機械式運動捕捉依靠機械裝置來跟蹤和測量運動，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。裝置運動時，根據角度傳感器的數據和連桿的長度，可以得出A點在空間的運動軌跡。實際上，裝置上任何一點的運動軌跡都可以求出。剛性連桿也可以換成長度可變的伸縮桿，用位移傳感器測量其長度的變化。
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運動，從而被傳感器記錄下來。另一種形式是用帶角度傳感器的關節和連桿構成一個“可調姿態的數字模型”，其形狀可以模擬人體，也可以模擬其它動物、物體。使用者根據劇情的需要，調整模型的姿勢，然后鎖定。關節的轉動被角度傳感器測量記錄，依據這些角度和模型的機械尺寸，計算出模性的姿態。這些姿態數據傳給動畫軟件，使其中的角色模型也做出一樣的姿勢，這是一種較早出現的運動捕捉裝置。
直到現在仍有一定的市場，國外給這種裝置起了個很形象的名字：“猴子”。但“猴子”較難用于連續動作的實時捕捉，需要操作者不斷根據劇情要求，調整“猴子”的姿勢，很麻煩，主要用于靜態造型捕捉和關鍵幀的確定。
現代的機械式運動捕捉技術則不必再去調整模型的姿態，而是可以實時采集人體的運動數據，只需利用一套外骨骼系統將角度傳感器固定在表演者的身上，就可以進行人體的動作數據采集。
優點：
成本低，它的花費可能只是光學式運動捕捉的1/4，電磁式捕捉的1/2。裝置定標簡單，精度也較高。可以很容易地做到實時數據捕捉，還可以容許多個角色同時表演。
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