Captura de Movimiento

Transcripción

1 Captura de Movimiento Facultad de Cs. de la Computación Juan Carlos Conde R. Computer Animation

2 Contenido 1 Introducción 2 Sistemas de Adquisición 3 Aplicaciones 1 / 30

3 Contenido 1 Introducción 2 Sistemas de Adquisición 3 Aplicaciones 2 / 30

4 Animación e imitación Su principio se basa en la medida y el grabado del gesto humano; la evolución de la posición y de la orientación de los miembros de un actor real durante el transcurso del tiempo. Los datos capturados se adaptan al modelo, cuya morfología es cercana a la del actor real. Este modelo puede así reproducir el gesto grabado. Utilizando sistemas de medida precisos, la captura de movimientos permite obtener una animación el e intrínsecamente realista. 3 / 30

5 Sistemas de adquisición Existen cinco principales sistemas de adquisición en la captura de movimientos. 1. Los sistemas de adquisición mecánicos. 2. Los sistemas de adquisición video. 3. Los sistemas de adquisición sonora. 4. Los sistemas de adquisición magnética. 5. Los sistemas de adquisición opto-electrónicos. 4 / 30

6 Sistemas de adquisición Existen cinco principales sistemas de adquisición en la captura de movimientos. 1. Los sistemas de adquisición mecánicos. 2. Los sistemas de adquisición video. 3. Los sistemas de adquisición sonora. 4. Los sistemas de adquisición magnética. 5. Los sistemas de adquisición opto-electrónicos. 4 / 30

7 Sistemas de adquisición Existen cinco principales sistemas de adquisición en la captura de movimientos. 1. Los sistemas de adquisición mecánicos. 2. Los sistemas de adquisición video. 3. Los sistemas de adquisición sonora. 4. Los sistemas de adquisición magnética. 5. Los sistemas de adquisición opto-electrónicos. 4 / 30

8 Sistemas de adquisición Existen cinco principales sistemas de adquisición en la captura de movimientos. 1. Los sistemas de adquisición mecánicos. 2. Los sistemas de adquisición video. 3. Los sistemas de adquisición sonora. 4. Los sistemas de adquisición magnética. 5. Los sistemas de adquisición opto-electrónicos. 4 / 30

9 Sistemas de adquisición Existen cinco principales sistemas de adquisición en la captura de movimientos. 1. Los sistemas de adquisición mecánicos. 2. Los sistemas de adquisición video. 3. Los sistemas de adquisición sonora. 4. Los sistemas de adquisición magnética. 5. Los sistemas de adquisición opto-electrónicos. 4 / 30

10 Contenido 1 Introducción 2 Sistemas de Adquisición 3 Aplicaciones 5 / 30

11 Sistemas Mecánicos Se presentan bajo la forma de un exoesqueleto que se coloca al actor para medir los movimientos. Esta técnica no tiene el problema de afectación por condiciones exteriores de la medida ni de las perturbaciones propias del ambiente. LIMITACIONES El exoesqueleto usado por el actor es molesto en sus movimientos y la situación global en el ambiente debe medirse por un sistema externo 6 / 30

12 Sistemas Mecánicos 7 / 30

13 Sistemas a través de Video Estiman el movimiento efectuado por un actor lmado, utilizando diversos algoritmos para el cálculo del movimiento a partir de una secuencia de imágenes 2D. Su principio se basa en modelos de movimiento sobre el video inverso, o incluso en la estereoscopia 1. Ningún equipamiento físico es necesario para el actor, por lo tanto el material requerido no es costoso: una cámara y una unidad de cálculo para el tratamiento de las secuencias. 1 Técnica capaz de recoger información visual tridimensional y crear la ilusión de profundidad mediante una imagen estereográca, un estereograma o una imagen 3D. La ilusión de la profundidad se crea presentando una imagen ligeramente diferente para cada ojo, como ocurre en nuestra forma habitual de ver. 8 / 30

14 Sistemas a través de Video LIMITACIONES Deben resolverse problemas ligados a la ocultación permanente de una parte del cuerpo del actor, y el análisis de la secuencia es complejo. Con frecuencia, es necesaria una interacción con el usuario durante el tratamiento de la información. 9 / 30

15 Sistemas a través de Video 10 / 30

16 Sistemas Sonoros Son sensores dispuestos sobre el actor que están compuestos de tres micrófonos y se localizan en el espacio en relación a una fuente ultra sonora. Conociendo la velocidad de propagación de la onda sonora en el aire, los sensores estiman su posición y su orientación por un método de triangulación. LIMITACIONES Presenta perturbaciones ambientales como los ruidos de fondo, los obstáculos presentes en el actor y el emisor, o incluso las variaciones de la temperatura del aire. Además, no ofrecen más que un pequeño volumen de trabajo. 11 / 30

17 Sistemas Sonoros 12 / 30

18 Sistemas de Magnéticos En este caso, los sensores son sensibles a un campo electromagnético modulado a base de frecuencias. Son rápidos, estos sistemas no realizan un tratamiento pesado de los datos brutos y no sufren del problema de ocultación. LIMITACIONES No soportan la presencia de objetos metálicos en el medio ambiente. 13 / 30

19 Sistemas Magnéticos 14 / 30

20 Sistemas Opto-electrónicos Se basan en el equipamiento del actor con marcadores fácilmente localizables por varias cámaras que observan la escena. Se realiza una identicación seguida de una reconstrucción 3D de la posición de los marcadores, posibles gracias a las fuentes múltiples de observación. 15 / 30

21 Sistemas Opto-electrónicos La técnica ofrece múltiples ventajas: mayor precisión posibilidad de captura a gran frecuencia de muestreo ausencia de restricción mecánica sobre los movimientos del actor un campo de adquisición importante (si se cuenta con muchas cámaras y estas están bien espaciadas) LIMITACIONES Las fases de identicación y reconstrucción son complejas y costosas en tiempo de cálculo. 16 / 30

22 Contenido 1 Introducción 2 Sistemas de Adquisición 3 Aplicaciones 17 / 30

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24 Anatomía de locomoción La animación de personajes virtuales se basa en la utilización de los métodos de planicación probabilista y en la edición de capturas de movimientos. El modelo del personaje virtual debe ser compatible con estas dos técnicas. 19 / 30

25 Anatomía de locomoción Modelización del personaje: 1. La estructura cinemática, proporciona las dimensiones y la articulación de los cuerpos rígidos entre ellos. 2. La vestimenta del personaje, da la descripción geométrica de los cuerpos rígidos. Primer nivel, cuerpos implicados en el movimiento de locomoción. Segundo nivel, cuerpos restantes disponibles en la realización del movimiento. 3. La meta-estructura cinemática, al realizar el plan de locomoción, se considera el evasión de obstáculos en dos niveles. 4. Las capacidades de locomoción, se describen bajo la forma de una biblioteca de captura de movimientos. 20 / 30

26 Grados activos y reactivos La noción de actividad o reactividad nos permite separar los miembros fuertemente implicados en la locomoción. Se busca primero una trayectoria libre de colisiones para los miembros locomotores. Si los otros miembros están en colisión, se busca una trayectoria de evasión sin modicar los miembros locomotores. Los grados activos son los que pilotean los miembros locomotores. Los otros cuerpos se etiquetan como reactivos. 21 / 30

27 Grados activos y reactivos 22 / 30

28 Planicación de trayectorias Las entradas del problema de la planicación de la trayectoria son dos conguraciones del personaje y la denición 3D del ambiente. Nos limitamos a la planicación de la trayectoria en el plano. 23 / 30

29 Planicación de trayectorias El modulo de planicación se divide en dos partes: 1. Camino geométrico solución al problema planteado. 2. Introducción de una parametrización temporal por muestreo de este camino. 24 / 30

30 Planicación probabilista PRM (Probabilistic RoadMap), propuesto de manera independiente por Kavraki- Latombe de Stanford y Svestka-Overmars de Utrecht, es un algoritmo de planicación de movimiento en robótica. Resuelve el problema de determinar un camino entre una conguración inicial (comienzo) y una conguración objetivo (meta) mientras evade colisiones. Elementos del planicador: Constructor de roadmap. Método local. Detector de colisión. Explorador del roadmap. 25 / 30

31 Planicación probabilista 26 / 30

32 Del camino a la trayectoria La descripción del camino anterior es puramente geométrica. Debemos introducir una indicación temporal para la ejecución, ya que las capacidades locomotoras del personaje virtual son condicionadas por el contenido de las bibliotecas de movimientos. Es indispensable limitar las velocidades lineales y angulares del personaje, así como su aceleración tangencial. 27 / 30

33 Del camino a la trayectoria Se desea además, que la ejecución de camino sea óptima. Y para introducir el tiempo en la trayectoria, la muestreamos. La frecuencia de muestreo permite conocer el paso de tiempo que separa cada muestra. 28 / 30

34 Ejemplos Evasión de colisiones 29 / 30

35 Juan Carlos Conde R. 30 / 30