MOTION
CAPTURING
8JFEJHJUBMF8FTFOMBVGFOMFSOFO
Seminararbeit Christian Amman
Klasse 12
19. April 2010
Motion Capturing
-Wie digitale Wesen laufen lernen-
Gliederung
1.
!
Wie digitale Wesen laufen lernen...
2.
Anfänge und Geschichtliches zum Motion Capturing
3.
Digitalisierung von Charakteren
4.
Motion Capturing
· Optische Systeme
· Magnetische Systeme
· Mechanische Systeme
· Akustische Systeme
· Bilderfassungssysteme
5. !
!
Weitere Einsatzbereiche des Motion Capturings
6.
!
Avatar - Aufbruch nach Pandora
7.
!
Schlusswort
8.
Quellenverzeichnis
1. Wie digitale Wesen laufen lernen...
Meine Arbeit befasst sich mit dem sogenannten ,,Motion Capturing", einer
Methode, die, wie der Name schon sagt, dazu dient, Bewegungen (von Menschen
oder Tieren) einzufangen und zu digitalisieren (engl. Motion = die Bewegung; to
capture= einfangen).
Als ich vor einiger Zeit im Fernsehen ein Making Of zu James Camerons Film
,,Avatar - Aufbruch nach Pandora" sah, war ich von der Technik, die bei den
Dreharbeiten zu diesem Film zum Einsatz kam, fasziniert. ,,Avatar - Aufbruch nach
Pandora" sollte wenig später zum finanziell erfolgreichsten Film aller Zeiten,
aufsteigen, was mich in meiner Themenwahl schlussendlich weiter bestärkte. Auf
diesen besonderen Film werde ich deshalb auch gegen Ende meiner Arbeit noch
genauer eingehen.
Nicht nur aus ,,Avatar", sondern aus der heutigen Filmlandschaft insgesamt ist das
Motion Capturing, oder kurz MoCap, nicht mehr wegzudenken. Virtuelle
Charaktere spielen in zahlreichen Filmen die Hauptrolle. Ihre Bewegungsabläufe
wirken dank dieses Verfahrens derart realistisch, dass sie von natürlichen
Bewegungsabläufen nahezu nicht mehr zu unterscheiden sind. Selbst Gefühle
und Charakterzüge können zum Beispiel durch verschiedene Gangarten besser
dargestellt werden, denn das Laufen ist kein einfaches ,,einen Fuß vor den
anderen setzen", es ist ein hochkomplexer Bewegungsablauf und somit
gewissermaßen ein Kriterium um eine Persönlichkeit besser einschätzen zu
können. Dies ist wahrscheinlich einer der Gründe des großen Erfolgs solcher
Systeme. Ein anderer ist bestimmt das weit gefächerte Einsatzgebiet solcher
Systeme. MoCap wird nicht nur in der Filmbranche eingesetzt, sondern kommt
ebenso bei zahlreichen Computerspielen zum Einsatz. Der Einsatzbereich ist nicht
nur auf die Entertainmentbranche beschränkt, auch Ergonomieanalysen, wie zum
Beispiel solche zum Einsteigen in ein Auto oder zur perfekten Platzierung des
Schalthebels. Auch bei der Rehabilitation von Menschen die in ihrer
Bewegungsfähigkeit eingeschränkt sind können MoCap-Systeme als
Diagnosehilfe hinzugezogen werden. Sogar professionelle Golfspieler nutzen
diese Technik, um kleinste Fehler in ihrem Schwung zu eliminieren und ihre
Bewegungsabläufe zu perfektionieren. Prinzipiell kann alles was sich bewegt auch
gecaptured werden, vom Golfspieler inklusive Schläger über die Requisite bis hin
zum laufenden Ottomotor.
Seite 1
2.
Anfänge und Geschichtliches zum Motion Capturing
Bereits Mitte des 19. Jahrhunderts hatte es sich Eadward Muybridge zum Ziel
gesetzt Bewegungen von Tieren und Menschen zu analysieren. Einige Zeit später
war er bereits zu einer Art ,,Pionier der Fotografie" aufgestiegen. Er synchronisierte
bis zu 24 Kameras nebeneinander, somit
war es ihm möglich die Bewegungsabläufe
von Bisons, Elefanten oder Menschen in
Einzelbildern festzuhalten und später zu
einer Art Daumenkino zusammenzufügen.
Mit diesen Daumenkinos konnte er die
Bewegungsabläufe immer wieder
betrachten und genauer analysieren, daher
könnte man dies als ersten Vorläufer des
MoCap-Verfahrens bezeichnen. Später
wurden dann gezielt Punkte an besonders
Bewegungsintensiven Punkten angebracht, bevor die Reihenfotografie erstellt
wurde, was die Bewegungsanalyse für Muybridge enorm erleichterte.
1
Obwohl Muybridge mit seinen Reihenfotografien Vorbild für alle späteren
Animatoren dieser Welt war (und teilweise immer noch ist), waren sie für den Film
relativ unbrauchbar, da sie eben aus einzelnen Fotos bestanden.Für jedes Bild
wurde eine einzelne Kamera benötigt, und für einen flüssigen Film mindestens 25
Bilder pro Sekunde. Somit hätte Muybridge für eine einzige Minute Film 1500
Kameras benötigt. Dieser finanzielle Aufwand, und der Aufwand, diese Armada
von Kameras zu synchronisieren wäre utopisch gewesen.
Seite 2
1
vgl.: http://de.wikipedia.org/wiki/Muybridge
Muybridge`s Reihenfotografie von einem
Elefanten
Den Durchbruch in Sachen Animationstechnik schaffte erst Max Fleischer, der
1907 (also 29 Jahre nachdem Luis le Prince die
erste Filmkamera mit nur einem Objektiv entwickelt
und erstmalig gebraucht hatte) sein Verfahren, die
sogenannte Rotoskopie zum ersten Mal zum
Einsatz brachte. Bei der Rotoskopie wird eine zuvor
aufgenommene Filmsequenz mittels eines
Filmprojektors Bild für Bild auf eine
Milchglasscheibe projiziert, von der ein Zeichner
wiederum jedes Einzelbild abzeichnen kann.
2
Da der Zeichner nur die ,,Hauptdarsteller", also
die Personen aus der Videosequenz abzeichnen konnte, war es möglich einen
anderen Hintergrund hinzuzufügen. Die Rotoskopie machte sich als einfache
Methode, um aus komplexen Bewegungsabläufen Zeichentricksequenzen zu
machen, einen Namen. Allerdings geriet diese Methode während der Stummfilm-
Ära und dem Hollywood-Boom (etwa 1927-1945: hier entstanden die ersten
Tonfilme), sowie in der Nachkriegszeit in Vergessenheit, da das Publikum durch
den großen und schnellen Fortschritt in der Filmwelt auf den Film mit ,,echten
Menschen" konzentriert war und schlicht keine Nachfrage nach Trickfilmen
bestand. Erst 1978 wurde diese Technik vom Regisseur Ralph Bakshi bei der
ersten Verfilmung von J.R.R. Tolkiens Fantasyroman ,,Der Herr der Ringe" wieder
angewandt.
Muybridges Methode der Reihenfotografien mit markierten Punkten wurde in den
Anfangsstadien der Computeranimationstechnik in den 90er Jahren wieder
aufgegriffen. Die ersten Bewegungsanalysesoftwares basierten auf einzelnen
Bildern einer Videosequenz, von denen einzelne Punkte Bild für Bild auf ein
digitales Skelett übertragen wurden. Das Arbeiten mit einer solchen Software war
extrem zeitintensiv, daher wurde diese Technik nur zu medizinischen Zwecken und
in der Unfallforschung zum Einsatz gebracht. 1992 wurde von der Firma
SimGraphics ein System namens ,,Facial Waldo" entwickelt, dass es erstmals
ermöglichte mit Hilfe elektromagnetischer Sensoren an Kinn, Lippen, Wangen und
Augenbrauen Bewegungen eines Menschen direkt auf den Computer zu
übertragen.
Seite 3
2
vgl.: http://de.wikipedia.org/wiki/Rotoskopie
Schematische Darstellung von Fleischers
Rotoskopie
Dieses System war zwar in Sachen Genauigkeit und Qualität nicht annähernd mit
den heutigen Systemen vergleichbar, allerdings konnten sich die Ergebnisse (zum
Beispiel das beliebte Computerspiel ,,Mario"
von Nintendo) durchaus sehen lassen. Die
Motion Capturing-Systeme wurden in den
darauf folgenden Jahren stetig
weiterentwickelt, sodass 2001 mit ,,Final
Fantasy" der erste vollständig animierte Film in
die Kinos kam.
3
Die Realitätsnähe hatte
bereits hier ein extrem hohes Niveau. Bis
heute wurde das MoCap-System in
zahlreichen sehr erfolgreichen Filmen
eingesetzt, manches mal für den kompletten Film, manchmal nur für einen
einzelnen Charakter. Paradebeispiele für Charaktere, die durch Motion Capturing
entstanden sind, sind zum Beispiel Gollum aus ,,Der Herr der Ringe", Sonny aus ,,I,
Robot", der Affe Kong aus ,,King Kong" oder Davy Jones aus Gore Verbinskis
Piratenfilm ,,Der Fluch der Karibik". Eine Sonderstellung nimmt James Camerons
aktueller Film ,,Avatar - Aufbruch nach Pandora" ein. Hier gelang es virtuelle und
reelle Charaktere, sowie virtuelle und reelle Umgebungen miteinander
,,verschmelzen" zu lassen. Auf diesen speziellen Film werde ich im Verlauf meiner
Arbeit allerdings noch weiter eingehen.
Seite 4
3
vgl.: Studienarbeit ,,Motion Capture" von Cornelia Hipp, Universität Ulm (Proseminar
Computergrafik)
SimGraphics ,,Facial Waldo"
Davy Jones (Fluch der
Karibik)
Sonny (I,Robot)
Kong (King Kong)
Gollum (Der Herr der
Ringe)
3. Digitalisierung von Charakteren
Bevor mit der Aufnahme bewegter Bilder begonnen werden kann, muss zunächst
ein virtueller Charakter erstellt werden, der die Bewegungen, welche später
aufgezeichnet werden, ausführt. Virtuelle Charaktere werden vor der Übertragung
meist statisch (nicht beweglich) aus Ton oder spezieller Knetmasse modelliert. Um
diese Modelle zu digitalisieren stehen im wesentlichen drei verschiedene
Methoden zur Auswahl:
·
Die Laserabtastung,
·
das ,,mechanische Tracking"
·
und die Projektionstechnik.
Bei der Laserabtastung wird das Objekt von einem Laserstrahl ,,gescannt". Der
Laserstrahl, welcher langsam über das Objekt fährt, wird von diesem reflektiert.
Das reflektierte Laserlicht wird
wiederum von hochsensiblen
Sensoren aufgefangen. Aus der
Helligkeit und der Richtung des
reflektierten Laserlichts wird
schlussendlich am Computer durch
eine spezielle Software wieder ein
Objekt, welches dem modellierten
statischen Modell entspricht. Ein
großer Nachteil solcher Lasersysteme ist, dass nicht jedes beliebige Material
gescannt werden kann. Besonders dunkle, transparente, oder besonders
gekrümmte Objekte können nicht gescannt werden, da sie zu wenig oder in eine
Richtung, die nicht mehr im Erfassungsbereich der Sensoren liegt, reflektieren.
Zudem können Metall und elektromagnetische Felder die hochsensiblen Sensoren
beeinflussen, sodass ein unscharfes Bild entsteht.
4
Seite 5
4
vgl.: Studienarbeit ,,Motion Capturing" Eduard Horber, Universität Ulm, Fakultät Informatik
Schematische Darstellung eines Laserscanners
Eine weitere Technik zur Digitalisierung statischer Objekte ist das sogenannte
,,mechanische Tracking". Mit einer Art Stift, welcher an einem Gelenkarm befestigt
ist, fährt man die Konturen des Objekts
ab. Da die Gelenke im Bewegungsarm an
jedem beliebigen Punkt eine andere
Stellung haben, können diese einzelnen
Punkte an den Computer übertragen
werden. Mit Hilfe eines Programms wird
zunächst eine Art Netzmodell -auch
Polygonstruktur genannt- erstellt, welche
wieder mit einer Textur belegt wird und
somit dem Original recht nahe kommt. Im
Gegensatz zur Lasermethode kann mit
dieser mechanischen Methode jedes beliebige Material gescannt werden,
allerdings ist diese Methode sehr zeitaufwendig und ab einer gewissen Größe des
zu digitalisierenden Objekts schlicht ineffizient.
5
Bei der dritten Alternative zur Digitalisierung eines statischen Objekts wird
komplett anders vorgegangen. Bei der
Projektionstechnik wird das Objekt mit einer
relativ hellen Lampe angestrahlt. Vor dieser
Lampe ist ein Gitter angebracht, welches das
Objekt mit Schattenlinien überdeckt. Das Objekt
wird mit Schattenlinien aus verschiedenen
Perspektiven mit einer einfachen Digitalkamera
fotografiert. Durch das Relief des angestrahlten
Objekts werden die Schattenlinien verformt.
Diese Verformungen werden von einem
speziellen Computerprogramm genutzt, um die
Oberflächenstrukturen des Objekts digital zu
rekonstruieren. Die Textur für das am Computer entstandene Modell kann einem
Seite 6
5
vgl.: ,,Motion Capture - Bewegungen digital erfassen" Dipl. Ing. Sophie Jörg
Projektionstechnik, angewandt auf
ganzen Körper
Mechanisches Tracking mit Gelenkarm
weiteren digitalen Foto entnommen werden, so können zum Beispiel Gesichter
realistisch digitalisiert werden. Der größte Vorteil dieses Verfahrens ist, dass die
Komponenten, welche dazu benötigt werden (Digitalkamera, Lampe, Software) ,
recht günstig sind. Die Projektionstechnik ist relativ weit verbreitet und kommt
sogar zur Qualitätssicherung in der Raumfahrt zum Einsatz, denn es kann mit bis
zu 10000 Linien pro Millimeter
6
auf kleinen Flächen ein extrem detailliertes und
hochauflösendes Ergebnis erzielt werden.
4. Motion Capturing
Motion Capturing ist die Technik, die nun versucht diesen digitalisierten Objekten
,,Leben einzuhauchen". Hierbei dient ein menschlicher Schauspieler quasi als
,,Vorlage". Seine Bewegungen werden von dem Motion Capturing-System
eingefangen (gecaptured) und vom Computer auf den virtuellen Charakter
übertragen. Der größte Vorteil des Motion Capturing ist, dass Bewegungen nicht
künstlich erzeugt werden, sondern dass sie quasi der ,,Natur entnommen" werden.
So werden für einen Regisseur völlig neue Möglichkeiten eröffnet. Fabelwesen,
Monster oder fiktive Personen können mit dieser Technik so realistisch dargestellt
werden, dass sie vom späteren Betrachter ernst genommen werden. Ohne Motion
Capturing wären viele Filme nicht realisierbar, oder würden zumindest wesentlich
weniger auf das Publikum wirken. Man stelle sich nur vor, Kong, der riesige Affe
aus dem Film ,,King Kong" würde von einem Menschen in einem Affenkostüm
gespielt. Diese Tatsache würde die Wirkung Kongs auf das Publikum sicherlich
von furchteinflößend und beängstigend in lächerlich beziehungsweise witzig
umkehren.
Seite 7
6
http://www.breuckmann.com/index.php?
id=breuckmanngmbh&L=2&gclid=CNC5sbDCkKECFUiRzAodASEqOQ
Um natürliche Bewegungen aufzuzeichnen und realistisch auf ein digitales Objekt
zu übertragen gibt es beim Motion Capturing im Wesentlichen fünf verschiedene
System-Hauptklassen:
· optische Systeme
· magnetische Systeme
· mechanische Systeme
· akustische Systeme
· Bilderfassungssysteme
Die wohl bekanntesten und am weitesten
verbreiteten MoCap-Systeme sind die Optischen.
Jeder, der einmal etwas von MoCap gehört hat,
denkt wahrscheinlich an Schauspieler in engen,
schwarzen Ganzkörperanzügen mit weißen Punkten.
Optisches Motion Capturing funktioniert
ausschließlich in speziellen Studios und mit
speziellen Kameras. Der Schauspieler bewegt sich
in einem zuvor abgesteckten Feld, welches von
mindestens 3 Spezialkameras erfasst wird. Diese
Spezialkameras emittieren mit Hilfe eines LED-
Kranzes, welcher um die Linse der Kamera
angebracht ist Licht, welches wiederum von den Markern am Körper des
Schauspielers reflektiert und von den Kameras wieder aufgenommen wird.
7
Die
meisten Systeme arbeiten mit sichtbarem Licht, allerdings existieren bereits
Systeme, die mit Infrarotlicht arbeiten sowie Systeme, die mit leuchtenden
Markern arbeiten, sodass von den Kameras kein Licht mehr emittiert werden
muss. Allerdings sind die Beiden letztgenannten Systeme nur extrem selten
anzutreffen. Aus Richtung und Intensität des Lichts, welches von den Markern
reflektiert wird, berechnet eine Software schlussendlich die Position der Marker in
einer Art dreidimensionalem Koordinatensystem. In der Regel werden mindestens
Seite 8
7
vgl.: Studienarbeit ,,Motion Capturing" Eduard Horber, Universität Ulm, Fakultät Informatik
Eishockeyspieler in einem
Ganzkörperanzug mit weißen,
passiven Markern
drei Spezialkameras benötigt, denn je mehr Kameras zum Einsatz kommen, desto
geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein
Marker verdeckt wird. Die Anzahl und Größe der
Marker hat Einfluss auf die Genauigkeit der
späteren Animation. Es existieren bereits
Systeme, welche noch Marker mit einer Größe von
2 bis 4 Millimetern erkennen. Allerdings steigt mit
der Anzahl der Marker auch die Datenmenge,
welche verarbeitet werden muss, somit meist auch
die Kosten. Typische Positionen für die Marker
sind Kopf, Nacken, Schultern, Ellenbogen und
Handgelenke, sowie einige zusätzliche auf den
Extremitäten. Die optischen Systeme sind die
Meistgebrauchten, denn durch die passiven
Marker ist eine bestmögliche Beweglichkeit des Schauspielers gewährleistet.
Außerdem sind die optischen Systeme die Systeme mit der höchsten
Messgenauigkeit. Moderne optische Systeme ermöglichen eine
Positionsbestimmung der Marker mit einer Genauigkeit von bis zu +-0,2
Millimetern. Innerhalb des von den Spezialkameras erfassten Bereichs können mit
diesem System mehrere Akteure gleichzeitig gecaptured werden, was wohl der
größte Vorteil ist. Das optische MoCap hat allerdings drei entscheidende
Nachteile. Zum einen ist der Aktionsraum auf den Erfassungsbereich der Kameras
beschränkt, zum Anderen können trotz des Einsatzes vieler Kameras Marker
verdeckt sein, was eine enorm langwierige manuelle Nachbearbeitung zur Folge
hat sowie der finanzielle Aufwand, welcher bei den optischen Systemen mit
Abstand der Größte ist.
8
Eine günstigere, allerdings trotzdem nicht so weit verbreitete Alternative stellen die
magnetischen MoCap-Systeme dar. Diese Systeme liegen dem physikalischen
Gesetz der Induktion zugrunde. Eine Spule, die von einem Strom durchflossen
wird, kann ein Magnetfeld erzeugen, umgekehrt kann auch ein sich veränderndes
Magnetfeld in einer Spule einen Strom erzeugen. So wird auch bei Magnetischen
MoCap von drei orthogonal zueinander angeordneten Spulen jeweils ein
Seite 9
8
vgl.: Studienarbeit ,,Motion Capture" von Cornelia Hipp, Universität Ulm (Proseminar
Computergrafik)
Spezialkamera der Marke Vicon,
Bestandteil eines optischen Systems
(gut erkennbar: der LED-Kranz um
die Linse
Magnetfeld erzeugt. In den Magnetfeldern dieser Spulen, welche fest im Raum
montiert sind, interagiert nun der Schauspieler.
Er trägt an den für das Motion Capturing
typischen Punkten kleine würfelförmige
Sensoren, die ebenfalls aus drei orthogonal
angeordneten Spulen bestehen und mit einem
Kabel an einer Controller-Einheit
angeschlossen sind. Durch die Stärke des
induzierten Stroms in den Sensorspulen kann
auf die Distanz von der Transmitterspule
geschlossen werden, und da der induzierte
Strom immer von der Richtung der Feldlinien
eines Magnetfelds abhängt, kann auch die
Ausrichtung zum Magnetfeld errechnet werden.
Da die Transmitterspulen drei Magnetfelder in
drei Richtungen erzeugen, kann immer die
aktuelle Position eines Sensors in einer Art
dreidimensionalem Koordinatensystem bestimmt werden. Die Controllereinheit
erhält also insgesamt drei mal drei Messwerte von den Sensoren, aus denen er
Position, Ausrichtung sowie Entfernung berechnen kann. Der mit Abstand größte
Nachteil dieser Systeme besteht darin, dass alle elektronischen Geräte, alle
metallischen Gegenstände in der Umgebung ein , wenn auch nur sehr schwaches,
Magnetfeld erzeugen, welches sich negativ auf die Messgenauigkeit der Sensoren
auswirkt. Ein weiterer Nachteil ist, dass die Bewegungsfreiheit der Schauspieler
durch die Kabel der Sensoren stark eingeschränkt ist. Ein System dass die
gemessenen Daten per Funk an die Controllereinheit überträgt, existiert zwar,
allerdings wird die Bewegungsfreiheit des Akteurs hier noch immer von einem
großen, schweren Rucksack eingeschränkt. Magnetische Systeme machen diese
Nachteile aber meist durch einen wesentlich geringeren finanziellen Aufwand im
Vergleich zu den optischen Systemen wieder wett. Zudem ist mit den
magnetischen Systemen ein Capturing in Echtzeit möglich, was in einigen
Bereichen enorme Vorteile mit sich bringt.
9
Seite 10
9
vgl.: Diplomarbeit ,,Motion Capturing mit optisch-magnetischen Trackingsystemen in VR-
Applikationen" von Daniel Steger, TU Chemnitz
Frau in einem Anzug für magnetisches
MoCap, die einzelnen Sensorspulen
sind mit Kabeln verbunden
Nach einem komplett unterschiedlichen Prinzip arbeiten die mechanischen
Systeme. Hier kommen keine Marker,
Transmitter oder Spezialkameras zum
Einsatz, Bewegungen werden direkt am
Körper gemessen. Der Schauspieler
trägt eine Art "Außenskelett", welches
aus einzelnen Stangen, die quasi die
Knochen darstellen, und Gelenken, die
an den Positionen der "natürlichen"
Gelenke angebracht sind besteht. In den
Gelenken sind Sensoren angebracht, welche
stets den aktuellen Winkel des Gelenks
messen können. An der Hüfte des Schauspielers ist zudem ein Kreiselinstrument,
ein sogenanntes Gyroskop angebracht, welches die Fliehkraft einer rotierenden
Scheibe zur Bestimmung der Hüftbewegung nutzt. So können alle Bewegungen
des Schauspielers rekonstruiert werden. Die Sensoren sind jeweils durch ein
Kabel mit einem Computer verbunden, welcher die erfassten Daten aufzeichnet.
Somit kann eine hohe Reichweite gegeben werden. Bei kabelgebundenen
Systemen beträgt diese bis zu 50 Metern, Systeme, die über Funk arbeiten,
erreichen sogar Reichweiten von bis zu einem Kilometer. Um eine unbegrenzte
Reichweite zu erzielen kann man dem Schauspieler auch schlicht einen Laptop
auf den Rücken schnallen, welcher dann die Aufgaben des stationären Rechners
übernimmt. Daher ist der Schauspieler bei solch einem System an keinerlei Kabel
gebunden. Die Einfachheit der Konstruktion bringt ebenfalls ein enorm breites
Einsatzspektrum mit sich. Die Sensoren können von Umwelteinflüssen nahezu
nicht gestört werden, und nach einer anfänglichen Einstellungs- und
Kalibrierungsphase, die für jeden neuen Schauspieler vorgenommen werden
muss, ist der Anzug in wenigen Minuten einsatzfähig. Auch der finanzielle Aufwand
für die mechanischen Systeme ist im Vergleich zu den optischen eher gering. All
diese Vorteile werden allerdings von zwei gravierenden Nachteilen überschattet.
Zum einen ist die Beweglichkeit des Schauspielers in einem solch futuristisch
anmutenden Anzug mit Außenskelett stark eingeschränkt, zum Anderen besteht
beim mechanischen Capturing kein Bezug zu einem Fixpunkt, folglich können nur
Bewegungen eines Körpers, und nicht die eines Körpers im Raum dargestellt
Seite 11
Mechanischer MoCap-Anzug ,,Gypsy5" der
Firma Animazoo, Aussenskelett mit Stangen
und Gelenken an Ober- und Unterkörper
werden. Dies ist der Grund, weshalb mechanische Systeme meist als
Hybridsysteme, also gepaart mit anderen Systemtypen anzutreffen sind.
10
Akustische MoCap- Systeme arbeiten mit Ultraschall. Der Schauspieler trägt einen
Ganzkörperanzug, ähnlich dem der bei den Optischen Systemen zum Einsatz
kommt. Die ,,Marker" sind in diesem Fall kleine Lautsprecher, sogenannte ,,Emitter"
die einen hochfrequenten Ton produzieren. Dieser hochfrequente Ton wird von
drei Mikrofonen, welche jeweils orthogonal zueinander angebracht sind
aufgenommen. Jedes dieser Mikrofone sendet das empfangene Signal zunächst
zu einer Controllereinheit. In dieser Controllereinheit wird mit Hilfe der Lautstärke
des Tons der Abstand des Emitters vom Mikrofon ermittelt. Da insgesamt drei
Mikrofone im Raum verteilt sind kann die Position des Emitters in einem
dreidimensionalen Koordinatensystem ermittelt werden. Dieses System ist bei
Tüftlern und Animateuren mit minimalem Budget sehr beliebt, denn die Einzelteile,
die zum Bau eines solchen Systems benötigt werden sind im Elektronikfachhandel
für weniger als 1000 Euro zu haben. Rein qualitativ sind die Ergebnisse, die mit
den akustischen Systemen erzielt werden aber bei weitem nicht mit denen der
anderen Systeme vergleichbar. Die Ultraschallsignale werden durch
Umweltgeräusche oder Echos leicht beeinflusst, sodass fast nie ein exaktes
Ergebnis entsteht. Zudem reagieren diese Systeme extrem empfindlich auf
Luftdruck- sowie Temperaturveränderungen.
11
Bisher weniger verbreitet, aber in Hinblick auf die Zukunft durchaus von Relevanz
sind die sogenannten Bilderfassungssysteme. In diese Systeme wird momentan
ein großer Forschungsaufwand
investiert, denn sie sind die bisher
einzigen Systeme, die zum
Capturen keine besondere
Hardware (außer einer Kamera)
benötigen. Bei den
Bilderfassungssystemen werden
wichtige Bewegungspunkte eines Schauspielers in einer Bild- oder Videosequenz
Seite 12
10
vgl.: S. 162-165 Jörn Tümmler - Avatare in Echtzeitsimulationen (Kassel University Press; 2007)
11
vgl.: Studienarbeit ,,Motion Capture" von Cornelia Hipp, Universität Ulm (Proseminar
Computergrafik)
!
!
!"#$%%$&'(&)$*+%$,-.&/$*&0123$4$&5"-.&4$.*$*$5&6*,3$*,$5&
!
!"#"$% %&'()*+,-../01..2.3*4*%
"#$%$!&'%($)$!%#*+!*#,-(!%.!%(/01!2$030$#($(4!5*!+$0!6#%%$*%,-/7(!
8#0+!/3$0!2#$9!#*!+#$%$!:#,-(;*.(#.*!
?/@(;0#*
B#9+$07/%%;*<%%'%($)$!
$C(0/-#$0$*!
/;%!
B#9+$0D!
.+$0!
E#+$.%$F;$*G$*!+#$!B$8$<;*
&$F;$*G! 2.*! B#9+! G;! B#9+! )/01/*($! H;*1($! .+$0! B$0$#,-$!
)/01#$0(!;*+!2$03;*+$*4!&.!1/**!)/*!+#$!B$8$<;*
/;7!$#*!&1$9$((!J3$0(0/<$*!;*+!+/)#(!8$#($0/03$#($*!LMNO4!
P*+$0$!&'%($)$!3$%,-0Q*1$*!%#,-!/;7!G8$#!B#9+$0!LMMO=!;)!+/0/;%!
$#*! +0$#+#)$*%#.*/9$%! R3S$1(! G;! $0%($99$*4! "/7J0! 0$#,-$*! $#*!
T0.*(/9D!;*+!$#*!H0.7#93#9+4!"/%!H0.7#93#9+!8#0+!<$%@#$<$9(!;*+!$#*!
P9<.0#(-);%!2$0G$00(!3$#+$!B#9+$0!+$0/0(=!+/%%!$#*!79/,-$%!B#9+!+$%!
U.@7$%! -$0/;%1.))(! VP33#9+;*
79/,-$! Z$C(;0! 8#0+! J3$0! $#*$*! /*<$@/%%($*! [#(($0*$(G1.@7! <$9$<(!
8$0+$*4! "#$! P*@/%%;*.+$99%! 1/**! +;0,-!
$#*$*!\"D&,/**$0!.+$0!)#(!I#97$!$#*$%!P9<.0#(-);%!$07.9<$*=!+$0!
$#*<$G$#,-*$($!>$01)/9%9#*#$*!#)!G8$#+#)$*%#.*/9$*!B#9+!#*!+/%!
U.@7).+$99! $#*0$,-*$(4! "#$! >$01)/9%9#*#$=! +#$! 2.*! I/*+!
$#*<$7J<(!8$0+$*!)J%%$*=!%#*+!]#*#$*=!+#$!U.*(;0$*!;*+!8#,-(#<$!
>$01)/9$! +$%! [$%#,-(%! <0.3! */,-G$#,-*$*=! 8#$! P;<$*=! R-0$*=!
^/%$!;*+!>;*+4!!!
!!!!
!
7##,%/85+&9(&:$5$*,$*85+&$,5$2&;<=6>?@2&4,3&A,%@$&$,5$2&
B,%/$*@"2285+22123$42&
!
"$0! E.0($#9! +$0! B#9+$07/%%;*<%%'%($)$! #%(=! +/%%! 1$#*$! <0.K$*=!
1.)@9#G#$0($*! ;*+! ($;0$*! P@@/0/(;0$*! 7J0! +#$! [$*$0#$0;*
\"D>.+$99%! *.(8$*+#
%#,-! -/;@(%Q,-9#,-! /;7! +#$! _*(8#,19;*
;*+!*#,-(!/;7!($,-*#%,-$![$0Q($!1.*G$*(0#$0$*4!!
!"#"5% 670.3'1*%62.3*4*%
_%!<#3(!/;,-!&@$G#/9#%($*!;*($0!+$*!>.(#.*!?/@(;0$!&'%($)$*4!&.!
<$*/**($! `T/,$! Z0/,1$0a! V[$%#,-(1/)$0/%X! ;*+! `"/(/<9.2$%a!
V"/($*-/*+%,-;-$X!-/3$*!%#,-!/;7!+/%!?/@(;0$*!2.*![$%#,-(!3G84!
IQ*+$*! 1.*G$*(0#$0(4! T/,$! Z0/,1$0! VP33#9+;*
H0#*G#@! 19$#*$! .@(#%,-$! &'%($)$4! ^;0! +#$%$%! .@(#%,-$! &'%($)!
$09/;3(!+;0,-!%$-0!19$#*$!>/01$0!$#*$!%$-0!<;($![$*/;#<1$#(=!+#$!
7J0![$%#,-(%/*#)/(#.*$*!2.*!<0AK($0!6#,-(#<1$#(!#%(4!!
!
!
7##,%/85+&C(&D"-$&!*"-E,5+&4,3&/*$,&6"4$*"2F&/,$&6$+$%&
G8*/$5&H>5&/$*&B$"*#$,385+22>@3G"*$&.,5I8+$@J+3&&
!
5)! [$%#,-(! 8$0+$*! /*! )/01/*($*! &($99$*! 8#$! >;*+=! U#**=!
P;<$*30/;$*! ;%84! 19$#*$! >/01$0! <$19$3(=! +#$! 2.*! $#*$0! .+$0!
)$-0$0$*! U/)$0/%! /;7<$*.))$*! 8$0+$*! V%#$-$! P33#9+;*
LM\O4! "#$! >/01$0! 1A**$*! /;,-! $0%(! */,-! +$0! P;7*/-)$! #)!
H0.<0/))!)/*;$99!<$%$(G(!8$0+$*4!"#$!&.7(8/0$!0$1.*%(0;#$0(!/;%!
+$0! >/01$03$8$<;*#)#14! "#$! >#)#1! #%(! 7/%(! *.,-!
%,-8#$0#<$0! 0$/9#(Q(%*/-! G;! /*#)#$0$*! /9%! +$0! )$*%,-9#,-$! [/*<4!
_%! <#3(! %$-0! 2#$9$! >;%1$9*! #)! [$%#,-(! ;*+! )#*#)/9$!
E$0Q*+$0;*<$*! $#*$%! >;%1$9%! 1A**$*! +#$! >#)#1! #*%! [$<$*($#9!
;)%,-9/<$*! 9/%%$*4! d)! $#*$! 2A99#
$#*$%! >$*%,-$*! G;! 10$#$0$*=! #%(! $#*$! <;($! [$%#,-(/*#)/(#.*! %$-0!
8#,-(#<4! 6$**! +$0! ?.)@;($0,-/0/1($0! /;,-! *.,-! %@0$,-$*! %.99=!
$0-A-(!%#,-!+$0!&,-8#$0#<1$#(%<0/+!+$)$*(%@0$,-$*+4!
0123$4K&
6*,3$*,84&
L"+5$3,2-.&
M?3,2-.&
L$-."5,2-.&
>#*#)/9$!
I/0+8/0$D
P*7.0+$0;*
M!
Z0/*%)#(($0=!
eDMf!
:$,$#2$0!
\!U/)$0/%=!
>/01$0!;*+!
&(0/-9$0!
M!P*G;
P;K$*D
&1$9$((!
&.7(8/0$D!
P*7.0+$0;*
>#(($9!
U.)@9#G#$0(!
>#*#)/9!
&/)@9#*
:/($!
MYN!IG!
YgN!IG!
eNDMYN!IG=!
%$9($*!YfNIG!
h..)!
^$#*!
B#%!MNNNC!
^$#*!
:$#,-8$#($!
b!)!
fN!)!!
gN!)!i!
MNNN!)!
_,-(G$#(!
j/=!)#(!
19$#*$0!
]/($*GG$#(!
j/=!/3$0!
%$9($*!;*+!
2#$9!($;0$0!
j/!
E$0G$00;*<%D
70$#!
^$#*!
j/!
j/!
U/9#30#$0;*
P;78$*+#
P;78$*+#
]$#,-($0!!
>$-0$0$!
H$0%.*$*!
5*($07$0$*G$*!
E$0+$,1;*
&@$00#
B$8$<9#,-D
1$#(!
_#*%,-0Q*1D
;*<$*!+;0,-!
U/3$9!!
&$-0!<;(!
_#*%,-0Q*1D
;*<$*!+;0,-!
[$%(Q*<$!
U.%($*!
>#(($9!
I.,-!
>#(($9!
Besondere Punkte im Gesicht einer Schauspielerin, von
einem Bilderfaasungssystem mit Kegeln markiert
am Computer markiert. Der Rechner verbindet diese wichtigen Punkte und
verarbeitet sie so zu einer Art "Skelett", mit dem dann weitergearbeitet werden
kann.
12
Zu erwähnen wären in diesem Zusammenhang auch noch die "Spezialisten" unter
den MoCap- Systemen. Sogenannte "Face Tracker" oder "Datagloves" sind
speziell zum Capturen der Hände oder dem Gesicht. Face Tracker sind im Prinzip
kleine optische Systeme. Auf wichtige Gesichtspartien werden kleine Marker
geklebt, eine Kamera, die auf einer Art Helm auf dem Kopf montiert ist zeichnet
das Gesicht auf. Alles Weitere entspricht einem optischen System, welches nur
das Gesicht captured.
Wird ein optisches System zeitgleich mit einem
Face Tracker eingesetzt, so spricht man vom
,,Performance Capturing". Performance Capturing
ermöglicht die exakte, zeitgleiche Aufnahme von
Gestik und Mimik. Dank dieses Verfahrens können
bis zu 95% aller Bewegungen eines Schauspielers
gecaptured werden, was sich enorm positiv auf den
Realitätsfaktor des digitalen Ergebnisses auswirkt.
13
Seite 13
12
vgl.: Studienarbeit ,,Motion Capturing" von Oliver Hartmann, Proseminar ,,Technik der
Spieleprogrammierung" Uni Ulm
13
vgl.: http://de.wikipedia.org/wiki/Mocap
Facetracker, Kamera ist an einem
Helm befestigt und wird knapp vor
dem Gesicht geführt
Kleine Marker im Gesicht eines Schauspielers
zum Facetracking bzw. Performance
Capturing
Datagloves zum Capturen von
Handbewegungen
5. Weitere Einsatzbereiche des Motion Capturings
Das Einsatzgebiet des Motion-Capturings hat sich in den letzten Jahren immer
mehr von der Entertainmentbranche über die Sportmedizin bis in die Biomechanik
und Ergonomieanalysis ausgeweitet. Die Optimierung von Bewegungsabläufen,
ob aus wirtschaftlichen oder medizinischen Gründen, ist zu einer Art ,,Trend"
geworden, der sich unaufhaltsam weiterentwickelt. Das Motion Capturing bringt
viele Vorteile, die uns den Alltag erleichtern, mit sich. Viele Artikel werden bereits
in ihrer Entwicklungsphase mithilfe des Motion Capturing-Verfahrens auf
Handhabung und Ergonomie geprüft. So kann beispielsweise die optimale
Positionierung des Schalthebels in einem Auto, oder die perfekte Geometrie eines
Fahrradrahmens gewährleistet werden. Nichtsdestotrotz liegt der
Haupteinsatzbereich des Motion Capturings noch immer beim Film, denn nur hier
können diese Systeme ihr enormes Potential unter Beweis stellen und die
komplette Bandbreite an Funktionen ausgenutzt werden.
14
6. Avatar - Aufbruch nach Pandora
Ein Paradebeispiel eines Films bei dem Motion Capturing zum Einsatz kam ist
James Camerons ,,Avatar - Aufbruch nach Pandora", welcher weltweit am 17.
beziehungsweise 18. Dezember 2009 in die Kinos kam. Eine Neuheit, nämlich die
Vermischung realer und computeranimierter Szenen macht diesen Film zu etwas
ganz Besonderem. So schreibt auch die Filmkritikwebsite cinema.de
,,
Diesen Film sieht man nicht, man erlebt ihn
15
!"
James Cameron, der auch schon durch andere Filme, bei denen MoCap zum
Einsatz kam, bekannt wurde (z.B. ,,Titanic" oder ,,Terminator"), gelang es mit
,,Avatar - Aufbruch nach Pandora" den finanziell erfolgreichsten Film aller Zeiten zu
erschaffen. Mit diesem Film übertraf er sogar ,,Titanic", welcher zuvor mit einem
Einspielergebnis von 1,84 Milliarden $ als finanziell erfolgreichster Film galt.
Seite 14
14
vgl.: Studienarbeit ,,Motion Capturing" Eduard Horber, Universität Ulm, Fakultät Informatik
15
www.cinema.de, am 29.12.2009
,,Avatar - Aufbruch nach Pandora" nahm ,,Titanic" am 26. Januar 2010 diesen
Posten, und spielte bis zum 16.April 2010 rund 2,7 Milliarden $ ein. ,,Avatar -
Aufbruch nach Pandora" gilt als der erste Film, der mit seinem Einspielergebnis
die 2 Milliarden $ - Marke hinter sich ließ.
Im Film geht es um den ehemaligen US-marine Jake Sully, welcher seit einem
Kampfeinsatz von der Hüfte ab gelähmt ist. Er soll mittels eines Avatars, in den er
mit einer speziellen Maschine hineinversetzt werden kann, Kontakt zu den
Ureinwohnern des Planeten Pandora aufnehmen, da die Menschheit an
Rohstoffen aus ihrem Gebiet interessiert ist. Bei der Kontaktaufnahme gerät Jake
Sully immer mehr in einen Zwiespalt. Er ist sich nicht mehr sicher ob er zu den
Menschen oder zu den Ureinwohnern Pandoras, den Navi, gehört. Nach einem
brutalen Kampf entscheidet er sich schlussendlich für die Zugehörigkeit zu den
Navi.
Bevor ich mir diesen Film angesehen habe, stand ich ihm sehr kritisch gegenüber.
Normalerweise bin ich eher gegen Science - Fiction - Filme, doch dieser Film war
anders. Hier werden durch Bilder Eindrücke erzeugt, die bleiben. Ich hätte niemals
geglaubt, dass ein computeranimierter, prinzipiell eher unrealistischer Film eine
emotionale Wirkung haben kann, doch dieser Film hat mich wahrlich vom
Gegenteil überzeugt.
Während des Films taucht man als Betrachter vollkommen in die virtuelle Welt ein,
man akzeptiert virtuelle Wesen als Teil einer zunächst durchaus reell wirkenden
Welt von atemberaubender Schönheit.
Seite 15
Der Avatar Sullys
US-marine Jake Sully in der Realität
Man fühlt mit den einzelnen Charakteren und
entwickelt ein Verständnis für sie. Meiner Meinung
nach ist dieser Film ein echtes Meisterwerk, und hat
seinen riesigen, weltweiten Erfolg definitiv verdient.
Hat man sich mit dem Thema Motion Capturing
beschäftigt, hält man den Erfolg wohl noch weit mehr
für gerechtfertigt, denn der enorme Arbeitsaufwand,
der in einem solchen Kinoereignis steckt wird durch
die Beschäftigung mit dieser Materie vorstellbarer.
Auch die Eckdaten der Hardwareanforderungen der
optischen MoCap-Systeme, die bei diesem Film
Verwendung fanden sind gigantisch. Der Computer,
der die MoCap-Rohdaten verarbeitete benötigte 105
Terabyte Arbeitsspeicher, das Rohmaterial des Films
belegte 2 Petabyte Speicherplatz auf einer Festplatte, eine einzige Filmminute
17,6 Gigabyte.
16
Seite 16
16
vgl.: http://de.wikipedia.org/wiki/Avatar__Aufbruch_nach_Pandora
Filmplakat von ,,Avatar - Aufbruch nach
Pandora"
7.
Schlusswort
Mein Schlusswort möchte ich gerne der Frage ,,Verzerrt MoCap die Realität oder
bereichert es die Filmwelt ?" widmen. Während ich mich mit dem Thema Motion
Capturing beschäftigt habe, konnte ich auf diese Frage meine ganz persönliche,
eindeutige Antwort finden. Ich denke, dass es einem Filmpublikum, egal welchen
Alters, problemlos gelingt zwischen Realität und Fiktion zu unterscheiden. Der
Mensch entwickelt bereits in seinen frühesten Kindheitsjahren ein Gespür für
natürliche Bewegungsabläufe. Mit dem Performance Capturing wird zwar eine
enorm hohe Realitätsnähe der Bewegungsabläufe fiktiver Charaktere erzeugt,
allerdings wird eine einhundertprozentige digitale Kopie des menschlichen
Bewegungsapparats, zumindest in absehbarer Zeit, nicht möglich sein. Zudem
wird die Realität eines Wesens nicht nur durch seine Bewegungsabläufe
bestimmt, sondern auch durch sein Aussehen. Und einen Menschen in einem
realen Umfeld mit realen Bewegungsabläufen animiert darzustellen hätte bei der
Qualität heutiger Filmkameras wenig Sinn.
Vielmehr halte ich das Motion Capturing beziehungsweise die
Computeranimationstechnik insgesamt für eine sinnvolle Ergänzung zum
normalen Film. Schaut man auf die Liste der erfolgreichsten Filme, so fällt auf,
dass unter den ersten 100 Platzierungen nur etwa 10 Filme komplett ohne Motion
Capturing entstanden.
Vielen Filmkonsumenten fällt der Einsatz von Motion Capturing beziehungsweise
Computeranimation in einem ,,modernen" Film garnicht auf, was einerseits zwar
klar für die Qualität solcher Systeme spricht, andererseits aber auch schade ist,
denn die enorme Arbeit, die in solchen Szenen steckt wird so nicht genug
gewürdigt.
Durch diese Arbeit werde ich in Zukunft wohl mit einer anderen Sichtweise ins
Kino gehen. Ich denke, ich habe mir etwas Einblick in ein sehr interessantes
Gebiet der Technik verschafft, und so gelernt, mich von Filmen nicht einfach nur
,,berieseln" zu lassen, sondern sie auch mehr und mehr zu hinterfragen.
Seite 17
9. Quellenverzeichnis
Bilder :
· Reihenfotografie Elefant:
http://www.ansp.org/museum/digital_collections/elephant/
images/muybridge.jpg
· Schema Rotoskop:
http://www.animationarchive.org/pics/rotoscope.gif
· SimGraphics ,,Facial Waldo":
http://www.character-shop.com/images/facwldo1.jpg
· Gollum:
http://foreverloyal.files.wordpress.com/2008/01/gollum.jpg
· Kong:
http://www.movie-infos.net/data/media/81/king_kong.jpg
· Davy Jones:
http://www.hans-zimmer.ch/_admin/pics/davyjones.jpg_yadyfztrv.jpg
· Sonny:
http://unrealitymag.com/wp-content/uploads/2009/09/sonny.jpg
· Schema Laserscanner:
http://www.insidejourney.de/Bilder/
david_3d_laser_scanner.jpg
· Mechanischer Tracker (Gelenkarm):
http://www.posh.de/cms/images/products/cu/
new/3.0/cu3new_microscribe.jpg
· Projektionstechnik:
http://www.breuckmann.com/bodymetrie-life-science/produkte/
bodyscan.html
· Eishockeyspieler:
http://bulk2.destructoid.com/ul/166405-vancouver-canucks-ryan-
kesler-is-on-nhl-2k11-cover/nhl-2k11-kesler-mo-cap-120x.jpg
· Spezialkamera von Vicon:
http://www.inition.co.uk/inition/images/
product_mocaptrack_vicon_09.jpg
· Frau im Anzug für magnetisches MoCap:
http://www.tyrell-innovations-usa.com/
shop/articles/magneticgirl.jpg
· Mechanischer mocap-Anzug ,,Gypsy 5":
http://features.cgsociety.org/stories/
2006_03/gypsy/banner.jpg
· Bilderfassungssystem: Studienarbeit Eduard Horber
· Datagloves :
http://www.blogcdn.com/www.engadget.com/media/2009/07/
acceleglove-07-13-09.jpg
· Facetracker:
http://www.motionwerx.com/ft.jpg
· Gesicht mit kleinen Markern:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/95/
Motion_capture_facial.jpg
· Jake Sully real:
http://origin.aintitcool.com/images2009/avatarstill.jpg
· Avatar Jake Sully:
http://the-void.co.uk/wp-content/uploads/2009/12/
avatar_jake_sully.jpg
· Filmplakat Avatar:
http://www.filmposter-archiv.de/filmplakat/2009/
avatar_launch_poster.jpg
Seite 18
Sonstige Quellen:
·
http://de.wikipedia.org/wiki/Muybridge
·
http://de.wikipedia.org/wiki/Mocap
·
http://de.wikipedia.org/wiki/Max_Fleischer_(Cartoonist
)
·
http://de.wikipedia.org/wiki/Avatar_
_Aufbruch_nach_Pandora
·
http://www.breuckmann.com/index.php?
id=breuckmanngmbh&L=2&gclid=COL____akKECFUMTzAodXxbuNQ
·
http://www.vicon.com/products/cameras.html
·
http://www.scribd.com/doc/2058962/Ein-Leitfaden-zum-Motion-Capturing-MoCap-
Guide
·
http://www.focus.de/digital/computer/technik-lexikon/motion-
capturing_aid_263848.html
· Studienarbeit ,,Motion Capture" von Cornelia Hipp, Universität Ulm (Proseminar
Computergrafik)
· Studienarbeit ,,Motion Capturing" Eduard Horber, Universität Ulm, Fakultät Informatik
· Diplomarbeit ,,Motion Capturing mit optisch-magnetischen Trackingsystemen in VR-
Applikationen" von Daniel Steger, TU Chemnitz
· Studienarbeit ,,Motion Capturing" von Oliver Hartmann, Proseminar ,,Technik der
Spieleprogrammierung" Uni Ulm
· S. 162-165 Jörn Tümmler - Avatare in Echtzeitsimulationen (Kassel University Press; 2007)
Seite 19
0 Kommentare