Los sistemas ópticos utilizan datos capturados de sensores de imagen para triangular la posición 3D de un sujeto entre dos o más cámaras calibradas para proporcionar proyecciones superpuestas. La adquisición de datos se implementa tradicionalmente utilizando marcadores especiales adjuntos a un actor; sin embargo, los sistemas más recientes son capaces de generar datos precisos mediante el seguimiento de las características de la superficie identificadas dinámicamente para cada sujeto en particular. El seguimiento de un gran número de artistas intérpretes o ejecutantes o la ampliación del área de captura se logra mediante la adición de más cámaras. Estos sistemas producen datos con tres grados de libertad para cada marcador, y la información de rotación debe inferirse de la orientación relativa de tres o más marcadores; por ejemplo, marcadores de hombro, codo y muñeca que proporcionan el ángulo del codo. Los sistemas híbridos más nuevos combinan sensores inerciales con sensores ópticos para reducir la oclusión, aumentar el número de usuarios y mejorar la capacidad de seguimiento sin tener que limpiar manualmente los datos.
Pasivo markersEdit
Los sistemas ópticos pasivos utilizan marcadores recubiertos con un material retrorreflectante para reflejar la luz que se genera cerca del objetivo de la cámara. El umbral de la cámara se puede ajustar para que solo se muestreen los marcadores reflectantes brillantes, ignorando la piel y la tela.
El centroide del marcador se estima como una posición dentro de la imagen bidimensional que se captura. El valor de escala de grises de cada píxel se puede usar para proporcionar precisión de subpíxeles al encontrar el centroide del gaussiano.
Se utiliza un objeto con marcadores fijados en posiciones conocidas para calibrar las cámaras y obtener sus posiciones y se mide la distorsión del objetivo de cada cámara. Si dos cámaras calibradas ven un marcador, se puede obtener una corrección tridimensional. Por lo general, un sistema constará de entre 2 y 48 cámaras. Existen sistemas de más de trescientas cámaras para tratar de reducir el intercambio de marcadores. Se requieren cámaras adicionales para una cobertura completa alrededor del sujeto de captura y varios sujetos.
Los proveedores tienen software de restricciones para reducir el problema del intercambio de marcadores, ya que todos los marcadores pasivos parecen idénticos. A diferencia de los sistemas de marcadores activos y los sistemas magnéticos, los sistemas pasivos no requieren que el usuario use cables o equipos electrónicos. En su lugar, cientos de bolas de goma están unidas con cinta reflectante, que debe reemplazarse periódicamente. Los marcadores generalmente se adhieren directamente a la piel (como en biomecánica), o se colocan en velcro a un artista que usa un traje de spandex/lycra de cuerpo completo diseñado específicamente para la captura de movimiento. Este tipo de sistema puede capturar un gran número de marcadores a velocidades de fotogramas generalmente de 120 a 160 fps, aunque al reducir la resolución y rastrear una región de interés más pequeña, pueden rastrear hasta 10000 fps.
Active markerEdit
Los sistemas ópticos activos triangulan posiciones iluminando un led a la vez muy rápidamente o varios LED con software para identificarlos por su pariente posiciones, algo parecido a la navegación celestial. En lugar de reflejar la luz que se genera externamente, los marcadores se alimentan para emitir su propia luz. Dado que la ley de cuadrados inversos proporciona una cuarta parte de la potencia a dos veces la distancia, esto puede aumentar las distancias y el volumen para la captura. Esto también permite una alta relación señal-ruido, lo que resulta en un jitter de marcador muy bajo y una resolución de medición alta resultante (a menudo hasta 0,1 mm dentro del volumen calibrado).
La serie de televisión Stargate SG1 produjo episodios utilizando un sistema óptico activo para el VFX que permitía al actor caminar alrededor de accesorios que dificultarían la captura de movimiento para otros sistemas ópticos no activos.
ILM usó marcadores activos en Van Helsing para permitir la captura de las novias voladoras de Drácula en conjuntos muy grandes similares al uso de marcadores activos de Weta en Rise of the Planet of the Apes. La potencia de cada marcador se puede proporcionar secuencialmente en fase con el sistema de captura que proporciona una identificación única de cada marcador para un fotograma de captura dado a un costo para la velocidad de fotogramas resultante. La capacidad de identificar cada marcador de esta manera es útil en aplicaciones en tiempo real. El método alternativo para identificar marcadores es hacerlo algorítmicamente, requiriendo un procesamiento adicional de los datos.
También hay posibilidades de encontrar la posición utilizando marcadores LED de colores. En estos sistemas, cada color se asigna a un punto específico del cuerpo.
Uno de los primeros sistemas de marcadores activos en la década de 1980 fue un sistema mocap híbrido pasivo-activo con espejos giratorios y marcadores reflectantes de vidrio de colores y que usaba detectores de matriz lineal enmascarados.
Marca activa modulada en el tiempoEditar
Los sistemas de marcadores activos se pueden refinar aún más al marcar un marcador a la vez, o al rastrear múltiples marcadores a lo largo del tiempo y modular la amplitud o el ancho de pulso para proporcionar la identificación del marcador. los sistemas modulados de resolución espacial de 12 megapíxeles muestran movimientos más sutiles que los sistemas ópticos de 4 megapíxeles al tener una resolución espacial y temporal más alta. Los directores pueden ver la actuación de los actores en tiempo real y ver los resultados del personaje de CG impulsado por captura de movimiento. Los identificadores de marcadores únicos reducen el tiempo de respuesta, al eliminar el intercambio de marcadores y proporcionar datos mucho más limpios que otras tecnologías. Los LED con procesamiento integrado y sincronización de radio permiten la captura de movimiento al aire libre bajo la luz solar directa, a la vez que capturan de 120 a 960 fotogramas por segundo gracias a un obturador electrónico de alta velocidad. El procesamiento por computadora de ID modulados permite menos limpieza de manos o resultados filtrados para reducir los costos operativos. Esta mayor precisión y resolución requiere más procesamiento que las tecnologías pasivas, pero el procesamiento adicional se realiza en la cámara para mejorar la resolución a través de un procesamiento de subpíxeles o centroide, proporcionando alta resolución y alta velocidad. Estos sistemas de captura de movimiento suelen costar 20.000 dólares por una cámara de ocho, un sistema de resolución espacial de 12 megapíxeles y 120 hertz con un actor.
markerEdit semi-pasivo imperceptible
Se puede revertir el enfoque tradicional basado en cámaras de alta velocidad. Sistemas como Prakash utilizan proyectores de alta velocidad multi-LED de bajo costo. Los proyectores IR multi-LED especialmente diseñados codifican ópticamente el espacio. En lugar de marcadores reflectantes o de diodos emisores de luz activos (LED), el sistema utiliza etiquetas fotosensibles para decodificar las señales ópticas. Al unir etiquetas con sensores fotográficos a los puntos de escena, las etiquetas pueden calcular no solo sus propias ubicaciones de cada punto, sino también su propia orientación, iluminación de incidentes y reflectancia.
Estas etiquetas de seguimiento funcionan en condiciones de luz natural y pueden incrustarse imperceptiblemente en prendas u otros objetos. El sistema admite un número ilimitado de etiquetas en una escena, con cada etiqueta identificada de forma única para eliminar los problemas de readquisición de marcadores. Dado que el sistema elimina una cámara de alta velocidad y el flujo de imágenes de alta velocidad correspondiente, requiere un ancho de banda de datos significativamente menor. Las etiquetas también proporcionan datos de iluminación de incidentes que se pueden usar para combinar la iluminación de la escena al insertar elementos sintéticos. La técnica parece ideal para la captura de movimiento en el set o la transmisión en tiempo real de sets virtuales, pero aún no se ha probado.
Sistema de captura de movimiento subacuáticoeditar
La tecnología de captura de movimiento ha estado disponible para investigadores y científicos durante unas décadas, lo que ha dado una nueva visión de muchos campos.
Cámaras subacuáticaseditar
La parte vital del sistema, la cámara subacuática, tiene una carcasa impermeable. La carcasa tiene un acabado que resiste la corrosión y el cloro, lo que la hace perfecta para su uso en lavabos y piscinas. Hay dos tipos de cámaras. Las cámaras industriales de alta velocidad también se pueden utilizar como cámaras infrarrojas. Las cámaras submarinas infrarrojas vienen con una luz estroboscópica de luz cian en lugar de la luz IR típica, para una caída mínima bajo el agua y el cono de cámaras de alta velocidad con una luz LED o con la opción de usar procesamiento de imágenes.
Medición volumeEdit
Una cámara bajo el agua es normalmente capaz de medir 15-20 metros dependiendo de la calidad del agua, la cámara y el tipo de marcador utilizado. Como era de esperar, el mejor alcance se logra cuando el agua está limpia y, como siempre, el volumen de medición también depende del número de cámaras. Una gama de marcadores submarinos están disponibles para diferentes circunstancias.
TailoredEdit
Diferentes piscinas requieren diferentes montajes y accesorios. Por lo tanto, todos los sistemas de captura de movimiento bajo el agua están diseñados de forma única para adaptarse a cada instalación de piscina específica. Para las cámaras colocadas en el centro de la piscina, se proporcionan trípodes especialmente diseñados, con ventosas.
MarkerlessEdit
Las técnicas emergentes y la investigación en visión artificial están llevando al rápido desarrollo del enfoque sin marcas para la captura de movimiento. Los sistemas sin marcas, como los desarrollados en la Universidad de Stanford, la Universidad de Maryland, el MIT y el Instituto Max Planck, no requieren que los sujetos usen equipos especiales para el seguimiento. Algoritmos informáticos especiales están diseñados para permitir que el sistema analice múltiples flujos de entrada óptica e identifique formas humanas, dividiéndolas en partes constituyentes para su seguimiento. ESC entertainment, una filial de Warner Brothers Pictures creada especialmente para habilitar la cinematografía virtual, que incluye look-alikes digitales fotorrealistas para filmar las películas Matrix Reloaded y Matrix Revolutions, utilizó una técnica llamada Captura Universal que utilizó la configuración de 7 cámaras y el seguimiento del flujo óptico de todos los píxeles en todos los planos 2D de las cámaras para capturar movimientos, gestos y expresiones faciales que conducen a resultados fotorrealistas.
Sistemas tradicionaleseditar
Tradicionalmente, el seguimiento de movimiento óptico sin marcas se utiliza para realizar un seguimiento de varios objetos, incluidos aviones, vehículos de lanzamiento, misiles y satélites. Muchas de estas aplicaciones de seguimiento de movimiento óptico se producen al aire libre, lo que requiere diferentes configuraciones de lentes y cámaras. Las imágenes de alta resolución del objetivo que se está rastreando pueden proporcionar más información que solo datos de movimiento. La imagen obtenida del sistema de seguimiento de largo alcance de la NASA en el lanzamiento fatal del transbordador espacial Challenger proporcionó evidencia crucial sobre la causa del accidente. Los sistemas de seguimiento óptico también se utilizan para identificar naves espaciales y desechos espaciales conocidos, a pesar de que presentan una desventaja en comparación con el radar, en el sentido de que los objetos deben reflejar o emitir suficiente luz.
Un sistema de seguimiento óptico normalmente consta de tres subsistemas: el sistema de imágenes ópticas, la plataforma de seguimiento mecánico y el ordenador de seguimiento.
El sistema de imágenes ópticas es responsable de convertir la luz del área objetivo en una imagen digital que la computadora de seguimiento puede procesar. Dependiendo del diseño del sistema de seguimiento óptico, el sistema de imágenes ópticas puede variar de tan simple como una cámara digital estándar a tan especializado como un telescopio astronómico en la cima de una montaña. La especificación del sistema de imágenes ópticas determina el límite superior del alcance efectivo del sistema de seguimiento.
La plataforma de seguimiento mecánico sostiene el sistema de imágenes ópticas y es responsable de manipular el sistema de imágenes ópticas de tal manera que siempre apunte al objetivo que se está rastreando. La dinámica de la plataforma de seguimiento mecánico combinada con el sistema de imágenes ópticas determina la capacidad del sistema de seguimiento para mantener el bloqueo en un objetivo que cambia de velocidad rápidamente.
La computadora de seguimiento es responsable de capturar las imágenes del sistema de imágenes ópticas, analizar la imagen para extraer la posición del objetivo y controlar la plataforma de seguimiento mecánica para seguir el objetivo. Hay varios desafíos. En primer lugar, la computadora de seguimiento debe ser capaz de capturar la imagen a una velocidad de fotogramas relativamente alta. Esto establece un requisito en el ancho de banda del hardware de captura de imágenes. El segundo desafío es que el software de procesamiento de imágenes tiene que ser capaz de extraer la imagen de destino de su fondo y calcular su posición. Varios algoritmos de procesamiento de imágenes de libros de texto están diseñados para esta tarea. Este problema se puede simplificar si el sistema de seguimiento puede esperar ciertas características que son comunes en todos los objetivos que rastreará. El siguiente problema en la línea es controlar la plataforma de rastreo para seguir al objetivo. Este es un problema típico de diseño del sistema de control en lugar de un desafío, que implica modelar la dinámica del sistema y diseñar controladores para controlarlo. Sin embargo, esto se convertirá en un desafío si la plataforma de seguimiento con la que el sistema tiene que trabajar no está diseñada para tiempo real.
El software que ejecuta dichos sistemas también se personaliza para los componentes de hardware correspondientes. Un ejemplo de este tipo de software es OpticTracker, que controla telescopios computarizados para rastrear objetos en movimiento a grandes distancias, como aviones y satélites. Otra opción es el software SimiShape, que también se puede usar híbrido en combinación con marcadores.