Осваивая Движение:
Основы раскрыты

Оптические системы захвата движения работают на принципе инфракрасной оптики и, по сравнению с инерционными системами захвата движения, GPS-позиционированием и другими методами определения местоположения, обладают высокой точностью, низкой задержкой, мощными возможностями в реальном времени и преимущественно используются в помещениях. Процесс настройки системы можно разделить на три части: строительство системы, сбор и передачу данных, а также распознавание и обработку данных.

1 Строительство системы

1.1 Строительство сайта

Оптическая система захвата движений состоит из инфракрасных оптических камер, программного обеспечения для захвата движений, отражающих маркеров, POE-коммутаторов, кабелей, калибровочных рам и оборудования для установки камер на штативах.

Сначала инфракрасные оптические камеры устанавливаются вокруг площадки с помощью штативов, зажимов и других устройств для крепления камер, чтобы обеспечить покрытие области захвата полем зрения камеры. Затем все камеры подключаются к POE-коммутатору с использованием Ethernet-кабелей. Камеры получают питание и передают данные через POE-коммутатор и подключаются к программному обеспечению захвата движения на компьютере. После запуска программы захвата движения камеры соединяются в реальном времени на интерфейсе.

1.2 Калибровка сайта

После успешной сборки и соединения аппаратного и программного обеспечения системы, следующим шагом является калибровка площадки, которая включает в себя калибровки типа L и типа T. Их целью является установка координатной системы XYZ для зоны захвата движения, расчёт положения и ориентации каждой камеры в рамках координатной системы, и только после калибровки можно точно получить 3D координатные данные каждой маркерной точки на площадке.

Калибровка в форме L выполняется путем размещения L-образного калибровочного стержня в центре области и настройки соответствующих параметров в программном обеспечении. Этот процесс имеет две цели: во-первых, установить единую систему координат, определив четыре точки на L-стержне, что позволяет системе различать его длинную ось и короткую ось, таким образом определяя ориентацию и начало мировых координатных осей. Во-вторых, этот процесс предоставляет начальный набор параметров для камер, которые видят L-стержень, служа отправной точкой для дальнейшей оптимизации параметров.

T-калибровка предназначена для обеспечения каждой камеры достаточными данными для итерации и оптимизации параметров на основе исходных значений. В процессе работы программа находится в режиме T-калибровки, а оператор колеблет T-бар в пределах области, позволяя камерам захватывать большое количество данных в реальном времени.

2 Сбор и передача данных

2.1 Сбор данных

После калибровки можно получить пространственные данные объекта, который необходимо зафиксировать. Рефлексивные маркеры (маленькие серебристо-серые сферы, покрытые специальным отражающим веществом) помещаются на поверхность человека или объекта, который нужно определить. Камеры захвата движения излучают инфракрасный свет из своих светодиодов, который затем отражается обратно рефлексивными маркерами. Когда несколько оптических камер одновременно «видят» маркер, определяется его 3D-координата в пространстве.

2.2 Передача данных

Информация о положении отражающих маркеров, зафиксированная камерами, должна передаваться на компьютер в режиме реального времени для обработки данных и использования. В оптической системе захвата движения все камеры подключены к коммутатору через Ethernet-кабели. После того как камеры зафиксируют пространственную информацию о положении отражающих маркеров, эта информация передается на коммутатор через Ethernet-кабели, а затем отправляется от коммутатора на подключенный компьютер, где она принимается в реальном времени программным обеспечением для захвата движения.

3 Распознавание и обработка данных

После того как программное обеспечение получает 3D-пространственные позиции нескольких отражающих маркеров, следующим шагом является распознавание объекта. Когда несколько отражающих маркеров прикреплены к поверхности одного и того же объекта, расстояния между этими конкретными точками постоянны. Поэтому точки на одном и том же объекте получают имена, а отношения между точками представляются их соединением линиями. Этот набор имен точек и информации о линиях записывается в программное обеспечение как Markerset. Когда объект с информацией этого Markerset появляется в поле, система распознает его как независимый объект.

Некоторые процессы захвата движений человека требуют большого количества маркеров для сбора данных. Существуют специальные модели маркеров, доступные для использования. Рефлектирующие маркеры прикрепляются к заранее определённым местам на теле человека, после чего маркеры распознаются, соединяются и связываются с Skeleton в программном обеспечении.

Как только система может идентифицировать объект для захвата в реальном времени, устанавливается полный оптический системы захвата движений. Далее можно проводить захват движений напрямую, а данные модели могут корректироваться и настраиваться в реальном времени в программном обеспечении. В зависимости от требований различных сфер, оптические системы захвата движений также могут синхронизироваться с силовыми платформами и другими устройствами для одновременного захвата данных о движении и силе или подключаться к 3D-программному обеспечению для создания виртуальных персонажей.