خوش آمدید ظهر بخیر،
چنانچه از مشتریان ما هستید لطفآ به پروفایل خود وارد شوید.

دوشنبه 01 مرداد 1397 - 15:29
July 23, 2018 - 15:29
صفحه اصلی / مقالات / موشن کپچر
گروه: موشن کپچر
عنوان: دستکش موشن کپچر چیست؟ [قسمت اول]
سطح مقاله: متوسط
ارسال در: جمعه 07 آبان 1389 - 19:55
در دنیای امروز و پیشرفت در صنعت الکترونیک و رایانه تغییرات قابل توجهی در صنعت پویانمایی ایجاد شده است که مهمترین تغییر آن جایگزینی کاغذ با رایانه است، این جایگزینی سبب تولید انیمیشن های رایانه ای گردید که تفاوت های بسیاری با انیمیشن های سنتی دارد و کاملا برای مخاطبین شناخته شده است و از توضیح مکرر این تفاوت ها می گذریم. اما با همه این تغییرات هنوز یک بخش از کار همچنان در انیمیشن سنتی و رایانه ای مشترک است که تا همین چند سال پیش راه حلی برای آن وجود نداشت. این بخش که اتفاقا بسیار مهم است، حرکت دادن کارکترها و یا جان بخشی به آنها است. در سالهای اخیر تجهیزات خاصی برای حذف این مرحله سخت، طاقت فرسا و پر هزینه ساخته شده است، این تجهیزات که مجموعه ای از سخت افزارها و نرم افزارهای پیشرفته است که با هماهنگی کامل حرکات یک موجود واقعی همچون انسان را ثبت کرده و دیتای حاصله برای حرکت کارکترهای انیمیشن بکار می رود، این مجموعه تجهیزات با عنوان سامانه ثبت حرکت، موشن کپچر - motion capture system- شناخته می شوند.
سامانه های ثبت حرکت از فن آوری های مختلف که معمولا جزء فن آوری های نوین و روز دنیا می باشند برای ثبت حرکات بهره می گیرند، بنابراین می توان این سامانه ها را برحسب فن آوری آنها طبقه بندی نمود. به طور کلی این طبقه بندی شامل سامانه های الکترومکانیکی، سامانه های نوری، سامانه های مغناطیسی، سامانه های رادیویی و سامانه های مبتنی بر پردازش تصویر می باشد. اطلاعات کامل در مورد خصوصیات، معایب و مزایای انواع سامانه ها را می توانید با مراجعه به مقاله های موجود در این زمینه به دست آورید، ضمنا مجموعه مقالاتی با همین موضوع در مجله تخصصی انیمیشن پیلبان شماره 55 الی 58 با عنوان سامانه موشن کپچر منتشر گردیده است و متن کامل آن در آرشیو آن مجله و همچنین بخش مقالات سایت شرکت توسعه فن آوران آرتمن موجود است.


اهمیت فراوان سامانه ثبت حرکت در پویانمایی بر کسی پوشیده نیست، این سامانه سبب کاهش هزینه و زمان ساخت و افزایش چشمگیر کیفیت می شود، دستیابی به فن آوری ساخت و عرضه انبوه با قیمت و خدمات مناسب به منظور ایجاد تحول در این صنعت و تبدیل ایران به یکی از مراکز تولید انیمیشن دنیا با توجه به پشتوانه قوی تاریخی و فرهنگی جزء اهداف و اولویت های شرکت توسعه فن آوران آرتمن قرار گرفت. این شرکت با صرف هزینه و زمان بسیار و تحقیقات گسترده به چندین فنآوری های ساخت سامانه ثبت حرکت نائل شد، و علارقم اینکه این شرکت می توانست در سالهای گذشته به عرضه این سامانه اقدام کند، از آنجاییکه قیمت تمام شده آنها قدری بالا بود و امکان استفاده از آن برای تمام اقشار وجود نداشت، تصمیم بر آن شد تا بجای صرف منابع شرکت برای عرضه آنها، هدف اولیه شرکت که تولید سامانه با کیفیت و قیمت ارزان است، دنبال شود. با ادامه فعالیت تحقیقاتی، با لطف پرودگار، شرکت به فن آوری پیشرفته حسگرهای خمشی دست یافت، این فن آوری امکان عرضه سامانه ثبت حرکت با قیمت مناسب برای تمام اقشار را فراهم آورد. بعد از این موفقیت گام اول شرکت ارائه دستکش ثبت حرکت به عنوان سامانه موشن کپچر تعیین شد و این گام با موفقیت طی گردید.


سامانه ثبت حرکت از دو بخش اصلی سخت افزار و نرم افزار تشکیل شده است، سخت افزار سامانه و فن آوری های بکار رفته در آن در این بخش شرح داده می شود و نرم افزار سامانه و سایر خصوصیات در بخش های بعدی معرفی می گردد.
سامانه دستکش ثبت حرکت آرتمن بر اساس طبقه بندی شرح داده شده جزء سامانه های الکترومکانیکی است، این سامانه از فن آوری حسگرهای خمشی برای ثبت زاویه مفاصل انگشتان و از فن آوری حسگرهای میکرو الکترو مکانیکال اینرشیال (MEMS IMU) برای ثبت حرکات دست بهره می برد. هر دو فن آوری بکار رفته در سامانه بطور کامل و بومی در شرکت وجود دارد، بنابراین علاوه بر قیمت مناسب برای مشتری و ارائه خدمات پشتیبانی کامل، ارائه سامانه های دیگر، مطابق با نیازهای خاص مشتری و به طور کلی تولید سفارشی امکان پذیر می باشد.
بر حسب نوع نیاز مشتری تعداد 5 الی 19 عدد حسگر خمشی در هر دستکش قرار گرفته است وظیفه این حسگر ها همانطور که قبلا گفته شده ثبت زاویه مفاصل انگشتان دست است، هر حسگر بر روی یک مفصل قرار گرفته است و تغییر زوایه مفصل سبب تغییر در خروجی حسگر می شود و این تغییرات توسط یک مدار الکترونیکی ثبت می شود، دیتای جمع آوری شده از حسگرهای خمشی و اینرشیال، پس از پردازش اولیه توسط کابل و یا بصورت بیسیم به رایانه منتقل می گردد. در مجموع دقت نهایی حسگرهای خمشی بیش از یک درجه است، ذکر این نکته در اینجا ضروری است که دقت قابل دستیابی بسیار بیشتر و در حدود 0.05 درجه می باشد که لازمه آن صرف هزینه بیشتر در بخش الکترونیک است که قیمت فروش، حجم، پیچیدگی و مصرف انرژی را افزایش می دهد، از آنجاییکه هدف از طراحی و ساخت مدل اول این سامانه کاربرد آن در صنعت پویانمایی است و دقت کاربر سامانه در کنترل میزان تغییر زاویه در مفاصل انگشتان دستش کمتر از 2 یا 3 درجه است، نیازی به دقت بیش از یک درجه نمی باشد.
حسگرهای خمشی بکار رفته درون دستکش با فن آوری کاملا انحصاری در شرکت توسعه فنآوران آرتمن ساخته شده است، حساسیت این مدل از حسگرها به تغییر زاویه تا حد 0.01 درجه می باشد و دارای طول عمر طولانی بیش از یک میلیون حرکت هستند، ضمنا فن آوری ساخت این حسگرها در دنیا در دست دو شرکت آمریکایی است و دستیابی به این فن آوری پیچیده و انحصاری در شرکت توسعه فن آوران آرتمن جزء با لطف پروردگار، تلاش شبانه روزی و چند ساله محققین و پرسنل شرکت و هدایت صحیح مدیران امکان پذیر نبود.


فن آوری دیگر مورد استفاده در بخش ثبت حرکات دست شامل حسگرهای میکرو الکترو مکانیکال اینرشیال است که واحد اندازه گیری اینرشیال IMU نامیده می شود و اساسا در هدایت و تعیین مسیر هواپیما، موشک و ... بکار می رود، این واحد شامل مجموعه ای از ژایروسکوپ ها، شتاب سنج ها، حسگرهای مغناطیسی و الگوریتم های پیچیده حرکات است که در نهایت می تواند بدون نیاز به مرجع خارجی، میزان حرکت را تا شش درجه آزادی تعیین نماید. واحد اندازه گیری اینرشیال نیز جزء فن آوری های پیچیده و گران قیمت است و از آنجاییکه کاربردهای نظامی گسترده ای دارد، دستیابی و استفاده از آن برای کشور ما ایران، خصوصا در وضعیت فعلی تشدید تحریم ها، جز با صرف هزینه های گزاف میسر نیست. ازآنجاییکه ثبت حرکت نقطه اصلی یا ریشه اصلی Root کارکتر بدون استفاده از مرجع خارجی فقط با این فن آوری امکان پذیر است، شرکت توسعه فن آوران آرتمن دستیابی به آن را جزء اهداف و برنامه های خود قرار داد و با صرف زمان و هزینه قابل توجهی سرانجام توانایی ساخت و استفاده از این فن آوری را بدست آورد. در دستکش ثبت حرکت آرتمن می توان با توجه به نیاز مشتری تعداد یک تا سه واحد اندازه گیری اینرشیال را بر روی دستکش، مچ، ساعد و یا بازو قرار داد.


انتقال اطلاعات از دستکش به رایانه به تعداد 70 مرتبه در ثانیه انجام می شود این تعداد تا 120 مرتبه در ثانیه قابل افزایش است. از آنجاییکه در انیمیشن ها معمولا 24 فریم در ثانیه استفاده می شود، دلیل ارسال این حجم از دیتا دستیابی به حرکات نرم و پیوسته در حالت نمایش آهسته است. انتقال دیتا به دو روش امکان پذیر است روش اول استفاده از ارتباط کابلی و روش دوم استفاده از ارتباط بیسیم است. هر کدام از این روش دارای مزایای خاص خود هستند که مشتریان بر حسب نیاز و شرایط خود می توانند روش انتقال را انتخاب نمایند.
در مدل اول سامانه دستکش ثبت حرکت، به صورت پیش فرض از روش انتقال کابلی استفاده شده است، دلیل این امر عدم استفاده از باطری یا هر گونه منبع تغذیه دیگر است و سامانه انرژی مورد نیاز خود را از پورت USB تامین می کند، این امر سبب حذف هر گونه محدودیت زمانی در استفاده از سامانه می گردد. نکته دیگر در مورد این روش قابلیت افزایش طول کابل تا ده متر بدون ایجاد هیچگونه مشکلی در انتقال دیتا است، این قابلیت با استفاده از کابل مخصوص ارائه شده همراه دستکش میسر است و میتوان با بهره گیری از انواع رابط های موجود به طول دلخواه دست یافت.
در ارتباط بیسیم از فن آوری 2.4 گیگا هرتز استفاده شده است به طوریکه با ایجاد یک ارتباط قابل اطمینان، تاثیر نویز و تداخل با سایر تجهیزات بیسیم حذف شده است. برد و دامنه عملکرد این فن آوری تا 1.5 کیلومتر در محیط باز است و به طور همزمان می توان تا 12 سامانه را در یک محیط استفاده کرد. جایگزین کردن ارتباط کابلی با ارتباط بیسیم طبق درخواست مشتری امکانپذیر است.


در طراحی و دوخت دستکش حداکثر کارایی و همچنین راحتی کاربر لحاظ شده است، وظیفه اصلی این بخش قرار دادن صحیح حسگرهای خمشی بر روی مفاصل انگشتان است، برای دستیابی به یک طرح مناسب و روش تولید، همزمان با مطالعه تنها نمونه خارجی موجود با فن آوری مشابه، از کاشناسان و طراحان با تجربه صنعت پوشاک استفاده گردید. این مرحله از کار با انجام طراحی، تولید، تست و تعیین مشکلات، انجام و چندین بار تکرار گردید؛ بطوریکه نتیجه نهایی کاملا از لحاظ کیفیت و کارایی از نمونه خارجی پیشی گرفت.


دستکش ثبت حرکت دارای کاربردهای گسترده ای می باشد که استفاده از آن در انیمیشن (موشن کپچر) اولین سامانه عرضه شده می باشد. واحد تحقیق و توسعه شرکت در حال آماده سازی مقدمات عرضه سامانه با کاربری در واقعیت مجازی و ابزار بازی های رایانه ای می باشد؛ تحقیقات در زمینه کاربردهای کنترل ربات، پزشکی، ورزش و ثبت حرکات کل بدن با حسگرهای خمشی نیز در حال انجام است.


در قسمت های بعدی نرم افزار و سایر وِیژگی های سامانه دستکش ثبت حرکت آرتمن شرح داده می شود.

منبع: توسعه فناوران آرتمن