ВИДЫ И ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИЙ ЗАХВАТА ДВИЖЕНИЯ

Motion capture (MoCap, захват движения) — технология для записи движений актеров, которые затем используются в компьютерной графике. Так как человеческое тело, как и тело животных, устроены достаточно сложно, то проще и убедительнее, и, к тому же, дешевле записывать движения актеров или каскадёров и перестраивать их в 3D-модели, чем воссоздавать и анимировать их с нуля.

После захвата движений 3D-моделлеры и аниматоры проделывают большую работу над плавностью и правдоподобностью перемещений модели из-за некоторого несовершенства технологии. К тому же иногда на стадии постобработки режиссёры и продюсеры решают некоторые элементы изменить, убрать или, наоборот, добавить: поворот головы, сгиб локтя, походку и пр. Однако если актёр воспроизводил перемещения не человека, а какого-нибудь существа, таких как дракона, гориллы или гоблина, то от исходной анимации остаётся лишь основа. Существуют два вида motion capture:

1. Маркерная технология. Одним из первых крупных проектов, использующих технологию захвата движений, был компьютерный мультфильм «Синбад: Завеса туманов», снятый в 1997 году. Все человеческие персонажи были анимированы именно с помощью Mocap. Система маркеров motion capture, где используется специальное оборудование, работает следующим образом: на исполнителя надевается костюм со специальными датчиками. Когда он воспроизводит нужные движения, то данные, полученные с этих датчиков, фиксируются специальными камерами и поступают на компьютер, где преобразуются в 3D-модель, в точности воспроизводящую все движения исполнителя, на основе которой и реализуется анимация персонажа.
2. Безмаркерная технология. Данная технология не требует специальных маркеров или специального костюма. Главная особенность этой технологии в режиме распознавания образов. Исполнитель может участвовать в кинопроизводстве в повседневной одежде, а это значительно ускоряет подготовку к съёмкам, в том числе снимать сложные сцены борьбы, прыжков, падения без какого-либо без риска повреждения специализированного оборудования [1].

На сегодняшний день существует огромное количество маркерных систем захвата движений. Основное различие между следующими системами заключается лишь в технологии передачи движений:

1. Оптическая пассивная система. На специализированный костюм, который идёт в комплекте данной технологии, крепятся отражающие маркеры, которые называются пассивными из-за чистоты отражения света, в то время как они сами не светятся. В данных системах инфра-красный свет попадает на маркеры с помощью специальных высокочастотных стробоскопов, установленных на светочувствительных камерах, а после отражения от маркеров он попадает обратно в объектив, тем самым идентифицируя взаиморасположение маркеров. Минус  таких оптических пассивных систем в том, что огромное количество маркеров крепится на исполнителей большое количество времени. Помимо этого зачастую при резком движении или близком взаиморасположении маркеров друг к другу, система будет их путать, так как данная технология не предусматривает распознавание каждого закреплённого маркера по отдельности.
2. Оптическая активная система. Данная система названа так из-за того, что вместо использования светоотражающих маркеров на специализированном костюме исполнителя, применяются светодиоды с интегрированными процессорами и радио-синхронизацией. Отдельно каждому светодиоду назначается уникальный идентификатор, который даёт возможность системе распознавать близкорасположенные друг к другу маркеры, в том числе идентифицировать их после того, как они исчезли и вновь появились в области захвата камер. Минусы таких активных систем:
   • невозможность захвата мимики лица и слабых телодвижений;
   • требуется дополнительный контроллер, который сковывает движения исполнителя, будучи подключенным к светодиодным маркерам;
   • высокая стоимость и низкая устойчивость к ударам маркеров-светодиодов.
3. Магнитные системы. В таких системах камеры  представлены ресиверами, а маркеры — магнитами, сама система вычисляет их расположение по  искажению и деформации магнитного потока. Минусы таких магнитных систем:
   • в таких системах есть риск искажения потока данных магнитными и электрическими помехами, исходящих от металлических предметов и электроники в окружающей среде, например, от оргтехники, арматуры в плитах строения, электропроводки помещения и пр.;
   • неустойчивая восприимчивость сигналов сенсорами, которая зависит от их взаиморасположения;
   • небольшая рабочая зона захвата в сравнении с оптическими системами;
   • невозможность захвата мимики лица и мелких телодвижений;
   • требуется дополнительный контроллер, который сковывает движения исполнителя, будучи подключенным проводами к магнитным маркерам или даже к компьютеру;
   • высокая стоимость магнитных маркеров.
4. Механические системы  отслеживают непосредственно сгибы конечностей, для чего на исполнителя надевается механический скелет захвата движений. Последний точь-в-точь повторяет за исполнителем все передвижения. При этом в систему обработки данных передаётся информация даже об углах сгибов всех конечностей. Минусы таких механических систем:
   • требуется mocap-скелет, который сковывает движения исполнителя, будучи подключенным проводами к сенсорам сгибов или даже напрямую к компьютеру;
   • невозможность захвата: мимики лица и мелких телодвижений, а также движений тесного взаимодействия 2-х и более актёров во время активных действий танцев, борьбы, кувырков, падений и т. д.;
   • высокий риск поломки механизма при небрежном использовании.
5. Гироскопические или инерциальные системы для сбора данных трекинга применяют технологии инерциальных сенсоров и миниатюрных гироскопов, прикреплённых к исполнителю, точно так же, как и магниты или датчиков в других mocap-системах. Информация, полученная с сенсоров и гироскопов передаётся в систему обработки данных, где и осуществляется их запись и последующая обработка. Данная система вычисляет не только взаиморасположение сенсоров, но также и угол их наклона. Минусы таких гироскопических / инерциальных систем:
   • невозможность захвата мимики лица и слабых телодвижений;
   • требуется дополнительный контроллер, который сковывает движения исполнителя, будучи подключенным проводами к инерциальным сенсорам или даже к компьютеру;
   • требуется дополнительная оптическая или магнитная мини-система для определения расположения исполнителя в пространстве;
   • высокая стоимость гироскопов и инерциальных сенсоров.

Безусловно, прогресс не стоит на месте, и современные технологии вступают в плотный симбиоз с классическими методами подходами и методами. И одной из этих технологий является трекинг. Он облегчает работу в ротоскопировании, захвате движения, стабилизации, динамической цветокоррекции, в замене фона и вырезании элементов. Но сейчас актуальна не важность подхода или технологии, а её распространенность и популярность. Она используется ежедневно тысячами дизайнеров, операторов и режиссеров. К сожалению, у человека нет другого способа попасть в виртуальность, кроме как с помощью сотен математических формул, по которым ведется расчет фотограмметрии или слежение за точкой в пространстве. Поэтому помощь таких технологий сложно переоценить, потому что именно на них основываются все визуальные эффекты, связанные с виртуальным пространством и именно на ней и только на ней они будут основываться ближайшую сотню лет [2].

Список литературы:

1. Боланте Э. Спецэффекты и создание видеокомпозиций. – М.: «Триумф», 2007. – 832 с.
2. Котюжанский Л.А. Универсальная система распознания образов – структура, обучение и тестирование системы // Отчетная конференция молодых ученых: науч. труды XIV отчетной конф. молодых ученых УГТУ-УПИ: сб. статей. - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2008. - ч. 3., с. 297-300.