Diseñar un escenario para captura de movimiento

La captura de movimiento o Motion Capture (MoCap) es una artesanía digital que requiere de múltiples conocimientos, iluminación, fotografía, procesado digital de imágenes, trigonometría, etc. y una serie de equipamientos que hasta hace poco sólo estaban al alcance de compañías de Hollywood y universidades del primer mundo.

Esta página es una guía sobre como diseñar una escena para capturar movimiento en tiempo real con tecnologías de software y hardware abierto. Para capturar movimiento en dos dimensiones, podemos utilizar una cámara Pixy. Pero si incluimos más cámaras al sistema, esta red de cámaras puede capturar el movimiento en tres dimensiones de los marcadores en el espacio.

Tipos de marcadores y distancias que se pueden cubrir

Existen dos tipos de marcadores: activos y pasivos. Los activos son los que tienen una fuente de luz incorporada -normalmente leds infrarojos- y los pasivos son aquellos que reflejan la luz externa proveniente de un foco junto a la cámara.

A partir de nuestra experimentación, esta sería una guía aproximada de las distancias que se pueden cubrir.

Tipo de marcador
VisibilidadRangoDescripcion
Pasivo esféricoTodas direcciones4 ~ 10 mDepende del tamaño del marcador y la resolución de la cámara.
Pasivo esférico, pintadoTodas direcciones3 ~ 7 mDepende del tamaño del marcador y la resolución de la cámara.
Pasivo PlanoLimitada: +/- 45°4 ~10 mMucho más barato. Depende del tamaño del marcador y la resolución de la cámara.
Activo, un LED Limitada: +/- 60° 10 mMuy barato. De pequeño formato pero necesita batería.
Activo, un LED
con esfera difusora
Limitada: +/- 270 4,5 mBarato, requiere de esfera difusora. De pequeño formato pero necesita batería.
Activo esférico,varios LEDsTodas direcciones20 mMayor tamaño, funciona también en exteriores, necesita batería
Activo plano,
varios LEDs
Limitada +/- 90°20 mMayor tamaño, funciona también en exteriores, necesita batería

Como vemos, no existe un tipo de marcador único, sino que debemos elegir aquel que se adapte mejor a la escena que queremos cubrir y nuestro presupuesto.

Si vas a usar leds, puedes elegir cualquier led infrarojo, aunque recomiendan los que tengan mayor angulo como estos Ultra Wide Angle 850nm.

Marcador pasivo DIY

Los marcadores pasivos comerciales suelen ser caros, pero muy buenos. Disponen de una superficie porosa muy reflectante. Si por el contrario queremos hacerlos nosotros mismos podemos comprar el spray reflectante Albedo 100 y pintar las bolas o superficies que queramos utilizar como marcadores, idealmente una pelota de ping-ping. Este spray es muy eficaz, aunque requiere saber pintar, tiene su técnica pintar las bolas sin que se produzcan gotas y que el polvo reflectante se distribuya uniformemente.

 

 

 

Los marcadores pasivos requieren de una fuente de luz muy cercana al objetivo, normalmente utilizaríamos anillos de leds que se colocan alrededor de la lente. En esta foto hemos dotado a la cámara Pixy de un anillo de leds universal. Estos anillos alcanzan pocos metros para la Pixy. Requiere de leds más potentes o más número. Hemos encontrado este otro anillo de 48 leds infrarojos, pero no lo hemos probado.

 

 

Marcador activo DIY

Para hacer un marcador activo necesitarás, una batería, un led y una resistencia. Existen calculadoras de leds online para ayudarte a encontrar el valor óptimo de la resistencia a partir del led que tengas.

 

Hemos diseñado este pequeño marcador activo con unas baterias Lipo de quadcopter, un led infrarojo, y una pelota de ping pong.

Presumimos de que sea el marcador activo (con difusor) más barato del mundo, solo necesitas:

Optimizando la escena

Tanto si se utiliza una captura con luz visible como infrarroja, las personas o objetos que entren dentro del radio de acción de la cámara deberían vestir un color uniforme a ser posible similar al color de fondo. Normalmente se elige blanco o negro en función de la escena.
En función de si elegimos marcadores activos o pasivos, nos enfrentaremos a diferentes restricciones. Si utilizamos marcadores activos, tendremos el problema de que no reflejan en todas direcciones. Si utilizamos marcadores pasivos, estaremos limitados por la potencia de la luz con la que iluminemos la escena. Además de que para que la superficie reflectante refleje correctamente, la fuente de luz tiene que colocarse rodeando la cámara.

Izquierda: Marcador activo con esfera difusora.
Derecha: Quadcopter con marcador pasivo.

En ambas imágenes el sistema podría confundirse debido a que detecta varios puntos de luz. En el  activo se ven tanto el led como la luz reflejada en la pelota, y en el pasivo podemos ver también la mano que sujeta el objeto.

Para reducir estos problemas trabajaremos con los valores de Exposición de la cámara, reduciéndola hasta que no encontremos falsos positivos, o aumentándola en caso de que no veamos nada. Si usamos marcadores pasivos, podremos también ajustar la intensidad de la lámpara.

Una red de cámaras wireless para motion tracking

En otra entrada vamos a explicar en detalle como añadir a la cámara un shield wireless. Hemos creado una sencilla placa PCB que es un shield Wifi para Pixy, utiliza una placa Wemos D1 MiniNodeMcu con un ESP8266 que ejecuta el software OpenLightMotion Nodes. Esto nos permite colocar cualquier cámara en cualquier lugar sin restricciones de espacio.