Корисник:Маркоавт2013/песак

Poklapanje pokreta kamere (eng. Match moving) је филмска техника која омогућава убацивање рачунарске графике у играни филм са правилном позицијом, величином, оријентацијом, и кретањем у односу на фотографисане објекте у снимку. Термин се користи да опише неколико различитих метода добијања информација покрета камере из покретног филма. Ова техника се још назива праћење покрета (енг. motion tracking). Поклапање покрета камере је такође повезан са ротоскопијом и фотограметријом. Поклапање покрета камере се често помеша са снимањем покрета (енг. motion capture), који бележи покрете објеката, на пример људских глумаца, а не камере. Обично, снимање покрета захтева специјалне камере, сензоре, и контролисано окружење (иако недавна достигнућа као што је Kinect камера настоје да промене те захтеве). Поклапање покрета камере се такође разликује од контроле покретне слике (енг. motion control photography), која користи механичке хардвере да изврши више идентичних покрета камере. Поклапање покрета камере, је типично софтверски заснована технологија која се примењује када се снимак сними у неконтролисаном окружењу са обичном камером.

Поклапање покрета камере је први пут уврштен у визуелне ефекте од стране Toma Brigham i J.P. Lewis у 1985 години који је имплементиран преко ФТФ tracker -а у NYIT графичкој лабораторији, за комерцијалну телевизију која је емитовала новчић који се креће у облику лука као излазеће сунце.

Ова техника се примарно користи за праћење покрета камере кроз снимак, тако да се идентичан покрет стварне камере може репродуковати помоћу виртуелне камере у неком програму за 3Д анимацију. Када се нови анимирани елементи композитују назад у играни филм, они ће се појавити савршено усклађени, са покретом оригиналне камере и неће постојати разлике.

Пошто је техника углавном заснована на софтверу, она је постала све доступнија и сада је признати програм за визуелне ефекте који се користи чак и у телевизијским емисијама које иду уживо у виду убацивања ефеката као што је виртуелна доња жута линија у америчком фудбалу.

Принципи

Процес праћења покрета камере кроз снимак може се поделити у два корака.

Праћење

Први корак је идентификација и праћење одређених тачака на слици, преко којих се алгоритам за праћење може позиционирати и пратити одређену тачку кроз више фрејмова (SynthEyes те тачке назива приказ на екрану радара енг."blips"). Тачке се одабирају из разлога зато што су светлије или тамније мрље, ивице или углови, а одабир тачака зависи од алгоритма програма за праћење. Свака изабрана тачка представља одређену тачку на површини правог објекта. Када се праћење тачака заврши, оне постају серија дво-димензионалних координата које представљају позицију тачака кроз серију фрејмова. То се назива праћење (енг. track). Када се праћење изврши, може се користити за дво-димензионално 2Д праћење кретања, или се може искористити за израчунавање кретања у тро-димензионалном 3Д простору.

Калибрација

Други корак обухвата процес израчунавања кретања камере у 3Д простору. Овај процес покушава да изведе кретање камере решавајући обрнуту-пројекцију 2Д путања како би добили позицију камере. Овај процес се назива калибрација.

Да додатно објаснимо: Када је тачка на површини тро-димензионалног објекта забележена, њена позиција у 2Д фрејму може бити израчуната помоћу функције 3Д пројекције. Може се сматрати да је камера апстракција која садржи све параметре потребне за модел камере у реалном или виртуелном свету. Дакле, камера је вектор који садржи позицију камере, њену оријентацију, жижну даљину, и остале могуће параметре који дефинишу како камера фокусира светлост на филмском плану. Није битно како је тај вектор конструисан, све док постоји одговарајућа проекција функције П.

Пројекција функције П узима улазни вектор камере (означен са камера) и други вектор позиције 3Д тачке у простору (означен са xyз) и враћа 2Д тачку која је пројектована на план испред камере (означен са XY). То можемо изразити овако:

XY = П(камера, xyз)

Илустрација пројекције тачака. Током рендеровања 3д структуре, црвене тачке представљају тачке које су изабране од стране процеса праћења. Камера у оквиру фрејмова и и ј пројектује поглед на раван у зависности од параметара камере. У овом случају праћење тачке у 2Д простору одговарају стварним тачкама у 3д простору. Иако је ова илустрација рачунарски генерисана, поклапање покрета камере се врши на стварним објектима.

Пројекција функције трансформише 3Д тачку и уклања компоненту дубине. Без познавања дубине компоненте обрнута-пројекција функције може само да врати скуп могућих 3д тачака које чине линију која произилази од чворишне тачке нодал поинт објектива камере и пролази кроз пројектовану 2Д тачку. Можемо изразити обрнуту-пројекцију као:

xyз ∈ П'(камера, XY)

или

{xyз :П(камера, xyз) = XY}

Рецимо да смо у ситуацији да се карактеристике које пратимо налазе на површини крутог предмета као што је зграда. Пошто знамо да ће права тачка xyз остати на истом месту у реалном простору од једног фрејма са слике до другог можемо оставити тачку константну чак и када не знамо где је. Према томе:

xyз_и = xyз_ј

где се индекси и и ј односе на произвољне фрејмове у снимку који анализирамо. Пошто је ово увек тачно онда знамо да је:

П'(камера_и, XY_и) ∩ П'(камера_ј, XY_ј) ≠ {}

Зато што је вредност XY_и утврђена за све фрејмове да би се пратили преко програма за праћење, то можемо решити функцијом обрнуте-пројекције између било која два фрејма све док је П'(камера_и, XY_и) ∩ П'(камера_ј, XY_ј) мали скуп. Скуп могућих вектора камере који решавају једначину и и ј (денотед C_иј).

C_иј = {(камера_и,камера_ј):П'(камера_и, XY_и) ∩ П'(камера_ј, XY_ј) ≠ {})

Другим речима, замислите црну тачку која плута у белој празнини и камеру. Са било које позиције у простору где поставимо камеру постоји низ одговарајућих параметара (оријентација, жижна даљина, итд.) који ће осликавати ту црну тачку на потпуно исти начин. Пошто C има бесконачан број чланова, једна тачка никад није довољна да се утврди стварни положај камере.

Ако почнемо додавати тачке за праћење, можемо сузити могуће положаје камере. На пример, ако имамо скуп тачака {xyз_и,0,...,xyз_и,н} и {xyз_ј,0,...,xyз_ј,н} где се и и ј односе на фрејмове, а н је индекс једне од многих тачака за праћење које пратимо. Можемо извести низ парова вектора камере {C_и,ј,0,...,C_и,ј,н}.

У том случају више тачака које пратимо омогућава нам да сузимо могуће параметаре камере. Скуп могућих параметара камере који се уклапају, Ф, је пресек свих скупова:

Ф = C_и,ј,0 ∩ ... ∩ C_и,ј,н

У суштини, израчунавање је процес сужавања могућих решења кретања камере, све док не добјемо један који одговара композицији коју смо желели да створимо.

Пројекција Облака-тачки

Када је позиција камере одређена за сваки фрејм онда је могуће проценити позицију сваког облика у реалном простору обрнутом-пројекцијом. Добијени скуп тачака се често назива облак тачки енг.point cloud због своје појаве као маглина. Пошто point cloud често открива неке од облика 3д сцене, они се могу користити као референца за постављање синтетичких објеката или као реконструкцијски програм, за стварање 3д верзије актуелне сцене.

Област тла - одређивање

Камера и point cloud морају бити оријентисани у некој врсти простора. Због тога, када се калибрација изврши, неопходно је дефинисати област тла. Нормално, ово је јединица области која одређује обим, оријентацију у простору и почетак пројектованог простора. Неки програми ово раде аутоматски, мада у већини случајева то дефинише корисник. Пошто пребацивање области тла ради једноставну трансформацију свих тачака, актуелна позиција области је заиста питање погодности.

Реконструкција

Реконструкција је интерактивни процес поновног стварања фотографисаног објекта користећи податке праћења. Ова техника је повезана са фотограметријом. Конкретно у овом случају коришћење софтвера за поклапање покрета камере је да би реконструисали сцену са произвољног снимка.

Програм за реконструкцију може направити тро-димензионалне објекте који имитирају стварне предмете са снимљене сцене. Користећи податке из поинт-цлоуд и процене корисника, програм може направити виртуелне објекте а затим извести текстуре из снимка који се може пројектовати на виртуелни објекат као површинска текстура.

2Д или 3Д

Поклапање покрета камере има два облика. Неки програми, као што су Схаке, Адобе Афтер Еффецтс, и Дисцреет Цомбустион, укључују дво-димензијалну могућност праћења покрета. Дво-димензионални прати тачке само у дво-димензионалном простору, без икаквог интереса за покрет камере или дисторзију. Може се користити за додавање замућења (енг. motion blur) ефекта или за ефекат стабилизације снимка. Ова техника је довољна да се направе реалистични ефекти када оригинални снимак не укључује велике промене у перспективи камере. На пример, билборди у позадини неког снимка, могу се заменити коришћењем дво-димензионалног праћења.

Тро-димензионални алати за поклапање покрета камере омогућавају да извршимо извоз вредности тро-димензионалних информација из дво-димензионалног снимка. Ови алати омогућавају да се извезе кретање камере и остала релативна кретања из произвољног снимка. Те информације праћења камере могу се пренети на графичке рачунарксе софтвере и користити за анимацију виртуелне камере и симулираних објеката. Програми који су погодни за тродимензионално поклапање кретања камере су:

• 3ДЕqуализер од Сциенце.D.Висионс (који је освојио академску награду за техничко достигнуће)
• Блендер (отворени садржај; користи либмв)
• Воодоо
• АЦТС са аутоматским праћењем камере
• ЛС-АЦТС робустан и ефикасан, може да обради велику видео секвенцу у скоро реалном времену (на пример: више повезаних секвенци)
• ВИСЦОДА ВооЦАТ
• Ицарус
• Маyа МатцхМовер
• Тхе Пиxел Фарм ПФТрацк, ПФМатцхит, ПФХое (базиран на ПФТрацк алгоритму)
• СyнтхЕyес од Андерссон Тецхнологиес
• Боујоу (који је освојио Еммy награду у 2002.)
• НукеX од Тхе Фоундрy
• ЦамераТрацкер ( плуг-ин за Адобе Афтер Еффецтс) од Тхе Фоундрy.
• ВидеоТраце од Пунцхцард (софтвер за генерисање 3д модела из видео снимка и слика)
• ИXИР 2Д Трацк Едитор
• моцха Проод Имагинеер Сyстемс, Планар Трацкер- базиран услужни програм заснован на постпродукцији.

Аутоматско или интерактивно праћење

Постоје две методе преко којих можемо добити информације кретања камере са снимка. Интерактивно праћење се ослања на корисника да прати карактеристике кретања кроз сцену. Аутоматско праћење се ослања на рачунарске алгоритме за идентификацију и праћење кретања кроз снимак. Праћење покрета тачки се користи за израчунавање “решења”. Ово решење се састоји од свих информација камере као што су покрет, жижна даљина и изобличења сочива.

Предност аутоматског праћења је та што рачунар може брже направити више тачака за праћење него човек. Велики број тачака може бити анализиран статистиком да би се утврдили најпоузданији подаци.

Недостатак аутоматског праћења је да у зависности од алгоритма, рачунар може бити лако збуњен јер прати објекте кроз сцену. Метода аутоматског праћења је посебно неефикасна код снимака који укључују брзе покрете камером, који се могу видети када се камером управља ручно и у снимцима који садрже понављање елемената као што су мале плочице или било која врста снимка на коме једна област није веома израженија од друге. Ова метода праћења такође отежава праћење када снимак садржи већу количину замућености - (енг. motion blur) ефекта, правећи мало детаља, па је теже да их истакне.

Предност интерактивног праћења је та што корисник може пратити посебне тачке кроз целу сцену и неће бити збуњен када тачке које прати не буду исправне. Корисник може одредити где се налазе тачке које нису исправне због замућења (енг. motion blur) ефекта; Код аутоматског праћења је тешко да се прецизно одреде тачке за праћење када имамо снимак са великом количином замућености. Недостатак интерактивног праћења је тај да ће корисник неминовно уочити мање грешке које прате објекат кроз сцену, што може довести до “проклизавања”.

Професионални ниво праћења покрета се обично постиже коришћењем комбинације интерактивних и аутоматских техника. Уметник може уклонити тачке које су очигледне аномалије и користити праћење материје (енг. “tracking matters”) да блокира збуњујуће информације из процеса аутоматског праћења. Ово се такође користи за прекривање подручја снимка који садржи покретне елементе као што су глумац или плафонски вентилатор који се окреће.

Праћење материје

Његова сврха је да спречи алгоритам за праћење, да користи непоуздане, неважне или неповезане тачке за праћење. На пример, у сцени у којој глумац хода испред позадине уметник који је задужен за праћење, користиће само позадину како би добио информације о покрету камере кроз сцену, знајући да ће кретање глумца ометати прорачуне софтвера за праћење. У том случају, уметник ће конструисати област за праћење материје (енг. "tracking matte") која ће пратити глумца кроз сцену, блокирајући те информације да улазе у алгоритам за праћење.

Дорада

Последњи корак у техници за поклапање покрета камере, често подразумева ручну дораду. То подразумева ручно мењање кретања камере или давање наговештаја механизму за калибрацију. Ова интерактивна калибрација се назива "дорађиваје"

Већина апликација за поклапање покрета камере базирани су на сличним алгоритмима за праћење и калибрацију. Често, добијени почетни резултати су слични. Међутим, сваки програм има различите могућности дораде.

Реално време

Праћење камере у реалном времену се све више користи у филмској продукцији, који дозвољава елементима који ће бити додати у пост-продукцији да буду видљиви уживо на самом снимању. Више нема потребе за извођењем на зеленим/плавим екранима, где нема повратне информације о крајњем резултату. Еyе-лине референце, позиција глумца, и ЦГИ интеракција може да се уради уживо на снимању дајући поверење да је снимак исправан и да може ићи даље на финалну обраду.

Да би се то постигло, све компоненте почев од хардвера до софтвера потребно је комбиновати. Софтвери сакупљају свих 6 степена слободе кретања камере као што су метаподаци: зум, фокус, ирис, итд.

Види такође

• 1ст & Тен (грапхицс сyстем)
• ПВИ Виртуал Медиа Сервицес
• Струцтуре фром мотион
• Виртуал студио

Референце

• Матцхмовинг: Тхе Инвисибле Арт оф Цамера Трацкинг, бy Тим Добберт, Сyбеx, Феб. 2005. ISBN 0-7821-4403-9
• 3Д Естиматион анд Апплицатионс то Матцх Мове - Ан еарлy папер он матцх мовинг, wхицх гетс ин дептх абоут матхематицс.
• Цомпарисон оф матцхмовинг анд трацкинг апплицатионс
• Трацкинг анд 3Д Матцхмовинг Туториалс*Деад Линк*

Спољашње везе

• Матцхмовинг еxплаинед ат ФЛИП Аниматион блог Ретриевед Маy 2013