光学动作捕捉系统是一种用于信息与系统科学相关工程与技术领域的仪器，以下是对其的详细介绍：
一、定义与原理
光学动作捕捉系统是一种定位系统，它基于红外光学原理，通过捕捉附着于被测物表面的反光标志点（即反光标记点或Marker点）来获取这些点的三维坐标。这些反光标志点由反光球体部分及底座部分组成，当红外光学镜头发射的光线照射 到这些点上时，它们会反射光线并被镜头捕捉。系统通过计算分析这些反射光的位置和方向，可以识别出多个反光标志点所构成的模型，并获取与其相关的速度、加速度等多种运动学数据。
二、系统组成
一套典型的光学动作捕捉系统通常由以下部分组成：
- 红外光学镜头：用于发射红外光并捕捉反光标志点的反射光。
- 动作捕捉软件：用于处理镜头捕捉到的数据，生成动作捕捉数据，并进行后续的数据分析和处理。
- 反光标志点：附着于被测物表面的标记点，用于反射红外光。
- POE交换机、线缆等：用于连接红外光学镜头和电脑，实现数据的传输和供电。
- 标定框、三脚架等镜头固定装置：用于固定红外光学镜头，并确保其能够覆盖捕捉区域。
三、系统建立过程
光学动作捕捉系统的建立过程通常包括系统搭建、数据采集与传输、数据识别与处理三部分：
- 系统搭建：将红外光学镜头通过三脚架等固定装置布置在场地周围，确保镜头视野能够覆盖捕捉区域。将所有镜头通过网线连接到POE交换机，并通过交换机连接到电脑中的动作捕捉软件。
- 场地标定：标定的作用在于给动作捕捉区域建立XYZ坐标系，计算每个镜头在坐标系中的位置和姿态。只有完成标定后，才可以正确获取到场地中各个Marker点的三维坐标数据。标定通常分为L型标定与T型标定两种。
- 数据采集与传输：在需要定位的人或物体表面贴上反光标记点。动作捕捉镜头上的LED灯向外发射红外光，同时接收反光标记点反射回来的红外光。当多个光学镜头同时“看到”一个标记点后，这一标记点在空间中的三维位置就会被确定。镜头获取到的反光标记点位置信息通过网线传输到交换机，再由交换机统一传输到相连的电脑中，并实时被动作捕捉软件接收。
- 数据识别与处理：软件获取到多个反光标记点的三维空间位置后，进行物体的识别。当具有这组Markerset信息的物体出现在场地中时，即被系统识别为一个物体。接下来可直接进行动作捕捉，捕捉得到的模型数据还可实时根据效果在软件中进行调整与矫正。
四、应用领域
光学动作捕捉技术具有广泛的应用领域，包括但不限于：
- 电影与游戏：用于制作真实感人物动画，提高电影和游戏的视觉效果。
- 医学：帮助医生进行手术操作和诊断，提高医疗水平。
- 体育：分析运动员的动作并改进技能，提高运动表现。
- 机器人：控制机器人的动作，使其更加灵活和准确。
五、发展趋势
随着技术的不断进步和发展，光学动作捕捉系统正在向更高精度、更低延迟、更强实时性的方向发展。同时，系统也在不断优化和升级，以满足不同应用场景的需求。例如，一些新型的光学动作捕捉系统已经能够实现与测力台等设备同步进行运动与测力数据捕捉，以及连接三维软件进行虚拟人物生成等操作。
综上所述，光学动作捕捉系统作为一种高精度、高效率的动作捕捉技术，在现代计算机图形学、动画、医学和机器人等领域中发挥着越来越重要的作用。
