Что такое захват движения

Что такое захват движения? Этот термин можно интуитивно понять как запись движений наблюдаемого объекта (будь то человек, предмет или животное) с помощью различных технологических средств и их эффективную обработку. С профессиональной точки зрения, захват движения — это передовая технология, способная измерять и записывать траектории движения и позы движущихся объектов в реальном трехмерном пространстве в режиме реального времени и реконструировать эти движения в виртуальном трехмерном пространстве в каждый момент времени.

Устройства захвата движения, основанные на разных принципах

Поскольку это технология, существует множество методов её реализации. Технология захвата движения в настоящее время может быть разделена на следующие типы: оптический, инерциальный, механический, акустический и электромагнитный.

Оптический захват движения, как следует из названия, использует оптические принципы для захвата и локализации объектов. Система фиксирует информацию о положении маркеров, закрепленных на человеческом теле или объектах, с помощью оптических камер для завершения захвата движений. Оптический захват движения зависит от комплекса точных и сложных оптических камер, которые используют принципы компьютерного зрения и несколько высокоскоростных камер для отслеживания целевых характерных точек с разных углов для полного захвата действий тела. Оптический захват движения может быть разделен на пассивный и активный типы. Эта классификация основана на типе маркеров. Активные маркеры активно излучают свет и могут даже нести идентификационные коды, позволяя камерам наблюдать их в поле зрения и записывать их траектории движения. Пассивный оптический захват движения использует специфический инфракрасный свет определенной длины волны, излучаемый самой камерой, который отражается от специально обработанных отражающих маркеров, позволяя камерам захватывать и записывать траекторию движения маркера в поле зрения.

Инерционный захват движения включает использование датчиков инерционной навигации, таких как системы определения положения и курса (AHRS) и инерционные измерительные устройства (IMU), для измерения ускорения, ориентации и углов наклона захватываемого субъекта или объекта. Инерционный захват движения требует различных аксессуаров, таких как беспроводные устройства, аккумуляторные батареи 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 основаны на использовании механических устройств для отслеживания и измерения траекторий движения. Типичная система включает в себя множество суставов и жестких стержней, с угловыми датчиками, установленными во вращающихся суставах для обнаружения изменений углов вращения суставов. Когда устройство двигается, положение и траектория движения концов стержней в пространстве могут быть определены на основе измеренных изменений углов и длин стержней.

Акустическая система захвата движения обычно состоит из передатчика, системы приемников и системы обработки. Передатчик обычно является ультразвуковым генератором, а система приемников обычно состоит из трех или более ультразвуковых датчиков. Измеряя разницу во времени или фазе звуковых волн от передатчика к датчикам, определяется расстояние до приемных датчиков, а положение и ориентация ультразвукового генератора относительно приемников рассчитываются на основе информации о расстоянии от трех треугольно расположенных приемных датчиков.

Электромагнитная система захвата движения обычно состоит из передатчика, приемных датчиков и блока обработки данных. Передатчик создает в пространстве электромагнитное поле с определенным пространственно-временным распределением. Приемные датчики размещаются на ключевых позициях тела исполнителя и перемещаются внутри электромагнитного поля в соответствии с движениями исполнителя. Датчики передают полученные сигналы в блок обработки посредством кабеля или беспроводным способом, и эти сигналы используются для вычисления пространственного положения и ориентации каждого датчика.

Состояние применения устройств захвата движения

Механический захват движения, несмотря на свою невысокую стоимость и высокую точность, неудобен из-за размеров и веса механического оборудования. Акустический захват движения страдает от значительных задержек и низкой точности, что делает его непригодным для большинства применений. Оборудование для электромагнитного захвата движения требует строгих условий окружающей среды, поскольку наличие металлических объектов поблизости может искажать электромагнитное поле, влияя на точность. В результате системы механического, акустического и электромагнитного захвата движения редко используются в современных приложениях.

Основные технологии захвата движения - инерционный и оптический захват движения.В оптическом захвате движения активные маркеры требуют питания, поэтому аксессуары и проводка, необходимые для крепления маркеров, могут влиять на удобство использования.Поэтому сейчас основным является пассивный оптический захват движения.По сравнению с точностью в субмиллиметр пассивного оптического захвата движения, ошибка инерционного захвата движения накапливается со временем, и его точность не так высока, как у пассивного оптического захвата движения.Что касается условий использования, датчики в инерционном захвате движения могут магнетизироваться со временем при воздействии магнитных полей, поэтому необходимо избегать магнитных полей (включая, но не ограничиваясь компьютерами, клавиатурами, телевизорами и т. д.) во время использования.В таких областях, как автоматизация управления, анализ движений, анализ походки, виртуальная реальность, эргономика, кино и анимация, пассивный оптический захват движения часто имеет преимущества.Учитывая преимущество по стоимости инерционного захвата движения перед пассивным оптическим, инерционный захват движения часто выбирают в областях, где не требуется высокая точность (например, для захвата движения толпы в некоторых фильмах и телевизионных проектах).