Prof. Dr. D. Francisco José Perales
López
Prof. Dr. D. Ramón Mas-Sansó
Unidad de
Gráficos y Visión por Ordenador e IA (UGivIA)
Universidad de les Illes Balears. UIB. Palma de Mallorca.
Spain.
“…el Patrimonio Virtual, es la memoria virtual
de nuestra historia”.
Sofía
Pescarin.2011.
BREVE DESCRIPCIÓN DE
LOS CONTENIDOS
En este
tema se presenta una breve síntesis de los sistemas actuales de captura de
movimiento y modelado de la imagen humana desde diferentes puntos de vista. En
primer lugar, se introduce la idea y métodos de la captura de movimiento para
animación por computadora y las aplicaciones en videojuegos. En segundo lugar
la perspectiva de análisis o captura de movimiento se trata mediante el estudio
de diferentes técnicas: la infografía y visión por computador.
A
posteriori el capítulo se centra en el movimiento humano articulado, mostrando
las ideas principales de la combinación de las técnicas de captura y sistemas
de animación para alcanzar una representación realista del movimiento y la
geometría de los sistemas complejos articulados.
Por último,
la materia se centra en propuestas existentes de productos comerciales
utilizados para arqueología y patrimonio virtual, destinadas al modelado de
Avatares Virtuales en un mundo sintético 3D, y mostrando algunos ejemplos de los
mismos.
OBJETIVOS ALCANZADOS
Con el
trabajo de la temática y actividades de este capítulo, se ha pretendido
transmitir una visión general de las técnicas y métodos actuales de la
modelización de personajes virtuales en entornos 3D, y desde mi caso
específico, he logrado adquirir las competencias básicas para su diseño y
modelización, pero continúo trabajando con los procedimientos de animación.
Pese a
ello, las aptitudes desarrolladas en este capítulo son las siguientes:
- Capacidad para entender que es la creación de avatares virtuales y sus características.
- Capacidad para diseñar y comenzar a animar personajes virtuales humanos.
- Capacidad para tener una visión general de los personajes y su importancia en arqueología y patrimonio virtual.
- Conocer y manejar las técnicas habituales y programas comerciales de captura del movimiento humano y su modelización en el ordenador.
DATOS DE INTERÉS
ASIMILADOS
CONCEPTOS
Flujo f óptico. Aproximación del movimiento del campo 2D denominado U, en el sensor
de imagen.
Animación por ordenador. Trabajo global de los animadores para
transformar un carácter (objeto, persona, etc.) a la vida, independientemente
de la tecnología utilizada; es el producto final de un carácter generado por un
intérprete o sistema.
Captura de movimiento. Tecnología utilizada para recoger el
movimiento, es la recopilación de datos que representan el movimiento inicial.
Sistema outside-in. Sistemas de captura de movimiento que utiliza
sensores externos para recoger datos de fuentes colocadas en el cuerpo. Son
sistemas basados en cámaras, donde las cámaras son los sensores y los
marcadores reflectivos son las fuentes.
Sistema Inside-out. Sistemas de captura de movimiento que tienen
sensores colocados en el cuerpo y las fuentes recopilan los datos de forma
externa.
Sistemas electromagnéticos
cuyos sensores se mueven en un campo electromagnético generado en el exterior.
Sistema Inside-in. Sistemas de captura de movimiento que tienen sus
fuentes y sus sensores colocados en el cuerpo del usuario. Son trajes
electromecánicos, en el que los sensores son potenciómetros y las fuentes son
las articulaciones reales dentro del cuerpo.
Gyros. Pequeños sensores inerciales de estado sólido para medir con
precisión las rotaciones exactas de los huesos de los actores en tiempo real
consiguiendo que captura de movimiento sea increíblemente realista.
Xsens Motion MVN. Sensores inerciales adheridos al cuerpo
mediante un traje de lycra (también disponible en tiras). Da mucha libertad de
movimiento porque no utiliza cámaras. Es un sistema de captura de movimiento
flexible y portátil que se puede utilizar en interiores y al aire libre, no
sólo en el estudio, sino también en entornos abiertos.
Impulse System. Sistema de captura de
movimientos de PhaseSpace, desarrollado para la investigación, las artes
industriales y gráficos. Fue desarrollado como una nueva generación de sistemas
ópticos 3D de captura de movimiento diseñado para estar al alcance de las
PYMES, las universidades y los individuos autónomos, reduciendo el coste de
manera que fuera una herramienta económicamente viable para un solo artista o
investigador.
Vicom Motus 9.0. Sistema de captura de movimientos de Vicon4. La presentación de
Vicon Motus 9,0. permite un ahorro de tiempo con seguimiento sin marcadores y
de forma automática de vídeo y captura simultánea de múltiples videos 2D. Logra
más precisión a través de todas las imágenes estroboscópicas y da soporte a las
últimas cámaras de alta velocidad y de alta resolución.
Motion Orgánic. Tecnología de la empresa Motion Orgánic, que utiliza múltiples
cámaras de vídeo en 2D para seguir al sujeto. La salida de datos de cada cámara
alimenta a un procesador de visión que mapea cada píxel de información y
triangula la localización del sujeto para ver donde las imágenes de cada cámara
diferente se cruzan. El método radica en la metodología de análisis de este
conjunto de datos tan voluminoso. El sistema de toma decisiones es de forma
dinámica para designar y seleccionar los píxeles más similares a otros.
Uniones. Conjunto de segmentos interconectados mediante articulaciones
utilizados para el modelado de estructuras articuladas.
Movilidad de un sistema articulado. Número de
parámetros independientes necesario para especificar completamente la posición
de cada segmento en el sistema en un instante dado. Cada uno de estos
parámetros recibe el nombre de grado de libertad (gdl).
Redundancia. Una estructura articular se dice que es redundante cuando su número
de grados de libertad es superior a la dimensión de la tarea que se pretende
realizar.
Cinemática inversa. Es una técnica utilizada fundamentalmente para
el control o la restricción de partes estratégicas de una estructura articulada
cuya situación depende de un conjunto de parámetros, normalmente
articulaciones. Las partes controladas se denominan segmentos o efectores
finales (o end-effectors).
Cinemática directa. Se basa en la evaluación de variaciones
instantáneas de la posición y orientación del segmento final de la cadena para
cada articulación individual en el estado actual del sistema articular.
Performance Animation o Live Recording. Registro en
tiempo real. Técnica prometedora para el control del movimiento y el posicionamiento
3D de modelos humanos con un número importante de grados de libertad. Se basa
en el seguimiento en tiempo real de un conjunto de sensores normalmente
asociados a las articulaciones más relevantes de un actor humano.
SOFTWARE
Markerless Maskarad Facial Motion Capture.
Autodesk MotionBuilder.
Sistema Cybergloves. Es un software y hardware especial para la mano
y la captura de movimiento facial, de MetaMotion.
MVN Studio. Software del sistema de captura llamado Xsens Motion MVN, que muestra
una visualización en tiempo real en la Pantalla de las mismas.
OpenStage. Software que aprovecha Motion Orgánic como principal tecnología de
visión, lo que permite a los ordenadores cognitivamente "ver" los
movimientos complejos y generar datos 3D de alta precisión del seguimiento en
tiempo real. El sistema ha eliminado la necesidad de marcadores, largos tiempos
de puesta a punto, los esfuerzos de calibración, errores de oclusión, y el
tiempo de los técnicos. En cambio, El OpenStage puede calibrarse en minutos,
proporcionar análisis inmediatos de temas incluyendo accesorios simples y de
flujo de datos en tiempo real hacia el Autodesk MotionBuilder.
MakeHuman. Software para el modelado y la animación humana.
EMPRESAS
Metamotion. Empresa que proporciona asesoramiento para una captura sobre
movimiento y la venta de cinco sistemas diferentes de cuerpo entero para la
captura del movimiento, cuatro diferentes tecnologías de captura de movimiento
de los dedos de las manos y cinco diferentes sistemas de captura del movimiento
facial.
PhaseSpace3. Empresa que ha revolucionado el proceso de captura de movimiento,
convirtiéndolo en fácil, económico y rápido. El sistema de captura de movimiento
de Impulse es reconocido como una de las soluciones de la industria de seguimiento
de movimientos más avanzada. La empresa PhaseSpace tiene patentada tecnología
del sistema de indicadores LED's activos y un proceso sofisticado en tiempo
real que elimina el intercambio de marcadores y reduce significativamente su perdida.
Vicon4. Empresa con una larga historia en la visión por computador y en particular
en captura del movimiento humano. Se puede considerar una de las empresas más
importantes en este ámbito, los primeros sistemas de seguimiento de movimiento
primero fueron propuestos con marcadores pasivos reflectantes.
REFLEXIONES
El objetivo
del capítulo es familiarizar al estudiante con las técnicas avanzadas de
modelización, animación y captura de personajes virtuales humanos. En la actualidad
en las aplicaciones comerciales que requieren de un alto grado de realismo, los
seres humanos forman un apartado primordial, y por ende, en la Arqueología
Virtual.
El uso de
avatares en la modelización del Patrimonio presenta muchas ventajas, entre las
que cabe destacar ante todo su función pedagógica. A través de los mismos es
posible sumergir al usuario, de un modo más o menos profundo –según se requiera
o estime-, en la apreciación del Patrimonio a representar, y a la par le ayuda
a asimilar conocimientos directamente relacionados con el factor humano
intrínsecamente vinculados con el yacimiento en cuestión, fragmentos de la
Historia del lugar. Me refiero a los modos de vida, tipos de vestimentas,
relaciones sociales y económicas, modos de culto, etc… que son difíciles de
detectar y concebir tan solo con las recreaciones arquitectónicas del sitio.
Ejemplo de ello
lo tenemos por ejemplo en el Museo Virtual de la Vía Flaminia (2008), del
Departamento de Sofía Pescarín, en el que se plantearon y crearon ambientes de
realidad virtual a través de un ordenador central capaz de controlar a otros
cuatro ordenadores enlazados, en los que el espectador podía crear su propio
avatar para navegar por la ya desaparecida Vía Flaminia reproducida ahora,
virtualmente. En este caso, el espectador que lleva unas gafas estereoscópicas
para 3D, vive la vida de Augusto y de su familia a través de su avatar. En la
primera visita se mueve en el lugar arqueológico, en la segunda se dirige a los
objetos tridimensionales y en la tercera se mueve por el interior de la
vivienda y se encuentra con Augusto y Livia.
Pero hemos
de ser cautos con su uso dentro de los modelos tridimensionales del Patrimonio.
La función de la Arqueología Virtual es la Investigación y Documentación, Conservación
y Preservación, y la Difusión y Presentación del Patrimonio; y el avatar ha de
ser una herramienta o medio más para ayudar a cumplir esta serie de funciones,
sobre todo la de transmitir y complementar la información que se intenta hacer
llegar al usuario, nunca ha de convertirse en el objeto central del modelo.
Somos Restauradores
Virtuales no Cineastas, nuestra finalidad no ha de ser crear un mundo como Second
Life.
Respecto a
las actividades de esta semana destacar que han estado dirigidas al modelado de
personajes con diferentes grados de precisión mediante la herramienta Makehuman y en la animación de los
mismos, haciendo uso de otras herramientas y aplicaciones.
En mi caso,
conseguí modelar dos avatares, Iulia de 5 años, y Lucia de 33. El resultado fue
el siguiente:
Fig. Iulia. Modelo
renderizado .png y detalle de modelo en MakeHuman.
Fig. Lucia. Modelo
renderizado .png y detalle de modelo en MakeHuman.
MakeHuman
es una herramienta cómoda e intuitiva que permite desarrollar avatares completos
de forma sencilla. Presenta un elevado número de complementos que permiten
aplicar numerosos modificadores a los modelos, pudiendo variar parámetros como
textura, esqueletos, poses, expresiones, etc.
A su vez
permite exportar los modelos en diferentes formatos compatibles con software de
modelado y animación, como Blender o 3D Max.
En mi caso
los exporté en formatos Collada (.dae) y Blender (.mhx), y seguí trabajando con
ellos en Blender para experimentar con algunas técnicas. Actualmente estoy
indagando en la modificación y modelado de ropas, peinados –por medio del
modificador de partículas- y sobre todo en la animación.
Fig. Iulia. Pruebas de modificación de
cabello.
Fig. Lucia. Vestido elaborado a partir del
modelo del cuerpo y ropas modelados en MakeHuman.
A posteriori
descubrí que algunas de estas modificaciones son posibles realizarlas a su vez
en MakeHuman, descargando un modelo de su página, con vestimentas predefinidas
y modificarlas a posteriori con el software, al igual que con los peinados.
Otra de las
técnicas que he estado, y estoy, indagando es en el rigging y animación. Animo
a que se descarguen el manual y hagan uso de los innumerables tutoriales que se
pueden encontrar en la red acerca del uso de este software.
MakeHuman
me resulta un software muy interesante, tanto por su facilidad de uso como por
las posibilidades que ofrece, por lo que seguiré indagando en total las
utilidades que presenta.
Conjungado
con Blender y otros programas, como Lumion -programa sencillo y completo, con
interfaz también muy intuitiva- ofrecen multitud de posibilidades.
PROYECTO. DOMUS DEL
MITREO.
Estas
semanas, por diversos motivos ajenos al proyecto, los trabajos no han avanzado
en demasía.
Conseguí
compilar un conjunto de planos en formato papel, elaborados con cinta métrica,
de la totalidad de la planta de la domus, pertenecientes al Proyecto de
Cubrición del yacimiento, llevado a cabo en torno a los años 90, y que me
fueron facilitados por el Consorcio de la ciudad Monumental de Mérida.
Conseguí
los permisos para digitalizarlos y los he integrado en el modelo
georreferenciado que elaboré de la planta de la domus las semanas anteriores.
Ha sido un
proceso bastante laborioso, ya que las precisiones en las medidas y
orientaciones no eran muy exactas, pero el procedimiento en general ha sido muy
útil ya que estos planos recogían elementos constructivos actualmente
modificados o desaparecidos.
El
resultado ha sido el siguiente:
Fig. Planta
general de la Domus.
Fig. Detalle
de la planta de las termas.
Fig. Detalle
de la planta de una de las habitaciones de la Domus.
...continúo trabajando en ello!!.
