Использование прикладных компьютерных программ Poser и DartFish в компьютерном анализе двигательных действий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Саровский физико-технический институт - филиал НИЯУ МИФИ

Кафедра физического воспитания

Реферат на тему

«Использование прикладных компьютерных программ Poser и DartFish в компьютерном анализе двигательных действий»

Работа:

студента группы ИТ-39

В. Алешкина

Преподаватель: Ю.А.Резнов

Саров

2012г.

Введение

В настоящее время высокие достижения в спорте немыслимы без детального, глубокого знания закономерностей построения учебно-тренировочного процесса в целом, в том числе и знания построения техники спортивных упражнений. В помощь развитию спорта пришли высокие технологии и сейчас перед появлением на соревнованиях каждое упражнение проходит тщательный компьютерный анализ.

Компьютерные технологии применяются во всех областях спорта. Если, например, в таких видах спорта, как гонки на автомобилях компьютеры применяются уже практически полвека для анализа и моделирования объектов и ситуаций, то в других областях компьютер начал находить свое применение лишь недавно.

Например, в гимнастике или футболе, компьютерный анализ начал применяться сравнительно недавно. Но, несмотря на это, он сразу предоставил большое количество возможностей для детального разбора спорных моментов. Практически все тренировки спортсменов, разработки системы питания и разборы упражнений не обходятся без компьютерного моделирования.

В этом реферате более подробно рассмотрено применение компьютерных программ DartFish и Poser для моделирования двигательных действий и дальнейшие перспективы развития подобных методов.

Программа Poser. История развития

Программа Poser берёт своё начало, как программа для быстрого совмещения трёхмерных персонажей с плоскими изображениями.

Poser 1-3

В 1995 г была выпушена первая версия этого программного продукта, и тогда он носил имя Fractal Design Poser. В отличие от своего нынешнего состояния тогда это была просто крошечная программа, занимавшая не много места на жестком диске в установленном состоянии (её можно было даже переносить на дискете).

Все начиналось только с базовых фигур мужчины и женщины, такого качества, что подавляющее большинство дизайнеров и графиков рассматривали эту программу только как игрушку. На таком же зачаточном уровне в плане плавности и доступности точной регулировки была и анимация персонажей. Благодаря терпению разработчиков программа продолжала совершенствоваться. Во второй версии она приобрела библиотеку с заготовками для положения кистей и пальцев рук персонажей.

Уже третью версию взяла под своё крыло теперь легендарная команда разработчиков Meta Creations, подарившая следующей выпушенной уже стенах этой компании, четвёртой версии Poser (и не только ей) удивительный, не на что ранее создаваемое не похожий, интерфейс (программы носители Meta интерфейса этого же футуристического стиля: DAZ|Bryce5 (ранее Corel Bryce5), Eovia Carrara Studio 3, Procreate KPT Effects).

Далее был никому не понятный и спешный уход компании Meta Creations с рынка программного обеспечения, и вся её интеллектуальная собственность была распродана другим компаниям. Так Poser приобрёл в своём имени слова CuriousLabs, которое является подразделением корпорации Eggy Sys. При этом качество геометрии фигур и текстур в Poser продолжало расти и цель, поставленная разработчиками, стала почти достигнута. Возросла реалистичность и простота в работе.

Poser 4

Четвёртая версия Poser в установленном виде, без дополнительных моделей и персонажей от сторонних производителей, стала занимать более 400 Мб. В ней разработчиками был достигнут изумительный баланс в простоте добавления персонажа в сцену из библиотеки и общей скоростью работы программы, а так же приличным начальным количеством предметов и персонажей в предустановленной библиотеке программы. Версия программы 4.0 на самом деле имеет номер 4.0.3. Спустя некоторое время, была выпущена довольно серьёзная надстройка над этой программой, она имела название Pro Pack. Её установочный комплект файлов занимал 29,4 Мб, и при установке в программу Poser добавлялось много небольших удобных изменений в панели инструментов, появился отдельный программный модуль для настройки скелета персонажей, возрастала скорость работы и её стабильность. Именно эта надстройка и стала стандартом de Facto, при разработке коммерческих дополнительных моделей. Pro Pack остается им (стандартом) и по сей день, даже после выхода пятой версии программы Poser.

Poser 5

Далее в конце 2002 года был выпущен Poser 5, какая тогда была суматоха на форумах у пользователей, связанная с тем, что необходимо все по новой налаживать, переорганизовывать дополнительные модели и текстуры. Но потихоньку всё утихло и началось привычное освоение программы и повседневные будни. К Poser 5 не выпускалось Pro Pack (в этой версии и так хватало инноваций и передовых идей). Взамен пятая версия поглощала системные ресурсы непропорционально появившимся нововведениям, и разработчики, признав это, зачастили с сервис релизами (тут выпускались и альфы и беты этих сервис релизов) и, в конце концов, остановились на 4.1 сервис релизе. Все они устанавливались только на валидно установленный Poser 5 и потом активировались (для наших людей это выражалось в том, что было необходимо установить Poser 5, затем SR и только потом применять интерактивный демо - ролик).

Серьезная работа команды программистов над ошибками в программе, позволила пользователям, наконец, то начать работать, более комфортно, но системные требования у Poser 5 конечно выше, чем у предыдущей версии.

После установки новая версия Poser занимает гораздо больше места на диске чем предыдущая. Полная установка занимает 604 Мб, а минимальная 210 Мб. Стандартный установщик не вызывает никаких проблем ни в Windows 98 SE, Me, 2000, ни в XP SR2. В начале лицензионный Poser 5 надо было регистрировать, в нем присутствовало 4 варианта для выполнения этого (Web, e-mail, телефон или почта). После выхода SR 2.1 для Poser 5 компоненты обязательной регистрации у Curious Labs были удалены из программы.

Еще надо заметить, что многих пользователей только начинающих знакомство с этой программой очень порадовало наличие Brycetech Model Pack 1.1 - архив 87 Мб всяких моделей полностью настроенных для работы в Poser. Последние версии сервис релизов выпущенных программистами Curious Labs также прилагаются и в коробочной версии на отдельном третьем диске, а на официальном WEB-сайте для бесплатной загрузки доступны дополнительные текстуры, для стандартных моделей одежды из поставки Poser, от фирмы RuntimeDNA около 160 Мб.

Poser 6

Весной 2005 компания Curious Labs объявила о готовности выпустить в середине марта на рынок программного обеспечения следующую 6 версию своего флагманского программного продукта Poser. Новая версия приобрела небольшие косметические улучшения интерфейса. Все диалоговые окна различных модулей программы Poser 6 окончательно избавились от интерфейса еще 4 версии. В состав поставляемых разработчиками вместе с программой базовых моделей персонажей теперь включены уже ставшие известными некоторые модели людей от сторонних разработчиков (LaRoo от компании RuntimeDNA, Alpha Man и Beta Boy любезно предоставила компания Sixus1). Как обычно создано совершенно новое семейство персонажей людей (James и Jessi), что становится уже хорошей и устойчивой традицией компании CuriousLabs.

Идущая отдельным продуктом в комплектации Poser SE программа Shade является своеобразным продуктом и для её освоения и комфортной работы, несомненно, нужно уделить дополнительное время и силы. Просто так, запустив программу неподготовленному пользователю, будет не легко выполнить некоторые базовые манипуляции. Так как её интерфейс и алгоритм работы гораздо сложнее дружественного и приятного интерфейса программы Poser 6.

Для установки самой 6 версии программы Poser теперь требуется 885 Мб в полом варианте и 423 в минимальном варианте. Poser 6 желательно ставить так же в отдельную директорию, а не поверх предыдущей версии. Все необходимые вам модели дополнительных персонажей после установки надо добавить в библиотеку Runtime самостоятельно. При установке программы серийный номер и остальные данные необходимо ввести при первом запуске программы в диалоговое окно для активации продукта.

Моделирование персонажей

1. Легкость в освоение и хороший результат. Poser - это отличный инструмент для создания трехмерных персонажей и анимации. Позер позволят создавать трехмерные сцены из большой коллекции готовых трехмерных моделей людей с помощью интуитивно понятного интерфейса. По легкости использования, скорости и наглядности получения результата, Poser неподражаем. Работая в этой программе, можно быстро настраивать фигуры и сцены в зависимости от художественной задачи, стоящей перед вами. Есть возможность создавать высоко реалистичные персонажи людей, создавать прически, одежду, окружающую среду.

В результате, вы сможете получить поразительные статические изображения и анимацию. Можете создать фильм со своим сюжетом, можете импортировать анимацию во FLASH, можете использовать модели для импорта в другие 3d программы и универсальные пакеты моделирования.

Позер отличается от универсальных 3D пакетов своей доступностью для начинающих и полезными возможностями для профессионалов 3D.

2. Установка "родительской" связи между элементами сцены.

"Родительской" связью называется зависимость дочернего элемента сцены от другого родительского элемента. Элементами сцены могут быть как фигуры Body, (чаще элементы фигур - например Head, Chest Left Hand и т.п.) так и обьекты (Props, из библиотеки и (или) импортированные файлы 3D моделей).

Для установки "родительской" связи частей ФИГУР с элементами сцены используется команда

- меню: Figure - Chance Parent.

Для установки "родительской" связи ОБЬЕКТОВ с элементами сцены используется команда

- меню: Object-Chance Parent.

Проще говоря, используя команду меню: Object-Chance Parent, мы можем прикреплять обьекты к фигурам, например вложить в руку рыцаря щит, копье, которые при создании анимации будут двигаться вслед за рукой. Прикрепляя обьекты мы можем впоследствии подредактировать положение "дочернего" предмета-щита, копья. Используя команду меню: Figure-Chance Parent, мы можем прикреплять любые части одной фигуры к любым частям других фигур. Ну а чтобы убрать "ненужные" части фигур,отключите на них галочку в команде Visible на универсальной дисковой панеле, в закладке Properties.

3. Работа с текстурами

1) открываем закладку MATERIAL

2) создаем и выбираем инструментом Select Material Props (для примера-куб) или элемент фигуры, на котором будем рисовать

3) на панеле редактирования выбираем: Poser Surface-Diffuse Color New node-2D Textures-image-map.

4) на появившейся Image map выбираем: image source-none Browse.

5) прописываем путь к любой текстуре, затем OK.

6) фигура должна перекраситься.

7) вывод:чтобы на фигурах рисовать-нужно рисовать на их текстурах

8) Чтобы рисовать в конкретном месте элемента фигуры нужно создать текстурные карты элементов фигур.Для создания текстурных карт фигур используют утилиту UVMapper.

9) Для начала обучения можно "рисовать" на уже существующих текстурных картах.Например текстура женщины JudyBodyTexHi находится в папке Curious Labs\Poser 5\Runtime\textures\Poser 5 Textures\Figure

4. Анимация

1) Основы создания анимации.

Начиная изучение Poser-5, нетрудно догадаться,что анимация создается путем придания фигурам различных поз и положения в окне документа в разных ключевых кадрах шкалы анимации. Для придания фигуре желаемой позы можно использовать раздел библиотек "Pose", можно менять положение элемента фигуры перемещая его в окне документа. Но предпочтительнее (более точно) перемещать положение элементов с помощью бегунков универсальной панели.

Для создания мимики лица можно использовать раздел библиотеки Expression, или перемещая положение бегунков универсальной панели для элемента фигуры Head.

2) Шкала анимации.

Назначение кнопок шкалы анимации интуитивно понятно, но можно пояснить отдельно назначение некоторых команд.

1. Группа кнопок слева позволяет управлять просмотром анимации.

2. Группа кнопок справа управляет добавлением ключевых кадров и переходом к последующему (предыдущему) кадру.

3. Кнопка с изображением ключа вызывает окно анимационной палитры, которая бывает часто необходима для редактирования создаваемой анимации.

4. Цифры в середине шкалы означают номер текущего кадра и число кадров в анимации. Их значение можно менять, вписывая в эти окна нужные цифры.Максимальное число кадров анимации 999.

5. Движения

Программа POSER позволяет создавать персонажные движения, основанные на технологии MOTION CAPTURE, когда движения реального актёра записываются в виде координатного файла. Эти записанные движения становится возможным перенести на виртуального персонажа.

Файлы движений имеют разные форматы. Наиболее распространённые, это :

BVH - BioVision

CSM - Character Studio Marker

BIP - Character Studio Biped

Программа POSER работает только с форматом движений BVH.

Чтобы импортировать формат BVH в POSER и применить готовое движение к виртуальному

3D персонажу, необходимо :

1. Выделить фигуру, нажав на любую её часть. При этом нужно быть внимательным, чтобы случайно не выделить часть одежды персонажа или какой-либо предмет, также связанный с персонажем.

2. Необходимо установить пределы движений персонажа, чтобы не произошло случайных вывёртываний конечностей или туловища. Для этого надо отметить пункт Figure -> Use Limits.

3. Последовательно выбрать File -> Import -> BVH motion…

Далее выбирается необходимый BVH файл из имеющихся в наличии и применяется к 3D персонажу.

После этого следует указать относительно какой оси координат надо выровнять файл с движением. Большинство BVH файлов выровнены относительно оси Х.

А так же выбрать способ масштабирования движений. По умолчанию выбирается автоматический способ.

Если захваченное движение применяется без ошибок, то через некоторое время вычислений оно будет создано. В противном случае будет выдано сообщение об ошибке. Как, например, это

где сообщается, что у используемой в POSER фигуре не найдено соответствие прописанного движения к части человеческого тела (“Грудь2”). Это говорит о том, что не верно прописана иерархия частей тела персонажа в файле BVH. И чтобы движение не приняло искажённый вид из-за отсутствия данных одной части фигуры, можно вручную исправить названия иерархической последовательности внутри BVH файла. Для этого открываем BVH файл подходящим текстовым редактором и смотрим как составлена иерархия частей тела персонажа в самом начале файла. Мы увидим примерно следующее :

После слова HIERARCHY - иерархия написано ROOT Hips. Это означает, что "корнем" иерархической последовательности частей тела фигуры являются бёдра. К ним последовательно выше крепятся живот (JOINT Chest), грудь (JOINT Chest2), левый воротник (JOINT LeftCollar), левое плечо (LeftShoulder) и так далее. Но фигура из POSER имеет несколько другие названия частей тела. Так живот назван, как Abdomen, а грудь - просто Chest. А раз так, то следует поменять названия JOINT Chest на JOINT Abdomen, а JOINT Chest2 на JOINT Chest.

Теперь, когда исправленный BVH файл вновь импортировать в POSER, можно заметить, что движения фигуры стали более плавными и естественными.

Сравните две походки персонажа из POSER. Слева, до коррекции BVH файла, а справа после.

О программе DartFish

Что такое DARTFISH:

-Возможность воспроизведения видеозаписей тренировок в прямом и обратном направлении

-Отличный контроль над повторным проигрыванием видео

-Сравнение двух видеозаписей

-Запись и сразу же повтор видео для разбора катания во время тренировки.

-Сравнение ваших спортсменов с профессионалами.

-Использование специальных эффектов для изображения и обучения.

-Для некоторых видов спорта, это является лучшим способом наблюдения мелких различий в выступлениях

-Программа Dartfish позволяет разобрать и проанализировать командную тренировку или игру.



Рассмотрим особенности программы более подробно, а заодно обратимся к истории ее создания и основным целям.

Швейцарская компания DARTFISH основана выпускниками Лозаннского Технологического Университета в 1998 году занимавшимися обработкой изображений. Головной офис находится в уютном городе Швейцарии Фрибурге. Филиалы DARTFISH находятся по всему миру.

Dartfish -- легкое в использовании программное обеспечение для тщательного видео анализа. Dartfish может использоваться всеми: тренерами, атлетами, учителями, студентами, спортивными докторами и физиотерапевтами. Программное обеспечение использует цифровую видео графику, чтобы использовать мгновенную обратную визуальную связь, не прерывая тренировки.

Программное обеспечение Dartfish:

Общение: запись в автоматическом режиме и мгновенный просмотр определенных моментов. Выбирайте нужные элементы и делитесь проведенным вами анализом с командой. Делитесь проделанной работой с членами организации.

Анализ: делайте тщательный анализ матчей, команд, игроков. С легкостью восстанавливайте ситуацию игры из созданных вами архивов. Мгновенно воспроизводите их и/или анализируйте технику, тактику или статистику, применяя совсем несложное управление программой.

Съемка и редактирование: с легкостью снимайте и моделируйте ваше видео. Используйте персональный подход при сортировке видео, создавайте каталог событий (например, пас, гол, игрок и т.д.). С легкостью меняйте формат видео, чтобы оптимально использовать место на жестком диске.

Телевизионное вещание:

В 2001 году компания DARTFISH предложила для телевизионного вещательного рынка спецэффекты SimulCam"' и StroMotion"*. Эти запатентованные технологии хорошо себя зарекомендовали и стали такой же составляющей телепередач, как и замедленный повтор. С 2002 года SimulCam"' и StroMotion"* постоянно используется на всех Чемпионатах и Олимпиадах.

Программное обеспечение Dartfish зарекомендовало себя во всём мире. Спецэффекты SimulCam"' и StroMotion"' использовались в следующих спортивных событиях мирового масштаба: четыре последних чемпионата мирз по горным лыжам, четыре последню летние и зимние Олимпиады, четыре последню Чемпионата Мира по фигурному катанию и Чемпионат мирз по футболу 2002.

SimulCam

SimulCam -- это спецэффект, отображающий позицию движения двух спортсменов, которая произошла в разное время, но на одном и том же месте.

Спецэффект формируется как видеоклип с двумя спортсменами. Телезритель при просмотре этого видео клипа может сравнить скорость, стиль, траекторию и позицию одного спортсмена относительно другого. При этом телезритель видит, почему один спортсмен победил другого.

SimulCam может быть использован для разного типа соревнований для сравнения стиля и визуализации относительных траекторий и скоростей спортсменов.

StroMotion

StroMotio это элемент отображения статичных фаз движения спортсмена, объекта, спортивного снаряда или их групп с целью последующей демонстрации телезрителям данной последовательности в виде короткого видеоклипа. Этот эффект напоминает наблюдение за спортсменом через стробоскоп.

Телезритель при просмотре видеоклипа StroMotion™ видит всю эволюцию движения спортсмена во времени и пространстве. Он видит эволюцию, например прыжка от начальной точки до его последней фазы. Спецэффект выводится в виде панорамной прокрутки статической картинки со всеми фазами движения спортсмена или в виде клипа, где все фазы спортсмена "замораживаются" разворачиваясь в пространстве.

StroMotion позволяет наблюдать эволюцию движения спортсмена и его технику. В 2005 году StroMotion получил премию Эмми от Национального Американского Телевидения за выдающиеся достижения в области инноваций.



Функционал системы:

-Разбор матча на моменты с присвоением им характеристик, ведение полной статистики по разобранным матчам.

-Регистрация и обработка результатов тренировочного процесса

-Отображение информации о ходе тренировок в режиме online.

-Распечатка информации, полученной в ходе тренировочного процесса, на бумажный носитель.

-Возможность наложения видео изображения одного спортсмена на другого.

-Раскадровка движений спортсмена.

-Возможность сравнения 4 видеозаписей одновременно.

-Выделение ключевых моментов техники (картинка в картинке)

-Видео анализ тактико-технических действий спортсменов.

-Графический инструментарий для анализа техники и тактики спортсмена и т.д.

Выводы

Из данного реферата можно заключить, что компьютерное моделирование нашло широкое применение в современном спорте. В последнее время реализуется все больше и больше компьютерных программ для анализа выполнения физических упражнений. Компьютерная техника позволяет не только выявлять определенные моменты в движениях, но и исправлять недочеты прямо во время выполнения упражнения. Нам удалось убедиться, что данный метод имеет большую точность и очень важен для развития спорта.

Поскольку компьютерная 3D-модель по всем параметрам схожа с человеческим телом, данный вид анализа максимально приближен к реальным условиям и позволяет смоделировать практически любую ситуацию.

Кроме того, за счет дальнейшего развития высоких технологий, компьютерное моделирование будет получать постоянное развитие, то есть будут улучшаться параметры моделирования.

Компьютер помогает не только моделировать спортивные ситуации, но и может дать возможность подхода к каждому спортсмену индивидуально, что значительно облегчает работу с потенциальными чемпионами, при составлении программы тренировок или режима питания.

Так же, систематическое компьютерное отслеживание изменений в компьютерной модели поможет выявить изменения в параметрах тела спортсмена, поможет подсказать какие коррективы необходимо внести для достижения наилучшего результата.

Компьютерный анализ представляет возможность выявления потенциала юных спортсменов при подготовке к соревнованиям.

Следовательно, делаем вывод, что компьютерный анализ стал настоящим открытием для спорта и его значение невозможно переоценить. С развитием спорта следует и развитие применяемых компьютерных технологий.

компьютерный программа poser dartfish

Список используемой литературы

1. Тимошенков В.В. и др. Основные направления применения вычислительной техники в физической культуре и спорте //Теор. и практ. физ. культ. 2003

2. Хасин Л.А. и др. Информатизация отрасли "Физическая культура и спорт" и экспертные технологии (сообщение второе) //Теор. и практ. физ. культ. 2006

3. Шаркевич И.В., Марусин Д.В., Коваленко Т.Г. Применение мультимедиа-технологий для корректировки и исследования динамики общеразвивающих упражнений //Организация и методика учебного процесса, физкультурно-оздоровительной и спортивной работы /Матер. междунар. конф. 2010

4. Якобашвили В.А. и др. Комплекс технических средств для управления тренировочным процессом //Теор. и практ. физ. культ. 2003

5. Н. А. Бернштейн. Физиология движений и активность. М.: Наука, 2011

Размещено на Allbest.ru

...