Tracking et capture du mouvement

1. Tracking et capture du mouvement

2. Objectifs • la localisation de la tête de l’utilisateur • la localisation (6 degrés de liberté) de la main • la mesure du déplacement spatial de l’extrémité de la main • la localisation d’une partie du corps, utilisée entre autres, pour la «motion capture» • localisation de tout le corps ?

3. Traqueurs mécaniques • Traqueurs mécaniques mesurant des distances • Traqueurs mécaniques mesurant une orientation • Inclinomètre • Gyroscope / gyromètre • Traqueurs mécaniques mesurant une vitesse ou une accélération

4. Traqueurs mécaniques mesurant des distances • liaison mécanique entre l’objet et son environnement • Mesure de rotations

5. Traqueurs mécaniques mesurant des distances • + précis • + très rapide • jusqu’à 300 mesures par seconde • + le temps de réponse est très court • 2 à 3 ms • + prix relativement faible • - liberté de mouvement • - pas très « hight Tech » => communication

6. Traqueurs mécaniques mesurant une orientation • La plus part ne mesure qu’un degré de liberté • Inclinomètre • source émettrice : champ gravitationnel de la terre • position angulaire avec la verticale • Si mouvement : force dues au mouvement + force gravitationnelle • Courant : parallélépipéde rempli de liquide visqueux

7. Traqueurs mécaniques mesurant une orientation • Gyroscope / gyromètre • principe mécanique d’un rotor tournant à grande vitesse • l’axe garde une direction constante • Principe de la toupie ou de se pencher dans les virages en 2 roues

8. Traqueurs mécaniques mesurant une orientation • gyroscope à suspension de cardan • direction constante • grâce à une masse (toupie) en rotation • La toupie est reliée au niveau de son centre d’inertie

9. Traqueurs mécaniques mesurant une accélération • mesure d’une force provenant de l’accélération d’une masse • mesurée par le faible allongement d’un ressort / cristal supportant la masse • détectée par principe piézo-électrique, • piézorésistif, • à jauges de contrainte • ou à variation de capacité • en boucle fermée, • créer une force opposée à la force inertielle, • annulant le déplacement de la masse • double intégration => grosse erreur de position

10. Traqueurs mécaniques mesurant une accélération

11. Traqueurs électromagnétiques • Traqueurs électromagnétiques à champs alternatif • Émetteur • 3 bobines • Propage un champs • Récepteur • 3 bobines • Recueillent des flux magnétiques • unité électronique • alimentation des trois bobines de l’émetteur par des courants alternatifs de fréquence • porteuse voisine de 10 KHz ; • mesure des courants circulant dans les bobines du récepteur ; • calcul des paramètres de localisation en fonction des mesures effectuées • filtrage éventuel des mesures pour supprimer les bruits parasites, mais celui-ci augmente le temps de réponse • transmission des valeurs calculées à l’ordinateur en communication avec l’appareil.

12. Traqueurs électromagnétiques

13. Traqueurs électromagnétiques • Traqueurs électromagnétiques à champs alternatif • + Peut aller jusque 4 capteurs • + Très précis • + Très rapide (120 Htz) • - nécessite des fils • Entrave la liberté de mouvement • - ne peut fonctionner à coter de métal ou de matériel magnétique

14. Traqueurs électromagnétiques • Le compas • Se sert du champs magnétique terrestre • effet Hall pour les compas électroniques miniatures • déviation de courant dans une plaque métallique très mince • dans un champ magnétique normal à son plan • avec deux effet hall perpendiculaire, on a le nord • Les compas sont souvent utilisés pour compenser les dévires des gyroscopes

15. Traqueurs acoustiques • Ou traqueurs à ultra-sons • temps de propagation d’ultrasons dans l’air • C = 331.(T/273)1/2 [m/s] • T, température ambiante, en degrés Kelvin Capteur Capteur Capteur

16. Traqueurs acoustiques

17. Traqueurs acoustiques • exciter une céramique piézoélectrique à 40 KHz • fréquences plus élevées => atténuation de l’onde • fréquences plus basses => résolution moindre • Pour 3,3 mètres, le temps de vol est de 10 ms • Il faut 3 émetteurs • La mesure totale est trois fois plus grande si les mesures de distances sont faites cycliquement !

18. Traqueurs acoustiques • + faible coût • + peut fonctionner en environnement métallique • - influençables par la température ambiante • Étalonnage automatique ? • - émission d’ultrasons très directive • limite l’espace de mesure.

19. Traqueurs optiques • association de sources lumineuses et de capteurs photosensibles • ponctuels (phototransistor) • Très peu utilisé • ou plan (caméra à technologies CCD ou CMOS) • Dépend de la sensibilité de la caméra

20. ARToolkit

21. ARToolkit

22. ARToolkit

23. ARToolkit • + vraiment pas cher • Du papier + support rigide • Souvent utilisé par les projets étudiants à Laval • + assez simple à mettre en place • - Pas très précis • - Dépend des conditions de luminosité • - Pas commercialisable

24. Tracking optique sans cible définie • Se fait par apprentissage • Très lourd à coder • Avec deux caméras (triangularisation)

25. Tracking optique sans cible définie • + s’utilise sans cible • Pour de nombreuses cibles • Reconnaissance de voiture en RA par exemple • - très lourd à programmer • - pas très rapide • - pas forcément très stable • Luminosité • Caméra • Mais ça progresse

26. Traqueurs optiques à infra rouge • ARTrack • Advanced RealtimeTracking • Le plus utilisé actuellement • Au moins 2 caméras infrarouges • Constellation de billes réfléchissantes

27. ARTracking

28. ARTracking

29. ARTracking • 0.4 mm en translation • 0.12 degré en rotation • fréquence maximale de 60 Hertz • volume de travail de quelques mètres cube • Intersection d’au moins deux caméras • Plus il y a de caméra, plus le champs est grand

30. ARTracking • + solution « clé en main » • + très répandu en industrie • Très connu, donc vite réparé • + très précis • + très rapide • - si peu de caméra : perte des capteurs • tous les systèmes optiques • - très cher

31. OptiTrack • Basé sur le même principe qu’ARTracking • Plus axé sur la Motion Capture • Plus de caméra • Une combinaison complète • Avec les petites billes réfléchissantes

32. OptiTrack

33. OptiTrack

34. OptiTrack • + moins cher que l’ARTracking • + moins de perte de tracking • Plus de caméras • + de plus en plus utilisé • - précision inférieure

35. Kinect • Capteur : • Lentilles détectant la couleur et la profondeur • Champ de vision : • Champ de vision horizontal : 57 degrés • Champ de vision vertical : 43 degrés • Marge de déplacement du capteur : ± 27 degrés • Portée du capteur : 1.2m – 3.5m • à partir de 50cm pour la version Kinect for Windows • Système de reconnaissance physique : • Jusqu’à 6 personnes et 2 joueurs actifs • 20 articulations par squelette

36. Kinect

37. Kinect et Faast • Faast • Programme d’interfaçage • Envoie les données sur un réseaux virtuel • http://projects.ict.usc.edu/mxr/faast/ • Gratuit • légal • mais non commercialisable

38. Kinect • + pas cher du tout • + motion capture assez complète • + sdk fourni (ou FAAST) • - pas précis • - bruité • - Non commercialisable

39. PSMove • Petite dernière en réalité virtuelle • On ne sais pas encore énormément sur ses applications en RV

40. Leap motion • 3 LED IR • 2 caméras IR • 300 frames per second of reflected data