Кіріспе
Заттар немесе адамдардың қозғалысын жазу процесі
Қозғалыс түсіру (кейде мокап немесе мокап деп қысқартылатын) – заттардың немесе адамдардың қозғалысын жазу процесі. Ол әскери, ойын-сауық, спорт, медицина салаларында, сондай-ақ компьютерлік көру және роботтарды тексеруде қолданылады. Фильмдерді түсіру және бейне ойындарды жасау кезінде ол адам актерлерінің қимыл-қозғалысын жазуға және осы ақпаратты 2D немесе 3D компьютерлік анимациядағы цифрлық кейіпкерлерді жандандыруға пайдалануды білдіреді. Егер ол бет және саусақтарды қамтыса немесе ерекше мінез-құлқыларды жатса, оны көбінесе орындауды түсіру деп атайды. Көптеген салаларда қозғалыс түсіруді кейде қозғалысты қадағалау деп те атайды, бірақ фильмдер мен ойындарда қозғалысты қадағалау көбінесе камераның қимылымен үйлесуді білдіреді. Қозғалыс түсіру сеанстары кезінде актерлердің қимылдары секундына көп рет тіркеледі. Алғашқы әдістерде 3D кеңістіктегі орналасуын анықтау үшін бірнеше камерадан алынған бейнелер пайдаланылса, көбінесе қозғалыс түсірудің мақсаты актердің визуалды бейнесін емес, оның қозғалысын жазу болып табылады. Бұл анимациялық деректер 3D модельге бейімделеді, нәтижесінде модель актер сияқты бірдей қимылдарды орындайды. Бұл әдіс ротоскопия сияқты ескі техникадан өзгеше. Камераның қимылы да қозғалыс түсіру арқылы тіркелуі мүмкін, сонда сахнадағы виртуалды камера оператордың басқаруымен актердің ойнауы кезінде иіліп, бұрылып немесе жылжып тұрады. Сонымен қатар, қозғалыс түсіру жүйесі актердің өнерін, камераны және реквизиттерді де жазуға қабілетті. Бұл компьютерде жасалған кейіпкерлердің, суреттердің және декорациялардың камерадағы бейнелермен бірдей перспективада көрсетілуіне мүмкіндік береді. Компьютер деректерді өңдеп, актердің қозғалысын көрсетеді және түсірілім алаңындағы объектілерге қатысты қажетті камералық позицияларды ұсынады. Түсірілген кадрлардан камераның қимылы туралы деректерді кейіннен алу камераны қадағалау немесе қимылмен сәйкестендіру деп аталады. Қозғалыс түсіру арқылы жасалған алғашқы виртуалды актер 1993 жылы Дидье Пурсель және оның Gribouille командасы жасаған. Ол француз комедияшысы Ричард Борингердің денесі мен бет-әлпетін "көшіруді" және оны жаңа ғана пайда бола бастаған қозғалыс түсіру құралдарымен жандандыруды қамтыды.
Кемшіліктер
Деректерді алу және өңдеу үшін арнайы аппараттық және бағдарламалық жасақтама қажет. Шағын өндірістер үшін қажетті бағдарламалық қамтамасыз ету, жабдықтар және персоналға кеткен шығын тым жоғары болуы мүмкін. Түсіру жүйесіне камераның көріс бұрышына немесе магниттік бұрмалауға байланысты, жұмыс істейтін кеңістікке қатысты нақты талаптар қойылуы мүмкін. Проблема туындаған жағдайда деректерді өңдеуге тырысудың орнына, сахнаны қайта түсіру әлдеқайда оңай. Деректерді нақты уақытта көруге және түсірімді қайта жасау қажеттігін анықтауға мүмкіндік беретін жүйелер санаулы ғана. Алғашқы нәтижелер деректерді қосымша өңдеусіз түсіру көлемінде қол жеткізілетін нәрсемен шектеледі. Физика заңдарын бұзатын қозғалысты түсіру мүмкін емес. Дәстүрлі анимация техникалары, мысалы, күту және жалғастыру, екіншілік қозғалыс немесе кейіпкердің пішінін өзгеруі (мысалы, "сквош" және "стреч" анимациясы сияқты) кейіннен қосылуы тиіс. Компьютерлік модель түсірілген нысаннан басқаша пропорцияға ие болса, бұрмаланулар пайда болуы мүмкін. Мысалы, мультфильм кейіпкерінің аса ірі қолдары болса, орындаушы физикалық қозғалысына жеткілікті назар бермесе, олар кейіпкердің денесімен келіспеуі мүмкін.
Қолданбалар
Қозғалыс түсірудің көптеген қолданыс аймақтары бар. Ең көп таралғандары – бейне ойындар, фильмдер және қозғалысты жазу, бірақ бұл технология Пурдью университетінде робототехниканы дамыту саласындағы зерттеулерде де қолданылуда.
Видео ойындар
Видеоойындарда спортшылардың, жекпе-жектің шеберлерінің және ойын ішіндегі басқа кейіпкерлердің қозғалысын жандандыру үшін көбінесе қозғалыс түсіру технологиясы қолданылады. 1988 жылға дейін, Martech компаниясының Vixen ойынының (модель Corinne Russell орындаған) және Magical Company компаниясының 2D аркадалық ойыны Last Apostle Puppet Show (цифрлық суреттерді жандандыру үшін) 2D ойыншы кейіпкерлерін жандандыру үшін қозғалыс түсірудің алғашқы нысаны қолданылды. Кейіннен, қозғалыс түсіру Sega Model аркадалық ойындарының 3D кейіпкер модельдерін жандандыру үшін танымал болды, мысалы Virtua Fighter (1993) және Virtua Fighter 2 (1994). 1995 жылдың ортасында Acclaim Entertainment компаниясы өз бас кеңсесіне ішкі қозғалыс түсіру студиясын салды. Қозғалыс түсіру анимациялық ойындарға негізделген ойындарда да спортшыларды қолданады, мысалы Naughty Dog's Crash Bandicoot, Insomniac Games' Spyro the Dragon және Rare's Dinosaur Planet.
Робототехника
Ішкі орналасу – оптикалық қозғалыс түсіру жүйелерінің тағы бір қолданысы. Робототехника зерттеушілері басқару, бағалау және қабылдау алгоритмдері мен аппараттық құралдарын әзірлеу және тестілеу кезінде көбінесе қозғалыс түсіру жүйелерін пайдаланады. Сыртқы кеңістікте Глобалды навигациялық спутниктік жүйені (GNSS) Нақты уақыт кинематикасымен (RTK) біріктіре отырып, сантиметрлік дәлдікке қол жеткізу мүмкін. Дегенмен, бұл спутниктерге тікелей көру мүмкін болмаған жағдайларда, мысалы, ішкі ортада, едәуір төмендейді. Коммерциялық оптикалық қозғалыс түсіру жүйелерін сататын көптеген жеткізушілер танымал Роботтық операциялық жүйе (ROS) құрылымымен интеграцияланатын ашық кодты драйверлерді ұсынады, бұл зерттеушілер мен әзірлеушілерге роботтарды әзірлеу барысында тиімді түрде сынауға мүмкіндік береді. Әуе роботтарын зерттеу саласында қозғалыс түсіру жүйелері де кеңінен қолданылады. Әуе кеңістігін пайдалану ережелері адамсыз әуе жүйелерімен (UAS) сыртқы эксперименттер жүргізу мүмкіндігін шектейді. Ішкі сынақтар мұндай шектеулерден қашуға мүмкіндік береді. Әлемдегі көптеген зертханалар мен мекемелер осы мақсатта ішкі қозғалыс түсіру көлемдерін құрды. Пурдью университеті әлемдегі ең ірі жабық қозғалыс түсіру жүйесіне ие, ол Пурдью UAS зерттеу және сынақ орталығында (PURT) орналасқан. PURT UAS зерттеулеріне арналған және 60 қозғалыс түсіру камерасын пайдалана отырып, 600 000 куб футттық бақылау көлемін қамтамасыз етеді. Оптикалық қозғалыс түсіру жүйесі нысаналарды миллиметрлік дәлдікпен оның көлемінде қадағалай алады, бұл зерттеу және әзірлеу кезінде нысаналардың нақты орнын тиімді қамтамасыз етеді – зерттеудегі және әзірлеудегі «нақты дерек» базасы. Басқа сенсорлар мен алгоритмдерден алынған нәтижелер олардың өнімділігін бағалау үшін нақты деректермен салыстырылуы мүмкін.
Фильмдер
Фильмдер CGI эффектілері үшін қозғалыс түсіруді қолданады, кейбір жағдайларда дәстүрлі анимацияны алмастырады және Gollum, The Mummy, King Kong, Pirates of the Caribbean фильмінен Davy Jones, Avatar фильмінен Na'vi және Tron: Legacy фильмінен Clu сияқты толығымен CGI арқылы жасалған кейіпкерлерді жасау үшін пайдаланылады. Ұлы Гоблин, үш Тас тролль, 2012 жылғы «Хоббит: Күтпеген сапар» фильміндегі көптеген орктер мен гоблиндер және Смауг қозғалыс түсіруді пайдаланып жасалды. «Batman Forever» (1995) фильмінде кейбір визуалды эффекттер үшін қозғалыс түсіру қолданылды. Warner Bros. кинофильмнің түсірілімі үшін видео ойын компаниясы Acclaim Entertainment-тен қозғалыс түсіру технологиясын сатып алды. Acclaim компаниясының 1995 жылы шыққан сол аттас видео ойыны да цифрланған графикалық анимация үшін сол қозғалыс түсіру технологиясын қолданды. «Жұлдызды соғыстар: І эпизод – Құпия қақпа» (1999) қозғалыс түсіруді пайдалана отырып жасалған басты кейіпкері бар алғашқы толық метражды фильм болды (сол кейіпкер – Ахмед Бест ойнаған Джар Джар Бинкс), ал Үнді-американдық «Синбад: тұманнан тыс» (2000) фильмі негізінен қозғалыс түсірумен жасалған алғашқы толық метражды фильм болды, бірақ көптеген кейіпкер аниматорлары да фильмде жұмыс істеді, ол өте шектеулі көрсетілімде болды. 2001 жылы шыққан «Final Fantasy: The Spirits Within» қозғалыс түсіру технологиясымен түсірілген алғашқы кең таралған фильм болды. Фильмнің кассада жақсы нәтиже көрсетпесе де, қозғалыс түсіру технологиясын қолдаушылар оған назар аударды. «Total Recall» бұл әдісті бұрыннан қолданған, рентген сканері мен қаңқалар көрінісінде. «Шалқарлар патшасы: Екі мұнара» нақты уақыт режимінде түсірілген алғашқы көркем фильм болды. Бұл әдіс актер Энди Серкистің әрекеттерін компьютерлік бейне арқылы жасалған Голум / Смеагол терісіне ағызады. Storymind Entertainment, тәуелсіз украиндық студиясы, «My Eyes On You» деп аталатын нео-нуар үшінші тұлға / атыс ойынын жасады, оның басты кейіпкері Джордан Адалиенді және ойнатылмаған кейіпкерлерді анимациялау үшін қозғалыс түсіруді пайдаланды. 2006 жылғы «Оскар» сыйлығының «Ең үздік анимациялық фильм» номинациясы бойынша үш үміткердің екеуі («Монстр үй» және жеңімпаз «Бақытты аяқтар») қозғалыс түсіруді қолданды, ал тек Disney·Pixar’s «Көліктер» ғана қозғалыс түсірусіз анимацияланды. Pixar’s «Рататуйль» фильмінің соңғы титрлерінде фильмді «100% таза анимация – Қозғалыс түсіру жоқ!» деп белгілейтін мөр пайда болады. 2001 жылдан бері қозғалыс түсіру кеңінен қолданылып, тірі актерлік өнердің көрінісін фотореалистік цифрлық кейіпкерлермен симуляциялауға немесе жақындатуға мүмкіндік берді. «Поляр экспресі» Том Хэнксті бірнеше түрлі цифрлық кейіпкер ретінде ойнауға мүмкіндік берді (оның ішінде ол да дауыстау жасады). 2007 жылғы «Беовульф» анимациялық фильмінде кейіпкерлердің сыртқы келбеті олардың қозғалысын және дауыстарын берген актерлерге ұқсас болды. Джеймс Кэмеронның өте танымал «Аватар» фильмі Пандорадағы Na'vi тайпасын жасау үшін осы әдісті пайдаланды. Walt Disney Company Роберт Земекистің «Рождестволық ән» фильмін осы техниканы қолдана отырып жасады. 2007 жылы Disney Zemeckis’s ImageMovers Digital (қозғалыс түсіру фильмдерін шығаратын) сатып алды, бірақ «Mars Needs Moms» фильмінің кассадағы сәтсіздігінен кейін 2011 жылы жапты. Толығымен қозғалыс түсіру анимациясымен түсірілген телесериалдарға Канададағы «Laflaque», Нидерландыдағы «Sprookjesboom» және «vertical align=sup» және Ұлыбританиядағы «Headcases» кіреді.
Қозғалыс түсірілімі
Виртуалды шындық және толықтырылған шындық провайдерлері, мысалы uSens және Gestigon, қол қозғалыстарын тіркеу арқылы пайдаланушыларға нақты уақытта цифрлық контентпен өзара әрекеттесуге мүмкіндік береді. Бұл оқу симуляциялары, визуалды қабылдау тесттері немесе 3D ортада виртуалды түрде серуендеу үшін пайдалы болуы мүмкін. Қозғалысты тіркеу технологиясы компьютерлік кейіпкерлерді нақты уақытта басқару үшін цифрлық қуыршақ жүйелерінде жиі қолданылады. Дене қозғалысын талдау – клиникалық медицинада қозғалысты тіркеудің бір саласы. Техникалар дәрігерлерге адам қозғалысын бірнеше биомеханикалық факторлар бойынша бағалауға мүмкіндік береді, көбінесе осы ақпаратты тікелей талдау бағдарламалық құралына жіберіп. Кейбір физиотерапиялық клиникалар пациенттің прогресін объективті түрде бағалау үшін қозғалысты тіркеуді пайдаланады. Джеймс Кэмеронның «Аватар» фильмін түсірген кезде қозғалысты тіркеуді қамтитын барлық көріністер Autodesk MotionBuilder бағдарламалық құралын пайдалану арқылы экрандағы бейнелерді көрсету үшін режиссер мен актерге фильмде қалай көрінетінін көруге мүмкіндік берді, бұл фильмді көрерменге көрінетіндей түсіруді жеңілдетті. Бұл әдіс алдын ала көрсетілген анимацияда мүмкін болмаған көріністер мен бұрыштарға қол жеткізуге мүмкіндік берді. Кэмерон өзінің нәтижелеріне соншалықты риза болды, Стивен Спилберг пен Джордж Лукасты жүйе жұмыс істеп тұрғанда көруге шақырды. Marvel's The Avengers фильмінде Марк Руффало өзінің Халк кейіпкерін ойнау үшін қозғалысты тіркеуді пайдаланды, бұрынғы фильмдердегідей тек компьютерлік графиканы пайдаланбады, соның арқасында Руффало Брюс Баннердің адам және Халк нұсқаларын сомдаған алғашқы актер атанды. FaceRig бағдарламалық құралы ULSee Inc. компаниясының бетті тану технологиясын ойыншының бет-әлпетін картаға түсіру үшін, ал Perception Neuron-нан дене қозғалысын бақылау технологиясын 2D немесе 3D кейіпкердің экрандағы қозғалысын картаға түсіру үшін пайдаланады. 2016 жылғы Сан-Францискода өткен Game Developers Conference 2016 іс-шарасында Epic Games Unreal Engine-де толық дене қозғалысын тікелей көрсетті. Алдағы Hellblade ойынынан Сеноа атты әйел жауынгер туралы көрініс нақты уақыт режимінде көрсетілді. Баяндама Unreal Engine, Ninja Theory, 3Lateral, Cubic Motion, IKinema және Xsens компанияларының бірлескен жұмысы болды. 2020 жылы екі дүркін Олимпиада чемпионы, мәнерлі сырғанаушы Юзуру Ханю Васеда университетін бітірді. Дипломдық жұмысында ол денесіне орналасқан 31 сенсордан алынған деректерді пайдаланып, өзінің секірулерін талдады. Ол технологияны ұпай жүйесін жақсарту және сырғанаушылардың секіру техникасын жетілдіру үшін қолданудың тиімділігін бағалады. 2021 жылдың наурыз айында дипломдық жұмыстың қорытындысы академиялық журналда жарияланды.
Әдістер мен жүйелер
Қозғалысты қадағалау немесе қозғалысты түсіру 1970 және 1980 жылдары биомеханикалық зерттеулерде фотограмметриялық талдау құралы ретінде басталып, технология жетілген сайын білім беру, оқыту, спорт және соңғы кезде теледидар, кино және бейне ойындар үшін компьютерлік анимация саласына кеңейді. 20-шы ғасырдан бері орындаушы әр буынның жанына маркерлер тағуға тиіс, осы маркерлер арасындағы орналасуы немесе бұрыштары арқылы қозғалыс анықталады. Акустикалық, инерциялық, светодиодтық, магниттік немесе шағылыстыратын маркерлер, не олардың кез келген комбинациясы қолданылады, ең жақсысы – қажетті қозғалыстың жиіліктерінен кемінде екі есе жоғары жиілікте. Жүйенің кеңістіктік және уақыттық ажыратымдылығы маңызды, себебі қозғалыс бұлыңғырлығы төмен ажыратымдылық сияқты бірдей проблемаларды тудырады. 21-ші ғасырдың басынан бастап және технологияның қарқынды өсуіне байланысты жаңа әдістер әзірленді. Көптеген қазіргі жүйелер орындаушының силуэтін фоннан бөліп ала алады. Содан кейін барлық буын бұрыштары математикалық модельді силуетке сәйкестендіру арқылы есептеледі. Силуэтте өзгерістерді байқау мүмкін болмайтын қозғалыстар үшін, маркерлердің санын азайта отырып, екі әдісті де қолдана алатын гибридтік жүйелер қолжетімді. Робототехникада кейбір қозғалысты түсіру жүйелері бір уақытта локализация және карта жасауға негізделген.
Оптика жүйелері
Оптикалық жүйелер кескін сенсорларынан алынған деректерді пайдаланып, екі немесе одан көп камера арасындағы объектінің 3D-позициясын анықтайды, бұл камералар өзара жабысатын проекцияларды қамтамасыз ету үшін калибрленген. Деректерді жинау дәстүрлі түрде актерге бекітілген арнайы белгілерді пайдалану арқылы жүзеге асырылады; алайда, жаңа жүйелер әрбір нақты объект үшін динамикалық түрде анықталған беттік ерекшеліктерді қадағалау арқылы нақты деректерді алуға қабілетті. Көптеген орындаушыларды қадағалау немесе түсіру аймағын кеңейту үшін қосымша камералар қосылады. Бұл жүйелер әрбір белгі үшін үш еркіндік дәрежесін қамтитын деректерді шығарады, ал айналу туралы ақпарат үш немесе одан көп белгінің өзара орналасуынан есептеледі; мысалы, иық, шынтақ және білек белгілері шынтақ бұрышын анықтауға мүмкіндік береді. Жаңа гибридтік жүйелер инерциялық сенсорларды оптикалық сенсорлармен біріктіре отырып, көлеңке түсіруді азайтады, пайдаланушылар санын арттырады және деректерді қолмен өңдеу қажеттілігінсіз қадағалау мүмкіндігін жақсартады.
Пассивті маркерлер
Пассивті оптикалық жүйелер камера линзасына жақын жерде туындайтын жарықты кері шағылыстыратын ретрорефлективті материалмен жабылған маркерлерді пайдаланады. Камераның шекті деңгейін реттеуге болады, сондықтан тек жарқын шағылыстыратын маркерлер ғана үлгіленеді, ал тері мен мата назардан тыс қалады. Маркердің центройды түсірілген екі өлшемді кескіндегі орналасқан жер ретінде есептеледі. Әр пикселдің сұр деңгейі гаусс қисығының центройын анықтау арқылы субпикселдік дәлдікті қамтамасыз ету үшін қолданылуы мүмкін. Белгілі орындарда орналасқан маркерлері бар нысан камераларды калибрлеу және олардың орнын анықтау үшін қолданылады, сондай-ақ әрбір камераның линза бұрмалануы өлшенеді. Егер екі калибрленген камера маркерді көрсе, үш өлшемді анықтама алуға болады. Әдетте жүйе 2-ден 48 камераға дейін құрайды. Маркерлердің ауысуын азайту мақсатында үш жүзден астам камерасы бар жүйелер де бар. Суретке түсірілген нысанды және бірнеше нысанды толық қамту үшін қосымша камералар қажет. Сатушылар барлық пассивті маркерлер бірдей болғандықтан, маркерлердің ауысу мәселесін азайту үшін шектеу бағдарламалық құралын ұсынады. Активті маркерлік жүйелер мен магниттік жүйелерден айырмашылығы, пассивті жүйелер пайдаланушыдан сымдар немесе электрондық жабдықтарды талап етпейді. Оның орнына, жүздеген резеңке шарлар шағылыстыратын таспамен бекітіледі, оларды мерзімік ауыстыру қажет. Маркерлер әдетте тікелей теріге бекітіледі (биомеханикадағыдай) немесе қозғалысты түсіруге арналған арнайы жасалған толық денелі спандекс/ликра костюмін киген орындаушыға жабыстырылады. Бұл типтегі жүйелер әдетте 120-160 кадр/секунд жылдамдықпен көптеген маркерлерді түсіре алады, бірақ ажыратымдылықты төмендету және қызығушылықтың кішігірім аймағын бақылау арқылы 10 000 кадр/секунд жылдамдыққа дейін бақылай алады.
Белсенді маркер
Активті оптикалық жүйелер бір LED-ді кезекпен немесе бірнеше LED-ді өте жылдам жарықтандыру арқылы, немесе оларды салыстырмалы орналасуы бойынша анықтау үшін бағдарламалық жасақтаманы пайдалану арқылы позицияларды триангуляциялайды, бұл шамамен аспандық навигацияға ұқсас. Сырттан шығарылған жарықты кері шағылыстырудың орнына, маркерлердің өзі жарық шығару үшін қуат алады. Кері квадрат заңы екі есе қашықтықта қуаттың төрттен бірін қамтамасыз ететіндіктен, бұл түсіру қашықтығы мен көлемін арттыруға мүмкіндік береді. Бұл сонымен қатар жоғары сигнал/шу қатынасын қамтамасыз етеді, нәтижесінде маркердің тербелісі өте төмен болады және жоғары өлшеу ажыратымдылығына (көбінесе калибрленген көлемде 0,1 мм-ге дейін) қол жеткізіледі. Stargate SG1 телесериалы VFX үшін активті оптикалық жүйені пайдаланып, актердің қозғалыс түсіруді басқа активті емес оптикалық жүйелер үшін қиын ететін реквизиттермен жүріп өтуіне мүмкіндік берген эпизодтар жасады. ILM Ван Хельсинг фильмінде активті маркерлерді қолданды, бұл Дракуланың ұшатын қалыңдықтарын өте үлкен декорацияларда түсіруге мүмкіндік берді, бұл Weta компаниясының Rise of the Planet of the Apes фильмінде активті маркерлерді қолдануымен ұқсас. Әрбір маркерге қуатты кезекті түрде, түсіру жүйесімен фазалық синхронды түрде беруге болады, бұл әрбір маркерді берілген түсіру кадрында бірегей түрде анықтауға мүмкіндік береді, бірақ кадр жиілігі төмендейді. Әрбір маркерді осылай анықтау мүмкіндігі нақты уақыт қосымшаларында пайдалы. Маркерлерді анықтаудың балама әдісі – деректерді қосымша өңдеуді қажет ететін алгоритмдік әдіс. Түсті LED маркерлерін пайдалану арқылы да позицияны анықтауға болады. Мұндай жүйелерде әрбір түс денеге тиесілі нақты бір нүктеге сәйкес келеді. 1980-ші жылдардағы ең алғашқы активті маркерлік жүйелердің бірі – айналмалы айналар мен түсті шыныдан жасалған шағылыстырғыш маркерлері бар гибридті пассивті-активті мокап жүйесі болды, ол маскаланған сызықтық массивтық детекторларды қолданды.
Уақыт модульді белсенді маркер
Белсенді маркерлік жүйелерді бір маркерді кезекпен жандыру арқылы немесе уақыт өте келе бірнеше маркерлерді қадағалап, маркер идентификациясын беру үшін амплитудасын немесе импульс енін модуляциялау арқылы одан әрі жетілдіруге болады. 12 мегапикселдік кеңістіктік ажыратымды модульдеу жүйелері, кеңістіктік және уақыттық ажыратымды жоғарылату арқасында 4 мегапикселдік оптикалық жүйелерге қарағанда әлдеқайда нәзік қозғалыстарды көрсетеді. Режиссерлер актердің ойынын нақты уақытта көріп, қозғалыс түсірілімі арқылы жасалған CG кейіпкеріндегі нәтижелерді бақылай алады. Бірегей маркер идентификаторлары маркерлерді ауыстыру қажеттігін жойып, басқа технологияларға қарағанда әлдеқайда таза деректерді қамтамасыз ету арқылы жұмыстың айналымын қысқартады. Борттық өңдеуі мен радиосинхронизациясы бар LED шамдары күннің тікелей сәулесінде ашық ауада секундына 120-дан 960 кадрға дейін қозғалыс түсіруге мүмкіндік береді, бұл жоғары жылдамдықты электрондық қақпақтың арқасында мүмкін болады. Модуляцияланған идентификаторларды компьютерлік өңдеу қолмен түзетуді немесе операциялық шығындарды төмендету үшін сүзгіленген нәтижелерді азайтуға мүмкіндік береді. Бұл жоғары дәлдік пен ажыратымдылық пассивті технологияларға қарағанда көбірек өңдеуді талап етеді, бірақ қосымша өңдеу камерада субпиксельдік немесе центроидты өңдеу арқылы ажыратымдылықты жақсарту үшін жүзеге асырылады, бұл жоғары ажыратымдылықты және жоғары жылдамдықты қамтамасыз етеді. Мұндай қозғалыс түсіру жүйелерінің бағасы бір актермен сегіз камерадан, 12 мегапикселдік кеңістіктік ажыратымды және 120 герцтік жүйенің құны 20 000 долларға жетеді.
Жартылай пассивті байқалмайтын маркер
Жоғары жылдамдықты камераларға негізделген дәстүрлі тәсілді кері қайтару мүмкін. Prakash сияқты жүйелер арзан, көп диодты жылдам проекторларды пайдаланады. Арнайы құрастырылған көп LED ИК проекторлары кеңістікті оптикалық түрде кодтайды. Ретрорефлективті немесе белсенді жарықдиодты (LED) маркерлердің орнына, жүйе оптикалық сигналдарды түсіру үшін фотосезімтал маркерлерді қолданады. Фотосенсорлары бар маркерлерді сахна нүктелеріне бекіту арқылы, маркерлер әрбір нүктенің орналасқан жерін ғана емес, сонымен қатар оның бағытын, түсетін жарық пен шағылысуын да есептей алады. Бұл қадағалау маркерлері табиғи жарық жағдайында жұмыс істейді және киімге немесе басқа да заттарға көзге түспейтіндей орналастырылуы мүмкін. Жүйе бір сахнадағы маркерлердің шексіз санын қолдайды, әрбір маркер бірегей түрде анықталады, маркерді қайта табу мәселелерін болдырмау үшін. Жүйе жоғары жылдамдықты камераны және оған сәйкес келетін жоғары жылдамдықты бейне ағынын жойғандықтан, ол айтарлықтай төмен деректер еніндігін қажет етеді. Маркерлер сонымен қатар түсетін жарық туралы деректерді ұсынады, оны синтетикалық элементтерді қосатын кезде сахна жарығымен сәйкестендіруге болады. Бұл техника түсірілім алаңында қозғалысты түсіруге немесе виртуалды сеттерді нақты уақытта таратуға өте ыңғайлы болып көрінеді, бірақ оның тиімділігі әлі дәлелденбеген.
Су асты қозғалысын түсіру жүйесі
Жылжымды түсіру технологиясы зерттеушілер мен ғалымдарға бірнеше онжылдықтан бері қолжетімді, соның арқасында көптеген салаға жаңа көзқарас пайда болды.
Су асты камералары
Жүйенің маңызды бөлігі – су асты камерасы – су өткізбейтін корпусқа ие. Корпус коррозияға және хлорға төзімді жабынмен жабдықталған, бұл оны бассейндер мен жүзу бассейндерінде пайдалануға өте қолайлы етеді. Камералардың екі түрі бар. Өнеркәсіптік жоғары жылдамдықты камераларды инфрақызыл камералар ретінде де қолдануға болады. Су асты инфрақызыл камералары су астындағы жарық сәулесінің әлсіреуін азайту үшін әдеттегі инфрақызыл шамның орнына цианитті жарық импульсімен жабдықталады, ал жоғары жылдамдықты камералар LED шаммен немесе бейне өңдеуді пайдалану мүмкіндігімен келеді.
Өлшем көлемі
Су асты камерасы судың сапасы, камераның өзі және қолданылатын маркердің түріне қарай 15–20 метрге дейін қашықтықты өлшеуге мүмкіндік береді. Күдіксіз, ең жақсы нәтиже су мөлдір болғанда алынады, және әдеттегідей, өлшеу көлемі қолданылатын камералардың санына да байланысты. Әртүрлі жағдайларға сәйкес су асты маркерлерінің көптеген түрлері бар.
Өзгелерге арналған
Әр түрлі бассейнге әртүрлі бекітулер мен жабдықтар қажет. Сондықтан, барлық су асты қозғалысын тіркеу жүйелері әрбір нақты бассейнге орнатуға қарай жеке дайындалады. Бассейн ортасына орналасқан камералар үшін, сору кепшіктері бар арнайы жасалған үш аяқты тұғырлар ұсынылады.
Белгісіз
Компьютерлік көрудегі жаңа техникалар мен зерттеулер қозғалысты түсірудің маркерсіз әдісін жылдам дамытуға алып келіп отыр. Стенфорд университеті, Мэриленд университеті, MIT және Макс Планк институтында жасалған сияқты маркерсіз жүйелерге зерттеуге қатысушыларға арнайы жабдық киюдің қажеті жоқ. Арнайы компьютерлік алгоритмдер жүйеге оптикалық деректердің көптеген ағындарын талдап, адам пішіндерін анықтауға және оларды қозғалысты бақылау үшін жеке бөліктерге жіктеуге мүмкіндік береді. Warner Brothers Pictures компаниясының еншілес кәсіпорны ESC Entertainment, виртуалды түсіруді, соның ішінде «The Matrix Reloaded» және «The Matrix Revolutions» фильмдерін түсіру үшін фотореалистік цифрлық көшірмелер жасау мақсатымен құрылған. Олар 7 камерадан тұратын жүйе және камералардың барлық 2D жазықтығындағы барлық пикселдердің оптикалық ағынын бақылау арқылы қозғалыс, қимыл-қозғалыс және бет әлпетін түсіруге мүмкіндік беретін Universal Capture атты әдісті қолданды, нәтижесінде фотореалистік нәтижелерге қол жеткізілді.
Дәстүрлі жүйелер
Дәстүрлі түрде маркерсіз оптикалық қозғалысты қадағалау жүйесі әртүрлі нысандарды – ұшақтарды, ұшыру құралдарын, зымырандарды және спутниктерді бақылау үшін қолданылады. Мұндай оптикалық қозғалысты қадағалаутың көптеген қолданыстары сыртқы ортада жүзеге асады, сондықтан әртүрлі линзалар мен камералар конфигурациялары қажет болады. Бақыланатын нысанның жоғары сапалы суреттері тек қозғалыс деректерін ғана емес, қосымша ақпаратты да ұсынуы мүмкін. NASA-ның "Челленджер" ғарыш кемесінің апатты ұшырылуынан алынған сурет, оқиғаның себебін анықтауда маңызды дәлел болды. Оптикалық қадағалау жүйелері белгілі ғарыш аппараттарын және ғарыш қалдықтарын анықтау үшін де пайдаланылады, бірақ олардың радармен салыстырғанда кемшілігі бар – нысандар жеткілікті жарық шағылыстыруы немесе сәуле шығаруы тиіс. Оптикалық қадағалау жүйесі әдетте үш кіші жүйеден тұрады: оптикалық бейнелеу жүйесі, механикалық қадағалау платформасы және қадағалау компьютері. Оптикалық бейнелеу жүйесі нысаннан келетін жарықты қадағалау компьютері өңдей алатын цифрлық бейнеге түрлендіреді. Оптикалық қадағалау жүйесінің дизайнына байланысты, оптикалық бейнелеу жүйесі қарапайым стандартты цифрлық камерадан бастап, тау үстіндегі астрономиялық телескоп сияқты арнайы құрылғыға дейін өзгеруі мүмкін. Оптикалық бейнелеу жүйесінің сипаттамалары қадағалау жүйесінің тиімді қашықтығының жоғарғы шегін анықтайды. Механикалық қадағалау платформасы оптикалық бейнелеу жүйесін ұстап тұрады және оны бақыланатын нысанаға бағытталған күйде ұстау үшін жауапты. Механикалық қадағалау платформасының динамикасы, оптикалық бейнелеу жүйесімен бірігіп, жылдамдығын күрт өзгертетін нысананы қадағалау жүйесінің ұстап тұру қабілетін анықтайды. Қадағалау компьютері оптикалық бейнелеу жүйесінен кескіндерді түсіруге, кескінді талдап нысананың орнын анықтауға және механикалық қадағалау платформасын нысананы қадағалау үшін басқаруға жауапты. Бірнеше қиындықтар бар. Біріншіден, қадағалау компьютері кескінді салыстырмалы түрде жоғары кадр жылдамдығымен түсіре алуы керек. Бұл кескінді түсіру аппараттарының өткізу қабілетіне талап қояды. Екінші қиындық – кескінді өңдеу бағдарламалық жасақтамасы нысананың кескінін фоннан бөліп алып, оның орнын есептей алуы тиіс. Бұл міндетті орындау үшін бірнеше оқулықтағы кескінді өңдеу алгоритмдері жасалған. Егер қадағалау жүйесі барлық нысандарға ортақ белгілі бір сипаттамаларды күте алса, бұл мәселені жеңілдетуге болады. Келесі мәселе – қадағалау платформасын нысананы қадағалау үшін басқару. Бұл жүйе динамикасын модельдеуді және оны басқару үшін контроллерлерді жобалауды қамтитын, жүйелік дизайнның стандартты мәселесі, қиындық емес. Дегенмен, егер жүйемен жұмыс істеуге қажетті қадағалау платформасы нақты уақыт режимінде жұмыс істеуге арналмаса, бұл қиындық тудыруы мүмкін. Мұндай жүйелерді басқаратын бағдарламалық жасақтама да тиісті аппараттық компоненттерге сәйкес келеді. Мұндай бағдарламалық жасақтаманың бір мысалы – OpticTracker, ол ұшақтар мен спутниктер сияқты үлкен қашықтықта қозғалатын нысандарды қадағалау үшін компьютерлік телескоптарды басқарады. Тағы бір нұсқа – SimiShape бағдарламалық жасақтамасы, оны маркерлермен біріктіре отырып гибридтік режимде де қолдануға болады.
RGB-D камералары
Kinect сияқты RGB-D камералары түс және тереңдік суреттерін бірдей түсіреді. Екі суретті біріктіру арқылы 3D түсті воксельдерді алуға болады, бұл 3D адам қозғалысын және адам денесінің бетін нақты уақытта түсіруге мүмкіндік береді. Бір камераны пайдалану себепті, түсірілген қозғалыстар көбінесе қателі болады. Машиналық оқыту техникалары, мысалы, жалқау оқыту және Гаусс модельдері сияқты әдістерді қолдана отырып, мұндай қателі қозғалыстарды автоматты түрде жақсартып, жоғары сапалы қозғалыстарға айналдыру ұсынылған. Мұндай әдіс эргономикалық бағалау сияқты маңызды қолданулар үшін жеткілікті дәл қозғалыс жасауға мүмкіндік береді.
Инерциялық жүйелер
Инерциялық қозғалысты түсіру технологиясы шағын инерциялық сенсорларға, биомеханикалық модельдерге және сенсорлық синтез алгоритмдеріне негізделген. Инерциялық сенсорлардың (инерциялық басқару жүйесі) қозғалыс деректері көбінесе компьютерге сымсыз түрде жіберіледі, онда қозғалыс жазылады немесе қарастырылады. Көптеген инерциялық жүйелер айналу жылдамдығын өлшеу үшін гироскоп, магнитометр және акселерометрдің комбинациясын қамтитын инерциялық өлшеу бірліктерін (IMU) пайдаланады. Бұл айналулар бағдарламалық жасақтамада қаңқаға (скелетке) түрлендіріледі. Оптикалық маркерлер сияқты, IMU сенсорлары неғұрлым көп болса, деректер де соғұрлым табиғи болады. Салыстырмалы қозғалыстар үшін сыртқы камералар, шығарып жібергіштер немесе маркерлер қажет емес, бірақ егер пайдаланушының абсолютті орны қажет болса, олар талап етіледі. Инерциялық қозғалысты түсіру жүйелері адамның толық алты дәрежелі қозғалысын нақты уақытта түсіреді және егер олар магниттік бағыт сенсорын қамтыса, шектеулі бағыт туралы ақпарат бере алады, бірақ олардың ажыратымдылығы төмендеу және электромагниттік шуға бейім. Инерциялық жүйелерді пайдаланудың артықшылықтарына мыналар жатады: тар кеңістіктерде түсіру, шешім табудың қажеті болмауы, тасымалдану мүмкіндігі және үлкен түсіру аймақтары. Кемшіліктеріне позициялық дәлдіктің төмендеуі және уақыт өте келе күшейе алатын позициялық ауытқу жатады. Бұл жүйелер Wii контроллерлеріне ұқсас, бірақ олар сезімтал және жоғары ажыратымдылыққа және жаңарту жылдамдығына ие. Олар жерге қарай бағытты градусқа дейін дәл өлшеуге қабілетті. Инерциялық жүйелердің танымалдылығы ойын әзірлеушілер арасында артып келеді. Үш катушканың кернеуінің немесе токтың салыстырмалы қарқындылығы осы жүйелерге бақылау көлемін мұқият карталау арқылы арақашықтық пен бағдарды есептеуге мүмкіндік береді. Сенсордың шығысы 6DOF болып табылады, бұл оптикалық жүйелерде қажетті маркерлердің үштен екісімен алынған пайдалы нәтижелерді ұсынады; шынтақ орны мен бұрышы үшін біреуін жоғарғы қолға, екіншісін төменгі қолға орналастыру керек. Маркерлер металл емес заттармен жабылмайды, бірақ қоршаған ортадағы металл заттардан, мысалы арматурадан (бетонды күшейтетін болат тақталар) немесе сымдардан туындайтын магниттік және электрлік кедергілерге ұшырайды, бұл магниттік өріске әсер етеді, сондай-ақ мониторлар, шамдар, кабельдер және компьютерлер сияқты электр көздерінен де кедергілер болуы мүмкін. Сенсордың реакциясы сызықтық емес, әсіресе түсіру аймағының шеттеріне жақын. Сенсорлардың сымдары экстремалды қозғалыстарды шектеуге бейім.
Дәстүрлі емес жүйелер
Актерге айналмалы шар арқылы шексіз жүру мүмкіндігі берілді, ол хомяк допқа ұқсас, ішінде бұрыштық қозғалыстарды тіркеуге арналған сенсорлар орналасқан. Бұл сыртқы камералар мен басқа да жабдықтарды пайдалану қажеттілігін жояды. Бұл технология қозғалысты түсіруге кететін шығындарды едәуір төмендетуге мүмкіндік берсе де, шардың өзі тек бір ғана үздіксіз бағытты ғана тіркей алады. Қозғалыстың толыққанды суретін алу үшін адамға қосымша сенсорлар керек болады. Тағы бір балама – 6DOF (бостандық дәрежесі) қозғалыс платформасын, жоғары ажыратымды оптикалық қозғалыс түсірумен біріктірілген, көп бағытты жүгіру тасбағысымен пайдалану. Бұл жағдайда түсірілген адам шексіз кеңістікте, әртүрлі бетегелермен жүре алады. Осы технологияны медициналық оңалту (әсіресе дененің тепе-теңдігін жақсарту үшін), биомеханикалық зерттеулер және жасанды шындық салаларында қолдануға болады.
3D-позицияны бағалау
3D позаны бағалауда актердің позы сурет немесе тереңдік картасы бойынша қалпына келтірілуі мүмкін.