一、動(dòng)作捕捉理論概述：
動(dòng)作捕捉英文Motion capture,簡稱Mocap。技術(shù)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(jì)算機(jī)直接明白處置的數(shù)據(jù)。在運(yùn)動(dòng)物體的關(guān)鍵部位設(shè)置跟蹤器，由Motion capture系統(tǒng)捕捉跟蹤器位置，再通過計(jì)算機(jī)處置后向獲得三維空間愛你坐標(biāo)的數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)被計(jì)算機(jī)識別后，可以應(yīng)用在動(dòng)畫制作，步態(tài)分析，生物力學(xué)，人機(jī)工程等土地。
常用的運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)從原理上說可分爲(wèi)慣性、光學(xué)式、聲學(xué)式、電磁式。不同原理的設(shè)備各有其優(yōu)缺點(diǎn)，一般可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行評價(jià)：定位精度；實(shí)時(shí)性；使用便宜程度；可捕捉運(yùn)動(dòng)範(fàn)圍大；抗幹?jǐn)_性；多目標(biāo)捕捉能力；以及與相應(yīng)領(lǐng)域?qū)I(yè)分析軟件連接程度。
1、慣性式：要緊工作原理是跟在人的身上要緊的關(guān)鍵點(diǎn)綁定慣性陀螺儀，分析陀螺儀的位移變差來判定人的動(dòng)作幅度和距離。
2、光學(xué)式： 光學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉通過對目標(biāo)上特定光點(diǎn)的監(jiān)視和跟蹤來完成運(yùn)動(dòng)捕捉的任務(wù)。目前常見的光學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉大多基于計(jì)算機(jī)視覺原理。從理論上說，對于空間中的一個(gè)點(diǎn)，只要它能同時(shí)爲(wèi)兩部相機(jī)所見，則根據(jù)同一時(shí)刻兩部相機(jī)所拍攝的圖像和相機(jī)參數(shù)，可以確定這一時(shí)刻該點(diǎn)在空間中的位置。當(dāng)相機(jī)以足夠高的速率連續(xù)拍攝時(shí)，從圖像序列中就可以獲得該點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。
3、聲學(xué)式：常用的聲學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉裝置由發(fā)送器、接收器和處理單元組成。發(fā)送器是一個(gè)固定的超聲波發(fā)生器，接收器一般由呈三角形排列的三個(gè)超聲探頭組成。通過測量聲波從發(fā)送器到接收器的時(shí)間或者相位差，系統(tǒng)可以計(jì)算並確定接收器的位置和方向。Logitech、SAC等公司都生産超聲波運(yùn)動(dòng)捕捉設(shè)備。
4、電磁式：電磁式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)是目前比較常用的運(yùn)動(dòng)捕捉設(shè)備。一般由發(fā)射源、接收傳感器和數(shù)據(jù)處理單元組成。發(fā)射源在空間産生按一定時(shí)空規(guī)律分布的電磁場；接收傳感器（通常有10～20個(gè)）安置在表演者身體的關(guān)鍵位置，隨著表演者的動(dòng)作在電磁場中運(yùn)動(dòng),通過電纜或無線方法與數(shù)據(jù)處理單元相連。
二、慣性動(dòng)作捕捉：
要了解慣性動(dòng)作捕捉，我們在線就要第一了解它的重要部件—陀螺儀
陀螺儀觀看簡介：
繞一個(gè)支點(diǎn)高速轉(zhuǎn)動(dòng)的剛體稱為陀螺(top)。通常所說的陀螺是特指對稱陀螺，它是一個(gè)質(zhì)量均勻分布的、具有軸對稱外形的剛體，其幾何對稱軸就是它的自轉(zhuǎn)軸。 由蒼蠅后翅（特化為平穩(wěn)棒）仿生得來。在一定的初始條件和一定的外在力矩作用下，陀螺會(huì)在不住自轉(zhuǎn)的同時(shí)，還繞著另一個(gè)固定的轉(zhuǎn)軸不住地旋轉(zhuǎn)，這就是陀螺的旋進(jìn)(precession)，又稱為輾轉(zhuǎn)效應(yīng)(gyroscopic effect)。陀螺旋進(jìn)是日常生活中常見的現(xiàn)象，許多人小時(shí)候都玩過的陀螺就是一例。
人們使用陀螺的力學(xué)性質(zhì)所制成的各種功能的陀螺裝置稱爲(wèi)陀螺儀(gyroscope)，它在科學(xué)、技術(shù)、軍事等各個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。譬如：回轉(zhuǎn)羅盤、定向指示儀、炮彈的翻轉(zhuǎn)、陀螺的章動(dòng)、地球在太陽（月球）引力矩作用下的旋進(jìn)（歲差）等。陀螺儀的種類很多，按用途來分，它可以分爲(wèi)傳感陀螺儀和指示陀螺儀。傳感陀螺儀用于飛行體運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，作爲(wèi)水平、鉛直、俯仰、航向和角速度傳感器。指示陀螺儀要緊用于飛行狀態(tài)的指示，作爲(wèi)駕駛和領(lǐng)航儀表使用，F(xiàn)在的陀螺儀分爲(wèi)，壓電陀螺儀，微機(jī)械陀螺儀，光纖陀螺儀，激光陀螺儀，基本上電子式的，可以和加速度計(jì)，磁阻芯片，GPS，做成慣性導(dǎo)航控制系統(tǒng)。
陀螺儀結(jié)構(gòu)
結(jié)構(gòu)
基本上陀螺儀是一種機(jī)械裝置，其要緊部分是一個(gè)對旋轉(zhuǎn)軸以極高角速度旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子裝在一支架內(nèi)；在通過轉(zhuǎn)子中心軸XX1上加一內(nèi)環(huán)架，那么陀螺儀就可環(huán)繞飛機(jī)兩軸作自由運(yùn)動(dòng)；接著，在內(nèi)環(huán)架外加上一外環(huán)架；那個(gè)陀螺儀有兩個(gè)平穩(wěn)環(huán)，可以環(huán)繞飛機(jī)三軸作自由運(yùn)動(dòng)，就是一個(gè)完整的太空陀螺儀(space gyro)。
曆史
1850年法國的物理學(xué)家萊昂•傅科（J.Foucault）為了研究地球自轉(zhuǎn)，第一發(fā)現(xiàn)高速轉(zhuǎn)動(dòng)中的轉(zhuǎn)子（rotor），由于慣性作用它的旋轉(zhuǎn)軸短暫指向一固定方向，他用希臘字 gyro（旋轉(zhuǎn)）和skopein（看）兩字合為gyro scopei 一字來命名這種儀表。陀螺儀是一種既古舊而又很有生命力的儀器，從第一臺(tái)真正實(shí)用的陀螺儀器問世以來已有大半個(gè)世紀(jì)，但直到現(xiàn)也，陀螺儀仍在吸引著人們對它進(jìn)行研究，這是由于它自己具有的特征所決定的。陀螺儀最要緊的基本特征是它的穩(wěn)定性和進(jìn)動(dòng)性。人們從兒童玩的地陀螺中早就發(fā)現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)的陀螺可以豎直不倒而保全與地段鉛直，這就反映了陀螺的穩(wěn)定性。研究陀螺儀運(yùn)動(dòng)特征的理論是繞定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)剛體動(dòng)力學(xué)的一個(gè)分支，它以物體的慣性為基礎(chǔ)，研究旋轉(zhuǎn)物體的動(dòng)力學(xué)特征。
陀螺儀原理
陀螺儀的原理就是，一個(gè)旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)軸所指的方向在不受外力影響時(shí)，是不會(huì)改變的。人們根據(jù)這個(gè)理路，用它來保全方向，制造出來的東西就叫陀螺儀。我們在線騎自行車其實(shí)也是使用了這個(gè)原理。輪子轉(zhuǎn)得越快越拒絕易倒，因爲(wèi)車軸有一股保全水平的力量。陀螺儀在工作時(shí)要給它一個(gè)力，使它快速旋轉(zhuǎn)起來，一般能達(dá)到每分鍾幾十萬轉(zhuǎn)，可以工作很長時(shí)間。然後用多種方法讀取軸所指示的方向，並自動(dòng)將數(shù)據(jù)信號傳給控制系統(tǒng)。在現(xiàn)實(shí)生活中，陀螺儀發(fā)生的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是在重力力矩的作用下發(fā)生的。
陀螺儀特征
陀螺儀被廣泛用于航空、航天和航海土地。這是由于它的兩個(gè)基本特征：一為定軸性（inertia or rigidity），另一是進(jìn)動(dòng)性（precession），這兩種特征基本上建立在角動(dòng)量守恒的原則下。
定軸性
當(dāng)陀螺轉(zhuǎn)子以高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，在沒有任何外力矩作用在陀螺儀上時(shí)，陀螺儀的自轉(zhuǎn)軸在慣性空間中的指向保全穩(wěn)定靜止，即指向一個(gè)固定的方向；同時(shí)抵抗任何轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)子軸向的力量。這種物理現(xiàn)象稱為陀螺儀的定軸性或穩(wěn)定性。其穩(wěn)定性隨以下的物理量而轉(zhuǎn)變：
1、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量愈大，穩(wěn)定性愈好；
2、轉(zhuǎn)子角速度愈大，穩(wěn)定性愈好。
所謂的“轉(zhuǎn)動(dòng)慣量”，是描述剛體在轉(zhuǎn)動(dòng)中的慣性大小的物理量。當(dāng)以雷同的力矩分別作用于兩個(gè)繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的不同剛體時(shí)，它們所獲得的角速度一般是不比樣的，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的剛體所獲得的角速度小，也就是保全原有轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)的慣性大；反之，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小的剛體所獲得的角速度大，也就是保全原有轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)的慣性小。
進(jìn)動(dòng)性
當(dāng)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí),若外力矩作用于外環(huán)軸，陀螺儀將繞內(nèi)環(huán)軸轉(zhuǎn)動(dòng)；若外力矩作用于內(nèi)環(huán)軸，陀螺儀將繞外環(huán)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。其轉(zhuǎn)動(dòng)角速度方向與外力矩作用方向相互鉛直。這種特征，叫做陀螺儀的進(jìn)動(dòng)性。進(jìn)動(dòng)角速度的方向取決于動(dòng)量矩H的方向(與轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)角速度矢量的方向一致)和外力矩M的方向，同時(shí)是自轉(zhuǎn)角速度矢量以最短的路徑追趕外力矩。如下圖。
進(jìn)動(dòng)角速度的方向
這可用右手定則判定。即伸直右手，大拇指與食指鉛直，手指順著自轉(zhuǎn)軸的方向，手掌朝外力矩的正方向，接著手掌與4指曲折握拳，則大拇指的方向就是進(jìn)動(dòng)角速度的方向。進(jìn)動(dòng)角速度的大小取決于轉(zhuǎn)子動(dòng)量矩H的大小和外力矩M的大小,其計(jì)算式為 =M/H。
進(jìn)動(dòng)性的大小也有三個(gè)妨礙的因素：
1、外界作用力愈大，其進(jìn)動(dòng)角速度也愈大；
2、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量愈大，進(jìn)動(dòng)角速度愈；
3、轉(zhuǎn)子的角速度愈大，進(jìn)動(dòng)角速度愈小。
陀螺儀功能分類
使用陀螺儀的動(dòng)力學(xué)特征制成的各種儀表或裝置，要緊有以下幾種：
①陀螺方向儀
能給出飛行物體轉(zhuǎn)彎角度和航向指示的陀螺裝置。它是三自由度均衡陀螺儀，其底座固連在飛機(jī)上，轉(zhuǎn)子軸提供慣性空間的給定方向。若開始時(shí)轉(zhuǎn)子軸水平放置並指向儀表的零方位，則當(dāng)飛機(jī)繞鉛直軸轉(zhuǎn)彎時(shí)，儀表就相對轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而能給出轉(zhuǎn)彎的角度和航向的指示。由于摩擦及其他幹?jǐn)_，轉(zhuǎn)子軸會(huì)逐漸偏離原始方向，因此每隔一段時(shí)間（如15分鍾）須對照精密羅盤作一次人工調(diào)整。
②陀螺羅盤
供航行和飛行物體作方向基準(zhǔn)用的尋找並跟蹤地理子午面的三自由度陀螺儀。其外環(huán)軸鉛直，轉(zhuǎn)子軸水平置于子午面內(nèi)，正端指北；其重心沿鉛垂軸向下或向上偏離支承中心。轉(zhuǎn)子軸偏離子午面時(shí)同時(shí)偏離水平面而産生重力矩使陀螺旋進(jìn)到子午面，這種使用重力矩的陀螺羅盤稱擺式羅盤。近年來發(fā)展?fàn)?wèi)使用自動(dòng)控制系統(tǒng)代表重力擺的電控陀螺羅盤，並創(chuàng)造出能同時(shí)指示水平面和子午面的平臺(tái)羅盤。
③陀螺鉛直儀
陀螺鉛直儀
使用擺式敏銳元件對三自由度陀螺儀施加修正力矩以指示地鉛直線的儀表，又稱陀螺水平儀。陀螺儀的殼體使用隨動(dòng)系統(tǒng)跟蹤轉(zhuǎn)子軸位置，當(dāng)轉(zhuǎn)子軸偏離地鉛直線時(shí)，固定在殼體上的擺式敏銳元件輸出信號使力矩器產(chǎn)生修正力矩，轉(zhuǎn)子軸在力矩作用下旋進(jìn)回到地鉛直線位置。陀螺鉛直儀是除陀螺擺以外應(yīng)用于航空和航海導(dǎo)航系統(tǒng)的又一種地鉛直線指示或量測儀表。
④陀螺穩(wěn)定器
穩(wěn)定船體的陀螺裝置。20世紀(jì)初使用的施利克被動(dòng)式穩(wěn)定器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)裝在船上的大型二自由度重力陀螺儀，其轉(zhuǎn)子軸鉛直放置，框架軸平行于船的橫軸。當(dāng)船體側(cè)搖時(shí)，陀螺力矩迫使框架攜帶轉(zhuǎn)子一起相對于船體旋進(jìn)。這種搖擺式旋進(jìn)引起另一個(gè)陀螺力矩，對船體産生穩(wěn)定作用。斯佩裏主動(dòng)式穩(wěn)定器是在上述裝置的基礎(chǔ)上增加一個(gè)小型操縱陀螺儀，其轉(zhuǎn)子沿船橫軸放置。一旦船體側(cè)傾，小陀螺沿其鉛直軸旋進(jìn)，從而使主陀螺儀框架軸上的控制馬達(dá)及時(shí)開動(dòng)，在該軸上施加與原陀螺力矩方向雷同的主動(dòng)力矩，借以加強(qiáng)框架的旋進(jìn)和由此旋進(jìn)産生的對船體的穩(wěn)定作用。
⑤速率陀螺儀
速率陀螺儀
用以直接測定運(yùn)載器角速率的二自由度陀螺裝置。把均衡陀螺儀的外環(huán)固定在運(yùn)載器上并令內(nèi)環(huán)軸鉛直于要測量角速率的軸。當(dāng)運(yùn)載器連同外環(huán)以角速度繞測量軸旋進(jìn)時(shí)，陀螺力矩將迫使內(nèi)環(huán)連同轉(zhuǎn)子一起相對運(yùn)載器旋進(jìn)。陀螺儀中有彈簧限制那個(gè)相對旋進(jìn)，而內(nèi)環(huán)的旋進(jìn)角正比于彈簧的變形量。由平穩(wěn)時(shí)的內(nèi)環(huán)旋進(jìn)角即可求得陀螺力矩和運(yùn)載器的角速率。積分陀螺儀與速率陀螺儀的不同處只在于用線性阻尼器代表彈簧約束。當(dāng)運(yùn)載器作任意變速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，積分陀螺儀的輸出量是繞測量軸的轉(zhuǎn)角（即角速度的積分）。以上兩種陀螺儀在遠(yuǎn)距離測量系統(tǒng)或自動(dòng)控制、慣性導(dǎo)航平臺(tái)中使用較多。
⑥陀螺穩(wěn)定平臺(tái)
以陀螺儀爲(wèi)核心元件，使被穩(wěn)定對象相對慣性空間的給定姿態(tài)保全穩(wěn)定的裝置。穩(wěn)定平臺(tái)通常使用由外環(huán)和內(nèi)環(huán)構(gòu)成制平臺(tái)框架軸上的力矩器以産生力矩與幹?jǐn)_力矩平穩(wěn)使陀螺儀制止旋進(jìn)的穩(wěn)定平臺(tái)稱爲(wèi)動(dòng)力陀螺穩(wěn)定器。陀螺穩(wěn)定平臺(tái)根據(jù)對象能保全穩(wěn)定的轉(zhuǎn)軸數(shù)目分爲(wèi)單軸、雙軸和三軸陀螺穩(wěn)定平臺(tái)。陀螺穩(wěn)定平臺(tái)可用來穩(wěn)定那些需要精確定向的儀表和設(shè)備，如測量儀器、天線等，並已廣泛用于航空和航海的導(dǎo)航系統(tǒng)及火控、雷達(dá)的萬向支架支承。根據(jù)不同原理方案使用各種類型陀螺儀爲(wèi)元件。其中使用陀螺旋進(jìn)産生的陀螺力矩抵抗幹?jǐn)_力矩，然後輸出信號控、照相系統(tǒng)。
現(xiàn)代陀螺儀
現(xiàn)代陀螺儀
現(xiàn)代陀螺儀是一種能夠精確地確定運(yùn)動(dòng)物體的方位的儀器，它是現(xiàn)代航空，航海，航天和國防工業(yè)中廣泛使用的一種慣性導(dǎo)航儀器，它的發(fā)展對一個(gè)國家的工業(yè)，國防和其它高科技的發(fā)展具有非常重要的戰(zhàn)略意義。傳統(tǒng)的慣性陀螺儀主假如指機(jī)械式的陀螺儀，機(jī)械式的陀螺儀對工藝結(jié)構(gòu)的要求很高，結(jié)構(gòu)龐大，它的精度受到了很多方面的制約。自從上個(gè)世紀(jì)七十年代以來，現(xiàn)代陀螺儀的發(fā)展差不多進(jìn)入了一個(gè)全新的時(shí)期。1976年 等提出了現(xiàn)代光纖陀螺儀的基本心想，到八十年代以后，現(xiàn)代光纖陀螺儀就獲得了非常敏捷的發(fā)展，與此同時(shí)激光諧振陀螺儀也有了很大的發(fā)展。由于光纖陀螺儀具有結(jié)構(gòu)緊湊，靈敏度高，工作可靠等等優(yōu)點(diǎn)，因此目前光纖陀螺儀在很多的土地差不多完全取代了機(jī)械式的傳統(tǒng)的陀螺儀，成為現(xiàn)代導(dǎo)航儀器中的關(guān)鍵部件。和光纖陀螺儀同時(shí)發(fā)展的除了環(huán)式激光陀螺儀外，還有現(xiàn)代集成式的振動(dòng)陀螺儀，集成式的振動(dòng)陀螺儀具有更高的集成度，體積更小，也是現(xiàn)代陀螺儀的一個(gè)重要的發(fā)展方向。
現(xiàn)代光纖陀螺儀包括幹涉式陀螺儀和諧振式陀螺儀兩種，它們基本上根據(jù)塞格尼克的理論發(fā)展起來的。塞格尼克理論的要點(diǎn)是這樣的：當(dāng)光束在一個(gè)環(huán)形的通道中前進(jìn)時(shí)，如果環(huán)形通道自己具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)速度，那麼光線沿著通道轉(zhuǎn)動(dòng)的方向前進(jìn)所需要的時(shí)間要比沿著這個(gè)通道轉(zhuǎn)動(dòng)相反的方向前進(jìn)所需要的時(shí)間要多。也就是說當(dāng)光學(xué)環(huán)路轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在不同的前進(jìn)方向上，光學(xué)環(huán)路的光程相對于環(huán)路在靜止時(shí)的光程都會(huì)産生變化。使用這種光程的變化，如果使不同方向上前進(jìn)的光之間産生幹涉來測量環(huán)路的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，就可以制造出幹涉式光纖陀螺儀，如果使用這種環(huán)路光程的變化來實(shí)現(xiàn)在環(huán)路中不斷循環(huán)的光之間的幹涉，也就是通過調(diào)整光纖環(huán)路的光的諧振頻率進(jìn)而測量環(huán)路的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，就可以制造出諧振式的光纖陀螺儀。從這個(gè)簡單的介紹可以看出，幹涉式陀螺儀在實(shí)現(xiàn)幹涉時(shí)的光程差小，因此它所要求的光源可以有較大的頻譜寬度，而諧振式的陀螺儀在實(shí)現(xiàn)幹涉時(shí)，它的光程差較大，因此它所要求的光源必須有很好的單色性。
陀螺儀的基本類型
根據(jù)框架的數(shù)目和支承的形式以及附件的性質(zhì)決定陀螺儀的類型有：三自由度陀螺儀(具有內(nèi)、外兩個(gè)框架，使轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)軸具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。在沒有任何力矩裝置時(shí)，它就是一個(gè)自由陀螺儀)。二自由度陀螺儀(只有一個(gè)框架，使轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)軸具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度)。根據(jù)二自由度陀螺儀中所使用的反作用力矩的性質(zhì)，可以把這種陀螺儀分成三種類型：
1、速率陀螺儀(它使用的反作力矩是彈性力矩)；
2、積分陀螺儀(它使用的反作用力矩是阻尼力矩)；
3、無約束陀螺(它僅有慣性反作用力矩)；
現(xiàn)在，除了機(jī)、電框架式陀螺儀以外，還出現(xiàn)了某些新型陀螺儀，如靜電式自由轉(zhuǎn)子陀螺儀，撓性陀螺儀，激光陀螺儀等。
二自由度陀螺儀的基本特征
二自由度陀螺儀的轉(zhuǎn)子支承在一個(gè)框架內(nèi)，沒有外框架，因而轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)有一個(gè)進(jìn)動(dòng)自由度，即少了鉛直于內(nèi)框架軸和自轉(zhuǎn)軸方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。因此二自由度陀螺儀與三自由度陀螺儀的特征也有所不同。進(jìn)動(dòng)性是三自由度陀螺儀的基本特征之—，當(dāng)繞內(nèi)框架軸作用外力矩時(shí)，將使高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生繞外框架軸的進(jìn)動(dòng)，而繞外框架軸作用外力矩時(shí)，將使轉(zhuǎn)子軸產(chǎn)生繞內(nèi)框架軸的進(jìn)動(dòng)。
定軸性是三自由度陀螺儀的另一基本特征。無論基座繞陀螺儀自轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，依然繞內(nèi)框架軸或外框架軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)，都不也許直接帶動(dòng)陀螺轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動(dòng)(指轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)之外的轉(zhuǎn)動(dòng))。由內(nèi)、外框架所組成的框架裝置，將基座的轉(zhuǎn)動(dòng)與陀螺轉(zhuǎn)子割裂開來。如此，如果陀螺儀自轉(zhuǎn)軸穩(wěn)定在慣性空間的某個(gè)方位上，當(dāng)基座轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它仍然穩(wěn)定在原來的方位上。
關(guān)于二自由度陀螺儀，當(dāng)基座繞陀螺儀自轉(zhuǎn)軸或內(nèi)框架軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，仍然不也許帶動(dòng)轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動(dòng)，即內(nèi)框架仍然起割裂運(yùn)動(dòng)的作用。但是，當(dāng)基座繞陀螺儀缺少自由度的x軸方向以角速度ωx轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于陀螺儀繞該軸沒有轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，因此基座轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，就通過內(nèi)框架軸上的一對支承帶動(dòng)陀螺轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動(dòng)。但陀螺儀自轉(zhuǎn)軸仍盡力保全其原來的空間方位靜止。因此，基座轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，內(nèi)框架軸上的一對支承就有推力F作用在內(nèi)框架軸的兩端，而形成作用在陀螺儀上的推力矩mx, 其方向鉛直于動(dòng)量矩H，并沿x鈾正向。由于陀螺儀繞內(nèi)框架軸有轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度，因此那個(gè)推力矩就使陀螺儀產(chǎn)生繞內(nèi)框架軸的進(jìn)動(dòng)，進(jìn)動(dòng)角速度β指向內(nèi)框架軸y的正向，使轉(zhuǎn)子軸趨向與x軸重合。
因此，當(dāng)基座繞陀螺儀缺少自由度的方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，將強(qiáng)迫陀螺儀跟隨基座轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)陀螺儀轉(zhuǎn)子軸繞內(nèi)框架軸進(jìn)動(dòng)。結(jié)果使轉(zhuǎn)子軸趨向與基座轉(zhuǎn)動(dòng)角速度的方向重合。即二自由度陀螺儀具有敏銳繞其缺少轉(zhuǎn)動(dòng)自由度方向旋轉(zhuǎn)角速度的特征。二自由度陀螺儀受到沿內(nèi)框架軸向外力矩作用時(shí)，轉(zhuǎn)子軸繞內(nèi)框軸運(yùn)動(dòng)。沿內(nèi)框架軸向作用力矩時(shí)轉(zhuǎn)子軸的運(yùn)動(dòng)。設(shè)沿內(nèi)框架鈾y的正向有外力矩My作用，則二自由度陀螺儀的轉(zhuǎn)子軸將力圖以角速度My／H繞x軸的負(fù)向進(jìn)動(dòng)，如圖3所示。由于陀螺轉(zhuǎn)子軸繞x軸方向不能轉(zhuǎn)動(dòng)，這個(gè)進(jìn)動(dòng)是不也許實(shí)現(xiàn)的。但其進(jìn)動(dòng)趨勢仍然存在，並對內(nèi)框架軸兩端的支承施加壓力，這樣，支承就産生約束反力F作用在內(nèi)框架軸兩端，而形成作用在陀螺儀上的約束反力矩mx，其方向鉛直于動(dòng)量矩H並沿x軸的正向。由于轉(zhuǎn)子軸繞內(nèi)框架軸存在轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，因此在這個(gè)約束反力矩mx的作用下，陀螺儀轉(zhuǎn)子軸就繞內(nèi)框架軸以β的角速度沿y軸正向進(jìn)動(dòng)。簡單地說，如果陀螺繞x軸方向不能轉(zhuǎn)動(dòng)，那麼在繞內(nèi)框架軸向的外力矩作用下，陀螺儀的轉(zhuǎn)子軸也繞內(nèi)框架軸轉(zhuǎn)動(dòng)。陀螺繞主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角動(dòng)量以H表達(dá)，H=JsΩ，式中Js爲(wèi)陀螺轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
了解完陀螺儀後我們在線來了解一下一個(gè)慣性動(dòng)作捕捉包含幾個(gè)部分：
a) 傳感器
所謂傳感器是固定在運(yùn)動(dòng)物體特定部位的跟蹤裝置，它將向動(dòng)作捕捉系統(tǒng)提供運(yùn)動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)的位置信息，一般會(huì)隨著捕捉的細(xì)致程度確定跟蹤器的數(shù)目（陀螺儀）。
b) 信號捕捉設(shè)備
這種設(shè)備會(huì)因動(dòng)作捕捉系統(tǒng)的類型不同而有所區(qū)別，它們負(fù)責(zé)位置信號的捕捉。
c) 數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備
動(dòng)作捕捉系統(tǒng)，特別是需要實(shí)時(shí)結(jié)果的動(dòng)作捕捉系統(tǒng)需要將大批的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)從信號捕捉設(shè)備快速準(zhǔn)確地傳輸?shù)接?jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理，而數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備就是用來完成此項(xiàng)工作的。
d) 數(shù)據(jù)處置設(shè)備
經(jīng)過動(dòng)作捕捉系統(tǒng)捕捉到的數(shù)據(jù)需要修正、處理後還要有三維模型向結(jié)合才能完成計(jì)算機(jī)動(dòng)畫制作的工作，這就需要我們在線應(yīng)用數(shù)據(jù)處理軟件或硬件來完成此項(xiàng)工作。軟件也好硬件也罷它們基本上借助計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)高速的運(yùn)算能力來完成數(shù)據(jù)的處理，使三維模型真正、自然地運(yùn)動(dòng)起來。
慣性動(dòng)作捕捉的應(yīng)用：
虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)
為實(shí)現(xiàn)人與虛擬環(huán)境及系統(tǒng)的交互，必須確定參與者的頭部、手、軀體等的位置與方向，準(zhǔn)確地跟蹤測量參與者的動(dòng)作，將這些動(dòng)作實(shí)時(shí)檢測出來，以便將這些數(shù)據(jù)反應(yīng)給顯示和控制系統(tǒng)。這些工作對虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是必不可少的，這也正是運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)的研究內(nèi)容。
機(jī)器人遙控
機(jī)器人將危險(xiǎn)環(huán)境的信息傳送給控制者，控制者根據(jù)信息做出各種動(dòng)作，運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)將動(dòng)作捕捉下來，實(shí)時(shí)傳送給機(jī)器人並控制其完成同樣的動(dòng)作。與傳統(tǒng)的遙控方法相比，這種系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)更爲(wèi)直觀、細(xì)致、複雜、靈活而快速的動(dòng)作控制，大大提高機(jī)器人應(yīng)付複雜情況的能力。在當(dāng)前機(jī)器人全自主控制尚未成熟的情況下，這一技術(shù)有著特別重要的意義。
互動(dòng)式遊戲
可使用運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)捕捉遊戲者的各種動(dòng)作，用以驅(qū)動(dòng)遊戲環(huán)境中角色的動(dòng)作，給遊戲者以一種全新的參與感受，加強(qiáng)遊戲的真實(shí)感和互動(dòng)性。
體育訓(xùn)練
運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)可以捕捉運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作，便于進(jìn)行量化分析，結(jié)合人體生理學(xué)、物理學(xué)原理，研究改進(jìn)的方法，使體育訓(xùn)練擺脫純粹的依靠經(jīng)驗(yàn)的狀態(tài)，進(jìn)入理論化、數(shù)字化的時(shí)代。還可以把成績差的運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作捕捉下來，將其與優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作進(jìn)行對比分析，從而幫助其訓(xùn)練。
另外，在人體工程學(xué)研究、模擬訓(xùn)練、生物力學(xué)研究等領(lǐng)域，運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)同樣大有可爲(wèi)。
可以預(yù)見隨著技術(shù)自己的發(fā)展和相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域技術(shù)水平的提高，運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)將會(huì)獲得越來越廣泛的應(yīng)用。
