كيف تمنح تقنية التقاط الحركة الحياة للأصنام الافتراضية

• تقنية التقاط الحركة هي تقنية تسجيل ومعالجة حركة شخص أو كائن آخر،
• تُستخدم تقنية التقاط الحركة في عدد كبير من أفلام الرسوم المتحركة البارزة مثل أفاتار والمنتقمون وسيد الخواتم.

رأينا
تُستخدم تقنية التقاط الحركة على نطاق واسع في العديد من المجالات: في السينما والرسوم المتحركة، يمكن أن توفر للمستخدمين تجربة تفاعلية أكثر طبيعية وبديهية. كما أنها تحسن بشكل كبير كفاءة الإنتاج، وتقلل التكاليف، وتجعل تأثير الرسوم المتحركة أكثر حيوية وواقعية. في عصر تنوع الترفيه والتسلية، يعد التقاط الحركة وسيلة فريدة وفعالة لتعزيز تطوير الصناعة. بالإضافة إلى ذلك، في مجالات العلاج الطبي والتأهيل، والتدريب الرياضي، والبحث في الميكانيكا الحيوية، تلعب تقنية التقاط الحركة دورًا مهمًا.
— Iydia Ding، صحفية في BTW Media

تقنية التقاط الحركة هي تقنية تسجيل ومعالجة حركة شخص أو كائن آخر، تجمع بين تقنيات تتبع الصور وتقنيات الحوسبة الجديدة، مما يسمح باستخدام تسلسلات مصورة مستمرة كأساس للرسوم المتحركة دون الحاجة إلى عملية الرسم. في السنوات الأخيرة، بدأ التقاط الحركة في إحداث ضجة في صناعات السينما والتلفزيون والرسوم المتحركة، وكذلك في صناعة ألعاب الفيديو. حدث الاختراق الحقيقي عندما استخدمت "ثلاثية سيد الخواتم" التقاط الحركة بالكامل لإنشاء شخصية "غولوم"، مما أحدث ثورة في تصور هذه التقنية.

بالإضافة إلى التطبيقات في السينما والتلفزيون والألعاب، تُستخدم تقنية التقاط الحركة أيضًا في الواقع الافتراضي، والتفاعل بين الإنسان والآلة، وطب التأهيل، وكشف وضعية السفن، والتأهيل الطبي، والتدريب الرياضي، والبحث فيالميكانيكا الحيوية، وغيرها. ومع التطور المستمر للعلوم والتكنولوجيا، من المتوقع أن يكون هناك المزيد من الاتجاهات القابلة للتوسع في المستقبل.

"إذا كان علينا إنتاج 200 دقيقة من الرسوم المتحركة باستخدام التقاط الحركة، فقد نحتاج فقط إلى حوالي 2-3 أيام من التسجيل، وربما أقل من شهر، للحصول على نفس التأثير، بل وأكثر واقعية، مما لو كان الرسام قد أنشأ الحركة يدويًا."

Kevin Wang، كبير فنيي التقاط الحركة، مركز تكنولوجيا الفوتونيات، Tencent Interactive Entertainment

مفاهيم وتطبيقات التقاط الحركة

المفاهيم الأساسية للتقاط الحركة

يعود أصل التقاط الحركة إلىالدوران الضوئي، الذي استُخدم في أول فيلم رسوم متحركة ثنائي الأبعاد من إنتاج ديزني "بياض الثلج" ولعبة "أمير بلاد فارس". اليوم، يشير التقاط الحركة بشكل أكبر إلى تقنيات التقاط الحركة القابلة للارتداء، مثل التقاط الحركة البصري والتقاط الحركة بالقصور الذاتي. يقوم المتخصصون بتركيب أجهزة استشعار مختلفة على الممثلين. تقوم هذه الأجهزة بتتبع وتسجيل حركاتهم بحيث يمكن إعادة إنتاجها في الوقت الفعلي على شكل "هيكل عظمي" افتراضي على شاشة الكمبيوتر.

يسمح استخدام معدات التقاط الحركة القابلة للارتداء للحصول على بيانات حركة جسم الممثل ببناء مسار حركة ثلاثي الأبعاد دقيق، ويستخدم على نطاق واسع في المجالات العسكرية والترفيهية والرياضية والطبية والروبوتات وغيرها، مما يشكل طريقة بحث مهمة في بيئة العمل والميكانيكا الحيوية.

اقرأ أيضًا:تخطط Meta لجلب الذكاء الاصطناعي التوليدي إلى ألعاب الميتافيرس

اختبار

ما هي التقنيات التي يجمعها التقاط الحركة؟

أ) تقنيات تتبع الصور وتقنيات الحوسبة الجديدة

ب) تقنية ISAC (استشعار الاتصال المتكامل)

ج) معالجة اللغة الطبيعية (NLP)

د) تقنية البلوك تشين والحوسبة الكمومية

توجد الإجابة الصحيحة في نهاية المقال.

تاريخ تقنية التقاط الحركة

مع زيادة شعبية مفهوم "الميتافيرس"، تتضح القيمة طويلة المدى للتقاط الحركة للميتافيرس؛ فهي تقع على نفس مستوى تقنيات المحرك والنقل والحساب والعرض، وتشكل قطعة مهمة من "اللغز الكبير" لبناء البنية التحتية للميتافيرس.

ظهرت تقنية مشابهة للتقاط الحركة لأول مرة في عام 1915، عندما بنى رسام الرسوم المتحركة Max Fleischer جهاز عرض يعرض محتوى الفيلم على مسرح شفاف. من خلال هذا الجهاز، يمكن لرسام الرسوم المتحركة رسم حركات الشخصية بسهولة كما ستظهر على الشاشة.

في عام 1983، حقق Tom Calvert من جامعة سيمون فريزر في كندا اختراقًا كبيرًا في ملابس التقاط الميكانيكي الفعلي، وهي تقنية مكنت من رؤية أول تقاط من الفئة الميكانيكية. في الوقت نفسه، قدم معهد MIT أيضًا نظام "دمية رسومية" يعمل بالـ LED، وهو نموذج أولي لأنظمة التقاط الحركة البصري المبكرة.

في نهاية عام 1990، كان تصوير "سيد الخواتم" أول مرة يتم فيها دمج خطوات التقاط الحركة في موقع التصوير، وكان Andy Serkis، رائد ممثلي التقاط الحركة، قادرًا على التفاعل مع الممثلين الآخرين بدور "غولوم"، مما ساعد في بناء الشخصية ومنحها مزيدًا من الحيوية.

اليوم، أصبح التقاط الحركة معيارًا تقريبًا في استوديوهات الألعاب الكبرى. بفضله، يتم مزامنة الحركة الحقيقية والشخصيات المتحركة، وتظهر شخصيات اللعبة أكثر واقعية وحيوية. لهذا السبب يمكننا مشاهدة أداء حركي بمستوى سينمائي في الألعاب.

"إنها تقع على نفس مستوى تقنيات المحرك والنقل والحساب والعرض، وتشكل قطعة مهمة من 'اللغز الكبير' لبناء البنية التحتية للميتافيرس."

MetaPost Tencent Metaverse Technology Media

مجالات تطبيق التقاط الحركة

في السنوات الأخيرة، استُخدم التقاط الحركة على نطاق واسع في صناعة السينما والألعاب، كما في الأفلام الشهيرة "أفاتار"، و"كوكب القردة: البداية"، و"عقيدة القاتل"، و"ديترويت: أصبح إنسانًا"، وغيرها، حيث تُستخدم بيانات التقاط الحركة للممثلين لتحريك الشخصيات الافتراضية. نظرًا لأن البيانات تعتمد بالكامل على التقاط جسم الإنسان، فإن إعادة بناء الحركة يمكن أن تعيد إلى أقصى حد وضعية وتأثيرات حركة جسم الإنسان، مع الحفاظ على مظهر طبيعي وسلس، بحيث يمكن للتقاط الحركة الحديث أن يحسن بشكل كبير قوة التعبير للشخصيات الافتراضية.

يمكن اعتبار فيلم أفاتار الذي صدر عام 2009 رائدًا في الجمع الناجح بين التقاط الحركة والتقاط تعابير الوجه. استخدم المخرج James Cameron وفريقه كاميرات وجه مثبتة على الرأس وقاموا ببناء أكبر استوديو تصوير والتقاط حركة تم تنفيذه على الإطلاق.

لم يكن إنتاج المؤثرات الخاصة للسينما والتلفزيون والألعاب منفصلاً أبدًا، وسرعان ما أدخل شخص ما مفهوم التقاط الحركة إلى عالم الألعاب. كان الأكثر ريادة في هذا المجال هو Sega، التي كانت في ذلك الوقت على قدم المساواة مع Nintendo وSony في مجال الأجهزة. بالإضافة إلى ذلك، تستخدم بعض مجموعات الأصنام الافتراضية، مثل "Project SEGA"، "Aikatsu"، هذه التقنية أيضًا، حيث تجمع بين التقاط الحركة والرسوم المتحركة ثلاثية الأبعاد لخلق المزيد من الإمكانيات على المسرح، من خلال توفير ردود فعل فورية لتفاعلات المعجبين، مما يزيد من الشعور بالتجربة.

علاوة على ذلك، تسمح بعض ألعاب الواقع الافتراضي للاعبين بأن يصبحوا جزءًا من العالم الافتراضي من خلال التقاط الحركة، والتواصل مع شخصية غير لاعب (PNJ) "بشعور حقيقي".

بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم تقنية التقاط الحركة على نطاق واسع في المجالات العسكرية والترفيهية والرياضية والطبية والروبوتية وغيرها الكثير، وتشكل طريقة بحث مهمة في بيئة العمل والميكانيكا الحيوية.

اقرأ أيضًا:نينتندو تقول إنها لن تستخدم الذكاء الاصطناعي التوليدي لصنع الألعاب

التقاط الحركة القابل للارتداء مقابل التقاط الحركة بالفيديو باستخدام الذكاء الاصطناعي

مع نضوج التكنولوجيا، أصبح تطبيق التقاط الحركة أوسع نطاقًا، من الرسوم المتحركة إلى التفاعل بين الإنسان والآلة، إلى التحكم عن بعد في الروبوتات، والتدريب الرياضي، وغيرها، كلها تستخدم التقاط الحركة.

في مواجهة سيناريوهات مختلفة، ظهرت أيضًا مسارات تقنية مختلفة للتقاط الحركة، وأكثرها شيوعًا هي التقاط الحركة البصري، والتقاط الحركة بالقصور الذاتي، والتقاط الحركة البصري بالكاميرا.

المبدأ التقني للتقاط الحركة القابل للارتداء

يشير التقاط الحركة القابل للارتداء بشكل أساسي إلى التقاط البصري والقصور الذاتي. يتتبع التقاط البصري العلامات على بدلة التقاط البصري، ويزامن بيانات الوسم تحت كاميرات مختلفة، ويستخدم خوارزميات إعادة البناء ثلاثية الأبعاد لإعادة بناء بيانات حركة أجزاء مختلفة من جسم الإنسان؛ يسجل التقاط بالقصور الذاتي بيانات أجهزة الاستشعار بالقصور الذاتي على المعدات القابلة للارتداء، ثم يعيد بناء مسار الحركة ثلاثي الأبعاد عبر برنامج ويحوله إلى رسوم متحركة هيكلية، لتحريك الشخصية الافتراضية. يستخدم التقاط الحركة بالفيديو باستخدام الذكاء الاصطناعي لتحريك الشخصيات الافتراضية.

المبدأ التقني للتقاط الحركة بالفيديو باستخدام الذكاء الاصطناعي

مع تطور التعلم العميق، تحسنت دقة الصور أحادية العين لمهام مثل اكتشاف النقاط الرئيسية لجسم الإنسان والتنبؤ بوضعية الإنسان بشكل كبير. في الوقت نفسه، مع نشر نماذج جسم الإنسان البارامترية مثل SMPL، أصبح من الممكن التنبؤ بوضعيات الهيكل العظمي البشري باستخدام الأقنعة مباشرة من صورة واحدة.

يتكون التقاط الحركة بالفيديو باستخدام الذكاء الاصطناعي من استخراج إطارات متعددة من الفيديو، واستخدام خوارزميات الذكاء الاصطناعي لاستخراج وضعيات الهيكل العظمي البشري من إطارات مختلفة بشكل منفصل، ثم ربط هذه الوضعيات بترتيب زمني لتشكيل بيانات رسوم متحركة هيكلية، قابلة للاستخدام لتحريك الشخصيات الافتراضية.

نوعان من الخوارزميات للتقاط الحركة باستخدام الذكاء الاصطناعي

أكثر خوارزميات التقاط الحركة باستخدام الذكاء الاصطناعي شيوعًا تستند إلى نماذج جسم بشري بارامترية، مثل SMPL/SMPL-X، وتنقسم بشكل أساسي إلى فئتين.

الخوارزميات القائمة على التحسين: تحدد هذه الخوارزميات مسبقًا بعض دوال الهدف للتحسين، وتتكون عادةً من خطأ إعادة الإسقاط، وشروط تنظيم مسبقة لوضعية الإنسان، إلخ. أثناء التنبؤ، يتم اكتشاف النقاط الرئيسية ثنائية الأبعاد، مثل مواقع مفاصل الركبتين والمرفقين والكتفين، عن طريق التصنيف اليدوي أو خوارزميات الذكاء الاصطناعي، ثم يقوم خوارزم التحسين بالبحث التكراري عن مجموعة من معلمات نموذج الجسم البشري البارامتري بقيم مثلى لدوال الهدف لتمثيل وضعية الهيكل العظمي البشري في الصورة الحالية. تمثل هذه الخوارزميات بـ SMPLify، SMPLify-X، إلخ.

الخوارزميات القائمة على البيانات: تتطلب هذه الخوارزميات مجموعة بيانات تدريب تحتوي على عدد كبير من الصور وبيانات وضعية الهيكل العظمي المقابلة التي تم الحصول عليها بواسطة تقنيات التقاط الحركة الحديثة. أثناء مرحلة التدريب، يتم تدريب شبكة عصبية عميقة للانحدار مباشرة إلى الحقيقة الأساسية لمجموعة البيانات؛ أثناء مرحلة التنبؤ، تتنبأ الشبكة العصبية العميقة المدربة مباشرة بمجموعة من معلمات نموذج الجسم البشري البارامتري من ميزات الصورة. تمثل هذه الخوارزميات بـ HMR، VIBE، PyMAF، إلخ.

هذان النوعان من الخوارزميات لهما مزايا وعيوب. يمكن للخوارزميات القائمة على التحسين أن تضبط بشكل أفضل وضعيات أطراف الأطراف وأجزاء أخرى من الجسم بدقة أعلى، ولكنها تتطلب نقاطًا رئيسية ثنائية الأبعاد أكثر دقة.

بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لوجود العديد من الحلول دون المثلى لهذه المشكلة التحسينية وتأثرها الشديد بالتهيئة الأولية، فمن الأسهل ضبط وضعيات بشرية مشوهة أو غير طبيعية حتى مع القيود المسبقة لوضعية الإنسان. الخوارزميات القائمة على البيانات، المدربة على كمية كبيرة من البيانات، أقل عرضة لتوليد وضعيات مشوهة، ولكن لديها تنبؤات أسوأ عمومًا في نهاية الطرف، مثل القدم، التي لا تتطابق مع الوضعية في الصورة.

في السنوات الأخيرة، تستخدم المزيد والمزيد من الخوارزميات مزيجًا من الاثنين: أولاً، تتنبأ الخوارزمية القائمة على البيانات بوضعية جسم الإنسان الأقرب إلى الصورة، وتستخدمها كتهيئة للخوارزمية القائمة على التحسين، بحيث من خلال ضبط الوضعية لتحسين الدقة، يتم أيضًا تجنب الوضعيات البشرية المشوهة أو غير الطبيعية؛ تتبنى حل الصورة الوصفية أيضًا هذه الخوارزمية المدمجة. ومع ذلك، إذا تم الجمع ببساطة بين الخوارزميتين، تظل جودة بيانات الرسوم المتحركة الهيكلية الملتقطة ضعيفة نسبيًا.

اقرأ أيضًا:هل يمكن أن تصبح ألعاب الفيديو الترفيه المفضل في العالم؟

حول التقاط حركة الوجه

في البداية، كان التقاط حركة الوجه يتم بإجلاس الممثل على كرسي مع حوالي 30 أو 40 كاميرا أمامه، وكانت توضع كرات عاكسة صغيرة على الوجه. هكذا تم الأمر في فيلم القطب السريع، على سبيل المثال.

هذه طريقة تستهلك الكثير من الوقت، ومع تطور الزمن والتكنولوجيا، أصبحت هناك الآن خوذات توضع على الرأس لإجراء التقاط الوجه. تحتوي هذه الخوذة على كاميرا صغيرة في الأمام تسجل جميع تعابير الوجه، وبعد ذلك يمكن المزامنة مع بيانات الجسم للحصول على تأثير جيد جدًا للتقاط حركة الوجه والجسم.

في عام 2019، أعلنت Meta عن نظام الصورة الرمزية البشرية الافتراضية الخاص بها، والذي استخدم تقنية التقاط الحركة ثلاثية الأبعاد لإعادة تكوين صورة شخص حقيقي عبر جهاز الواقع الافتراضي، مع تقديم تفاصيل مثل لون البشرة والملمس والشعر والتعابير الدقيقة، إلخ. تأمل Meta أنه في المستقبل، سيلتقي الناس في بيئات افتراضية واقعية مثل الواقع.

على Youtube وTikTok ومنصات التواصل الاجتماعي الأخرى، هناك العديد من المدونين الذين يستخدمون تقنية التقاط حركة الوجه للتحكم في شخصيات افتراضية بتعابير وحركات غنية؛ التأثير المباشر جيد جدًا، وهناك الآن عدد من تطبيقات الهواتف المحمولة القادرة على تحقيق التقاط وجه دقيق إلى حد ما عبر الكاميرا. لذلك، نظريًا، يمكن للجميع أن يكون لديهم عدة صور رمزية وأن يعيشوا حياة في العالم الافتراضي مختلفة تمامًا عن الواقع من خلال هذا النوع من التقنية.

الإجابة الصحيحة هي أ: تقنيات تتبع الصور وتقنيات الحوسبة الجديدة.