基于三维动作捕捉技术的产品人性化设计研究

杨傲?张敏言?周妍如

动作捕捉技术在如今众多的优秀科幻电影中已经被大量运用，从而被人们所熟知。随着动作捕捉技术的不断成熟，这也使得动作捕捉技术已经可以广泛的运用到产品设计中来，成为产品设计师的新助手。通过运用动作捕捉技术，可以大大提升产品的人机交互体验，提高造型和功能，更加精确的观测并满足产品的人性化需求，使用户获得更加舒适的用户体验。

动作捕捉技术简介

1.动作捕捉定义

动作捕捉（Motion capture）是一项含义广泛的技术，技术涉及尺寸测量、物理空间里物体的定位及方位测定等方面可以由计算机直接理解处理的数据。在运动物体的关键部位设置传感器，让计算机捕捉到运动形态并转换成数据，最后在虚拟三维空间将数据还原成运动坐标的一种技术。当数据被计算机重新还原后，坐标点即可应用在动画制作、步态分析、生物力学、人机工程等多个领域。

2.动作捕捉的发展简史

弗雷斯格尔（Max Fleischer）在1915年发明的“转描机技术（Rotoscpe）”被公认为是动作捕捉技术的前身。转描机技术是一种动画家用来逐帧的追踪真实运动的动画技术这种技术，原理是把预先拍好的电影投放到毛玻璃上，然后动画家将其描绘下来。如此一来，动画人物的动作就会更加鲜活。1937年迪士尼运用“转描机技术”绘制出了著名动画人物白雪公主、灰姑娘等。1941年中国导演万氏四兄弟也开始尝试这项技术，制作了国内第一部动画电影《铁扇公主》。然而转描机技术也有着绘制量巨大、仅能捕捉二维信息等诸多缺陷，因此这项技术只在动画片制作中十分活跃。

上世纪70年代，计算机技术开始被逐渐用于动画制作，美国几所知名大学和实验室也相继开展计算机对人体动作捕捉的研究。最初只能实现短暂的二维捕捉。

动作捕捉技术在2001年得到快速发展，同年上映的两部电影《最终幻想：灵魂深处》和《指环王》分别将动作捕捉技术成熟地运用在了CG电影和真人电影的特效制作中。

2009年，电影《阿凡达》使得动作捕捉技术在银幕上的运用到达了顶峰。不过这时的动作捕捉技术还只是局限于在室内运用，而在2011年，电影《猩球崛起》更是动作捕捉的一次伟大革新，该影片使用了先进的光学式动作捕捉技术，解决了动作捕捉只局限于室内的问题，使其可以在户外进行。

動作捕捉技术对产品人性化设计的提升

动作捕捉技术并不只是用在电影领域，将这种技术运用到产品设计的过程当中，也将大大提高产品的人性化体验。如今已经有不少产品，在其设计过程中或是其人机交互的过程中是通过动作捕捉完成，从而大大提升了产品的品质。下面就介绍几种如今已经较为成熟的运用了三维动作捕捉技术来提高产品人性化体验的案例进行说明。

1.虚拟现实设备：微软HoloLens

传统的人机交互，主要是通过键盘和触摸，包括并不能被精确识别的语音等。微软Hololens的出现，则给新一代体验更好的人机交互指明道路。它可以使用户面前拥有一个可随时按指令出现的全息屏，通过对用户肢体的动作捕捉，在全息投影上面执行各种任务，不用时马上消失无形。Hololens运用动作捕捉技术，在人机交互之外，还有人与人和人与环境的交互，它通过动作捕捉和虚拟现实的结合，呈现出人或场景的3D影像，能让远隔万里的人坐在你面前与你促膝长谈，也能让你游览你从未去过也没可能去的地方。当前的虚拟现实技术能做到这一点，但以往的设备过于庞大，Hololens所做的，是把这些动作捕捉和虚拟现实设备小型化和便携化。

2.动作捕捉技术对汽车设计的帮助

动作捕捉技术已经成为福特汽车公司，在设计车型时的新助手。福特汽车公司的设计师采用这项技术创造出数字人体，在虚拟的环境中对车辆进行测试。动作捕捉技术用来对人体在操作汽车过程中的整套动作进行测量与评估。模拟的过程中，测试人员在全身放置50多个动作传感器，做出将腿跨出车门或系好安全带等各种操作汽车时会遇到的举动。之后标记器则会记录下测试人员的动作轨迹；记录被上传至数据库，用于建立数字人体模型。福特的工程师们利用这些数字人体模型，评估从小型车到全尺寸皮卡等不同虚拟车型中的姿势。。

“动作捕捉”的前景预测

随着动作捕捉在各行业中的使用，其卓越的性能逐渐显示出来，如今已经被广泛的应用在影视、动画和游戏的制作中，使得人物特效水平得到极大提高。同时也提高了作品的制作效率，降低了成本。动作捕捉技术的不断没呢成熟，动作捕捉技术在产品设计中页有着非常广泛的应用前景。

动作捕捉可以提供新的人机交互手段，表情和动作是人类情绪、愿望的重要表达形式，运动捕捉技术完成了将表情和动作数字化的工作，提供了新的人机交互手段，这样就可以提高各种智能产品的人性化体验。

动作捕捉可以提供新的机器人设备的遥控体验，如今机器人设备如果将动作捕捉技术融入其中，那么控制者只需要根据信息做出各种动作，动作捕捉系统就将动作捕捉下来，实时传送给机器人并控制其完成同样的动作。这种系统大大提高机器人应付复杂情况的能力。

动作捕捉可以提供新的体育训练体验，运动捕捉技术可以捕捉运动员的动作，便于进行量化分析，更加人性化的帮助其训练。

可以预计，随着技术本身的发展和相关应用领域技术水平的提高，动作捕捉技术将会应用到众多的产品设计中来，从而大幅提升产品的人性化体验。

（作者单位：西安工程大学）