في أغلب الأحيان اليوم ، تُستخدم تقنيات التقاط الحركة (التقاط الحركة) في الأفلام وألعاب الفيديو. ولكن هناك خيارات أخرى لاستخدامها: اليوم ، يساعد التقاط الحركة على التنافس على لقب أفضل مشغل آلة ، ويسمح لك بإجراء التشخيص عن طريق المشي ، والحفاظ على رقصات الدول الصغيرة للأجيال القادمة ، وفي المستقبل سيسمح لك بشن حرب حقيقية من مخبأ مريح.
الخيول والنماذج البروليتارية والانفجارات النووية: ما الذي كان يحاول مبدعو التقاط الصور المتحركة تصويره؟
في عام 1878 ، قام ليلاند ستانفورد ، حاكم ولاية كاليفورنيا ومؤسس جامعة ستانفورد وعشاق ركوب الخيل ، بالمراهنة مع أصدقائه. لقد جادل بأن الحصان الذي يركض بالفرس في لحظة معينة يرفع جميع أرجله الأربعة عن الأرض. لم يوافق الأصدقاء ، وكان من المستحيل إثبات الافتراض بصريًا أو تأكيده. ثم جلب ستانفورد المصور الشهير والباحث في حركة الحيوانات إدوارد مويبريدج لتسوية النزاع. في مزرعة ليلاند في بالو ألتو ، تم بناء "فوتودروم" خاص - زريبة تتكون من جدار أبيض وكاميرات موجهة إليها من الجدار المقابل. تم شد الحبال عبر ممر المرجان ، مقيدة ببوابات الكاميرا. عندما بدأ الحصان يركض ، وجهه الفارس إلى صالة العرض الضوئية ، ولمست أرجل الحيوان الحبال ، وعملت البوابات وظهرت سلسلة من الصور.
هذه هي الطريقة التي ولدت بها تقنية التصوير الزمني ، وهي أول تقنية لالتقاط الحركة ساعدت في حل نزاع بقيمة 25 ألف دولار.
أثبت ستانفورد أنه كان على حق: في الجري ، يرفع الحصان حقًا جميع أرجله الأربعة عن الأرض ، لكن في هذه اللحظة يتم وضعهم تحت الجسد ، ولا يتمددون ذهابًا وإيابًا ، كما صور فنانون من عصور مختلفة. تسبب هذا الاكتشاف الصغير في إثارة ضجة بين نقاد الفن والفنانين في مطلع القرنين التاسع عشر والعشرين. بالمناسبة ، تم استخدام الخيول السوداء فقط لإطلاق النار - تم تسجيل تحركاتهم بشكل أكثر وضوحًا على الخلفية البيضاء للعدسة الضوئية. المصدر: Eadweard Muybridge / Wikimedia Commons
لكن تقنية التقاط الحركة كانت مثيرة للاهتمام ليس فقط بسبب فرصة الفوز برهان ، وبعد ذلك ظهر أكثر من جهاز واحد على أساس مبدأ التصوير الزمني. على سبيل المثال ، اخترع المصور أرنولد لوند المصور الزمني المكون من 12 عدسة في عام 1891 لالتقاط تعبيرات الوجه لمرضى طبيب الأعصاب جان شاركوت. منذ ذلك الحين وحتى الآن ، كانت المهمة الرئيسية والأصعب هي إعادة إنتاج الإجراءات التي تم التقاطها.
كان أول من اهتم بهذه الفرصة هو المضاعفات. في العقد الأول من القرن العشرين ، بدأ عصر الرسوم المتحركة ، والتي كانت إما دمية أو مرسومة باليد. سعى الفنانون لتحقيق أقصى احتمالية لحركات الشخصيات المرسومة. تم تحقيق ذلك من قبل المخترع الأمريكي ماكس فلايشر ، الذي اخترع مع شقيقه ديف rotoscoping ("تحويل الصور") في عام 1914. في البداية ، تم تصوير ممثلين حقيقيين. ثم تم تكبير هذا التسجيل إطارًا تلو الآخر ، وعرضه وإعادة إنتاجه على لومن زجاجي. قام الفنان بتتبع كل إطار على ورق التتبع. وكانت النتيجة فيلمًا جديدًا ذا شخصية مؤثرة بشكل واقعي.
, , , . Tantalizing Fly (« ») . . «», « 7 », « », «-», «», « » . : Mohamed El Amine CHRAIBI / YouTube
استنساخ واقعي للحركات عن طريق التقاط الفيديو الخاص بهم مهتم في تلك السنوات علماء روسيا السوفيتية ، حريصون على التنظيم العلمي للعمل. إذا درست بدقة حركات أفضل ممثلي البروليتاريا ، فعندئذ يمكنك تعليم العمال الآخرين - كان هذا هو منطق القيادة السوفيتية والعلماء. تم تناول هذا الموضوع من قبل المعهد المركزي للعمل (CIT) ، الذي تم إنشاؤه في موسكو ، وأشرف عليه نيكولاي بيرنشتاين ، مؤسس التوجيه العلمي للميكانيكا الحيوية ، الذي يدرس الحركة البشرية. في مختبره ، أجرى بيرنشتاين دراسات قياس الدورة الدموية: كان الموضوع يرتدي بدلة خاصة ، تتكون من عشرات المصابيح الصغيرة التي لعبت دور العلامات. ثم ، باستخدام التصوير السريع (100-200 لقطة في الثانية) ، تم الحصول على مخطط دائري. كان الخطأ في قياس أوضاع الشخص المتحرك أو الجري 0.5 مم فقط.
على مر السنين ، درس برنشتاين حركات الرياضيين والعاملين والموسيقيين ، مما ساعد على تحسين الأداء في المسابقات وتطوير طرق التدريس في مختلف المجالات. على الرغم من العار خلال فترة النضال ضد "الكوزموبوليتانيين" ، تمكن برنشتاين من تقديم توصيات بشأن تكيف رواد الفضاء مع حالة انعدام الوزن. المصدر: Thomas Oger / YouTube من
الجدير بالذكر أن برنشتاين توقع ظهور تقنية التقاط الحركة البصرية والصوتية ، والتي لا تزال تستخدم أجهزة الاستشعار المتصلة بجسم الإنسان حتى اليوم.
تم تطوير هذه الفكرة من قبل الأمريكي لي هاريسون الثالث ، الذي جرب الدوائر الدقيقة التناظرية وأنابيب أشعة الكاثود. في عام 1959 ، صمم بدلة مع مقاومات جهد مدمجة (مقاومات قابلة للتعديل) وكان قادرًا على تسجيل وتحريك حركات الممثل في الوقت الفعلي على أنبوب أشعة الكاثود. على الرغم من أنه كان إعدادًا بدائيًا - بدا الممثل المتحرك وكأنه عمود من الضوء على الشاشة - فقد كان أول التقاط حركة في الوقت الفعلي.
في موازاة ذلك ، شقت الطريقة الضوئية طريقها ، عندما تم تحقيق التقاط الحركة عن طريق تصوير كائن بسرعة عالية أو من زوايا مشاهدة مختلفة. ساهم هارولد إدجيرتون ، مخترع كاميرا Rapatronic ، التي تم إنشاؤها في الأربعينيات من القرن الماضي ، بشكل كبير في ذلك. إنه قادر على تسجيل صورة ثابتة بوقت تعريض لا يتجاوز 10 نانو ثانية. بفضل هذا الجهاز ، تمكن العالم من التقاط الأحداث السريعة جدًا - من دفقة ماء من قطرة متساقطة إلى انفجار نووي.
لحظة انفجار شحنة نووية بعد جزء من الثانية من التفجير ، تم التقاطها بواسطة كاميرا راباترونيك. المصدر: الحكومة الفيدرالية للولايات المتحدة / ويكيميديا كومنز
بحلول نهاية القرن العشرين ، تم تشكيل تقنيتين رئيسيتين لالتقاط الحركة ، والتي تسمى تقليديا علامة وعلامة. في الحالة الأولى ، يحدث التقاط الحركة باستخدام علامات أو أجهزة استشعار موضوعة على جسم الإنسان. يمكن أن تكون مختلفة: الأشعة تحت الحمراء ، والمغناطيسية ، والجيروسكوبية. يمكن أن يعكس ضوء الأشعة تحت الحمراء (المنفعل) أو ينبعث منه (نشط) الضوء ، والأشعة المغناطيسية تشوه التدفق المغناطيسي ، ويحدد مستقبل الموجة موقعها في الفضاء ، كما ينقل المستشعر الجيروسكوبي معلومات حول التغيرات في موضع الجسم في الفضاء.
تعتمد الأنظمة غير المحددة على الالتقاط البصري. يتم تثبيت الكثير من الكاميرات في الغرفة ، والتي يتم التقاطها من زوايا مختلفة. ثم يتم دمج الصور الناتجة في نموذج ثلاثي الأبعاد. نوع آخر هو الهيكل الخارجي ، والذي يتم ربطه بالجسم ويخلق نموذجًا للرسوم المتحركة ، يلتقط الحركات.
إذا كان نموذج الشخصية التي تم التقاطها يحتاج لاحقًا إلى وضعه في بيئة افتراضية ، فسيتم تصويره في غرفة خضراء (كروماكي). يتناقض اللون الأخضر كثيرًا مع ألوان جسم الإنسان ، لذا فإن الكمبيوتر أفضل في "قص" وحدات البكسل الخضراء من الإطارات. المصدر: توشيبا
تستخدم لقطات الحركة بشكل أساسي في الأفلام وألعاب الفيديو. ومع ذلك ، يتم استخدام هذه التكنولوجيا كل عام بشكل متزايد خارج صناعة الترفيه - في التصنيع والطب والحفاظ على التراث الثقافي والرياضة والشؤون العسكرية.
كرر بعدي: كيف تعلمك Toshiba كيفية تقديم الملفات باستخدام التقاط الحركة؟
يمكنك أن تنظر إلى ما لا نهاية في النار والماء وكيف يعمل شخص ما. وأحيانًا يمكنك الاستفادة منه. لقد اكتشفنا ذلك في Toshiba منذ فترة طويلة ، لذا فإن Hiroaki Nakamura هو متخصص في التقاط الحركة في مركز هندسة التصنيع المؤسسي. في الآونة الأخيرة ، كان يتابع بحماسة كيفية عمل المشاركين في البطولة الوطنية للمحترفين - وهي مسابقة خاصة للحرفيين في مختلف المجالات - من الخبز إلى اللحام.
في عام 2018 ، قرر هاروكي أوكابي ، وهو عامل شاب في إحدى شركات توشيبا ، المشاركة في هذه المسابقة ، وتحديداً في تجميع جهاز صغير. عند تجميعها ، يستخدم المتسابقون ملفًا قديمًا جيدًا للمعالجة النهائية لبعض الأجزاء. يُعتقد أن المتخصصين من الدرجة الأولى في هذا العمل يمكنهم تحقيق دقة تصنيع تصل إلى 0.001 مم أو أقل ، وإلا فلن يعمل الجهاز. هذا هو المكان الذي تبين أن المتسابق لدينا ضعيف وغاب عن الفوز في المنافسة.
أرسلت توشيبا المدرب تاتسو ماتسوي البالغ من العمر 66 عامًا ، والذي عمل كملف في مؤسسات الشركة لأكثر من 50 عامًا ، لتوجيه المتخصص الشاب. ومع ذلك ، لا يولد كل حامل للمهارات الفريدة معلمًا جيدًا قادرًا على نقلها. وأوضح أن المشكلة كانت في وضع المتسابق على الآلة لكن الأمر لم يتقدم أكثر. ثم ارتدنا كلاهما في أزياء التقاط الحركة. يتم "خياطتها" وفقًا لمبدأ العلامة ، أي أن أجهزة الاستشعار تُستخدم لتسجيل الحركات. في هذه الحالة ، تكون مقاييس التسارع مماثلة للهواتف الذكية تقريبًا. إنه أرخص بكثير من الكاميرات المتعددة.
عندما قارنا بياناتهم ، لاحظنا اختلافًا واحدًا مهمًا في كيفية توازنهم على أقدامهم.
المحور الرأسي هو مقاومة الدعم [N] ، والمحور الأفقي هو الوقت [S]. نظرًا لأن مركز ثقل العامل الشاب يتركز أكثر على الساق الأمامية مقارنة بالعامل المتمرس ، فهناك فجوة كبيرة بين منحنياته الزرقاء والخضراء. (أوكابي ، عامل شاب ، أعسر ، وماتسوي ، مدرس ، أيمن ، لذلك تنعكس الخطوط في المخططات). المصدر: توشيبا
اتضح أن مركز ثقل العامل الشاب يتحول بقوة إلى الأمام ، وليس بنفس الطريقة التي يستخدمها أخصائي متمرس. لهذا السبب ، سرعان ما يتعب المتسابق عند العمل مع ملف ، ولهذا السبب يحدث الزواج. أدرك Okabe خطأه ، وتمكن من تحسين جودة ملفه. وحصل على الميدالية البرونزية في البطولة اليابانية الوطنية للمحترفين. ربما ، سيتعلم أحفادنا من سجلات أعمال ماتسويا. ويمكننا أيضًا أن نوفر لهم نوعًا آخر من فنون الاختفاء - الرقص.
: ?
ربما سمع الجميع عن قائمة اليونسكو للتراث العالمي ، والتي تضم أكثر من 1000 موقع طبيعي ومن صنع الإنسان تسعى البشرية إلى الحفاظ عليها ونقلها إلى الأجيال القادمة. في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين ، فكر الكثير في كيفية الحفاظ على ما لم تبنيه الأيدي وما لم تصنعه الطبيعة - الغناء والاحتفالات والعروض المسرحية والحرف اليدوية. هكذا ظهر مفهوم التراث الثقافي غير المادي (ICH) ، والذي تم أيضًا تراكمه والحفاظ عليه منذ عام 2003. وتساعد تقنية التقاط الحركة في الحفاظ على أحد الأشياء الرئيسية لـ ICH - الرقص.
تقوم العديد من المشاريع حول العالم برقمنة رقصات شعوب العالم (Wholedance و i-Treasures و AniAge وغيرها). في أغلب الأحيان ، عند تسجيل الرقصات ، يتم استخدام أجهزة استشعار نشطة وسلبية ، توضع على جسم الراقص.
تستخدم أنظمة التقاط الحركة ذات المستشعرات النشطة مصابيح LED التي تبعث الضوء الخاص بها. على سبيل المثال ، يتكون نظام التقاط الحركة Phasespace Impulse X2 من ثماني كاميرات قادرة على التقاط الحركة باستخدام مصابيح LED معدلة. يرتدي الراقص بدلة بها 38 جهاز استشعار ومصابيح LED نشطة ويبدأ في الرقص.
جرب مشروع WholoDance دمج Microsoft HoloLens كأداة تصور. يسمح تدفق البيانات من Autodesk MotionBuilder لاسلكيًا إلى سماعة الرأس للراقصين ومصممي الرقصات برؤية الصور المجسمة في الوقت الفعلي. المصدر: Jasper Brekelmans / YouTube
في أنظمة الالتقاط السلبي ، لا تصدر المستشعرات إشارة ، ولكنها تعكسها فقط باستخدام مواد خاصة تُصنع منها البدلة. توفر هذه التقنية للراقص حرية أكبر في العمل ، وتسمح له بالقيام بحركات حادة ، وأداء عناصر بهلوانية ، وفي نفس الوقت لا تقلل من دقة وسرعة التثبيت. يتوقع العلماء الآن دمج تقنيات علامات التقاط الحركة والتصوير ثلاثي الأبعاد ، حيث يشارك الراقص في الرقص.
تُستخدم تقنيات التقاط الحركة المماثلة في شكل أبسط بكثير من النشاط البدني من الرقص - لتحليل المشي.
التعلم من المشي: كيف تساعد دراسة المشي الأطباء؟
يمكن للمشي أن يخبرنا كثيرًا عن صحة الشخص. يعرف تيموثي نيلر من جامعة ولاية بنسلفانيا هذا - فهو يجمع أكبر مجموعة في العالم من المشيات البشرية باستخدام تقنية التقاط الحركة. إنه يدعو الأشخاص الذين تتراوح أعمارهم بين 18 و 65 عامًا للسير تحت 12 كاميرا عالية السرعة إلى مختبره. يعلق Niiler حوالي 40 مستشعرًا عاكسًا بجسم المشاركين في الدراسة. وبالتالي ، يتم تكوين قاعدة بيانات خاصة بالمشي ، والتي يستخدمها الأطباء لاحقًا. بادئ ذي بدء ، توفر معرفة المشية الطبيعية أساسًا لتحديد أي مشكلة في العظام تقريبًا تحدث عند البالغين. على سبيل المثال ، إذا كان من الضروري قياس فعالية استبدال مفصل الورك أو الركبة ، يقوم الأطباء "بتسجيل" مشية المريض ومقارنتها بمتغيرات المشي المتوسطة من قاعدة بيانات.
? 1/3 . 1/3 . : 2/3 . 2/3 . : Motion Analysis
أنظمة تحليل الحركة ، على سبيل المثال ، GaitTrack ، تستخدم بالفعل مباشرة في المراكز الطبية. باستخدام هذه التقنية ، يقوم الأطباء بحساب وتعميم المعلمات الميكانيكية الحيوية الأساسية عند المشي أو الجري ، وتشخيص أمراض المفاصل في مرحلة مبكرة ، والكشف عن مخاطر الإصابات المحتملة. يستخدم المدربون والرياضيون التقاط الحركة بطريقة مماثلة.
أسرع ، أعلى ، أفضل: كيف ساعد التقاط الحركة لاعبي كرة السلة؟
يستخدم التقاط الحركة على نطاق واسع في الألعاب الرياضية. يسمح لك تحليل تصرفات اللاعبين بتحديد أخطائهم أو اختبار مجموعة متنوعة من المعدات. كيث بامينت هو المدير الفني لفريق كرة السلة المؤلف من مستخدمي الكراسي المتحركة. وهو أيضًا مهندس وقد تساءل لفترة طويلة كيف يمكن لالتقاط الحركة أن يحسن أداء فرق كرة السلة. على وجه الخصوص ، ساعد نظام التقاط الحركة Perception Neuron في العثور على الكراسي المتحركة الأكثر فعالية للاعبي كرة السلة ذوي الإعاقة. ركض الرياضيون الذين يرتدون الملابس ، وقاموا بالمناورة ، والمراوغة ، وواحد لواحد أثناء تبديل ستة أنواع مختلفة من الكراسي بينما درس المدرب حركة الرسوم المتحركة في الوقت الفعلي باستخدام 16 كاميرا.
تم دمج الصور الرمزية للرياضيين مع نماذج ثلاثية الأبعاد من الكراسي المتحركة. المصدر: Rockets Science CIC / YouTube
في يوم واحد من دراسة تدريب اللاعبين ، وضع Keith معايير فنية للكراسي الرياضية لفريقه بناءً على مهارة الرياضي ونقاط القوة والضعف والحركة وأسلوب اللعب. الآن يقوم المدرب بإعداد دورة كاملة لزملائه الذين يعملون مع نفس الرياضيين.
وهكذا ، في الوقت الحالي ، تُستخدم تقنيات التقاط الحركة في المجالات "المتخصصة" من النشاط البشري بسبب "الشباب" النسبي ، ونتيجة لذلك ، القيود التقنية. ولكن مع تطور الروبوتات ، والتعلم الآلي ، وكذلك الواقع المعزز والافتراضي ، سيتوسع مجال تطبيقها.
ما التالي: الصور الرمزية الروبوتية ، النقل الآني والواقع الافتراضي
أصبحت الروبوتات أكثر وأكثر رشاقة وأسرع وذكاء ، مما يعني أن الناس سيرسلونها بشكل متزايد إلى حيث لا يريد الذهاب. ومع ذلك ، في الوقت الحاضر ، من بين واجهات التحكم عن بعد للسيارات ، يتم استخدام أذرع التحكم أو الهياكل الخارجية بشكل أساسي. هذه الوسائل ليست فعالة دائمًا - عيبها الرئيسي هو أنها تتدخل بطريقة أو بأخرى أو تعقد حركة الشخص نفسه ، الذي يتحكم عن بعد في الروبوت. يمكن لتقنيات التقاط الحركة الضوئية حل هذه المشكلة.
في عام 2018 ، تمكنت مجموعة من العلماء من بريطانيا العظمى وإيطاليا من إخضاع روبوت يُدعى Centauro لتصرفات فتاة هشة من خلال التقاط الحركة. للقيام بذلك ، استخدموا نظام التعرف على الحركة ASUS Xtion PRO غير المكلف ، والذي يحتوي على مستشعرات الأشعة تحت الحمراء ووظيفة التعرف على الصور الملونة (RGB). كانت مسؤولة عن التقاط الحركة. تمت معالجة المعلومات الواردة بواسطة OpenPose ، وهي خوارزمية قائمة على التعلم الآلي قادرة على اكتشاف حركات جسم الإنسان في الوقت الفعلي (8-10 هرتز) باستخدام صور ثنائية الأبعاد من كاميرا RGB. يتم نقل الإحداثيات ثلاثية الأبعاد للمفاصل والأطراف البشرية التي تم الحصول عليها من النظام ، بعد الترشيح ، للتحكم في إنسان Centauro.
3D- , . : Dimitrios Kanoulas / YouTube
بالطبع ، في حين أن Centauro لا يمكن تسليحها ببندقية هجومية ونقلها إلى قيادة مشاة البحرية المتمرسين ، إلا أن إنشاء مثل هذه الأنظمة ممكن في المستقبل. في عام 2012 ، أعلنت وكالة مشاريع الأبحاث الدفاعية المتقدمة (DARPA) التابعة لوزارة الدفاع الأمريكية عن مشروع تحت اسم غير متوقع "Avatar" ، والذي تضمن "تطوير واجهات وخوارزميات تسمح للجندي بالتعاون الفعال مع آلة شبه مستقلة على قدمين ( ثنائية الدواسة) كبديل للجندي ". من الواضح أن مثل هذا النظام سيجعل من الممكن بالفعل تزويد الروبوت بمهارات جندي متمرس ومدرب جيدًا ، وفي نفس الوقت يبقيه على قيد الحياة في أصعب بيئة تشغيلية بفضل التحكم عن بعد. ثم لم يتم الإبلاغ عن التقدم المحرز في الدراسات.
في عام 2018 ، أعلنت مؤسسة XPrize عن مسابقة لإنشاء الصورة الرمزية للروبوت ANA Avatar XPrize ، ثم تم اختيار 77 فريقًا لتقديم تطويرهم لأفاتار الروبوت في نهاية عام 2020. وفقًا لشروط المسابقة ، يجب على المطورين الجمع بين الحلول في مجال التقاط الحركة والتقنيات الحساسة والواقع المعزز والواقع الافتراضي. الهدف النهائي ، الذي سيكلف 5 ملايين دولار ، هو نظام يمكن للمشغل من خلاله رؤية وسماع وتحريك وأداء مهام مختلفة في بيئة بعيدة.
يجب أن تحتوي الصورة الرمزية على ثلاث طرق للتشغيل:
- وضع التحكم الكامل: يقوم الروبوت بتنفيذ الأوامر البشرية فقط ؛
- متقدم: حل بعض المهام بشكل مستقل ، على سبيل المثال ، التحليل البيئي أو رسم الخرائط ؛
- شبه مستقل: صنع قرار مستقل.
في الواقع ، نحن نتحدث عن "النقل الآني" لشخص ما مع خلق تأثير التواجد في نقطة التحكم في الروبوت. في المستقبل ، ستسمح هذه التقنيات بالتحكم عن بعد في الروبوتات المجسمة في بيئة غير مواتية للبشر: في فوهة بركان ، في الفضاء الخارجي ، في مناطق الكوارث الطبيعية أو في الحرب. سنشهد في عام 2020 التطورات الأولى ، وفي عام 2021 سنكتشف من سيكون الأفضل وسنتلقى 5 ملايين دولار لمزيد من البحث.