介紹
人體的運動受運動神經控制，而運動神經區域按照功能進行分區，其中，手部區域與上下肢和軀干區域的總和幾乎相同。這一生理特點說明人手的運動需要非常復雜的控制，只有這樣才能完成類似于傳動裝置的精確動作。動作捕捉（MoCap）技術可以按時間順序將目標的位置和姿態進行數字化記錄，在動畫制作和CG領域得到了廣泛應用。人的每只手有27根骨頭和19個關節，要捕捉整個手的動作十分困難。現在最常用的人手動作捕捉工具是Immersion公司的Cyberglove，但也只能捕捉80%的手部動作。因此，要想精確捕捉一位鋼琴師高速運動的手指動作基本是不可能的。

針對這一難題，Akita 大學使用Polhemus公司的LIBERTY 16電磁跟蹤器（其采用小型光接收器）研制出了高精度手部動作捕捉系統。接收器的連接線采用超細電纜，絲毫不會阻擋手指的運動。

系統設計
圖1顯示了手部動作捕捉系統的構成。磁力跟蹤器由一個發射器（23 * 28 * 16毫米）和16個接收器（9.6 * 9.6 *9.6毫米）組成，可以記錄發射器到接收器之間的距離（xyz坐標），還可以記錄接收器與發射器的相對角度（方位角、仰角、轉動）。系統會對每個接收器進行調整以符合手指的狀態。每根手指配有三個接收器進行測量，手背一個接收器，每只手共使用16個接收器。此外，我們對適配裝置也進行了改進，添加了彈力布帶，可以適應任何手型尺寸。接收器用彈力膠帶和液態塑料固定在手指上，可有效防止接收器滑落。兩套LIBERTY系統通過USB端口與電腦（IBM的ThinkPad）連接。手部動作捕捉系統可同時測量出32個接收器的六自由度數據，測量頻率為240赫茲，空間分辨率為0.0038毫米，角度分辨率為0.0012度。

評測
Akita 大學對接收器進行評測，以確定測量數據的精確度是否因為接收器距離太近而受影響。評測表明，即使接收器距離太近，測量精確度也不會受到影響。位置數據的差量在0.1毫米以下，角度的差量在0.1度以下。這種差量范圍足以進行手指動作測量。

為了評測系統對手指的符合程度，Akita 大學用手部動作捕捉系統測量了鋼琴師的手指動作。演奏曲目是“A大調第十一號鋼琴奏鳴曲，土耳其進行曲”（莫扎特）。手部動作捕捉數據會被轉換為BVA格式，在FiLMBOX軟件中讀取。手部的骨架和模型也在FiLMBOX軟件中讀取，并與手部動作捕捉數據銜接。圖3顯示了鋼琴師演奏的CG動畫。經過對比，可以確認CG動畫與拍攝的視頻圖像非常相似。這表明，手部動作捕捉系統可以精確地記錄下手指的動作。用手部動作捕捉數據制作成CG動畫的過程一直是手動的，現在可以自動進行，有了很大提高。在以后的研究當中，Akita 大學會研究自動算法對手部動作捕捉數據進行校準。

這項研究由日本總務省“戰略信息及通信研發推廣項目”支持。

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