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Motion Capture: Ein Leitfaden zur Bewegungserfassungstechnologie

Was ist Motion Capture

Was ist Motion Capture?

Motion Capture, oft als MoCap abgekürzt, ist die Technologie und das Verfahren, mit dem Bewegung von Menschen oder Objekten digital erfasst und in einem virtuellen Umfeld reproduziert wird. Diese Technologie hat in den letzten Jahren in vielen Branchen an Bedeutung gewonnen.

Anwendungsbereiche von Motion Capture: Mehr als nur Unterhaltung

  • Film und Fernsehen: In der Film- und Fernsehindustrie wird MoCap verwendet, um realistische Bewegungen für CGI-Charaktere zu erzeugen. Bekannte Beispiele sind Gollum aus „Herr der Ringe“ oder die Na’vi aus „Avatar“.
  • Videospiele: In der Spieleentwicklung hilft MoCap, lebensechte Bewegungen für Spielcharaktere zu erstellen, die dem Spieler ein immersiveres Erlebnis bieten.
  • Virtual Reality: In VR wirden Motion Capture Daten verwendet um in Realzeit realitätnahe Avatare zu erzeugen.
  • Gesundheit und Sport: Im Gesundheitsbereich wird MoCap zur Analyse des menschlichen Gangs und zur Rehabilitation von Patienten nach Verletzungen verwendet. Sportler nutzen es auch, um ihre Technik zu verfeinern.
  • Militär: Zusammen mit Virtual Reality ermöglicht MoCap realistische Simulationen für Trainingsszenarien.
 
 

Verschiedene Motion Capture-Verfahren: 

Ein Überblick

 
    • Optisch – passiv: Eine der ältesten und immer noch weit verbreiteten Formen des Motion Capture ist die markerbasierte Methode. Dabei werden spezielle Markierungen, in der Regel reflektierende Kugeln oder Ankerpunkte, auf den Körper des Performers platziert. Die Kameras im Aufnahmestudio verfolgen diese Marker und erfassen so präzise Bewegungsdaten. Markerbasiertes Motion Capture bietet eine präzise Erfassung von Bewegungen und ermöglicht eine detaillierte Nachbildung der menschlichen Anatomie. Allerdings erfordert es das Anbringen von Markern auf dem Körper, was Zeit und Aufwand erfordert und die Bewegungsfreiheit der Schauspieler einschränken kann.
    • Optisch – aktiv: Hier senden kleine Leuchten Signale aus, die von Kameras aufgezeichnet werden. Einige fortschrittliche Motion Capture Systeme wie das von OptiTrack verwenden diese Technik.
    • Ki Lösungen mit Videoanalyse / ohne Marker: Moderne KI Algorithmen und spezielle Motion Capture Software können nun Bewegungen direkt aus Videoaufnahmen erfassen, ohne dass Marker benötigt werden. Dafür sind entweder mehrere simultan aufgezeichnete Videos von einer Bewegung oder sogar nur eine Ansicht nötig. Je mehr Kameras die Szene gleichzeitig aufzeichen, desto akkurater kann die Künstliche Intelligenz aus den Videos Bewegungsdaten extrahieren. Wir können davon ausgehen, dass diese Technik in Zukunft mehr an Wichtigkeit gewinnen wird da KI sich KI Lösungen im Moment schnell weiter entwickeln. Beispiele für Produkte in diesem Bereich sind MoveAI https://www.move.ai/ oder Radical. Auch Rokoko die eigentlich für Motion Capture Anzüge bekannt sind, haben für ihre zahlende Kunden zusätzlich eine KI Lösung bereitgestellt.
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Motioncapture
Motioncapture mit IMU Technik
    • Trägheitssensoren – IMUs: Diese Methode verwendet Sensoren, die am Körper befestigt sind und Bewegungen in Echtzeit aufzeichnen. Produkte wie Rokoko’s SmartSuit Pro und Perception Neuron von Noitom sind populäre Beispiele für diese Technologie. Diese inertiale Motion Capture-Technologie bietet eine drahtlose und tragbare Lösung, da keine zusätzlichen Kameras oder Marker benötigt werden. Benutzer können die Anzüge einfach anziehen und in Echtzeit Bewegungsdaten aufzeichnen, die dann zur Erstellung von Animationen oder zur Steuerung von virtuellen Charakteren verwendet werden können. Ein möglicher Nachteil von IMUs (Inertial Measurement Units) in der Motion Capture liegt in ihrer begrenzten Genauigkeit bei längerer Verwendung. IMUs basieren auf der Erfassung von Beschleunigung und Rotation und können daher anfällig für Drift sein, was zu einer schrittweisen Akkumulation von Fehlern führen kann. Dies kann dazu führen, dass die erfassten Bewegungsdaten im Laufe der Zeit ungenauer werden und eine regelmäßige Kalibrierung oder Korrektur erforderlich machen. IMU basierte Motion Capture Systeme sind z.b. Percetion Neuron und Smart Suit von Rokoko

 

Vorzüge und Herausforderungen:

Vorteile von Motion Capture:

  • Geringe Latenz: Motion Capture ermöglicht die sofortige Umwandlung von echten Bewegungen in digitale Bewegungsdaten.
  • Genauigkeit: MoCap liefert abhängig vom Equipment genaue und realistische Daten.
  • Motion Capture senkt die Kosten und Zeit für die Erstellung von Charakteranimationen drastisch.

Nachteile von Motion Capture:

  • Bei den Meisten Motion Capture Technologien sind Spezial-Software und -Hardware erforderlich: Die Erfassung und Verarbeitung von MoCap-Daten benötigt meist spezielle Ausrüstung und Software.
  • Kosten: Hochwertige MoCap-Systeme können teuer sein. Günstige Systeme sind meist deutlich unpräziser als die teueren Systeme die in großen Filmproduktionen eingesetzt werden.
 

Schritt für Schritt: So funktioniert Motion Capture

Vorbereitung: Die Schauspieler oder Objekte werden mit den erforderlichen Markern oder Sensoren ausgestattet.

Aufnahme: Die Bewegungen werden mit speziellen Kameras oder Sensoren aufgezeichnet.

Datenverarbeitung: Die aufgezeichneten Bewegungsdaten werden dann in ein digitales Format überführt, das in Software wie Maya, 3dsmax oder Blender verwendet werden kann. Meist ist es nötig noch Fehler und Ungenauigkeiten, die beim Capturevorgang aufgetreten sind noch beseitigt. Dieser Vorgang kann je nach Qualität der Ausgangsdaten recht langwierig sein. Diesen Vorgang nennt man „Cleaning“.  Sind die Daten bereinigt können sie in der gewählten 3D Animationssoftware auf ein 3D Charktermodell geladen werden.  

 

Investition Motion Capture: Was kostet es wirklich?

Die Kosten für Motion Capture können je nach der benötigten Qualität und Komplexität des Systems variieren. Einsteigersysteme  wie Rokoko und Perception Neuron können schon um die 3000 Euro erhältlich sein, während professionelle Systeme sechsstellige Beträge kosten können.

Die Qualität niedrigpreisiger Systeme nimmt ständig zu so dass auch mit einem 3000 Euro System beeindruckende Ergebnisse möglich sind.

Einen Niedrigpreisigen einstieg bieten bieten KI Motioncapture Portale wie Radical die aus Videos Mocap Daten erzeugen. 

 

Die Geschichte der Motion Capture-Technologie

Die Idee der Bewegungserfassung geht zurück auf die 1920er Jahre, als die Technologie zum ersten Mal in der Filmindustrie eingesetzt wurde. Allerdings war die Motion Capture damals sehr begrenzt und konnte nur einfache Bewegungen erfassen. In den 1970er Jahren wurden die ersten Marker-basierten Motion Capture-Systeme entwickelt, die es ermöglichten, Bewegungen genauer zu erfassen. Heutzutage gibt es verschiedene Arten von Motion Capture-Systemen, darunter optische, magnetische und träge Systeme.

Facial Motion Capture aka Performance Capture:

Neben der Erfassung der Körperbewegungen ist auch die Mimik und Gestik eines Charakters von großer Bedeutung. Facial Motion Capture konzentriert sich speziell auf die Aufnahme und Übertragung von Gesichtsbewegungen. Dabei kommen entweder markerbasierte oder markerlose Methoden zum Einsatz, um die kleinste Mimik und Ausdrücke des Gesichts zu erfassen. Ein bemerkenswertes Beispiel für die Leistungsfähigkeit von Face-Capturing ist die Darstellung von Gollum in der „Herr der Ringe“-Filmtrilogie. Die subtilen Gesichtszüge und Emotionen der Figur wurden realistisch und glaubwürdig dargestellt, was zu einem bedeutenden Teil durch die Face-Capturing-Technologie ermöglicht wurde. Der Schauspieler Andy Serkis, der Gollum darstellte, lieferte nicht nur die Stimme und die körperlichen Bewegungen für den Charakter, sondern auch die Gesichtsbewegungen. Es gibt aber auch zunehmend erschwinglichere Face Capture Lösungen, die meist nur ein iPhone zur Aufnahme der Gesichtsbewegungen verwenden. Bespielsweise iClone, Rokoko und Unreal Engine’s Metahuman Animator. So ist Facecapture auch für kleine Studios eine echte Option geworden um Lebendigere 3d Charaktere zu erstellen.

Tipps für erfolgreiche Motion Capture-Sitzungen

Eine erfolgreiche Motion Capture-Sitzung erfordert sorgfältige Planung und Vorbereitung sowie eine klare Kommunikation mit den Schauspielern oder Tieren. Es ist wichtig, dass die Schauspieler bequeme Kleidung tragen und keine Accessoires tragen, die die Bewegungserfassung beeinträchtigen könnten. Die Motion Capture-Sitzung sollte auch in einem gut beleuchteten Raum stattfinden, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Führen Sie vor Beginn der eigentlichen Aufnahme Kalibrierungs- und Testläufe durch. Überprüfen Sie die Funktionalität der Ausrüstung und stellen Sie sicher, dass die Bewegungen korrekt erfasst und übertragen werden.

Beliebte Motion Capture Software und -Tools

Es gibt viele Motion Capture-Software und -Tools auf dem Markt. Einige der beliebtesten sind Autodesk MotionBuilder, Rokoko, Iclone, Vicon, OptiTrack und Xsens. Diese Software und Tools bieten eine Vielzahl von Funktionen, um präzise Animationen und visuelle Effekte zu erstellen.

Fallstudien erfolgreicher Motion Capture-Inhalte

Es wurden viele erfolgreiche Motion Capture-Inhalte, in verschiedenen Branchen erstellt. Die Filmindustrie verwendet die Motion Capture, um realistische Animationen von Tieren und Monstern zu erstellen. Auch bei der Videospielentwicklung wird sie verwendet, um realistische Animationen von Charakteren und Bewegungen von Athleten zu erstellen. In der Werbung wurde Motion Capture verwendet, um Produkte zum Leben zu erwecken.

Wir von Design4real nutzen Motion Capture bei verschiedenen Projekten, wie zum Beispiel dem VR Diversity Workshop Augenblick Mal, oder auch dem WebAR Halder Hammer Showcase, bei denen wir die Technologie nutzten um den 3D Charakteren lebensnahe Animationen zu verpassen.

 

Die Zukunft der Motion Capture-Technologie

Motion Capture ist eine sich schnell entwickelnde Technologie, die sich auf immer mehr Branchen ausweitet. In Zukunft wird die Technologie immer leistungsfähiger und kann noch realistischere Animationen und visuelle Effekte erstellen. Wir gehen davon aus das Künstliche Intelligenz diese Technologie revolutionieren wird und in Zukunft kaum mehr spezielle Hardware für Mocap-Aufnahmen gebraut werden. Move.Ai zeigt schon heute wie leistungsfähig und einfach Künstliche Intelligenz Mocap Lösungen sein können. Vermutlich werden wir in Zukunft Motion Capture auf hohem Niveau einfach mit dem Mobile Phone aufnehmen können. Die Umwandlung in Bewegungsdaten wird in der Cloud mit Hilfe von Künstlicher Intelligenz abgewickelt. 

Fazit

Die Motion Capture-Technologie hat die Art und Weise verändert, wie wir Animationen von 3D Charaktären erstellen. Durch die Erfassung von Bewegungen können realistische Animationen mit überschaubarem Aufwand erstellt werden. Die XR Agentur Design4real ist der richtige Partner für ansprechende Charakter Animationen mit Motion Capturing und Facecapturing.