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計(jì)算機(jī)大空間多人交互技術(shù)
大空間交互正越來越受到VR線下市場的青睞，而鮮有人對其有足夠多的了解。近日，青瞳視覺聯(lián)合創(chuàng)始人祖厚超做客黑匣60Minutes，他的分享，也許能夠解開大家的疑惑。我們一起來看看計(jì)算機(jī)大空間交互技術(shù)解讀吧!
以下為祖厚超分享的內(nèi)容：
青瞳視覺2015年成立,專注于光學(xué)的追蹤定位系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用。2016年1月份和米粒影業(yè)聯(lián)合打造了「星核VR」主題樂園，目前「VR主題公園」也是青瞳目前的一個(gè)主要方向。
在應(yīng)用方向上青瞳除了在VR線下體驗(yàn),虛擬現(xiàn)實(shí)主題樂園的規(guī)劃外，自主研發(fā)的定位系統(tǒng)在其它領(lǐng)域的的重越來越高。自2015年The Void推出以來，線下體驗(yàn)得到大家的重視,目前「VR體驗(yàn)店」大街小巷隨處可見。尤其是在今年的Chinajoy上，可以明顯感覺到。
虛擬現(xiàn)實(shí)線下主題體驗(yàn),一直是我們比較重視的一塊市場。到目前為止使用我們光學(xué)追蹤定位設(shè)備的已經(jīng)有40多家單位，其中60%主要分布虛擬現(xiàn)實(shí)線下體驗(yàn)用途。除了「星核VR」影視主題虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)，還有很多景區(qū)和虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容開發(fā)團(tuán)隊(duì)均有使用。
追蹤定位系統(tǒng)的迭代研發(fā)，我們也是一直在緊鑼密鼓的開展。針對不同的市場和用戶，進(jìn)一步的細(xì)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，部署更加簡單方便。而最新的Mini Tracker 則是進(jìn)一步的提升空間性價(jià)比，連同2個(gè)人背包行走方案和動(dòng)作捕捉，將整體費(fèi)用更是控制在20萬以內(nèi)。
如圖，是青瞳視覺最新推出的一個(gè)Mini Tracker的方案，是屬于更低成本的方案。
除了VR之外，青瞳視覺還涉及了其它不同領(lǐng)域。
第一個(gè)，是模擬訓(xùn)練。在軍事領(lǐng)域，會(huì)將動(dòng)作捕捉應(yīng)用于針對地震、火災(zāi)等活動(dòng)的模擬訓(xùn)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(xiàn)在我們在努力實(shí)現(xiàn)的是500平方米以上，5V5多人參與的方案，從而實(shí)現(xiàn)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(xùn)。教學(xué)實(shí)訓(xùn)是為了培養(yǎng)專門的人才而設(shè)置的，一般會(huì)設(shè)置一個(gè)實(shí)驗(yàn)室。該實(shí)驗(yàn)室會(huì)有幾個(gè)不同的用途，第一是滿足日常教學(xué)，一般在新媒體、游戲，或偏藝術(shù)的領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)可視化的效果。另外是作為學(xué)校對外展示的一個(gè)平臺(tái)進(jìn)行應(yīng)用。
在普教領(lǐng)域的應(yīng)用，一般是老師教學(xué)為主，貼近教材內(nèi)容。更多的預(yù)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(nèi)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(xùn)，會(huì)要求他們自身有一定開發(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，在游戲開發(fā)和動(dòng)畫制作的應(yīng)用。前些年，許多團(tuán)隊(duì)都比較需要這個(gè)功能，目前超過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(diào)，要花費(fèi)大量時(shí)間跟成本。不過，對于許多小團(tuán)隊(duì)來說，他們不會(huì)去考慮六七十萬以上的動(dòng)作捕捉系統(tǒng)。因此我們方案，能夠在50平方米以內(nèi)實(shí)現(xiàn)2個(gè)人的動(dòng)捕，并且把成本控制在20萬以內(nèi)。
青瞳視覺的3種小相機(jī)方案
隨著技術(shù)的發(fā)展，動(dòng)作捕捉技術(shù)越來越成熟。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。
我們剛才說的是影視動(dòng)畫和教育方向，在精準(zhǔn)醫(yī)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(yī)學(xué)院學(xué)生的。
現(xiàn)在醫(yī)療包括精準(zhǔn)醫(yī)療，用了三維數(shù)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(shù)據(jù)，構(gòu)建人體模型，還包括醫(yī)學(xué)院的培訓(xùn)，也有較好的應(yīng)用。
醫(yī)療領(lǐng)域除了像NDI是用于臨床，杜克大學(xué)是用于醫(yī)學(xué)院學(xué)生的培訓(xùn)。此外，還有用于康復(fù)評估，比如醫(yī)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(shù)據(jù)，并有針對性地推出治療方案。
以下是動(dòng)作捕捉應(yīng)用的幾個(gè)主要的方向：
1、虛擬現(xiàn)實(shí)主題樂園
2、軍事、模擬訓(xùn)練
3、教育上：科研實(shí)驗(yàn)，實(shí)訓(xùn)教室
4、影視制作，游戲開發(fā)
5、精準(zhǔn)醫(yī)療，輔助康復(fù)評估
6、步態(tài)分析
7、工業(yè)上：虛擬裝配，仿真
8、人機(jī)功效
9、無人機(jī)飛控表演
因?yàn)橹v得比較雜，我把相關(guān)的幾塊都羅列出來。
工業(yè)應(yīng)用方面
運(yùn)動(dòng)捕捉及分析系統(tǒng)為汽車等工業(yè)研究領(lǐng)域提供非入侵式、高精度、實(shí)時(shí)、三維數(shù)據(jù)，用于分析和改進(jìn)產(chǎn)品，預(yù)防事故及減少損傷等。開發(fā)的整個(gè)過程中，全面采用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，在轎車開發(fā)的造型、設(shè)計(jì)、計(jì)算、試驗(yàn)直至制模、沖壓、焊接、總裝等各個(gè)環(huán)節(jié)中的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)聯(lián)為一體的綜合技術(shù)，使工業(yè)裝配比如汽車設(shè)計(jì)的開發(fā)、制造都置于計(jì)算機(jī)技術(shù)所構(gòu)造的嚴(yán)格的數(shù)據(jù)環(huán)境中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，大大縮短了設(shè)計(jì)周期，提高了市場反應(yīng)能力。
動(dòng)作捕捉技術(shù)已成為數(shù)字化工業(yè)制造技術(shù)和生產(chǎn)流水線的重要應(yīng)用環(huán)節(jié)，針對工業(yè)產(chǎn)品利用該技術(shù)可優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，通過虛擬裝配避免或減少物理模型的制作，縮短開發(fā)周期，降低成本;同時(shí)通過建設(shè)數(shù)字工廠，直觀地展示工廠、生產(chǎn)線、產(chǎn)品虛擬樣品以及整個(gè)生產(chǎn)過程，為員工培訓(xùn)、實(shí)際生產(chǎn)制造和方案評估帶來便捷。使企業(yè)內(nèi)各負(fù)責(zé)部門之間的交流變得更加容易，不僅大大縮短了企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的時(shí)間，而且也為其產(chǎn)品的宣傳、銷售贏得了先機(jī)。
在人機(jī)功效方面
運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)、工程力學(xué)、工程學(xué)、人機(jī)工效學(xué)等相互結(jié)合引領(lǐng)了動(dòng)作捕捉技術(shù)應(yīng)用新領(lǐng)域。光學(xué)動(dòng)作捕捉及分析系統(tǒng)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(shè)計(jì)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(tǒng)為用戶提供精確及時(shí)的數(shù)據(jù)，將人、對象、環(huán)境之間的相互關(guān)系、協(xié)調(diào)性和人性化聯(lián)系起來，使得作業(yè)更能夠與人相適應(yīng)，減少失誤和對健康的損害，提高安全性、工作效率。
結(jié)合機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域方面
動(dòng)作捕捉設(shè)備在機(jī)器人研究、機(jī)械臂、無人機(jī)等機(jī)械及自動(dòng)化領(lǐng)域研究中至關(guān)重要。同時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)行關(guān)節(jié)生物力學(xué)處理和分析報(bào)告，使得機(jī)械仿生運(yùn)動(dòng)捕捉具有針對性和更高的可信度。
機(jī)器人領(lǐng)域的研究中，動(dòng)作捕捉系統(tǒng)主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面
1、生物優(yōu)化：采集各個(gè)關(guān)節(jié)、肢體的運(yùn)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(shù)據(jù)，并以這些真實(shí)的高精度數(shù)據(jù)作為仿生機(jī)器人的研發(fā)基礎(chǔ)，調(diào)整并優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。
2、仿生機(jī)器人的動(dòng)態(tài)反饋：對所研發(fā)的機(jī)器人進(jìn)行測試，監(jiān)控其運(yùn)動(dòng)姿態(tài)、肢體及關(guān)節(jié)發(fā)力情況，采集相關(guān)的運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)，與所模擬生物體的真實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整所研發(fā)仿生機(jī)器人的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)，使其與真實(shí)的生物體達(dá)到最高程度的一致性。
康復(fù)評估領(lǐng)域
動(dòng)作捕捉設(shè)備應(yīng)用于康復(fù)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,并根據(jù)所提供的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)、生物力學(xué)參數(shù)和運(yùn)動(dòng)中骨骼肌的肌電活動(dòng)參數(shù)的變化, 客觀實(shí)時(shí)地進(jìn)行康復(fù)治療方法的選擇及療效評定是切實(shí)可行的。有效改善現(xiàn)有理療手段，創(chuàng)造新方案幫助殘疾人最大限度地開發(fā)潛能，恢復(fù)其獨(dú)立生活、學(xué)習(xí)、工作、回歸社會(huì)、參與社會(huì)的能力。
電影藝術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域
隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和硬件技術(shù)的高速發(fā)展，計(jì)算機(jī)特技的應(yīng)用在現(xiàn)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(jì)算機(jī)特技制作技術(shù)給觀眾帶來了全新的感受。
運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)在電影中可用來實(shí)現(xiàn)CG特效，這在某些情況下取代了賽璐璐動(dòng)畫。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(dá)》中的 Na'vi族, 以及 《創(chuàng)世紀(jì)》中的Clu。
攝影機(jī)運(yùn)動(dòng)也可通過動(dòng)作捕捉設(shè)備采集到，演員表演時(shí)，攝影師即可現(xiàn)場驅(qū)動(dòng)虛擬攝像機(jī)搖擺、傾斜或圍繞舞臺(tái)移動(dòng)，該系統(tǒng)設(shè)備還可以捕捉相機(jī)、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(jī)的視頻圖像一樣具有相同的角度。
計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并展示演員的動(dòng)作，根據(jù)場景中的物體即可得到所需的攝像機(jī)位置。從捕獲的連續(xù)鏡頭中獲取攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)被稱為匹配移動(dòng)或相機(jī)跟蹤。
黑匣60Minutes問答
青瞳在VR方面的主要方案有哪些?
目前青瞳視覺主要產(chǎn)品是在MC300上繼續(xù)完善的MC1300，還有在此基礎(chǔ)上不斷完善的動(dòng)作捕捉系統(tǒng)。此外，面部捕捉和小相機(jī)方案也正在研發(fā)。目前，MC1300對應(yīng)的參數(shù)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(jī)捕捉視場角(FOV)是70°x90°。精度比較高，達(dá)到亞毫米級別。
目前為止，青瞳視覺的定位主要在動(dòng)作捕捉和空間定位相機(jī)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。首先是主題樂園，主要因?yàn)?016年這一塊非常火爆，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(dá)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，在主題樂園和一些場合應(yīng)用。這個(gè)方案會(huì)存在一些累計(jì)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(jī)，也是考慮到線下體驗(yàn)。首先，一個(gè)店的前提投入預(yù)算是30萬-50萬，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15萬左右的小相機(jī)空間定位方案，在體驗(yàn)店里可以做到3到4人的空間定位。20萬以內(nèi)的方案即可支持2個(gè)人的動(dòng)作捕捉，這對于他們來說比較能承受得起。
為什么需要有多人交互?
線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(yàn)。但是真正在一些主題樂園，包括在一些比較重頭的場景中，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(duì)。那體驗(yàn)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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