3D Motion-Capture

Ein 3D Motion-Capture-System dient der Erfassung von Bewegungsdaten im Raum, sowohl von Personen als auch Objekten. Diese Daten können zur Quantifizierung von Bewegungsmustern, Animation von Charakteren in 3D-Anwendungen oder Steuerung von virtuellen Realitäten verwendet werden. Als Messinstrument in den Geistes-, Sozial- und Kulturwissenschaften dient es vorwiegend der Erforschung menschlicher Körperbewegungen (Tanz, Schauspiel, musikalische Performanz) oder Interaktionen (Gestik, Mimik, Synchronisation). Im Lab arbeiten wir mit einem markerbasierten Verfahren des schwedischen Herstellers “Qualisys”. Bei Systemen dieser Art werden reflektierende Marker, die an der Kleidung, Haut oder an Objekten angebracht werden als Punkte im Raum durch ein System von etlichen Kameras erfasst und als Raumkoordinaten über die Zeit aufgezeichnet. Bei Menschen können mit speziellen Anzügen, auf denen die Marker fixiert werden, ganze Körper oder einzelne Körperteile erfasst werden. Zu diesen “Markersets” können dann sogenannte “AIM-Models” (Automated Identification of Markers) erstellt werden, sodass Personen oder Objekte von der Software automatisch erkannt werden.

Die Aufzeichnung der Bewegungsdaten erfolgt in einem abgegrenzten Bereich, dem “Messvolumen”. Hier können sich Personen auf einer Fläche von bis zu 30 m² frei bewegen und werden mit hoher Präzision erfasst. Jeder Marker im Raum kann mit einer Präzision von wenigen zehntel Millimeter mehrere hundert Mal pro Sekunde abgetastet werden.  

Im untenstehenden Video können Sie sich den Ablauf so einer Messung und die erhobenen Daten sowie einige Visualisierungen ansehen. 

Kameramodell Oqus 7+

  • Auflösung: 12 Megapixel (4096×3072) 
  • Bildrate: 300 pro Sekunde (volle Auflösung) bis zu 1.100 pro Sekunde (3 Megapixel) 
  • Maximale Aufzeichnungsdistanz: ca. 35 Meter 
  • Vorhandene Anzahl: 6 

Die Oqus 7+ gehört zu den größeren und hochauflösenden Kameras. Sie kann auch kleinere Marker über sehr große Distanzen tracken, ist aber aufgrund ihrer Größe und des Gewichts nicht ganz so unkompliziert zu installieren wie die wesentlich kleineren Kameras der Serie Miqus. Sie eigenen sich daher primär für hochpräzises Tracking in einem fixen Aufnahmesetup. Maximal 4 dieser Kameras können in einer Kette zusammengeschlossen werden, sie können auch zusammenmit den Kameras der Serie Miqus betrieben werden. 

Kameramodell Miqus M3

  • Auflösung: 2 Megapixel (1824 × 1088) 
  • Bildrate: 340 pro Sekunde (volle Auflösung) bis zu 650 pro Sekunde (0,5 Megapixel) 
  • Maximale Aufzeichnungsdistanz: ca. 15 Meter mit 16mm Marker 
  • Vorhandene Anzahl: 15 

Die Miqus M3 gehört zur kleinen und leichten Serie. Zwar sind Auflösung und Reichweite nicht so hoch wie bei der Oqus dafür sind die Kameras aufgrund ihres Gewichts sehr schnell und einfach umzubauen, können auch mit leichten Stativen betrieben werden und vielseitig eingesetzt werden. Somit eigenen sie sich am besten für variable, schnelle und einfache Setups. Maximal 10 dieser Kameras können in einer Kette zusammengeschlossen werden, sie können auch zusammen mit den Kameras der Serie Oqus betrieben werden.  

Kameramodell Miqus Video

  • Auflösung: 2 Megapixel (Full HD, 1920x1080) 
  • Bildrate: 85 pro Sekunde  
  • Vorhandene Anzahl: 1 

Die Miqus Videokamera nimmt im Gegensatz zu den Motion-Capture Kameras “normale” Videos der Situation auf. Sie kann wiederum keine Marker erfassen, kann jedoch im System mitkalibriert werden, sodass eine Überlagerung von Video- und 3D-Daten möglich ist, was für Präsentationen als Visualisierung verwendet werden kann. 

Anzüge für Motion-Capture

Die Marker bestehen aus einer reflektierenden Sphäre und einer Basis aus Kunststoff. An der Basis ist ein Klettmaterial angebracht, das am Material spezieller Anzüge haftet. So können die Marker schnell und einfach am ganzen Körper angebracht werden. Die Anzüge sind Unisex und je zweifach in den Größen S, M, L und XL vorhanden. Dazu gibt es passende Mützen, Handschuhe und Socken, an denen ebenfalls Klettmarker angebracht werden können.  

Zubehör und Interfaces

  • Interface mit 16 analogen Inputs für externe Geräte 
  • Miqus Sync Unit für externe Synchronisations-Signale 
  • Trigger zum starten/stoppen der Aufnahme 

Das System kann mit vielen anderen Geräten kombiniert bzw. synchronisiert werden. Zum einen können die Oqus Kameras direkt Sync-Signale aufnehmen, zum anderen gibt es analoge Interfaces, mit denen grundsätzlich Zeitstempel (SMPTE) oder andere Sync-Signale verarbeitet werden können. Trigger dienen dazu, Messungen zu starten und stoppen, wenn keine zusätzliche Person während einer Messung den Computer bedienen kann. Weiters können direkt in der Software auch Webcams, Audiogeräte und vieles mehr direkt eingebunden werden.  

Software QTM (Qualisys Track Manager)

  • Bis zu 1.000 Marker im Raum 
  • Algorithmisches Lernen/Trainieren von AIM-Modellen 
  • Korrektur von Messfehlern 
  • Export von Messdaten und Videos in vielen Formaten 

Im Qualisys Track Manager wird das gesamte Projekt erstellt, aufgenommen und bis hin zum Datenexport bearbeitet. Wenn Sie im Lab mit Motion-Capture arbeiten, können Sie eine Zeit-Lizenz für die Software bekommen, sodass Sie auch bequem mobil mit der Software arbeiten können. Dazu bieten die Hersteller auf der Website die umfangreich “Q-Academy” mit zahlreichen Videos zu Hardware, Modellen, Markern, Software und Drittanbieterintegration.