التقاط الحركة

الموسوعة الحرة
التقاط الحركة لليدين اليمنى لعازفي البيانو أثناء عزف نفس المقطوعة (حركة بطيئة، بدون أصوات) [ 1 ]
تم تسجيل تكرارين لتسلسل المشي باستخدام تقنية التقاط الحركة [ 2 ]

التقاط الحركة (يُشار إليه أحيانًا باسم mocap أو mo-cap اختصارًا) هو عملية تسجيل حركة الأشياء أو الأشخاص بدقة عالية في نظام حاسوبي. يُستخدم في المجالات العسكرية والترفيهية والرياضية والطبية ، وللتحقق من صحة رؤية الحاسوب [ 3 ] والروبوتات. [ 4 ]

في الأفلام والبرامج التلفزيونية وألعاب الفيديو، يشير مصطلح "التقاط الحركة" إلى تسجيل حركات الممثلين البشريين واستخدام هذه المعلومات لتحريك نماذج الشخصيات الرقمية في رسوم متحركة ثنائية أو ثلاثية الأبعاد . [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] وعندما يشمل ذلك الوجه والأصابع أو يلتقط تعابير دقيقة أو أصواتًا، يُشار إليه غالبًا باسم " التقاط الأداء" . [ 8 ] في العديد من المجالات، يُطلق على التقاط الحركة أحيانًا اسم "تتبع الحركة" ، ولكن في صناعة الأفلام والألعاب، يشير تتبع الحركة عادةً إلى مطابقة الحركة .

في جلسات التقاط الحركة، تُؤخذ عينات من حركات ممثل واحد أو أكثر عدة مرات في الثانية. وبينما كانت التقنيات القديمة تستخدم صورًا من كاميرات متعددة لحساب المواقع ثلاثية الأبعاد ، [ 9 ] غالبًا ما يكون الغرض من التقاط الحركة هو تسجيل حركات الممثل فقط، وليس مظهره المرئي. تُسقط بيانات الرسوم المتحركة هذه على نموذج ثلاثي الأبعاد بحيث يؤدي النموذج نفس حركات الممثل. ويمكن مقارنة هذه العملية بتقنية التدوير القديمة .

يمكن أيضًا التقاط حركات الكاميرا باستخدام تقنية التقاط الحركة، بحيث تتحرك كاميرا افتراضية في المشهد أفقيًا وعموديًا وعموديًا على المسرح، يتحكم بها مصور الكاميرا أثناء أداء الممثل. في الوقت نفسه، يستطيع نظام التقاط الحركة تسجيل الكاميرا والدعائم، بالإضافة إلى أداء الممثل. وهذا يسمح للشخصيات والصور والمجموعات المُولّدة حاسوبيًا بأن تكون لها نفس منظور صور الفيديو من الكاميرا. يقوم الحاسوب بمعالجة البيانات وعرض حركات الممثل، موفرًا مواقع الكاميرا المطلوبة بالنسبة للعناصر في المجموعة. يُعرف الحصول على بيانات حركة الكاميرا بأثر رجعي من اللقطات الملتقطة باسم مطابقة الحركة أو تتبع الكاميرا .

أُنتج أول ممثل افتراضي تم تحريكه بتقنية التقاط الحركة في عام 1993 بواسطة ديدييه بورسل وفريقه في شركة غريبوي. وقد تضمن ذلك "استنساخ" جسد ووجه الممثل الكوميدي الفرنسي ريتشارد بوهرينجر، ثم تحريكه باستخدام أدوات التقاط الحركة التي كانت لا تزال في مراحلها الأولى.

المزايا

توفر تقنية التقاط الحركة العديد من المزايا مقارنة بالرسوم المتحركة الحاسوبية التقليدية للنماذج ثلاثية الأبعاد:

  • يمكن الحصول على نتائج سريعة الاستجابة وقريبة من الوقت الفعلي. في تطبيقات الترفيه، يُمكن لهذا أن يُقلل من تكاليف الرسوم المتحركة القائمة على الإطارات الرئيسية . [ 10 ] تُعد تقنية "التسليم" مثالاً على ذلك.
  • لا يتفاوت حجم العمل المطلوب بتفاوت تعقيد الأداء أو مدته بنفس القدر كما هو الحال عند استخدام التقنيات التقليدية. وهذا يتيح إجراء العديد من الاختبارات بأساليب أو طرق أداء مختلفة، مما يمنح شخصية مميزة لا يحدها سوى موهبة الممثل.
  • يمكن بسهولة إعادة إنشاء الحركة المعقدة والتفاعلات الفيزيائية الواقعية مثل الحركات الثانوية والوزن وتبادل القوى بطريقة دقيقة فيزيائياً. [ 11 ]
  • إن كمية بيانات الرسوم المتحركة التي يمكن إنتاجها خلال فترة زمنية محددة هائلة للغاية مقارنةً بتقنيات الرسوم المتحركة التقليدية. وهذا يُسهم في خفض التكاليف والالتزام بمواعيد الإنتاج. [ 12 ]
  • إمكانية استخدام برامج مجانية وحلول من جهات خارجية لتقليل تكاليفها.

العيوب

  • يلزم وجود أجهزة وبرامج خاصة للحصول على البيانات ومعالجتها.
  • قد تكون تكلفة البرامج والمعدات والموظفين المطلوبين باهظة بالنسبة للإنتاجات الصغيرة.
  • قد يكون لنظام الالتقاط متطلبات محددة للمساحة التي يتم تشغيله فيها، وذلك اعتمادًا على مجال رؤية الكاميرا أو التشوه المغناطيسي.
  • عند حدوث مشاكل، يكون من الأسهل إعادة تصوير المشهد بدلاً من محاولة معالجة البيانات. لا تسمح سوى أنظمة قليلة بعرض البيانات في الوقت الفعلي لتحديد ما إذا كان يلزم إعادة تصوير المشهد.
  • تقتصر النتائج الأولية على ما يمكن تنفيذه داخل حجم الالتقاط دون تحرير إضافي للبيانات.
  • لا يمكن التقاط الحركة التي لا تتبع قوانين الفيزياء.
  • يجب إضافة تقنيات الرسوم المتحركة التقليدية، مثل التركيز الإضافي على التوقع والمتابعة، والحركة الثانوية أو التلاعب بشكل الشخصية، كما هو الحال مع تقنيات الرسوم المتحركة للضغط والتمدد ، في وقت لاحق.
  • إذا كانت أبعاد النموذج الحاسوبي مختلفة عن أبعاد الشخص الذي يتم تصويره، فقد تظهر تشوهات. على سبيل المثال، إذا كانت لشخصية كرتونية أيدٍ كبيرة الحجم، فقد تتداخل هذه الأيدي مع جسم الشخصية إذا لم يكن المؤدي البشري حذرًا في حركاته الجسدية.

التطبيقات

تتعدد تطبيقات تقنية التقاط الحركة. وأكثرها شيوعاً هي ألعاب الفيديو والأفلام، بالإضافة إلى تطبيقات بحثية لهذه التقنية تُستخدم في جامعة بيردو في مجال تطوير الروبوتات.

ألعاب الفيديو

تستخدم ألعاب الفيديو غالبًا تقنية التقاط الحركة لتحريك الرياضيين وفناني الدفاع عن النفس وغيرهم من الشخصيات داخل اللعبة. [ 13 ] [ 14 ] في وقت مبكر من عام 1988، استُخدم شكل مبكر من تقنية التقاط الحركة لتحريك شخصيات اللاعبين ثنائية الأبعاد في لعبة الفيديو Vixen من إنتاج شركة Martech (التي أدت دورها عارضة الأزياء كورين راسل ) [ 15 ] ولعبة القتال ثنائية الأبعاد Last Apostle Puppet Show من إنتاج شركة Magical Company (لتحريك الصور الرقمية ). [ 16 ] لاحقًا، استُخدمت تقنية التقاط الحركة بشكل ملحوظ لتحريك نماذج الشخصيات ثلاثية الأبعاد في ألعاب الأركيد Virtua Fighter (1993) [ 17 ] [ 18 ] و Virtua Fighter 2 (1994) من إنتاج شركة Sega Model . [ 19 ] في منتصف عام 1995، أنشأت شركة Acclaim Entertainment، المطورة والناشرة للألعاب ، استوديو خاصًا بها لالتقاط الحركة داخل مقرها الرئيسي. [ 14 ] استخدمت لعبة Soul Edge من نامكو ، التي صدرت عام 1995، علامات نظام بصري سلبي لالتقاط الحركة. [ 20 ] كما تستخدم تقنية التقاط الحركة الرياضيين في الألعاب المقتبسة من الرسوم المتحركة، مثل Crash Bandicoot من Naughty Dog ، و Spyro the Dragon من Insomniac Games ، و Dinosaur Planet من Rare .

الروبوتات

يُعد تحديد المواقع الداخلية تطبيقًا آخر لأنظمة التقاط الحركة البصرية. غالبًا ما يستخدم باحثو الروبوتات أنظمة التقاط الحركة عند تطوير وتقييم خوارزميات وأجهزة التحكم والتقدير والإدراك. في الأماكن المفتوحة، يُمكن تحقيق دقة تصل إلى السنتيمتر باستخدام نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية ( GNSS ) مع تقنية تحديد المواقع في الوقت الحقيقي ( RTK ). مع ذلك، تتضاءل هذه الدقة بشكل ملحوظ عند انعدام خط الرؤية المباشر للأقمار الصناعية، كما هو الحال في البيئات الداخلية. توفر غالبية الشركات المُصنّعة لأنظمة التقاط الحركة البصرية التجارية برامج تشغيل مفتوحة المصدر سهلة الاستخدام، تتكامل مع إطار عمل نظام تشغيل الروبوتات ( ROS ) الشائع، مما يسمح للباحثين والمطورين باختبار روبوتاتهم بكفاءة أثناء عملية التطوير.

في مجال أبحاث الروبوتات الجوية، تُستخدم أنظمة التقاط الحركة على نطاق واسع لتحديد المواقع أيضًا. وتُقيّد اللوائح المتعلقة باستخدام المجال الجوي مدى إمكانية إجراء التجارب الخارجية باستخدام أنظمة الطائرات بدون طيار . ويمكن للاختبارات الداخلية تجاوز هذه القيود. وقد أنشأت العديد من المختبرات والمؤسسات حول العالم غرفًا داخلية لالتقاط الحركة لهذا الغرض.

تضم جامعة بيردو أكبر نظام في العالم لالتقاط الحركة داخل المباني، وذلك في مركز أبحاث واختبار الطائرات بدون طيار (PURT). يُعنى مركز PURT بأبحاث الطائرات بدون طيار، ويوفر مساحة تتبع تبلغ 600,000 قدم مكعب باستخدام 60 كاميرا لالتقاط الحركة. [ 21 ] يتميز نظام التقاط الحركة البصري بقدرته على تتبع الأهداف في هذه المساحة بدقة تصل إلى المليمتر، مما يوفر فعليًا الموقع الحقيقي للأهداف - وهو ما يُعدّ أساسًا مرجعيًا في البحث والتطوير. ويمكن بعد ذلك مقارنة النتائج المستمدة من أجهزة الاستشعار والخوارزميات الأخرى بالبيانات المرجعية لتقييم أدائها.

أفلام

تستخدم الأفلام تقنية التقاط الحركة لإنتاج المؤثرات البصرية الحاسوبية، وفي بعض الحالات تحل محل الرسوم المتحركة التقليدية، ولإنتاج مخلوقات حاسوبية بالكامل ، مثل غولوم ، والمومياء ، وكينغ كونغ ، وديفي جونز من قراصنة الكاريبي ، وشعب نافي من فيلم أفاتار ، وكلو من ترون: ليجاسي . كما تم ابتكار الغول العظيم، وعمالقة الحجر الثلاثة ، والعديد من الأورك والغول في فيلم الهوبيت: رحلة غير متوقعة ( 2012) ، وسموغ باستخدام تقنية التقاط الحركة.

في فيلم "توتال ريكول" الذي صدر عام 1990 ، تم تصوير المشهد الذي يسير فيه أرنولد شوارزنيجر وممثلون آخرون عبر جهاز الأشعة السينية باستخدام تقنية التقاط الحركة. [ 22 ]

استخدم فيلم "باتمان للأبد " (1995) تقنية التقاط الحركة لبعض المؤثرات البصرية. وقد حصلت شركة وارنر بروذرز على هذه التقنية من شركة ألعاب الفيديو "أكليم إنترتينمنت" لاستخدامها في إنتاج الفيلم. [ 23 ] كما استخدمت لعبة الفيديو التي تحمل الاسم نفسه ، والتي أصدرتها أكليم عام 1995، نفس تقنية التقاط الحركة لتحريك الرسومات الرقمية ثنائية الأبعاد . [ 24 ]

كان فيلم " حرب النجوم: الحلقة الأولى - تهديد الشبح" (1999) أول فيلم روائي طويل يتضمن شخصية رئيسية تم ابتكارها ( جار جار بينكس ، الذي أدى دوره أحمد بيست ) باستخدام تقنية التقاط الحركة. أما فيلم " سندباد: ما وراء حجاب الضباب" ( 2000)، وهو فيلم هندي أمريكي ، فكان أول فيلم روائي طويل يُصنع بشكل أساسي بتقنية التقاط الحركة، على الرغم من أن العديد من رسامي الشخصيات عملوا أيضًا في الفيلم الذي عُرض بشكل محدود للغاية. وفي عام 2001، كان فيلم "فاينل فانتسي: الأرواح في الداخل" أول فيلم يُعرض على نطاق واسع باستخدام تقنية التقاط الحركة. وعلى الرغم من ضعف إيراداته في شباك التذاكر، إلا أن مؤيدي هذه التقنية لفتوا الأنظار.

كان فيلم "سيد الخواتم: البرجان" أول فيلم روائي طويل يستخدم نظام التقاط الحركة في الوقت الفعلي. وقد قامت هذه الطريقة ببث حركات الممثل آندي سيركيس إلى صورة مُولّدة حاسوبياً لشخصية غولوم/سميغول أثناء أدائها. [ 25 ]

قامت شركة Storymind Entertainment، وهي استوديو أوكراني مستقل ، بإنشاء لعبة فيديو من نوع النيو-نوار، منظور الشخص الثالث /إطلاق النار، بعنوان My Eyes On You ، باستخدام تقنية التقاط الحركة لتحريك شخصيتها الرئيسية، جوردان أدالين، بالإضافة إلى الشخصيات غير القابلة للعب. [ 26 ]

من بين الأفلام الثلاثة المرشحة لجائزة الأوسكار لأفضل فيلم رسوم متحركة لعام 2006، استخدم اثنان منها ( فيلم "بيت الوحوش " والفائز " أقدام سعيدة ") تقنية التقاط الحركة، بينما كان فيلم " سيارات" من إنتاج ديزني وبيكسار هو الفيلم الوحيد الذي تم إنتاجه بدونها. وفي نهاية فيلم "راتاتوي" من إنتاج بيكسار ، يظهر ختمٌ يُشير إلى أن الفيلم "رسوم متحركة أصلية 100% - بدون استخدام تقنية التقاط الحركة!". 

منذ عام 2001، استُخدمت تقنية التقاط الحركة على نطاق واسع لمحاكاة أو تقريب مظهر المسرح الحي، باستخدام نماذج شخصيات رقمية شبه واقعية . استخدم فيلم "قطار القطب الشمالي" تقنية التقاط الحركة لتمكين توم هانكس من أداء أدوار عدة شخصيات رقمية مختلفة (حيث قام أيضاً بالأداء الصوتي). وفي عام 2007، استخدم فيلم "بيوولف" المقتبس من ملحمة بيوولف شخصيات رقمية متحركة استندت مظاهرها جزئياً إلى الممثلين الذين أدّوا حركاتهم وأصواتهم. كما استخدم جيمس كاميرون هذه التقنية في فيلمه الشهير "أفاتار" لإنشاء شعب نافي الذين يسكنون باندورا. [ 27 ] أنتجت شركة والت ديزني فيلم " ترنيمة عيد الميلاد" للمخرج روبرت زيميكس باستخدام هذه التقنية. في عام 2007، استحوذت ديزني على شركة زيميكس " إيماج موفرز ديجيتال " (التي تنتج أفلاماً بتقنية التقاط الحركة)، لكنها أغلقتها لاحقاً في عام 2011، بعد فشل فيلم " المريخ بحاجة إلى أمهات" في شباك التذاكر .

تشمل المسلسلات التلفزيونية التي تم إنتاجها بالكامل باستخدام تقنية التقاط الحركة مسلسل Laflaque في كندا، ومسلسل Sprookjesboom ومسلسل Cafe de Wereld في هولندا، ومسلسل Headcases في المملكة المتحدة.

التقاط الحركة

تتيح شركات الواقع الافتراضي والواقع المعزز ، مثل uSens و Gestigon ، للمستخدمين التفاعل مع المحتوى الرقمي في الوقت الفعلي من خلال التقاط حركات اليد. وهذا مفيدٌ لتدريبات المحاكاة، واختبارات الإدراك البصري، أو إجراء جولات افتراضية في بيئة ثلاثية الأبعاد. كما تُستخدم تقنية التقاط الحركة بكثرة في أنظمة تحريك الدمى الرقمية لتحريك الشخصيات المُولّدة حاسوبياً في الوقت الفعلي.

يُعد تحليل المشية أحد تطبيقات تقنية التقاط الحركة في الطب السريري . تسمح هذه التقنيات للأطباء بتقييم حركة الإنسان عبر عدة عوامل بيوميكانيكية، وغالبًا ما يتم بث هذه المعلومات مباشرة إلى برامج التحليل.

يتمثل أحد الاستخدامات المبتكرة في تقنية الكشف عن وضعية الجسم، والتي يمكن أن تُسهم في تمكين المرضى خلال فترة التعافي بعد العمليات الجراحية أو إعادة التأهيل بعد الإصابات. يتيح هذا النهج المراقبة المستمرة، والتوجيه الفوري، والبرامج المصممة خصيصًا لكل مريض لتحسين نتائج العلاج. [ 28 ]

تستخدم بعض عيادات العلاج الطبيعي تقنية التقاط الحركة كطريقة موضوعية لتقييم تقدم المريض. [ 29 ]

أثناء تصوير فيلم "أفاتار" للمخرج جيمس كاميرون، تم توجيه جميع المشاهد التي تتطلب التقاط الحركة في الوقت الفعلي باستخدام برنامج Autodesk MotionBuilder لإنشاء صورة على الشاشة، مما مكّن المخرج والممثل من رؤية كيف سيبدوان في الفيلم، الأمر الذي سهّل عملية الإخراج كما يراه المشاهد. أتاحت هذه الطريقة زوايا ومشاهد لم تكن ممكنة باستخدام الرسوم المتحركة المُجهزة مسبقًا. كان كاميرون فخورًا جدًا بنتائجه لدرجة أنه دعا ستيفن سبيلبرغ وجورج لوكاس إلى موقع التصوير لمشاهدة النظام أثناء العمل.

في فيلم "المنتقمون" من إنتاج مارفل ، استخدم مارك روفالو تقنية التقاط الحركة حتى يتمكن من تجسيد شخصية هالك ، بدلاً من أن يكون مجرد صورة مولدة بالحاسوب كما في الأفلام السابقة، مما جعل روفالو أول ممثل يجسد كلاً من النسخة البشرية ونسخة هالك من بروس بانر.

يستخدم برنامج FaceRig تقنية التعرف على الوجه من شركة ULSee.Inc لرسم خرائط تعابير وجه اللاعب، وتقنية تتبع الجسم من شركة Perception Neuron لرسم خرائط حركة الجسم على حركة الشخصية ثنائية أو ثلاثية الأبعاد على الشاشة. [ 30 ] [ 31 ]

خلال مؤتمر مطوري الألعاب 2016 في سان فرانسيسكو، عرضت شركة Epic Games تقنية التقاط الحركة الكاملة للجسم مباشرةً باستخدام محرك Unreal Engine. تم عرض المشهد بأكمله، من لعبة Hellblade القادمة التي تدور حول محاربة تُدعى سينوا، في الوقت الفعلي. وكانت الكلمة الرئيسية [ 32 ] ثمرة تعاون بين Unreal Engine و Ninja Theory و 3Lateral و Cubic Motion و IKinema و Xsens .

في عام ٢٠٢٠، تخرج يوزورو هانيو، بطل التزلج الفني الأولمبي مرتين، من جامعة واسيدا . في أطروحته، استخدم بيانات من ٣١ جهاز استشعار مثبتة على جسده لتحليل قفزاته. قيّم استخدام التكنولوجيا لتحسين نظام التسجيل ومساعدة المتزلجين على تحسين تقنيات القفز. [ ٣٣ ] [ ٣٤ ] في مارس ٢٠٢١، نُشر ملخص الأطروحة في إحدى المجلات الأكاديمية. [ ٣٥ ]

الأساليب والأنظمة

علامات عاكسة مثبتة على الجلد لتحديد معالم الجسم والحركة ثلاثية الأبعاد لأجزاء الجسم
تتبع الظلال

بدأ تتبع الحركة أو التقاط الحركة كأداة تحليل فوتوغرامترية في أبحاث الميكانيكا الحيوية في سبعينيات وثمانينيات القرن الماضي، ثم توسع ليشمل التعليم والتدريب والرياضة، ومؤخرًا الرسوم المتحركة الحاسوبية للتلفزيون والسينما وألعاب الفيديو مع تطور التكنولوجيا. منذ القرن العشرين، يرتدي المؤدي علامات بالقرب من كل مفصل لتحديد الحركة من خلال مواقع أو زوايا هذه العلامات. يتم تتبع العلامات الصوتية أو القصور الذاتي أو علامات LED أو المغناطيسية أو العاكسة، أو مزيج منها، بمعدل تردد لا يقل عن ضعف معدل تردد الحركة المطلوبة. تُعد دقة النظام مهمة من حيث الدقة المكانية والزمنية، إذ أن تشويش الحركة يُسبب تقريبًا نفس مشاكل الدقة المنخفضة. منذ بداية القرن الحادي والعشرين، وبسبب النمو السريع للتكنولوجيا، تم تطوير أساليب جديدة. تستطيع معظم الأنظمة الحديثة استخراج صورة ظلية للمؤدي من الخلفية. بعد ذلك، يتم حساب جميع زوايا المفاصل من خلال مطابقة نموذج رياضي مع الصورة الظلية. بالنسبة للحركات التي لا يمكن فيها رؤية تغيير في شكل الجسم، تتوفر أنظمة هجينة قادرة على القيام بالأمرين معًا (تحديد العلامات وتحديد شكل الجسم)، ولكن باستخدام عدد أقل من العلامات. في مجال الروبوتات، تعتمد بعض أنظمة التقاط الحركة على التحديد المتزامن للموقع ورسم الخرائط . [ 36 ]

الأنظمة البصرية

تستخدم الأنظمة البصرية البيانات الملتقطة من مستشعرات الصور لتحديد الموقع ثلاثي الأبعاد لجسم ما بين كاميرتين أو أكثر مُعايرة لتوفير إسقاطات متداخلة. يتم جمع البيانات تقليديًا باستخدام علامات خاصة مُثبتة على الممثل؛ إلا أن الأنظمة الأحدث قادرة على توليد بيانات دقيقة من خلال تتبع خصائص السطح المُحددة ديناميكيًا لكل شخص على حدة. ويتم تتبع عدد كبير من المؤدين أو توسيع منطقة الالتقاط بإضافة المزيد من الكاميرات. تُنتج هذه الأنظمة بيانات بثلاث درجات حرية لكل علامة، ويجب استنتاج معلومات الدوران من التوجيه النسبي لثلاث علامات أو أكثر؛ على سبيل المثال، علامات الكتف والمرفق والمعصم التي تُحدد زاوية المرفق. تجمع الأنظمة الهجينة الأحدث بين المستشعرات بالقصور الذاتي والمستشعرات البصرية لتقليل الحجب، وزيادة عدد المستخدمين، وتحسين القدرة على التتبع دون الحاجة إلى تنظيف البيانات يدويًا. [ 37 ]

علامات سلبية

راقصة ترتدي بدلة تستخدم في نظام التقاط الحركة البصري
علامات في نقاط محددة على وجه الممثل أثناء التقاط الحركة البصرية للوجه

تستخدم الأنظمة البصرية السلبية علامات مطلية بمادة عاكسة للضوء لعكس الضوء المتولد بالقرب من عدسة الكاميرا. ويمكن ضبط عتبة الكاميرا بحيث يتم أخذ عينات من العلامات العاكسة الساطعة فقط، مع تجاهل الجلد والأقمشة.

يُقدَّر مركز العلامة كموقع ضمن الصورة ثنائية الأبعاد الملتقطة. ويمكن استخدام قيمة التدرج الرمادي لكل بكسل لتوفير دقة دون البكسل من خلال إيجاد مركز التوزيع الغاوسي .

يُستخدم جسمٌ مُعلَّم بعلاماتٍ في مواقعَ معروفةٍ لمعايرة الكاميرات وتحديد مواقعها، ويُقاس تشوُّه عدسة كل كاميرا. إذا رصدت كاميرتان مُعايرتان علامةً، يُمكن الحصول على تحديدٍ ثلاثي الأبعاد. يتكوَّن النظام عادةً من 2 إلى 48 كاميرا. وتوجد أنظمةٌ تضمُّ أكثر من 300 كاميرا لمحاولة الحدِّ من تبديل العلامات. كما تتطلَّب تغطيةٌ كاملةٌ حول الهدف المراد تصويره، أو عند تصوير أهدافٍ متعدّدة، كاميراتٍ إضافية.

يستخدم الموردون برامج تقييد للحد من مشكلة تبديل العلامات، نظرًا لأن جميع العلامات السلبية تبدو متطابقة. على عكس أنظمة العلامات النشطة والأنظمة المغناطيسية، لا تتطلب الأنظمة السلبية من المستخدم ارتداء أسلاك أو معدات إلكترونية. [ 38 ] بدلاً من ذلك، يتم تثبيت مئات الكرات المطاطية بشريط عاكس، والذي يحتاج إلى استبدال دوري. عادةً ما تُثبّت العلامات مباشرةً على الجلد (كما هو الحال في الميكانيكا الحيوية)، أو تُثبّت بشريط لاصق على جسم المؤدي الذي يرتدي بدلة كاملة من الإسباندكس/الليكرا مصممة خصيصًا لالتقاط الحركة . يمكن لهذا النوع من الأنظمة التقاط أعداد كبيرة من العلامات بمعدلات إطارات تتراوح عادةً بين 120 و160 إطارًا في الثانية، على الرغم من أنه من خلال خفض الدقة وتتبع منطقة اهتمام أصغر، يمكن أن تصل إلى 10000 إطار في الثانية.

علامة نشطة

التقاط حركة الجسم

تُحدد الأنظمة البصرية النشطة المواقع عن طريق إضاءة مصباح LED واحد في كل مرة بسرعة فائقة، أو عدة مصابيح LED باستخدام برامج لتحديدها بناءً على مواقعها النسبية، وهو ما يُشبه إلى حد ما الملاحة الفلكية. وبدلاً من عكس الضوء المُوَلَّد خارجيًا، تُزوَّد العلامات نفسها بالطاقة لإصدار ضوئها الخاص. وبما أن قانون التربيع العكسي يُوفر ربع الطاقة عند ضعف المسافة، فإن هذا يُمكن أن يزيد من المسافات والحجم المُراد قياسه. كما يُتيح ذلك نسبة إشارة إلى ضوضاء عالية، مما يُؤدي إلى انخفاض كبير في اهتزاز العلامات، وبالتالي دقة قياس عالية (تصل غالبًا إلى 0.1  مم ضمن الحجم المُعاير).

أنتجت سلسلة Stargate SG1 التلفزيونية حلقات باستخدام نظام بصري نشط للمؤثرات البصرية، مما سمح للممثل بالتجول حول الدعائم التي من شأنها أن تجعل التقاط الحركة صعبًا بالنسبة للأنظمة البصرية غير النشطة الأخرى.

استخدمت شركة ILM تقنية العلامات النشطة في فيلم " فان هيلسينغ" لتصوير عرائس دراكولا الطائرة على مواقع تصوير ضخمة، على غرار استخدام شركة Weta لهذه التقنية في فيلم " نهوض كوكب القردة" . ويمكن تزويد كل علامة بالطاقة بشكل متسلسل ومتزامن مع نظام التصوير، مما يتيح تعريفًا فريدًا لكل علامة في كل إطار تصوير، على حساب معدل الإطارات الناتج. وتُعدّ القدرة على تحديد كل علامة بهذه الطريقة مفيدة في التطبيقات التي تعمل في الوقت الفعلي. أما الطريقة البديلة لتحديد العلامات فهي خوارزمية، وتتطلب معالجة إضافية للبيانات.

توجد أيضاً إمكانيات لتحديد الموقع باستخدام علامات LED ملونة. في هذه الأنظمة، يُخصص كل لون لنقطة محددة على الجسم.

كان أحد أقدم أنظمة العلامات النشطة في الثمانينيات نظام التقاط الحركة السلبي النشط الهجين مع مرايا دوارة وعلامات عاكسة من الزجاج الملون والذي استخدم كاشفات المصفوفة الخطية المقنعة.

علامة نشطة معدلة زمنيا

نظام علامات نشطة عالي الدقة ومحدد بشكل فريد بدقة 3600 × 3600 بكسل بتردد 960 هرتز، يوفر تحديد المواقع في الوقت الفعلي بدقة دون المليمتر.

يمكن تحسين أنظمة العلامات النشطة بشكل أكبر من خلال تشغيل علامة واحدة في كل مرة، أو تتبع علامات متعددة بمرور الوقت وتعديل السعة أو عرض النبضة لتوفير مُعرّف العلامة. تُظهر الأنظمة المُعدّلة بدقة مكانية 12 ميجابكسل حركات أكثر دقة من الأنظمة البصرية بدقة 4 ميجابكسل، وذلك بفضل دقتها المكانية والزمنية الأعلى. يستطيع المخرجون رؤية أداء الممثل في الوقت الفعلي، ومتابعة النتائج على الشخصية المُولّدة بالحاسوب والمُحرّكة بتقنية التقاط الحركة. تُقلّل مُعرّفات العلامات الفريدة من وقت الانتظار، من خلال إلغاء تبديل العلامات وتوفير بيانات أنقى بكثير من التقنيات الأخرى. تسمح مصابيح LED المزودة بمعالجة داخلية ومزامنة لاسلكية بالتقاط الحركة في الهواء الطلق تحت أشعة الشمس المباشرة، مع التقاط ما بين 120 و960 إطارًا في الثانية بفضل غالق إلكتروني عالي السرعة. تُتيح المعالجة الحاسوبية لمعرّفات العلامات المُعدّلة تقليل الحاجة إلى التنظيف اليدوي أو استخدام مُرشّحات لنتائج أقل تكلفة تشغيلية. تتطلب هذه الدقة العالية معالجة أكبر من التقنيات السلبية، ولكن تتم هذه المعالجة الإضافية عند الكاميرا لتحسين الدقة عبر معالجة البكسل الفرعي أو معالجة مركز الصورة، مما يوفر دقة عالية وسرعة فائقة. عادةً ما تكلف أنظمة التقاط الحركة هذه 20000 دولار لنظام مكون من ثماني كاميرات بدقة مكانية 12 ميجابكسل ومعدل تحديث 120 هرتز مع ممثل واحد.

تستطيع مستشعرات الأشعة تحت الحمراء تحديد موقعها عند إضاءتها بواسطة مصابيح LED متعددة محمولة، كما هو الحال في السيارات المتحركة. وبفضل معرف لكل علامة، يمكن ارتداء هذه العلامات الاستشعارية تحت الملابس وتتبعها بتردد 500 هرتز في وضح النهار.

علامة غير مرئية شبه سلبية

يمكن عكس النهج التقليدي القائم على الكاميرات عالية السرعة. تستخدم أنظمة مثل براكاش أجهزة عرض ضوئية عالية السرعة متعددة الصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LED) منخفضة التكلفة. تقوم أجهزة العرض بالأشعة تحت الحمراء متعددة الصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LED) المصممة خصيصًا بتشفير الفضاء بصريًا. وبدلًا من استخدام علامات عاكسة للضوء أو علامات LED نشطة، يستخدم النظام علامات حساسة للضوء لفك تشفير الإشارات الضوئية. من خلال تثبيت علامات مزودة بمستشعرات ضوئية على نقاط المشهد، تستطيع هذه العلامات حساب مواقعها الخاصة في كل نقطة، بالإضافة إلى اتجاهها والإضاءة الساقطة عليها وانعكاسها.

تعمل هذه العلامات التتبعية في ظروف الإضاءة الطبيعية، ويمكن دمجها بشكل غير ملحوظ في الملابس أو غيرها من الأشياء. يدعم النظام عددًا غير محدود من العلامات في المشهد الواحد، حيث يتم تعريف كل علامة بشكل فريد لتجنب مشاكل إعادة تحديد العلامات. ولأن النظام يستغني عن الكاميرا عالية السرعة وما يصاحبها من تدفق صور عالي السرعة، فإنه يتطلب نطاقًا تردديًا أقل بكثير للبيانات. كما توفر العلامات بيانات الإضاءة الساقطة التي يمكن استخدامها لمطابقة إضاءة المشهد عند إضافة عناصر اصطناعية. تبدو هذه التقنية مثالية لالتقاط الحركة في مواقع التصوير أو البث المباشر للمجموعات الافتراضية، ولكنها لم تُثبت فعاليتها بعد.

نظام التقاط الحركة تحت الماء

تتوفر تقنية التقاط الحركة للباحثين والعلماء منذ بضعة عقود، مما أتاح رؤى جديدة في العديد من المجالات.

كاميرات تحت الماء

تتميز الكاميرا تحت الماء، وهي الجزء الأساسي في النظام، بغلاف مقاوم للماء. يتميز هذا الغلاف بطبقة خارجية تقاوم التآكل والكلور، مما يجعله مثاليًا للاستخدام في الأحواض وحمامات السباحة. يوجد نوعان من الكاميرات: كاميرات صناعية عالية السرعة يمكن استخدامها أيضًا ككاميرات تعمل بالأشعة تحت الحمراء. تأتي كاميرات الأشعة تحت الحمراء تحت الماء مزودة بضوء أزرق سماوي ساطع بدلاً من ضوء الأشعة تحت الحمراء التقليدي لتقليل انخفاض الإضاءة تحت الماء، وكاميرات عالية السرعة مزودة بإضاءة LED أو بخيار استخدام معالجة الصور.

كاميرا التقاط الحركة تحت الماء
تتبع الحركة في السباحة باستخدام معالجة الصور
حجم القياس

تستطيع الكاميرات تحت الماء عادةً قياس عمق يتراوح بين 15 و20 مترًا، وذلك بحسب جودة المياه ونوع الكاميرا ونوع العلامة المستخدمة. ومن البديهي أن أفضل مدى يُحقق عندما تكون المياه صافية، وكما هو الحال دائمًا، يعتمد حجم القياس أيضًا على عدد الكاميرات. وتتوفر مجموعة متنوعة من العلامات تحت الماء لتناسب مختلف الظروف.

مصمم خصيصاً

تتطلب المسابح المختلفة تجهيزات وتركيبات مختلفة. لذلك، تُصمم جميع أنظمة التقاط الحركة تحت الماء خصيصًا لتناسب كل مسبح على حدة. بالنسبة للكاميرات الموضوعة في وسط المسبح، يتم توفير حوامل ثلاثية مصممة خصيصًا، مزودة بأكواب شفط.

بدون علامات

تُسهم التقنيات والأبحاث الحديثة في مجال رؤية الحاسوب في التطور السريع لنهج التقاط الحركة بدون علامات. لا تتطلب أنظمة التقاط الحركة بدون علامات، كتلك التي طُوّرت في جامعة ستانفورد وجامعة ميريلاند ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ومعهد ماكس بلانك ، ارتداء الأشخاص معدات خاصة للتتبع. صُممت خوارزميات حاسوبية خاصة لتمكين النظام من تحليل تدفقات متعددة من المدخلات البصرية وتحديد الأشكال البشرية، وتقسيمها إلى مكوناتها الأساسية لتتبعها. استخدمت شركة ESC Entertainment ، وهي شركة تابعة لشركة Warner Brothers Pictures أُنشئت خصيصًا لتمكين التصوير السينمائي الافتراضي ، تقنية تُسمى Universal Capture، والتي اعتمدت على إعداد سبع كاميرات وتتبع التدفق البصري لجميع البكسلات على جميع المستويات ثنائية الأبعاد للكاميرات لالتقاط الحركة والإيماءات وتعبيرات الوجه ، مما أدى إلى نتائج واقعية للغاية.

الأنظمة التقليدية

يُستخدم تتبع الحركة البصرية التقليدي، الذي لا يعتمد على علامات، لمراقبة مختلف الأجسام، بما في ذلك الطائرات ومركبات الإطلاق والصواريخ والأقمار الصناعية. وتُجرى العديد من تطبيقات تتبع الحركة البصرية هذه في الهواء الطلق، مما يتطلب استخدام عدسات وكاميرات مختلفة. وبالتالي، يمكن للصور عالية الدقة للهدف المُراد تتبعه أن توفر معلومات أكثر من مجرد بيانات الحركة. وقد قدمت الصورة التي التقطها نظام التتبع بعيد المدى التابع لناسا خلال إطلاق مكوك الفضاء تشالنجر الكارثي أدلة حاسمة حول سبب الحادث. كما تُستخدم أنظمة التتبع البصرية لتحديد المركبات الفضائية المعروفة والحطام الفضائي، على الرغم من أنها تعاني من عيب مقارنةً بالرادار، وهو أن الأجسام يجب أن تعكس أو تُصدر ضوءًا كافيًا. [ 39 ]

يتكون نظام التتبع البصري عادةً من ثلاثة أنظمة فرعية: نظام التصوير البصري، ومنصة التتبع الميكانيكية، وجهاز الكمبيوتر الخاص بالتتبع.

يتولى نظام التصوير البصري مسؤولية تحويل الضوء المنبعث من المنطقة المستهدفة إلى صورة رقمية يمكن لجهاز التتبع معالجتها. وبحسب تصميم نظام التتبع البصري، قد يتراوح نظام التصوير البصري من كاميرا رقمية عادية إلى تلسكوب فلكي متطور مثبت على قمة جبل. وتحدد مواصفات نظام التصوير البصري الحد الأقصى لنطاق فعالية نظام التتبع.

تحمل منصة التتبع الميكانيكية نظام التصوير البصري، وهي مسؤولة عن توجيه هذا النظام باستمرار نحو الهدف المراد تتبعه. وتحدد ديناميكيات منصة التتبع الميكانيكية، بالاشتراك مع نظام التصوير البصري، قدرة نظام التتبع على تثبيت الهدف المتغير السرعة بسرعة.

يتولى حاسوب التتبع مسؤولية التقاط الصور من نظام التصوير البصري، وتحليلها لاستخراج موقع الهدف، والتحكم في منصة التتبع الميكانيكية لمتابعة هذا الهدف. وتواجه هذه العملية عدة تحديات. أولًا، يجب أن يكون حاسوب التتبع قادرًا على التقاط الصور بمعدل إطارات عالٍ نسبيًا، مما يفرض متطلبات على عرض النطاق الترددي لأجهزة التقاط الصور. ثانيًا، يجب أن يكون برنامج معالجة الصور قادرًا على فصل صورة الهدف عن خلفيتها وحساب موقعه. وقد صُممت العديد من خوارزميات معالجة الصور التقليدية لهذه المهمة. يمكن تبسيط هذه المشكلة إذا كان نظام التتبع يتوقع خصائص معينة مشتركة بين جميع الأهداف التي سيتتبعها. أما المشكلة التالية فهي التحكم في منصة التتبع لمتابعة الهدف. تُعد هذه مشكلة تصميم نموذجية لأنظمة التحكم وليست تحديًا، إذ تتضمن نمذجة ديناميكيات النظام وتصميم وحدات تحكم للتحكم فيه. ومع ذلك، سيصبح هذا تحديًا إذا لم تكن منصة التتبع التي سيعمل معها النظام مصممة للعمل في الوقت الفعلي.

يتم تخصيص البرامج التي تُشغّل هذه الأنظمة لتتوافق مع مكونات الأجهزة المُستخدمة. ومن الأمثلة على هذه البرامج برنامج OpticTracker، الذي يتحكم في التلسكوبات المحوسبة لتتبع الأجسام المتحركة على مسافات شاسعة، مثل الطائرات والأقمار الصناعية. وثمة خيار آخر هو برنامج SimiShape، الذي يُمكن استخدامه أيضاً بشكل هجين مع العلامات.

كاميرات RGB-D

تلتقط كاميرات RGB-D مثل Kinect صورًا ملونة وصورًا للعمق. ومن خلال دمج الصورتين، يمكن التقاط وحدات بكسل ثلاثية الأبعاد ملونة ، مما يسمح بالتقاط حركة الإنسان ثلاثية الأبعاد وسطحه في الوقت الفعلي.

بسبب استخدام كاميرا أحادية الرؤية، عادةً ما تكون الحركات الملتقطة مشوشة. وقد طُرحت تقنيات التعلّم الآلي لإعادة بناء هذه الحركات المشوشة تلقائيًا إلى حركات ذات جودة أعلى، باستخدام أساليب مثل التعلّم الكسول [ 40 ] ونماذج غاوس [ 41 ] . تُنتج هذه الطريقة حركة دقيقة بما يكفي للتطبيقات المهمة مثل التقييم المريح [ 42 ] .

الأنظمة غير البصرية

الأنظمة العطالية

تعتمد تقنية التقاط الحركة بالقصور الذاتي [ 43 ] على مستشعرات قصور ذاتي مصغرة، ونماذج ميكانيكية حيوية، وخوارزميات دمج البيانات الحسية . [ 44 ] غالبًا ما تُنقل بيانات الحركة من مستشعرات القصور الذاتي ( نظام التوجيه بالقصور الذاتي ) لاسلكيًا إلى جهاز كمبيوتر، حيث تُسجل الحركة أو تُعرض. تستخدم معظم أنظمة القصور الذاتي وحدات قياس القصور الذاتي (IMUs) التي تحتوي على مزيج من الجيروسكوب، ومقياس المغناطيسية، ومقياس التسارع، لقياس معدلات الدوران. تُترجم هذه الدورانات إلى هيكل عظمي في البرنامج. وكما هو الحال مع العلامات البصرية، كلما زاد عدد مستشعرات IMU، كانت البيانات أكثر طبيعية. لا حاجة إلى كاميرات أو باعثات أو علامات خارجية للحركات النسبية، على الرغم من أنها مطلوبة لتحديد الموقع المطلق للمستخدم عند الرغبة. تلتقط أنظمة التقاط الحركة بالقصور الذاتي حركة الجسم البشري بست درجات حرية كاملة في الوقت الفعلي، ويمكنها توفير معلومات محدودة عن الاتجاه إذا كانت تتضمن مستشعرًا مغناطيسيًا، على الرغم من أن دقة هذه المستشعرات أقل بكثير وعرضة للتشويش الكهرومغناطيسي. تشمل مزايا استخدام أنظمة القياس بالقصور الذاتي: إمكانية الالتقاط في بيئات متنوعة، بما في ذلك المساحات الضيقة، وعدم الحاجة إلى حلول معقدة، وسهولة الحمل، وتغطية مساحات التقاط واسعة. أما عيوبها فتتمثل في انخفاض دقة تحديد الموقع وانحرافه، وهو ما قد يتفاقم مع مرور الوقت. تشبه هذه الأنظمة وحدات تحكم Wii ، لكنها أكثر حساسية، وتتمتع بدقة أعلى ومعدلات تحديث أسرع. كما يمكنها قياس الاتجاه نحو الأرض بدقة تصل إلى درجة واحدة. يزداد الإقبال على أنظمة القياس بالقصور الذاتي بين مطوري الألعاب، [ 10 ] ويعود ذلك أساسًا إلى سهولة وسرعة إعدادها، مما يُسهم في تسريع عملية التطوير. تتوفر الآن مجموعة متنوعة من هذه الأنظمة من مختلف الشركات المصنعة، وتتراوح أسعارها الأساسية بين 1000 و80000 دولار أمريكي.

الحركة الميكانيكية

تُعرف أنظمة التقاط الحركة الميكانيكية، التي تتعقب زوايا مفاصل الجسم مباشرةً، باسم أنظمة التقاط الحركة الهيكلية الخارجية، وذلك لطريقة تثبيت أجهزة الاستشعار على الجسم. يقوم المؤدي بتثبيت هيكل يشبه الهيكل العظمي على جسمه، ومع حركته تتحرك الأجزاء الميكانيكية المفصلية، ما يقيس حركته النسبية. تتميز أنظمة التقاط الحركة الميكانيكية بأنها تعمل في الوقت الفعلي، ومنخفضة التكلفة نسبيًا، وخالية من العوائق، ولاسلكية (غير سلكية) ذات حجم التقاط غير محدود. عادةً ما تكون هذه الأنظمة عبارة عن هياكل صلبة من قضبان معدنية أو بلاستيكية مستقيمة ومفصلية، متصلة ببعضها بواسطة مقاييس جهد تتحرك عند مفاصل الجسم. يتراوح سعر هذه البدلات عادةً بين 25,000 و75,000 دولار أمريكي، بالإضافة إلى نظام تحديد المواقع المطلق الخارجي. توفر بعض البدلات ردود فعل محدودة للقوة أو مدخلات لمسية .

الأنظمة المغناطيسية

تحسب الأنظمة المغناطيسية الموقع والاتجاه من خلال التدفق المغناطيسي النسبي لثلاثة ملفات متعامدة على كل من جهاز الإرسال وجهاز الاستقبال. [ 45 ] تسمح الشدة النسبية للجهد أو التيار في الملفات الثلاثة لهذه الأنظمة بحساب كل من المدى والاتجاه من خلال رسم خريطة دقيقة لحجم التتبع. يتميز خرج المستشعر بست درجات حرية (6DOF)، مما يوفر نتائج مفيدة باستخدام ثلثي عدد العلامات المطلوبة في الأنظمة البصرية؛ علامة واحدة على أعلى الذراع وأخرى على أسفلها لتحديد موضع الكوع وزاويته. تكون هذه العلامات عرضة للتداخل المغناطيسي والكهربائي من الأجسام المعدنية في البيئة، مثل قضبان التسليح (قضبان التسليح الفولاذية في الخرسانة) أو الأسلاك، والتي تؤثر على المجال المغناطيسي، بالإضافة إلى المصادر الكهربائية مثل الشاشات والمصابيح والكابلات وأجهزة الكمبيوتر.

تكون استجابة المستشعر غير خطية، خاصةً عند حواف منطقة الالتقاط. وتميل أسلاك المستشعرات إلى منع حركات الأداء القصوى. [ 45 ] مع الأنظمة المغناطيسية، يُمكن مراقبة نتائج جلسة التقاط الحركة في الوقت الفعلي. [ 45 ] أحجام الالتقاط للأنظمة المغناطيسية أصغر بكثير من أحجام الالتقاط للأنظمة البصرية. في الأنظمة المغناطيسية، يوجد فرق بين أنظمة التيار المتردد (AC) وأنظمة التيار المستمر (DC): يستخدم نظام التيار المستمر نبضات مربعة، بينما يستخدم نظام التيار المتردد موجات جيبية.

مستشعرات التمدد

مستشعرات التمدد عبارة عن مكثفات مرنة ذات لوحين متوازيين، تقيس التمدد أو الانحناء أو القص أو الضغط، وتُصنع عادةً من السيليكون. عند تمدد المستشعر أو انضغاطه، تتغير قيمة سعته. يمكن نقل هذه البيانات عبر البلوتوث أو الإدخال المباشر، وتُستخدم لرصد أدق التغيرات في حركة الجسم. لا تتأثر مستشعرات التمدد بالتداخل المغناطيسي، كما أنها لا تتأثر بالانسداد. وبفضل مرونتها، لا تعاني هذه المستشعرات من الانحراف الموضعي، وهو أمر شائع في الأنظمة بالقصور الذاتي. مع ذلك، ونظرًا لخصائص مواد ركائزها وموادها الموصلة، تعاني مستشعرات التمدد من انخفاض نسبي في نسبة الإشارة إلى الضوضاء ، مما يستدعي استخدام الترشيح أو التعلم الآلي لجعلها قابلة للاستخدام في التقاط الحركة. وتؤدي هذه الحلول إلى زيادة زمن الاستجابة مقارنةً بالمستشعرات البديلة.

التقاط حركة الوجه

توفر معظم شركات تصنيع أجهزة التقاط الحركة التقليدية إمكانية التقاط صور الوجه بدقة منخفضة باستخدام ما بين 32 إلى 300 علامة، إما بنظام علامات نشط أو سلبي. وتعاني جميع هذه الحلول من قيود تتعلق بالوقت اللازم لتطبيق العلامات ومعايرة مواقعها ومعالجة البيانات. كما أن التقنية نفسها تحدّ من دقة الصورة وجودة المخرجات الأولية.

يُعدّ التقاط حركة الوجه عالي الدقة، والمعروف أيضًا باسم التقاط الأداء ، الجيل التالي من تقنيات التقاط الحركة، ويُستخدم لتسجيل الحركات الأكثر تعقيدًا في وجه الإنسان بهدف التقاط مستويات أعلى من المشاعر. وتنقسم تقنيات التقاط الوجه حاليًا إلى عدة فئات متميزة، تشمل بيانات التقاط الحركة التقليدية، والحلول القائمة على تقنية المزج الشكلي، والتقاط البنية الفعلية لوجه الممثل، والأنظمة الخاصة.

تعتمد التقنيتان الرئيسيتان على أنظمة ثابتة مزودة بمجموعة من الكاميرات لالتقاط تعابير الوجه من زوايا متعددة، واستخدام برامج مثل محلل الشبكة المجسمة من مكتبة OpenCV لإنشاء شبكة سطحية ثلاثية الأبعاد، أو استخدام مصفوفات ضوئية لحساب متجهات السطح العمودية من تباين السطوع عند تغيير مصدر الضوء أو موضع الكاميرا أو كليهما. وتقتصر دقة هذه التقنيات عادةً على دقة الكاميرا وحجم الجسم الظاهري وعدد الكاميرات. فإذا كان وجه المستخدم يشغل 50% من مساحة عمل الكاميرا، وكانت دقة الكاميرا ميجابكسل، فإنه يمكن رصد حركات الوجه التي تقل عن ملليمتر واحد بمقارنة الإطارات. وتركز الأبحاث الحديثة على زيادة معدلات الإطارات وتطبيق التدفق البصري لإعادة توجيه الحركات إلى وجوه أخرى مُولّدة حاسوبيًا، بدلاً من مجرد إنشاء شبكة ثلاثية الأبعاد للممثل وتعبيراته.

تحديد المواقع بترددات الراديو

أصبحت أنظمة تحديد المواقع بترددات الراديو أكثر جدوى ، إذ تتيح أجهزة الترددات الراديوية ذات الترددات العالية دقةً أكبر من التقنيات القديمة كالرادار . تبلغ سرعة الضوء 30 سنتيمترًا في النانوثانية (جزء من مليار من الثانية)، لذا فإن إشارة تردد راديوي بتردد 10 جيجاهرتز (مليار دورة في الثانية) تُمكّن من تحقيق دقة تصل إلى حوالي 3 سنتيمترات. ومن خلال قياس السعة حتى ربع الطول الموجي، يُمكن تحسين الدقة لتصل إلى حوالي 8 مليمترات. ولتحقيق دقة الأنظمة البصرية، يلزم استخدام ترددات 50 جيجاهرتز أو أعلى، وهي تعتمد تقريبًا على خط الرؤية، كما أنها سهلة الحجب كالأنظمة البصرية. ومن المرجح أن يتسبب تعدد المسارات وإعادة إشعاع الإشارة في مشاكل إضافية، لكن هذه التقنيات ستكون مثالية لتتبع أحجام أكبر بدقة معقولة، نظرًا لأن الدقة المطلوبة على مسافة 100 متر لن تكون عالية على الأرجح. ويعتقد العديد من العلماء أن الترددات الراديوية لن تُنتج أبدًا الدقة المطلوبة لالتقاط الحركة. 

أعلن باحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا عام 2015 أنهم ابتكروا نظاماً لتتبع الحركة باستخدام إشارات الترددات الراديوية. [ 46 ] [ 47 ]

الأنظمة غير التقليدية

تم تطوير نهج بديل يُمنح فيه الممثل مساحة حركة غير محدودة باستخدام كرة دوارة، تشبه كرة الهامستر ، تحتوي على مستشعرات داخلية تسجل الحركات الزاوية، مما يُغني عن الحاجة إلى كاميرات خارجية ومعدات أخرى. ورغم أن هذه التقنية قد تُخفض تكاليف التقاط الحركة بشكل كبير، إلا أن الكرة الأساسية قادرة فقط على تسجيل اتجاه واحد متواصل. وسيتطلب تسجيل أي حركة أخرى استخدام مستشعرات إضافية تُرتدى على الشخص.

ثمة بديل آخر يتمثل في استخدام منصة حركة بست درجات حرية (6DOF) مزودة بجهاز مشي متعدد الاتجاهات مدمج مع تقنية التقاط الحركة البصرية عالية الدقة لتحقيق التأثير نفسه. يستطيع الشخص الذي يتم التقاط حركته السير في مساحة غير محدودة، متجاوزًا مختلف أنواع التضاريس غير المستوية. تشمل التطبيقات إعادة التأهيل الطبي لتدريب التوازن، والبحوث البيوميكانيكية، والواقع الافتراضي.

تقدير الوضعية ثلاثية الأبعاد

في تقدير الوضع ثلاثي الأبعاد ، يمكن إعادة بناء وضع الممثل من صورة أو خريطة عمق . [ 48 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ غوبل، فيرنر؛ بالمر، كارولين (2013). بالاسوبرامانيام، راميش (محرر). "التحكم الزمني وكفاءة حركة اليد في الأداء الموسيقي الماهر" . PLOS ONE . 8 (1) e50901. Bibcode : 2013PLoSO...850901G . doi : 10.1371/journal.pone.0050901 . PMC 3536780. PMID 23300946 .  
  2. ↑ أولسن، نيلز لوندتورب؛ ماركوسن، بو؛ راكيت، لارس لاو (2018). "الاستدلال المتزامن لبيانات وظيفية متعددة المتغيرات غير متوافقة". مجلة الجمعية الإحصائية الملكية، السلسلة ج . 67 (5): 1147-1176 . arXiv : 1606.03295 . doi : 10.1111/rssc.12276 . S2CID 88515233 . 
  3. ↑ نونان، ديفيد ب.؛ ماونتني، بيتر؛ إلسون، دانيال س.؛ دارزي، آرا؛ يانغ، غوانغ-تشونغ (مايو 2009). "منظار ليفي مجسم لحركة الكاميرا واستعادة العمق ثلاثي الأبعاد أثناء الجراحة طفيفة التوغل" . المؤتمر الدولي لهندسة الروبوتات والأتمتة IEEE لعام 2009. الصفحات 4463-4468 . doi : 10.1109/ROBOT.2009.5152698 . ISBN  978-1-4244-2788-8.
  4. ↑ ياماني، كاتسو؛ هودجينز، جيسيكا (أكتوبر 2009). "التتبع والتوازن المتزامنان للروبوتات الشبيهة بالبشر لمحاكاة بيانات التقاط حركة الإنسان". المؤتمر الدولي IEEE/RSJ للروبوتات والأنظمة الذكية لعام 2009. الصفحات 2510-2517 . doi : 10.1109/IROS.2009.5354750 . ISBN  978-1-4244-3803-7. S2CID 18042804 . 
  5. ↑ جات، جو (13 سبتمبر 2013). "ممثلو التقاط الحركة: حركة الجسم تحكي القصة" . NYCastings - DirectSubmit . مؤرشف من الأصل بتاريخ 22 مارس 2025. تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 يونيو 2025 .
  6. ↑ سالومون، أندرو هاريس (22 فبراير 2013). "نمو تقنية التقاط الأداء يساعد ممثلي ألعاب الفيديو على تجاوز فترة الركود" . www.backstage.com . تاريخ الاسترجاع: 14 يونيو 2025 .
  7. ↑ تشايلد، بن (12 أغسطس 2011). "آندي سيركيس: لماذا لا تُبدي جوائز الأوسكار حماسًا كبيرًا للتمثيل بتقنية التقاط الحركة؟" . صحيفة الغارديان . الرقم الدولي الموحد للدوريات 0261-3077 . تاريخ الاسترجاع: 14 يونيو 2025 . 
  8. ↑ هارت، هيو (24 يناير 2012). "متى سيفوز ممثل بتقنية التقاط الحركة بجائزة الأوسكار؟" . مجلة وايرد . الرقم الدولي الموحد للدوريات 1059-1028 . تاريخ الاسترجاع: 14 يونيو 2025 . 
  9. ↑ تشيونغ، جيرمان كيه إم؛ كانادي، تاكيو؛ بوغيه، جان إيف؛ هولر، مارك (2000). "نظام في الوقت الحقيقي لإعادة بناء ثلاثية الأبعاد قوية لحركات الإنسان باستخدام وحدات البكسل" (ملف PDF) . وقائع مؤتمر IEEE حول رؤية الحاسوب والتعرف على الأنماط. CVPR 2000 (رقم التصنيف PR00662) . المجلد 2. جمعية IEEE للحاسوب. الصفحات 714-720 . doi : 10.1109/CVPR.2000.854944 . ISBN   978-0-7695-0662-3.
  10. 1 2 "Xsens MVN Animate – المنتجات" . تتبع الحركة ثلاثي الأبعاد من Xsens . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 يناير 2019 .
  11. ↑ "معجم الجيل القادم 1996 من الألف إلى الياء: التقاط الحركة". الجيل القادم . العدد 15. إيماجن ميديا . مارس 1996. ص 37.  
  12. ↑ "التقاط الحركة". الجيل القادم (10). إيماجين ميديا : 50. أكتوبر 1995.
  13. ↑ رادوف، جون (22 أغسطس/آب 2008). "تشريح لعبة تقمص الأدوار الجماعية عبر الإنترنت" . مؤرشف من الأصل في 13 ديسمبر/كانون الأول 2009. تم الاطلاع عليه في 30 نوفمبر/تشرين الثاني 2009 .
  14. 1 2 "هتاف لهوليوود! استوديوهات أكليم". جيم برو . العدد 82. آي دي جي . يوليو 1995. الصفحات 28-29 .  
  15. ↑ ماسون، غرايم. "ألعاب مار تك - أصحاب الشخصيات المميزة" . ريترو غيمر . العدد 133. ص 51.  
  16. ↑ "ألعاب القتال قبل ستريت فايتر 2" . هاردكور غيمنغ 101. ص 8. تم الاطلاع عليه بتاريخ 26 نوفمبر 2021 . 
  17. ↑ "حصريًا لجهاز سيجا ساترن! فيرتشوا فايتر: القتال في البعد الثالث" (ملف PDF) . مجلة ألعاب الكمبيوتر والفيديو . العدد 158 (يناير 1995). شركة فيوتشر بي إل سي . 15 ديسمبر 1994. الصفحات 12-13 ، 15-16 ، 19.  
  18. ↑ "فيرتشوا فايتر". ماكسيموم: مجلة ألعاب الفيديو (1). إيماب إنترناشونال ليمتد : 142-143 . أكتوبر 1995.
  19. ↑ واورو، أليكس (23 أكتوبر 2014). "يو سوزوكي يتذكر استخدام التكنولوجيا العسكرية في صنع لعبة فيرتشوا فايتر 2" . غاماسوترا . تم الاطلاع عليه بتاريخ 18 أغسطس 2016 .
  20. ↑ "تاريخ التقاط الحركة" . Motioncapturesociety.com. مؤرشف من الأصل بتاريخ 23-10-2018 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 10-08-2013 .
  21. ↑ "مقر هندسة أنظمة الطائرات بدون طيار في جامعة بيردو" . مجلة أيروجرام - 2021-2022 . جامعة بيردو . تاريخ الاسترجاع: 18 سبتمبر 2023 .
  22. ↑ تيم بريفيج؛ أليكس فونك؛ تيم ماكغفرن (4 يونيو 2015). "استذكار برنامج توتال ريكول" . fxguide . تم الاطلاع عليه في 6 ديسمبر 2025 .
  23. ↑ "أخبار ألعاب العملات: استخدام تقنية أكليم في فيلم "باتمان" . بلاي ميتر . المجلد 20، العدد 11. أكتوبر 1994. ص 22.   
  24. ↑ "Acclaim Stakes its Claim" . RePlay . المجلد 20، العدد 4. يناير 1995. ص 71.   
  25. ↑ سافاج، أناليزا (12 يوليو 2012). "ممثل غولوم: كيف حسّنت تقنية التقاط الحركة الجديدة فيلم الهوبيت" . مجلة وايرد . تم الاطلاع عليه بتاريخ 29 يناير 2017 .
  26. ↑ "مقابلة: شركة ستوري مايند إنترتينمنت تتحدث عن فيلمها القادم 'عيناي عليك'"" . تلك اللحظة في . 29 أكتوبر 2017. مؤرشف من الأصل في 26 سبتمبر 2018. تم الاسترجاع في 24 سبتمبر 2022 .
  27. ↑ جاكسون، أنجليك (23 ديسمبر 2025). "جيمس كاميرون يتحدث عن فيلم "أفاتار: النار والرماد"، ويشرح تقنية التقاط الأداء في عصر الذكاء الاصطناعي، ولماذا ليس مستعدًا للحديث عن "أفاتار 4"" . Variety . تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 يناير 2026 .
  28. ↑ "الكشف عن الوضعية باستخدام الذكاء الاصطناعي لبرامج إعادة التأهيل البدني" .
  29. ↑ "التقاط الحركة بدون علامات | EuMotus" . التقاط الحركة بدون علامات | EuMotus . تم الاسترجاع بتاريخ 12-10-2018 .
  30. ↑ كوريا، أليكسا راي (30 يونيو 2014). "برنامج التعرف على الوجوه هذا يُمكّنك من أن تكون أوكتوداد" . بوليغون . تم الاطلاع عليه في 4 يناير 2017 .
  31. ↑ بلانكيت، لوك (27 ديسمبر 2013). "حوّل وجهك البشري إلى شخصية لعبة فيديو" . kotaku.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 يناير 2017 .
  32. ↑ سيمور، مايك (24 أبريل 2016). "استعد للعبة (الرقمية)" . fxguide.com . تم الاطلاع عليه في 4 يناير 2017 .
  33. ↑ "羽生結弦"動いたこと"は卒論完成 24時間テレビにリモト出演 (يكمل يوزورو هانيو أطروحة التخرج حول "الأشياء المتحركة" ويظهر عن بعد على شاشة التلفزيون على مدار 24 ساعة يوميًا يوم)" (باللغة اليابانية) . تم الاسترجاع في 2 سبتمبر 2023 .
  34. ↑ "羽生結弦が卒業論文を公開 24時間テレビに出演 (ينشر Yuzuru Hanyu أطروحة التخرج ويظهر على شاشة التلفزيون على مدار 24 ساعة)" (باللغة اليابانية) . تم الاسترجاع في 2 سبتمبر 2023 .
  35. ^ هانيو، يوزورو ؛ 羽生، 結弦 (18 مارس 2021). "" شكرا جزيلا لك (دراسة جدوى حول استخدام أنظمة التقاط الحركة اللاسلكية وأجهزة الاستشعار بالقصور الذاتي في التزلج الفني على الجليد)" .人間科学研究 (مجلة واسيدا للعلوم الإنسانية) (باللغة اليابانية). 2021 . جامعة واسيدا: 1-7 . hdl : 2065/00080605 . تم الاطلاع عليه في 2 سبتمبر 2023 .
  36. ↑ شتورم، يورغن؛ إنجلهارد، نيكولاس؛ إندريس، فيليكس؛ بورغارد، وولفرام؛ كريمرز، دانيال (أكتوبر 2012). "معيار لتقييم أنظمة SLAM بتقنية RGB-D" (ملف PDF) . المؤتمر الدولي IEEE/RSJ للروبوتات والأنظمة الذكية لعام 2012. الصفحات 573-580 . doi : 10.1109/IROS.2012.6385773 . ISBN  978-1-4673-1736-8.
  37. ↑ لي، جيان؛ يانغ، جيوشان؛ شو، زانوانغ؛ بنغ، جينغليانغ (نوفمبر 2012). "تقييم إعادة تأهيل اليد بمساعدة الحاسوب باستخدام نظام التقاط الحركة البصرية". المؤتمر الدولي لتحليل الصور ومعالجة الإشارات 2012. الصفحات 1-5 . doi : 10.1109/IASP.2012.6425069 . ISBN  978-1-4673-2546-2.
  38. ↑ "التقاط الحركة: الأنظمة البصرية". الجيل القادم (10). إيماجين ميديا : 53. أكتوبر 1995.
  39. ↑ فيس، جورج (1963). "التتبع البصري للأقمار الصناعية". مراجعات علوم الفضاء . 2 (2): 250-296 . Bibcode : 1963SSRv....2..250V . doi : 10.1007/BF00216781 . S2CID 121533715 . 
  40. ↑ شوم، هوبرت بي إتش؛ هو، إدموند إس إل؛ جيانغ، يانغ؛ تاكاغي، شو (2013). "إعادة بناء الوضعية في الوقت الحقيقي لجهاز مايكروسوفت كينكت" (ملف PDF) . معاملات IEEE في علم التحكم الآلي . 43 (5): 1357-1369 . Bibcode : 2013ITCyb..43.1357S . doi : 10.1109/TCYB.2013.2275945 . PMID: 23981562. S2CID : 14124193 .  
  41. ↑ ليو، تشيغوانغ؛ تشو، ليويانغ؛ ليونغ، هوارد؛ شوم، هوبرت بي إتش (2016). "إعادة بناء وضعية كينكت بناءً على مزيج محلي من نماذج العمليات الغاوسية" . معاملات IEEE في التصور ورسومات الحاسوب . 22 (11): 2437-2450 . Bibcode : 2016ITVCG..22.2437L . doi : 10.1109/TVCG.2015.2510000 . hdl : 2031/3653983e-fcff - 4b6a-8e47-e7cc17ba5d7b . PMID 26701789. S2CID 216076607 .  
  42. ↑ بلانتارد، بيير؛ شوم، هوبرت بي إتش؛ بيير، آن-صوفي لو؛ مولتون، فرانك (2017). "التحقق من صحة طريقة تقييم بيئة العمل باستخدام بيانات كينكت في ظروف مكان العمل الحقيقية" . بيئة العمل التطبيقية . 65 : 562-569 . doi : 10.1016/j.apergo.2016.10.015 . PMID 27823772. S2CID 13658487 .  
  43. ↑ "تتبع حركة الإنسان بست درجات حرية كاملة باستخدام مستشعرات القصور الذاتي المصغرة" (ملف PDF) . مؤرشف من النسخة الأصلية (PDF) بتاريخ 4 أبريل 2013. تم الاطلاع عليه بتاريخ 3 أبريل 2013 .
  44. ↑ "تاريخ التقاط الحركة" . تتبع الحركة ثلاثي الأبعاد من Xsens . مؤرشف من الأصل بتاريخ 22 يناير 2019. تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 يناير 2019 .
  45. 1 2 3 "التقاط الحركة: الأنظمة المغناطيسية". الجيل القادم (10). إيماجين ميديا : 51. أكتوبر 1995.
  46. ↑ ألبا، أليخاندرو (نوفمبر 2015). "باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا يبتكرون جهازًا قادرًا على التعرف على الأشخاص وتتبعهم عبر الجدران" . nydailynews.com . تاريخ الاسترجاع: 9 ديسمبر 2019 .
  47. ↑ أديب، فاضل؛ هسو، تشين يو؛ ماو، هونغزي؛ كاتابي، دينا؛ دوراند، فريدو (4 نوفمبر 2015). "تصوير الشكل البشري من خلال جدار" (ملف PDF) . مجلة ACM للمعاملات في الرسومات . 34 (6): 1-13 . doi : 10.1145/2816795.2818072 . hdl : 1721.1/111588 . ISSN 0730-0301 . 
  48. ↑ يي، ماو؛ وانغ، شيانوانغ؛ يانغ، رويغانغ؛ رين، ليو؛ بوليفيس، مارك (نوفمبر 2011). "تقدير دقيق للوضع ثلاثي الأبعاد من صورة عمق واحدة" (ملف PDF) . المؤتمر الدولي للرؤية الحاسوبية 2011. الصفحات 731-738 . doi : 10.1109/ICCV.2011.6126310 . ISBN  978-1-4577-1102-2.