Кіріспе

Визуалды эффектілерде компьютерлік графиканы тікелей түсірілген кадрларға енгізуге мүмкіндік беретін техника – матч-мувинг. Визуалды эффектілерде матч-мувинг – бұл 2D элементтерді, басқа тікелей түсірілген элементтерді немесе CG компьютерлік графиканы түсірілген нысандарға қатысты дұрыс орналасу, масштаб, бағдар және қозғалыспен қосуға мүмкіндік беретін әдіс. Ол сонымен қатар тікелей түсірілген кадрдан тікелей түсірілген элементтерді алып тастауға да мүмкіндік береді. Бұл термин кинофильмнен камера қозғалысы туралы ақпаратты алудың әртүрлі әдістерін сипаттау үшін қолданылады. Оны кейде қозғалыстың ізін ұстау немесе камераны шешу деп те атайды. Матч-мувинг ротоскопиямен және фотограмметриямен байланысты. Матч-мувингті кейде қозғалыс түсірумен шатастырады, ол камера емес, заттардың – көбінесе адамдардың – қозғалысын жазады. Әдетте, қозғалыс түсіруге арнайы камералар мен сенсорлар және бақыланатын орта қажет (бірақ Kinect камерасы және Apple Face ID сияқты соңғы жаңалықтар бұл жағдайды өзгерте бастады). Матч-мувинг механикалық құралдарды бірнеше бірдей камера қозғалыстарын орындау үшін пайдаланатын қозғалыс бақылау фотосуретінен де ерекшеленеді. Матч-мувинг, керісінше, әдетте бағдарламалық қамтамасыз ету технологиясы болып табылады және бақылаусыз ортада қарапайым камерамен түсірілген кадрларға қолданылады. Матч-мувинг камераның кадр арқылы қозғалысын бақылау үшін негізінен қолданылады, осылайша 3D анимациялық бағдарламада сол бірдей виртуалды камера қозғалысын қайта жаңғыртуға болады. Жаңа анимациялық элементтер түпнұсқа тікелей түсірілген кадрға қосылғанда, олар перспективаға сәйкес келіп, бірігіп тұрғандай көрінеді. Бағдарламалық жасақтамаға негізделгендіктен, матч-мувинг компьютерлік қуаттың құны төмендеген сайын қолжетімді бола бастады. Қазір ол беделді визуалды эффект құралы және тіпті тікелей теледидар хабарларында, мысалы, американдық футболдағы сары виртуалды сызықты көрсету үшін де қолданылады.

Принцип

Шамды жылжыту процесі екі қадамға бөлінеді.

Трекерлеу

Бірінші қадам – ерекшеліктерді анықтау және қадағалау. Ерекшелік – бұл бейнедегі нақты бір нүкте, оны қадағалау алгоритмі бірнеше кадр бойында байлап, іздей алады (SynthEyes оларды blips деп атайды). Көбінесе ерекшеліктер олардың жарық/қоңыр дақтар, жиектер немесе бұрыштар болуына байланысты таңдалады, бұл нақты қадағалау алгоритміне байланысты. Көптеген бағдарламалар NCC көрсеткіші және RMS қатесіне негізделген үлгіні сәйкестендіруді пайдаланады. Маңыздысы, әрбір ерекшелік нақты нысанның бетіндегі нақты бір нүктені көрсетеді. Ерекшелік қадағаланғанда, ол кадрлар тізбегі бойынша ерекшеліктің орнын көрсететін екі өлшемді координаттар тізбегіне айналады. Бұл тізбек "жол" деп аталады. Жолдар құрылғаннан кейін оларды 2D қозғалысты қадағалау үшін дереу пайдалануға болады, немесе 3D ақпаратты есептеу үшін қолдануға болады.

Нүктелі бұлт проекциясы

Камераның әрбір кадр үшін орналасуы анықталғаннан кейін, кері проекция арқылы нақты кеңістіктегі әрбір ерекшеліктің орналасуын бағалау мүмкін болады. Нәтижедегі нүктелер жиынтығы көбінесе тұмандыққа ұқсас шикі түрінен ақ, нүктелік бұлт деп аталады. Нүктелік бұлттар көбінесе 3D кеңістіктің пішінінің бір бөлігін көрсетеді, сондықтан оларды синтетикалық объектілерді орналастыру үшін немесе нақты кеңістіктің 3D нұсқасын жасау үшін реконструкция бағдарламасы қолдануға болады.

Жер деңгейін анықтау

Камера мен нүктелік бұлт белгілі бір кеңістікте бағдарлануы керек. Сондықтан, калибрлеу аяқталғаннан кейін, жер жазықтығын анықтау қажет. Әдетте, бұл проекцияланған кеңістіктің масштабын, бағытын және бастапқы нүктесін анықтайтын бірлік жазықтық болып табылады. Кейбір бағдарламалар мұны автоматты түрде жасауға тырысады, бірақ көбінесе пайдаланушы осы жазықтықты өзі анықтайды. Жер жазықтығын өзгерту барлық нүктелерді қарапайым түрлендіруден өткізетіндіктен, жазықтықтың нақты орны ыңғайлылыққа байланысты мәселе.

Қайта құру

3D реконструкциясы – түсірілген нысанды іздеу деректерін пайдалана отырып қайта жасаудың өзара әрекеттесетін процесі. Бұл техника фотограмметриямен байланысты. Осы нақты жағдайда біз кездейсоқ түсірілген кадрлардан көріністі қайта құру үшін match moving бағдарламасын пайдалануды айтамыз. Реконструкция бағдарламасы түсірілген көріністегі нақты нысандарды ұқсататын үш өлшемді нысандарды құра алады. Нүктелі бұлттан алынған деректер мен пайдаланушының болжамын пайдаланып, бағдарлама виртуалды нысанды құра алады, содан кейін кадрдан текстураны алып, оны виртуалды нысанға беттік текстура ретінде проекциялай алады.

Автоматты және интерактивті бақылау

Кескіннен қозғалыс ақпаратын алудың екі әдісі бар. Интерактивті қадағалау, кейде "бақылаулы қадағалау" деп аталады, пайдаланушының көрініс бойынша нысандарды қадағалауына тәуелді. Автоматты қадағалау компьютерлік алгоритмдерге негізделген, олар кадр бойынша нысандарды анықтап, қадағалайды. Қадағаланған нүктелердің қозғалысы "шешім" есептеу үшін қолданылады. Бұл шешім камера туралы барлық ақпараттан – қозғалыс, фокустық қашықтық және линзаның бұрмалануы сияқты – тұрады. Автоматты қадағалаудың артықшылығы – компьютер адамнан әлдеқайда жылдам көптеген нүктелерді жасай алады. Көптеген нүктелерді статистикалық талдау арқылы ең сенімді деректерді анықтауға болады. Автоматты қадағалаудың кемшілігі – алгоритмге байланысты, компьютер көріністегі нысандарды қадағалап отыра отырып, оңай шатасуы мүмкін. Автоматты қадағалау әдістері, әсіресе, камераның жылдам қозғалысы бар кадрларда, мысалы, қолмен түсірілген кадрларда және кішкентай плиткалар сияқты қайталанатын нысандар немесе бір аймақ ерекше емес кез келген үлгілер бар кадрларда тиімсіз. Бұл әдіс сондай-ақ кадрда қозғалыс бұлыңғырлығы көп болғанда, кішкентай бөлшектерді ажыратуды қиындатады. Интерактивті қадағалаудың артықшылығы – адам пайдаланушысы барлық көрініс бойынша нысандарды қадағалай алады және қатаң емес нысандармен шатаспайды. Адам пайдаланушысы қозғалыс бұлыңғырлығынан зардап шегетін кадрдағы нысандардың қайда екенін де анықтай алады; автоматты қадағалаушы үшін қозғалыс бұлыңғырлығы жоғары нысандарды дұрыс табу өте қиын. Интерактивті қадағалаудың кемшілігі – пайдаланушы көрініс бойынша нысандарды қадағалап жүргенде кішігірім қателерді енгізеді, бұл "қисайту" деп аталатын жағдайға әкелуі мүмкін. Кәсіби деңгейдегі қозғалысты қадағалау әдетте интерактивті және автоматты әдістердің үйлесімін қолдану арқылы жүзеге асырылады. Суретші анық аномальды нүктелерді алып тастап, автоматты қадағалау процесінен шатастыратын ақпаратты блоктау үшін "қадағалау маскаларын" қолдана алады. Қадағалау маскалары сондай-ақ актер немесе айналып тұрған төбе желдеткіші сияқты қозғалатын элементтері бар кадр аймақтарын жабу үшін қолданылады.

Трекерлік маттар

Трейкинг маты түсінік бойынша Matte композициясында қолданылатын қоқыс матына ұқсас. Дегенмен, трейкинг матының мақсаты – трекинг алгоритмдерінің сенімсіз, маңызсыз немесе қатаң емес трекинг нүктелерін пайдалануына кедерлес ету. Мысалы, актер фонның алдында жүріп бара жатқан сахнада, суретші камераны сахна арқылы трекке алу үшін актердің қозғалысы есептеулерді қателететінін білгендіктен, тек фонды ғана пайдаланғысы келеді. Осы жағдайда суретші актердің қозғалысын бақылап, трекинг процесінен осы ақпаратты жауып қояды.

Тазарту

Калибрлеу процесінде көбінесе бірнеше мүмкін шешімдер болады және қателердің көп мөлшері жиналуы мүмкін болғандықтан, жылжытуды сәйкестендірудің соңғы қадамы көбінесе шешімді қолмен жетілдіруді қамтиды. Бұл камераның қозғалысын өзгерту немесе калибрлеу механизміне түйсіндірулер беруді білдіруі мүмкін. Осындай интерактивті калибрлеу "жетілдіру" деп аталады. Көптеген жылжытуды сәйкестендіру қолданбалары бақылау және калибрлеу үшін ұқсас алгоритмдерге негізделген. Көбінесе бастапқы нәтижелер ұқсас болады. Дегенмен, әр бағдарламаның әртүрлі жетілдіру мүмкіндіктері бар.

Нақты уақыт

Фильм түсірілімінде нақты уақыт режиміндегі камераны қадағалау кеңінен қолданыла бастады, бұл түсірілімнен кейін қосылатын элементтерді түсірілім алаңында дереу көруге мүмкіндік береді. Бұл режиссер мен актерлерге түсірілім кезінде немесе одан кейін түсірілген кадрларды көру арқылы өнер көрсетулерін жақсартуға көмектеседі. Енді олар көк немесе жасыл экранға қарай ойнап, нәтиже туралы кері байланыс алмауға қажеттілік жоқ. Көздің бағытын анықтау, актерлердің орналасуы және CGI әрекеттесуі енді түсірілім алаңында тікелей жасалуы мүмкін, бұл кадрдың дұрыс екеніне және соңғы монтажда жұмыс істейтініне барлығына сенімділік береді. Мұны іске асыру үшін аппараттық және бағдарламалық құралдарды қоса алғанда, бірнеше компоненттерді біріктіру қажет. Бағдарламалық құрал камераның 360 градусқа дейінгі еркіндік қозғалысын, сондай-ақ зум, фокус, диафрагма және жалюзи сияқты көптеген түрлі аппараттық құрылғылардан алынған метадеректерді жинайды. Бұл PhaseSpace-тің белсенді LED маркерлік жүйесі сияқты қозғалысты түсіру жүйелерінен, Motion Analysis немесе Vicon сияқты пассивті жүйелерден, Technocranes және Fisher Dollies сияқты камералық крандар мен платформаларына орнатылған роторлық энкодерлерден немесе тікелей камераға орнатылған инерциялық және гироскопиялық сенсорлардан болуы мүмкін. Сондай-ақ, лазерлік қадағалау жүйелері бар, оларды Steadicam-дарды қоса алғанда, кез келген нәрсеге қосып, жаңбыр жауғанда 30 метрге дейінгі қашықтықта камераны қадағалауға болады. Қозғалыс бақылау камераларын 3D камера деректерінің көзі немесе мақсаты ретінде де пайдалануға болады. Камера қозғалыстарын алдын ала визуализациялап, содан кейін 3D камерамен дәл сол траекториямен камералық кранды басқаратын қозғалыс бақылау деректеріне айналдыруға болады. Крандағы энкодерлерді де осы процесті кері қайтару үшін және түсірілім кезінде нақты уақытта тікелей 3D камераларды жасау үшін пайдалануға болады. Деректерді кез келген саны бар 3D қолданбаларға жіберуге болады, бұл 3D суретшілеріне өздерінің CGI элементтерін тікелей түсірілім алаңында өңдеуге мүмкіндік береді. Басты артықшылығы – түсірілім процесінде уақытты және қаржыны талап ететін декорация мәселелерін шешуге болады, актерлердің әрбір түсірілімде әр ортаға сәйкес келетініне көз жеткізуге болады. Нақты уақыт режиміндегі қозғалысты түсіру жүйелерін де камера деректері ағынымен біріктіруге болады, бұл виртуалды кейіпкерлерді түсірілім алаңындағы тікелей түсірілімге енгізуге мүмкіндік береді. Бұл MoCap-пен басқарылатын нақты және виртуалды кейіпкерлердің өзара әрекеттесуін күрт жақсартады, өйткені түсірілім және CGI өнер көрсетулерін бірге хореографиялауға болады.