基于三維動作捕捉技術的產品人性化設計研究

楊傲?張敏言?周妍如

動作捕捉技術在如今眾多的優秀科幻電影中已經被大量運用，從而被人們所熟知。隨著動作捕捉技術的不斷成熟，這也使得動作捕捉技術已經可以廣泛的運用到產品設計中來，成為產品設計師的新助手。通過運用動作捕捉技術，可以大大提升產品的人機交互體驗，提高造型和功能，更加精確的觀測并滿足產品的人性化需求，使用戶獲得更加舒適的用戶體驗。

動作捕捉技術簡介

1.動作捕捉定義

動作捕捉（Motion capture）是一項含義廣泛的技術，技術涉及尺寸測量、物理空間里物體的定位及方位測定等方面可以由計算機直接理解處理的數據。在運動物體的關鍵部位設置傳感器，讓計算機捕捉到運動形態并轉換成數據，最后在虛擬三維空間將數據還原成運動坐標的一種技術。當數據被計算機重新還原后，坐標點即可應用在動畫制作、步態分析、生物力學、人機工程等多個領域。

2.動作捕捉的發展簡史

弗雷斯格爾（Max Fleischer）在1915年發明的“轉描機技術（Rotoscpe）”被公認為是動作捕捉技術的前身。轉描機技術是一種動畫家用來逐幀的追蹤真實運動的動畫技術這種技術，原理是把預先拍好的電影投放到毛玻璃上，然后動畫家將其描繪下來。如此一來，動畫人物的動作就會更加鮮活。1937年迪士尼運用“轉描機技術”繪制出了著名動畫人物白雪公主、灰姑娘等。1941年中國導演萬氏四兄弟也開始嘗試這項技術，制作了國內第一部動畫電影《鐵扇公主》。然而轉描機技術也有著繪制量巨大、僅能捕捉二維信息等諸多缺陷，因此這項技術只在動畫片制作中十分活躍。

上世紀70年代，計算機技術開始被逐漸用于動畫制作，美國幾所知名大學和實驗室也相繼開展計算機對人體動作捕捉的研究。最初只能實現短暫的二維捕捉。

動作捕捉技術在2001年得到快速發展，同年上映的兩部電影《最終幻想：靈魂深處》和《指環王》分別將動作捕捉技術成熟地運用在了CG電影和真人電影的特效制作中。

2009年，電影《阿凡達》使得動作捕捉技術在銀幕上的運用到達了頂峰。不過這時的動作捕捉技術還只是局限于在室內運用，而在2011年，電影《猩球崛起》更是動作捕捉的一次偉大革新，該影片使用了先進的光學式動作捕捉技術，解決了動作捕捉只局限于室內的問題，使其可以在戶外進行。

動作捕捉技術對產品人性化設計的提升

動作捕捉技術并不只是用在電影領域，將這種技術運用到產品設計的過程當中，也將大大提高產品的人性化體驗。如今已經有不少產品，在其設計過程中或是其人機交互的過程中是通過動作捕捉完成，從而大大提升了產品的品質。下面就介紹幾種如今已經較為成熟的運用了三維動作捕捉技術來提高產品人性化體驗的案例進行說明。

1.虛擬現實設備：微軟HoloLens

傳統的人機交互，主要是通過鍵盤和觸摸，包括并不能被精確識別的語音等。微軟Hololens的出現，則給新一代體驗更好的人機交互指明道路。它可以使用戶面前擁有一個可隨時按指令出現的全息屏，通過對用戶肢體的動作捕捉，在全息投影上面執行各種任務，不用時馬上消失無形。Hololens運用動作捕捉技術，在人機交互之外，還有人與人和人與環境的交互，它通過動作捕捉和虛擬現實的結合，呈現出人或場景的3D影像，能讓遠隔萬里的人坐在你面前與你促膝長談，也能讓你游覽你從未去過也沒可能去的地方。當前的虛擬現實技術能做到這一點，但以往的設備過于龐大，Hololens所做的，是把這些動作捕捉和虛擬現實設備小型化和便攜化。

2.動作捕捉技術對汽車設計的幫助

動作捕捉技術已經成為福特汽車公司，在設計車型時的新助手。福特汽車公司的設計師采用這項技術創造出數字人體，在虛擬的環境中對車輛進行測試。動作捕捉技術用來對人體在操作汽車過程中的整套動作進行測量與評估。模擬的過程中，測試人員在全身放置50多個動作傳感器，做出將腿跨出車門或系好安全帶等各種操作汽車時會遇到的舉動。之后標記器則會記錄下測試人員的動作軌跡；記錄被上傳至數據庫，用于建立數字人體模型。福特的工程師們利用這些數字人體模型，評估從小型車到全尺寸皮卡等不同虛擬車型中的姿勢。。

“動作捕捉”的前景預測

隨著動作捕捉在各行業中的使用，其卓越的性能逐漸顯示出來，如今已經被廣泛的應用在影視、動畫和游戲的制作中，使得人物特效水平得到極大提高。同時也提高了作品的制作效率，降低了成本。動作捕捉技術的不斷沒呢成熟，動作捕捉技術在產品設計中頁有著非常廣泛的應用前景。

動作捕捉可以提供新的人機交互手段，表情和動作是人類情緒、愿望的重要表達形式，運動捕捉技術完成了將表情和動作數字化的工作，提供了新的人機交互手段，這樣就可以提高各種智能產品的人性化體驗。

動作捕捉可以提供新的機器人設備的遙控體驗，如今機器人設備如果將動作捕捉技術融入其中，那么控制者只需要根據信息做出各種動作，動作捕捉系統就將動作捕捉下來，實時傳送給機器人并控制其完成同樣的動作。這種系統大大提高機器人應付復雜情況的能力。

動作捕捉可以提供新的體育訓練體驗，運動捕捉技術可以捕捉運動員的動作，便于進行量化分析，更加人性化的幫助其訓練。

可以預計，隨著技術本身的發展和相關應用領域技術水平的提高，動作捕捉技術將會應用到眾多的產品設計中來，從而大幅提升產品的人性化體驗。

（作者單位：西安工程大學）