光学动态捕捉技术(6篇)

daniel 0 2024-09-18

光学动态捕捉技术篇1

[关键词]三维动画;Avatar;3D电影;电影科技

电影巨片Avatar被誉为电影史上具有里程碑式的3D精品,它为电影音乐视觉传达和3D特制效果的发展奠定了一个新高度,它的热映在带给观众一场视听盛宴和创造票房奇迹的同时,从中也可以观察到3D立体电影的最新制作技术及将来发展的趋势,它将3D立体电影的优势发挥到了淋漓尽致,整个Avatar的画面极致完美,细腻的人物造型和唯美的画面都让我们大呼过瘾:潘多拉星球上,古木参天的大树,飞流直下的瀑布、无数的漂浮的大山在空中游荡、似含羞草的粉红植物、旋转飞行的“蜥蜴”、夜间发光的森林,似水母般在空气中游动的树种,很多纳美族人一起骑着飞行坐骑的大鸟自由地飞翔,在空中悬停、盘旋,从高空俯冲……这一切都是以三维动画技术作为表现手段,分寸拿捏得恰到好处,而并非以单纯的感官刺激来博取观众的注意力,本文分析3D动画技术在本片中的运用。

一、技术应用及创新

较其他几部3D电影,如《带我去月球》《非常小特务3游戏结束》《死神来了4》《深渊幽灵》《地心游记3D》等,Avatar的画面具有更强的纵深层次感,能带给观众更好的现场感受。在Avatar中,特技镜头多达3000多个,PC动画场景约占60%,可谓史无前例。在摄影棚里,没有凶狠的怪兽,没有茂密的丛林,没有怪异的外星人,演员们穿着布满了“标记点”的紧身莱卡服装拿着布满“捕捉点”的道具和外星人的CG(计算机图形)镜头可以同步无间地互动,展示了遥远的潘多拉星球的奇特的梦幻世界。

Avatar中,身临其境的效果到处存在,比如:杰克骑在翼兽背上,在悬浮山之间时不时玩一下高空俯冲、侧飞,地球人玩的高尔夫球朝观众迎面滚过来等,卡梅隆使用了四项突破性技术:(1)虚拟摄像机技术,(2)表情抓取,(3)动作捕捉技术,(4)联合数字立体摄影机。这四项技术创新给座位上的观众带来了身临其境的潘多拉星体验感觉。

二、虚拟摄像机技术

虚拟摄影机指PC动画制作软件中用于拍摄3D场景以获取3D影像的虚拟摄影系统,它并不是一台真正的摄影机,但也具备变焦距、调焦点、镜头拉近拉远以及具有不同规格的靶面尺寸等基本功能,它与运动捕捉系统相配合,可以灵活完成对虚拟场景的采集,将摄像机的移动和专门的定制软件界面结合起来,获得更加完美的3D影像,让摄影师在虚拟的环境中有身临其境的感觉,它不需要端着摄像机进行移动,不需要调节海量的关键帧。目前,虚拟摄像机技术主要应用于3D虚拟世界游戏,比如《塞尔达传说》《生化危机》《最终幻想》《马里奥卡丁车》《超级街霸》等游戏,通过实时的虚拟相机运动捕捉,可以用来确定虚拟坐标,进行取景拍摄,并完成复杂背景中的迭代,这带给观众的是一个用数字的方式表现出来的极为真实的虚拟世界。

在Avatar中,卡梅隆开发了虚拟摄影机系统,改进了虚拟3D摄影移轴技术,消除了普通3D摄影技术带来的梯形变形以及清晰度差异的问题,大大提高3D影像的质量效果,同时,使用动作捕捉来驱动虚拟摄像机可以大大减少创作的工作量,卡梅隆通过虚拟摄影机来指挥演员进行表演,演员通过佩戴无数感应器“捕捉点”进行“行动拍摄”,PC对所拍摄得到的相关数据直接进行相应处理,将其所代表的虚拟角色按预制比例直接在监控器中显示出来,这样不仅令演员可以同步与数字环境进行互动,同时也为导演进行有效指导调配行了极大方便,导演即可以时调整和指导每一场戏,在第一时间看到真人表演同虚拟场景结合后的视觉效果,

协同工作摄影机(Simulcam)令CG场景呈现出高度仿真的效果。布满在摄影棚顶部的140个数字摄像机是这个系统的核心设备,140台数字摄像机从多个角度全部对阵正在表演的演员,捕捉从演员身上的“捕捉点”发射出来的光线,并将捕捉到的数据传送到后台PC进行组合分析处理,从而得到高度拟真的CG场景,比如片中的杰克经过瀑布时,我们看到有很多水珠溅到他的脸上,其实这些背景都是通过电脑贴进镜头里的,虚拟摄像机技术的应用让CG画面也像实拍一样真实。

三、动作捕捉技术

动作捕捉技术是影视动画制作中的新技术,动作捕捉技术,即在进行动作捕捉时,表演者穿着特殊的服装,演员的关键部位(如关节、髋部、肘、腕等)设置跟踪器,由动作捕捉系统捕捉跟踪器位置,然后传送到PC,PC再对数据进行分析和处理,并计算其在每一瞬间的空间位置,进而得到其运动轨迹,并将这些动作数据信息赋予计算机中的虚拟角色,这样,动画师可以在计算机产生的镜头中调整、控制运动的演员,动作捕捉系统主要由跟踪器、信号捕捉设备、数据传输设备、数据处理设备4部分组成,其中,跟踪器是向动作捕捉设备提供物体运动的位置信息,信号捕捉设备是负责捕捉位置的信号,数据传输设备负责将动作数据从信号捕捉设备传送到数据处理设备,数据处理设备是负责对动作捕捉系统捕捉到的数据进行修正、处理和3D建模。在进行动作捕捉时,演员身穿布满“跟踪器”的数据衣在导演的安排下进行各种动作表演,悬挂在工作室的顶棚的若干台摄影机就能够通过追踪跟踪器来捕获对应的“捕捉点”的运动数据信息,对于空间中的一个任意点,只要它能同时被两台摄像机所拍摄,则可以根据同一时刻两台相机所拍摄的图像和相机参数,确定这一时刻该点在空间中的位置,将捕获的数据信息存储到后台数据库中,后台计算机进而计算得出“捕捉点”在3D空间内的坐标,若摄像机以较快的速度拍摄,比如每秒钟拍摄60张图像,由这60个3D空间内的坐标可以得出物体运动路径,最后将相应“跟踪器”的数据映射到虚拟角色对应的部位上,虚拟角色的动作就可以和演员的真实表演相匹配。

Avatar电影中运用“动作捕捉(MotionCapture)”技术时十分严格,主要是由布满捕捉点的紧身衣裤和影片摄影棚内架设的“协同工作摄像机(Simulcam)”来完成此工作,从而令CG场景呈现出高度逼真的效果。Avatar所采用的动作捕捉系统由GiantStudio制作完成,这套系统采用动态线性技术,也是当前惟一能提供精准标定的技术,可以实现室外日光直射条件下使用的动作捕捉,可极其精确地捕捉复杂动作,并有着强大系统推测能力和阻挡区域补充能力,能使用户可以在同一时间观察到目标某个细微动作。系统首先,采用小型的4点标定装置来定义XYZ轴;然后,使用500mm棍(用于较大体积的动作捕捉)或者150mm棍(较小体积的动作捕捉)来建立镜头的线性参数。如果镜头移动,重新标定仅仅需要很少的几分钟,不像其他采用栅格技术的动作捕捉系统那样需要消耗很多时间,令人厌烦;动作捕捉技术的应用,使卡梅隆团队创造出了Avatar中真实度很高的纳维人。

四、表情抓取技术

表情抓取技术是指在拍摄过程中抓取演员表情的电脑图形技术,它和动作捕捉技术原理相似,只是它用来捕捉演员面部喜怒哀乐的表情,卡梅隆为了更好地拍摄到逼真的表情,建立了一个很大的专门表演舞台,在舞台四周布满了多达140个固定摄像头,从每个角度拍摄演员表演的全部信息。拍摄时,表演的演员身着布满“捕捉点”的表演服,戴上一个微型高清摄像头,在距离演员的脸部只有几厘米的地方,采集他们的表情变化,然后将这些表情变化信息全部输入后台数据库,以丰富CG虚拟角色的动作表演。该技术的应用,使得对演员面部表情变化捕捉的清晰度大大提高,甚至连演员眼神上的细微变化都记录下来了。Avatar有超过60%的镜头要通过表情抓取技术完成人物表情的抓取画面,比如:片中杰克和奈蒂莉两情相悦,无论在远景、中景、近景还是特写里面,随着角色情绪变化而改变的面部表情都尽显,他们两人表达爱情时神情的细致程度比得上琼瑶剧中的角色,完全看不出CG制作的迹象,真是使用了表情抓取技术,才制作出纳维人丰富的面部表情。

五、3D立体摄影机

传统的立体电影一般都由3D技术制作而成,影片的造价十分昂贵,为了解决立体电影片源的问题,卡梅隆团队耗时3个月自主研发了专门用来在CG画面里拍摄的3D立体摄影机,将两台摄像机连接成同一套3D立体摄影系统,其实质上是相当于制造出一台同时拥有两个镜头的立体摄像机,该3D摄像机的核心就在于摄像镜头表面覆盖了一种特殊的光学薄膜,同时,将原本水平放置的双机改为垂直放置,于是水平方向镜头分成了N条极细小的条纹,每个条纹一一对应显示像素,而且相邻的两行条纹拥有完全不同的偏振方向,光线可以被光学薄膜均分,分别进入左右摄影机记录下左右眼影像。图像控制电路让奇数行和偶数行分别显示左右眼的画面,如果观众带上偏振眼镜,每只眼睛就只能看到隔行的画面。例如,左眼看到的是2、4、6……行,右眼看到1、3、5……行,这样,就可以呈现立体效果。此系统使用两台索尼HDC-F950高清摄像镜头,其支持4:4:4高档数字电影的拍摄和多种高清扫描格式,采用了全新的220万像素的PowerHADFITCCD,应用了先进数字信号处理技术,提供自适应高亮度处理、拐点饱和度控制、三肤色细节校正、多区彩色校正、自适应细节控制、黑伽玛扩展等功能,该摄像机在拍摄的同时可以通过显示器监控到同步的3D立体图像,在拍摄时使拍摄的错误内容得到及时的纠正,降低了以往3D拍摄方法造成的资源浪费,去除了后期合并的繁杂工作,拍摄出现今最具立体感的画面。

六、结语

随着3D技术的飞速发展,它已经被广泛地认为是一种重要的影视技术手段。它能够实现以往不能表现的效果,可以提供给制作者以更广阔的创作思维和想象空间,同时也给观众带来了无与伦比的视觉享受。通过Avatar,卡梅隆不仅将电影制作技术提高到了一个全新的层次,同时也让人们看到了3D电影的巨大潜力。

[参考文献]

[1]贾云鹏.作为技术史的艺术史――从《阿凡达》看电影技术的变革[J].北京电影学院学报,2010(03).

[2]齐秀芝.《阿凡达》:技术与艺术的完美“化身”[J].电影文学,2010(12).

[3]詹姆斯•卡梅隆.Avatar的艺术――詹姆斯•卡梅隆的史诗征程[M].长沙:湖南美术出版社,2010.

光学动态捕捉技术篇2

提到安迪・瑟金斯(AndySerkis)的时候你很可能并不知道他是何许人也,但是看看他参演的作品,从《指环王》的咕噜、《猩球崛起》的凯撒到《丁丁历险记》的阿道克船长,每一部都是具有开拓意义的视效大片。

和其他演员不同的是,安迪在表演时总是一成不变地身着一件布满电路的紧身衣和头套,这就是“动态捕捉”。此前,动态捕捉总是被看成是一项技术,但现在大家渐渐接受了这个事实:它也是表演的一个新领域。

安迪从未露出真颜,却凭传神的表情和动作,成就了超越传统概念的虚拟角色,或风趣活泼,或分裂痛苦。凭借在《猩球崛起》中成功扮演了猿族领袖“凯撒”一角,福克斯公司正在全力为安迪争取奥斯卡最佳男配角提名。

毫无疑问,发展成熟的“动态捕捉”技术早已成为现今电影拍摄的主流,但古板的学院评委们似乎对这个大范围应用了十年的“新事物”心存疑惑。早前,安迪就曾凭借《指环王》中扮演的咕噜一角被提名过几个最佳男配角奖,但最终没能过得了评委这一关。

同样郁闷的还有詹姆斯・卡梅隆。他的3D巨制《阿凡达》虽然囊括9项奥斯卡提名,但影片的主演们同样因为采用了动作捕捉技术而在颁奖礼上铩羽而归。1995年的时候,詹姆斯・卡梅隆就有了拍摄《阿凡达》的想法,尽管他找到了D2和工业光魔两家顶级的特效公司,可当时的技术水平远不能达到卡梅隆的要求。这个梦想直到2009年才得以实现,《阿凡达》中超过60%的镜头都要通过动作捕捉来完成,因此演员们都必须身着表演捕捉服,还有装备着微缩高清摄影头的帽子。这些摄影头离演员面部只有几英寸,主要采集他们的面部表情以及眼球的细微活动,然后将其输入数据库以丰富CG虚拟角色的动作表演。

演员的表演是基础,而不是全部。这就是“动态捕捉”演员无法被完全认同的原因。不过,这个局面可能会发生改变,自从《好莱坞报道》第一个大胆预测安迪将夺得奥斯卡最佳男配角奖之后,《时代周刊》、《滚石》、《洛杉矶时报》等也给予了同样的支持。一头“猩猩”能不能获奖,这是今年颁奖季最大的悬念。

《科学怪人》

鲍里斯・卡洛夫可能要算是特种演员的鼻祖了。1931年,《科学怪人》上映。凭借在其中扮演弗兰肯斯坦,卡洛夫名声鹊起,甚至一度成为了“怪物演员”的代名词。为了将角色的恐怖最大化,卡洛夫的化妆常常要花上4个小时的时间,化妆师在卡洛夫头部垫上棉布卷,使他看上去更高且头部呈方形。同时,他们还在卡洛夫的脖子两侧安上电极,脸上涂上了厚重的粉,使他看上去冷漠麻木。神奇的是,在“去人化”的装扮下,他仍能传达出悲伤。

《哥斯拉》

如果评选出全世界最著名的怪兽,那么最终的角逐一定会发生在金刚和哥斯拉之间。1954年版的《哥斯拉》由手冢胜己、中岛春雄两位演员交替戴上皮套饰演哥斯拉一角,因此常被其他演员取笑。为了达到最好的效果,中岛特意到野生动物园彻底地研究象和大猩猩的运动。最初版本的皮套采用了橡胶作为材质,尽管外型上更加逼真,但其净重就超过150公斤,演员无法灵活活动,所以剧组最终采用了塑料制的哥斯拉。尽管如此,其重量也高达63公斤之重。

《指环王》

当彼得・杰克逊开拍史诗三部曲《指环王》时,他就相中了安迪・瑟金斯独特而多变的声线,邀请他为片中的怪物咕噜姆配音。因为发现自己很难融入一个虚拟的角色,安迪便和彼得商量,索性亲自扮演咕噜,造就了真人电影中首次完全依靠“动态捕捉”完成表演的角色。由于当时的技术十分不成熟,过程非常复杂繁琐,安迪首先要与饰演对手戏的演员演一遍,然后他再单独到狭小的摄影棚中,穿上特制的服装,对着空气再表演一次,以便收集动作,捕捉数据。

《丁丁历险记》

这是一部全程在摄影棚内完成的电影,对演员来说难度很大,所有演员都穿着动态捕捉的装备上阵,由于看不到任何真实环境和道具,一切需要发挥想象力。斯皮尔伯格说:“演员们在镜头前表演时,摄影机捕捉到他们在生理上的、心理上的所有变化信息,而我在监视器上看到的是一个完完全全的数码形象,这个数码形象将会变成片中那些栩栩如生的人物角色,并最终被融合到由CG特效做出的各种背景环境中。”

光学动态捕捉技术篇3

关键词:甲醛;甲醛的危害;甲醛的检测方法;甲醛的控制。

1、家具的甲醛污染

随着人们生活水平的日益提高、人类对居室装修的标准及家具材料的环保性日益重视。家具中游离的甲醛超标问题,已成为目前人们选择家具考虑的首要问题。

目前市场上出售的家具90%以上是由UF树脂胶粘合而成的胶合板制成。由于UF树脂胶制备简单、价格低廉,无色、水溶性好、胶合强度高而被广泛使用。但UF树脂胶在制造、使用及固化后的各阶段,都会释放出甲醛,即使在装饰加工之后仍有游离甲醛释放造成室内污染。

2001年8月24日上海解放日报公布了对70家企业销售的家具甲醛含量的抽检结果:用穿孔法测定有半数产品超过40mg/100g,最高的竟达114mg/100g。又据有关调查报告显示,2001年上半年,我国15个城市约有16%到22.3%的消费者因购买的家具产生异味而诱发疾病。因此,解决板式家具的甲醛释放量超标问题,已是当务之急。

2、甲醛、甲醛的代谢与毒理学效应

2.1甲醛

甲醛又称乙醛,是最简单的醛类,具有杀菌和防腐功能。甲醛是一种无色,有强烈刺激型气味的气体。易溶于水、醇和醚。甲醛在常温下是气态,通常以水溶液形式出现。甲醛是一种重要的有机原料,主要用于人工合成黏结剂,如:制酚醛树脂、脲醛树脂、合成纤维、皮革工业、医药、染料等。甲醛的化学性质活泼,易于其他化合物反应,并可自行聚合为高分子的多聚甲醛。甲醛聚合物受热易发生结聚,在室温下放出微量气态甲醛,为减少其聚合,常在甲醛中加入甲醇或其他物质作为稳定剂,加入甲醇的浓度可达到15%。[1]聚集大量纸张和油墨的档案室、有大量藏书的图书馆等都是空气中富含甲醛的危险地区。[2]

2.2甲醛的代谢

甲醛易经呼吸道、胃肠道吸收,经皮肤吸收甚微。鼻腔是甲醛的主要沉淀部位,大鼠吸入甲醛含量以肺部最高,其次是血、脑、肝、肾。[3]甲醛的生物转化可使其解毒。进入体内的甲醛一部分不与大分子反应,迅速被细胞中的依赖谷胱甘肽(GSH)的甲醛脱氢酶(FDH)和线粒体中不依赖GSH的醛脱氢酶(aldehydedehydrogenaseAldDH)氧化为甲酸盐,大部分进一步氧化为二氧化碳后经呼吸道排出。小部分以甲酸盐形式经肾脏岁尿排出。甲醛氧化通路的限速步骤为甲酸(甲酸盐)向CO2[4]的转化。甲醛也可以和阻止中的氨基酸、蛋白质、核酸共价结合形成加合物。[5]

2.3甲醛的毒理学效应

a、刺激作用

甲醛的主要危害表现为对皮肤黏膜的刺激作用,甲醛是原浆毒物质,能与蛋白质结合、高浓度吸入时出现呼吸道严重的刺激和水肿、[6]眼刺激、头痛。

b、致敏作用

皮肤直接接触甲醛可引起过敏性皮炎、色斑、坏死,吸入高浓度甲醛时可诱发支气管哮喘。

c、致突变作用

高浓度甲醛还是一种基因毒性物质。实验动物在实验室高浓度吸入的情况下,可引起鼻咽肿瘤。

d、甲醛的突出表现及生殖毒性

头痛、头晕、乏力、恶心、呕吐、胸闷、眼痛、嗓子痛、胃纳差、心悸、失眠、体重减轻、记力减退以及植物神经紊乱等;孕妇长期吸入可能导致胎儿畸形,甚至死亡,男子长期吸入可导致男子畸形、死亡等。

3、甲醛的检测方法

3.1穿孔法测定值

用穿孔萃取法测定的从100g人造板中萃取出的甲醛量(单位:mg/100g)

提示:国际上建议的分类:E1

3.2干燥器法测定值

用干燥器法测定的试件释放于吸收液(蒸馏水)中的甲醛量(单位:mg/L)

3.3气候箱法测定值

以标准规定的气候箱测定的试件向空气中释放达稳定状态时的甲醛量(单位:mg/m³)

4、控制甲醛释放量的措施

4.1使用甲醛释放量达到E1级或E2级或无甲醛含量的人造板基材。

使用E1级或E2级的人造板制造家具,再通过家具的装饰方式进行有效封闭,家具的甲醛释放量就有可能达标。无甲醛含量的人造板大多是使用非醛系粘合剂制造的。非甲醛系粘合剂主要指聚氨酯,乙烯基脲树脂,环氧树脂,以及不饱和聚酯树脂等。也可以使用添加了甲醛捕捉剂的脲醛树脂,这些捕捉剂往往与甲醛有较高的反应活性,例如:尿素,硫脲,淀粉,三聚氰胺,聚乙烯醇,低级醇(含碳3-5)等,而且它们不仅能降低甲醛含量和释放量,同时对脲醛树脂还有改性作用。

4.2使用具有甲醛捕捉性的装饰板

由于采用直接向甲醛系树脂中添加有机化合物作为甲醛捕捉刑,会影响到粘合强度,特别是初期的粘合强度,所以有人采用在装饰板的纸质基材上制造甲醛捕捉层,以及在其表面保护层中加入甲醛捕捉剂的方法,用来有效地捕捉从其内层材料(胶合板,刨花板和中密度纤维板)中释放的甲醛,同时也可捕捉从室内其它物品中放出的甲醛。直接使用它来进行家具的表面装饰,效果很好,但成本较高。

4.3在家具内部贴含水溶性甲醛捕捉剂的纸

这种纸上附着的水溶性亚硫酸氢钠或钾,其可与空气中的甲醛和乙醛反应,生成羟甲基和羟乙基钠或钾,从而达到捕捉甲醛的目的。亚硫酸氢盐和乳液混合后涂布在纸质上,形成含有水溶性物质1.0—50g/m2的具有捕捉甲醛性能的纸。它可贴在家具的内侧,吸收家具里释放的甲醛。

4.4对脲醛树脂木制品进行后处理。

对用甲醛系树脂胶制得的木制品,可用氨水,氯化胺或尿素的水溶液进行清洗或浸渍,以达到其加工或使用的过程中减少甲醛的释放量。对热压纤维板,可将其放置于真空容器中,在25~45和(6.27~6.93)×104Pa的条件下.处理30~40分钟.可减少20%的甲醛释放量。

4.5常用方法去除甲醛。

开窗通风;绿色植物吸收;放活性炭;纳米光催化技术:利用纳米光催化分解甲醛;遮盖技术(喷雾、粉刷):对污染源进行遮盖处理;氧化技术:利用强氧化特性,分解污染;甲醛分解技术,利用贵重金属铂金在常温下把甲醛分解成二氧化碳和水。使用除甲醛的喷雾或者喷雾剂比如(除甲醛剂、AQ空气净化喷雾)

5、结论

随着国家环保法规的严格实施,环保意识的逐步提高,家具甲醛污染的控制和治理越来越受到重视。党和政府出台了许多英明决策,各级政府和有关部门通过各项具体活动,认真落实家具环境污染甲醛治理工作就有了保障。就能实现人和自然的和谐发展,家庭和社会的和谐发展。

参考文献:

[1]朱桂珍.甲醛中毒的诊断与治疗(J).临床药物治疗杂志,2006,4(1):57—60.

[2]吴嘉慧,吴科颖,宋会荣,等。某高校图书馆甲醛浓度的测定(J).齐齐哈尔医学院学报,2006,27(5):583—584.

[3]杨玉花,袭著革,晁福寰。甲醛污染与人体健康研究进展(J).预防医学研究杂志,2005,63,(1)68—71.

[4]LeeB,YulinotoH,SakaiY,etalPhysiologicalroleoftheglutathione---dependentfornaldehydedehydrogenaseinthemethylotrophicyeastCandidaboidinii(J).Microbiology,2002,148:2697.

光学动态捕捉技术篇4

关键词:关键词:EZ-USBFX2;视频捕捉;图像分析

中图分类号:TP311文献标识码:A文章编号:

引言

二十一世纪刚刚开始,就进入了光电产业飞速发展的时代,传统的成像技术渐渐的被数字传感器取代,像素这个词慢慢的被更多的人熟悉,像素代表着一部数字照相机在单位面积

上能表示的点数,像素越高,表明相机拍摄下来的照片越清晰。现在的集成电路技术已经可以将镜头和光线传感器集成到一个小的芯片上,镜头的生产技术一直是国外领先,国内

滞后,现在国内的光电产业处于发展初期,在未来几年中将快速发展起来,尤其是在苏州这个外资众多的地方,技术先进的企业正在这里茁壮成长。

在镜头的生产过程中,除了在生产环境重要防尘、防静电之外,测试环节非常重要,依靠人的肉眼去观察一个镜头上有没有脏点,或者CMOS传感器上有没有坏点,是不现实的,必

须依靠计算机来完成测试任务。本课题就是针对手机摄像头的质量检测而设计的,收集摄像头一般是针孔式摄像机,具有体积小,成本低,携带方便的特点。软件中实现的三个图

像算法,可以基本上解决质量检测的难题。

对于国内来说,目前尚没有成熟的镜头质量检测软件,在检测的时候需要解决实时传输,速度等重要问题,而且衡量镜头质量的参数非常多,所以对于开发人员来说,不仅需要知道

计算机方面的知识,而且在电子和光学方面都要非常的熟悉。在这样的环境下,我决定写一个类似功能的软件,来填补这个空白区域。

在本系统中,可以实现视频的实时显示,随机抓取一帧数据,用3个非常重要的测试算法:MTF,SHADING,PARTICLE,可以对镜头的质量做出准确,客观的评价。对于进行手机摄

像头量产的公司来说,是一个非常有用的工具。

图1系统框图图2模块流程图

1.系统构成及硬件介绍

如图1所示,系统选用的硬件电路上有两个主要芯片,光线传感器(CMOSsensor)和Cypress公司的EZ-USBFX2芯片。

CMOSsensor的主要作用是将光信号转化为电信号,并量化为二进制数据传输给EZ-USBFX2芯片进行打包,是测试系统的目标。

软件系统使用了可视化的开发环境:VisualStudio6结合Microsoft的开发包DirectShow,DirectShow软件系统的结构上按照软件工程的思想进行设计。

DirectShow为多媒体流的捕捉和回放提供了强有力的支持。运用DirectShow,我们可以很方便地从支持WDM驱动模型的采集卡上捕获数据,并且进行相应的后期处理乃至存储到文件

中。它广泛地支持各种媒体格式,包括Asf、Mpeg、Avi、Dv、Mp3、Wave等等,使得多媒体数据的回放变得轻而易举。更值得一提的是,DirectShow提供的是一种开放式的开发环境

,我们可以根据自己的需要定制自己的组件。

2.软件系统的设计

2.1需求分析

本系统的主要模块如下所示(如图2):

在线下载(烧入)模块:完成传感器的配置。

动态检测设备模块:根据系统中的视频设备的数量,动态调整视频设备列表。

视频捕捉模块:将视频从传感器捕捉到内存中并显示。

动态抓取模块:在视频的显示过程中,可以抓取其中的一帧图像并存储。

图像分析模块:实现测试的MTF,SHADING,PARTICLE三个算法。

界面控制模块:根据摄像头的像素,自动调整显示窗口的大小,自适应显示分辨率。

2.2模块实现

主要模块类及其说明

CcaptureVideo:视频显示和控制类,完成与Windows驱动程序的交互,并将视频数据保存到内存中。CsampleGrabberCB:视频捕捉类,可以将视频流中的一帧数据抓取到指定的内

存区域,供分析算法使用。CdialogAnalyse:图像分析窗口类,实现分析图像的三个算法,并将分析结果显示在本窗口中。CcameraShowAndTestDlg:程序主窗口,显示视频流,控

制整个程序的运行。

2.2.1视频的实时显示功能的实现:

视频流的控制操作在CcaptureVideo类中完成,在该类中,使用了DirectShow组件中的ICaptureGraphBuilder2、IbaseFilter、IgraphBuilder、IvideoWindow等类来建立显示链路

视频流从摄像头到显示过程的部分程序实现如下:

HRESULTCCaptureVideo::Init(intiDeviceID,HWNDhWnd)

{

m_bIsActived=true;//是否已创建CCaptureVideo对象标志

HRESULThr;

//初始化过滤器管理器

hr=InitCaptureGraphBuilder();

if(FAILED(hr))

{

AfxMessageBox("Failedtogetvideointerfaces!");

returnhr;

}。。。。。。。

BindFilter(iDeviceID,&m_pBF);//绑定设备到过滤器

m_pGrabber.CoCreateInstance(CLSID_SampleGrabber);//创建抓取过滤器

。。。。。。

CComQIPtr<IBaseFilter,&IID_IBaseFilter>pGrabBase(m_pGrabber);

//设置视频格式

AM_MEDIA_TYPEmt;

ZeroMemory(&mt,sizeof(AM_MEDIA_TYPE));

mt.majortype=MEDIATYPE_Video;

mt.subtype=MEDIASUBTYPE_RGB24;//ORRGB32

hr=m_pGrabber->SetMediaType(&mt);

m_pGB->AddFilter(pGrabBase,L"Grabber");添加抓取过滤器

m_pGrabber->GetConnectedMediaType(&mt);//设置所连接设备的媒体类型

。。。。。。

hr=m_pMC->Run();//显示视频

。。。。。。

}

2.2.2消息传递传送图像数据

视频的显示和抓取均是在主窗口中完成的,而算法的分析是在一个叫“算法分析”的字窗体中完成,因此必须将主窗口中捕捉到的一帧数据,传送到子窗体中进行处理,分析算法

运行完毕后还需要反馈到主窗体中,在Windows环境中,需要用消息实现。

在CdialogAnalyse的头文件中加入消息声明[3]:(程序略)

3.核心算法

MTF表现了一个镜头对所摄物体对比度(contrast)的再现能力。光学中对于正弦条纹对比度的定义是V=(Imax-Imin)/(Imax+Imin),Imax和Imin是指亮度,(这儿人们用矩

形条纹,也一样)。那么MTF就是成像前后此对比度的比:

MTF=Vo/Vi

MTF值和条纹密度(空间频率,lp/mm)的关系是:条纹越密,MTF越低。条纹密到一定程度时,镜头的分辨能力达到极限,MTF值趋近于零。这一极限情况到达得越晚,表明镜头的分

辨力越高。

MTF测试的要求

MTF测试须满足如下要求:

图象数据中取5块测试区域(四角区域和中心区域)

将每个区域中的Y(亮度信号)与一个标准亮度值进行比较,大于标准值的Y定为Ymax,同样小的就定为Ymin

计算每块区域的平均Ymax和Ymin

MTF值=(平均Ymax–平均Ymin)/(平均Ymax+平均Ymin)

把算得的MTF值和标准MTF值进行比较,并将比较结果在应用软件中得到反映

MTF测试源程序

voidgetMTF(float*ShadingMtf,intpixbyte,intpixrow,intpixwidth,BYTE**nimage,floatlightref,intnlightwidth,intnlightrow)

{

//获得5个区域的MTF值

光学动态捕捉技术篇5

关键词:三维角色;动画制作;关键技术

就我国计算机动画产业的发展状况来看,其发展空间非常大。但是,由于种种因素的制约,以至于我国三维动画的发展略有停滞。究其根本原因,除了资金缺乏、整体水平相对落后、缺乏专业教育人才等几项因素之外,技术基础薄弱是最为关键的影响因素。[1]为了稳定我国动画产业的发展态势,必须狠抓三维角色动画制作的质量。基于此,可从应用三维角色动画制作的关键技术为切入点深入分析。

1三维角色动画

从20世纪90年代起,经历了近30年的发展变化,计算机三维动画逐渐走入大众的视野。作为采用计算机三维动画技术的首次亮相,中央电视台、北京电视台在1990年北京第十一届亚运会电视转播中制作电视片头效果明显。[2]这里所谓的三维动画,是新兴动画制作技术的一种表达,即3D动画。3D动画的制作机理:借助三维动画制作软件建立模拟环境――依据动画角色形象构架基础模型及动画场景――结合相应动画剧情设定角色基础模型的运动轨迹――确定并记录其动画设定参数――对角色基础模型进行材质合成――实施着色打光处理――输出,完成动画画面。[3]

在3D动画的制作过程中,不免需要运用到三维动画技术。将技术应用其中,主要目的是模拟真实物体及其动作,达到准确还原物体运动过程的目的。在电视剧制作过程中,采用该技术,主要展现电视剧特效及特技,展现出某些爆破场面、撞击场面,有非常震撼的效果。谈及三维角色动画制作,共包括四个步骤,依次是角色建模(几何建模技术、三维扫描仪技术、图像建模技术和专门的三维角色制作软件)、骨骼创建、蒙皮绑定、运动控制(基本的骨骼系统、专用角色动画制作的模块、运动捕捉技术和三维角色动作生成软件)。[4]尤以第一步和第四步的技术最为重要。各技术的特性突出,在选用过程中,需谨慎,并进行综合考虑,以达到较为满意的三维角色动画制作的效率和质量。

2三维角色动画制作中的关键技术

2.1三维角色动画制作中的建模技术

(1)几何建模技术。在三维角色动画制作中,应用的几何建模技术,即核心建模技术。涉及的内容较多,具体涵盖了表面建模、细分表面建模、多边形建模、NURBS建模以及雕刻建模。关于几何建模法,有相关的三维动画制作软件提供制作基础。但是,仍需要相关动画设计人员的美术功底过关,应对复杂的建模过程。

(2)三维扫描技术。三维角色动画制作中,需要对演员或表演动物进行全面扫描,以获取相关数据,此时需要应用到三维扫描系统。因此,将对演员或表演动物的表面采样数据过程称为三维扫描技术。其中,构建虚拟三维彩色模型就需要采集角色表面的三维坐标或其皮肤色彩信息。三维扫描技术的制作效率较高,完成复杂的建模过程较快。但该技术的应用,需要投入较高的设备成本。

(3)图像建模技术。该技术应用角色三维模型的构建,其间需要借助数码相机拍摄不同角度的角色形象,从而获取高清相片,使用软件,完成自动合成。该技术的建模效率较高,但是,存在一定的缺陷,即难以对细节进行系统微调,不能确保模型的准确率。

(4)三维角色的建模制作软件。可以完成符合三维角色动画制作要求的一种软件。以角色造型、角色物体等为基准,使相关工作人员创作出角色的头部、四肢等,进而完成基础角色模型。其间,对于需要调整的,可以采用参数盘调节。

2.2三维角色动画制作中的运动控制技术

(1)基本的骨骼系统。关于基本的骨骼系统,一般是由三维动画制作软件提供。借此可创建骨骼指定层级关系。同时,对骨骼进行关键帧设置可以通过手动完成。使用过程中,灵活性较好。此外,为了更便于手动设置骨骼关键帧动画,使其最后动作的效果更加流畅,相关工作者需要了解和掌握正、反向运动学的知识。

(2)专用角色动画制作的模块。以3DSMAX内置的CharacterStudio为例,由于其提供了Bipe骨骼系统,因而减免了手动设置每根骨骼层级关系和各种的IK指定的过程。[5]在创建完整的人物骨骼时,非常便利,单击拖动鼠标于视图中即可。Bipe骨骼系统使用更加方便。另外,在CharacterStudio中,还有自动步迹动画,这对于难度增加的动画无疑是非常有利的。与此同时,其中的运动混合功能可实现多个动作的叠加,完成更加复杂动作的制作。总之,CharacterStudio制作动画效率较高,但是,唯一的不足之处即动画制作中关于复杂动作制作还是不够简便,且动作效果不理想。

(3)运动捕捉技术。谈及运动捕捉技术,其涉及的技术内容较为广泛,与计算机图形学、电子、机械、光学、计算机视觉、计算机动画等技术都有一定的相关性。运动捕捉技术,即通过运动捕捉系统捕捉运动物体关键部位的跟踪器,经计算机分析得出动画制作中应用数据的过程。其后,借助数据驱动三维模型即可生成动画。通常情况下,运动捕捉后的数据有两种途径完成动画制作,其一,直接调入三维动画中驱动三维模型;其二,借助第三方软件实施编辑。

(4)三维角色动作生成软件。三维角色动作生成软件是当下常见的一种应用手法。以Endorphin(英国NaturalMotion公司研发)为例,其可以实现自动生成三维角色动作。在设计模拟角色身体某部分过程中,通过参数设置,可以调整其强度和方向,进而自动产生翻滚的动作。该软件的优势在于,其能够模拟真实的动作。在三维角色动画制作中,一直以来,基于硬件的运动捕捉技术的生产效率和精度受到业内的认可。而三维角色动作生成软件与其不相上下。由于动画制作中,常常需要设置一些极其危险的动作(高空跳楼、撞击等),因而,应用三维角色动作生成软件,效果极佳。危险情况下的动作在制作过程中,较为负责,而该软件通过运用全新的动画制作技术(虚拟演员)可不需特殊的相关捕捉硬件设备而模拟出任何动作。由此可见,三维角色动作生成软件的应用前景极为广阔。

3结语

三维角色动画制作中,其几项关键技术各有所长。在倡导创造精神的新世纪,这些技术均能够为动画制作行业增添光彩。三维角色动画制作的几项关键技术中,运动控制技术是重中之重,在结合角色形象和角色动作需要之后,综合性考虑选用其中的技术,不仅能够让动画角色进行生动、准确的表演,而且对于整个行业的发展也能够起到推进作用。另外,在技术的应用过程中,需要注重角色动作细节的刻画,以追求完美的动画效果。

参考文献:

[1]司建楠.动画角色的动作设计对其性格塑造的探究[D].南京师范大学,2013.

[2]李思H.运动中的人物角色动画的设计与实现[D].北京工业大学,2015.

[3]刘洋,郭荧飞.三维角色动画制作关键技术的几点探讨[J].工业设计,2016(08):188+190.

[4]张兴华,孟艺.浅析运动规律在三维动画制作中的运用――三维角色的行走动画[J].艺术与设计(理论),2013(03):100-102.

光学动态捕捉技术篇6

关键词:音乐;课堂教学;生成性;教学资源

生成性教学资源课堂教学的重要资源。它包括课堂教学活动中所蕴含的,有利于实现课堂教学目标的、能对课堂教学效果产生直接影响的、具有一定课程意义的氛围、环境、信息和机会。相对于预设性教学资源来说,它是不可预知的,具有随机性和突发性。音乐创作是一门思维灵动的艺术,优美动听的旋律往往就在音乐创作者的灵感触发之际生成。音乐课堂是一门教学的艺术,在教与学的过程中也随时会碰撞出思维的火花、艺术的灵光,准确有效地把握生成性课堂教学资源,是提升音乐课堂教学质态的保证,它将使教学锦上添花,使课堂也会因无法预见的意外而精彩。

一、构建平等、开放、动态的课堂教学环境来创造生成性资源

课堂教学是师生教学活动的重要组成部分,学生在知识的海洋中,不断碰撞出知识的火花,而教师则要在营造一个平等交流的氛围中,不断激发学生知识生命的潜能,于是师师、师生、生生、生本之间进行了富有灵性的动态信息交流,在交流中不断引出问题,引发思考,解决问题,反思行为。作为具有思维能力和一定个性的学生,其思维、灵感的火花是需要有一个相应的教学环境的,严肃、拘谨的课堂是无法实现这个目标的,学生只能是教师讲授内容的接收器。因此,教师因围绕课堂教学目标,立足学生的实际及需求,积极营造一种平等、开放、动态的课堂教学环境。构建开放式课堂教学,能有效地组织课堂教学活动,促进学生认知水平、认识能力的提高,增强学生的学习动机和学习兴趣,还能让学生感受到书本知识学习的意义与作用,意识到自己学习的责任和价值。

二、创设有效情境来促成生成性资源的产生

音乐教育是以审美教育为核心的,而审美教育的实质现在通常被理解为情感体验的教育,所以音乐是情感性的。因此,音乐的学习必须要让学生带着情绪带着冲动去探求,这样的课堂才更具审美有效性。

在很多音乐课堂中,由于缺少情境的创设,使一系列音乐活动简单堆积,显然学生学习积极与参与热情大大降低,审美有效性也随之降低。例如,下面请大家一起唱,而后,男声唱,再女声唱,再分角色唱。到底怎么样的情境活动创设是有效的?要理解情境创设的根本目的,于教育于无痕,其中最重要的就是激发学生学习兴趣,真正唤起学生音乐参与,最终实现学生个性发展。其中,有些情境活动是为了让学生体验意境的,通过人文方式来感受的,电有些是在学科范畴内的情境活动,如熟悉音乐的过程,让学生伴奏――让学生学会倾听音乐,感受音乐的和谐之美。展开来说,让学生在经历情感体验中,感受音乐的美,领悟音乐的表现方法,创造音乐的美,深入理解音乐的多元表现形式……情境创设有时是一项活动,有时是一句话,有时则是一种意境,但它都能激发学生的参与,让学生生动参与。具体如何有效,没有模式,只有教师自主因材而定。

三、用敏锐眼光捕捉生成性教学资源

要想将学生在学习过程中生成的单一信息资源,转化为积极的、丰富的生成性课堂教学资源,这取决于教师丰富的课堂教学经验、敏锐的洞察力和灵活的教学机智。教师要有强烈的资源意识,珍惜和用好学生为教学提供的真正的、有价值的生成性资源,使教学活动真正为学生的学习和发展服务。从某种意义上讲,善于捕捉和巧用生成性动态教学资源是一个教师教学艺术的重要体现,也是一个成熟教师的标志,还是一个教师富有教学智慧的标志。

1,捕捉偶发事件。课堂中有些偶发事件的出现,已经激起了学生的好奇心,吸引了学生的注意力。在这种情况下,教师要想让学生重新注意于原定的教学内容是十分困难的。此时,教师可以转而发掘事件中的积极因素,巧妙地将其转化为积极的动态教学资源,服务于课堂教学,从而实现教学目标。

2,捕捉意外事件。在课堂教学中,经常会发生一些被认为是不利于教学发展的事件,对于这些生成的意料之外的信息资源,教师应巧妙地将其转化为能为课堂教学服务的教学资源。

3,捕捉学生的错误。我们对待学生错误的态度和我们对待生活垃圾的认识过程颇为相似。曾几何时,我们认为垃圾就是废物,必欲弃之而后快,而今天,我们终于认识到,没有所谓的垃圾,只有放错地方的资源。我们对待学生错误的态度也经历了这样一个过程。以前,我们一味地讨厌、惧怕学生的错误,殊不知错误也是放错了地方的课程资源。对于学生生成的错误的信息资源,教师应采用比较、概括等方式,引导学生回归到符合学习要求的正确轨道上来。学生的错误是一种真实的、有价值的课程资源,它是一面镜子,以错误为镜,可以知教学之得失。通过学生的错误,教师不但可以发现学生所学知识的缺陷与不足,还可以从中发现他们的学习方法和策略。所以,我们要尽可能地将其转化为积极的生成性动态教学资源,从而在纠正错误的同时让学生从中受益。

四、用辩证观点来看待并摒弃随意性教学行为

注重音乐课堂生成性教学资源,并不是要求教师刻意去追求这种生成性教学资源,并且,更不能为了片面地追求生成性教学资源,而让课堂的随意性泛滥。音乐课的教学效果没有一个具体的检测标准,有无成绩在短时间内无法看出。这样一来,也就使一些不负责任的教师在教学中显得很是随便、随意,没有一个长远的培养目标,有的教师甚至连一个短期的培养目标都没有。课前不作相应的准备,上课时想讲什么就讲什么,讲到哪儿算哪儿。更有甚者,音乐教师凭着一台录音机,一盘教学磁带,让学生看着书,跟随范唱带反复听、反复唱,六、七遍下来,一节课就差不多了。音乐教师的随意性带来学生的随意性,学生在音乐课堂做其他学科作业、其他学科教师借用音乐课进行补课的现象,也就时有发生了。如此,音乐课的教学效果无法得到保证,更谈不上对学生进行审美教育了。

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