Применение технологий Motion Capture для создания виртуальной хореографии

Автор: Демьяновских Оксана Дмитриевна

Организация: МБУДО ЦРТДиЮ «Победа»

Населенный пункт: Челябинская область, г. Челябинск

Аннотация: статья раскрывает феномен технологии Motion Capter, а именно как   процесс использования этой технологии способен передать и оживить искусство танца в виртуальном пространстве. В статье описываются поэтапные принципы  работы данной технологии, перечисляются используемые виды систем для  регистрации хореографии и указывается доступное  программное  обеспечение необходимое для работы с Motion Capture. В заключении статьи описаны области применения этой  технологии в других сферах жизни человека, а также описаны преимущества использования Motion Capture для постановочной и репетиторской деятельности с хореографическими произведениями и работы с живыми танцовщиками.

Ключевые слова: захват движения, виртуальная хореография, камера , технология, анимация .

С тех пор, как в 1895 году был снят фильм "Танец змеи" Лои Фуллер, танец и медиа-технологии установили тесные отношения, в современном мире широко используется понятие «виртуальная хореография».

Виртуальная хореография - это хореография , преобразованная  в некую последовательность компьютерных  данных.  В создании виртуальной хореографии для передачи реальных движений танцовщиков в цифровую среду очень часто применяется технология Motion Capture.

Motion capture, или коротко MoCap  (захват движения) — технология, которая позволяет записывать реальные движения объекта, или человека с высокой точностью, предоставляя детальный анализ каждого шага и жеста, и переводить их в цифровой формат.

Принципы работы Motion Capture заключаются  в выполнении нескольких этапов:

1. Подготовка объекта или персонажа. Маркерная фиксация использует специальный костюм с датчиками для фиксации данных на камеры. Собранная и передаваемая компьютерной программе информация воспроизводит движения исполнителя, трансформируя их в режиме реального времени в анимацию виртуальной фигуры. Актёры или объекты надевают специальные костюмы, оборудованные маркерами или датчиками, которые будут фиксировать каждое движение. Безмаркерная фиксация базируется на высокотехнологичном процессе распознавания готовых образов. Её преимущества — исключение специального оборудования, дополнительного времени на подготовку, а также износа хрупких маркеров и датчиков.
2. Запись движения, собственно сам захват движения ( Motion Capture).

Камеры или датчики фиксируют каждый шаг, поворот и движение, которые выполняет объект. Сам смысл «виртуальности» хореографии, зафиксированного с помощью motion-capture, заключается в том, что зритель может наблюдать за ним практически с любой точки зрения, которую обеспечивает «виртуальная камера» - под любым углом и с любого расстояния, выбранного зрителем/пользователем. Выбранное воспроизведение - это всего лишь одна реализация среди множества других, поскольку несколько датчиков движения, стратегически расположенных в области захвата, используются одновременно для записи движения маркеров на теле танцора с высочайшей частотой.

В отличие от того, что записывает камера в видео и кино, датчики движения (или трекеры) регистрируют только местоположение в пространстве и движение маркеров, которые размещены на костюме исполнителя. Ни рисунок, ни фон не записываются, они должны быть применены позже. Для сеанса «съёмки» в танцевальном пространстве, на тела танцоров устанавливаются несколько датчиков движения, чем больше, тем лучше с точки зрения точности, так что все метки на теле можно синхронизировать во времени. Затем данные могут быть нанесены на физически смоделированную фигуру (например, виртуального танцора), чтобы «оживить» её, что позволяет просматривать танцевальную последовательность с любой точки визуализации. Если есть технические и физические сложности, то можно использовать ограниченное количество датчиков и маркеров - система может позволить компьютеру определять некоторые значения с помощью интерполяции.Тем не менее, данные считаются объективными или абсолютными в том смысле, что они не привязаны к точке обзора, как это обязательно должно быть с оптической камерой, для обеспечения ею связного изображения. «Виртуальная камера» может проходить даже сквозь сцену или вокруг неё – такое бы было физически невозможно в реальности. Другими словами, виртуальная камера представляет возможность обозревать действие с любой перспективы. При съёмке кино или видео размещение камеры определяется заранее, если только оператор не импровизирует в процессе. А вот при фиксации движения с помощью motion-capture, впоследствии можно решить, где находится виртуальная камера и как она перемещается. Другими словами, положение камеры можно устанавливать снова и снова с разных точек обзора, в то время как качество исполнения остаётся неизменным, поскольку оно соответствует одному дублю (сеансу захвата).

3. Обработка данных. Собранные данные обрабатываются с помощью специализированного программного обеспечения, которое переводит их в цифровую анимацию, передавая все особенности движений. Технология Motion-capture является наиболее объективной формой записи танца в динамике, поскольку она не опирается на субъективную оценку и словесные описания отдельных лиц, а скорее опирается  на заранее определённые математические средства определения пространственных координат вдоль осей x, y и z в заданные моменты времени для каждого маркера. Эти данные могут быть интерпретированы (вписаны, «прочитаны» и «исполнены») кибернетически (человеко-машинная коммуникация), в то время как предыдущие методы обозначения танца основаны на символических представлениях, записанных и прочитанных только людьми.

Функция захвата движения позволяет записывать и воспроизводить уникальные качества персонажей, морфологически отличающихся от их источника - можно заставить одного персонажа двигаться как другой, и наоборот. Поскольку захваченное движение соответствует выбранным точкам на поверхности тела, отображение этих точек на аватаре, который морфологически отличается, создаёт своего рода кинетическую аберрацию.

4. Сопоставление с виртуальными персонажами — данные сопоставляются с 3D-моделями, что позволяет точно анимировать их в соответствии с реальными движениями.

Теперь давайте рассмотрим какие именно используются  системы для захвата движения и их принципиальные отличия. Существует несколько видов систем : оптические, инерциальные, механические и гибридные.

Оптические системы основаны на использовании камер, которые снимают движения с помощью инфракрасного излучения или светодиодов, нанесённых на специальные маркеры, надетые на тело или объект. Камеры записывают изменения положения маркеров в пространстве и передают полученные данные в компьютер.

Особенности:

Маркеры могут быть активными (излучающими свет) или пассивными (отражающими свет).Камеры фиксируют не только движение человека, но и его взаимодействие с объектами, что критично для сцен с оружием, реквизитом, каскадёрами.

Ограничения: возможность перекрытия маркеров другими объектами или неправильное определение положения маркеров в случае непрозрачной одежды.

Инерциальные: используют инерциальные датчики, такие как гироскопы и акселерометры, для измерения ускорения и угловой скорости объектов. Датчики могут быть прикреплены к различным частям тела или объектам, и данные с датчиков анализируются для определения движений.

Особенности:

Системы портативны, не требуют внешних камер или контролируемой студийной среды.

Данные с датчиков собираются и передаются в компьютер, где алгоритмы преобразуют их в трёхмерные модели движения.

Недостатки: накопление ошибок измерений со временем и невозможность отслеживания низкочастотных движений.

Механические: полагаются на механические устройства для отслеживания и измерения траекторий движения. Типичная система состоит из нескольких суставов и жёстких стержней, с установленными в поворотных суставах датчиками угла, которые фиксируют изменения углов вращения суставов.

Особенности: механический захват движения, хоть и недорог и высокоточный, неудобен из-за размера и веса механического оборудования.

Гибридные: комбинируют оптические и инерционные методы, чтобы компенсировать слабые стороны каждого. Особенности:

Гибридизация на уровне датчика — например, VIVE Tracker или OptiTrack Active Puck, где IMU и оптика в одном модуле.

Гибридизация на уровне системы — например, костюм Xsens + VIVE Tracker для коррекции позиции.

Плюсы: меньше камер, чем в классической оптике, снижение дрифта инерционной системы.

Минусы: более сложная калибровка и интеграция. Здесь становится   важной  не реалистичность формы , а передача убедительности движений.

Программное обеспечение:

Существуют бесплатные и доступные решения программного обеспечения захвата движения без специального оборудования . iPi Motion Capture -это  программный инструмент для безмаркерного захвата движения, который работает с 1-2 камерами Kinect или несколькими веб-камерами. FreeMoCap Решение с открытым исходным кодом, которое позволяет захватывать движения без маркеров с помощью веб-камеры и легко интегрируется с Blender. RADiCAL- бесплатный сервис, который позволяет захватывать движения в реальном времени непосредственно в веб-браузере без специальных костюмов, все , что для этого нужно – это камера, интернет и RADiCAL .

Motion capture применяется в разных областях деятельности человека, например:

Кино. Технология позволяет создавать реалистичных персонажей и 1спецэффекты.Фильм «Аватар» (2009) и «Приключения Тинтина» (2011) — захват движения позволил воплотить выступления настоящих танцоров в цифровых персонажей, сохранив аутентичность танца.

Видеоигры. С помощью motion capture разработчики создают более живых и реалистичных персонажей.

Спортивные тренажеры и тренировки. Технология позволяет спортсменам анализировать и улучшать свою технику движений, а также сравнивать их с идеальными образцами.

Медицина. Врачи и физиотерапевты могут анализировать движения пациентов и разрабатывать индивидуальные программы восстановления.

В заключении хочется отметить роль технологии Motion Capture  не только в создании виртуальной хореографии , а ее роль для развития хореографического искусства в целом. MoCap может создавать  реалистичную анимацию танцевальных движений, сохранив аутентичность выступления ,запечатлеть нюансы выступлений так, как не сможет традиционная анимация,  эта технология позволяет записывать движения танцора с высокой точностью, предоставляя детальный анализ каждого шага и жеста. С помощью данных захвата движения  хореографы и тренеры могут корректировать технику, улучшать постановки и создавать виртуальные обучающие материалы. Технология помогает не просто фиксировать движения, а понимать их глубинные механизмы, что ведет к более осознанному и качественному исполнению» — отмечают эксперты танцевальной индустрии.

Использование Motion Capture в хореографическом искусстве дает хореографам ряд преимуществ  , это улучшение обратной связи и анализа движений. Система предоставляет танцорам детальный визуальный анализ их движений, что помогает определить области для улучшения, от позы до синхронизации. Повышение понимания собственного тела , танцовщики  могут видеть свои движения в реальном времени, что помогает исправить вредные привычки или неэффективные движения. Точность и последовательность ведь Motion Capture  точно измеряет  движения, что гарантирует, что танцовщики  будут выполнять свои танцевальные партитуры  с одинаковым уровнем точности ,чтобы каждое движение соответствовало художественному видению. Все эти преимущества  работают на развитие хореографии. Появляется возможность создания новых танцев. Motion Capture может не только записывать  отдельные движения,  а дает возможность для  новых способов их  компоновки, расширяя горизонты для творчества и самовыражения,  данные, полученные с помощью техники захвата движения могут быть использованы для создания новых форм искусства .

 Литература:

1. Виртуальный танец, созданный технологией Motion-Capture https://www.r-p-c.ru/virtual_dance_motio…

2. Захват движения https://ru.wikipedia.org/wiki/Захват_дви…

3. Как работает Motion Capture : эволюция и закулисье https://www.school-xyz.com/blog/kak-rabotaet-motion-capture-evolyutsiya-i-zakulise

Опубликовано: 05.10.2025