光学三维动作捕捉系统是一种通过光学技术捕捉物体或人体的三维运动的技术系统，广泛应用于电影制作、动画制作、虚拟现实、医学研究、体育训练等领域。它利用多个摄像头和反射标记点，记录物体或人体在三维空间中的位置和运动轨迹，从而精确地重建物体或人体的运动状态。
一、基本原理
光学三维动作捕捉系统通过多个高速摄像头同时拍摄被捕捉对象，并利用特定的反射标记点（通常是反光球、LED标记等）来识别和追踪目标的运动。系统将从多个摄像头收集到的二维图像数据进行三维重建，计算出目标在空间中的具体位置和姿态变化。
光学三维动作捕捉系统通常由以下几个主要组件组成：
1.摄像头阵列
①高分辨率摄像头：光学动作捕捉系统使用多个高速、高清摄像头，这些摄像头布置成不同角度，确保能够从多个方向同时拍摄目标，收集其运动数据。
②同步功能：这些摄像头必须精准同步，以便同时捕捉到目标在不同视角下的图像数据。同步是保证捕捉准确性和数据一致性的关键。
2.标记点
①反射标记点：在捕捉对象的关键部位（如人体的关节、四肢）粘贴反射标记点，这些标记通常为小型的反光球或其他反射物体。标记点能够反射摄像头发出的光线，方便捕捉系统跟踪和计算。
②LED标记：在一些系统中，标记点会发出红外光或其他类型的光信号，以便在复杂的环境中提高追踪精度和抗干扰能力。
3.控制器与处理单元
①数据同步与处理单元：多个摄像头同时采集数据后，所有数据需要通过控制器进行同步，传输至计算机系统进行分析与处理。
②计算机与软件：捕捉到的二维图像数据通过专用软件进行三维重建，软件会根据摄像头的视角和标记点位置，运用三角测量算法重建出目标的三维运动轨迹和姿态。
4.专用软件
①数据处理软件：用于接收、处理摄像头捕捉到的图像数据，通过算法计算目标在三维空间中的位置、速度、加速度等运动参数。
②动画生成和分析软件：在运动捕捉系统中，捕捉到的数据可以用于生成动画、进行动作分析、姿态优化等。例如，运动员的动作分析、医学诊断、运动科学研究等。
三、工作原理
1.标记安装：在被捕捉的物体或人体的关键部位（如关节、肢体）安装反射标记点（反光球或LED标记）。这些标记点是系统追踪的关键。
2.多摄像头拍摄：多个高速度、高清晰度的摄像头以不同角度对目标进行拍摄。每个摄像头记录目标的二维图像信息，并对每个标记点进行识别。
3.图像同步与数据采集：通过同步技术，所有摄像头在相同时间内采集数据，确保捕捉到的标记点数据是一致的。
4.三维重建与分析：使用三角测量法（Triangulation）对标记点进行三维重建。通过多个视角的二维图像，结合摄像头的几何参数，计算出标记点在三维空间中的具体位置。
5.数据处理与输出：通过计算机和专用软件对捕捉的数据进行处理，输出目标的三维轨迹、运动参数或生成相应的动画效果。
