先明确应用需要的数据
“动作捕捉”包含许多不同任务。角色动画关注关节位置和骨骼质量；虚拟工具需要指定物体的坐标与姿态；研究工作则要求可重复性和有记录可循的测量误差。在比较厂商之前，先写清系统必须交付什么结果。
请回答五个问题：
- **测量对象是什么：**人体、双手、手指、工具、探头、相机，还是多个物体？
- **需要哪些输出：**XYZ 位置、姿态、完整 6DoF、骨骼、关节角度，还是接触事件？
- **坐标原点在哪里：**房间、人体、体模、场发生器，还是另一个物体？
- **哪些环节必须实时完成：**仅记录、向引擎传输、训练系统控制，还是用户反馈？
- **哪类误差会影响任务：**静止抖动、全局位置漂移、轨迹中断、图像延迟，还是姿态错误？
如果训练系统需要稳定的虚拟切面，只写“追踪精度”远远不够。位置误差、姿态误差，以及从运动到图像变化的端到端延迟，必须分别测量。
三种方法有何不同
| 方法 | 原始测量 | 主要优势 | 主要限制 | 测试台应检查什么 |
|---|---|---|---|---|
| 标记点光学追踪 | 多台相机图像中的标记点位置 | 在统一坐标系中直接进行 3D 重建 | 遮挡、可见性、相机布局与标定 | 真实动作中的轨迹连续性，而不只是工作区中心 |
| 无标记点光学追踪 | 视频与姿态估计模型 | 人体无需佩戴标记点 | 被遮挡的身体部位需要由模型推断 | 使用现场服装、光照、视角和遮挡条件下的误差 |
| 惯性追踪 | IMU 中的陀螺仪、加速度计，以及可选的磁力计 | 便携，不依赖相机 | 没有外部参考时，全局位置会累积误差 | 漂移、传感器相对身体移动、重新标定及磁环境影响 |
| 磁惯性追踪 | 人工电磁场中的传感器信号与 IMU 数据 | 无需传感器光学可见即可获得 6DoF | 工作区域、场几何、干扰与集成结构 | 区域映射、附近金属与电子设备、抖动、延迟及恢复 |
光学追踪并不是单一技术。标记点系统对观测点进行三角测量，无标记点系统从图像估计姿态，两者的误差来源和场地要求不同。“惯性”和“磁惯性”也不能混用：后者增加了外部场源，以及将传感器与工作区域关联起来的测量链路。
6DoF 的含义：为什么只有姿态往往不够
六自由度包括三个位置坐标和三个姿态参数。对于虚拟工具或训练超声探头，应用不仅需要知道倾斜角度，还必须知道工作部件相对于体模或其他物体的位置。
惯性传感器适合估计姿态变化，但其自身不能提供稳定的全局位置参考。对加速度积分会累积误差。因此，在选择纯 IMU 方案前，要确认相对于任意起点的位置是否满足任务，以及允许多久重新建立一次参考。
磁惯性与光学系统通过不同方式建立参考：前者利用已知场结构，后者利用相机观测。数据表中的“6DoF”并不代表不同系统在工作区边缘、发生遮挡或靠近产品结构时具有相同稳定性。
遮挡与干扰：必须比较真实使用条件
进行光学 3D 重建时，标记点必须同时被多台相机观测。人体、工具、家具和其他人员可能使它同时脱离多个视角。只有新增相机提供独立视角时，才会带来有效帮助；重复邻近相机的视角作用有限。
磁惯性追踪不要求直视可见，但并不意味着不受环境影响。金属结构、电子设备、场源和产品自身都可能影响测量。影响取决于实际几何结构，必须在装配完成的设备上测试。
惯性传感器不需要外部光学设施，但安装方式与算法同样重要。手套或绑带上的模块发生位移，会在数据中表现为身体分段运动。比较系统时，应固定安装方式并重复同一动作序列。
延迟：先定义测量的起点和终点
传感器更新率、相机帧率、3D 数据输出率与显示刷新率是不同指标，任何一个都不能单独代表端到端延迟。
交互系统应测量从物理运动到目标结果的时间：6DoF 数据变化、虚拟物体移动，或完整图像帧生成。协议中请记录：
- 是否启用滤波和预测；
- 传输方式与更新率；
- 固件、SDK 和应用版本；
- 结果是平均值、中位数、95 百分位数还是最大值；
- 如何处理观测丢失的帧。
只给平均值而忽略长暂停，可能正好掩盖用户感受到的跳变或虚拟物体失联。
何时适合采用混合架构
当一个通道能够补偿另一个通道的明确限制时，混合架构才有价值。例如，光学通道恢复位置参考，磁惯性通道在光学遮挡期间维持测量。仅仅同时连接两套系统，并不能自动获得这种效果。
可用的混合架构需要统一坐标、时间同步、一致的物体模型和信号源选择规则。用户和应用程序至少应区分三种状态：已测量、重建或预测、数据丢失。平滑轨迹不应掩盖这些状态之间的切换。
测试不仅要看遮挡期间的质量，还要看恢复独立测量的过程：是否出现跳变、累积误差多快消失，以及姿态是否保持连续。
对比测试方案
让所有候选系统完成同一条测试路线。条件允许时，同步记录原始测量和应用程序输出。
- **静止测试。**将物体放在工作区多个位置，评估位置和姿态抖动，而不只是平均坐标。
- **慢速运动。**执行精细操作中的典型动作，检查微小运动和平滑性，避免过强滤波。
- **快速运动。**重复实际加速度和旋转，单独记录丢失与恢复。
- **遮挡测试。**光学系统用身体和典型物体遮挡标记点；其他方法则复现等效的使用条件与物体相对位置。
- **环境变化。**根据方法加入实际金属部件、电子设备、反射表面或光照变化。
- **区域边界。**在中心、边缘和不同高度重复路线，不能把中心结果直接推广到整个工作区。
- **长时间运行。**记录漂移、发热、通信中断和重新标定需求。
- **端到端流程。**不仅评估坐标，还要评估最终骨骼、训练动作或虚拟切面。
测试前就要确定允许值和计算方法，否则比较会变成挑选更好看的演示，而不是比较测量结果。
按场景进行初步选择
**动画、生物力学与统一坐标场景。**如果场地和可见性可以保障，可先评估光学系统，并单独计算相机、视角与遮挡。
**有限空间内的 XR 培训与手部操作。**磁惯性方案可以省去相机，但仍需检查工作区域、安装方式、微小动作和实际设备干扰。
**移动采集与不断变化的场地。**惯性系统便于携带，关键在于可接受的全局位置误差和重新标定频率。
**OEM 产品与训练超声模拟器。**应比较完整的探头、体模和软件链路，而不是孤立传感器。详见超声探头 6DoF 追踪指南。
技术需求中应包含什么
- 房间或产品尺寸，以及工作区域平面图；
- 人员和物体数量，以及相互遮挡关系；
- 动作清单，标明慢速、快速和精细部分；
- 所需坐标、姿态、骨骼和输出频率；
- 允许误差及验证方法；
- 延迟要求和最终应用；
- 金属、电子设备、光照和反射表面信息；
- 线缆、传感器质量、供电与安装限制。
这样的需求文档可以按最终结果比较方案，而不是比较宣传表中的承诺数量。
常见问题
光学追踪总是更准确吗？
离开指标和条件，没有通用答案。光学系统直接测量可见标记点的位置，但遮挡和不良相机会降低结果质量。在特定环境中，另一种方法可能更合适。应在同一路线上比较误差。
惯性漂移能完全消除吗？
不应以这种承诺作为设计依据。全局位置需要外部参考或其他测量通道。应测试整个工作流程中的误差累积，以及重新标定后的恢复情况。
不要求直视可见，是否意味着没有干扰？
不是。磁惯性系统不依赖光学可见性，但仍必须在产品真实的电磁与机械结构中验证结果。
只比较数据表精度是否足够？
不够。数据表用于筛选候选方案；最终选择还需要测量条件、原始数据、区域边缘表现、丢失后的恢复，以及应用端到端结果。
来源与延伸阅读
- OptiTrack — Camera Placement：三角测量、独立视角、相机布置与遮挡。
- Vicon — Types of Motion Capture：光学、惯性、无标记点与混合方法概述；厂商指标应结合具体系统和条件评估。
- OpenMoCap — Rethinking Optical Motion Capture under Real-world Occlusion：真实标记点遮挡模式研究。
- NDI Aurora：电磁 OEM 系统组成及 5DoF/6DoF 选项。
- Polhemus PATRIOT：电磁 6DoF 追踪器示例及厂商规定条件。