Simi MotionCapture3D Arbeitsablauf

Spezifikation

Im ersten Arbeitsschritt muss definiert werden, welche Objekte und damit deren Bewegungen erfasst werden sollen. Im Allgemeinen sind das zum Beispiel für einen Menschen die Bewegungen seiner Gelenke. Für diese Objekte wird nun eine so genannte Spezifikation erstellt, bestehend aus den später auf dem Videobild zu verfolgenden Punkten. Das bedeutet, es werden alle gewünschten Punkte aufgelistet und bei Bedarf auch untereinander verknüpft. So lässt sich eine hierarchische Struktur aufbauen, beispielsweise ein menschliches Skelett. Schon dabei sollte das spätere Dateiexportformat beachtet werden. So wird für den Export der Daten in das BVH-Format eine spezielle Punktmenge für den menschlichen Körper benötigt. Hierfür werden entsprechende Vorlagen mitgeliefert.

Einrichtung der Kameras

Die Bewegung beziehungsweise das Objekt wird von mehreren Kameras gleichzeitig aufgezeichnet. Zur anschließenden Berechnung von dreidimensionalen Daten sind mindestens zwei Kameras nötig. Mit mehreren Kameras und gut gewählter Positionierung derselben steigt die Genauigkeit der erfassten Daten. Gleichzeitig sinkt die Wahrscheinlichkeit, dass ein Punkt in allen Kameraansichten während der Bewegung verdeckt wird.

Kameratypen

Es können beliebige Kameras verwendet werden, auch Bild- und Videodaten von anderen Aufzeichnungssystemen, wenn diese das zu erfassende Objekt aus mindestens zwei Perspektiven zeigen und zeitlich synchronisiert werden können. Simi MotionCapture3D bietet integrierte Unterstützung für simultane Aufzeichnung von DV Kameras und die synchrone von Highspeed FireWire Kameras an.

Kalibrierung

Jede Kamera wird vor Beginn der Aufzeichnung einmalig kalibriert. Das bedeutet, es wird ihre Position und ihr Sichtfeld im Raum relativ zu den anderen Kameras ermittelt. Für diesen Zweck wird ein so genanntes Kalibrierungssystem verwendet, welches von Simi in verschiedenen Konfigurationen angeboten wird. Behelfsweise können auch beliebige Objekte im Raum oder ein selbst konstruiertes Kalibrierungssystem eingesetzt werden. Es muss lediglich darauf geachtet werden, dass das System aus genügend markanten Punkten besteht, diese in allen Kameras sichtbar sind, alle relativen Abstände der Punkte bekannt sind und das System den gesamten Raum der zu erfassenden Bewegung umschließt.

Marker

Simi MotionCapture3D arbeitet markerbasiert, die zu erfassenden Punkte müssen sich also farblich vom Untergrund abheben. Hierfür sind spezielle Markersets von Simi erhältlich. Allerdings lassen sich behelfsweise auch beliebige Aufkleber oder andere Markierungen auf den zu erfassenden Punkten verwenden. Die Software ist in der Lage, zwischen verschiedenfarbigen Markern zu unterscheiden. Optional wird die Wiedererkennung von Mustern (Pattern Matching) angeboten. Markante Objekte oder Punkte können damit ohne zusätzliche Markierungen automatisch auf dem Videobild verfolgt werden.

Echtzeit

Simi MotionCapture3D verarbeitet die Videodaten nicht in Echtzeit. Das bedeutet, es werden zunächst von allen Kameras Videoaufzeichnungen angelegt, die dann im zweiten Arbeitsschritt abgearbeitet werden. Diese so genannte Erfassung geht relativ zügig vonstatten und wird durch die automatische Punktverfolgung (Tracking) bzw. durch das Pattern Matching stark unterstützt.

Erfassung

Die Punkte, deren Bewegungsdaten erfasst werden sollen, werden mit einem Mausklick im ersten Videobild markiert. Sind die Punkte im Bild mit Markern versehen und immer sichtbar, erfasst die Software die Bewegungen automatisch. Ist eine Markierung der Punkte nicht möglich, kann entweder Pattern Matching zum Einsatz kommen oder sie können Bild für Bild manuell erfasst werden. Letzteres ist auch bei vorübergehend verdeckten oder von der Automatik verlorenen Markern möglich, bis das automatische Tracking nach einigen Bildern fortgesetzt werden kann.

Nachbearbeitung

Die gewonnenen 2D-Daten jeder Kamera können nun getrennt nachbearbeitet, korrigiert und geglättet werden. Bei Bedarf können sie auch in eine Textdatei exportiert und dann extern bearbeitet oder sogar genutzt werden. Ebenso können die bearbeiteten Daten wieder zurück in Simi MotionCapture3D importiert werden.

Berechnung und Export

Die Software berechnet die dreidimensionalen Bewegungen der Gelenke oder Markierungen anhand der zweidimensionalen Informationen aus mehreren Kameraansichten und der Kalibrierung. Diese können anschließend in eine Datei exportiert und beispielsweise in einem beliebigen Animationsprogramm weiterverarbeitet werden. Simi MotionCapture3D unterstützt zu diesem Zweck diverse Dateiformate. Vor dem Export besteht die Möglichkeit, die 3D-Daten nochmals zu bearbeiten, zu glätten oder mit optionalen Softwaremodulen mit anderen Daten zu verrechnen und sogar zu analysieren.