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計算機大空間多人交互技術(shù)
大空間交互正越來(lái)越受到VR線(xiàn)下市場(chǎng)的青睞，而鮮有人對其有足夠多的了解。近日，青瞳視覺(jué)聯(lián)合創(chuàng )始人祖厚超做客黑匣60Minutes，他的分享，也許能夠解開(kāi)大家的疑惑。我們一起來(lái)看看計算機大空間交互技術(shù)解讀吧!
以下為祖厚超分享的內容：
青瞳視覺(jué)2015年成立,專(zhuān)注于光學(xué)的追蹤定位系統研發(fā)與應用。2016年1月份和米粒影業(yè)聯(lián)合打造了「星核VR」主題樂(lè )園，目前「VR主題公園」也是青瞳目前的一個(gè)主要方向。
在應用方向上青瞳除了在VR線(xiàn)下體驗,虛擬現實(shí)主題樂(lè )園的規劃外，自主研發(fā)的定位系統在其它領(lǐng)域的的重越來(lái)越高。自2015年The Void推出以來(lái)，線(xiàn)下體驗得到大家的重視,目前「VR體驗店」大街小巷隨處可見(jiàn)。尤其是在今年的Chinajoy上，可以明顯感覺(jué)到。
虛擬現實(shí)線(xiàn)下主題體驗,一直是我們比較重視的一塊市場(chǎng)。到目前為止使用我們光學(xué)追蹤定位設備的已經(jīng)有40多家單位，其中60%主要分布虛擬現實(shí)線(xiàn)下體驗用途。除了「星核VR」影視主題虛擬現實(shí)體驗，還有很多景區和虛擬現實(shí)內容開(kāi)發(fā)團隊均有使用。
追蹤定位系統的迭代研發(fā)，我們也是一直在緊鑼密鼓的開(kāi)展。針對不同的市場(chǎng)和用戶(hù)，進(jìn)一步的細化和梳理我們的產(chǎn)品和解決方案。目前除了最早的MC300 Tracker，還有 MC1300 Tracker將我們的追蹤距離提升到15米，在分辨率上也有提升，部署更加簡(jiǎn)單方便。而最新的Mini Tracker 則是進(jìn)一步的提升空間性?xún)r(jià)比，連同2個(gè)人背包行走方案和動(dòng)作捕捉，將整體費用更是控制在20萬(wàn)以?xún)取?/p>
如圖，是青瞳視覺(jué)最新推出的一個(gè)Mini Tracker的方案，是屬于更低成本的方案。
除了VR之外，青瞳視覺(jué)還涉及了其它不同領(lǐng)域。
第一個(gè)，是模擬訓練。在軍事領(lǐng)域，會(huì )將動(dòng)作捕捉應用于針對地震、火災等活動(dòng)的模擬訓練中。我們一直在完善動(dòng)作捕捉的方案，并和合作的軍事單位一起完善多人對抗的方案�，F在我們在努力實(shí)現的是500平方米以上，5V5多人參與的方案，從而實(shí)現軍事領(lǐng)域的仿真。
教育領(lǐng)域主要分幾塊，第一是大學(xué)，主要放在仿真跟教學(xué)實(shí)訓。教學(xué)實(shí)訓是為了培養專(zhuān)門(mén)的人才而設置的，一般會(huì )設置一個(gè)實(shí)驗室。該實(shí)驗室會(huì )有幾個(gè)不同的用途，第一是滿(mǎn)足日常教學(xué)，一般在新媒體、游戲，或偏藝術(shù)的領(lǐng)域，實(shí)現可視化的效果。另外是作為學(xué)校對外展示的一個(gè)平臺進(jìn)行應用。
在普教領(lǐng)域的應用，一般是老師教學(xué)為主，貼近教材內容。更多的預算不是在科研，而是老師教學(xué)時(shí)，幫助教學(xué)的不同端的內容同步。比如地理和天文，更多的是多個(gè)學(xué)生為一組。對于高校的方針跟教學(xué)實(shí)訓，會(huì )要求他們自身有一定開(kāi)發(fā)能力，而普教領(lǐng)域則會(huì )是做成方案包提供給他們。
第五塊是動(dòng)作捕捉，在游戲開(kāi)發(fā)和動(dòng)畫(huà)制作的應用。前些年，許多團隊都比較需要這個(gè)功能，目前超過(guò)150款大型游戲都是用光學(xué)動(dòng)作捕捉錄制的。光學(xué)動(dòng)捕精度較高，但成本也較高，大家一般會(huì )采用租賃或合作的方式使用。
比較有代表性的就是EA的實(shí)況足球有摔跤對抗性的游戲，如果這些游戲一幀一幀調，要花費大量時(shí)間跟成本。不過(guò)，對于許多小團隊來(lái)說(shuō)，他們不會(huì )去考慮六七十萬(wàn)以上的動(dòng)作捕捉系統。因此我們方案，能夠在50平方米以?xún)葘?shí)現2個(gè)人的動(dòng)捕，并且把成本控制在20萬(wàn)以?xún)取?/p>
青瞳視覺(jué)的3種小相機方案
隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，動(dòng)作捕捉技術(shù)越來(lái)越成熟。目前在動(dòng)作捕捉這塊的發(fā)展，可以做到的不只是追蹤人體動(dòng)作，還可以追蹤馬和其它動(dòng)物的動(dòng)作，或者用marker等進(jìn)行定位。動(dòng)作捕捉能幫助影視制作更快地獲得制作效果，有效提升效率，能讓演員的演技更好地發(fā)揮出來(lái)。
我們剛才說(shuō)的是影視動(dòng)畫(huà)和教育方向，在精準醫療這一塊，美國也已經(jīng)有很多家公司在做，比較有代表性的是美國的NDI醫學(xué)院學(xué)生的。
現在醫療包括精準醫療，用了三維數字化技術(shù)，不僅在外科手術(shù)，還有牙齒矯正等都可以使用。除了采集三維數據，構建人體模型，還包括醫學(xué)院的培訓，也有較好的應用。
醫療領(lǐng)域除了像NDI是用于臨床，杜克大學(xué)是用于醫學(xué)院學(xué)生的培訓。此外，還有用于康復評估，比如醫院會(huì )用動(dòng)作捕捉方案采集患者上半身或下半身的一些動(dòng)作數據，并有針對性地推出治療方案。
以下是動(dòng)作捕捉應用的幾個(gè)主要的方向：
1、虛擬現實(shí)主題樂(lè )園
2、軍事、模擬訓練
3、教育上：科研實(shí)驗，實(shí)訓教室
4、影視制作，游戲開(kāi)發(fā)
5、精準醫療，輔助康復評估
6、步態(tài)分析
7、工業(yè)上：虛擬裝配，仿真
8、人機功效
9、無(wú)人機飛控表演
因為講得比較雜，我把相關(guān)的幾塊都羅列出來(lái)。
工業(yè)應用方面
運動(dòng)捕捉及分析系統為汽車(chē)等工業(yè)研究領(lǐng)域提供非入侵式、高精度、實(shí)時(shí)、三維數據，用于分析和改進(jìn)產(chǎn)品，預防事故及減少損傷等。開(kāi)發(fā)的整個(gè)過(guò)程中，全面采用計算機輔助技術(shù)，在轎車(chē)開(kāi)發(fā)的造型、設計、計算、試驗直至制模、沖壓、焊接、總裝等各個(gè)環(huán)節中的計算機模擬技術(shù)聯(lián)為一體的綜合技術(shù)，使工業(yè)裝配比如汽車(chē)設計的開(kāi)發(fā)、制造都置于計算機技術(shù)所構造的嚴格的數據環(huán)境中，虛擬現實(shí)技術(shù)的應用，大大縮短了設計周期，提高了市場(chǎng)反應能力。
動(dòng)作捕捉技術(shù)已成為數字化工業(yè)制造技術(shù)和生產(chǎn)流水線(xiàn)的重要應用環(huán)節，針對工業(yè)產(chǎn)品利用該技術(shù)可優(yōu)化產(chǎn)品設計，通過(guò)虛擬裝配避免或減少物理模型的制作，縮短開(kāi)發(fā)周期，降低成本;同時(shí)通過(guò)建設數字工廠(chǎng)，直觀(guān)地展示工廠(chǎng)、生產(chǎn)線(xiàn)、產(chǎn)品虛擬樣品以及整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，為員工培訓、實(shí)際生產(chǎn)制造和方案評估帶來(lái)便捷。使企業(yè)內各負責部門(mén)之間的交流變得更加容易，不僅大大縮短了企業(yè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的時(shí)間，而且也為其產(chǎn)品的宣傳、銷(xiāo)售贏(yíng)得了先機。
在人機功效方面
運動(dòng)生物力學(xué)、工程力學(xué)、工程學(xué)、人機工效學(xué)等相互結合引領(lǐng)了動(dòng)作捕捉技術(shù)應用新領(lǐng)域。光學(xué)動(dòng)作捕捉及分析系統提供世界領(lǐng)先的、精確的捕捉及分析和實(shí)時(shí)反饋功能，為產(chǎn)品設計及研發(fā)生產(chǎn)提供有力的支撐。
光學(xué)動(dòng)作捕捉及分析系統為用戶(hù)提供精確及時(shí)的數據，將人、對象、環(huán)境之間的相互關(guān)系、協(xié)調性和人性化聯(lián)系起來(lái)，使得作業(yè)更能夠與人相適應，減少失誤和對健康的損害，提高安全性、工作效率。
結合機器人的應用領(lǐng)域方面
動(dòng)作捕捉設備在機器人研究、機械臂、無(wú)人機等機械及自動(dòng)化領(lǐng)域研究中至關(guān)重要。同時(shí)實(shí)現自動(dòng)進(jìn)行關(guān)節生物力學(xué)處理和分析報告，使得機械仿生運動(dòng)捕捉具有針對性和更高的可信度。
機器人領(lǐng)域的研究中，動(dòng)作捕捉系統主要應用于以下幾個(gè)方面
1、生物優(yōu)化：采集各個(gè)關(guān)節、肢體的運動(dòng)信息(位置、速度、加速度、角度、角加速度等)以及測試、解算真實(shí)生物體各個(gè)動(dòng)作的動(dòng)力學(xué)數據，并以這些真實(shí)的高精度數據作為仿生機器人的研發(fā)基礎，調整并優(yōu)化設計方案。
2、仿生機器人的動(dòng)態(tài)反饋：對所研發(fā)的機器人進(jìn)行測試，監控其運動(dòng)姿態(tài)、肢體及關(guān)節發(fā)力情況，采集相關(guān)的運動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)數據，與所模擬生物體的真實(shí)數據進(jìn)行比較，進(jìn)一步優(yōu)化調整所研發(fā)仿生機器人的設計，并進(jìn)行相應的改進(jìn)，使其與真實(shí)的生物體達到最高程度的一致性。
康復評估領(lǐng)域
動(dòng)作捕捉設備應用于康復醫學(xué)領(lǐng)域,并根據所提供的運動(dòng)學(xué)參數、生物力學(xué)參數和運動(dòng)中骨骼肌的肌電活動(dòng)參數的變化, 客觀(guān)實(shí)時(shí)地進(jìn)行康復治療方法的選擇及療效評定是切實(shí)可行的。有效改善現有理療手段，創(chuàng )造新方案幫助殘疾人最大限度地開(kāi)發(fā)潛能，恢復其獨立生活、學(xué)習、工作、回歸社會(huì )、參與社會(huì )的能力。
電影藝術(shù)應用領(lǐng)域
隨著(zhù)計算機圖形學(xué)和硬件技術(shù)的高速發(fā)展，計算機特技的應用在現代影視特技制作中已成為不可或缺的手段,各種各樣的平面、三維計算機特技制作技術(shù)給觀(guān)眾帶來(lái)了全新的感受。
運動(dòng)捕捉技術(shù)在電影中可用來(lái)實(shí)現CG特效，這在某些情況下取代了賽璐璐動(dòng)畫(huà)。還可以完全由電腦生成電影人物，比如Gollum, The Mummy ,King Kong, 《加勒比海盜》中的Davy Jones，《阿凡達》中的 Na'vi族, 以及 《創(chuàng )世紀》中的Clu。
攝影機運動(dòng)也可通過(guò)動(dòng)作捕捉設備采集到，演員表演時(shí)，攝影師即可現場(chǎng)驅動(dòng)虛擬攝像機搖擺、傾斜或圍繞舞臺移動(dòng)，該系統設備還可以捕捉相機、道具以及演員的表演。這使得電腦合成人物、圖像和布景與真實(shí)相機的視頻圖像一樣具有相同的角度。
計算機對數據進(jìn)行處理并展示演員的動(dòng)作，根據場(chǎng)景中的物體即可得到所需的攝像機位置。從捕獲的連續鏡頭中獲取攝像機的運動(dòng)數據被稱(chēng)為匹配移動(dòng)或相機跟蹤。
黑匣60Minutes問(wèn)答
青瞳在VR方面的主要方案有哪些?
目前青瞳視覺(jué)主要產(chǎn)品是在MC300上繼續完善的MC1300，還有在此基礎上不斷完善的動(dòng)作捕捉系統。此外，面部捕捉和小相機方案也正在研發(fā)。目前，MC1300對應的參數介于Optitrack 17w跟p41之間，能捕捉的有效距離在10米至15米之間，相機捕捉視場(chǎng)角(FOV)是70°x90°。精度比較高，達到亞毫米級別。
目前為止，青瞳視覺(jué)的定位主要在動(dòng)作捕捉和空間定位相機的生產(chǎn)制造和研發(fā)以及方案，目前成型的方案主要有兩部分。首先是主題樂(lè )園，主要因為2016年這一塊非�；鸨�，所以就作為先行的一塊，我們在這一領(lǐng)域鉆研得比較多。
青瞳視覺(jué)的方案跟其它單位相比有何優(yōu)劣勢?
跟其它方案相比，Kinnet精度達不到要求，雖然比較便宜。目前還有像HTC Vive的激光范圍，它的方案空間范圍較小。
其次是用慣性做追蹤定位，在主題樂(lè )園和一些場(chǎng)合應用。這個(gè)方案會(huì )存在一些累計誤差， 目前，整個(gè)大空間方案的成本，相對于蛋椅成本更高，對入門(mén)掌握的要求更高。蛋椅可能找一個(gè)懂得操作電腦的就能掌握。
我們推出小相機，也是考慮到線(xiàn)下體驗。首先，一個(gè)店的前提投入預算是30萬(wàn)-50萬(wàn)，他們對于成本跟坪效比較在意。我們在成本做了一些優(yōu)化，還有在坪效方面有優(yōu)勢。比如15萬(wàn)左右的小相機空間定位方案，在體驗店里可以做到3到4人的空間定位。20萬(wàn)以?xún)鹊姆桨讣纯芍С?個(gè)人的動(dòng)作捕捉，這對于他們來(lái)說(shuō)比較能承受得起。
為什么需要有多人交互?
線(xiàn)下多人交互也比較有特色，大家看的比較多的是用HTC Vive的體驗。但是真正在一些主題樂(lè )園，包括在一些比較重頭的場(chǎng)景中，他們要求有更多人同時(shí)參與，這也是光學(xué)方案的一個(gè)優(yōu)勢。比如去IMAX看電影，也不會(huì )只有一個(gè)人玩，另外一個(gè)人排隊。那體驗肯定不好。所以多個(gè)人同時(shí)參與，有交流，肯定是一種趨勢。
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