Осваивая Движение:
Основы раскрыты

Что такое захват движения? Этот термин интуитивно понимается как запись движений наблюдаемого объекта (будь то человек, предмет или животное) с помощью различных технологических средств и их эффективная обработка. С профессиональной точки зрения, захват движения — это продвинутая технология, способная измерять и записывать траектории движения и позы движущихся объектов в реальном 3D-пространстве в реальном времени и воссоздавать эти движения в виртуальном 3D-пространстве в каждый момент времени.

Поскольку это технология, существует множество методов её реализации. Технологию захвата движения в настоящее время можно разделить на следующие типы: оптическую, инерциальную, механическую, акустическую и электромагнитную.

Оптический захват движения, как следует из названия, использует оптические принципы для захвата и локализации объектов. Он фиксирует информацию о положении маркеров, установленных на человеческом теле или объектах, с помощью оптических камер для завершения захвата движений. Оптический захват движения основывается на наборе точных и сложных оптических камер, которые используют принципы компьютерного зрения и несколько высокоскоростных камер для отслеживания контрольных точек с различных углов, чтобы завершить захват движений всего тела. Оптический захват движения можно разделить на пассивный и активный типы. Эта классификация основана на маркерах. Активные маркеры излучают свет активно и даже могут нести идентификационные коды, что позволяет камерам фиксировать их в поле зрения и записывать их траектории движения. Пассивный оптический захват движения использует свет инфракрасной длины волны, излучаемый самой камерой, который отражается от специальным образом обработанных отражающих маркеров, позволяя камерам захватывать и записывать траекторию движения маркера в поле зрения.

Инерциальный захват движения включает использование инерционных навигационных датчиков, таких как AHRS (Системы отслеживания положения и ориентации) и IMU (Инерциальные измерительные устройства), для измерения ускорения, ориентации и углов наклона субъекта или объекта, который захватывается. Инерциальный захват движения требует различных аксессуаров, таких как беспроводные устройства, аккумуляторные блоки и датчики. Это похоже на ношение полного костюма с датчиками, прикрепленными к различным частям тела, для захвата данных о движениях человека или объекта.

Механические системы захвата движения полагаются на механические устройства для отслеживания и измерения траекторий движения. Типичная система состоит из нескольких суставов и жестких стержней, с установленными в поворотных суставах датчиками угла, которые фиксируют изменения углов вращения суставов. Когда устройство движется, положение и траектория движения концов стержней в пространстве могут быть определены на основе измеренных изменений углов и длины стержней.

Акустическая система захвата движения обычно состоит из передатчика, приемной системы и процессорной системы. Передатчик, как правило, является ультразвуковым генератором, а приемная система обычно состоит из трех или более ультразвуковых зондов. Измеряя время или разницу фаз звуковых волн от передатчика до датчиков, определяется расстояние до принимающих датчиков, а позиция и ориентация ультразвукового генератора относительно приемников рассчитываются на основе информации о расстоянии от трех треугольным образом расположенных приемников.

Электромагнитная система захвата движения обычно состоит из передатчика, принимающих датчиков и блока обработки данных. Передатчик создает электромагнитное поле в пространстве с определенным спатиально-временным распределением. Принимающие датчики размещаются в ключевых точках на теле исполнителя и движутся в пределах электромагнитного поля в соответствии с движениями исполнителя. Датчики передают полученные сигналы в блок обработки по кабелю или по беспроводным средствам, и эти сигналы используются для вычисления пространственного положения и ориентации каждого датчика.

Механический захват движения, хоть и является недорогим и высокоточным, неудобен из-за размера и веса механического оборудования. Акустический захват движения страдает от значительной задержки и низкой точности, что делает его неподходящим для большинства приложений. Оборудование для электромагнитного захвата движения требует строгих условий окружающей среды, так как близкие металлические объекты могут искажать электромагнитное поле, что влияет на точность. Следовательно, механические, акустические и электромагнитные системы захвата движения менее распространены в современных приложениях.

Основные технологии захвата движений – это инерциальный захват движений и оптический захват движений. В оптическом захвате движений, так как активные маркеры требуют питания, аксессуары и проводка, необходимые для их фиксации, могут повлиять на удобство использования. Поэтому пассивный оптический захват движений сейчас является основным. По сравнению с субмиллиметровой точностью пассивного оптического захвата движений, ошибка инерциального захвата накопляется со временем, и его точность не так хороша, как у пассивного оптического захвата. Что касается условий использования, сенсоры в инерциальном захвате могут намагничиваться со временем, если они подвергаются воздействию магнитных полей, поэтому необходимо избегать магнитных полей (включая, но не ограничиваясь, компьютерами, клавиатурами, телевизорами и т.д.) во время использования. В таких областях, как автоматизированный контроль, анализ движений, анализ походки, виртуальная реальность, эргономика, кино и анимация, пассивный оптический захват движений часто имеет преимущества. Учитывая стоимость инерциального захвата по сравнению с пассивным оптическим захватом, инерциальный захват часто выбирается в областях, где высокая точность не требуется (например, для захвата движений толпы в некоторых фильмах и телевизионных передачах).