动捕系统：机器人拟人化的重要推手

2025.1.20 缘中

自23年以来，动作捕捉产品在机器人 领域中的销售比例大幅增加，动捕行业进入新的增长发展周期，其中以凌云光 、青瞳视觉、诺亦腾等国内优秀厂商尤为明显。
何为动作捕捉，动作捕捉就是用各种技术的手段，把人的动作数字化。人的动作很难变为时间域上面的数字表达，因此需要用到一些复杂的数学方式，通过计算机视觉、各种传感器的方式，把人的动作数字化，然后将数据传输给机器人，让机器人可以更好的学人们的动作和姿态。

动作捕捉设备专门用于获取人体全身运动信息，其主要功能是将人体的运动数据转化成计算机能够处理的形式。设备根据基于的技术主要分为：光学动作捕捉设备、惯性动作捕捉设备、磁场动作捕捉设备等。
通过动作捕捉技术，可以准确跟踪、记录和重建角色的运动轨迹，使其在虚拟环境中展现真实的运动姿态。该技术广泛应用于电影、动画制作、电子游戏、虚拟现实、增强现实、体育科学和医学康复等领域。今后也将在机器人领域大放异彩。
具身智能的载体已经由低自由度单臂向高自由度的双臂人形机器人演进，人形机器人不仅双臂灵活，更具备着高灵活度的头部、腰部以及下肢。值得一提的是随着灵巧手的发展，自由度也在不断地提高，逐渐向人手灵活度逼近。高自由度的机器人和灵巧手给遥操作带来了更大的挑战——如何充分利用自由度实现高灵活与仿人自然的操

在观看诺亦腾联合创始人、CTO 戴若犁博士的演讲后，了解到动捕在在具身智能领域的主要有以下五个应用方向
遥操作（Teleoperation）。人类通过身体/手指来远程控制机器人，还可以通过虚拟现实设备，实现远程存在（Telepresence），更加真实与灵活地操控机器人。
人类-机器人在环境中的协同工作。利用动作捕捉技术，还可以帮助机器人更好地融入人类存在的环境中，和人类共同完成任务，同时对任务的完成情况进行实时监测。
机器人示教。人类作出示范动作，通过动作捕捉系统映射到机器人本体并且记录。通过采集大量的人类示教数据去训练机器人，以便在机器人智能尚未成熟时，帮助其学如何主动执行任务。
数字孪生与高精度量测。这一能力在机器人研发的验证环节至关重要。结构耦合而成的机器人并不是理想的刚性体，它在运动执行任务的过程中会出现一定程度的形变。特别是在大规模训练数据采集流程中，对大空间、多目标进行实时量测，获取机器人的高精度姿态与运动轨迹，将帮助研究人员发现本体存在的问题并及时修正。
训练数据集。最终通过采集海量的真实行为数据，并对其进行标注，将构建起通用的数据集，进一步提升机器人的性能，为机器人训练提供有力的支持
除此之外，由于人体逆运动学问题十分复杂，传统算法普遍面临两大难题：要么在反复迭代后求得的解准确度不高；要么只能求得特定情况下的参数。
这里又出现了新的方案，利用动作捕捉，将复杂人体转化为关节模型

中原工学院电子信息学院针对逆运动学算法的研究中，研究者利用NOKOV（度量）光学三维动作捕捉系统，获取精度达1mm的人体下肢运动数据，并建立了准确的关节模型。
在建立关节模型之后，研究人员结合循环坐标下降（CCD）算法和BFGS算法，利用动作捕捉得到的人体运动数值，计算出可以满足实际动作要求的关节旋转角度，其误差阈值和平均执行时间都明显优于传统算法。

光学动作捕捉系统基于其精准性、实时性和灵活适用性，对仿生机器人领域的学科研究和行业应用都能提供有力的支持，助力机器人迈出突破性的步伐。
在人形机器人的开发训练中，通过动作捕捉技术，开发者能够高效地将人类的复杂动作序列转化为机器人可执行的指令，缩短了机器人的训练周期，提升了其适应多样化任务的能力。
更重要的是，随着大量动作捕捉数据的积累与分析，结合动作捕捉技术的优势，人形机器人的智能算法得以不断优化。这些算法能够更准确地理解人体运动的内在规律，从而进一步提升机器人的决策与执行能力，可以为实现更高水平的自主行动与交互奠定了坚实基础。随着技术的不断成熟与普及，未来的人形机器人将更加智能、灵活，更好地服务于人类社会，开启人机交互的新篇章。
相关公司：
诺亦腾：奥飞娱乐 投资，与NVIDIA Isaac合作，实现动作捕捉系统与NVIDIA Isaac Sim的数据联通，产品已应用于智元机器人、千寻智能。
世优科技：捷成股份 投资，惯导动捕在数字人 领域广泛应用，有丰富数据库，与北京大学成立“数字人训练联合实验室”。
凌云光：全资子公司元客视界推出AI动捕产品FZmotion，服务宇树科技、优必选 、小米等客户。
利亚德 ：旗下虚拟动点拥有大量高品质动作数据和光学动作捕捉产品，与松延动力成立“具身智能机器人联合实验室”。董秘最新回复元客视界为虚拟动点代理商
天娱数科 ：通过投资银牛微电子、芯明智能布局动作捕捉硬件，构建多模态数据集，子公司智境云创与西安交通大学共建空间智能研究中心