的方案，並和合作的軍事單位一起完善多人對抗的方案。現在我們在努力實現的是500平方米以上，5V5多人蔘與的方案，從而實現軍事領域的仿真。

教育領域主要分幾塊，第一是大學，主要放在仿真跟教學實訓。教學實訓是為了培養專門的人才而設置的，一般會設置一個實驗室。該實驗室會有幾個不同的用途，第一是滿足日常教學，一般在新媒體、遊戲，或偏藝術的領域，實現可視化的效果。另外是作為學校對外展示的一個平台進行應用。

在普教領域的應用，一般是老師教學為主，貼近教材內容。更多的預算不是在科研，而是老師教學時，幫助教學的不同端的內容同步。比如地理和天文，更多的是多個學生為一組。對於高校的方針跟教學實訓，會要求他們自身有一定開發能力，而普教領域則會是做成方案包提供給他們。

第五塊是動作捕捉，在遊戲開發和動畫製作的應用。前些年，許多團隊都比較需要這個功能，目前超過150款大型遊戲都是用光學動作捕捉錄製的。光學動捕精度較高，但成本也較高，大家一般會採用租賃或合作的方式使用。

比較有代表性的就是EA的實況足球有摔跤對抗性的遊戲，如果這些遊戲一幀一幀調，要花費大量時間跟成本。不過，對於許多小團隊來説，他們不會去考慮六七十萬以上的動作捕捉系統。因此我們方案，能夠在50平方米以內實現2個人的動捕，並且把成本控制在20萬以內。

　　青瞳視覺的3種小相機方案

隨着技術的發展，動作捕捉技術越來越成熟。目前在動作捕捉這塊的發展，可以做到的不只是追蹤人體動作，還可以追蹤馬和其它動物的動作，或者用marker等進行定位。動作捕捉能幫助影視製作更快地獲得製作效果，有效提升效率，能讓演員的演技更好地發揮出來。

我們剛才説的是影視動畫和教育方向，在精準醫療這一塊，美國也已經有很多家公司在做，比較有代表性的是美國的NDI醫學院學生的。

現在醫療包括精準醫療，用了三維數字化技術，不僅在外科手術，還有牙齒矯正等都可以使用。除了採集三維數據，構建人體模型，還包括醫學院的培訓，也有較好的應用。

醫療領域除了像NDI是用於臨牀，杜克大學是用於醫學院學生的培訓。此外，還有用於康復評估，比如醫院會用動作捕捉方案採集患者上半身或下半身的一些動作數據，並有針對性地推出治療方案。

　　以下是動作捕捉應用的幾個主要的方向：

1、虛擬現實主題樂園

2、軍事、模擬訓練

3、教育上：科研實驗，實訓教室

4、影視製作，遊戲開發

5、精準醫療，輔助康復評估

6、步態分析

7、工業上：虛擬裝配，仿真

8、人機功效

9、無人機飛控表演

因為講得比較雜，我把相關的幾塊都羅列出來。

　　工業應用方面

運動捕捉及分析系統為汽車等工業研究領域提供非入侵式、高精度、實時、三維數據，用於分析和改進產品，預防事故及減少損傷等。開發的整個過程中，全面採用計算機輔助技術，在轎車開發的造型、設計、計算、試驗直至制模、衝壓、焊接、總裝等各個環節中的計算機模擬技術聯為一體的綜合技術，使工業裝配比如汽車設計的開發、製造都置於計算機技術所構造的嚴格的數據環境中，虛擬現實技術的應用，大大縮短了設計週期，提高了市場反應能力。

動作捕捉技術已成為數字化工業製造技術和生產流水線的重要應用環節，針對工業產品利用該技術可優化產品設計，通過虛擬裝配避免或減少物理模型的製作，縮短開發週期，降低成本;同時通過建設數字工廠，直觀地展示工廠、生產線、產品虛擬樣品以及整個生產過程，為員工培訓、實際生產製造和方案評估帶來便捷。使企業內各負責部門之間的交流變得更加容易，不僅大大縮短了企業產品開發的時間，而且也為其產品的宣傳、銷售贏得了先機。

　　在人機功效方面

運動生物力學、工程力學、工程學、人機工效學等相互結合引領了動作捕捉技術應用新領域。光學動作捕捉及分析系統提供世界領先的、精確的捕捉及分析和實時反饋功能，為產品設計及研發生產提供有力的支撐。

光學動作捕捉及分析系統為用户提供精確及時的數據，將人、對象、環境之間的相互關係、協調性和人性化聯繫起來，使得作業更能夠與人相適應，減少失誤和對健康的損害，提高安全性、工作效率。

　　結合機器人的應用領域方面

動作捕捉設備在機器人研究、機械臂、無人機等機械及自動化領域研究中至關重要。同時實現自動進行關節生物力學處理和分析報告，使得機械仿生運動捕捉具有針對性和更高的可信度。

機器人領域的研究中，動作捕捉系統主要應用於以下幾個方面

1、生物優化：採集各個關節、肢體的運動信息(位置、速度、加速度、角度、角加速度等)以及測試、解算真實生物體各個動作的動力學數據，並以這些真實的高精度數據作為仿生機器人的研發基礎，調整並優化設計方案。

2、仿生機器人的動態反饋：對所研發的機器人進行測試，監控其運動姿態、肢體及關節發力情況，採集相關的運動學及動力學數據，與所模擬生物體的真實數據進行比較，進一步優化調整所研發仿生機器人的設計，並進行相應的改進，使其與真實的生物體達到最高程度的一致性。

　　康復評估領域

動作捕捉設備應用於康復醫學領域,並根據所提供的運動學參數、生物力學參數和運動中骨骼肌的肌電活動參數的變化, 客觀實時地進行康復治療方法的選擇及療效評定是切實可行的。有效改善現有理療手段，創造新方案幫助殘疾人最大限度地開發潛能，恢復其獨立生活、學習、工作、迴歸社會、參與社會的能力。

　　電影藝術應用領域

隨着計算機圖形學和硬件技術的高速發展，計算機特技的應用在現代影視特技製作中已成為不可或缺的手段,各種各樣的平面、三維計算機特技製作技術給觀眾帶來了全新的感受。

運動捕捉技術在電影中可用來實現CG特效，這在某些情況下取代了賽璐璐動畫。還可以完全由電腦生成電影人物，比如Gollum, The Mummy ,King Kong, 《加勒比海盜》中的Davy Jones，《阿凡達》中的 Na'vi族, 以及 《創世紀》中的Clu。

攝影機運動也可通過動作捕捉設備採集到，演員表演時，攝影師即可現場驅動虛擬攝像機搖擺、傾斜或圍繞舞台移動，該系統設備還可以捕捉相機、道具以及演員的表演。這使得電腦合成人物、圖像和佈景與真實相機的`視頻圖像一樣具有相同的角度。

計算機對數據進行處理並展示演員的動作，根據場景中的物體即可得到所需的攝像機位置。從捕獲的連續鏡頭中獲取攝像機的運動數據被稱為匹配移動或相機跟蹤。

　　黑匣60Minutes問答

　　青瞳在VR方面的主要方案有哪些?

目前青瞳視覺主要產品是在MC300上繼續完善的MC1300，還有在此基礎上不斷完善的動作捕捉系統。此外，面部捕捉和小相機方案也正在研發。目前，MC1300對應的參數介於Optitrack 17w跟p41之間，能捕捉的有效距離在10米至15米之間，相機捕捉視場角(FOV)是70°x90°。精度比較高，達到亞毫米級別。

目前為止，青瞳視覺的定位主要在動作捕捉和空間定位相機的生產製造和研發以及方案，目前成型的方案主要有兩部分。首先是主題樂園，主要因為2016年這一塊非常火爆，所以就作為先行的一塊，我們在這一領域鑽研得比較多。

　　青瞳視覺的方案跟其它單位相比有何優劣勢?

跟其它方案相比，Kinnet精度達不到要求，雖然比較便宜。目前還有像HTC Vive的激光範圍，它的方案空間範圍較小。

其次是用慣性做追蹤定位，在主題樂園和一些場合應用。這個方案會存在一些累計誤差， 目前，整個大空間方案的成本，相對於蛋椅成本更高，對入門掌握的要求更高。蛋椅可能找一個懂得操作電腦的就能掌握。

我們推出小相機，也是考慮到線下體驗。首先，一個店的前提投入預算是30萬-50萬，他們對於成本跟坪效比較在意。我們在成本做了一些優化，還有在坪效方面有優勢。比如15萬左右的小相機空間定位方案，在體驗店裏可以做到3到4人的空間定位。20萬以內的方案即可支持2個人的動作捕捉，這對於他們來説比較能承受得起。

　　為什麼需要有多人交互?

線下多人交互也比較有特色，大家看的比較多的是用HTC Vive的體驗。但是真正在一些主題樂園，包括在一些比較重頭的場景中，他們要求有更多人同時參與，這也是光學方案的一個優勢。比如去IMAX看電影，也不會只有一個人玩，另外一個人排隊。那體驗肯定不好。所以多個人同時參與，有交流，肯定是一種趨勢。