모션 캡처 장치 및 관련 방법 document_id A220623065867

구조의 모션을 캡처하는 장치는, 프로세싱함으로써 상기 구조의 모션을 기술할 수 있는 량들을 측정하는 장치이다. 상기 구조는 예를 들어, 움직이거나 움직이지 않는 인간 또는 로봇일 수 있다. 인간 모션의 캡처는 많은 애플리케이션들: 생체공학적(biomechanical) 분석, 원격조작(telemanipulation), 캐릭터(character)의 애니메이션(animation), 인간공학(ergonomics), 등에서 매우 많이 사용되는 기술이다. 모션 캡처 장치들의 제1 카테고리는 2개의 상이한 파트들을 포함하는 장치들로 구성된다: 제1 파트는 움직이는 물체 상에 위치되고 제2 파트는 물체의 움직임에 대해 고정된다. 이 제1 카테고리에는, 주로 광학적 시스템, 전자기 시스템 및 초음파 시스템이 존재한다. 이러한 장치들은 정확도 면에서 효율적이다. 그러나, 이러한 장치들은 어떤 수의 결점들을 갖는다. 따라서, 물체 상, 그리고 물체의 주위 둘 모두에 장비를 설치하는 것이 필요하다. 모든 경우들에서, 이러한 시스템들은 (물리적 소스의 범위를 유지하는데 있어서) 범위가 짧고 설치 및 교정(calibration) 단계가 상당히 길다. 이들의 비용이 또한 매우 높다. 요즈음에 아마도 가장 많이 사용되는 기술은 예를 들어, 특허 출원들 US2003/0215130 A1 및 US2005/00883333 A1에서 기술된 바와 같은, 광학에 기초한다. 이러한 시스템들은 동작이 발생하고 있는 신(scene) 전반에 걸쳐 위치된 카메라들에 의하여 보여지는 이미지들로부터 몸체의 움직임들을 재구성할 수 있도록 한다. 카메라들에게 매우 가시적인(visible) 마커들이 움직이는 물체 상에 배치된다. 프로세싱은 스테레오스코피(stereoscopy)의 원리를 통하여 각각의 마커의 3D 위치(3D는 "3 차원"을 의미함)를 제공한다. 그럼에도 불구하고, 광학적 오클루젼(optical occlusion)의 문제점들은 다수이며, 이는 최소 수의 카메라가 고도로 사용되도록 한다. 예를 들어, 명칭이 "Skeleton-Based Motion Capture for Robust Reconstruction of Human Motion"(L. Herda; P. Fua; R. Plankers; R. Boulic; D. Thalmann, Computer Graph Lab (LIG), EPFL - web 01/2000)인 문서에 나타난 바와 같이, 일부의 저자들이 이 유형의 단점을 감소시키는 것을 제안하였다. 다른 저자들은 움직이는 물체의 모델을 단일 카메라와 관련시킴으로써 단일 카메라로부터 추출되는 실루엣에 기초하는 프로세싱 방법들을 제안하였다("Maker-free Kinematic Skeleton Estimation from Sequences of Volume Data" C. Theobalt; E. Aguiar; M. Magnor; H. Theisel; H-P. Seidel; MPI Informatik 참조). 전자기학에 기초한 시스템들은 물체 상에 배치된 센서들의 각도들 및 위치들을 재구성한다. 광학 시스템들과 같이, 초음파 시스템들은 송신기들의 위치들을 찾아낸다. 이러한 2개의 기술들은 카메라를 기반으로 하는 기술과 동일한 공간적인 제한을 받게 된다. 장치의 제2 카테고리는 움직이는 물체 상에 배치된 단일 유닛 내의 장치들에 관한 것이다. 이것은 외골격 장치들에 대한 경우이다. 이러한 장치들은 캡처 볼륨(capture volume)에 대한 제한이 없도록 할 수 있지만, 상기 장치들이 사람 또는 구조 상에 배치된 기계적 아티큘레이팅된 팔(mechanical articulated arm)들로 구성되기 때문에 강제적이다. 움직임의 재구성은 아티큘레이팅된 부재들의 세그먼트들 사이에서 위치보다는 오히려, 각도의 측정치들을 사용한다. 최근에, 상당히 오래된 원리(관성 유닛들의 원리)에 기초한 시스템들은 종래의 스케일, 전형적으로 몇 센티미터의 측면(US 6 162 191 참조)보다 더 작은 스케일의 일광(light of day)을 보게 되었다. 각속도 센서들(자이로미터들)로 구성된 이러한 장치들은 움직이는 물체 또는 움직이는 사람 상에 위치된다. 각속도 센서들은 드리프트(drift)를 발생시키는 측정치가 한번 통합된다면 회전 세그먼트들의 각도들을 공급한다. 가속도계들, 또는 심지어 자기계들이 종종 자이로미터들과 관련되어, 움직임이 저속일 때마다, 지자기 및 중력 필드들에 기초한 이들의 측정치가 방위의 추정치를 리셋해서 드리프트를 상쇄하도록 한다. 그럼에도 불구하고, 고속 움직임들의 캡처는 상기 리셋이 더 이상 발생하지 않기 때문에, 가속들이 유지되는 경우에 여전히 문제가 된다. 게다가, 자이로미터들은 사용하기가 여전히 어렵고, 매우 고가이며, 또한 가속들에 대해 어떤 민감도를 갖는 센서들이다. 또 다른 방법(특허 US 6 820 025 참조)은 움직임을 재구성하는 자이로미터들을 포함하는 각도 센서들을 아티큘레이팅된 세그먼트들와 병치하여 구성된다. 프랑스 특허 출원 FR 2 838 185는 기준 프레임에서 움직이는 입체의 방향을 캡처하는 장치를 기술한다. 모션 캡처 장치는 입체 상에 배치된 축형 또는 벡터형 센서들로부터 발행되는 측정치들로부터, 기준 프레임에서의 입체의 움직이는 기준 프레임에 의해 만들어진 적어도 하나의 방위각(θ)을 공급한다. 사용된 센서들은 바람직하게는, 자기계 및 가속도계이다. 그 후, 측정치들(M), 기준 프레임에서 표현된 중력 필드(G), 기준 프레임에서 표현된 자기 필드(H), 및 방위각(θ) 사이의 식 (1)이 존재한다: M = F(θ, G, H) (1) 그러므로, 가속도계 및 자기계에 의해 각각 만들어지는 물리적인 량들의 측정치들(M)은 입체가 이동하는 고정된 기준 프레임에 대한 입체에 부착된 기준 프레임의 회전(θ)을 나타내는 함수(F)로서 모델링된다. 방위각(θ)은 다음 식 (2)에 의해 식(1)로부터 도출된다. θ = F-1(M, G, H) (2) 모션이 가속되는 경우, 새로운 식 (3)이 시스템을 기술하는데, 즉: M = F(θ, a, G, H) (3) 그 후, 미지수들(θ 및 a)은 실제적인 방식으로, 함수(F)의 반전을 금지하는 높은 디멘전(dimension)을 갖는 공간을 형성한다. 그 후, 식 (3)으로부터 미지수들(θ 및 a)을 추출하는 것이 불가능하다. 그러므로, 부가적인 정보가 없다면, 상기 장치는 움직이는 물체가 가속될 때, 또는 적어도 움직이는 물체의 가속이 무시될 수 없을 때, 방위각들의 측정을 허용하지 않는다. 이것은 결점을 나타낸다. 본 발명은 상술된 장치들의 결점들을 갖지 않는다.