I segreti della Motion Capture

La Motion Capture (MoCap) è una tecnica di animazione digitale molto recente che permette di applicare a personaggi virtuali i movimenti di persone o animali ripresi in tempo reale e immediatamente riprodotti sullo schermo tramite sensori posti nei punti di giuntura delle ossa e di contrazione dei muscoli.



[ZEUS News - www.zeusnews.it - 29-10-2003]

Possono essere considerati "rudimentali" strumenti di motion capture i data glove e il sistema "Mandala", utilizzati già all'inizio degli anni '80 per applicazioni di realtà virtuale: infatti detti strumenti permettevano l'interazione tra il movimento fisico e la realtà virtuale ricreata al computer. Il procedimento di cattura del movimento applicato al cinema però è evento degli ultimissimi anni: il primo film che presenta scene girate utilizzando questa tecnica è del 1996: L'Isola Perduta, di John Frankenheimer.

I risultati ottenuti nella lavorazione di vari film (esempio lampante è la trilogia Il Signore degli Anelli di Peter Jackson, con il personaggio di Gollum, su cui ci soffermeremo ampiamente più avanti) sono arrivati dopo anni di sperimentazione e soprattutto di potenziamento delle macchine: basti pensare che la Vicon, una delle più importanti società distributrici di programmi per motion capture, nata a metà degli anni '80, solo di recente è stata in grado di realizzare programmi adeguati, in grado di riprodurre immediatamente sullo schermo i movimenti effettuati dall'attore, quando prima erano necessari anche diversi giorni per analizzare i movimenti ed applicarli alla creatura digitale.

Oggigiorno ci sono tre tipi di Motion Capture: magnetica, ottica ed elettro-meccanica. Ciascuno dei tre ha differenti pregi e difetti: questo fa sì che non ci sia un tipo di Motion Capture "perfetto", adeguato ad uso universale; ogni tipologia è adeguata ad applicazioni differenti a seconda del risultato che si deve ottenere.

Motion Capture magnetica

Questo sistema MoCap si serve di sensori applicati al corpo per riportarne il movimento sullo schermo tramite la misurazione di un campo magnetico a bassa frequenza generato da una fonte trasmittente. Sia la fonte che i sensori sono collegati ad un'unità di controllo elettronica che mette in relazione i dati di posizione ricevuti all'interno del campo magnetico. Il tutto viene inviato ad un computer che con un software specifico rappresenta in uno spazio tridimensionale le posizioni e i movimenti inviati.

I sistemi magnetici, per rappresentare i movimenti delle giunture del corpo, utilizzano da 6 a 11 (o più) sensori per persona, i quali trasmettono informazioni riguardo alla posizione e alle rotazioni. Un programma specifico, denominato IK (Inverse Kinematics), interviene per regolare gli angoli formati dai movimenti di giuntura, e per dare più naturalezza al movimento, spostando i centri di rotazione (infatti i sensori sono leggermente spostati rispetto al naturale centro delle giunture); ma è comunque una soluzione piuttosto approssimativa in quanto il programma IK deve "indovinare" da sé la maggior parte delle correzioni alle informazioni che riceve.

Le possibilità del sistema magnetico sono comunque piuttosto ridotte: oltre ai limiti imposti dal programma IK, c'è la necessità di eliminare dalla registrazione dal vivo i rumori, operazione che può ridurre di molto la velocità dei programmi di riproduzione; lo spazio di cattura di movimento diventa ingombro e confusionario se si cattura il movimento di più persone o si utilizzano più sensori: ogni sensore necessita infatti di un proprio cavo protetto, che in genere è piuttosto grosso, e la prossimità di 2 o più persone può causare interferenze tra i diversi sensori confondendo la riproduzione; anche la registrazione di movimenti come l'alzarsi possono confondere il sistema, per la sovrapposizione dei sensori.

La MoCap magnetica è dunque adeguata a produrre bozze iniziali di movimenti, che possono successivamente essere perfezionate con altri programmi di animazione.

Motion Capture ottica

La MoCap ottica si seve di due tecnologie: Reflective e Pulsed-LED (Light Emitting Diodes). La differenza tra le due consiste essenzialmente nei diversi tipi di marchi posti sulle giunture del corpo, come dicono i loro nomi: punti riflettenti o luminosi. Entrambe comunque seguono la stessa prassi: i movimenti vengono catturati tramite telecamere che trasmettono al computer, il quale rielabora i movimenti seguendo i punti (luminosi per il LED, o che riflettono la luce per il Reflective).

Per i movimenti facciali bastano sistemi di una o due telecamere, mentre per il corpo intero servono in genere da 3 a 16 apparecchi. Le telecamere in questione sono dotate di sistemi ad infrarossi che catturano la luce riflessa dai punti Reflective o emessa dai LED.

Molto utilizzato ed economico è il sistema Reflective chiamato Motion Captor: i punti vengono intercettati dalle varie telecamere utilizzando triangolazioni che regolano i loro spostamenti nello spazio tridimensionale. Non mancano problemi quali lo scambio tra punti, dati mancanti o rumorosi e riflessi falsati, ma sono tutti risolvibili con relativa facilità.

La maggior parte dei sistemi utilizza l'immagine di uno scheletro applicata ai punti dopo la cattura della posizione, il sistema Motion Captor invece si serve di uno scheletro biomeccanico durante la registrazione, ciò permette una maggior precisione dei dati, meno errori durante la registrazione e la possibilità di sovrapporre immediatamente i movimenti dell'attore a quelli del personaggio,cosa molto utile nel caso in cui le caratteristiche fisiche di quest'ultimo siano molto differenti da quelle del primo (è il caso di Gollum in relazione con Andy Serkis).

Motion Capture Elettro-Meccanica: GYPSY

Gypsy è il nome della tuta indossata dagli attori che si sottopongono al processo di MoCap elettro-meccanica. Si tratta della tecnica più semplice e versatile, in quanto non necessita di condizioni particolari di spazio (come la magnetica, che presenta problemi se c'è molto metallo nell'ambiente, o l'ottica con il controllo delle luci), può essere facilmente trasportata ed installata in qualsiasi momento, anche all'aperto.

L'animazione avviene sempre in tempo reale: non serve molta post-produzione e le informazioni che arrivano al computer sono quasi sempre complete; non ci sono problemi se l'attore si distende o si alza, la tuta non cattura i movimenti basandosi su punti o giunture, ma riproduce esattamente lo scheletro dell'attore).

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