機械式運動捕捉依靠機械裝置來跟蹤和測量運動軌跡。典型的系統由多個關節和剛性連桿組成，在可轉動的關節中裝有角度傳感器，可以測得關節轉動角度的變化情況。裝置運動是，根據角度傳感器所測得的角度變化和連桿的昂度，可以得出桿件末端點在空間中的位置和運動軌跡。實際上，裝置上任何一點的詭計都可以求出，剛性連桿一額可以換成長度可變的伸縮桿。
    機械式運動捕捉的一種應用形式是將欲捕捉的運動物體與機械結構相連，物體運動帶動機械裝置，從而被傳感器記錄下來。這種方法的優點是成本低、精度高、可以做到實時測量，還可以允許多個角色同時表演，但是使用起來非常不方便，機械結構對表演者的動作的阻礙和限制很大。
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