Captura de Movimento e Animao de Personagens em JogosJoo Victor Boechat Gomide 1, David Lunardi Flam 2 , Daniel Pacheco de Queiroz 2 , Arnaldo de Albuquerque Arajo 21 Faculdade de Cincias Empresariais, Universidade FUMEC 2 Departamento de Cincia da Computao, UFMGResumoEsse tutorial discute, tanto do ponto de vista prtico quantoterico,aanimaodepersonagense a utilizao dacapturademovimentoparaessefim. Assim,eleapresentabrevementeahistriada animaoedacapturademovimento.Emseguida, abordademaneiramaisdetalhadatodoofluxode trabalho para realizar a captura de movimento e animar personagenscomessatcnica.Eletambmapresenta umasoluodecdigoabertoparaacapturade movimentopropostapelosautores e oestadoatualdesse desenvolvimento.AbstractThis tutorial discusses character animation and the uses ofmotioncaptureforanimation. Itpresentsabrief historyofanimationandmotioncapture.Itdiscusses moredeeplytheworkflowtorealizemotioncapture andtoanimatecharacterswiththistechnique.Atthe end, it presents an open source code solution to capture motion,proposedbytheauthors,andtheactualstage of development.Contatos dos autores:jvbg@face.fumec.br{arnaldo, david, pacheco}@dcc.ufmg.br1. IntroduoAanimaodepersonagensemjogos eletrnicosumareaemcontnuodesenvolvimento acelerado.Elapassoupordiversasetapasde sofisticao,desdeosprimeirosjogoscompoucos pixelseposes,comonojogoPac-Man,atoestgio atual,caracterizadoporumainteratividadecadavez maiordojogadorcomosoftwareeseuspersonagens. Asperspectivasdeaondesepodechegarsobastante claras, porm todo o caminho tem que ser percorrido se pautandonodesenvolvimentodehardware, primeiramente, e de algoritmos.Apesardeterasuaplenitudederealizao ancoradaemdesenvolvimentostecnolgicosaserem aindarealizados,aanimaodepersonagens intensamentebaseadanaartedeanimar.Essaartese iniciou em projees com a lanterna mgica, no sculo 17,eevoluiuatosdiasdehoje,passandopela introduodocinemanasnossasvidas.Sempre limitadapelotipodesuportemiditicopararealiz-la. Aevoluodaanimaodepersonagens,apartirde 1906, com o primeiro filme de Blackton, para o estdio deThomasEdson,sanimaescomcomputador, dialogacomodesenvolvimentodosjogoseletrnicos desdeoseuprimeiromomento.Osciclosde caminhada,aaceleraoedesaceleraode movimentos,osmovimentossecundrios,aanimao porposes-chaveoudiretaeoutrosprincpiosforam formalizadosdemaneirasistemticanosEstdios Disney, em torno de 1940, e so utilizados plenamente naconstruo deanimaes emjogos nessemomento. Atcnicaevoluiucomasdemandasdeinteratividade paraosjogosetemapresentadonovassolues, baseadasemciclosdeanimao,fusoentreciclosde movimentosenabuscademaiorrealismocomos recursos disponveis.Existemduasmaneirasdeseanimarpersonagens: porpose-chave,oukeyframe,eadireta,que construdadoincioaofim,momentoamomento,ou quadroaquadro.Acapturademovimentouma animaodotipodireta,diferentementedaanimao porkeyframe,quedeterminaaposioemmomentos extremos no tempo e interpola o movimento e aforma entreessasposes.Aanimaodejogos,atualmente, uma mistura desses dois modos, utilizando a animao diretaparaciclosdeanimaoeaanimaopor keyframe para a mudana entre os ciclos.Nessetutorialabordamosautilizaodacapturadigitaldemovimentoeosconceitos relacionadosanimaodepersonagensemgeral.A capturademovimento(mocap)amplamenteusada paraanimarpersonagensemjogosemtodoomundo. NoBrasil,bancosdedadosdecapturademovimento sopoucoutilizadosparaanimaodepersonagens virtuais em qualquer tipode aplicao. Quando usados em jogos, em geral, os dados so alugados, comprados ouadquiridosgratuitamentedefornecedores,jque apenasumaempresa,peloqueconhecemos,fazesse trabalho especficonoBrasilnopresentemomento. Essasituaoadvmdofatoqueosequipamentosdemocap somuitocaros,incluindoastaxasde importaoeosimpostos,easuautilizaotem complexidadesintrnsecas.Diantedessecenrio,os autoresdessetutorialestotrabalhandoparaconstruir um sistema de captura de movimento de cdigo aberto.Essetutorialdiscute,tantodopontodevista prticoquantoterico,essasquestesetambma animaodepersonagens,osusosdacapturade movimento emjogos, oestgio atualda nossasoluo e prximos passos a serem dados. Devido quantidade de informao contidanesse tutorial, no abordaremos maislongamenteaevoluohistricadaanimaode personagensedacapturademovimento.Essa abordagempodeserencontradanadissertaode mestradodeumdosautores[Gomide2006]enos livrosdeAlbertoMenache[2000]eThomase Johnston [1984].Eletambmapresenta oOpenMoCap,o softwaredecdigolivrequeestsendodesenvolvido pelosautores,eserapresentadoemseuatualestgio [Flametal2009].Essesoftwarefazpartedeum projetodesenvolvidopeloNcleodeProcessamento DigitaldeImagens,doDepartamentodeCinciada ComputaodaUFMGemcolaboraocomo LaboratriodeComputaoGrficadaUniversidade FUMEC, que teve seu incio em 2006 [Gomide 2006]. Atualmenteeleapoiadofinanceiramentepela FAPEMIGepeloCNPq.Osoftware,nessemomento, permite a realizao, em tempo real, de todo o fluxo de trabalhoeforneceosdadosdemovimentonasada. Esto sendo implementadas melhoriasno rastreamento depontosenavelocidadedosprocessos.Futuros desenvolvimentosparaessasoluoeas possibilidades,comoumaopodeanimaode personagenscomosdadosgratuitosgeradospelo OpenMoCap, sero discutidos ao final.2. Animao de personagensAartedaanimaosempreesteveprocurade tcnicasquediminussemotrabalhoenvolvidona construodahistriaquadroaquadroeque contribussemparaexpandiroseuuniversode expresso.Antesdeseelevarcategoriade manifestaoartstica,aanimaoesperoupor milnios de evoluo tcnica para despontar como uma forma de expresso humana, no incio do sculo XX. A artedaanimaoexpressa nosdesenhosanimados, nasanimaesabstratas,nosjogoseletrnicos,nos efeitosvisuaiseemoutrasmodalidades.Autilizao da animao se torna ainda mais ampla com a imagem digital em movimento. Podem-se empregaros mesmos equipamentosparaproduzirimagensparajogos, cinema,televiso,internet,telefonescelulares,painis eletrnicoseoquemaispossareproduz-las.As imagensso,emltimaanlise,luzqueatingeum dispositivoeletrnicodeestadoslido,chamadode ccd (charged-coupled device) ou cmos (complementary metaloxidesemiconductor),ousoproduzidas inteiramentepor computador,eso usadasparacontar histrias, interativas ou no.Nosprimrdiosdaproduocinematogrfica existiaodesenhoanimadoeotrickfilm, oufilmede efeito, queseutilizavadatcnicadesubstituiopor paradadaao(stopmotion),isto,parava-sea encenao,alterava-seoquesedesejavadentrodo enquadramentodacmera,edepoissecontinuavaa filmar,mantendoaposiodorestodoquadrocomo estavaantesdamodificao.Issoerafeitotambmparaintroduzirelementosdeanimaonascenas filmadas.Utilizavam-seentoexclusivamente desenhosquadroaquadroetrucagenspticaspara imprimir a animao na pelcula. Ao longo dos tempos, desdeo primeiro curta-metragemtodofeitocomdesenhoanimadoem1908, Fantasmagorie,deEmileCohl,foi-seprocurando aperfeioar as tcnicas para animar e dar personalidade aos personagens e encontrar caminhos para a expresso dessa nova arte. Apesar de j existirem as histrias em quadrinho,queindicavamumamaneiraderealizara decupageme confeccionaros desenhosanimados, esta artepermaneceuemumsegundoplanopormuito tempo.Issodiantedasdificuldadesparaconstruirum nmero to grande de quadros para contar a histria, ao trabalhomecnicoetediosoenvolvidoeconstruo da prpria linguagem a ser utilizada.A grande mudana de paradigma ocorreu com o aparecimento dos Estdios Disney no final da dcada devinte,emmeioaumcenriodominadopeloGato Felix, de Otto Messmer, e esforos pouco eficazes para aumentaraeficinciadaproduodosquadrosda animao.WaltDisneyproporcionouumanovaforma deabordaraanimaoemtodososseusaspectos,dos movimentosaostiposdepersonagens,aosistemade produoetestes.Pode-sedizerquenessapocase estabeleceram os conceitosmaisgerais eeficazes para fazeranimao,eessesconceitossoaplicveisa qualquertcnicadeanimaodepersonagens,sejaa tradicional,afeitaporcomputaogrficacom keyframes ou a captura de movimento [Barbosa Jnior 2004].Dois dosparticipantesda equipe dos Estdios Disneyemseustemposdemaiorriquezacriativa, FrankThomas eOllieJohnston, escreveramoclssico TheIllusionofLife:DisneyAnimation.Nesselivro estodescritososdozeprincpiosdeanimaode personagens, quepodemosconsiderarcomoprincpios bsicosparaaanimaodepersonagensemgeral. Tendoemvistaessesprincpiospodemosanalisaras possibilidadesdacapturademovimentoparaas diferentesdemandasdeusodatcnica.Osdoze princpiosbsicosestolistadosaseguir,utilizando algumas observaes adicionais de Livermann [2007]:1. Comprimir e esticar:pode ser criado para criar uma sensao de peso;2. Antecipao:omovimentonadireo oposta antes que a ao principal comece;3. Encenao:refere-seaapresentaruma idiaouaoclaramente:comoos personagensinteragementresi,comose movem, como a cena vista;4. Animaodiretaeposio-chave:so doismtodosdeanimao.Noprimeiro caso,aaoconstrudaemuma seqnciadeeventosquadroaquadro, comeandonoincioatqueaanimao estejacompleta.Na posio-chaveas posesmaisimportantesdaaoso construdasprimeiramente.Aseguir,os quadrosintermediriosvosendo preenchidosatqueaanimaoesteja completa (in-between);5. Continuidadeesobreposiodaao: refere-se ao movimento secundrio, como passardopontodeparadaedepois retornar,porexemplo;oopostoda antecipao;6. Acelerao e desacelerao: mudanas na velocidade dos objetos animados;7. Movimentoemarco:amaiorpartedos movimentosnolinear;refere-seaos objetossemovendonoespaoemarcos ao invs de retas;8. Aosecundria:movimentodeoutras partesouobjetosquereagemao primriadosmembroseface,como cabelos e roupas;9. Temporizao: refere-seaoritmoemque a ao ocorre;10. Exagerao:implicaemaproximarou ultrapassaroslimitesdarealidadefsica paraaumentaroudramatizara performance do personagem;11. Personalidade: dois personagens idnticos podemaparecertotalmentediferentes compersonalidadesdiferentesemcada um deles;12. Apelo:aplatiadeveacharos personagensinteressantesecomapelo, tantoemanimaoquantoemcenas captadas ao vivo.Osprincpiosdesobreposiodeao, animaodireta,aceleraoedesacelerao,arcose movimentosecundriosonaturaisparaumaatuao aovivo.Assim,tm-seosprincpiosnaturalmenteno processode capturademovimento. Atemporizao,o apelo,apersonalidadeeaencenaorequerem trabalho qualquer que seja a tcnica utilizada.A computao grficaveio atender em grande parteasdemandasparaminimizareracionalizaros esforosparaproduzircenasdeanimao,atravsdos programas de modelagem e animao. Essessoftwares comearamasurgirnosanosoitentaehojeso populares.Desdeoprimeirofilmeautilizarcenrios geradosporcomputador,Tron (1982),umaproduo dosEstdiosDisney,seuusosvemcrescendo. Juntamentecomocomputadoreaimagemdigital, surgiuacapturadigitaldemovimento,quevem evoluindoeestintroduzindonovosparadigmasna forma de animar os personagens.Existemduasmaneirasdesefazeranimao comcomputaogrfica,comonaanimao tradicional,quesoaanimaoporkeyframes ea captura de movimento. Na animao por keyframes so utilizadosquadros-chave(keyframe),ouposes-chave, ondesedovaloresaparmetrosenvolvidosno movimento,comoposio,cor,ouoquequerque possavariarcomotempo.Faz-seissonosquadros principais,eocomputadorcalculaaevoluodos parmetrosentreosquadros-chave,utilizando interpolaoeajustespr-determinados, habilitados peloanimador,comooeasy-ineo easy-out que podemsertraduzidosporaceleraoedesacelerao. Nos trabalhos feitos com captura de movimento, usa-se a animao direta, animando-se cada quadro, do incio aofim.Asanimaes,emgeral,adotamummtodo hbridoentreessasduasmaneiras,utilizandoumaou outra quando mais adequado.3. Captura digital de movimentoAcapturademovimento,tambmconhecida comomocap,umconjuntodeartifciosusadopara mapearereproduzirdeslocamentosemobjetosou seres vivos. Ela atualmente realizada usando recursos digitais, e um campo do conhecimento relativamente recente,aindaprocuradesedefiniredeaperfeioar suatecnologia,queevoluiemdiversasdirees.A mocap foi primeiramente utilizada e desenvolvida para aplicaesmdicas,masasprodues cinematogrficas e de jogos eletrnicos se apropriaram dela e expandiram suas aplicaes. Atualmente ela est nos planejamentos de produo em diversos tipos jogos bemsucedidos,comooFXFightereassriesFifa Soccer e NBA Live.De maneira resumida, nos dias de hoje a captura de movimentooprocessoquepermitetraduziruma atuaoaovivoemumaatuaodigital.Ou,como definidoporMenache,capturademovimentoo processo de gravar um evento de movimento ao vivo, e traduz-loemtermosmatemticosutilizveisao rastrear um nmero de pontos-chaveno espao atravs do tempo, e combin-los para obter uma representao tridimensionalnicadaperformance.Emgeral, capturam-seseparadamenteosmovimentoscorporais dosmovimentosfaciais,devidoscaractersticase sutilezasdessesltimos.Socolocados marcadoresou sensoresempontos-chavedocorpo,comoasjunes dasarticulaes,esuasposiessomonitoradasao longo do tempo. Depois essas posies so transferidas paraasarticulaesdopersonagemaseranimadoe dessa maneira ele ganha vida.Acapturademovimentoenvolveum conhecimentomultidisciplinar,utilizandotcnicasde computaoedeengenhariaassociadascriaoe realizaodeanimaes,tantobidimensionaiscomo tridimensionais,sobreimagenspuramenteanimadas virtualmenteouaplicandoanimaessobrecenas gravadas. Alm disso, deve-se dirigir a performance do ator que dar vida ao personagem.Acapturademovimentoumatcnicaem plenodesenvolvimentoeaindaexistemdiversas polmicasdetaxonomia,referentesspossveis denominaesedivisesdetrabalhoede responsabilidadesnaproduodaanimaocom capturademovimentos.Algunsdosnomesadotados socapturademovimento,capturadeperformance, animaodeperformance,marionetedigitale animao em tempo real.Nopresentetrabalhotodosessesnomese definiesseroreunidossobonomedecapturade movimento.Essadiscussosobreessestermosesuas nuancesnotrazefetivamenteumaprofundamentoda teoriaedaprxis.Pode-set-lostodossobessa denominao maisgeral,que capturade movimento, semprejuzodeentendimentooudecobriras diferenas entre as aplicaes, nele incluindo a captura daperformancedeumator,queserusadaemum personagemvirtualdeanimao,ouacapturada performance de um atleta em estudos de biomecnica. Se adotarmosumadefiniomaisvaga,sendoa capturademovimentooatodecapturaros movimentosemgeral,podemoslocalizarsuaorigem nofinaldosculodezenove,nostrabalhosdos fotgrafosEadweardMuybridge[1984]eEtienne-JulesMarey[1873].Elesdesenvolveram independentementetcnicasdefotografiaparaestudar alocomoo,queforamamplamenteutilizadaspor artistasplsticos,animadoresecientistas.So consideradososprecursores,comsuastcnicas fotogrficas,do cinema,queestavaparaserinventado comocinematgrafodosirmosLumireeo cinetoscpio de Thomas Edison.Arotoscopia,queumaformamanualde capturaromovimentoemcenasfilmadas,efoi desenvolvidaporMaxFleischereseusirmosem tornode1915,precursoradatcnicadigitalcomoa conhecemos hoje. A inteno de Fleischer era fornecer um mtodo de mecanizao da animao, que reduziria custosetempodeproduo.Fleischerutilizoua rotoscopiaparaanimarassriesOutoftheInkwell, comeandoem1915comopalhaoemKoko,the Clown, usando cenas filmadas como base para fazer as animaes [Fleischer 2005].Arotoscopiapodeserconsideradaum ancestraldiretodacapturademovimentocomoa conhecemoshoje.Elaumatcnicanaqualos animadorescopiamomovimento gravado,quadroa quadro,paraus-loemdesenhosanimados.As imagensdofilmesoprojetadassobreumaplacade vidro eredesenhadaspelo animador,quadroaquadro, detrsparafrente.Esseequipamentochamadode rotoscpio e essa tcnica ainda usada em estdios de animaotradicionaisparacopiarmovimentosreais filmadoseaplicarempersonagensdedesenho animado.Algumasdastecnologiasusadasatualmente paraacapturademovimentoexistemdesdeadcada deoitenta,utilizadasemaplicaescom propsitos mdicos emilitares. David Sturman [1994] e Menache [2000]fazemreviseshistricasdessaevoluonos primeirosanosdacapturadigitaldemovimento.De todaessaevoluocitaremosalgunsmomentos marcantes.Em1984foifeitaaprimeiraanimaopara publicidadeutilizandoacapturademovimentoem computadores.Uma associao formada pelosmaiores fabricantesdecomidaenlatadaencomendouuma animaofeitadessamaneiraparaserveiculada duranteoSuperBowl,emjaneirode1985.Eles queriamassociaraimagemdemodernidadeaos enlatados,eaApplehavialanadoocomercial1984durante o campeonato de basquete de 1984 e tinha sido umgrandeimpacto.Essedesafiofoifeitoempresa RobertAbelandAssociates.BobAbeltinhaum softwareque,commelhoramentos,poderiaanimaro primeiropersonagemvirtual.NogrupodeAbel participavamBillKovakseRoyHall,co-fundadores dafuturaWavefrontTechnologies,ConPederson,co-fundador do futuro Metrolight Studios, Charlie Gibson, vencedordoOscarcomosupervisordeefeitos especiaisemBabe(1995),dentretantosoutros colaboradores.Foramutilizadastrscmerasde35 mm para triangularas posies3D dospontos na atriz real.Elestrabalharamutilizandooprimeiro computadorda Silicon Graphics, o SGI Iris 1000, para desenvolveropersonagem.Finalmenteconseguiram animaropersonagemeodesafiofinalfoiprocessaro comercialde30segundosnasduassemanasque faltavamparaterminaroprazodeentrega.Paraisso foram utilizados 60 computadores VAX 750 em vrios lugaresdiferentesdosEstadosUnidos.Tudofoi finalizadodoisdiasantesdoprazofinal.Onomedo comercialBrilliance,ouSexyRobot,efoi apresentadono campeonato deSuper Bowl emjaneiro de 1985 [Menache 2000].Figura 1: Sexy Robot, primeiro personagem animado por captura de movimentoNocomeodosanos90acapturademovimento comeavaaseapresentarcomoparteconfivelde projetosdecomputaogrfica.Vriasempresas buscavamaplicaesemtemporeal,comoMedialab, Mr.Film,SimGraphics,BraddeGraf,Windlight Studios,eoutros,comoTsi,BiovisioneAcclaim, desenvolviamaplicaesnoemtemporeal,com nfasenomercadodevideogames.importante ressaltarqueaindstriadevideogamesfoiagrande responsvelpelasobrevivnciaduranteanosdas empresasquetrabalhavamcommocapparaanimao. Comoosmovimentosnoprecisavamsermuito precisoseospersonagenserampocamais rudimentares,elafoiumaferramentaamplamente utilizada nesse mercado.Umaprodutorafrancesadecomputao grfica,aMedialab- amesmaquecriouerealizouo showdetelevisoDonkeyKongCoutry,impedidode disputaroEmmyde1999porutilizaracapturade movimento- desenvolveu,em1991,umprojetopara criarpersonagensutilizandoacapturademovimento. OprimeiropersonagemfoiMat,oFantasma,quefoi usadoemumprogramainfantilcomapariesdirias deumminuto.Eleinteragiacomcenasgravadas previamente,eficounoardurantetrsanosemeio. Materacontroladoporvriosanimadores.Dois controlavamosmovimentosfaciaiseosincronismo labial,umatorencenavaosmovimentoscorporaisdo troncoebraos,eassimpordiante.OMedialab continuouadesenvolveressesistema,ecrioudezenas de personagens para televiso.Dessafaseinicialdedesenvolvimentodacaptura demovimento,valecitarosesforosdaSimGraphics nodesenvolvimentodacapturadeexpressesfaciais. Noinciodosanosnoventa,utilizandosensores mecnicospresosapartesimportantesdemovimentodorosto,esensoreseletromagnticosnaestruturade sustentao,podiasecapturarosmovimentosmais importantesdafaceemape-losempersonagensde computadoremtemporeal.Umsatormanipulava todasasexpressesfaciaisdopersonagem simplesmentefazendoammicaemsimesmo.O exemplomaisfamosodepersonagemusandoesse sistemaMario,de1992,dojogo daNintendo,eque tinha tambm um programa de televiso onde interagia em tempo real com o pblico.Em1992foiproduzidoovdeoparaamsica Steam,dePeterGrabriel,queutilizavacapturade movimentoemdiversascenas.Estefoioprimeiro vdeodemsicautilizandoessatcnicaeganhouo Grammy de Vdeo do Ano de 1993.Figura2:cenadoclipeSteam,noqualGabriellquido contracena comduasmulheresdefogo,animadoscom mocap [Menache 2000].O primeiro filme a utilizar a captura de movimento comsucessofoioExterminadordoFuturo2 (Terminator2: Judgement Day), de 1991,dirigidopor James Cameron. Antes desse filme, a tcnica tinha sido empregadaedepoisdescartadaemumaseqnciado filmeTotalRecall,de1990,dirigidoporPaul Verhoeven,tambmestreladoporArnold Schwazenneger,equeno BrasilrecebeuonomedeO Vingador do Futuro.Parao TotalRecall, oMetrolight Studio faria acapturademovimentocomumsistemapticoque tinhasidolanadohpoucotempo.Ofilmeestava sendorodadonaCidadedoMxico,edecidiu-se mandarparalosistemadecapturaeumoperador fornecido pelo fabricante do equipamento. A seqncia asertrabalhadaeraaquelaemqueopersonagemde Schwazenneger,comsoldadosevriosextras, atravessavaumaparelhoderaio-X,esuasimagens apareciamcomoesqueletoscaminhando,comona figura3,queumfotogramadaseqncia.Acaptura demovimentonoforneceuosdadospretendidosese abandonouoprojeto,optando-sepelaanimaopor keyframe.Figura3:seqnciadosesqueletos,quepoderiatersidoa primeira cena do cinema com captura digital de movimento.No Exterminadordo Futuro2 a tcnicadecaptura de movimento foi utilizada para animar o rob T-1000, encenadoporRobertPatrick.Oroberademetal lquido,eveiodofuturoparaenfrentarorobT-800, encenadoporSchwazenegger,etambmmandadodo futuropelaSkynet.DennisMureneequipelevaramo OscardeMelhorEfeitoAcapturademovimentofoi feitapelaPacificDataImages,PDI,empresaque trabalha com captura de movimento desde os primeiros prottipos, e a Industrial Light & Magic.Figura4:robT-1000,primeiropersonagemanimadopor captura de movimento da histria do cinema.Lanadoem1995,ogameFXFighter o primeirojogode luta em tempo real,com personagens e cenrios 3D. Ele tambm foi um dos primeirosjogos autilizarmocapparaanimarospersonagens.Nos games com captura de movimento,os personagens so animadoscomousuriodandoentradaemum conjuntode aes animadaspormocap,comocorrida, pulo,chutes,socos.Ospedaosdeaesaparecem de tal maneira que o usurio no percebe a mudana entre elas,parecendoqueeletemtotalcontroledos movimentos dos personagens. Cada conjunto de ao arquivada em bancos de dados e a mudana entre esses bancosdedadossoprovocadospelousurio.O sucessodessejogoincentivououtrasempresasa utilizarem essatecnologiaemseus games[Kitagawae Windsor 2008].Figura 5: cena do jogo FX Fighter, em sua primeira verso.Essesprojetospioneirosindicaramas vantagensedesvantagensdautilizaodediferentes princpiosfsicosparaacapturademovimentoeas limitaesrelacionadasaquisiodedados. Atualmentemuitasdasidiasoriginalmenteutilizadas permanecem,comoempregodehardwarescom capacidadedeprocessamentoquepermitefazera animaoemtemporeal.Essesprimeirosesforos ajudaramapavimentaraestradaporondeviriatodaa indstriadeanimao,comolanamentodeplug-ins paratodososprincipaisprogramasdemodelagemde personagens3Dquepermitemumainterfacede animaomaisamigveleeconomiadetempona realizaodasproduesparacinemaejogos eletrnicos.Ascolaboraesentreosrealizadores dessesprimeirosprojetosdepesquisaeprodutorasde efeitosvisuaisparacinemaconsolidaramousodessa tcnicaemdiversosfilmesquesedestacaramaoabrir novas perspectivas de realizao cinematogrfica.Adiscussosobreamocapservirouno arte e animao atingiu seu pice em 1999, quando o showanimadodetelevisoPasdeDonkeyKong(DonkeyKongCountry),queusavacapturade movimentojuntamentecomanimaoporkeyframes, foi rejeitado para disputar o Emmy sob a argumentao dequenoeraanimao.Esseprogramadeteleviso foi transposto para o formato de jogo eletrnico, sendo a tambm um grande sucesso.Em2003ocorreuumcenrioopostoaoda recusadeDonkeyKongCountryparaconcorrerao Emmy.A mocap foi utilizadapara criaropersonagem GollumnatrilogiadirigidaporPeterJackson,O SenhordosAnis(LordoftheRings),nosegundoe terceirofilmes.Opersonagemteveumaparticipao centralnahistriaecontracenoudiretamentecom atores reais, comosetodosestivem sendo filmadosao mesmotempo.Houveento,poca,umadiscusso intensaparasecriarumanovanominaoparao Oscar,paraoatorquedavavidaaopersonagem animado por captura de movimento.Figura 6: personagens de Donkey Kong Country.4.TecnologiasdeCapturade Movimento4.1. IntroduoOsdispositivosparasefazeracapturade movimentopodemserclassificadosemativosou passivos, sncronos ou assncronos, com marcadores ou semmarcadores,e/oudeacordocomosprincpios fsicosempregados[Moeslundetal2006].A taxonomia aqui adotada a partir dos princpios fsicos usados,masasdivisesdeacordocomasoutras definiesseroestudadas.Podem-sedividiros diferentestiposdesistemasdecapturademovimento em trs princpios fsicos bsicos: mecnico, magntico eptico.Osistemamecnico,porsuavez,podeser inercial, acstico ou se basear em prteses. Nacapturademovimentoacstico transmissoresque emitemsomsocolocadosno sujeito.Receptoresdeudioemtornodelemedemo tempo que leva para que o som v dos transmissores ao receptor.Portrilateraochega-selocalizaodos transmissores,que,emgeral,socolocadosnasjuntas do sujeito. No sistema prottico,uma estrutura externa colocadaemalgumaspartesdocorpo.Nessa estruturaestosensoresquemedemaangulaoe orientaodaestrutura,atravsdepiezeltricos,por exemplo,edessamaneiraomovimentopodeser analisado.Nosistemainercial,giroscpiose acelermetrossoposicionadosnasarticulaespara capturar o movimento.Nacapturamagnticaostransmissores emitemcamposmagnticoseosreceptoresmedema suaorientaocomrelaoaumcampodoqualse sabeaintensidadeesentido.Nacapturapticaos transmissoressorefletoresoufontesdeluzeos receptoressocmeras,chegandoportriangulao posio dos transmissores.Umsistemadecapturademovimentodeacordo comoquefoiexpostoacimapodeseresquematizado comonodiagramadafigura7.Acomplexidadedo mdulodeanlisedependedonveldosdados enviados pelo mdulo de percepo do movimento.Figura 7: diagrama dos diversos componentes de um sistema de mocap [Moeslund 2000].Osistemaativousadispositivosnosujeitoque transmiteourecebesinais.Quandoodispositivo funciona como transmissor, ele gera um sinal que pode sermedidoporoutrodispositivonasvizinhanas. Quandoelefuncionacomoreceptor,osinal geralmente gerado por uma fonte em suas vizinhanas. Mareyfoioprimeiroautilizarumamocapativa,em 1873, quando usou sensores pneumticos e cmeras de pressosobospsparamedirapressonopao caminhar.Osensormagnticoumexemplode dispositivo usado em um sistema ativo, como discutido mais frente.Nosistemapassivoosdispositivosnoafetamas suas vizinhanas. Eles simplesmente observam o que j estnouniverso,comoporexemploasondas eletromagnticas,enogeramnovossinais.Aidiausarumaimagemobtidadeumacmeraecapturaro movimento baseadonaquela imagem.Muybridge foi o primeiroautilizaressatcnica,em1878,quando demonstrou que o cavalo tira as quatro patas do cho.Porinterao sncronaentende-seaquelanaqualomovimentocapturadoimediatamenteusadopara controlaralgonomundorealouvirtual.Ainterao assncrona assim chamada por ser utilizada depois de gravada e elaborada.Aqui ser dada nfase captura passiva ptica, que aquevemtendomaiorreceptividadeemaplicaes deanimaoeoprincpioempregadonoprottipo queestsendoconstrudopelosautoresdessetutorial. Seroabordadasbrevementeascapturasmecnicaea magntica.Umdosautoresdessetutorialtambm abordaessesmtodosem suadissertaodemestrado [Flam 2009]. 4.2.Sistema mecnicoOsistemacomprtesesmenosprticodeser usadoparacapturademovimentodocorpointeiro, porquedemandaumasriedeconexesparamediras variveismecnicasutilizadas,comoexemploa presso. As conexes ficam pendentes no corpo do ator oudeondesequermediromovimento.Oprimeiro aparato desse tipo que se tem notcia foi o utilizado por tienne-JulesMarey,descritonolivroAnimal mechanism:atreatiseonterrestrialandarial locomotion de 1873.Para movimentos da mo, o dispositivo mecnico muitotil.NoartigodeMolet[1997],osmovimentos dosdedosedamosocapturadosporumaluva desenhada para esse fim, e os dados so mandados para umsoftware.Elesimulaoposicionamentodacmera deacordocomaorientaodaluvacomrelao cabeadapessoa.Essaorientaocaptadacom sensoresmagnticos,quedoaorientaodelacom relao aocampomagnticodaTerra,no caso.Foram desenvolvidosdiversosprottiposdeluvaspara capturarosmovimentossutisdamoededos.Na figura8v-seumaluvadesenvolvidaparacapturar movimentosdamo,chamadaCyberGlove. Neste caso,mede-seainclinaodosdedosatravsda posiodesuaspontas,usandocinemticainversa.O sistemadotipoprottico,emedem-seosngulos atravs de uma liga metlica que transmiteumatenso medida que dobrada.Ossistemasacsticosdecapturade movimentoforamtestadosatoinciodadcadade noventa,masdemonstraramsersoluesmenos versteisqueossistemasmagnticosepticos.Esses ltimossomaisprecisosnalocalizaodospontose mais compactos quanto ao tamanho do aparato.Figura 8: luva para mocapNossistemasinerciais,marcadoresativos contendo giroscpios e acelermetros so posicionados estrategicamente nas articulaes de uma roupa vestida pelapessoaalvodacaptura.Apsumaetapade calibrao,possvelusarasinformaesderotao dos giroscpios e de posicionamento dos acelermetros para aquisio direta dos dados.Os sistemas inerciais so portteis e quase no possuemrestriescomrelaoaolocaldecaptura. Algunsatpermitemobterdadosemambientes subaquticos [Animazoo, 2008]. Alm disso, no esto sujeitosaefeitosdeoclusoeinterferncianosdados adquiridos.Outravantagemquegrandepartedeles Mdulo de SensoriamentoMdulodeAnliseDadosdoMovimentousatecnologiadetransmissodedadossemfio.Isso garanteboaliberdadedemovimentoeumvolume extensodegravao.Porm,precisousarbaterias,o quelimitaotempodecapturasemrecargaou implica na necessidade de possuir baterias reservas.Ocustodesistemasinerciaiselevado, comparvel aos melhores sistemas pticos. A principal razoonveldetecnologiaempregadona miniaturizaodossensores.Portanto,ovalorfinalde umsistemadessetipodependeessencialmentedo nmerodemarcadoresutilizados.Umexemploo sistemaAnimazooIGS190quepossui18sensorese capturamovimentoaumataxamximade120Hz. ideal para a captura de corpo inteiro de um indivduo e seupreode75mildlares.possveltambm comprar somente apartesuperior ou inferior dotorso, custando aproximadamente 52 e 43 mil dlares [Inition 2009].Figura 9: sistema inercial IGS-190 (Animazoo).Vantagens:- o intervalo de captura pode ser grande;- custamenosqueossistemasmagnticose pticos;- o sistema em geral porttil;- captura em tempo real possvel;- os sensores nunca sofrem ocluso;- possvelcapturaromovimentosdevrios atores ao mesmo tempo com vrios sistemas.Desvantagens:- tem uma taxa de amostragem muito baixa;- elecomplexodevidoquantidadede detalhes mecnicos dos equipamentos;- trazlimitaesaomovimentodasjuntas humanas;- amaiorpartedossistemasnocalculam deslocamentosglobaissemaajudade sensores magnticos.4.3. Sistema magnticoOssistemasmagnticoscontinuamemusoe existem diversosfabricantesdessesdispositivos,como aempresaAscension.Osequipamentostmevoludo procurandosolucionarproblemasrelacionadosao princpiofsicoutilizado,eestoatualmente apresentandoequipamentoschamadosdeterceira gerao [Anisfeld 2006].Estes sistemas utilizam campos magnticos gerados ememissoreslocalizadosnasjunesdocorpo.Esses campos tnues so comparados ao campo magntico da Terra no local onde est sendo medido. Para isso, antes decomearaseodecapturatem-sesempreque calibraroequipamento.Osistemaumdispositivo ativo, como definido anteriormente.Osprincipaisproblemasrelacionadosaesse sistemasooscabosdealimentaoqueficampresos aocorpodoator,limitandoosseusmovimentos,ea interfernciaexternanocampomagntico.Essa interferncialimitaaatuaodeatorescujos movimentosestosendocapturadoseestomuito prximos,etambmquantoescolhadelocais apropriadosparaaatuao,ondenoexistam interfernciasexternasnocampogeradopelos emissores.Ossistemasusammarcadoresativospresos nasarticulaesdeumaroupavestidaporumator. Elessocapazesdemedirofluxomagnticoentrebobinaspresentesnoprpriomarcadorebobinas estacionriasemposiesconhecidas.Assim, possveldeterminaratranslaoeorientaodecada marcador. , portanto, um tipo de sistema de aquisio direta.Aliberdadedemovimentoemsistemas magnticosmenorsecomparadaaossistemas pticos.Necessariamente,osmarcadoresutilizados possuembateriasou fios quelimitamo movimento do atoreovolumedecaptura.Almdisso,osdados produzidospodemsercorrompidosedistorcidos devidoainterfernciaseltricasoumagnticas.Ou seja, existem tambm restries em relao ao local de gravao. Preferencialmente, o ambiente escolhido no devepossuirobjetosmetlicoseaparelhoseletrnicos sem blindagem eletromagntica.Umavantagemdesistemasmagnticosa ausnciadeocluso eo custo reduzido em relao aos sistemaspticos.Umexemploosistemada Ascension,oFlockofBirdsdaFigura10,com12 sensores,capazdegravarmovimentoa144Hze adequadoparaacapturademovimentohumano.Pode sercompradoporaproximadamente25mildlares [Inition 2009].Vantagens:- osdadospodemserfornecidosparaos personagens em tempo real;- dadosdeposioeorientaoficam disponveissemnecessidadede processamento adicional;- custammenosqueossistemaspticos,na faixa de 5000 a 15000 dlares;- os sensores nunca sofrem ocluso;- possvelcapturarvriosatores simultaneamenteutilizandovriossistemas, estando atento s interferncias.Desvantagens:- asensibilidadedosrastreadoresmagnticosa metaispodelevaraumasadadesinalcom rudo;- os movimentos dos atores so limitadospelos cabos em geral;- temumataxadeamostragemmenorquedos sistemas pticos;- areadecaptura,isto,osetdecaptura menorqueoquepossvelcomossistemas pticos;- difcilmudaraconfiguraodos marcadores.Figura10:dispositivomagnticoFlockofBirds montado para captura de movimento (Ascension).4.4. Sistema pticoOs sistemaspticospodemser divididosem ativos epassivos,comousemmarcadores.Nosistemaativo osmarcadoressofontesdeluz,emgeralLEDs colocados nas junes do corpo. O sistema passivo usa refletorescomomarcadores.Emambososcasosos detectoressocmerasdevdeo,emgeralcom dispositivoscmos,quepermitemumamaiorpreciso nalocalizaodosmarcadorescomrelaoaos dispositivos com ccd. Figura 11: sistema ptico Impulse (PhaseSpace Tech)Se marcadoresnoforemusados,ospontosde interessepodemserdeterminadospormeiode detecodesilhuetaoucomponentesestruturais (cabea,ombro,perna,moseetc.).Umatcnica recentesimplicaesseprocessopormeiodeuma maquiagemfeitaportintasfosforescentes,usadano produtoMovaContourRealityCapture (MovaLLC, 2008).Anfaseserdadaaoequipamentodecaptura passivaptica.Nessecasoascmerasdevdeoso retro-iluminadascomLEDseosmarcadorespticos soretro-refletores.Nafigura12v-seacmeracom os LEDs acesos formando um crculo ao redor da lente quecapturaaimagem.AluzdosLEDsiluminaoset degravao.Oprincpiofsicoutilizadoapresenta maior flexibilidade,podendoser deslocado einstalado nosmaioresambientespossveisparaatcnica,eno tem fiosou acessrios queprejudiquem a performance do ator, possibilitando maior liberdade de expresso. Figura 12: sistema de captura com os LEDs acessos em torno da lente de entrada da cmera, retroiluminada (Vicon).Osmovimentosdoatorsomonitorados utilizando-semarcadoresaolongodoseucorpo.Eles so colocados em articulaes e pontos-chave do corpo paraamovimentao.Aperformancedoator capturadaporcmerasdecmos,nasquaisasposies dosmarcadoressobidimensionais.Utilizandoum arranjodecmeraspodemosrecuperarascoordenadas espaciaisdos marcadores,portriangulao, aomandar os sinais das cmeraspara um computadorecompar-losatravsdeumsoftware.Estascoordenadasso aplicadasempontospr-determinadosdopersonagem virtuale,comisso,omovimentodapessoareal utilizadoparaanimaropersonagemvirtual.Assim comoseusaumapessoacomomodelorealpara capturaromovimento,poderiaseutilizarobjetosou animais,modificando-seamodelagem3Dea localizao dos marcadores.Vantagens:- osdadospticossomuitoprecisosna maior parte dos casos;- umnmeromaiordemarcadorespodeser usado.LembrardosistemautilizadonoO Expresso Polar, que tem 600 marcadores;- fcil mudar a configurao dos marcadores;- possvel obter aproximaes com esqueletos internos utilizando grupos de marcadores;- os atores no so limitados por cabos;- permiteumareadecapturamaiorqueem todos os outros sistemas;- possuemumamaiorfreqnciadecaptura, permitindoassimumataxadeamostragem maior.Desvantagens:- requer uma ps-produo, isto , um posterior processamento dos dados mais intenso;- o sistema mais caro, variando entre 80.000 e 250.000 dlares;- nopodecapturarmovimentosquandoos marcadores ficam oclusos por perodos longos de tempo;- acapturademovimento temqueser feito em umambientecontrolado,semmuitospontos dereflexoparaevitarinterferncianos resultados.5. Capturando o Movimento5.1.Preparandoasessodecapturade movimentosComoacapturademovimentoutilizadapara animar umpersonagem virtual, devemos ento focara ateno nele, em como ele criado eemcomo ela lhe dvida.Aconstruoeconceituaodopersonagem, enfim,suapersonalidade,fundamentalparadefinir comoacapturaserutilizada.Porpersonalidadese entendeasuaaparnciafsica,osseusmovimentos bsicos,suasaesereaesaacontecimentosea outros personagens.Osseguintesprincpiossodifceisdeserem trabalhados com a captura de movimento: comprimir e esticar,antecipao,continuidadeeexageraoalm doslimitesfsicos.Existemmtodosmanuaise procedimentosparaadicionaralgunsdessesprincpios capturademovimento,depoisqueosdadosso colhidos.Deve-seanalisararelaocusto/benefcio casosedevamutilizaressesmtodos,poismuitas vezes maiseficazutilizaraanimaopor keyframes. Existemdiversosexemplosdeproduesque desistiramdeusaramocapporcausadessas limitaes, algumas mostradas anteriormente.Napr-produodeumaanimaoquese queirautilizaracapturademovimentodeve-se primeiroestudarascaractersticasdopersonagem virtual.A animao por mocap bastante realista, eo idealfazeralgunstestesprviosdecomovaise portaro personagem comos movimentos captados.Se forentodecididoporesseprocessodeanimao, deve-sefazerumplanejamentominuciosodecada etapadaproduo,isto ,das sessesdecaptura, para queosdadoscoletadoscheguemcommenos modificaesparasefazernafasedeanimao,ou seja, para a ps-produo.Oplanejamentodassesseslevaemconta comoospersonagensvirtuaisestaroemcenaeem quetipodeformato.Podeserumjogoeletrnico,um filme,umdesenhoanimado,umatelenovelaouuma interaocomumclientepelainternet.Deve-sesaber seopersonagemcumprirumroteiroprecisoouse serconstrudaumabibliotecademovimentosque sero escolhidos de acordo com a demanda do jogo ou dainteraocomocliente.Emqualquerdoscasos, leva-seemcontaocenrioemqueopersonagem desenvolveraaoequaistiposdeinteraocomo ambiente e com outros personagens.No caso de se desejar construir uma biblioteca demovimentosparaumjogoeletrnico,temquese fazerumalistagemdosmovimentos,comotipode enquadramento.Sehouvercontinuidadeentreos movimentos,isto,oinciodeumcomearna seqnciadofinaldeoutro,issodeveentrarno detalhamentodalista.Comalistaconcluda, organizam-seassessesdecaptura,agendando-asde acordocomo tipodemovimentoedeenquadramento para que seja o mais eficiente possvel.Oidealquesetenhaumroteirodetalhado em tomadaseseqncias,com asfalasesituaesem queopersonagemseenvolve.Apartirdisso, organizam-seassessesdecapturalevandoemconta ostiposdecenrios,personagenseenquadramento, paraquesejamcapturadososmovimentosutilizando critriosqueagilizemofluxodetrabalho.Tudoisso deveserdiscriminadonoplanodegravao.Na decupagemdascenas,casohajainteraodo personagemcomoutrospersonagensoucomobjetos, elasdevemserdivididasporpartes,deacordocoma interaoemovimento.Issofacilitamuitootrabalho de ps-produo, na etapa de elaborao dos dados.Emtodasassituaes,deve-seadotarum critriominuciosoparanomearosarquivos,poisem geral elesso emgrande nmero. E isso ajudana ps-produo e depois para arquiv-los para posterior uso.Tendoemmosoroteiroeoplanode gravao,podem-seiniciarassessesdecaptura. Nessemomentodeve-seestaratentoslimitaesdo equipamento, baseado nos princpios fsicos utilizados, edosoftwaredecaptura.Nocasodesensores magnticos, interferncias devido a metais prximos, e paraosmarcadorespticos,ocluso,soaslimitaes principais.Amelhorsituaoquandosetemjo modelodopersonagemvirtualaseranimado,ou mesmoumafiguradepalitos,paraquesepossam aplicarosmovimentosondehajadvidasquantoao resultado.Dessamaneira,pode-secorrigiratempo imperfeiesintroduzidaspeloequipamento,evitando problemas futuros na ps-produo.importanteestaratentoaonmerode personagensqueestocontracenandoeposiodos marcadores. Antes do incio das sesses deve-se definir onde ficaroos marcadorese no sedeve mud-los de lugar. Se isso ocorrer, a nova configurao tem que ser mapeadadetalhadamente.medidaqueastomadas vo sendo feitas, os arquivos devem seguir a nomeao de acordo com os critrios estabelecidos pela equipe de captura, para que possam ser acessados com facilidade. O nmero de arquivos pode chegar a algumas centenas eatmilhares.Essescuidadosprecisamsertomados comcertorigorparaquenoseinviabilizeotrabalho porquestescorriqueiras,masquepodemsignificar uma grande dor de cabeana ps-produo. Com isso, otrabalhoficamaisgilepode-seprevercommais facilidadeotempoparafinalizaraanimaodos personagens.Os dados devem chegar etapa de finalizao sem muitas alteraes por fazer. A performance do ator temqueseramaisprximadoquesepretendeda personalidadedopersonagem.Alterarmanualmentea intensidade dos movimentos muito trabalhoso na ps-produo, e muitas vezes impossvel. Para que no haja aumento no tempo de trabalho e custo alm do previsto queoplanejamentotemqueseromaisminucioso possvel. Muitos dados devero ser trabalhados na fase definalizao,devidooclusodosmarcadoresou rudos introduzidos na captura, mas devem estar dentro denveisaceitveis,isto,quenoafetemo cronogramasignificativamente,comoocorrequandoa produo no bem organizada.Seguindo essas regras bsicas e utilizando-se a tcnica em um contexto em que ela no comprometer o enredo da histria, pode-se esperar um resultado bem sucedido,podendoaofinalreduzirotempoeocusto comrelaoanimaotradicionaloucomputao grfica por keyframe [Liverman 2004].5.2. MarcadoresOspontosmonitoradosnocorpodoatorrecebem duasdenominaesdiferentes.Elessochamadosde sensoresquandoosistemamagnticoede marcadoresquandoptico,oudemarcadoresem ambososcasos.Seradotadaessaltimaconveno, dedenomin-lossemprecomomarcadores.Parao sistemamagntico,aroupavemcomossensoresno sistemacomercializado,etem-sepoucaliberdadede modificaressasposies.Paraosmarcadorespticos tm-semaispossibilidadesdemodificarsuas localizaes ao longo do corpo assim como o tamanho dos mesmos.Para seguir o movimento do corpo nas situaes em que o ator estar fazendo a performance, os marcadores devemestarfixosepresosaos pontosescolhidosno corpo.Paraseconseguirissopodemusarroupasde lycra justas aocorpo,comosmarcadorespresos aela. Umaoutraalternativaprend-losdiretamenteno corpo, como atorusandocalo edeixando osbraos descobertos.Nessecaso,osmarcadoresso posicionadosusandofaixasdelycracomvelcro, adesivo de dupla face ou cola especial no corpo. O que importante em todas as situaes que os marcadores no se soltem ou se movimentem.Paraosistemaptico,osmarcadoresparaocorpo podem ser pequenos leds,bolasou discos refletores. convenienteusar aradiao de iluminao ou dos leds noinfravermelho,comfiltros,paradeixarpassar somenteessafreqncia,posicionadosnafrentedas cmeras.Odimetrodessesmarcadorespode chegara 5 mm, dependendo da resoluo das imagens.Asposiesdosmarcadoresdevempermaneceras mesmasduranteassessesdecaptura,poiselastm umaequivalnciacomasarticulaesdopersonagem virtual.Casosemudemessaslocalizaes,devemserbemespecificadasemapeadasparaqueasmesmas sejamalteradasnaps-produo.Onmerode marcadoresdependedacapacidadedeprocessamento docomputadorqueestsendousadonasessode captura, e do tempo que se tem disponvel para fazer o processamentodosdados.Comoaumentodessa capacidade,tem-sechegadoanmerosquepermitem um nvel de detalhamento e realismo cada vez maiores eemtemporeal.NocasodosistemautilizadonoO ExpressoPolar,utilizaram-se600marcadoresnos corposdosatores,levandoquaseduashoraspara posicion-los antes de cada sesso de captura.Figura 13: posies para 41 marcadores [Menache 2000].Acolocaodosmarcadoresdevelevaremconta trs questes bsicas: 1. definir a posio ou orientao de uma juno; 2. para se fazer distino entre direita e esquerdaeentreosdiferentesperformticos;3.para ajudar a reconstruir os dados de outros marcadores, que seperderamouestiveremfaltando.Entoh marcadoresparaajudaradefiniroesqueletoeseus movimentos,outrosparadistinguiraesquerdada direita e para identificar os performticos, e outros para achar-semarcadoresqueficaremocultos.Baseado nessestrstipostem-seapropostadeposicionamento de 41 marcadores na figura 13.Paraosmovimentosfaciaispode-sefazeruma sesso separada para esse objetivo, ou no, dependendo dosoftwaredecaptura,dacapacidadede processamentoedaresoluodascmeras.Os marcadores faciais so menores, entre 3 e 4 mm, e so colocadosdiretamentenapele,comfitadeduplaface oucolaespecial.Onmerodelesvaide12a150, como no sistema da Sony Pictures Imageworks.Nacapturadomovimentodasmosusam-seos marcadores de 3 e 4 mm tambm. Eles so empregados paradaraorientaodo antebraoeparamovimentos geraisdamo.Osmovimentosmaisdetalhadosdos dedos so capturados ainda separadamente, e utiliza-se um sistema com 25 marcadores, em geral.A entrada do sistema de captura ptico ento umaseqnciadeimagensregistradaspelacmera.A sadaso ascoordenadasdasposiesdos marcadores paracadaimagem.Nocomputadoraimagem segmentada para extrair as regies correspondentes aos marcadores na cena original.A segmentao baseada emferramentasdeprocessamentodeimagem, principalmentetransformaesmorfolgicas,queso representadasporalgumasoperaesbsicas.Atravs desse processo, localizam-se os centros dos marcadores e seguem-se as suas posiesatravs das imagens,isto ,atravsdotempo.Aquantidadedeimagenspor segundoataxadeamostragemdasmesmas.Essa taxa deveser igualou maiorque ataxadequadros do formatocomoqualseesttrabalhando,cinemaou vdeo.Figura14:dadossemgrandequantidadedeprocessamento, com os marcadores como se fosse uma nuvem, sem conexes e conectados por um boneco de palitos [Menache 2000].Paraseguirosmarcadoresatravsdos fotogramas,depoisdasegmentaoedalocalizao dospontos,vemaprediodeondeelesestonos prximosquadros.Esseprocessonecessriopara reduziraregioondevoserprocuradosos marcadoresnasprximasimagens.Assim,tem-sea evoluotemporaldospontosno corpo dequem faza performance,quecorresponderoapontosno personagem virtual.Terminado o processo de identificao das posies dos marcadores atravs do tempo, os dados disponveis sorelativosacadacmera,comosdeslocamentos bidimensionaisdospontos.Atravsdeclculosde triangulaodosdadosdecadacmerafeitos aseguir, baseados na posio das mesmas, chega-se aos valores tridimensionais dos marcadores no corpo do ator.5.3. Preparando o personagemOspersonagenspodemsercriadosem diversosprogramasdemodelagem3D,comooMaya, oSoftimage,o3DStudioMaxeoBlender3D.Todos essesprogramaspossuem plug-insqueconvertemos dadosgeradosnoprocessodecapturademovimento, comodescritoanteriormente,eosaplicamempontos pr-determinados,equivalentessposiesdos marcadores no ator.No software de modelagem 3D, o personagem virtualconstrudocomestruturasarticuladas.Elas soconjuntosdeobjetosrgidos,queseriamosossos, porexemplo,conectadosporarticulaes.As articulaesformamovnculogeomtricoentreos objetos rgidos, permitindoo movimento relativo entre eles.Asestruturasarticuladassorepresentadaspor estruturashierrquicas(rvores),ondeaposiode cadaarticulaodefinidaatravsdacomposioem seqnciadastransformaesdasarticulaes anteriores.Comisto,apenasaprimeiraarticulaoda estrutura precisa ser posicionada no espao, enquanto o restodaestruturaposicionadoapenaspelosngulos entreasarticulaes,chamadosdengulosrelativos. Soestasinformaes,aposiodaarticulaoeo ngulorelativoentreorestantedasarticulaes,os parmetros da animao.Figura 15: um tipo de hierarquia para o esqueleto[Menache 2000].Osdadosgeradosnoprocessodecapturavmem formatosdiversos,de acordocomasmaneirasemque soorganizadasasinformaes.Asextensespara estesdiversosformatosso.amc,.bva,.bvh,.trc.O formatoaseradotadonoOpenMocapo.bvh, desenvolvidopelaempresaBiovision,especializada emanlisedeesporteseaanimao.Esseformato aceitoporvriosaplicativosdemodelagem3D,como o3DSMax.Oarquivodivididoemduassesses principais:hierarquiaemovimento.Asessode hierarquiaincluitodasasdefiniesnecessriaspara criaroesqueleto,easessodemovimentocontemo fluxo de dados.Com esse nvel de tratamentotcnico conclui-seaabordagemdassessesdecapturaede processamentodedados.Onveldesofisticao tcnica o suficiente para que o artista e aquele que for utilizar-sedorecursodisponvelpossacompreendero comportamentodacapturadigitaldemovimentonas diversasetapasdoprocesso.Paraaconstruodo prottipo,jestsendoaprofundadaaabordagem tcnicaparaescrevero aplicativoquefaraaquisio dos dados coletados pelascmeras, aidentificao dos pontosnocorpodoator,aevoluotemporaldesuas posieseasadadosvalorestridimensionaisno formatoapropriadoparaautilizaonopersonagem virtual pelo programa de modelagem 3D.6.ArquiteturadaAplicao OpenMoCapOOpenMoCapfoiconstrudovisandoalcanar todososobjetivosdeumsistemadecapturade movimentodecdigoaberto,empregandobons princpiosdeconstruodesoftware,descritosem McConnell[2004]eemKernighan&Pike[1999]. Portanto,diversasdecisesdearquiteturae implementaoforamtomadasesoapresentadasa seguir.AFigura15ilustraaarquiteturadenidaparaa aplicaopormeiodeumdiagramademdulos.O softwareeocdigoforamdesenvolvidostotalmente emingls,almejandouniversalizarseuusoeo desenvolvimentodeextenses.Aseparaodos mdulos por uxos de execuo (do ingls threads) foi feitaparaaproveitaratendnciaatualdaindstriade processadoresdeproduzirchipscomcadavezmais ncleos. Tarefasempreendidasem temporeal,como a detecodepontosdeinteresse (POI),o rastreamento, atriangulaoeavisualizao,puderamser paralelizadas.Ouxoprincipaldeexecuo(MainThread) compostopeloncleodaaplicao(MoCapCore)e pelainterfacegrcaprincipal(MainUserInterface). Oncleoresponsvelporinicializarcorretamente todososoutrosuxosdeexecuoeseusmdulose pordisponibilizartambmumaligaoentreelespor meiodoscontroladoresdecapturaedevdeo.Alm disso,umrepositriocentraldeinformaes,como qualaconguraodascmerasconectadas,quais soosalgoritmosdisponveispararealizaodouxo decapturaequaissoassemnticaspossveisparaos POIs.Figura 15. Diagrama da Arquitetura do OpenMoCap [Flam 2009].A interfacegrcaprincipal ilustradapelaFigura 16,obtidadoOpenMoCapemexecuo.Ela responsvelporexibirdadosdecapturaereceber solicitaesdousurio,acionandofunesespeccas doscontroladores,necessriasgravaode movimento.Existembasicamentequatrocomponentes deinteraocomo usurio:o menu,abarradestatus, as janelas de cmera e a janela de visualizao.Figura 16. Interface Grca Principal do OpenMoCap [Flam 2009].O menu permite, por meio de botes, o comeo e o trminodeumaseodecapturaeaestimaodos parmetros dascmeras.Ele informa tambmo tempo decapturatotaleosalgoritmosutilizados.Poroutro lado,abarradestatusexibeapenasaresoluodas cmeras ligadas ao softwareea taxa de quadros sendo processadaporsegundo.Asjanelasdecmeraexibem asimagensobtidasporcadadispositivoexis- tenteno sistemaepermitemaseleodesemnticadosPOIs detectados.Ajaneladevisualizaoexibeumaprvia emtempo realdomovimentoqueestsendogravado, por meio de um uxo separado composto pelo mdulo devisualizao(ModelVisualization).Omodelode interfacedemltiplosdocumentos(doinglsMultiple Document Interface)foiadotadoporproporcionarum espaocomumeexvelparaousodasjanelas existentes.Cadaumadasjanelasdecmeraprocessada exclusivamente por um uxo de execuo, coordenado porumcontroladordevdeo(VideoController).Por suavez,cadaumdessescontroladorespossuiuma instncia de cmera, doalgoritmo de deteco de POI e doalgoritmoderastreamento,quesoexecutados sequencialmente.NaFigura15issorepresentado pelos mdulos Abstract Camera, Abstract POI Detectore Abstract Tracker. Eles denem uma interface comum eamaisgenricapossvelparaascmeraseos algoritmosdeprocessamentobidimensionais,citados anteriormente.Esseconceitodemdulosabstratosquedenem interfacesmuitoimportanteparagarantira extensibilidadedaaplicao,umdosobjetivos propostosnestetrabalho.Casosejausadoumnovo modelodecmerae esseequipamentonofor compatvelcomaimplementaoatual,basta desenvolverfuncionalidadesespeccas,comoa obtenodequadroseamudanaderesoluo seguindoopadrodomduloabstratodecmerapara aproveitartodoouxojexistente.Outro exemplo vantajoso a possibilidade de substituir o algoritmo de detecodePOIporumbaseadoemreconhecimento de partes do corpo ao invs de intensidades de regies, isto,fazercomqueosistemapossacapturar movimentosemmarcadores.Portanto,possvel realizaralteraesdeotimizaoenovas funcionalidades, pontualmente e incrementalmente.O ltimo uxo de execuo, presente na Figura 15, ocompostopelocontroladordecaptura(Capture Controller).Eleoprincipalresponsvelpelo funcionamentocorretodaaplicaoeexecuta efetivamenteumaseodecaptura,gerenciandoe processandoas informaesproduzidaspelos controladoresdevdeoeatualizandoouxodo visualizador. Baseado no mesmo princpiode mdulos abstratos,ocontroladordecapturapossuiuma instnciadeum algoritmodeestimaodeparmetros de cmeras (Abstract Calibrator), uma de um algoritmo de reconstruo (Abstract Reconstructor)e uma de um algoritmoparagerarsadadedados(AbstractOutput Writer).Atomomentoforamdiscutidasdecisesdemais altonveldearquitetura,relacionadasprincipalmente aos conceitosdeabstrao,generalidade,separaode interessesedesenvolvimentoincremental.Porm, decises demais baixo nvel, ligadas implementao emsi,tambmforamfeitasparagarantiro aproveitamentodebibliotecasdecdigolivrej existente, o padro de codicao e a modularidade. Dadaanaturezadaaplicaoconstruda,uma bibliotecaecienteemaduradevisocomputacional foiespecialmentetilparaseudesenvolvimento.A OpenCV,atualmentemantidapelaWillowGarage [2009],foiabibliotecaselecionadadessetipo.Elafoi escritainicialmentena linguagemdeprogramao C e C++paraexibira performancedosprocessadoresda Intel Corporation, sua criadora.AgradecimentosEssetrabalhoteveoapoiofinanceirodoCNPqeda FAPEMIG.BibliografiaANISFELD,N.TheRiseofaNewArtForm TheBirthof Mocap,AscensionTechnologyCorporation technicalreport, quepodeserencontradonoendereowww.ascension-tech.com/ applications/pdf/birth_of_mocap.pdf.BARBOSAJNIOR,AlbertoLacerda,Artedaanimao, tcnica e esttica atravs da histria. Editora Senac, 2002.FLAM,D.L.,QUEIROZ,D.P.,GOMIDE,J.V.B.e ARAJO,A. de A. OpenMoCap:An Open Source Software forOpticalMotionCapture, artigo completodoSBGAMES 2009.FLAM,D.L.OpenMoCap:umaaplicaodecdigolivre paraacapturapticademovimento.Dissertaode Mestrado, Departamento de Cincia da Computao, UFMG, 2009.FLEISCHER,Richard. 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