مقدمه و مروری بر تکنولوژی Motion Capture
در کتاب مفاهیم ضبط حرکت برای انیمیشن کامپیوتری و بازیهای ویدئویی اثر Alberto Menache ،عمل Motion Capture به معنای ایجاد یک بازنمایش سه بعدی از یک اجرای زنده تعریف شده است که البته
با انیمیشنی که بوسیله دست و از طریق یک روند شناخته شده به نام کلید فریم تولید می شود مغایر است .
Motion Capture که از این پس آن را Mo Cap می نامیم یک تکنولوژی جدید و ابزاری جدال آمیز
برای خلق انیمیشن و پویا نمایی است .
در گذشته برای ضبط اطلاعات حرکتی اغلب از تخصیص انیمیشن کارها و طی یک روند سخت و طولانی استفاده
می شد که مسلمآ مخارج هنگفتی را بر تهیه کنندگان برنامه های کار تونی تحمیل می کرد و نتیجه کار نیز اغلب از حرکات طبیعی بدور بود و اما امروزه تکنولوژی موشن کپچر شرایط کاری را توسط ابزارهای جدید دگرگون کرده است.
ازاین پس داده های حرکتی یک بازیگر واقعی توسط یک سیستم ضبط شده و انیماتورها می توانند این داده های حرکتی منطبق بر حرکات طبیعی را با روشهای انیمیشن مبتنی بر کلید فریم سازگار سازند و توسط نرم افزارهای مختلف کنترل وسیعی از حرکات واقعی تا حرکات کارتونی را برای خلق کاراکتر هنری شان در اختیار داشته باشند .
در ادامه و قبل از این که سخت افزار Motion Captureرا از نظر فنی بررسی کنیم ، باید یاد آور شویم که تکنولوژی MO capکاربردهای عمده ای دارد.
معمول ترین و مهم ترین عمل آن گرفتن اطلاعات حرکتی یک بازیگر حقیقی برای استفاده در نرم افزار های انیمیشن سه بعدی یا تجزیه و تحلیل حرکت است که باعث صرفه جویی در زمان و ساده تر شدن روند تولید در پروژه های انیمیشن می شود.
از آنجا که در این سیستم بر گرداندن حرکات بازیگر به یک کاراکتر انیمیشن در زمان واقعی صورت می گیرد می توان آن را نوعی انیمیشن اجرائی یا بدیهه سازی مرتبط با گرافیک کامپیوتری نامید ،که کاراکتر های سه بعدی منطبق بر حرکات بازیگر در یک سیستم مجازی تولید شده توسط کامپیوتر می توانند در تعامل با کاراکترهای بشری زنده در محیط واقعی یا محیط مجازی باشند. از این رو احتمالا بیشترین کاربرد سیستمهای
Motion Capture در سینما و تلویزیون خواهد بود . علاوه بر موارد مذکور سیستمهای Mo Cap
در تحلیلهای بیو مکانیکی از اندام بدن برای اهداف توانبخشی و مهندسی کاربرد گسترده ای
دارد که پرداختن به آن ازحوصله این مقاله خارج است.
تکنولوژیهای متداول Mo Cap
سه نوع تکنولوژی برای Mo Cap وجود دارد
نوری
مغناطیسی
الکترومکانیکی
هریک از این سه نوع تکنولوژی در نوع خویش نقاط قوتی دارند. لکن یک تکنولوژی واحد که همه قابلیتها را داشته و بدون عیب و نقص باشد وجود ندارد .درادامه سعی می کنیم هر یک از این تکنولوژی ها را بطور خلاصه بررسی نماییم، اما نباید فراموش کنیم که هدف تمام این سیستم ها تبدیل اطلاعات حرکتی مفاصل و بند های اسکلتی بازیگر به داده های الکترونیکی است تا بتوان این داده ها را در نرم افزار های کاربردی برای اهداف لازم استفاده کرد
سیستم های Mo Cap مغناطیسی
این سیستم در حقیقت نوعی لباس مجهز به سنسور های مغناطیسی بر روی مفاصل بدن بازیگر است که توسط یک دستگاه کنترل الکترونیکی در ارتباط با یک کامپیوتر تغییرات فرکانس پایین مبتنی بر حرکت سنسور های مغناطیسی را تجزیه و تحلیل کرده و در نرم افزار خاص نمایش وضعیت ها و چرخش های اسکلتی بازیگر را در فضای سه بعدی باز سازی می کند .سیستم های مغناطیسی ازتعداد 6تا 12 سنسور برای ضبط حرکات بدن بازیگر استفاده می کنند.
از انجا که در سیستم های مغناطیسی برای هر سنسور بایستی یک کابل کواکسیال جداگانه بکار رود ،لذا سیستم واقعا سنگین می شود و تداخل حاصله از دستگا ه های برقی هم داستان دیگری است .این سیستم ها به میدان های مغناطیسی محیط عکس العمل های خیلی منفی دارند و اغلب بایستی صحنه اجرای بازیگر از میدان های مغناطیسی و فلزات به دور باشد .لذا تنظیم یک سیستم مغناطیسی در یک محیط غیر قابل کنترل می تواند فوق العاده مشکل باشد.
بطور خلاصه سیستم های مغناطیسی نواقص زیر را دارند .
- حساسیت به فلزات
- حوزه عمل محدود
- تفاوت مراکز بند ها و مفاصل با مراکز سنسور ها
- سنگینی و بار زیاد برای بازیگر
- مسائل تداخل ناشی از مجاورت بازیگران دیگر
- قیمت بالا
از این رو این شاید به دلیل ضعف های اشاره شده مورد استقبال IBCدر نمایشگاه صنعت رادیو و تلویزیون قرار نگرفته است .
سیستمهای Mo Cap نوری
در رابطه با سیستمهای نوری دو تکنولوژی اصلی وجود دارد که عبارتند از
تکنولوژی انعکاسی و LED چشمک زن
سیستمهای Mo Cap نوری برای ردگیری و دنبال کردن حرکت علامتهای انعکاسی یا LED های چشمک زن متصل به لباس یا بدن بازیگراز دوربینهای با دقت زیاد و DST استفاده می کنند .در این سیستمها
برای گرفتن حرکات صورت از یک یا دو دوربین و برای حرکات کل بدن از سه تا شانزده دوربین استفاده می شود ،که در فضای صحنه اجرا ی بازی به صورت یک چیدمان مثلثی نصب می شوند و حرکات بازیگر را به صورت سه بعدی رد گیری می کنند .در سیستمهای نوری انعکاسی علامتهای سفید رنگ نصب شده های مادون قرمز نصب شده دور لنز دوربین را منعکس کرده و دوربینها این LEDبر روی بدن بازیگر نور نور انعکاسی را در یافت می کنند .برای جلوگیری از مزاحمت نورهای دیگر فیلتر های مادون قرمز بر روی لنز آنها نصب می شود.
درسیستمهای های LED ،چشمک زن به جای علامتهای سفید رنگ، LEDهای مادون قرمز بر روی بدن بازیگر
نصب می شود و این بار نیز دوربینها به طور مستقیم نور این LEDها را رد گیری می کنند.
بطور یقین این سیسنم نسبت به سیستمها انعکاسی دقت بیشتر و بهتری دارد. اما نصب LED ها از نصب علامتها مشکل تر بوده و نیاز به سیم بندی دارد.
بیشتر این سیستمها real time نیستند.
بنا براین اطلاعات حرکتی از و ضعیت علامتها را طی عمل capture نمی توان دید .البته سیستمهای نوری REAL TIME هم وجود دارنداما خیلی گران هستند معمولأ سیستمهای مبتنی بر LEDهای چشمک زن بهتر می توانند به صورت REAL TIME عمل کنند.
اطلاعات ردگیری علامتها یا LED ها توسط دوربینهای رد گیری مختلف پس از یک پردازش الکترونیکی
یا اسکلت Mesh توسط کامپیوتر می تواند برای حرکت کاراکتر انیمیشن شده بکار رود.
سیستمهای نوری یک مزیت فوق العاده دارند و آن این است که علامتها را می توان بر روی هر چیز از فیل گرفته تا پارچه وتوپ بکار برد و به این ترتیب بازیگر راحتی کامل در اجرای نمایش بالاخص حرکات ژیمناستیک دارد اما معایب آن نیز کم نیست از جمله :
- تراکینگ و رد یابی علامتها در این سیستمها خیلی وقت گیر و سخت است. زمان رد گیری می تواند
از یک تا دودقیقه در هر ثانیه Capture داده های تمیز و تا حدود پانزده دقیقه برای هر ثانیه Capture
داده های نویزی تغییر کند.
- گاهی اوقات علامتهایی وجود دارند که بوسیله پاها دستها و یا اجزای بدن مسدود می شود و به وسیله دوربینها دیده نمی شوند.
- فضای کاری بزرگ نظیر استودیوها مورد نیاز است
- اگر هر یک از دوربینها اشتباه تنظیم شده باشد اطلاعات خوانده شده توسط دیگر دوربینها را تحت تاثیر قرار داده و نتایج اشتباه حاصل خواهد شد به عبارت دیگر بین کالیبره و عمل چالش وجود دارد.
- به اپراتور متخصص و ماهر نیاز دارد
- نرم افزار در حرکات متقاطع اشتباه کرده و فرض می کند که بازو های بازیگر از داخل یکدیگر عبور می کنند.
- حساسیت به نور و انعکاس پچیدگی عمل پردازش به دلیل استنتاج اطلاعات چرخشی از اطلاعات و ضعیتی و گران بودن از دیگر معایب این سیستم می باشد.
شرکت VICON ازکشور انگلستان از جمله شرکتهایی ست که بطور گسترده ای سیستممهای نوری را ارائه داده و در نمایشگاه IBC 2000 نیز بدلیل استفاده سیستمهایش در فیلمهای سینمایی معروف مثل تایتانیک جنگ ستارگان و گلادیاتور مورد استقبال همگانی قرار گرفته است .
سیستم Mo Cap نوری یکپارچه مدل VICON 8 را با مشخصات زیر به نمایش گذاشته بود:
- قابلیت پشتیبانی از 24 دوربین با مشخصات
- رزولوشن یک میلیون نقطه
- سرعت 250 فریم در ثانیه
- تعداد120LED مادون قرمزدور لنز
- وزن 1.7 کیلو گرم
-قابلیت 24 ساعت کپچر بر روی هارد دیسک
REAL TIME به صورت OPTIONAL
کارت ETHERNET با سرعت100 مگابایت بر ثانیه
- پشتیبانی از تمام تایم کدها نظیر VITC SMPTE
فقط تا 20 خرداد وی پی ان 6 ماهه همراه با 1 ماه رایگان وی پی ان 12 ماهه فقط 20000 تومان