Was ist Motion Capture und wie funktioniert es?

Motion Capture (Mo-cap) bezieht sich auf eine Gruppe von Technologien, die die Bewegungen von Personen und Objekten aufzeichnen und die entsprechenden Daten an eine andere Anwendung übertragen. Es wurde für viele Zwecke verwendet, von Sporttherapie, Landwirtschaft und Gesundheitswesen bis hin zu Film und Spielen. Durch die Abbildung realer Bewegungen auf computergenerierte Frames ermöglicht Motion Capture fotorealistische Dynamik in einer virtuellen Umgebung. Hier ist, wie es sich entwickelt und wie es funktioniert.

Die Geburt von mo-cap

Der erste große Schritt in der Entwicklung von mocap wurde in den 1960er Jahren vom amerikanischen Animator Lee Harrison III unternommen. Mit einer Reihe von analogen Schaltungen, Kathodenstrahlröhren und einstellbaren Widerständen entwickelte Harrison ein System, das die Bewegung einer Person in Echtzeit aufzeichnen und animieren konnte.

Harrisons Animac- und Scanimate-Technologie wurde Ende der 1960er Jahre entwickelt und ermöglichte die Erstellung und Verarbeitung von Echtzeitanimationen durch einen Computer. Mit Animac, Schauspieler würden tragen, was als ‘Kabelbaum’ oder ‘Datenanzug’ beschrieben wurde, der an einen Computer angeschlossen ist. Mithilfe von Potentiometern, die Bewegungen am Anzug aufnahmen, konnten die Bewegungen eines Schauspielers in grobe Animationen auf einem Monitor übersetzt werden.

Obwohl das Ergebnis ziemlich einfach war, wurde es bald in verschiedenen TV-Shows und Anzeigen in den Staaten verwendet. Die abstrakten Bilder, die mit der rudimentären Mocap-Technologie von Animac und Scanimate erzeugt werden konnten, waren jedoch nicht gut genug, um die Aufmerksamkeit des Mainstreams auf sich zu ziehen.

Die Entwicklung von mo-cap

In den folgenden Jahrzehnten wurden Harrisons Designs verbessert, wobei Bodys Bewegungen genauer aufzeichneten. Sie wurden auch durch die Entwicklung von großen Tracking-Kameras geholfen; so nützlich wie sie waren, aber jeder war etwa die Größe eines Kühlschranks.

Während mocap in den 1980er und 1990er Jahren mit Filmen wie American Pop (1981) und Cool World (1992) sparsam eingesetzt wurde, war Sinbad: Beyond the Veil of Mists (2000) der erste Film, der die Technologie vollständig verwendete. Der Film war ein Flop, aber seine Verwendung von Mocap wurde von Peter Jackson in seiner Herstellung der Herr der Ringe-Trilogie in den frühen 2000er Jahren aufgegriffen und erweitert.

Zum ersten Mal überhaupt konnten Schauspieler, die ihre Bodys (komplett mit retroreflektierenden Tischtennisbällen) trugen, neben ihren nicht animierten Kollegen in derselben Szene auftreten. Unter den von CG erstellten Charakteren gilt Gollum von Der Herr der Ringe als einer der beeindruckendsten, die Hollywood jemals produziert hat. Die Kombination der Stimme des Charakters und der komplizierten Mimik von Andy Serkis führte zu einer unvergesslichen Motion-Capture-Performance. Der Charakter und die Technologie wurden im laufenden Betrieb von Bay Raitt von Weta Digital erstellt.

Gesichtserfassung

Mit zunehmendem Bewusstsein dafür, wie Motion-Capture-Techniken Produktionen verbessern können, wurde der Gesichtserfassung mehr Aufmerksamkeit geschenkt. Eine Reihe von Unternehmen haben hochpräzise Systeme entwickelt, die in Kombination mit leistungsstarken Grafik-Engines zu ähnlichen, fotorealistischen Gesichtsbildern führen. Cubic Motion (jetzt in Partnerschaft mit Unreal Engine) ist einer davon und hat an einer Reihe von hochkarätigen Spielen und virtuellen Erlebnissen gearbeitet, darunter Spiderman, League of Legends und Apex Legends.

Motion-Capture-Techniken

Heutzutage gibt es vier Haupt-Motion-Capture-Techniken:

• Optisch (passiv) – Bei dieser Technik werden retroreflektierende Marker an Körpern oder Objekten angebracht und reflektieren Licht, das in der Nähe des Kameraobjektivs erzeugt wird. Einmal reflektiert, wird das Licht verwendet, um die Position der Marker in einem dreidimensionalen Raum zu berechnen, und aufgezeichnet.
• Optisch (aktiv) – Diese Technik ist genau die gleiche, aber die Marker emittieren Licht, anstatt sie zu reflektieren. Die Marker benötigen daher eine Stromquelle.
• Marker-less – Diese Technik erfordert keine Marker jeglicher Art. Es stützt sich auf tiefenempfindliche Kameras und spezielle Software, um sich bewegende Personen und Objekte zu verfolgen und aufzuzeichnen. Obwohl es in mancher Hinsicht bequemer ist, wird es im Allgemeinen als weniger genau angesehen als seine optischen oder mechanischen Tracking-Alternativen.
• Inertial – Diese Technik benötigt nicht unbedingt Kameras, um zu funktionieren. Es zeichnet Bewegungen über IMUs (Inertial Measurement Units) auf, die Sensoren zur Messung von Drehraten enthalten. Die am häufigsten in IMUs verwendeten Sensoren sind Gyroskope, Magnetometer und Beschleunigungsmesser.

Wofür wird Motion Tracking verwendet?

Bewegungsverfolgung und -erfassung werden in verschiedenen Branchen eingesetzt, darunter:

• Film und Gaming – Motion Capture wird verwendet, um die Bewegung von Schauspielern aufzuzeichnen und auf virtuelle oder computergestützte Charaktere zu übertragen.
• Sporttherapie und Gesundheitswesen – Gesundheitsfachkräfte können Motion Capture verwenden, um die Bewegung von Patienten zu analysieren und Probleme zu diagnostizieren, z. B. Ganganalyse.
• Militär – In Kombination mit Virtual Reality wurden Motion-Capture-Technologien eingesetzt, um das militärische Trainingserlebnis zu verbessern.

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