KR101347838B1 - 모션 캡처 장치 및 관련 방법 - Google Patents
모션 캡처 장치 및 관련 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 N개의 아티큘레이팅된 세그먼트로 구성된 구조의 모션을 캡처하는 장치에 관한 것으로서, 상기 모션 캡처 장치는:
- 연속적인 시간들(tk)(k는 1과 동일하거나 1보다 더 큰 정수)에서, 기준을 형성하는 기준 프레임에서의 랭크 1의 세그먼트 상의 포인트의 절대 가속도 벡터(
)를 복원할 수있는 정보의 적어도 하나의 아이템을 전달하는 제1 수단(ML), 및
- 각종 세그먼트들에 걸쳐 분포되고, 랭크 1 내지 N의 각 세그먼트에 대하여, 매 시간(tk)마다, 기준 프레임에서의 세그먼트의 방위 벡터(
, 
)를 나타내는 측정치(M1, Mn)를 전달하는 제2 측정 수단(MD1, MDn)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 생체공학적 분석, 원격조작, 캐릭터의 애니메이션, 등에 적용된다.
모션 캡처, 세그먼트, 절대 가속도 벡터, 방위, 기준 프레임.
Description
본 발명은 모션 캡처 장치 및 관련된 모션 캡처 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 모션 재생 장치 및 관련된 모션 재생 방법에 관한 것이다.
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 시스템들 은 (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 미지수 들(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.
이는 본 발명이 랭크 1의 세그먼트로부터 랭크 N의 세그먼트까지 서로에 대해 아티큘레이팅되는 N개의 연속적인 입체 세그먼트들로 구성된 구조의 모션을 캡처하는 장치에 관한 것으로서, N은 2와 동일하거나 2보다 더 큰 정수이고, 랭크 n(n = 2, ..., N)의 세그먼트는 아티큘레이션 포인트(articulation point)(pn)에서 랭크 n-1의 세그먼트와 아티큘레이팅되며, 상기 모션 캡처 장치가:
- 연속적인 시간(tk)(k는 1과 동일하거나 1보다 더 큰 정수임)에서 기준 프레임에서의 랭크 1의 세그먼트 상의 포인트의 절대 가속도 벡터(
)를 복원할 수 있는 정보를 전달하는 제1 수단,
- 랭크 1의 세그먼트에 고정되고, 기준 프레임에서의 랭크 1의 세그먼트의 방위 벡터(
)를 나타내는 측정치를 매 시간(tk)마다(at each time) 전달하는 제2 측정 수단, 및
- 랭크 n(n = 2, ..., N)의 각 세그먼트에 고정되고, 랭크 n의 세그먼트의 방위 벡터(
)를 나타내는 측정치를 매 시간(tk)마다 전달하는 보충적인 측정 수단을 포함하는 것을 특징으로 하기 때문이다.
본 발명의 보충적인 특징에 따르면, 상기 제2 측정 수단 및 상기 보충적인 측정 수단은 기준 프레임에서의 인지된(known) 방향과 함께, 그리고 상기 구조가 이동하는 공간에서 존재하는 균일한 물리적 필드의 측정치를 전달하는 센서 및 가속도계로 구성된다.
본 발명의 또 다른 보충적인 특징에 따르면, 상기 제2 측정 수단 및 상기 보충적인 측정 수단은 적어도 하나의 지로메트릭 축(gyrometric axis)을 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 보충적인 특징에 따르면, 기준 프레임에서의 인지된 방향의 균일한 물리적 필드의 측정치를 전달하는 상기 센서는 자기계이다.
본 발명의 또 다른 보충적인 특징에 따르면, 기준 프레임에서의 인지된 방향의 균일한 물리적 필드의 측정치를 전달하는 상기 센서는 광전 셀(photoelectric cell)이다.
본 발명의 또 다른 보충적인 특징에 따르면, 상기 제1 수단은 랭크 1의 세그먼트 상의 포인트의 절대 가속도 벡터를 복원할 수 있는 정보가 상기 포인트의 속도이도록 속도 측정기로 구성된다.
본 발명의 또 다른 보충적인 특징에 따르면, 상기 제1 수단은 랭크 1의 세그먼트 상의 포인트의 절대 가속도 벡터를 복원할 수 있는 정보가 상기 포인트의 위치이도록 위치 측정기로 구성된다.
본 발명은 또한 랭크 1의 세그먼트로부터 랭크 N의 세그먼트까지 서로에 대해 아티큘레이팅된 N개의 연속적인 입체 세그먼트들로 구성된 구조의 모션을 재생하는 장치에 관한 것이며, N은 2와 동일하거나 2보다 더 큰 정수이고, 랭크 n(n = 2, ..., N)의 세그먼트는 아티큘레이션 포인트(pn)에서 랭크 n-1의 세그먼트와 아티큘레이팅되며, 상기 모션 재생 장치는:
- 랭크 n의 세그먼트의 보충적인 측정 수단이 아티큘레이션 포인트(pn)에 가깝게 위치되어, 랭크 n의 세그먼트의 보충적인 측정 수단을 상기 아티큘레이션 포인트(pn)로부터 분리하는 거리가 제로인 것으로 간주되도록 하는 본 발명에 따른 모션 캡처 장치, 및
- 매 시간(tk)마다, 다음:
a) 제1 수단에 의해 전달된 정보로부터 기준 프레임에서의 절대 가속도 벡터(
),
b) 상기 절대 가속도 벡터(
) 및 랭크 1의 세그먼트의 방위 벡터(
)를 나타내는 측정치로부터 기준 프레임에서의 랭크 1의 세그먼트의 방위 벡터(
),
c) 식: 
으로부터 기준 프레임에서의 아티큘레이션 포인트(pn)의 가속도 벡터(
)(n≥2)로서, 여기서 
이고, 
는 아티큘레이션 포인트(pn -1)로부터 아티큘레이션 포인트(pn)로 향하는 벡터이고 이의 모듈러스(modulus)는 아티큘레이션 포인트(pn)를 아티큘레이션 포인트(pn -1)로부터 분리하는 거리를 자신의 값으로서 가지는, 상기 가속도 벡터(
), 및
d) 가속도 벡터(
) 및 랭크 n의 세그먼트의 방위를 나타내는 측정치로부터 랭크 n의 세그먼트의 방위 벡터(
)(n≥2)를 계산하는 계산 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한 랭크 1의 세그먼트로부터 랭크 N의 세그먼트까지 서로에 대해 아티큘레이팅된 N개의 연속적인 입체 세그먼트들로 구성된 구조의 모션을 재생하는 장치에 관한 것이며, N은 2와 동일하거나 2보다 더 큰 정수이고, 랭크 n(n = 2, ..., N)의 세그먼트는 아티큘레이션 포인트(pn)에서 랭크 n-1의 세그먼트와 아티큘레이팅되며, 상기 모션 재생 장치는:
- 랭크 n의 세그먼트의 보충적인 측정 수단이 아티큘레이션 포인트(pn)로부터 떨어진 본 발명에 따른 모션 캡처 장치, 및
- 매 순간(tk)마다, 다음:
a) 제1 수단에 의해 전달된 정보로부터 기준 프레임에서의 절대 가속도 벡터(
),
b) 상기 절대 가속도 벡터(
) 및 랭크 1의 세그먼트의 방위 벡터(
)를 나타내는 측정치로부터 기준 프레임에서의 랭크 1의 세그먼트의 방위 벡터(
),
c) 식: 
으로부터 기준 프레임에서의 아티큘레이션 포인트(pn)의 가속도 벡터(
)(n≥2)로서, 여기서 
이고, 
는 아티큘레이션 포인트(pn -1)로부터 아티큘레이션 포인트(pn)로 향하는 벡터이고 이의 모듈러스는 아티큘레이션 포인트(pn)를 아티큘레이션 포인트(pn -1)로부터 분리하는 거리를 자신의 값으로서 가지는, 상기 가속도 벡터(
), 및
d) 가속도 벡터(
), 랭크 n의 세그먼트의 방위를 나타내는 측정치(Mn), 시간(tk)보다 앞서는 적어도 2개의 시간들에서 랭크 n의 세그먼트의 방위 벡터들로부터 랭크 n의 세그먼트 상에 고정된 보충적인 측정 수단의 측정 포인트의 가속도 벡터(
) 및 방위 벡터(
)(n≥2);
를 계산하는 계산 수단을 포함하며, 상기 
은
여기서 
은 아티큘레이션 포인트(pn)로부터 랭크 n의 세그먼트의 보충적인 측정 수단으로 향하는 벡터이고 이의 모듈러스는 아티큘레이션 포인트(pn)를 랭크 n의 세그먼트의 보충적인 측정 수단으로부터 분리하는 거리와 실질적으로 동일한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 무선 송신(transmission) 수단은 제1 측정 수단 및 제2 측정 수단에 의해 전달된 측정치들을 나타내는 기본적인 전기 신호들을 계산 수단으로 송신한다.
본 발명의 또 다른 부가적인 특징에 따르면, 상기 무선 송신 수단은 기본적인 전기 신호들을 수신하고 상기 기본적인 전기 신호들을 나타내는 전기 신호를 계산 수단에 재송신하는 중간 유닛을 포함한다.
본 발명의 또 다른 부가적인 특징에 따르면, 저장 수단은 제1 측정 수단 및 제2 측정 수단에 의해 전달된 측정치들을 저장한다.
본 발명의 또 다른 부가적인 특징에 따르면, 상기 저장 수단은 상기 구조 상에 위치된다.
본 발명은 또한 다음:
- 독립 청구항 14에 따른 모션 캡처 방법,
- 독립 청구항 18에 따른 모션 재생 방법, 및
- 독립 청구항 19에 다른 모션 재생 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 기본적인 측정 장치는 두 개의 유형들의 센서로 구성되며, 이 유형들 중 하나는 가속도계이다.
우선적으로, 기본적인 측정 장치는 2002년 4월 5일자로 출원인의 이름으로 제출되고 참조문헌 FR 2 838 185 하에서 간행된 프랑스 특허 출원에 설명된 바와 같이 입체 회전 모션을 캡처하는 장치에 의해 제조된다. 따라서, 기본적인 측정 장치는 쌍(가속도계, 센서 X)으로 구성된다.
센서 X는 움직이는 몸체가 움직이고 있는 공간에 존재하는 균일한 물리적 필드의 측정치를 제공하는 임의의 센서를 의미하고, 물리적 필드의 방향은 기준 프레임 내에 인지되거나 기준 위치에서 측정된다. 센서 X에 관한 유일한 제약들은 첫째로 상기 센서가 가속에 민감하지 않아야 하고, 둘째로 측정된 물리적 필드의 방향이 수직과 상이하다는 것이다. 따라서, 센서 X는 지자기 필드의 방향을 측정하는 자기계일 수 있다. 센서 X는 또한 그 측정치가 셀 상에 도착하는 광 세기의 측정치인 광전 셀일 수 있다. 예를 들어, 조명원(illumination source)이 태양이고 날짜, 시간, 경도 및 위도가 광 세기가 측정될 때 인지되는 경우에, 절대적인 기준 프레임에서의 태양광의 입사 각도가 예측될 수 있고, 결과적으로, 태양광의 방향에 대해 상기 장치가 만드는 각도에 따라 측정치가 조정된다. 그러므로, 이것은 또한 각도를 측정하는 또 다른 방법이다. 센서 X는 또한 가속도계의 측정을 보충하는 하나 이상의 지로메트릭 축들로 구성될 수 있다.
랭크 1의 세그먼트 상의 포인트의 절대 가속도 벡터(
)를 복원할 수 있는 정보를 전달하는 상기 제1 수단은 로컬 측정 시스템에 의해 구현될 수 있다. 간단한 가속도계는 상기 수단이 중력 가속도를 보상하는데 이용 가능하지 않은 경우 적합하지 않다. 사람의 움직임 측정의 구체적인 경우에서, 로컬 측정 시스템은 유용하게도 중력의 중심 또는 사람 몸체의 중력의 중심(예를 들어, 허리)에 가깝게 위치될 수 있다.
로컬 측정 시스템은 예를 들어, 미분 회로(differentiating circuit)와 관련된 GPS 유형(GPS는 "전세계 측위 시스템(Global Positioning System"을 의미함)의 장치일 수 있다. GPS 장치는 자신이 지니는 요소의 위치를 언제나 인지할 수 있도록 하고, 미분 회로는 위치 데이터를 2번 미분함으로써, 지리적인 기준 프레임에서의 절대 가속도를 결정한다.
로컬 측정 시스템은 또한 미분 회로와 관련된 무선 위치 장치에 의해 구현될 수 있다. 무선 위치 장치는 비콘(beacon)(ULB 레이더(ULB는 "초광대역(Ultra Large Band)"을 의미함), 광학 비콘, 등)의 사용을 필요로 한다. 따라서,무선 위치 장치들은 로컬 측정 시스템의 자율적인 캐릭터가 손실되도록 한다. 그러나, 이 장치들은 비콘들이 먼저 위치되는 인클로져(enclosure) 내에서의 움직임들에 따를 때 사용이 매우 유용하다는 것이 입증되었다. 무선 시스템들의 사용은 또한 데이터 송신 및 위치 측정의 이중 장점을 갖는다(이것은 특히 ULB 장치들에 따른 경우이다). GPS 장치의 경우와 같이, 무선 위치 장치에 의해 전달된 위치 측정치는 가속도 측정치를 획득하기 위하여 2번 미분된다.
지향된 압력 측정치(튜브)는 공기 중의 몸체의 속도와 직접 상관된다. 따라서, 3개의 축들을 따라, 압력 측정기가 고정되는 세그먼트의 속도 벡터를 결정하는 것이 가능하다. 속도 측정치를 한번 미분함으로써, 가속도가 획득된다.
모션 캡처 장치는 유용하게도, 움직이는 구조의 계층적인 구조에 대해 "동적"일 수 있다. 예를 들어, 휴머노이드 구조(homanoid structure)(사람 또는 로봇)의 경우에, 이것은 로컬 측정 시스템 또는 시스템들(ML)이 발, 손, 허리, 등, 또는 강성 요소에 동화될 수 있는 몸체의 임의의 다른 파트에 위치될 수 있다는 것을 의미한다.
본 발명의 다른 실시예들에서, 랭크 1의 세그먼트 상의 포인트의 절대 가속도 벡터(
)를 복원할 수 있는 정보를 전달하는 상기 제1 수단은 측정 수단이 아니다. 세그먼트 상의 포인트가 기준 프레임 내에서 고정된다는 것이 인지되는 경우에, 이 세그먼트 상에서 가속도 측정을 행하는 것은 실제로 불필요하다. 그 후, 이 세그먼트는 유용하게도, 랭크 1의 세그먼트로서 선택될 수 있다. 그러므로, 랭크 1의 세그먼트 상의 포인트의 절대 가속도 벡터(
)를 복원할 수 있는 정보를 전달하는 상기 제1 수단은 예를 들어, 기준 프레임에서의 랭크 1의 세그먼트 상의 포인트에 의해 점유되는 고정된 위치의 정보를 가지는 저장 수단일 수 있다.
비-제한적인 예로서, 설명의 나머지에서, 절대 가속도 벡터(
)를 복원할 수 있는 정보를 전달하는 상기 제1 수단은 랭크 1의 세그먼트에 고정된 측정 수단(ML)이다. 상기 측정 수단(ML)은 랭크 1의 세그먼트에 또한 고정되는 제2 측정 수단(MD1) 상에 중첩되는 것으로 간주될 것이다. 더 일반적인 경우에, 측정 수단들(ML 및 MD1)은 서로로부터 떨어지며, 측정 수단(ML)의 위치가 그 후에, 랭크 1의 세그먼트 및 랭크 제로의 가상 세그먼트 사이의 아티큘레이션의 가상 포인트로 동화될 수 있다.
측정 장치(MD)는 유휴 상태(idle state)를 특징으로 할 수 있다. 그 후, 상기 장치(MD)에 의해 전달된 신호들의 변화는 임계값 아래이다. 유휴 상태가 포인트에서 검출될 시에, 이 포인트가 고정된 기준 프레임에서 정지하고 있을(at rest) 확률이 매우 높다(이것은 균일한 직선 움직임이 유휴 상태와 동일한 결과를 제공할지라도, 이와 같은 움직임이 있을 수 없고 유지하기 어렵기 때문에 그러하다). 정지가 검출되는 경우에, 구조의 가속도는 제로이고 정지의 상태가 검출될 수 있다.
그러나, 아티큘레이션이 특정 움직임에서 정지하는 경우들이 존재한다. 이것은 예를 들어, 각각의 발이 순간적으로 교대로 정지하고 있는 걷기의 경우이다. 이 경우에, 본 발명의 방법이 적용되어, 랭크 1의 세그먼트가 교대로 우측 발 또는 좌측 발이도록 한다.
설명의 나머지에서, 본 발명은 연속적인 세그먼트들로 구성된 아티큘레이팅된 구조의 움직임의 캡처 및 재생에 대해 설명될 것이다. 그러나, 본 발명이 또한 임의의 형태의 임의의 아티큘레이팅되지 않은 입체 몸체(이것은 그 후에, 설명된 아티큘레이팅된 구조의 랭크 1의 세그먼트와 동일시될 수 있음) 또는 여러 세트의 아티큘레이팅된 세그먼트로 구성된 복합적인 아티큘레이팅된 구조에 적용되는 것이 명백하다.
본 발명의 다른 특징들 및 장점들은 첨부 도면을 참조하여 제공된 우선적인 실시예의 판독으로부터 나타날 것이다.
도1은 본 발명의 모션 캡처 장치가 관련되는 아티큘레이팅된 구조의 예를 기호(symbol)적으로 도시한 도면.
도2는 4개의 아티큘레이팅된 세그먼트를 갖는 구조의 경우에서 본 발명에 따른 모션 캡처 장치의 예를 도시한 도면.
도3은 본 발명에 따른 모션 캡처 장치가 제공된 2개의 연속적인 아티큘레이팅된 세그먼트들을 도시한 도면.
도4A는 본 발명의 상황에서 사용되는 측정치 프로세싱 방법의 특정 경우의 본질적인 단계들을 도시한 도면.
도4B는 본 발명의 상황에서 사용되는 측정치 프로세싱 방법의 일반적인 경우에서의 본질적인 단계들을 도시한 도면.
도5A는 도4A에 도시된 측정치 프로세싱 방법의 본질적인 단계의 상세한 흐름도.
도5B는 도4B에 도시된 측정치 프로세싱 방법의 본질적인 단계의 상세한 흐름도.
도6A는 5개의 아티큘레이팅된 세그먼트들을 갖는 구조의 각종 세그먼트들에 대해 획득된 가속도 및 방위 데이터의 시간에 걸친 변화를 상술된 특정 경우에서, 기호적으로 도시한 도면.
도6B는 아티큘레이팅된 세그먼트들을 갖는 구조의 각종 세그먼트들에 대해 획득된 가속도 및 방위 데이터의 계산 결과들을, 일반적인 경우에서, 점진적으로 도시한 도면.
도7A 및 7B는 본 발명에 따른 모션 재생 장치의 2개의 실시예들을 도시한 도면.
모든 도면들에서, 동일한 요소들에는 동일한 참조번호들이 병기되어 있다.
도1은 본 발명의 모션 캡처 장치가 관련되는 아티큘레이팅된 구조의 예를 도시한다.
상기 구조, 예를 들어, 인간 몸체 또는 휴머노이드 로봇은 서로에 대해 아티큘레이팅된 아주 많은 입체 요소들인 세그먼트들의 세트로 분해된다. 따라서, 모든 세그먼트들은 머리 세그먼트(TE), 목 세그먼트(C), 몸통 세그먼트들의 세트(T1, T2, T3), 좌측 팔 세그먼트들의 세트(BG1, BG2, BG3, BG4), 우측 팔 세그먼트들의 세트(BD1, BD2, BD3, BD4), 좌측 다리 세그먼트들의 세트(JG1, JG2, JG3, JG4, JG5) 및 우측 다리 세그먼트들의 세트(JD1, JD2, JD3, JD4, JD5)로 분해된다.
도2는 본 발명에 따른 모션 캡처 장치가 제공되는 아티큘레이팅된 구조를 도시한다. 상기 구조는 예를 들어, 어깨로부터 손까지의 범위의 4개의 아티큘레이팅된 세그먼트들(B1, B2, B3, B4)로 구성된 로봇 팔이다.
세그먼트(B1)에는 로컬 측정 시스템(ML) 및 기본적인 방위-측정 장치(MD1)가 제공된다. 기본적인 방위-측정 장치(MD1)는 로컬 측정 시스템(ML)으로부터 떨어진다. 로컬 측정 시스템(ML)의 고정 포인트 및 기본적인 방위-측정 장치(MD1)의 고정 포인트는 ML로부터 MD1 쪽으로 향하는 모듈러스(D1)의 벡터(
)를 규정한다. 상술된 바와 같이, 랭크 1의 세그먼트 상의 포인트가 고정될 때, 로컬 측정 시스템(ML)은 이 포인트의 가속도가 기준 프레임에서 제로라는 것이 그후에 인지되기 때문에 필요하지 않다.
각각의 세그먼트(Bn)(n = 2, 3, 4)에는 인접한 세그먼트(Bn-1)가 아티큘레이팅되는 아티큘레이션 포인트(pn)가 제공된다. 기본적인 방위-측정 장치(MDn)가 각 세그먼트(Bn) 상에 위치된다. 기본적인 방위-측정 장치(MDn)의 고정 포인트는 아티큘레이션 포인트(pn)로부터 떨어지며, 상기 기본적인 방위-측정 장치(MDn)의 고정 포인트 및 아티큘레이션 포인트(pn)는 pn으로부터 MDn쪽으로 향하는 모듈러스(Dn)의 벡터(
)를 규정한다.
본 발명의 모션 재생 장치의 기능은 제1 세그먼트(B1)의 가속도 및 방위의 정보로부터, 각종 세그먼트들의 연속적인 아티큘레이션 포인트들의 가속도, 뿐만 아니라, 각종 세그먼트들이 서로에 대해 만드는 각도들을 점진적으로 추정하는 것이다.
다음의 도면들 및 논의들에서, n은 세그먼트의 일반적인 지수, 또는 랭크이고, k는 일반적인 시간 증분 지수이며, an은 고정된 기준 프레임에서 랭크 n의 세그먼트의 아티큘레이션 포인트(pn)의 가속도이고, θn은 고정된 기준 프레임에서 랭크 n의 세그먼트의 3차원의 방위(3D 방위)이다. 편리성 때문에, 가속도들(an) 및 방위들(θn)은 통상적으로 특허 출원에서 스칼라 형태로 표시된다. 그러나, 모든 이러한 량들이 기준 프레임에서 3-차원 벡터들이라는 점이 주의되어야 한다.
도3은 본 발명의 모션 캡처 장치가 구비된 움직이는 구조의 상세도를 도시한다. 세그먼트(Sn)는 아티큘레이션 포인트(pn)에서 세그먼트(Sn-1)와 아티큘레이팅된다. 세그먼트(Sn)의 길이는 아티큘레이션 포인트(pn +1)를 아티큘레이션 포인트(pn)로부터 분리하는 거리(Ln)에 동화된다. 마찬가지로, 세그먼트(Sn-1)의 길이는 아티큘레이션 포인트(pn)를 아티큘레이션 포인트(pn -1)로부터 분리하는 거리(Ln -1)에 동화된다. 아티큘레이션 포인트들(pn -1 및 pn)은 pn -1로부터 pn쪽으로 향하는 벡터(
)를 규정하고, 이의 모듈러스는 아티큘레이션 포인트들(pn 및 pn -1)을 분리하는 거리와 동일하다. 아티큘레이션 포인트(pn)는 가속도(an)를 가지며, 아티큘레이션 포인트(pn -1)는 가속도(an -1)를 갖는다. 랭크 n 및 n-1의 각 세그먼트들 상의 장치들(MDn 및 MDn-1)의 측정 포인트들은 각각의 가속도들(bn 및 nn -1)을 갖는다.
설명의 나머지에서, 본 발명은 첫째로 벡터들(
)(벡터(
)는 그 후에, 제로 벡터로 간주된다)이 무시 가능한 특정 경우 및 둘째로 벡터들(
)이 무시 가능한 것으로 간주되지 않는 일반적인 경우에서 제시될 것이다.
도4A는 
가 제로인 특정 경우에서 본 발명에 따른 량들(
및 
)을 결정하는 일반적인 원리를 도시한다. 아티큘레이션 포인트(pn)의 가속도(
)는 아티큘레이션 포인트(pn -1)의 가속도(
), 랭크 n-1의 세그먼트를 나타내는 벡터(
) 및 랭크 n-1의 세그먼트의 3D 방위 벡터를 나타내는 벡터(
)로부터 계산된다. 이것은 모션 구성 법칙에 따라, 다음:
여기서,
- 기호 "∧"는 "벡터 곱" 연산자를 나타내고,
가속도(
)가 인지된 량인 경우, 식 (5):
여기서,
- Mn은 랭크 n의 세그먼트 상에 위치된 기본적인 측정 장치(MDn)에 의해 전달된 측정치들을 나타내고,
- G 및 H는 랭크 n의 세그먼트에서, 각각 기준 프레임에서 측정된 자기 필드 및 중력 필드이다.
식 (5)는 위에서 제공된 식 (2)에 대응하는 본질적으로 인지된 식이다.
도4B는 본 발명의 상황에서 사용되는 측정치 프로세싱 방법의 일반적인 경우에서의 본질적인 단계를 도시한다. 일반적인 경우에서, 장치(MDn)의 측정 포인트의 가속도(
) 및 
을 연결시키는 식이 기록된다:
또는 다시:
그 후, 량(bb(tk))을 다음 형태:
그 후, 벡터(
)는 상술된 특정 경우에서 이전과 같이 식 (4)에 의해 계산된다. 다음으로, 벡터들(
및 
)은 식 (6):
여기서, 함수(L)는 함수들(F 및 K)의 결합하는 함수이어서, 다음과 같이 된다:
도5A는 도4A에 도시된 측정치 프로세싱 방법의 본질적인 단계의 상세한 흐름도를 도시한다.
도5A에 도시된 프로세싱 유닛은 시간(tk)에, 랭크 n의 세그먼트와 관련되는 량들(an(tk)) 및 θn(tk))의 계산을 상술한다. 랭크 n의 세그먼트의 량들(an(tk)) 및 θn(tk))은 다음의 측정되거나 계산된 데이터:
- 3개의 상이한 시간들(tk, tk-1, tk-2)에 대해 계산된, 랭크 n-1의 세그먼트에 관한 가속도들(an -1(tk), an -1(tk -1), 및 an -1(tk -2)),
- 2개의 상이한 시간들(tk-1, tk-2)에서, 기본적인 측정 장치(MDn -1)에 의해 전달된 측정치들(Mn -1(tk -1), 및 Mn -1(tk -2)),
- 시간(tk)에서 계산된 랭크 n-1의 세그먼트의 방위(θn-1(tk)), 및
- 시간(tk)에서 기본적인 측정 장치(MDn)에 의해 전달된 측정치들(Mn(tk))로부터 결정된다.
량들(an-1(tk-2) 및 Mn-1(tk-2))은 식 (5)를 사용하고 방위(θn-1(tk -2))를 전달하는 연산자 2에 적용된다. 마찬가지로, 량들(an-1(tk-1) 및 Mn-1(tk-1))은 식 (5)를 사용하고 방위(θn-1(tk -1))를 전달하는 연산자 2에 적용된다.
량들(θn-1(tk -2) 및 θn-1(tk -1)) 및 시간 정보의 간격(Δt21):
Δt21 = tk -2 - tk -1 이 다음에 량(ωn-1(tk -1)):
ωn-1(tk -1) = (θn-1(tk -2) - θn-1(tk -1))/Δt21 을 계산하는 미분 연산자(DIFF)에 적용된다.
그 후, 량들(ωn-1(tk)) 및 (d(ωn-1(tk))/dt)가 계산된다:
- 량(ωn-1(tk))은 미분 연산자(DIFF)에 의해 계산되어,
ωn-1(tk) = (θn-1(tk -1) - θn-1(tk))/Δt10이고, 여기서 θn-1(tk -1)은 상기 계산된 량이고, θn-1(tk)은 인지되며(known)(이전에 계산됨), Δt10 = tk -1- tk이고,
- 량(d(ωn-1(tk))/dt)는 미분 연산자(DIFF)에 의해 계산되어,
d(ωn-1(tk))/dt = (ωn-1(tk -1) - ωn-1(tk))/Δt10이고,
여기서 ωn-1(tk -1) 및 ωn- 1(tk)는 상기 계산된 량들이고, Δt10 = tk -1- tk이다.
그 후, 량들(an -1(tk), ωn-1(tk) 및 d(ωn-1(tk))/dt)이 식 (4)을 사용하고 량(an(tk))을 전달하는 연산자 1에 적용된다. 그 후, 계산된 량(an(tk)) 및 취해진 인지된 측정치(Mn(tk))가 식 (5)를 사용하여 방위 량(θn(tk))을 전달하는 연산자 2에 적용된다.
본 발명의 아티큘레이팅된 모션 캡처 장치에 의해 획득된 측정치들의 프로세싱은 움직이는 구조의 각 세그먼트에 대하여, 아티큘레이션 포인트에서 그것의 가속도를 결정하도록 하고 기준 프레임에서 그것의 방위를 결정하도록 한다. 그 후, 예를 들어, 스크린 상에 상기 구조의 모션을 기술할 수 있다.
도5A와 관련하여 명백하게 나타낸 바와 같이, 이전 시간들(tk-1 및 tk-2)에서 의 랭크 n-1의 세그먼트에 관한 정보로부터 특히 시간(tk)에서의 랭크 n의 세그먼트의 쌍[an(tk), θn(tk)]의 결정이 추론된다. 결과적으로, 상기 구조의 모든 세그먼트들에 관한 가속도 및 방위 데이터 모두가 제1 측정치으로부터 인지될 수는 없다는 것이 명백하다. 따라서, 아티큘레이팅된 모션이 완전히 재생될 수 있기 전에 일정 수의 측정치들을 획득할 필요가 있다.
도5B는 도4B에 도시된 측정치 프로세싱 방법의 본질적인 단계의 상세한 흐름도를 도시한다.
도5A를 참조하여 언급된 데이터 이외에, 랭크 n의 세그먼트에 관한 량들(
및 
)이 여기서 또한 시간들(tk-1 및 tk-2)에서, 세그먼트 n에 대해, 계산된 방위들(θn(tk -1) 및 θn(tk -2))로부터 결정된다.
그 후, 량들(an -1(tk -2), θn-1(tk -3), θn-1(tk -4) 및 Mn -1(tk -2))이 식 (6)을 사용하고 방위(θn-1(tk -2))를 전달하는 연산자 2에 적용된다. 마찬가지로,량들(an -1(tk -1), θn-1(tk -2), θn-1(tk -3) 및 Mn -1(tk -1))이 식 (6)을 사용하고 방위(θn-1(tk -1))를 전달하는 연산자 2에 적용된다.
그 후, 량들(an -1(tk), ωn-1(tk) 및 d(ωn-1(tk))/dt)이 식 (4)를 사용하고 양(an(tk))을 전달하는 연산자 1에 적용된다. 그 후, 시간(tk)보다 앞선 2개의 시간들에서 추정된 방위(θn(tk -1) 및 θn(tk -2)), 계산된 량(an(tk)), 및 인지된 측정치 샘플(Mn(tk))이 식 (6)을 사용하는 연산자 2에 적용되며, 여기서 ωn(tk) 및 dω(tk)는 연산자 DIFF에 의해 이전과 같이 제공된다:
여기서,
그 후, 연산자 2는 방위 량(θn(tk))을 전달한다.
본 발명의 아티큘레이션 모션 캡처 장치에 의해 획득된 측정치들의 프로세싱은 움직이는 구조의 각 세그먼트에 대하여, 아티큘레이션 포인트에서 움직이는 구조의 가속도를 결정하도록 하고 기준 프레임에서 움직이는 구조의 방위를 결정하도록 한다. 그 후, 예를 들어, 스크린 상에 상기 구조의 움직임을 기술할 수 있다.
명백하게 나타낸 바와 같이, 이전 시간들(tk-1 및 tk-2)에서의 랭크 n-1의 세그먼트에 관한 정보로부터 특히 시간(tk)에서의 랭크 n의 세그먼트의 쌍 [an(tk), θn(tk)]의 결정이 추론된다. 결과적으로, 상기 구조의 모든 세그먼트들에 관한 가속도 및 방위 데이터 모두가 제1 측정치으로부터 인지될 수는 없다는 것이 명백하다. 따라서, 아티큘레이팅된 움직임이 완전히 재생될 수 있기 전에, 일정 수의 측정치들을 획득할 필요성이 있다.
마찬가지로, 벡터들(
)이 제로로 간주되지 않는 일반적인 경우에, 상기 방법을 초기화하기 위하여 랭크 n의 세그먼트의 2개의 이전의 연속적인 방위들을 인지하는 것이 필요하다. 이러한 방위들은 예를 들어, 특허 출원 FR 2 838 185에 기술된 방법을 사용하여 세그먼트가 움직일 수 없을 때 획득될 수 있다. 한편, 상술된 바와 같이, 랭크 n의 세그먼트의 방위를 나타내는 측정 수단이 아티큘레이션 포인트(pn)에 충분히 가까운 경우에, 2개의 이전의 연속적인 방위들을 인지하는 것이 필요하지 않고, 상기 방법은 간소화된다.
도6A는 5개의 아티큘레이팅된 세그먼트들을 갖는 구조의 각종 세그먼트들에 대해 획득된 가속도 및 방위 데이터의 시간에 걸친 변화를 벡터들(
)이 제로로 간주되는 특정 경우에서, 기호적으로 도시한다.
도6A에서, 수평 축은 상기 구조를 구성하는 랭크 n의 세그먼트들을 나타내고, 수직 축은 연속적인 측정 시간들(tk)을 나타낸다. 랭크 n 및 시간(tk)의 교차부에서, 랭크 n의 세그먼트에 대해, 시간(tk)에서 인지되는 량들(가속도 및 방위)라 표시된다. 이러한 량들은 측정 데이터 및/또는 측정 데이터로부터 유도된 데이터로 구성된다.
도6A를 복잡하게 하지 않게 위하여, 량(dθn/dt)은 기호(
)로 표현되고, 량(d2θn/dt2)은 기호(
)로 표현된다. 더구나, 이것은 다음을 제공한다:
시간(t1)에서, 세그먼트에 관한 유일하게 인지된 량들은 다음과 같다:
- a1(t1), θ1(t1)
이러한 데이터는 물론 구조의 모션을 기술하는데 불충분하다.
시간(t2)에서, 랭크들 1 내지 5의 세그먼트들에 관한 인지된 량들은 다음과 같다:
- a1(t2), θ1(t2), dθ1/dt(t2).
이러한 데이터는 구조의 모션을 기술하는데 여전히 불충분하다.
시간(t3)에서, 세그먼트들에 관한 인지된 량들은 다음과 같다:
이러한 데이터는 구조의 모션을 기술하는데 여전히 불충분하다.
시간(t4)에서, 인지된 량들은 다음과 같다:
이러한 데이터는 구조의 모션을 기술하는데 여전히 불충분하다.
시간(t5)에서, 인지된 량들은 다음과 같다:
이러한 데이터는 구조의 모션을 기술하는데 여전히 불충분하다.
시간(t6)에서, 랭크들 1 내지 5의 세그먼트들에 관한 인지된 량들은 다음과 같다:
이러한 데이터는 구조의 모션을 기술하는데 여전히 불충분하다.
시간(t7)에서, 랭크들 1 내지 5의 세그먼트들에 관한 인지된 량들은 각각 다음과 같다:
이러한 데이터는 구조의 모션을 기술하는데 여전히 불충분하다.
시간(t8)에서, 인지된 량들은 각각 다음과 같다:
시간(t9)에서, 인지된 량들은 각각 다음과 같다:
이러한 데이터는 이제 구조의 모션을 완전하게 기술할 수 있도록 한다. 표현을 후속 시간들(t10 및 t11)에 대해 계속하면, 다음이 제공된다:
시간(t10)에서, 랭크 1 내지 5의 세그먼트들에 관한 인지된 량들은 각각 다음과 같다:
시간(t11)에서, 랭크 1 내지 5의 세그먼트들에 관한 인지된 량들은 각각 다음과 같다:
5개의 세그먼트들을 갖는 구조의 아티큘레이팅된 모션은 5개의 세그먼트들(n=5)의 가속도들 및 방위들이 인지될 시에, 즉, 시간(t9)(k=9)으로부터 완전히 규정된다. 마찬가지로, 예를 들어, 3개의 세그먼트들(n=3)을 갖는 구조에 대하여, 3개의 세그먼트들의 가속도들 및 방위들이 시간(t5)(k=5)으로부터 인지된다.
따라서, 모션 캡처 장치가 정확하게 기능하고 있다는 사실, 즉, 구조의 모든 세그먼트들에 필요한 모든 가속도 및 방위 정보를 전달하고 있다는 사실을 나타내는(translate) 관계가 정수 n 및 정수 k 사이에서 설정될 수 있다. 이 관계는 다음과 같이 기록된다:
k > 2n -2
도6B는 아티큘레이팅된 세그먼트들을 갖는 구조의 각종 세그먼트들에 대해 획득된 가속도 및 방위 데이터의 계산 결과들을, 일반적인 경우에서, 점진적으로 도시한다. 가속도 및 방위 데이터의 계산은 처음 3개의 세그먼트들에 대해 이하 기술된다.
제1
세그먼트의
경우
제1 단계에서, (제1 측정 수단(ML)에 의하여) 세그먼트 1 상에서 측정된(또는 계산된) 가속도 및 제2 측정 수단(MD1)에 의해 전달된 측정치들에 각각 대응하는 측정치들(a1(tk) 및 M1(tk))이 사용된다. 이전 시간들(tk-1 및 tk-2)에 대해 제공된(또는 계산된) 제1 세그먼트의 방위들(θ1(tk -1) 및 θ1(tk -2))이 또한 사용된다.
이러한 4개의 정보 아이템들에 의하여, 시간 (tk)에서 세그먼트 1의 방위 (θ1(tk))를 계산할 수 있다.
제2 단계에서, (제1 측정 수단(ML)에 의하여) 세그먼트 1 상에서 측정된(또는 계산된) 가속도(a1(tk)), 뿐만 아니라, 이전 단계에서 계산된 제1 세그먼트의 방위 (θ1(tk)) 및 이전 시간들 (tk -1 및 tk -2)에 대해 제공된 (또는 계산된) 방위들 (θ1(tk -1) 및 θ1(tk -2))이 사용된다. 이러한 량들에 의하여, 아티큘레이션(p2)에서의 가속도(a2(tk))가 계산된다.
제2
세그먼트의
경우
제1 단계에서, 이전 단계에서 계산된 가속도(a2(tk)) 및 제2 세그먼트의 측정 수단(MD2)의 측정치(M2(tk))가 시간(tk)에서 사용된다. 이전 시간들(tk-1 및 tk-2)에 대해 제공된(또는 계산된) 제2 세그먼트의 방위들(θ2(tk -1) 및 θ2(tk -2))이 또한 사용된다.
이러한 4개의 정보 아이템들에 의하여, 시간 (tk)에서 세그먼트 1의 방위 (θ1(tk))를 계산할 수 있다.
제2 단계에서, 제1 세그먼트의 제2 단계에서 계산된 가속도(a2(tk)), 뿐만 아니라, 이전 단계에서 계산된 제2 세그먼트의 방위(θ2(tk)) 및 이전 시간들(tk -1 및 tk -2)에 대해 제공된(또는 계산된) 방위들(θ2(tk -1) 및 θ2(tk -2))이 사용된다. 이러한 량들에 의하여, 아티큘레이션(p3)에서의 가속도(a3(tk))가 계산된다.
제3
세그먼트의
경우
동일한 2개의 단계들이 제2 세그먼트에 대해 수행되고, 지수 3를 지수 4로 교체하고, 지수 2를 지수 3으로 교체하고, 지수 1을 지수 2로 교체한다.
이것은 N번째 세그먼트까지 지속된다: 동일한 2개의 단계들이 제2 세그먼트에 대해 수행되고, 지수 3을 지수 N+1로 교체하고, 지수 2를 지수 N으로 교체하고, 지수 1을 지수 N-1로 교체한다.
모든 세그먼트들이 고려될 때, 다음 시간(tk)이 재개를 위하여 대기된다.
일반적인 경우에, 시간(tk)에서 세그먼트의 추정된 방위를 인지하기 위하여, 이전 2개의 시간들(tk-1 및 tk-2)에서 이 동일한 세그먼트의 추정된 방위들을 인지하는 것이 필요하다는 점이 주의되어야 한다. 결과적으로, 제1 계산 시간 동안, 이전 시간들에서의 방위들의 값을 초기화하는 것이 필요하다. 이 때문에, 예를 들어, 가 속도들이 낮아서 결과적으로 무시될 수 있는 정적인 측정치들을 만드는 것이 가능할 것이며; 그 후, 각도들이 특허 출원 FR 2 838 185에 기술된 바와 같이 계산될 수 있다. 각도들을 초기화하는 다른 수단(강조된 초기 위치로 설정된 각도 코더들, 등)을 사용하는 것이 또한 가능하다.
도7A 및 7B는 본 발명에 따른 모션 재생 장치의 2개의 실시예들을 도시한다. n개의 아티큘레이팅된 세그먼트들로 구성된 구조(S)는 직사각형으로 기호적으로 표현된다. 구조(S), 예를 들어, 사람 또는 로봇에는 장치들(MDi)(i = 1, 2, ..., n)의 세트 및 로컬 측정 시스템(MLj)(j = 1, 2, ..., m)의 세트가 제공된다. 장치들(MDi) 및 시스템들(MLj)은 상술된 바와 같이 구조에 걸쳐 분포된다. 또한 상술된 바와 같이, m개의 로컬 측정 시스템들이 도7A 및 7B에 도시되어 있을지라도, 단일 로컬 측정 시스템으로도 본 발명을 구현하는데 충분하다.
제1 실시예(도7A)에서, 장치들(MDi)에 의해 전달된 측정치들 및 로컬 측정 시스템들(MLj)에 의해 전달되 측정치들은 각각의 무선 신호들(RDi 및 RLj)에 의해, 계산 시스템(3), 예를 들어, 컴퓨터에 송신된다. 그 후, 모션 재생 장치는 무선 송신 수단을 포함한다. 계산 시스템(3)에는 신호들(RDi 및 RLj)을 수신하는 수신 안테나(R)가 제공된다. 계산 시스템(3)은 또한, 기준 프레임에서의 로컬 중력 필드의 값(G), 기준 프레임에서의 로컬 자기 필드의 값(H), 및 각종 세그먼트들을 나타내는 각종 벡터들(
), (i=1, 2, ..., n)의 좌표들을 입력 파라미터들로서 수신한 다.
그 후, 계산 시스템(3)은 도5 및 6과 관련하여 상술된 것에 따라 데이터 프로세스를 구현한다. 그 후, 디스플레이 장치(E), 예를 들어 스크린이, 아티큘레이팅된 구조의 모션을 디스플레이한다.
도7B는 무선 신호들(RDi 및 RLj)이 여기서는 계산 시스템(3)에 직접 송신되는 것이 아니라, 구조(S)에 고정된 중간 유닛(DEM)에 송신된다는 점에서 도7A와 상이하다. 그 후, 상기 유닛(DEM)은 자신이 무선 신호(RF)의 형태로 수신한 데이터를 계산 시스템(3)에 송신한다.
구조(S) 상의 중간 유닛(DEM)의 존재는 유용하게도, 본 발명의 또 다른 실시예를 구현할 수 있도록 한다. 이는 구조(S)가 계산 시스템(3)으로부터 상당한 거리로 움직이는 경우에, RF 신호의 범위가 저하될 수 있기 때문이다. 그 후, 중간 유닛(DEM) 내에 위치된 메모리 카드가 신호들(RDi 및 RLj)을 기록할 수 있다. 그 후, 데이터의 프로세싱은 일단 움직임이 실행되면, 메모리 카드 상에 기록된 데이터의 판독으로부터, 측정치들의 캡처 이후에 수행될 수 있다.
Claims (19)
- 랭크 1의 세그먼트로부터 랭크 N의 세그먼트까지 서로에 대해 아티큘레이팅되는 N개의 연속적인 입체 세그먼트들로 구성된 구조의 모션을 캡처하는 장치로서, N은 2와 동일하거나 2보다 더 큰 정수이고, 랭크 n(n = 2, ..., N)의 세그먼트는 아티큘레이션 포인트(pn)에서 랭크 n-1의 세그먼트와 아티큘레이팅되는, 모션 캡처 장치에 있어서:- 연속적인 시간(tk)(k는 1과 동일하거나 1보다 더 큰 정수임)에서 기준을 형성하는 기준 프레임에서의 랭크 1의 세그먼트 상의 포인트의 절대 가속도 벡터()를 복원할 수 있는 정보를 전달하는 제1 수단(ML),
- 랭크 1의 세그먼트에 고정되고, 기준 프레임에서의 랭크 1의 세그먼트의 방위 벡터()를 나타내는 측정치(M1)를 매 시간(tk)마다 전달하는 제2 측정 수단(MD1), 및
- 랭크 n(n = 2, ..., N)의 각 세그먼트에 고정되고, 랭크 n의 세그먼트의 방위 벡터()를 나타내는 측정치를 매 시간(tk)마다 전달하는 보충적인 측정 수단(MDn);
을 포함하는 것을 특징으로 하는 모션 캡처 장치. - 제1항에 있어서, 상기 제2 측정 수단(MD1) 및 상기 보충적인 측정 수단(MDn)이, 기준 프레임에서의 인지된 방향을 갖고 또한 상기 구조가 이동하는 공간에서 존재하는 균일한 물리적 필드의 측정치를 전달하는 센서 및 가속도계로 구성되는 모션 캡처 장치.
- 제2항에 있어서, 상기 제2 측정 수단(MD1) 및 상기 보충적인 측정 수단(MDn)이 적어도 하나의 지로메트릭 축을 더 포함하는 모션 캡처 장치.
- 제2항 또는 3항에 있어서, 기준 프레임에서의 인지된 방향의 균일한 물리적 필드의 측정치를 전달하는 상기 센서가 자기계인 모션 캡처 장치.
- 제2항 또는 3항에 있어서, 기준 프레임에서의 인지된 방향의 균일한 물리적 필드의 측정치를 전달하는 상기 센서가 광전셀인 모션 캡처 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 수단(ML)이 랭크 1의 세그먼트의 절대 가속도 벡터를 복원할 수 있는 데이터 아이템이 상기 포인트의 속도이도록 속도 측정기로 구성되는 측정 수단들인 모션 캡처 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 수단(ML)이 랭크 1의 세그먼트 상의 포인트의 절대 가속도 벡터를 복원할 수 있는 데이터 아이템이 상기 포인트의 위치이도록 위치 측정기로 구성되는 측정 수단들인 모션 캡처 장치.
- 랭크 1의 세그먼트로부터 랭크 N의 세그먼트까지 서로에 대해 아티큘레이팅된 N개의 연속적인 입체 세그먼트들로 구성된 구조의 모션을 재생하는 장치로서, N은 2와 동일하거나 2보다 더 큰 정수이고, 랭크 n(n = 2, ..., N)의 세그먼트는 아티큘레이션 포인트(pn)에서 랭크 n-1의 세그먼트와 아티큘레이팅되는, 모션 재생 장치에 있어서:- 랭크 n의 세그먼트의 보충적인 측정 수단(MDn)이 아티큘레이션 포인트(pn)에 가깝게 위치되어, 랭크 n의 세그먼트의 보충적인 측정 수단(MDn)을 상기 아티큘레이션 포인트(pn)로부터 분리하는 거리가 제로인 것으로 간주되도록 하는 제1항에 따른 모션 캡처 장치, 및- 매 시간(tk)마다, 다음:a) 제1 수단에 의해 전달된 정보로부터 기준 프레임에서의 절대 가속도 벡터(),
b) 상기 절대 가속도 벡터() 및 랭크 1의 세그먼트의 방위 벡터(
)를 나타내는 측정치(M1)로부터 기준 프레임에서의 랭크 1의 세그먼트의 방위 벡터(
),
c) 식:으로부터 기준 프레임에서의 아티큘레이션 포인트(pn)의 가속도 벡터(
)(n≥2)로서, 여기서
이고,
는 아티큘레이션 포인트(pn-1)로부터 아티큘레이션 포인트(pn)로 향하는 벡터이고 이의 모듈러스는 아티큘레이션 포인트(pn)를 아티큘레이션 포인트(pn-1)로부터 분리하는 거리를 자신의 값으로서 가지는, 상기 가속도 벡터(
), 및
d) 가속도 벡터() 및 랭크 n의 세그먼트의 방위를 나타내는 측정치(Mn)로부터 랭크 n의 세그먼트의 방위 벡터(
)(n≥2)를 계산하는 계산 수단(3);
을 포함하는 것을 특징으로 모션 재생 장치. - 랭크 1의 세그먼트로부터 랭크 N의 세그먼트까지 서로에 대해 아티큘레이팅된 N개의 연속적인 입체 세그먼트들로 구성된 구조의 모션을 재생하는 장치로서, N은 2와 동일하거나 2보다 더 큰 정수이고, 랭크 n(n = 2, ..., N)의 세그먼트는 아티큘레이션 포인트(pn)에서 랭크 n-1의 세그먼트와 아티큘레이팅되는, 모션 재생 장치에 있어서:- 랭크 n의 세그먼트의 보충적인 측정 수단(MDn)이 아티큘레이션 포인트(pn)로부터 떨어진 제1항에 따른 모션 캡처 장치, 및- 매 시간(tk)마다, 다음:a) 제1 수단에 의해 전달된 정보로부터 기준 프레임에서의 절대 가속도 벡터(),
b) 상기 절대 가속도 벡터() 및 랭크 1의 세그먼트의 방위 벡터(
)를 나타내는 측정치(M1)로부터 기준 프레임에서의 랭크 1의 세그먼트의 방위 벡터(
),
c) 식:으로부터 기준 프레임에서의 아티큘레이션 포인트(pn)의 가속도 벡터(
)(n≥2)로서, 여기서
이고,
는 아티큘레이션 포인트(pn-1)로부터 아티큘레이션 포인트(pn)로 향하는 벡터이고 이의 모듈러스는 아티큘레이션 포인트(pn)를 아티큘레이션 포인트(pn-1)로부터 분리하는 거리를 자신의 값으로서 가지는, 상기 가속도 벡터(
), 및
d) 가속도 벡터(), 랭크 n의 세그먼트의 방위를 나타내는 측정치(Mn), 및 시간(tk)보다 앞서는 적어도 2개의 시간들에서 랭크 n의 세그먼트의 방위 벡터들로부터 랭크 n의 세그먼트 상에 고정된 보충적인 측정 수단의 측정 포인트의 가속도 벡터(
) 및 방위 벡터(
)(n≥2)를 계산하는 계산 수단(3);
을 포함하며, 상기은
가 되며,
여기서은 아티큘레이션 포인트(pn)로부터 랭크 n의 세그먼트의 보충적인 측정 수단으로 향하는 벡터이고 이의 모듈러스는 아티큘레이션 포인트(pn)를 랭크 n의 세그먼트의 보충적인 측정 수단으로부터 분리하는 거리와 동일한 것을 특징으로 하는 모션 재생 장치.
- 제8항 또는 9항에 있어서, 무선 송신 수단은 제1 측정 수단(ML) 및 제2 측정 수단(MDn)에 의해 전달된 측정치들을 나타내는 기본적인 전기 신호들(RDn, RLm)을 계산 수단(3)으로 송신하는 모션 재생 장치.
- 제10항에 있어서, 상기 송신 수단은 기본적인 전기 신호들(RD1, ..., RDX, RL1, ..., RLY)을 수신하고 상기 기본적인 전기 신호들을 나타내는 전기 신호(RF)를 계산 수단(3)에 재송신하는 중간 유닛(DEM)을 포함하는 모션 재생 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 저장 수단이 제1 측정 수단(ML) 및 제2 측정 수단(MDn)에 의해 전달된 측정치들을 저장하는 장치.
- 제12항에 있어서, 상기 저장 수단은 상기 구조 상에 위치되는 장치.
- 랭크 1의 세그먼트로부터 랭크 N의 세그먼트까지 서로에 대해 아티큘레이팅되는 N개의 연속적인 입체 세그먼트들로 구성된 구조의 모션을 캡처하는 방법으로서, N은 2와 동일하거나 2보다 더 큰 정수이고, 랭크 n(n = 2, ..., N)의 세그먼트 는 아티큘레이션 포인트(pn)에서 랭크 n-1의 세그먼트와 아티큘레이팅되는, 모션 캡처 방법에 있어서:- 연속적인 시간(tk)(k는 1과 동일하거나 1보다 더 큰 정수임)에서, 기준 프레임에서의 랭크 1의 세그먼트 상의 포인트의 절대 가속도 벡터()를 복원할 수 있는 정보의 아이템의 적어도 하나의 결정,
- 연속적인 시간(tk) 각각에서, 기준 프레임에서의 랭크 1의 세그먼트의 방위 벡터()를 나타내는 측정치, 및
- 랭크 n의 각 세그먼트에 대하여, 연속적인 시간(tk) 각각에서, 기준 프레임에서의 랭크 n의 세그먼트의 방위 벡터()의 적어도 하나의 보충적인 측정치;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 모션 캡처 방법. - 제14항에 있어서, 기준 프레임에서의 랭크 1의 세그먼트의 방위 벡터()를 나타내는 상기 측정치 및 랭크 n의 세그먼트의 방위 벡터(
)를 나타내는 상기 측정치는 각각 기준 프레임에서의 인지된 방향을 갖고 또한 상기 구조가 이동하는 공간에서 존재하는 균일한 필드의 측정치인 모션 캡처 방법.
- 제14항 또는 제15항에 있어서, 기준 프레임에서의 랭크 1의 세그먼트 상의 포인트의 절대 가속도 벡터()를 복원할 수 있는 상기 정보가 기준 프레임에서의 상기 포인트의 속도인 모션 캡처 방법.
- 제14항 또는 15항에 있어서, 기준 프레임에서의 랭크 1의 세그먼트 상의 포인트의 절대 가속도 벡터()를 복원할 수 있는 상기 정보가 기준 프레임에서의 상기 포인트의 위치인 모션 캡처 방법.
- 랭크 1의 세그먼트로부터 랭크 N의 세그먼트까지 서로에 대해 아티큘레이팅된 N개의 연속적인 입체 세그먼트들로 구성된 구조의 모션을 재생하는 방법으로서, N은 2와 동일하거나 2보다 더 큰 정수이고, 랭크 n(n = 2, ..., N)의 세그먼트는 아티큘레이션 포인트(pn)에서 랭크 n-1의 세그먼트와 아티큘레이팅되는, 모션 재생 방법에 있어서:- 제14항 또는 제15항에 따른 모션 캡처 방법, 및- 매 시간(tk)마다, 다음:a) 절대 가속도 벡터()를 복원할 수 있는 측정치로부터 기준 프레임에서의 절대 가속도 벡터(
),
b) 상기 절대 가속도 벡터() 및 랭크 1의 세그먼트의 방위 벡터(
)를 나타내는 측정치(M1)로부터 기준 프레임에서의 랭크 1의 세그먼트의 방위 벡터(
),
c) 식:으로부터 기준 프레임에서의 아티큘레이션 포인트(pn)의 가속도 벡터(
)(n≥2)로서, 여기서
이고,
는 아티큘레이션 포인트(pn-1)로부터 아티큘레이션 포인트(pn)로 향하는 벡터이고 이의 모듈러스는 아티큘레이션 포인트(pn)를 아티큘레이션 포인트(pn-1)로부터 분리하는 거리를 자신의 값으로서 가지는, 보충적인 측정치가 아티큘레이션 포인트(pn)에서, 랭크 n의 세그먼트 상에서, 고정된 측정 수단에 의해 전달되는 방위 벡터(
)를 나타내는, 상기 가속도 벡터(
), 및
d) 가속도 벡터() 및 랭크 n의 세그먼트의 방위를 나타내는 측정치(Mn)로부터 랭크 n의 세그먼트의 방위 벡터(
)(n≥2)의 계산;
을 사용하는 것을 특징으로 모션 재생 방법. - 랭크 1의 세그먼트로부터 랭크 N의 세그먼트까지 서로에 대해 아티큘레이팅된 N개의 연속적인 입체 세그먼트들로 구성된 구조의 모션을 재생하는 방법으로서, N은 2와 동일하거나 2보다 더 큰 정수이고, 랭크 n(n = 2, ..., N)의 세그먼트는 아티큘레이션 포인트(pn)에서 랭크 n-1의 세그먼트와 아티큘레이팅되는, 모션 재생 방법에 있어서:- 제14항 또는 제15항에 따른 모션 캡처 방법, 및- 매 시간(tk)마다, 다음:a) 제1 수단에 의해 전달된 정보로부터 기준 프레임에서의 절대 가속도 벡터(),
b) 상기 절대 가속도 벡터() 및 랭크 1의 세그먼트의 방위 벡터(
)를 나타내는 측정치(M1)로부터 기준 프레임에서의 랭크 1의 세그먼트의 방위 벡터(
),
c) 식:으로부터 기준 프레임에서의 아티큘레이션 포인트(pn)의 가속도 벡터(
)(n≥2)로서, 여기서
이고,
는 아티큘레이션 포인트(pn-1)로부터 아티큘레이션 포인트(pn)로 향하는 벡터이고 이의 모듈러스는 아티큘레이션 포인트(pn)를 아티큘레이션 포인트(pn-1)로부터 분리하는 거리를 자신의 값으로서 가지는, 상기 가속도 벡터(
), 및
d) 가속도 벡터(), 랭크 n의 세그먼트의 방위를 나타내는 측정치(Mn), 시간(tk)보다 앞서는 적어도 2개의 시간들에서 랭크 n의 세그먼트의 방위 벡터들로부터 랭크 n의 세그먼트 상에 고정된 보충적인 측정 수단의 측정 포인트의 가속도 벡터(
) 및 방위 벡터(
)(n≥2)의 계산;
을 포함하며, 상기은
가 되며,
여기서은 아티큘레이션 포인트(pn)로부터 랭크 n의 세그먼트의 보충적인 측정 수단으로 향하는 벡터이고 이의 모듈러스는 아티큘레이션 포인트(pn)를 랭크 n의 세그먼트의 보충적인 측정 수단으로부터 분리하는 거리와 동일한 것을 특징으로 하는 모션 재생 방법.
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