Harakatni tutib olish va animatsiyani amalga oshirish
19.11.2016
Rukn: Texnologiya.
Muallif: .

har_19_11_2016

Harakatni tutib olish — bu ishning yagona uch o‘lchovli tasviriga ega bo‘lish uchun, tegishli vaqt mobaynida bir qancha asosiy nuqtalarni kuzatish orqali jonli harakat voqeliklarini yozib borish va ularni foydalaniladigan matematik ifodalarga o‘tkazish jarayoni hisoblanadi.

Harakatni tutib olish — bu ishning yagona uch o‘lchovli tasviriga ega bo‘lish uchun, tegishli vaqt mobaynida bir qancha asosiy nuqtalarni kuzatish orqali jonli ha­ra­kat voqeliklarini yozib borish va ularni foydalaniladigan matematik ifodalarga o‘tkazish jarayoni hisoblanadi. Umuman olganda, bu texnologiya, hayotiy ishlarni raqamli baja­rishlarga ko‘chirish jarayonini ta’minlaydi. Harakati tutib olingan predmetlar har qanday obyekt bo‘lishi mumkin, qaysiki, real olam­da mavjud va harakatga ega bo‘lishi ke­rak. Sohalarning asosiy nuq­talari predmetning turli qo‘zg‘aluvchan qismlari harakatini juda yaxshi ifodalaydi. Ushbu nuqtalar ta­yanch nuqtalar yoki predmetning qattiq soha­lari o‘rtasidagi bog‘la­nish bo‘lishi kerak. Masalan, inson uchun, bo‘g‘imlarning ba’zi bir asosiy nuqtalari, ta­yanch nuqtalar va suyak­lar uchun bog‘la­nishlar sifatida ta’sir ko‘r­satadi. Obyektda joylashgan ushbu nuqtalarning har birining joyi bir yoki bir necha datchiklar, markerlar yoki potensiometrlar (2 nuqta orasidagi potensial farqni o‘lchash asbobi) bilan identifikatsiyalanadi va asosiy to‘plovchi qurilmaga axborotlar kanallari sifatida xizmat qiladi.

Animatsiyani amalga oshirish harakat­ni tutib olishning aynan o‘zginasi emas, garchi ko‘pchilik ushbu ikkita o‘zaro aloqador tushunchalarni ishlatishsada, harakatni tutib olish harakatlarni to‘plashda ishlatiladigan texnologiyaga tegishli, animatsiyani amalga oshirish foydalaniladigan texno­logiyaga bog‘liq bo‘lmagan ravishda, hayotga tavsif berish uchun ishlatiladigan aniq ishlarga tegishli. Bunga erishish uchun, ha­rakatni tutib olishning barcha jarayonlari orqali o‘tish va olingan ma’lumotlarni 3D xarakterda aks ettirish kerak. Qisqacha ayt­ganda, harakatni tutib olish harakatlarni ifodalovchi ma’lumotlar to‘plami, ayni vaqt­da, animatsiyalarni amalga oshirish baja­ruvchi tomonidan boshqaruv xarakteridagi yakuniy mahsulot hisoblanadi.

Harakatlarni tutib olishning turli usul­lari mavjud. Ba’zi bir tizimlar ishni turlicha ko‘rinishlardan raqamli ko‘rinishga o‘tkazish uchun kameralardan foydalanadi, keyinchalik bir yoki bir nechta mar­kerlarni aks ettiruvchilar tomonidan ifo­dalangan har bir asosiy nuqtalar holatini birgalikda joylashtirish uchun ishlatiladi. Boshqalari esa datchiklar guruhini kuzatish uchun elektromagnit maydonlar yoki ultratovushlarni ishlatadi. Qurilish va armaturalarga asoslangan mexanik tizimlar har bir bo‘g‘inning burilishini aniqlovchi potensiometrlardan foydalanadi. Ushbu texnologiyalarning ikki yoki undan ortiq kombinatsiyalari mavjud va nisbatan yangi texnologiyalar ham tekshiruvdan o‘tkaziladi. Barcha maqsadlar bitta natijaga, ya’ni real vaqtda kam sonli xatolik bilan mumkin bo‘lgan eng yuqori chastotada fazoviy cheklanishlarsiz behisob asosiy nuqtalarni kuzatib borishga qaratiladi.

Harakatni tutib olish turlari

Insonning harakatlarini tutib olish ti­zimlari tashqaridan-ichkariga, ichkaridan-tashqariga, ichkaridan-ichkariga tasnifla­nadi. Ushbu nomlar tutib olish datchiklari va manbalari qayerda joylashganligini ko‘r­satadi.

  • Tashqaridan-ichkariga tizimlari (outside-in system) tanada joylashgan manbalardan ma’lumotlarni to‘plash uchun tashqi datchiklardan foydalanadi. Bunday tizimlarga misol sifatida kuzatib borish qurilmalariga asoslangan ka­meralarni keltirish mumkin, bu kame­ralar datchiklar bo‘lib va ko‘rsatuvchi belgilar (markerlar) esa manbalar hi­soblanadi.
  • Ichkaridan-tashqariga tizimlari (inside-out systems) tanaga joylashtirilgan datchiklarga ega, tashqi manbalarni to‘playdi. Elektromagnit tizimlar, qaysiki tashqi generatsiyalanuvchi elektromagnit maydonda datchiklar harakat­lanadi, bular ichkaridan-tashqariga ti­zimlariga misol bo‘ladi.
  • Ichki tizimlar (inside-in systems) tanada joylashgan o‘zining manbalari va datchiklariga ega. Bunday qurilmalarga misol elektromexanik kostyumlar, bu datchiklar potensiometrlar yoki ta’minot goniometrlar va manbalar tana ichidagi mavjud bo‘g‘imlar hisoblanadi. Ushbu tizimlarni taqdim etuvchi bugungi kunda foydalaniladigan asosiy texnologiyalar optik, elektromagnit va elektromexanik insonni kuzatib borish tizimlari hisoblanadi.

Harakatni optik tutib olish tizimlari

Harakatni optik tutib olish zamonaviy tizimlardan foydalanib, belgilangan harakatni tutib olishning juda ham aniq metodi hi­soblanadi. Optik qabul qilingan ma’lumotlar foydalanishda kerakli bo‘lishi uchun katta hajmli qayta ishlashlarni talab etadi. Odat­dagi harakatni optik tutib olish tizimi ka­meralarning bir qancha raqamli zaryadla­nuvchi aloqa qurilmasi (charge-coupled device (CCD)) kirishini boshqaruvchi bitta kompyuterga asoslanadi. CCDlar yorug‘likni sezadigan qurilma bo‘lib, yorug‘likni tutib olish va so‘ngra har bir yacheyka uchun yorug‘lik intensivligini o‘zgartirib, tasvir­ning raqamli taqdim etilishini yaratish uchun fotoelementlar massivini (shuningdek, piksel deb ham nomlanadi) ishlatadi. CCD kamera piksellar massividan tarkib topgan bo‘lib, eng quyi 128 x 128 dan, 4096 x 4096 gacha va undan yuqori ekran o‘lchamlari bo‘yicha o‘zgarishi mumkin. Tabiiyki, ekran o‘lchami qanchalik yuqori bo‘lsa, shuncha yaxshi, ammo boshqa kelishuvlar ham bor. Juda ham tezkor harakatlarning sezilar-sezilmas farq­larini tutib olish uchun kadrlar chastotasi yoki bir soniyadagi nusxalar ko‘rsatkichi yetarlicha tezkor bo‘lishi lozim. Aksariyat holatlarda, bir soniyada 512 nusxa yetarli bo‘ladi.

har_19_11_2016_01

1-rasm. Harakatni tutib olishning optik Vicon 8 tizimi

Kameralar odatda, o‘zining yoritish man­balari bilan ta’minlangan bo‘ladi, belgilardan yo‘naltirilgan akslarni yaratadi. Infraqizil nur manbalari foydalanuvchi uchun kamroq vizual buzilishni yuzaga keltirganligi sababli afzal ko‘riladi. Ish olib borilayotgan maydondagi belgilar duymlar juftligida kichkina sohani tutib olish uchun, diametr bo‘yicha bir necha millimetrlarda o‘zgarishi mumkin. 1-rasmda keltirilgan Vicon 8 tizimi 24ta kameraga moslashishi mumkin bo‘lgan zamonaviy optik tizimga misol bo‘ladi.

har_19_11_2016_02

2-rasm. Harakatni optik tutib olish sahnasining ijro etilishi

Obyektni ma’lum o‘lchamlar bilan kuza­tib borishni hisobga olgan holda dasturiy ta’minot tanib olishi mumkin bo‘lgan barcha kameralarning optik tizimi aniq bir o‘lchamga keltirilgan bo‘lishi kerak. Bitta nuqtaning 3D holatini kuzatish uchun hech bo‘lmaganda ikkita ko‘rinish mavjud va qo‘shimcha ka­meralar to‘g‘ri ko‘rinish chi­ziqlarini quvvatlash uchun zarur, har ehtimolga qarshi, har bir belgi uchun kamida ikkita kamera qo‘llanadi. Bu degani kameralar ko‘p bo‘lsa, yaxshi degani emas, chunki har bir qo‘shimcha kamera mahsulotni yakuniy qayta ishlash vaqtini oshiradi. To‘siqlarni kamay­tirishning boshqa usullari ham bor, bu dasturiy ta’mi­notda amalga oshiriladi va yaku­niy qayta ishlash vaqtida foydalaniladi. Ko‘p vaqtlarda iqtisodiy samarali yechimlar hara­kat turi, tezligi va davomiyligi, shuningdek, tutib olish hajmi va mavjud yorug‘likka bog‘liq ravishda har bir aniq vaziyatlar uchun farq­lanadi. 2-rasmda optik harakatni tutib olish bosqichidagi filmni olinishi keltiriladi.

Elektromagnit kuzatuvchilar

Harakatni tutib olishning elektromagnit tizimlari erkin elektromagnit o‘zgaruvchi tizimlar oilasiga mansub olti darajaning qis­mi hisoblanadi va ko‘pgina qabul qilgich­lardan tarkib topadi, ularning fazoviy mu­nosabatlarini qo‘shni uzatgich (peredatchik) ga o‘zgartiradi. Ushbu qabul qilgichlar yoki datchiklar tanada joylashadi va elektron boshqaruv qurilmasi, aksariyat vaziyatlarda alohida kabellar bilan bog‘langan bo‘la­di. Shuningdek, nomlangan magnit kuzatuvchilar ham borki, ular kaskadagi displeylar (HMDs) uchun harbiy samolyotlarda ishlati­ladigan texnologiyadan kelib chiqqan. HMDs yordamida uchuvchi moslamada joylash­gan to‘r orqali uni vizual joylashgan o‘rnini aniqlash bilan maqsadga ega bo‘ladi. Kaska­dagi datchik uchuvchi boshining holati va yo‘nalishini kuzatish uchun ishlatiladi.

Odatdagi magnit kuzatuvchi 11–18 dat­chiklar, elektron boshqaruv qurilmasi va dasturiy ta’minotdan iborat uzatgichlardan tarkib topadi. Zamonaviy magnit kuza­tuvchi 90tagacha datchikka ega bo‘lishi va sekundiga 144tagacha nusxani tutib olishi mumkin. Magnit kuzatuvchi imkoniyatla­ridan real vaqt rejimida foydalanish uchun u real vaqt rejimida ko‘p sonli poligonlarni vizualizatsiya qilishga qodir bo‘lgan kuchli kompyuter tizimiga ulangan bo‘lishi lozim. Uzatgich past chastotali elektromagnit maydonni ishlab chiqadi, bu qabul qilgichlar va elektron boshqaruv qurilmasiga kiritish orqali aniqlanadi. So‘ngra u har bir datchikning x, y, va z dekart koordinatalari va yo‘nalishi bo‘yicha holatini qabul qiluvchi dasturiy ta’minot o‘rnatilgan markaziy kompyuterga jo‘natiladi.

Ushbu ma’lumot konveyer bo‘yicha boshqa algoritmga uzatiladi, aksariyat holatlarda har bir datchikning global yo‘na­lishini va holatini bitta iyerarxik zanjirda faqatgina bitta holat va bir qancha burishlar bilan o‘zgartirishi, so‘ngra animatsion dasturiy ta’minotga uzatilishi mumkin. Ba’zan ushbu o‘zgarishlar bevosita animatsion dasturiy ta’minot doirasida yuz berishi mumkin. Aslida, butun jarayon real vaqt rejimida bo‘lmasa-da, ammo filtratsiya, kuchaytirish va keyingi qayta ishlashlar soni, boshqaruv qurilmasi va kompyuter o‘rtasidagi aloqa tezligiga bog‘liq ravishda shunga yaqinroq hisoblanadi.

har_19_11_2016_03

3-rasm. Elektromagnit kuzatuvchi harakatining obrazga

Elektromexanik kiyimlar to‘plami

har_19_11_2016_04

4-rasm. Elektromexanik kiyimlar to‘plami

Elektromexanik harakatni tutib olish kiyimi o‘zida inson tanasidagi katta qismni tashkil etuvchi bo‘g‘imlar joylashgan yer­da potensiometr yoki shunga o‘xshash burchakli o‘lchov uskunalari bilan bog‘langan tuzilmalar guruhini ifodalaydi; ularda inson tanasi harakati boshqariladi. Potensiometrlar tarkibiy qismlar hisoblanadi, ko‘p yillar davomida elektronika sanoatida, eski radiopriyomniklardagi ovoz regulyatori singari ilovalarda ishlatilgan. Harakatni tutib olish kiyimlari to‘plamida ishlatiladigan potensiometrlar yoki karkaslar eski radio regu­lyatorlariga qaraganda, ancha murakkab, ularni ba’zida analogli yoki raqamli bur­chakli datchiklar deb atashadi. Potensiometrlarga asoslangan elektromexanik tizimning bitta katta kamchiligi, ularning global o‘z­gartirishlarni aniqlashga qodir emasligi hisob­lanadi. Ko‘p hollarda, ushbu muam­moni hal qilish uchun konfiguratsiyaga elektromagnit datchik qo‘shiladi, ammo bu o‘rnatishda elektromagnit tizimlardagi qo‘shni metallarga nisbatan sezuvchanlik sin­gari aynan ushbu kamchiliklarga ega bo‘ladi.

har_19_11_2016_05

Adabiyotlar:

  1. Computer animation complete: all-in-one: learn motion capture, characte­ristic, point-based, and Maya winning techniques/Rick Parent… [et al.].USA.: Morgan Kaufmann Publishers, 2010. — 591 p.
  2. Rick Parent Computer Animation: Algorithms and Techniques. San Francisco.: Morgan Kaufmann Publishers, 2002. — 550 p.
  3. Марк Джамбруно. Трeхмeрная графика и анимация. 2-e изд. — М.: Издатeль­ство Вильямс, 2002. — 624 с.

Mualif: Botir To‘rayev, TATU, katta o‘qituvchisi

Orphus system
O'zbеkistonda AKT yangiliklaridan birinchilar qatorida xabardor bo'lish uchun Telegramda infoCOM.UZ kanaliga obuna bo'ling.
Telegramga qo`shmoq
WhatsAppga qo`shmoq
Odnoklassnikiga yubormoq
VKontakteda bo`lishmoq